CN111498064A - 一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体 - Google Patents

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    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid

Abstract

一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，属于海洋环境检测设备领域。为了解决目前的水下拖体的设备存在体积大、重量大的问题，以及采集信号过程中受到噪声干扰影响比较大的问题。水下声学拖体包括水下拖体，水下拖体的前端设有前导流罩；声学数据采集传输模块和姿态传感器设置在水下拖体内部；翼板成对且对称设置在水下拖体上，水听器设置在翼板上，多个水听器构成声学立体阵；水听器外围加装水听器导流罩；通过调节伸缩减振机构的浮子和沉块的数量，将水下声学拖体整体配置为中性浮力；水下声学拖体通过定深拖曳缆连接在波浪滑翔机上，通过水下定深拖曳缆向水下拖体供电。主要用于获取海洋声学信息。

Description

一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体
技术领域
本发明属于海洋环境检测设备领域，具体涉及波浪滑翔机获取海洋声学信息时拖曳的水下声学拖体。
背景技术
获取海洋声学信息是海洋环境检测领域的一项重要内容，获取的参数包含海洋环境背景噪声、海洋生物声信号和航船声信号等，通过海洋声学信息可以得到多种海洋环境参数，同时也是影响声纳性能的一个重要参数。
目前的水下探测设备有水下机器人、水下滑翔机、水下拖体等，目前的水下拖体的设备存在体积大、重量大和流阻力大的问题，大部分适用于水面船拖曳，没有考虑水下拖体的自噪声。
发明内容
本发明为了解决目前的水下拖体的设备存在体积大、重量大的问题，以及采集信号过程中受到噪声干扰影响比较大的问题。
一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，包括水下拖体、翼板、水听器、水听器导流罩、声学数据采集与传输模块、姿态传感器、前导流罩和伸缩减振机构；
水下拖体的前端设有前导流罩；声学数据采集传输模块和姿态传感器设置在水下拖体内部；翼板成对且对称设置在水下拖体上，水听器设置在翼板上，多个水听器构成声学立体阵，声学立体阵的水听器之间具有空间间距；水听器外围加装水听器导流罩；
伸缩减振机构包括沉块和浮子；伸缩减振机构设置在连接水下拖体的定深拖曳缆上，且靠近水下拖体的一端；当波浪滑翔机速度变大时，伸缩减振机构伸长，当波浪滑翔机速度变小时，伸缩减振机构缩短，用于减小水面波浪滑翔机的速度起伏向水下拖体的耦合；通过调节伸缩减振机构的浮子和沉块的数量，将水下声学拖体整体配置为中性浮力；
水下声学拖体通过定深拖曳缆连接在波浪滑翔机上，水下声学拖体由波浪滑翔机拖曳航行，获取航线上的海洋声学信息；波浪滑翔机上设有太阳能电池板，水下拖体中的声学数据采集与传输模块和姿态传感器供电由波浪滑翔机的太阳能电池板提供，通过水下定深拖曳缆向水下拖体供电。
进一步地，所述水下声学拖体采用低流阻力设计，水下声学拖体的流阻力小于波浪滑翔机的拖曳力。
进一步地，水下声学拖体采用低流阻力设计的方式如下：
水下拖体的前导流罩采用半椭圆流线型回转体设计，水下拖体整体采用细长圆柱体设计；伸缩减振机构中的浮子和沉块采用半椭圆流线型加圆柱体设计，中间穿孔，安装在定深拖曳缆上。
进一步地，所述水听器设置6只，6只水听器构成声学立体阵；水下拖体上设置有3对翼板，其中两对水平翼板，一对竖直翼板；一对水平翼板设置在水下拖体尾部，一对水平设置在水下拖体前部；6支水听器分别安装在不同翼板的边缘位置。
进一步地，所述水听器采用弯曲圆盘水听器，外形为圆片型，圆片型水听器直接嵌入到翼板中，与翼板共型设计。
进一步地，所述伸缩减振机构的沉块和浮子设置方式如下：
连续多个浮子组成一组浮子，连续多个沉块组成一组沉块，一组浮子、一组沉块交替设置，两组浮子和两组沉块构成二阶伸缩减振机构。
进一步地，一组浮子由于连续的6-10个浮子组成，一组沉块由于连续的6-10个沉块组成。
本发明的有益效果：
本发明中的水下声学拖体具有体积小、噪声低和流阻力小的特点，能够有水面波浪滑翔机拖曳运动，按航线航行，自动获取航线上的海洋环境声学信息，无需工作人员持续介入，可以在恶劣海况下获取海洋声学信息，提高了海洋声学信息获取的效率，降低了人力成本。
水下声学拖体的供电采用波浪滑翔机上的太阳能电池板能源，水下声学拖体中没有一次性或充电电池，体积得以减小，成本降低，可以长时间工作于海上。
水下声学拖体与波浪滑翔机之间加装伸缩减振机构，波浪滑翔机由于波浪的影响存在较大振动，伸缩减振机构能够有效隔离波浪滑翔机速度起伏向水下声学拖体的传递，形成一套低噪声水下声学拖体，水听器立体阵能够高保真的获取海洋声学信息。
附图说明：
图1是水下声学拖体与波浪滑翔机链接关系示意图；其中，1波浪滑翔机、2定深拖曳缆、3水下声学拖体、4太阳能电池板；
图2为水下声学拖体结构示意图；其中，5伸缩减振机构、6沉块、7浮子、8水下拖体、9水听器、10水听器导流罩、11翼板、12姿态传感器、13声学数据采集与传输模块、14前导流罩。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图2具体说明本发明实施方式，
本实施方式为一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体；所述水下声学拖体包括水下拖体8、翼板11、水听器9、水听器导流罩10、声学数据采集与传输模块13、姿态传感器12、前导流罩14和伸缩减振机构5；
水下拖体的前端设有前导流罩；声学数据采集传输模块和姿态传感器设置在水下拖体内部；翼板成对且对称设置在水下拖体上，水听器设置在翼板上，多个水听器构成声学立体阵，声学立体阵需要水听器有一定空间间距；水听器外围加装水听器导流罩；
伸缩减振机构5包括沉块6和浮子7；伸缩减振机构5设置在连接水下拖体的定深拖曳缆上，且靠近水下拖体的一端；可以理解为伸缩减振机构包括沉块、浮子和部分定深拖曳缆，此时，伸缩减振机构两端分别连接部分定深拖曳缆和水下拖体。当波浪滑翔机速度变大时，伸缩减振机构伸长，当波浪滑翔机速度变小时，伸缩减振机构缩短，用于减小水面波浪滑翔机的速度起伏向水下拖体的耦合，同时通过调节伸缩减振机构的浮子和沉块的数量，将水下声学拖体整体配置为中性浮力，使得水下拖体速度保持均匀且姿态稳定，减小了由于水下拖体速度、姿态不稳定产生的振动噪声，为水听器立体阵提供一个低噪声的安装平台，水听器立体阵能够高保真的获取海洋声学信息。
水下声学拖体通过定深拖曳缆2连接在波浪滑翔机1上，水下声学拖体由波浪滑翔机拖曳航行，获取航线上的海洋声学信息；波浪滑翔机上设有太阳能电池板4，水下拖体中的声学数据采集与传输模块和姿态传感器供电由波浪滑翔机的太阳能电池板提供，通过水下定深拖曳缆向水下拖体供电；水下拖体中不需要加装充电电池或一次性电池，水下拖体的体积和重量得以减小，进而降低水下拖体运动时的流阻力。
对水下声学拖体进行低流阻力设计，水下声学拖体的流阻力小于波浪滑翔机的拖曳力：水下拖体作为水听器阵的安装平台，前导流罩采用半椭圆流线型回转体设计，水下拖体整体采用细长圆柱体设计，减小波浪滑翔机拖曳水下声学拖体运动时的水下流阻力。
伸缩减振机构中的浮子和沉块采用半椭圆流线型加圆柱体设计，中间穿孔，安装在定深拖曳缆上，减小波浪滑翔机拖曳水下声学拖体运动时的水下流阻力。
优选地，设置6只水听器，6只水听器构成声学立体阵；水下拖体上设置有3对翼板，其中两对水平翼板，每对水平翼板对称设置，一对水平翼板设置在水下拖体尾部，一对水平一般设置在水下拖体前部；一对竖直翼板，竖直翼板对称设置；6支水听器分别安装在不同翼板的边缘位置，最大限度的利用水下拖体的尺度，水下拖体重量增加小。
水听器采用弯曲圆盘水听器，外形为圆片型，圆片型水听器直接嵌入到翼板中，与翼板共型设计，水听器的外围加装水听器导流罩，降低水下拖体运动时水听器的流阻力和流噪声。
伸缩减振机构5的沉块和浮子设置方式如下：
6-10个浮子组成一组浮子，6-10个沉块组成一组沉块，一组浮子、一组沉块交替设置，两组浮子和两组沉块构成二阶伸缩减振机构；基于二阶伸缩减振机构，通过调节伸缩减振机构的浮子和沉块的数量，将水下声学拖体整体配置为中性浮力，减小了波浪滑翔机的负载；波浪滑翔机的航行速度由于海浪影响而起伏，起伏周期同海浪周期相同，当波浪滑翔机速度变大时，伸缩减振机构伸长，当波浪滑翔机速度变小时，伸缩减振机构缩短，减小水面波浪滑翔机的速度起伏向水下拖体的耦合，并结合水下声学拖体整体的中性浮力，能够更好地保证水下拖体速度保持均匀且姿态稳定，以减小由于水下拖体速度、姿态不稳定产生的振动噪声，进一步为水听器立体阵提供一个低噪声的安装平台，保证高保真的获取海洋声学信息。
本发明提供了一种适用于波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，该水下声学拖体能够挂载于波浪滑翔机之下，由波浪滑翔机拖曳按预定航线航行。水下声学拖体自身噪声低并且能够有效隔离波浪滑翔机振动对水下声学拖体声学性能的影响，获取航线上的海洋声学信息。水下声学拖体在波浪滑翔机拖曳时姿态稳定，确保水听器立体阵工作时姿态变化小。
需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，其特征在于，所述水下声学拖体包括水下拖体、翼板、水听器、水听器导流罩、声学数据采集与传输模块、姿态传感器、前导流罩和伸缩减振机构；
水下拖体的前端设有前导流罩；声学数据采集传输模块和姿态传感器设置在水下拖体内部；翼板成对且对称设置在水下拖体上，水听器设置在翼板上，多个水听器构成声学立体阵，声学立体阵的水听器之间具有空间间距；水听器外围加装水听器导流罩；
伸缩减振机构包括沉块和浮子；伸缩减振机构设置在连接水下拖体的定深拖曳缆上，且靠近水下拖体的一端；当波浪滑翔机速度变大时，伸缩减振机构伸长，当波浪滑翔机速度变小时，伸缩减振机构缩短，用于减小水面波浪滑翔机的速度起伏向水下拖体的耦合；通过调节伸缩减振机构的浮子和沉块的数量，将水下声学拖体整体配置为中性浮力；
水下声学拖体通过定深拖曳缆连接在波浪滑翔机上，水下声学拖体由波浪滑翔机拖曳航行，获取航线上的海洋声学信息；波浪滑翔机上设有太阳能电池板，水下拖体中的声学数据采集与传输模块和姿态传感器供电由波浪滑翔机的太阳能电池板提供，通过水下定深拖曳缆向水下拖体供电。
2.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，其特征在于，所述水下声学拖体采用低流阻力设计，水下声学拖体的流阻力小于波浪滑翔机的拖曳力。
3.根据权利要求2所述的一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，其特征在于，水下声学拖体采用低流阻力设计的方式如下：
水下拖体的前导流罩采用半椭圆流线型回转体设计，水下拖体整体采用细长圆柱体设计；伸缩减振机构中的浮子和沉块采用半椭圆流线型加圆柱体设计，中间穿孔，安装在定深拖曳缆上。
4.根据权利要求3所述的一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，其特征在于，所述水听器设置6只，6只水听器构成声学立体阵；水下拖体上设置有3对翼板，其中两对水平翼板，一对竖直翼板；一对水平翼板设置在水下拖体尾部，一对水平设置在水下拖体前部；6支水听器分别安装在不同翼板的边缘位置。
5.根据权利要求4所述的一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，其特征在于，所述水听器采用弯曲圆盘水听器，外形为圆片型，圆片型水听器直接嵌入到翼板中，与翼板共型设计。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，其特征在于，所述伸缩减振机构的沉块和浮子设置方式如下：
连续多个浮子组成一组浮子，连续多个沉块组成一组沉块，一组浮子、一组沉块交替设置，两组浮子和两组沉块构成二阶伸缩减振机构。
7.根据权利要求6所述的一种波浪滑翔机的低噪声低阻力水下声学拖体，其特征在于，一组浮子由于连续的6-10个浮子组成，一组沉块由于连续的6-10个沉块组成。
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