CN111634398B - 可快速转换姿态的无人潜航器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶术领域，尤其涉及可快速转换姿态的无人潜航器，所述潜航器的首部设置有脱离体；所述脱离体与潜航器的中部主体可拆卸式固定连接；所述潜航器的尾部设置有：动力推进系统，用于为潜航器提供动力，推进潜航器航行；所述潜航器的中部主体上设置有：控制系统，用于当潜航器转换姿态时，控制脱离体与潜航器的中部主体分离。本发明能够在特定情况下，迅速地由水平航行姿态调整为竖直航行姿态。

Description

可快速转换姿态的无人潜航器

技术领域

本发明涉及船舶术领域，尤其涉及可快速转换姿态的无人潜航器。

背景技术

随着无人潜航器的发展，其在人员搜救、近海石油调查、通信线路检查以及深海探测打捞等方面起着越来越重要的作用。无人潜航器正常航行时为水平姿态，而由于实际工作或功能需求，潜航器常需要在尽可能短时间内变换姿态为竖直状态，目前无人潜航器的姿态转换控制是无人潜航器领域的一项重要课题。

发明内容

本发明提供的可快速转换姿态的无人潜航器，能够在特定情况下，迅速地由水平航行姿态调整为竖直航行姿态。

本发明提供的可快速转换姿态的无人潜航器，所述潜航器的首部设置有脱离体；

所述脱离体与潜航器的中部主体可拆卸式固定连接；

所述潜航器的尾部设置有：

动力推进系统，用于为潜航器提供动力，推进潜航器航行；

所述潜航器的中部主体上设置有：

控制系统，用于当潜航器转换姿态时，控制脱离体与潜航器的中部主体分离。

进一步地，所述脱离体的内部设置有高密度配重；

所述脱离体与潜航器中部主体的首端通过多根螺柱相连；

所述脱离体与潜航器中部主体的连接处设置有多根预压紧弹簧；

每根预压紧弹簧的一端固定在脱离体尾端面上，另一端与潜航器中部主体的首端面接触。

更进一步地，每根螺柱上都一台螺柱电机；

每台螺柱电机都与控制系统相连；

当潜航器转换姿态时，控制系统控制每台螺柱电机转动，使每根螺柱从脱离体上卸下，从而将脱离体与潜航器的中部主体分离。

在上述技术方案中，所述潜航器中部主体首端上设置有气囊；

所述气囊与控制系统相连；

当潜航器水平航行时，所述气囊为收缩状态；

当潜航器转换姿态时，所述控制系统给予气囊电信号，使气囊充气膨胀。

进一步地，所述气囊的内部填充有预定量的三氮化钠和负催化剂；

所述气囊通过螺柱固定设置在潜航器中部主体的首端；

所述气囊采用PVC材质。

在上述技术方案中，所述潜航器的中部主体上均匀对称地分布有多根可旋转舭龙骨；

每根可旋转舭龙骨上都设置有一个转向装置；

每个转向装置都与控制系统相连；

当潜航器水平航行时，每根可旋转舭龙骨沿潜航器长度方向设置；

当潜航器转换姿态时，控制系统控制每个转向装置驱动对应的可旋转舭龙骨旋转至与潜航器长度方向垂直。

在上述技术方案中，所述潜航器的中部主体上均匀对称地分布有多片伞面；

当潜航器水平航行时，每片伞面收起，贴合于潜航器的中部主体表面；

当潜航器转换姿态时，每片伞面撑起，与潜航器的中部主体成锐角夹角。

进一步地，每片伞面都对应设置有一根支撑骨、一个滑道和一个滑块；

每个滑道沿潜航器长度方向设置；

每个滑块都设置在对应滑道上，与控制系统相连，并可沿对应滑道上滑动；

每根支撑骨的一端固定安装在对应滑道上，另一端固定安装于伞面贴合潜航器的一面上；

当潜航器水平航行时，每个滑块都位于对应滑道上指向潜航器尾部的一端，使对应伞面收起；

当潜航器转换姿态时，控制系统控制每个滑块向对应滑道上指向潜航器首部的一端滑动，使对应伞面撑起。

更进一步地，在每个滑道上：

指向潜航器首部的一端与对应滑块之间连接有首弹簧；

指向潜航器尾部的一端与对应滑块之间连接有尾弹簧；

距指向潜航器首部的一端预定距离处，固定设置有首限位扣；

在指向潜航器尾部的一端上，固定设置有尾限位扣；

当潜航器水平航行时，每片伞面收起，对应的首弹簧拉伸，尾弹簧压缩，滑块与尾限位扣固定接触；

当潜航器转换姿态时，每片伞面撑起，对应的首弹簧压缩，尾弹簧拉伸，滑块与首限位扣固定接触。

优选地，所述潜航器的中部主体上设置有：

通讯系统，用于建立控制系统与控制中心的连接；

所述动力推进系统，包括：螺旋桨、发动机和桨轴；

所述桨轴的一端连接发动机，另一端连接螺旋桨。

在本发明中，通过控制系统控制脱离体与潜航器的分离，来实现潜航器的姿态转换。脱离体与潜航器分离后，使潜航器重心向艇尾移动，艇体迅速由水平航行姿态向竖直姿态转动，从而达到潜航器迅速、稳定地转换姿态的效果。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例在水平航行时的主视结构示意图；

图2为本发明实施例在水平航行时的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例转换姿态后的结构示意图；

图4为本发明实施例中伞面收起时的结构示意图；

图5为本发明实施例中伞面撑起时的结构示意图；

图6为图4中M处的放大结构示意图；

图7为图5中N处的放大结构示意图。

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。

如图1和2所示，本实施例提供的可快速转换姿态的无人潜航器，所述潜航器的首部设置有脱离体1；

所述脱离体1与潜航器的中部主体可拆卸式固定连接；

所述潜航器的尾部设置有：

动力推进系统，用于为潜航器提供动力，推进潜航器航行；

所述潜航器的中部主体上设置有：

控制系统17，用于当潜航器转换姿态时，控制脱离体1与潜航器的中部主体分离。

所述潜航器的中部主体上还设置有：

通讯系统16，用于建立控制系统17与控制中心的连接；

所述动力推进系统，包括：螺旋桨7、发动机12和桨轴13；

所述桨轴13的一端连接发动机12，另一端连接螺旋桨7。

在本实施例中，所述潜航器航行状态，由控制系统17进行控制。控制中心对潜航器的控制，通过通讯系统16与控制系统17的连接来实现。当潜航器需要改变航行姿态时，控制中心通过通讯系统16向控制系统17下达指令，使控制系统17实现航行姿态转换命令。

在本实施例中，发动机12通过轴系驱动螺旋桨7前进。通过控制系统17控制脱离体与潜航器1的分离，来实现潜航器的姿态转换。脱离体1与潜航器分离后，使潜航器重心向艇尾移动，艇体迅速由水平航行姿态向竖直姿态转动，从而达到潜航器迅速、稳定地转换姿态的效果。

如图1和2所示，所述脱离体1的内部设置有高密度配重8；

所述脱离体1与潜航器中部主体的首端通过多根螺柱10相连；

所述脱离体1与潜航器中部主体的连接处设置有多根预压紧弹簧；

每根预压紧弹簧的一端固定在脱离体1尾端面上，另一端与潜航器中部主体的首端面接触。

在本实施例中，脱离体1与艇体通过螺柱10连接，脱离体1内置高密度配重8，使整个艇体保持水平平衡状态。所述潜航器中部主体的首端中间部分突出，对称式分布多个大扭矩的螺柱电机11，对延伸出潜航器中部主体的首端的螺柱10进行控制。脱离体1尾端面内凹，与潜航器中部主体的首端突出部分吻合。

如图2所示，在本实施例中，潜航器中部主体首端上设置有前舱，潜航器中部主体除开前舱的部分为后舱。所述螺柱10和螺柱电机11都设置在前舱。前舱与后舱之间由前舱壁9隔开。通讯系统16和控制系统17都设置在后舱。后舱与潜航器的尾部之间通过密闭舱壁15隔开。由于通讯系统16和控制系统17为电力电子元件，所以防水要求高，在本实施例中，建立单独密封的后舱存放通讯系统16和控制系统17。在潜航器的尾部，为了保证发动机12的防水，也设置有两个舱室：第一仓和第二仓。发动机12设置在第一仓内；第二仓位于潜航器的最尾端处。第一仓与第二仓之间通过带孔舱壁14隔开，桨轴13穿过带孔舱壁14分别与发动机12和螺旋桨7相连。

如图1至3所示，每根螺柱10上都一台螺柱电机11；

每台螺柱电机11都与控制系统17相连；

当潜航器转换姿态时，控制系统17控制每台螺柱电机11转动，使每根螺柱10从脱离体1上卸下，从而将脱离体1与潜航器的中部主体分离。

在本实施例中，当潜航器转换姿态时，即潜航器由水平航行转化为竖直航行的过程中，螺柱电机11驱动螺柱10转动，脱离体1被预压紧弹簧弹开，脱离潜航器中部主体；同时高密度配重8脱离，使潜航器重心向艇尾移动，艇体迅速由航行姿态向竖直姿态转动。在潜航器转换姿态的过程中，潜航器会产生艏摇运动。

为了使潜航器在转换姿态的过程保持稳定：

如图2和3所示，所述潜航器中部主体首端上设置有气囊2；

所述气囊2与控制系统17相连；

当潜航器水平航行时，所述气囊2为收缩状态；

当潜航器转换姿态时，所述控制系统17给予气囊2电信号，使气囊2充气膨胀。

所述气囊2的内部填充有预定量的三氮化钠和负催化剂；

所述气囊2通过螺柱10固定设置在潜航器中部主体的首端；

所述气囊2采用PVC材质。

在本实施例中，气囊2设置在前舱中，前舱的结构采用双层壳设计，内层壳体水密，外层壳体沿周向留出多层空隙，气囊2收缩时固定于内层壳体。气囊2中含预定量的三氮化钠(NaN₃)与一定量的负催化剂。NaN₃能够迅速分解放出氮气，使气囊2充气。

为提高气囊2的强度和柔软度，气囊2采用PVC材质。当气囊2需要充气时，控制系统17给予气囊2电信号，气囊2便可充气膨胀。负催化剂用于减缓气囊膨胀速度，使得充气过程更加稳定，最终气囊2膨胀至最大并与水平面相平。

为了进一步使潜航器在转换姿态的过程保持稳定：

如图1和3所示，所述潜航器的中部主体上均匀对称地分布有多根可旋转舭龙骨3；

每根可旋转舭龙骨3上都设置有一个转向装置4；

每个转向装置4都与控制系统17相连；

当潜航器水平航行时，每根可旋转舭龙骨3沿潜航器长度方向设置；

当潜航器转换姿态时，控制系统17控制每个转向装置4驱动对应的可旋转舭龙骨3旋转至与潜航器长度方向垂直。

在本实施例中，潜航器水平航行时，可旋转舭龙骨3由转向装置4强制扭动至沿潜航器长度方向分布，用以减小艇体横摇，提高稳定性。所述可旋转舭龙骨3共计四个，均匀对称地分布在后舱外壁两侧，通过转向装置4与潜航器的中部主体连接。转向装置4为强度较高的发条齿轮传动装置。常规情况下，发条处于蓄力状态，令可旋转舭龙骨3与艇身方向平行。当潜航器转换姿态时，限位装置解锁，在发条和齿轮的驱动下，可旋转舭龙骨3旋转90°后限位固定，与艇身方向垂直。

为了再进一步使潜航器在转换姿态的过程保持稳定：

如图3所示，所述潜航器的中部主体上均匀对称地分布有多片伞面5；

当潜航器水平航行时，每片伞面5收起，贴合于潜航器的中部主体表面；

当潜航器转换姿态时，每片伞面5撑起，与潜航器的中部主体成锐角夹角。

如图4至7所示，每片伞面5都对应设置有一根支撑骨6、一个滑道22和一个滑块23；

每个滑道22沿潜航器长度方向设置；

每个滑块23都设置在对应滑道22上，与控制系统17相连，并可沿对应滑道22上滑动；

每根支撑骨6的一端固定安装在对应滑道22上，另一端固定安装于伞面5贴合潜航器的一面上；

当潜航器水平航行时，每个滑块23都位于对应滑道22上指向潜航器尾部的一端，使对应伞面5收起；

当潜航器转换姿态时，控制系统17控制每个滑块23向对应滑道22上指向潜航器首部的一端滑动，使对应伞面5撑起。

在每个滑道22上：

指向潜航器首部的一端与对应滑块23之间连接有首弹簧19；

指向潜航器尾部的一端与对应滑块23之间连接有尾弹簧18；

距指向潜航器首部的一端预定距离处，固定设置有首限位扣20；

在指向潜航器尾部的一端上，固定设置有尾限位扣21。

当潜航器水平航行时，每片伞面5收起，对应的首弹簧19拉伸，尾弹簧18压缩，滑块23与尾限位扣21固定接触；

当潜航器转换姿态时，每片伞面5撑起，对应的首弹簧19压缩，尾弹簧18拉伸，滑块23与首限位扣20固定接触。

在本实施例中，伞面5撑起后，与潜航器的中部主体成70°夹角。

为使无人潜航器更好地执行海洋资源探测、人员搜救等任务，本实施例提供了可实现快速姿态转换的水下潜航器。本实施例在常规情况处于水平航行状态，特定情况时迅速由水平航行姿态转换至竖直姿态，并进行减摇工作，使其迅速平稳。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，所述潜航器的首部设置有脱离体(1)；

所述脱离体(1)与潜航器的中部主体可拆卸式固定连接；

所述潜航器的尾部设置有：

动力推进系统，用于为潜航器提供动力，推进潜航器航行；

所述潜航器的中部主体上设置有：

控制系统(17)，用于当潜航器转换姿态时，控制脱离体(1)与潜航器的中部主体分离；

所述潜航器的中部主体上均匀对称地分布有多根可旋转舭龙骨(3)；

每根可旋转舭龙骨(3)上都设置有一个转向装置(4)；

每个转向装置(4)都与控制系统(17)相连；

当潜航器水平航行时，每根可旋转舭龙骨(3)沿潜航器长度方向设置；

当潜航器转换姿态时，控制系统(17)控制每个转向装置(4)驱动对应的可旋转舭龙骨(3)旋转至与潜航器长度方向垂直。

2.根据权利要求1所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，所述脱离体(1)的内部设置有高密度配重(8)；

所述脱离体(1)与潜航器中部主体的首端通过多根螺柱(10)相连；

所述脱离体(1)与潜航器中部主体的连接处设置有多根预压紧弹簧；

每根预压紧弹簧的一端固定在脱离体(1)尾端面上，另一端与潜航器中部主体的首端面接触。

3.根据权利要求2所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，每根螺柱(10)上都一台螺柱电机(11)；

每台螺柱电机(11)都与控制系统(17)相连；

当潜航器转换姿态时，控制系统(17)控制每台螺柱电机(11)转动，使每根螺柱(10)从脱离体(1)上卸下，从而将脱离体(1)与潜航器的中部主体分离。

4.根据权利要求2所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，所述潜航器中部主体首端上设置有气囊(2)；

所述气囊(2)与控制系统(17)相连；

当潜航器水平航行时，所述气囊(2)为收缩状态；

当潜航器转换姿态时，所述控制系统(17)给予气囊(2)电信号，使气囊(2)充气膨胀。

5.根据权利要求4所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，所述气囊(2)的内部填充有预定量的三氮化钠和负催化剂；

所述气囊(2)通过螺柱(10)固定设置在潜航器中部主体的首端；

所述气囊(2)采用PVC材质。

6.根据权利要求1所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，所述潜航器的中部主体上均匀对称地分布有多片伞面(5)；

当潜航器水平航行时，每片伞面(5)收起，贴合于潜航器的中部主体表面；

当潜航器转换姿态时，每片伞面(5)撑起，与潜航器的中部主体成锐角夹角。

7.根据权利要求6所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，每片伞面(5)都对应设置有一根支撑骨(6)、一个滑道(22)和一个滑块(23)；

每个滑道(22)沿潜航器长度方向设置；

每个滑块(23)都设置在对应滑道(22)上，与控制系统(17)相连，并可沿对应滑道(22)上滑动；

每根支撑骨(6)的一端固定安装在对应滑道(22)上，另一端固定安装于伞面(5)贴合潜航器的一面上；

当潜航器水平航行时，每个滑块(23)都位于对应滑道(22)上指向潜航器尾部的一端，使对应伞面(5)收起；

当潜航器转换姿态时，控制系统(17)控制每个滑块(23)向对应滑道(22)上指向潜航器首部的一端滑动，使对应伞面(5)撑起。

8.根据权利要求7所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，在每个滑道(22)上：

指向潜航器首部的一端与对应滑块(23)之间连接有首弹簧(19)；

指向潜航器尾部的一端与对应滑块(23)之间连接有尾弹簧(18)；

距指向潜航器首部的一端预定距离处，固定设置有首限位扣(20)；

在指向潜航器尾部的一端上，固定设置有尾限位扣(21)；

当潜航器水平航行时，每片伞面(5)收起，对应的首弹簧(19)拉伸，尾弹簧(18)压缩，滑块(23)与尾限位扣(21)固定接触；

当潜航器转换姿态时，每片伞面(5)撑起，对应的首弹簧(19)压缩，尾弹簧(18)拉伸，滑块(23)与首限位扣(20)固定接触。

9.根据权利要求1所述的可快速转换姿态的无人潜航器，其特征在于，所述潜航器的中部主体上设置有：

通讯系统(16)，用于建立控制系统(17)与控制中心的连接；

所述动力推进系统，包括：螺旋桨(7)、发动机(12)和桨轴(13)；

所述桨轴(13)的一端连接发动机(12)，另一端连接螺旋桨(7)。

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