CN111559481A

CN111559481A - 一种圆蝶形水下滑翔器

Info

Publication number: CN111559481A
Application number: CN202010447929.4A
Authority: CN
Inventors: 陈赞; 王红茹; 董耀泽; 龚李震
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2020-08-21

Abstract

本发明公开了一种圆蝶形水下滑翔器，涉及水下滑翔器领域。该水下滑翔器包括具有水动力性能的非密闭性圆蝶形形外壳、具有一定抗压能力的球形耐压壳和耐压壳与圆碟形外壳的连接支架组成，球形耐压壳内搭载着圆碟形水下滑翔器滑翔运动所需的质心调节装置和浮力调节装置。该滑翔器主体结构对称，能保证在水下滑翔时各个方向具有相同的水动力性能，质心调节装置通过改变重块位置实现改变滑翔器的重心，浮力调节装置调节滑翔器浮力，实现滑翔器的上浮和下沉，联动两套调节系统实现滑翔器的滑翔运动。该水下滑翔器能在水下实现全向运动，水下拐弯半径小，同时具有较强的带负载和扩展能力，能满足不同的水下任务。

Description

一种圆蝶形水下滑翔器

技术领域

本发明设计水下滑翔器领域，尤其涉及圆碟形水下滑翔器。

背景技术

水下滑翔器在水中通过一次调整自身重心位置和浮力大小就能实现长距离的滑翔运动，具有功耗小、使用费用低的特点，能够在海洋中长时间大空间的进行探测和收集等科研活动，是海洋探索的重要工具。但是，当前水下滑翔器多为圆柱形固定翼结构形式，具有以下问题：

（1）受机体自身结构限制，在水下运动时无法做到小半径拐弯，需要远大于自身长度的水域进行拐弯，在狭窄水域无法发挥优势。

（2）机身结构固定，探测设备单一，没有可扩展空间，无法用于不同类型的科研工作。

发明内容

本发明人针对上述问题及需求，提出了一种具有可扩展功能并有一定带负载能力的全向运动圆碟形水下滑翔器，该水下滑翔器呈圆碟形，在各个方向具有相同的水动力性能，具有全向运动的能力，在水中能实现螺旋式上升和下潜运动，拐弯半径极小，能实现狭窄水域的科研工作，同时，内部具有一定空间，可搭载不同科研设备进行不同的科研作业，具有较强的可扩展性和带载荷能力。

本发明的技术方案如下：

圆碟形水下滑翔器包括：包括外壳、耐压壳体、浮力调节装置、重心调节装置、外连接支架和内连接支架，所述外壳为水动力圆碟形，其内部中空；外连接支架由两个同心圆环及肋板组成，两个同心圆环之间由肋板连接，外圆环固定在所述外壳上；耐压壳体固定于内圆环上，其轴线与内圆环的轴线相重合；重心调节装置设置在耐压壳体内，用于调整滑翔器的重心；浮力调节装置固定在外壳内部，用于调整滑翔器的浮力；所述内连接支架设置在耐压壳体内部，并与内圆环连接。

优选的，所述外壳由上下两部分通过螺栓连接而成，所述外壳为非水密壳体，其在深水中不需要承受水压。

优选的，外连接支架的内圆环上均匀排布有若干螺孔，用于安装耐压壳体、浮力调节装置及重心调节装置，所述耐压壳体与内圆环之间密封，内圆环采用耐压材料制成。

优选的，所述质心调节装置位于耐压仓中心位置，所述质心调节装置包括驱动步进电机、传动齿轮组、同心转轴、转动杆、连接器、配重块和导向环；所述同心转轴的轴线与耐压仓中轴线重合，同心转轴通过两个角接触轴承固定在内连接支架上；所述传动杆分为小孔传动杆和大孔传动杆，所述小孔传动杆安装在同心转轴上，所述大孔传动杆通过深沟球轴承连接在同心转轴上；驱动步进电机带动传动齿轮组，传动齿轮组带动传动杆绕同心转轴转动；导向环固定在内连接支架的下部；配重块通过连接器固定在转动杆的末端，在驱动步进电机的作用下在导向环上运动；两个驱动步进电机对称安装在内连接支架上。

优选的，所述传动齿轮组包括大齿轮和小齿轮，所述大齿轮分别连接在大孔传动杆和同心转轴上，所述小齿轮安装在驱动步进电机的输出轴上。

优选的，所述水动力外壳内部有圆环形凹槽。

优选的，所述浮力调节装置包括油箱、泵体、单向阀和圆环形油馕，所述油箱安装于内连接支架的下部，泵体固定在内连接支架的上部并通过管路与油箱相连，所述单向阀位于管路中用于防止液体倒流，所述圆环形油馕安装于外壳内部的圆环形凹槽内，所述圆环形油馕通过管路经过外连接支架中预留的密封孔与耐压仓内部联通。

优选的，所述油箱由油箱箱体、油封、油封端盖和密封圈组成，油箱容积可以改变。

优选的，所述外连接支架用于搭载水下探测设备和一定负载。

本发明的有益效果是：

该滑翔器主体结构对称，能保证在水下滑翔时各个方向具有相同的水动力性能，质心调节装置通过改变重块位置实现改变滑翔器的重心，浮力调节装置调节滑翔器浮力，实现滑翔器的上浮和下沉，联动两套调节系统实现滑翔器的滑翔运动。该水下滑翔器能在水下实现全向运动，水下拐弯半径小，同时具有较强的带负载和扩展能力，能满足不同的水下任务。

该水下滑翔器采用模块化设计，耐压壳与水动力外壳分开分为两个部分，当在水中发生碰撞时能减小对内部耐压壳的稳定性的影响，提高了水下滑翔器的安全性能。

该水下滑翔器圆环形油馕安装于水动力外壳内，既能起到浮力调节的作用又不影响滑翔器的水动力性能，能充分利用水动力外壳的水动力性能。

附图说明

图1是本申请公开的具有扩展功能的圆蝶形水下滑翔器的结构图；

图2是图1结构A-A方向剖面图；

图3是本申请水下滑翔器去除上水动力外壳的俯视图；

图4是本申请水下滑翔器耐压壳内结构侧视剖面图；

图5是本申请水下滑翔器耐压壳内结构俯视图；

图6是本申请水下滑翔器耐压壳内结构仰视图；

图7是本申请水下滑翔器的质心调节装置结构图；

图8是本申请水下滑翔器的浮力调节装置原理图；

图9使本申请水下滑翔器油箱剖视图。

其中：

1、2-外壳，3-外连接支架，4-圆环形油馕，5-上耐压壳，6-泵体，7-上连接支架，8-下连接支架，9-传动齿轮组，10-油箱箱体，11-下耐压壳，12-同心转轴，13-配重块，14-肋板空间，15、16-转动杆，17-驱动步进电机，18-角接触轴承，19-深沟球轴承，20-连接器，21-电池仓，22-控制电路，23-密封圈，24-油封，25-油封端盖。

实施方法

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-3所示，本申请公开的一种圆蝶形水下滑翔器，该水下滑翔器包括水动力圆碟形外壳，包括下壳体1和上壳体2，上下壳体的内部均为中空，上壳体2内部有一条圆环形凹槽用于放置圆环形油馕4，上下壳体2、1通过螺栓连接且内部没有密封，上下壳体2、1通过外连接支架3与上下耐压壳5、11连接，外连接支架3与上下耐压壳5、11通过螺栓连接且在接触面处有O型圈密封，外连接支架3的中心圆环上开有通孔用于浮力调节装置管路通过,所述通孔与管路密封处理，外连接支架3四条肋板之间留下的空间14用于不同工作任务下的科研设备放置，上下耐压壳5、11与外连接支架3形成耐压仓；内连接支架包括，上连接支架7与下连接支架8，上下连接支架7、8与外连接支架3通过螺栓连接，相关电子元件放置在耐压仓内，相关电子元件包括但不限于电池仓21、控制电路22，电池仓21有四个均匀分布。

如图4至图7所示，该圆蝶形水下滑翔器还包括质心调节装置，质心调节装置用于调节滑翔器重心位置从而调整滑翔在水中的倾斜角度。重心调节装置安装在滑翔器耐压仓的中心位置，重心调节装置包括驱动步进电机17、传动齿轮组9、同心转轴12、转动杆15、16、轴承18、19、连接器20和配重块13，驱动步进电机17安装在上连接支架上，两电机轴线相隔150°，传动齿轮组9包括两组传动比相同的齿轮组，传动齿轮组9的小齿与驱动电机轴过盈配合，传动齿轮组9的大齿分别与同心转轴和大孔传动杆15过盈配合，同心转轴12通过两个角接触球轴承18分别与上下连接支架连接，小孔传动杆与同心转轴过盈配合，大孔传动杆通过深沟球轴承与同心转轴连接，两个连接器20将两个配重块13分别与大孔转动杆15、小孔转动杆16相连。两个配重块13的移动受两个驱动步进电机控制，配重块移动相互独立，配重块能够在水平面内360°无死角转动，初始时，两配重块之间的角度为180°，当小于180°时，重心位置开始偏移实现重心调节。

如图4至图9所示，该圆蝶形水下滑翔器还包括浮力调节装置，浮力调节装置用于改变滑翔器的排水体积从而起到增大滑翔器浮力的作用。浮力调节装置包括泵体6、油箱、单向阀、圆环形油馕4，其中泵体6安装在上连接支架7中心且泵的轴线位于两驱动步进电机中间，油箱由油箱箱体10、油封24、油封端盖25和密封圈23组成，油封24可以在油箱箱体10内上下运动，密封圈用于油箱箱体与油封之间的密封，油封端盖25用于限制油封24的运动，油箱箱体10安装在下连接支架8中心，油箱箱体10为圆柱体，油封开有密封槽用于安装密封圈23，油封端盖25与油箱箱体10通过螺栓连接，油箱通过管道与泵体6连通，泵体6再通过管道经过外连接支架3预留的孔与外部圆环形油馕4连通，外部圆环形油馕通过管道经过外连接支架3预留的孔再与单向阀连通，单向阀通过管道再与油箱连通。当滑翔器需要上浮时，打开泵体6将油箱内的油压入外部圆环形油馕4，滑翔器浮力增大实现上浮，下潜时打开单向阀，在水的压力下，圆环形油馕内的油液逐渐被压入油箱，实现滑翔器下沉。

上述外壳1、2、外连接支架3、上下耐压壳5、11、上下连接支架7、8、同心转轴12、大小孔转动杆15、16、轴承18、19、油箱箱体10、密封圈23，油封24，油封端盖25的轴线均位于同一轴线。

以上所述的仅仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以这样理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于，包括外壳、耐压壳体、浮力调节装置、重心调节装置、外连接支架、内连接支架和电池仓，所述外壳为水动力圆碟形，其内部中空；外连接支架由两个同心圆环及肋板组成，两个同心圆环之间由肋板连接，外圆环固定在所述外壳上；耐压壳体固定于内圆环上，其轴线与内圆环的轴线相重合；重心调节装置设置在耐压壳体内，用于调整滑翔器的重心；浮力调节装置固定在外壳内部，用于调整滑翔器的浮力；所述内连接支架设置在耐压壳体内部，并与内圆环连接；所述电池仓安装在耐压仓内。

2.根据权利要求1所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，所述外壳由上下两部分通过螺栓连接而成，所述外壳为非水密壳体，其在深水中不需要承受水压。

3.根据权利要求1所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，外连接支架的内圆环上均匀排布有若干螺孔，用于安装耐压壳体、浮力调节装置及重心调节装置，所述耐压壳体与内圆环之间密封，内圆环采用耐压材料制成。

4.根据权利要求1所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，所述质心调节装置位于耐压仓中心位置，所述质心调节装置包括驱动步进电机、传动齿轮组、同心转轴、转动杆、连接器、配重块和导向环；所述同心转轴的轴线与耐压仓中轴线重合，同心转轴通过两个角接触轴承固定在内连接支架上；所述传动杆分为小孔传动杆和大孔传动杆，所述小孔传动杆安装在同心转轴上，所述大孔传动杆通过深沟球轴承连接在同心转轴上；驱动步进电机带动传动齿轮组，传动齿轮组带动传动杆绕同心转轴转动；导向环固定在内连接支架的下部；配重块通过连接器固定在转动杆的末端，在驱动步进电机的作用下在导向环上运动；两个驱动步进电机对称安装在内连接支架上。

5.根据权利要求4所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，所述传动齿轮组包括大齿轮和小齿轮，所述大齿轮分别连接在大孔传动杆和同心转轴上，所述小齿轮安装在驱动步进电机的输出轴上。

6.根据权力要求1所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，所述水动力外壳内部有圆环形凹槽。

7.根据权力要求6所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，所述浮力调节装置包括油箱、泵体、单向阀和圆环形油馕，所述油箱安装于内连接支架的下部，泵体固定在内连接支架的上部并通过管路与油箱相连，所述单向阀位于管路中用于防止液体倒流，所述圆环形油馕安装于外壳内部的圆环形凹槽内，所述圆环形油馕通过管路经过外连接支架中预留的密封孔与耐压仓内部联通。

8.根据权力要求7所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，所述油箱包括油箱箱体、油封、油封端盖和密封圈，油封可以在油箱箱体内上下运动，密封圈用于油箱箱体与油封之间的密封，油封端盖用于限制油封的运动所述油箱容积可以改变。

9.根据权力要求1所述的圆碟形水下滑翔器，其特征在于，所述外连接支架用于搭载水下探测设备和一定负载。