CN111319740B - 一种深海可延展艇体潜航器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海可延展艇体潜航器，包括：艇体结构，所述艇体结构上安装有可展开与收拢的水平延展翼和垂直延展翼；其中，所述水平延展翼安装在所述艇体结构的两侧；所述垂直延展翼安装在所述艇体结构的腹部，且所述水平延展翼和所述垂直延展翼上均安装有声学探测设备。本发明提供的深海可延展艇体潜航器，在水平延展翼和垂直延展翼上均安装有声学探测设备，解决了传统声学定位设备定位精度低的问题。

Description

一种深海可延展艇体潜航器

技术领域

本发明涉及潜航器技术领域，更具体的说是涉及一种深海可延展艇体潜航器。

背景技术

伴随着海洋科学研究和海上安全保障能力建设进展，以海底油气管线监测和失事飞机及轮船搜救等为代表的海洋工程实施和应急搜寻作业，对高性能深海潜航器及水下目标探测技术与装备提出了更高要求。

纵观当前国内外传统水下潜航器技术状况，基本由艇体结构、推进系统、能源系统、控制系统、导航系统、应急通信系统、抛载系统、水下探测传感器系统、回收钩等部分构成。虽然目前已经取得了长足的进步和诸多突破，但是，目前潜航器上搭载的声学探测设备一般为侧扫声呐，不能完成水下高精度搜寻定位。

因此，如何实现潜航器水下精确定位是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种深海可延展艇体潜航器，水平延展翼和垂直延展翼上均安装有声学探测设备，解决了传统声学定位设备定位精度低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种深海可延展艇体潜航器，包括：艇体结构，所述艇体结构上安装有可展开与收拢的水平延展翼和垂直延展翼；其中，所述水平延展翼安装在所述艇体结构的两侧；所述垂直延展翼安装在所述艇体结构的腹部，且所述水平延展翼和所述垂直延展翼上均安装有声学探测设备。

优选的，所述水平延展翼通过水平翼延展机构实现展开和收拢；所述垂直延展翼通过垂直翼延展机构实现展开与收拢。

优选的，所述水平翼延展机构包括：第一支架、水平延展臂、水平延展臂驱动机构和水平铰接杆；其中水平延展臂对称设置，分别铰接在第一支架的两侧，水平延展翼一端连接在水平延展臂上；水平延展臂驱动机构安装在第一支架上，并且水平延展臂驱动机构通过水平铰接杆与水平延展臂铰接；

所述垂直翼延展机构包括：第二支架、竖直延展臂、竖直延展臂驱动机构和竖直铰接杆；其中竖直延展臂一端铰接在安装基板的底部，另一端与垂直延展翼一端固定连接；其中，安装基板固定在所述艇体机构内；第二支架安装在安装基板上，并且竖直延展臂驱动机构安装在第二支架上；安装基板上开设有供竖直铰接杆穿过的贯穿孔，竖直延展臂驱动机构通过竖直铰接杆与竖直延展臂铰接。

优选的，所述水平延展臂驱动机构包括：水平驱动电机、水平丝杠和水平丝杠滑块，水平丝杠与水平驱动电机的旋转轴连接，水平丝杠滑块安装在水平丝杠上，水平丝杠滑块的侧面与水平铰接杆端部铰接，通过控制水平驱动电机的转动带动水平丝杠转动，驱动水平丝杠滑块运动，进而使得水平铰接杆带动水平延展臂转动，最终带动水平延展翼旋转；

竖直延展臂驱动机构包括竖直驱动电机、竖直丝杠和竖直丝杠滑块，竖直丝杠与竖直驱动电机的旋转轴连接，竖直丝杠滑块安装在竖直丝杠上，竖直丝杠滑块的顶面与竖直铰接杆端部铰接，通过控制竖直驱动电机的转动带动竖直丝杠转动，驱动竖直丝杠滑块运动，进而使得竖直铰接杆带动竖直延展臂转动，最终带动垂直延展翼旋转。

优选的，所述艇体结构上安装有可抛缆的双保险回收机构。

优选的，所述双保险回收机构包括：主抛缆机构和头部抛缆机构；

所述主抛缆结构包括：两个起吊环、两套电磁铁、两个弹簧、两个铁块和浮力块；

其中，两个所述电磁铁上均套装有弹簧；所述电磁铁顶部放置有所述浮力块，且所述浮力块的密度小于水的密度；

每个所述电磁铁的底部均设置有所述铁块；其中，所述电磁铁的通断由抛载控制系统控制；

所述起吊环安装在所述电磁铁的两侧，并固定在所述艇体结构上。

优选的，所述艇体结构采用深水浮力材料经过三维雕刻而成，且所述艇体的头部和尾部采用碳纤维复合材料加工而成。

优选的，所述艇体结构的外表面底部嵌入侧扫声呐。

优选的，所述艇体结构的尾部安装有全矢量推进系统。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种深海可延展艇体潜航器，在深海工作时，潜航器收缩水平延展翼和垂直延展翼航行至工作区域或者被搜救目标区域后，打开水平延展翼和垂直延展翼，使得声学探测设备形成立体阵，增强被动定位声呐的监测距离，同时阵列式排布能够实现精确地水下声目标定位。

综上所述，本发明提供的深海可延展艇体潜航器克服了深海声目标搜救时精确定位的问题，可以广泛应用于海洋工程，有利于水下机器人行业的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种深海可延展艇体潜航器整体结构示意图；

图2为本发明提供的延展翼展开后示意图；

图3为本发明提供的延展翼收拢后示意图；

图4为本发明提供的主抛缆结构示意图；

图5为本发明提供的水平翼延展机构示意图；

图6为本发明提供的垂直翼延展机构示意图；

图7为本发明提供的复合翼结构剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中潜航器水下定位不准确的问题，本发明实施例公开了一种深海可延展艇体潜航器，具体请参见附图2，包括：艇体结构1，所述艇体结构1上安装有可展开与收拢的水平延展翼25和垂直延展翼26；其中，所述水平延展翼25安装在所述艇体结构1的两侧；所述垂直延展翼26安装在所述艇体结构1的腹部，且所述水平延展翼25和所述垂直延展翼26上均安装有声学探测设备。

在深海工作时，潜航器收缩水平延展翼和垂直延展翼航行至工作区域或者被搜救目标区域后，打开水平延展翼和垂直延展翼，使得被动定位声呐形成立体阵，增强被动定位声呐的监测距离，同时阵列式排布能够实现精确地水下声目标定位。

此外，还需要说明的是，该潜航器艇体结构上以及内部还安装有很多机构和系统，例如：艇体结构还主要安装部署有：AIS水面辅助定位系统3、深度采集系统4、通信定位舱5、主控舱6、PC舱9、动力驱动舱10、水声通信系统11、两路垂直推进器14、抛载系统17、高精度导航定位系统18，渗水承压电池系统19、前置水听器20、多波束接收换能器21、多波束发射换能器22、声学控制系统23、尾部水听器24等。

例如：在具体实现时，深海承压电池系统19由多组电池单元、均衡充放电保护板形成电池组，布置在一个充油的承压舱中形成完整的电池系统，使用时安装在艇体腹部，拆卸方便，充电便利。

高精度导航定位系统18由光纤罗经、DVL、定位数据处理融合子系统构成，实现了高精度水面与水下的导航定位，且能够实时监控导航定位系统的工作状态，同时用串口通信的方式报送给主控系统。

由于潜航器的其他的组成及结构不属于本发明的重点所述内容，这里不做过多描述。

为了进一步优化上述技术方案，所述水平延展翼25通过水平翼延展机构2实现展开和收拢；所述垂直延展翼26通过垂直翼延展机构7实现展开与收拢。

为了进一步优化上述技术方案，所述水平翼延展机构2包括：第一支架221、水平延展臂222、水平延展臂驱动机构224和水平铰接杆225；其中水平延展臂222对称设置，分别铰接在第一支架221的两侧，水平延展翼25一端连接在水平延展臂222上；水平延展臂驱动机构224安装在第一支架221上，并且水平延展臂驱动机构224通过水平铰接杆225与水平延展臂222铰接；

所述垂直翼延展机构7包括：第二支架331、竖直延展臂332、26、竖直延展臂驱动机构334和竖直铰接杆335；其中竖直延展臂332一端铰接在安装基板的底部，另一端与垂直延展翼26一端固定连接；其中，安装基板固定在所述艇体机构内；第二支架331安装在安装基板上，并且竖直延展臂驱动机构334安装在第二支架331上；安装基板上开设有供竖直铰接杆335穿过的贯穿孔336，竖直延展臂驱动机构334通过竖直铰接杆335与竖直延展臂332铰接。

为了进一步优化上述技术方案，所述水平延展臂驱动机构224包括：水平驱动电机241、水平丝杠242和水平丝杠滑块243，水平丝杠242与水平驱动电机241的旋转轴连接，水平丝杠滑块243安装在水平丝杠242上，水平丝杠滑块243的侧面与水平铰接杆245端部铰接，通过控制水平驱动电机241的转动带动水平丝杠242转动，驱动水平丝杠滑块243运动，进而使得水平铰接杆225带动水平延展臂222转动，最终带动水平延展翼25旋转；

竖直延展臂驱动机构334包括竖直驱动电机341、竖直丝杠342和竖直丝杠滑块343，竖直丝杠342与竖直驱动电机341的旋转轴连接，竖直丝杠滑块343安装在竖直丝杠342上，竖直丝杠滑块343的顶面与竖直铰接杆335端部铰接，通过控制竖直驱动电机341的转动带动竖直丝杠342转动，驱动竖直丝杠滑块343运动，进而使得竖直铰接杆335带动竖直延展臂332转动，最终带动垂直延展翼26旋转。

为了进一步优化上述技术方案，水平铰接杆225和竖直铰接杆335均为两端设置万向节的万向节连杆；水平铰接杆225的两端分别与水平延展臂222和水平丝杠滑块243铰接；竖直铰接杆335的两端分别与竖直延展臂332和竖直丝杠滑块343铰接。

为了进一步优化上述技术方案，第一支架221两侧分别设置有用于对水平延展翼25进行限位的限位柱226。

水平延展翼25和垂直延展翼26处于收纳状态时，镶嵌于潜航器的外表面，以潜航器艇身处于同一平面，未有凸出，水平延展翼25总长度为4米，垂直延展翼26长度为1.5米，构成一个立体等腰三角形声呐探测阵，经计算，增大距离会使得精度更高，但由于通用潜航器尺寸限制，延展翼不易过大，否则无法安装，因此以6米长潜航器为参考计算分析出水平延展翼25与垂直延展翼26之间的小体积声呐换能器安装的最佳距离为4米与1.5米方可实现最佳探测效果；水平延展翼25和垂直延展翼26均为复合翼结构，且剖面为平椭圆型；复合翼结构采用铝合金方管45和半圆柱形深海固体浮力材料46构成，两个半圆柱形深海固体浮力材料46粘接在空心铝合金方管45的两侧。

在正常巡航过程中，水平延展翼25与垂直延展翼26分别收拢于艇身两侧与腹部且嵌入到潜航器体内，减小整体运动阻力。当需要精确探测时控系统发送控制指令到动力驱动系统，当动力驱动系统接收到指令后，控制水平翼延展机构与垂直翼延展机构上面的电机转动，随着电机的转动带动丝杠运动，最终拉开水平延展翼及垂直延展翼，传感器检测到水平延展翼及垂直延展翼到达规定位置后，控制系统发送停止转动指令，电机停止转动，以此实现水平延展翼与垂直延展翼展开，从而形成立体探测阵，可进行高精度搜寻探测定位。

为了进一步优化上述技术方案，所述艇体结构1上安装有可抛缆的双保险回收机构。所述双保险回收机构包括：主抛缆机构8和头部抛缆机构15；

所述主抛缆结构包括：两个起吊环81、两套电磁铁84、两个弹簧82、两个铁块85和浮力块83；

其中，两个所述电磁铁84上均套装有弹簧82；所述电磁铁84顶部放置有所述浮力块83，且所述浮力块83的密度小于水的密度；在具体实现时，电磁铁84与浮力块83之间通过粘结的方式进行连接。

每个所述电磁铁84的底部均设置有所述铁块85；其中，所述电磁铁84的通断由抛载控制系统17控制；

所述起吊环81安装在所述电磁铁84的两侧，并固定在所述艇体结构1上。

可抛缆的双保险回收机构由主抛缆结构8与头部抛缆机构15构成，主抛缆机构如图4所示，由两个起吊环81、两个弹簧82、浮力块83、两套电磁铁84、两个铁块85构成，两个弹簧82分别套在两套电磁铁84上，主控舱6中的抛载控制系统控制电磁铁84的通断，当电磁铁84失磁后，由于弹簧82的弹性形变使得电磁铁84与铁块85分离，同时由于浮力块83的密度小于水的密度，所以会与潜航器分离，对应的牵引出一根10米牵引绳，使用回收钩挂住该牵引绳，拖拽潜航器到易回收的海域进行挂钩至起吊环81上后，起吊回收，以此增加高海况下回收潜航器的安全性。头部抛缆原理与主抛缆一致，只不过使用一个电磁铁控制。

为了进一步优化上述技术方案，所述艇体结构1采用深水浮力材料经过三维雕刻而成，且所述艇体的头部16和尾部12采用碳纤维复合材料加工而成。艇体结构利用深水浮力材料根据设计图分块加工成型，最后粘接在一块，形成完整的艇体主结构1。使用深水浮力材料整体三维雕刻成型技术代替传统的框架结构，相同体积下重量减轻了三分之一以上，同时不需在配置浮力材料用于提供浮力，对于各种耐压设备的部署提供了较大的空间，方便部署安装。

为了进一步优化上述技术方案，所述艇体结构1的外表面底部嵌入侧扫声呐27。

为了进一步优化上述技术方案，所述艇体结构1的尾部安装有全矢量推进系统13。在具体实现时，全矢量推进系统13可以由主推进器、螺旋桨、涵道圈，方向舵等共同构成，方向舵的驱动单元封装在耐压舱中，可带动主推进系统实现三维平面锥形30°以内的圆周运动，从而实现全矢量推进功能，提供了潜航器的整体运动控制精度。由于这一部分不是本发明保护的重点，不做过多说明。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种深海可延展艇体潜航器，包括：艇体结构（1），其特征在于，所述艇体结构（1）上安装有可展开与收拢的水平延展翼（25）和垂直延展翼（26）；其中，所述水平延展翼（25）安装在所述艇体结构（1）的两侧；所述垂直延展翼（26）安装在所述艇体结构（1）的腹部，且所述水平延展翼（25）和所述垂直延展翼（26）上均安装有声学探测设备；

所述水平延展翼（25）通过水平翼延展机构（2）实现展开和收拢；所述垂直延展翼（26）通过垂直翼延展机构（7）实现展开与收拢；

所述水平翼延展机构（2）包括：第一支架（221）、水平延展臂（222）、水平延展臂驱动机构（224）和水平铰接杆（225）；其中水平延展臂（222）对称设置，分别铰接在第一支架（221）的两侧，水平延展翼（25）一端连接在水平延展臂（222）上；水平延展臂驱动机构（224）安装在第一支架（221）上，并且水平延展臂驱动机构（224）通过水平铰接杆（225）与水平延展臂（222）铰接；

所述垂直翼延展机构（7）包括：第二支架（331）、竖直延展臂（332）、竖直延展臂驱动机构（334）和竖直铰接杆（335）；其中竖直延展臂（332）一端铰接在安装基板的底部，另一端与垂直延展翼（26）一端固定连接；其中，安装基板固定在所述艇体机构内；第二支架（331）安装在安装基板上，并且竖直延展臂驱动机构（334）安装在第二支架（331）上；安装基板上开设有供竖直铰接杆（335）穿过的贯穿孔（336），竖直延展臂驱动机构（334）通过竖直铰接杆（335）与竖直延展臂（332）铰接。

2.根据权利要求1所述的一种深海可延展艇体潜航器，其特征在于，所述水平延展臂驱动机构（224）包括：水平驱动电机（241）、水平丝杠（242）和水平丝杠滑块（243），水平丝杠（242）与水平驱动电机（241）的旋转轴连接，水平丝杠滑块（243）安装在水平丝杠（242）上，水平丝杠滑块（243）的侧面与水平铰接杆（245）端部铰接，通过控制水平驱动电机（241）的转动带动水平丝杠（242）转动，驱动水平丝杠滑块（243）运动，进而使得水平铰接杆（225）带动水平延展臂（222）转动，最终带动水平延展翼（25）旋转；

竖直延展臂驱动机构（334）包括竖直驱动电机（341）、竖直丝杠（342）和竖直丝杠滑块（343），竖直丝杠（342）与竖直驱动电机（341）的旋转轴连接，竖直丝杠滑块（343）安装在竖直丝杠（342）上，竖直丝杠滑块（343）的顶面与竖直铰接杆（335）端部铰接，通过控制竖直驱动电机（341）的转动带动竖直丝杠（342）转动，驱动竖直丝杠滑块（343）运动，进而使得竖直铰接杆（335）带动竖直延展臂（332）转动，最终带动垂直延展翼（26）旋转。

3.根据权利要求1所述的一种深海可延展艇体潜航器，其特征在于，所述艇体结构（1）上安装有可抛缆的双保险回收机构。

4.根据权利要求3所述的一种深海可延展艇体潜航器，其特征在于，所述双保险回收机构包括：主抛缆机构（8）和头部抛缆机构（15）；

所述主抛缆机构（8）包括：两个起吊环（81）、两套电磁铁（84）、两个弹簧（82）、两个铁块（85）和浮力块（83）；

其中，两个所述电磁铁（84）上均套装有弹簧（82）；所述电磁铁（84）顶部放置有所述浮力块（83），且所述浮力块（83）的密度小于水的密度；

每个所述电磁铁（84）的底部均设置有所述铁块（85）；其中，所述电磁铁（84）的通断由抛载控制系统（17）控制；

所述起吊环（81）安装在所述电磁铁（84）的两侧，并固定在所述艇体结构（1）上。

5.根据权利要求1所述的一种深海可延展艇体潜航器，其特征在于，所述艇体结构（1）采用深水浮力材料经过三维雕刻而成，且所述艇体的头部（16）和尾部（12）采用碳纤维复合材料加工而成。

6.根据权利要求1所述的一种深海可延展艇体潜航器，其特征在于，所述艇体结构（1）的外表面底部嵌入侧扫声呐（27）。

7.根据权利要求1所述的一种深海可延展艇体潜航器，其特征在于，所述艇体结构（1）的尾部安装有全矢量推进系统（13）。

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