CN111017170A - 一种高效内置天线水下滑翔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效内置天线水下滑翔机，包括：头部耐压舱段、中段耐压舱段、后段耐压舱段、尾部组件和机翼；所述头部耐压舱段、中段耐压舱段和后段耐压舱段通过级间连接段相连接；所述机翼设置在级间连接段上；所述尾部组件设置在后段耐压舱段上；所述头部耐压舱段包括透波耐压壳头锥、定位通讯天线和内油囊；所述透波耐压壳头锥顶部一侧设置有定位通讯天线；所述内油囊设置在透波耐压壳头锥的内部。内置天线设计减小航行器阻力，提高能量利用率，有利于航程的增加，降低水下航行过程异物缠绕天线的风险。

Description

一种高效内置天线水下滑翔机

技术领域

本发明涉及水下滑翔机技术领域，尤其是涉及一种高效内置天线水下滑翔机。

背景技术

现有的水下滑翔机，能够满足一般的海洋科学考察、观测等需要，但仍然存在以下不足：

外置的天线增加了滑翔机的亲水面积，增加了滑翔机的阻力，降低了滑翔机的工作效率；

结构空间利用率不高，内装电池量小；

浮力调节器整体安装在尾部不利于姿态控制；

滑翔机浮力调节能力小(通常只有总重量的±0.5％)航速调节范围小；

载荷搭载能力受限；

相同重量体积，能源利用率不高，航程小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效内置天线水下滑翔机。

为实现上述目的，本发明采用以下内容：

一种高效内置天线水下滑翔机，包括：头部耐压舱段、中段耐压舱段、后段耐压舱段、尾部组件和机翼；所述头部耐压舱段、中段耐压舱段和后段耐压舱段通过级间连接段相连接；所述机翼设置在级间连接段上；所述尾部组件设置在后段耐压舱段上。

优选的是，所述头部耐压舱段包括透波耐压壳头锥、定位通讯天线和内油囊；所述透波耐压壳头锥顶部一侧设置有定位通讯天线；所述内油囊设置在透波耐压壳头锥的内部。

优选的是，所述中段耐压舱段包括中段耐压舱、电池组、传感器、航行器控制中心、安装框架和姿态控制机构；所述中段耐压舱与透波耐压壳头锥相连接；所述中段耐压舱的内部设置有电池组；所述电池组上设置有传感器和航行器控制中心；所述安装框架设置在中段耐压舱的内壁上；所述姿态控制机构设置在安装框架上。

优选的是，所述后段耐压舱段包括浮力调节模块和尾部耐压壳体；所述尾部耐压壳体与中段耐压舱相连接；所述尾部耐压壳体内中心轴线上设置有浮力调节模块。

优选的是，所述尾部组件包括尾罩、外油囊和垂直尾翼；所述尾罩套装在尾部耐压壳体上；所述尾罩的内部设置有外油囊；所述尾罩的末端设置有垂直尾翼。

优选的是，所述横滚控制机构包括横滚右限位开关、横滚定齿轮、开关光学挡板、滚转轴承、安装框架、横滚控制电机、横滚电机安装支架、横滚动齿轮和横滚左限位开关；所述安装框架呈圆柱形，且安装框架的侧面均匀分布有圆孔；所述安装框架的侧面端部设置有横滚定齿轮；所述横滚左限位开关和横滚右限位开关对应设置在安装框架内壁上；所述横滚动齿轮与横滚定齿轮啮合，且位于横滚左限位开关和横滚右限位开关之间；所述横滚动齿轮上通过横滚电机安装支架设置有横滚控制电机；所述安装框架通过滚转轴承设置在中段耐压舱上；所述开关光学挡板设置在横滚定齿轮上，且位于横滚左限位开关和横滚右限位开关之间。

优选的是，所述姿态控制机构包括俯仰姿态调节丝杠、俯仰姿态调节电机、横滚控制机构和横滚角度传感器；所述俯仰姿态调节电机设置在安装框架的内壁一侧；所述俯仰姿态调节丝杠设置在俯仰姿态调节电机上；所述横滚控制机构和横滚角度传感器均设置在安装框架的前侧内壁上。

优选的是，所述内油囊和外油囊通过高压油管相连接，且高压油管与浮力调节模块相配合。

优选的是，所述浮力调节模块包括压力传感器、伺服电机、浮力控制液压阀、伺服驱动器、集成阀岛和液压泵；所述集成阀岛的上侧设置有伺服电机；所述伺服电机上设置有压力传感器；所述伺服电机的一侧设置有浮力控制液压阀，且浮力控制液压阀设置在集成阀岛上；所述集成阀岛的前侧下方设置有液压泵；所述集成阀岛的后侧设置有伺服驱动器；所述浮力控制液压阀与高压油管相连接。

优选的是，所述级间连接段与机翼之间设置有压条。

优选的是，所述级间连接段为级间连接卡箍。

优选的是，所述横滚控制电机的外侧设置有横滚控制动齿轮保护罩，且与横滚动齿轮相配合。

本发明具有以下优点：

1、本装置内置天线设计减小航行器阻力，提高能量利用率，有利于航程的增加，降低水下航行过程异物缠绕天线的风险。

2、本装置高度集成化的内部空间设计降低了航行器的呆重，实现了系统的紧凑化设计，提高了内部空间和整体有效重量利用率，增加了姿态控制效能。

3、本装置头尾分布式油囊设计与航行器航行过程俯仰姿态控制需求趋势重合，减小了俯仰姿态控制调节的需求量，提高了能源利用率。

4、本装置模块化设计有利于载荷的灵活搭载，增大了水下滑翔机的应用领域。

5、本装置相当于滑翔机总体重量4％(±2％)的浮力调节能力相比现有滑翔机近似滑翔机总体重量1％(±0.5％)的浮力调节能力，使得本水下滑翔机能以更多姿态、更大滑翔速度调节能力，实现更广泛的应用领域应用。

6、本装置紧凑化优化设计有利于装填更多电池实现更大航程航行。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是本发明的一种高效内置天线水下滑翔机结构示意图。

图2是本发明的一种高效内置天线水下滑翔机俯视图。

图3是本发明的一种高效内置天线水下滑翔机横滚控制机构结构示意图。

图4是本发明的一种高效内置天线水下滑翔机横滚控制机构前视图。

图5是本发明的一种高效内置天线水下滑翔机浮力调节模块结构示意图。

图中，各附图标记为：

1-头部耐压舱段，11-透波耐压壳头锥，12-定位通讯天线，13-内油囊，2-中段耐压舱段，21-中段耐压舱，22-电池组，23-传感器，24-航行器控制中心，25-安装框架，26-姿态控制机构，261-俯仰姿态调节丝杠，262-俯仰姿态调节电机，263-横滚控制机构，2631-横滚右限位开关，2632-横滚定齿轮，2633-开关光学挡板，2634-滚转轴承，2636-横滚控制电机，2637-横滚电机安装支架，2638-横滚动齿轮，2639-横滚左限位开关，264-横滚角度传感器，3-后段耐压舱段，31-浮力调节模块，311-压力传感器，312-伺服电机，313-浮力控制液压阀，314-伺服驱动器，315-集成阀岛，316-液压泵，32-尾部耐压壳体，4-尾部组件，41-尾罩，42-外油囊，43-垂直尾翼，5-机翼，6-级间连接段，7-高压油管、8-横滚控制安全保护罩。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至5所示，一种高效内置天线水下滑翔机包括：头部耐压舱段1、中段耐压舱段2、后段耐压舱段3、尾部组件4和机翼5；头部耐压舱段1包括透波耐压壳头锥11、定位通讯天线12和内油囊13；中段耐压舱段2包括中段耐压舱21、电池组22、传感器23、航行器控制中心24、安装框架25和姿态控制机构26；后段耐压舱段3包括浮力调节模块31和尾部耐压壳体32；尾部组件4包括尾罩41、外油囊42和垂直尾翼43；姿态控制机构26包括俯仰姿态调节丝杠261、俯仰姿态调节电机262、横滚控制机构263和横滚角度传感器264；横滚控制机构263包括横滚右限位开关2631、横滚定齿轮2632、开关光学挡板2633、滚转轴承2634、安装框架25、横滚控制电机2636、横滚电机安装支架2637、横滚动齿轮2638和横滚左限位开关2639；浮力调节模块31包括压力传感器311、伺服电机312、浮力控制液压阀313、伺服驱动器314、集成阀岛315和液压泵316。

头部耐压舱段1、中段耐压舱段2和后段耐压舱段3通过级间连接段6相连接；机翼5设置在级间连接段6上；尾部组件4设置在后段耐压舱段3上；

透波耐压壳头锥11顶部一侧设置有定位通讯天线12；内油囊13设置在透波耐压壳头锥11的内部；

中段耐压舱2与透波耐压壳头锥11相连接；中段耐压舱2的内部设置有电池组22；电池组22上设置有传感器23和航行器控制中心24；安装框架25设置在中段耐压舱21的内壁上；姿态控制机构26设置在安装框架25上；

尾部耐压壳体32与中段耐压舱21相连接；尾部耐压壳体32内中心轴线上设置有浮力调节模块31；

尾罩41套装在尾部耐压壳体32上；尾罩41的内部设置有外油囊42；尾罩41的末端设置有垂直尾翼43。

进一步地，俯仰姿态调节电机262设置在安装框架25的内壁一侧；俯仰姿态调节丝杠261设置在俯仰姿态调节电机262上；横滚控制机构263和横滚角度传感器264均设置在安装框架25的前侧内壁上。

进一步地，横滚控制机构263包括横滚右限位开关2631、横滚定齿轮2632、开关光学挡板2633、滚转轴承2634、安装框架25、横滚控制电机2636、横滚电机安装支架2637、横滚动齿轮2638和横滚左限位开关2639；所述安装框架25呈圆柱形，且安装框架25的侧面均匀分布有圆孔；所述安装框架25的侧面端部设置有横滚定齿轮2632；所述横滚左限位开关2639和横滚右限位开关2631对应设置在安装框架25内壁上；所述横滚动齿轮2638与横滚定齿轮2632啮合，且位于横滚左限位开关2639和横滚右限位开关2631之间；所述横滚动齿轮2638上通过横滚电机安装支架2637设置有横滚控制电机2636；所述安装框架25通过滚转轴承2634设置在中段耐压舱21上；所述开关光学挡板2633设置在横滚定齿轮2632上，且位于横滚左限位开关2639和横滚右限位开关2631之间；

需要说明的是，工作时，通过控制系统控制横滚控制电机2636的正转或反转来实现滑翔机横滚控制机构263的左横滚或右横滚。当横滚控制电机2636正转时，即从电机尾部看顺时针方向转动，横滚控制机构263带动安装框架25整体做顺时针旋转，即从电机尾部相同方向看，横滚控制机构263做左横滚控制；为了防止横滚调节控制超限，导致系统逻辑混乱；左横滚时，开关光学挡板2633进入到横滚左限位开关2639的光学对射槽中遮挡相关的光线时横滚控制电机2636自动停止，并报告左横滚调节超限；横滚控制电机2636正转通路电源切断，横滚控制电机2636不能继续正转但可以反转；反之当横滚控制机构263做右横滚控制时，开关光学挡板2633进入到横滚右限位开关2631的光学对射槽中遮挡光电限位开关光线时横滚控制电机2636自动停止，并报告右横滚调节超限；横滚控制电机2636反转通路电源切断，横滚控制电机2636不能继续反转但可以正转。

由于作为横滚质心调节砝码的电池组22安装固定在安装框架25上，因此当横滚控制机构263转动带动安装框架25做滚转运动时，电池组22也就实现了滚转运动控制，实现了滚转质心调节，实现滑翔机整体的横滚控制。

进一步地，内油囊13和外油囊42通过高压油管7相连接，且高压油管7与浮力调节模块31相配合。

进一步地，浮力调节模块31包括压力传感器311、伺服电机312、浮力控制液压阀313、伺服驱动器314、集成阀岛315和液压泵316；所述集成阀岛315的上侧设置有伺服电机312；所述伺服电机312上设置有压力传感器311；所述伺服电机312的一侧设置有浮力控制液压阀313，且浮力控制液压阀313设置在集成阀岛315上；所述集成阀岛315的前侧下方设置有液压泵316；所述集成阀岛315的后侧设置有伺服驱动器314；所述浮力控制液压阀313与高压油管7相连接。

需要说明的是，浮力调节模块31主要完成内外油囊液压油的分配比例调节从而改变滑翔机的总体排水体积，达到改变滑翔机的浮力的目的。该浮力调节模块31由伺服电机312、液压泵316、浮力控制液压阀313、集成阀岛315、伺服驱动器314、压力传感器311等组成，实现内外油囊的液压油体积比例分配实现浮力调节控制。该液压系统具有工作可靠、结构紧凑、体积重量小等优点。其独立设计不同于现有滑翔机的浮力调节模块。它具有通用性好，宽范围的浮力速度、工作深度调节能力。该紧凑型浮力调节模块能够实现2000米以潜水深任意深度的浮力增大或减小调节能力。

进一步地，级间连接段6与机翼5之间设置有压条。且级间连接段6为级间连接卡箍。

进一步地，横滚控制电机2636的外侧设置有横滚控制动齿轮保护罩8，且与横滚动齿轮2638相配合。

定位通讯天线12、内油囊13安装在透波耐压壳头锥11中，构成独立的头部耐压舱段1；传感器23、航行器控制中心24安装在电池组22上面、通过姿态控制机构26、安装框架25、俯仰姿态调节丝杠261、俯仰姿态调节电机262、横滚控制机构263、级间连接段6安装在中段耐压舱21中构成独立的中段耐压舱段2；横滚控制安全保护装置用于保护横滚调节不超出安全限制范围，传感器23用于测量横滚调节的实际角度；浮力调节模块31通过相关支架安装在由后段耐压舱段3；外油囊42安装在尾罩41内与垂直尾翼43构成尾部组件4；浮力调节模块31通过高压油管7同内油囊13、外油囊42相连构成浮力调节模块31；头部耐压舱段1、中段耐压舱段2、尾部组件4与机翼5总装构成滑翔机整体。级间连接段6卡箍用于保证各功能舱段的连接完整与安全，同时可作为机翼5的安装支架；机翼5安装压条可以实现机翼5的位置灵活调节。

本水下滑翔机工作过程：初始时浮力调节的液压油全部在外油囊42中，水下滑翔机处于最大浮力状态，滑翔机处于水面漂浮状态，此时由于浮力调节液压油处于滑翔机的尾部，滑翔机在水面的姿态自然的处于翘头状态，滑翔机的头部露出水面，由于本滑翔机的最大浮力调节能力占总重量的±2％,也就是说总浮力调节能力是滑翔机的总排水体积的4％，比起现有的常规滑翔机浮力调节能力只有总排水体积的1％左右相比较，其排水体积大得多，因此该滑翔机头部露出水面较多，相应的保护定位通讯天线12的透波耐压壳头锥11露出水面部分较多，则定位通讯天线12就能很好的与定位卫星、远程无线电、通讯卫星建立很好的通讯联系，实现水面定位及数据传输。

当滑翔机需要下潜时浮力调节模块31将外油囊42的浮力调节液压油通过浮力调节高压油管7抽吸到内油囊中，滑翔机总体浮力开始减小，当滑翔机所受总体浮力减小到滑翔机总重量以下时滑翔机开始下潜滑翔；由于外油囊42、内油囊13分置滑翔机的头尾部，根据杠杆原理，浮力调节液压油就如同砝码从杠杆一端移动到另一端，滑翔机在完成浮力减小调节同时，滑翔机也通过杠杆原理实现质心前移、低头下潜。

当滑翔机上浮或下潜时如果浮力调节体积达到设定体积，但滑翔机的俯仰姿态达不到设不定俯仰角时，在航行器控制中心的控制下，俯仰姿态调节电机262驱动俯仰姿态调节丝杠261带动电池组22以及电池组22上的相关部件整体作沿航行器轴线的前后移动，实现滑翔机的俯仰姿态调节修正；直到达到设定的俯仰姿态角度；如果需要进行航行器的转向控制，则滑翔机在在航行器控制中心的控制下，驱动横滚控制机构263，带动电池组22及电池组22上的相关部件做绕滑翔机轴线的作相对滑翔机外壳的旋转运动，由于电池组22是相对滑翔机轴线是非对称布局，电池组22的重心大致在滑翔机浮心轴线的下方10多毫米位置，即质心是偏心的，因此其绕滑翔机轴线的旋转运动改变滑翔机的总体质心位置，实现滑翔机的滚转控制，达到转弯/转向控制目的。其中，横滚角度传感器264用于测量横滚控制机构263的实时滚转角度，横滚机构的最大滚转范围为±90°，为防止控制逻辑混乱，需要对横滚控制进行工作范围限制，因此设计了横滚控制安全保护装置，即横滚左右限位开关和开关光学挡板2633，其主要防止横滚超限而设计的安全保护装置；传感器23主要用于实时检测水下滑翔机的位置、速度、俯仰角、横滚角等姿态状态。垂直尾翼43用于保证航行器在航行过程中的方向稳定，机翼5为滑翔机滑翔过程提供升力；透波耐压壳头锥11、级间连接段6、中段耐压舱21、后耐压舱段3、尾部耐压壳体构成整体水密耐压舱；尾罩41用于保护外油囊42防止异物损伤外油囊42。由于本滑翔机巧妙的将电池组22作为质心调节砝码参与俯仰与横滚的质心调节控制，使得本滑翔机结构大大简化，减小了系统呆重，提高了系统的空间利用率，增加了电池的装填量，可实现相同重量条件下的更远航程航行能力，其优点是显而易见的。同时，由于采用的功能独立的舱段设计，也可方便的根据任务载荷要求可以方便的进行舱段的增减实现模块化任务设计，达到更广阔应用范围的目的。巧妙的前后油囊布局设计与航行过程实现了复合吻合，减少了系统控制的复杂度，精确的浮力调节体积控制(本滑翔机可实现精确到10ml以下的精确体积控制能力，相关专利另案处理。)能够实现更好的姿态控制，实现更多样化航路的滑翔需求。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，包括：头部耐压舱段、中段耐压舱段、后段耐压舱段、尾部组件、级间连接段和机翼；所述头部耐压舱段、中段耐压舱段和后段耐压舱段通过级间连接段相连接；所述机翼设置在级间连接段上；所述尾部组件设置在后段耐压舱段上；

所述头部耐压舱段包括透波耐压壳头锥、定位通讯天线和内油囊；所述透波耐压壳头锥顶部一侧设置有定位通讯天线；所述内油囊设置在透波耐压壳头锥的内部；

所述中段耐压舱段包括中段耐压舱、电池组、传感器、航行器控制中心、安装框架和姿态控制机构；所述中段耐压舱与透波耐压壳头锥相连接；所述中段耐压舱的内部设置有电池组；所述电池组上设置有传感器和航行器控制中心；所述安装框架设置在中段耐压舱的内壁上；所述姿态控制机构设置在安装框架上；

所述后段耐压舱段包括浮力调节模块和尾部耐压壳体；所述尾部耐压壳体与中段耐压舱相连接；所述尾部耐压壳体内中心轴线上设置有浮力调节模块；

所述尾部组件包括尾罩、外油囊和垂直尾翼；所述尾罩套装在尾部耐压壳体上；所述尾罩的内部设置有外油囊；所述尾罩的末端设置有垂直尾翼。

2.根据权利要求1所述的一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，所述姿态控制机构包括俯仰姿态调节丝杠、俯仰姿态调节电机、横滚控制机构和横滚角度传感器；所述俯仰姿态调节电机设置在安装框架的内壁一侧；所述俯仰姿态调节丝杠设置在俯仰姿态调节电机上；所述横滚控制机构和横滚角度传感器均设置在安装框架的前侧内壁上。

3.根据权利要求2所述的一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，所述横滚控制机构包括横滚右限位开关、横滚定齿轮、开关光学挡板、滚转轴承、安装框架、横滚控制电机、横滚电机安装支架、横滚动齿轮和横滚左限位开关；所述安装框架呈圆柱形，且安装框架的侧面均匀分布有圆孔；所述安装框架的侧面端部设置有横滚定齿轮；所述横滚左限位开关和横滚右限位开关对应设置在安装框架内壁上；所述横滚动齿轮与横滚定齿轮啮合，且位于横滚左限位开关和横滚右限位开关之间；所述横滚动齿轮上通过横滚电机安装支架设置有横滚控制电机；所述安装框架通过滚转轴承设置在中段耐压舱上；所述开关光学挡板设置在横滚定齿轮上，且位于横滚左限位开关和横滚右限位开关之间。

4.根据权利要求1所述的一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，所述内油囊和外油囊通过高压油管相连接，且高压油管与浮力调节模块相配合。

5.根据权利要求1或4所述的一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，所述浮力调节模块包括压力传感器、伺服电机、浮力控制液压阀、伺服驱动器、集成阀岛和液压泵；所述集成阀岛的上侧设置有伺服电机；所述伺服电机上设置有压力传感器；所述伺服电机的一侧设置有浮力控制液压阀，且浮力控制液压阀设置在集成阀岛上；所述集成阀岛的前侧下方设置有液压泵；所述集成阀岛的后侧设置有伺服驱动器；所述浮力控制液压阀与高压油管相连接。

6.根据权利要求1所述的一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，所述级间连接段与机翼之间设置有压条。

7.根据权利要求1或6所述的一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，所述级间连接段为级间连接卡箍。

8.根据权利要求3所述的一种高效内置天线水下滑翔机，其特征在于，所述横滚控制电机的外侧设置有横滚控制动齿轮保护罩，且与横滚动齿轮相配合。

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