CN111717349B - 一种水下稳定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下稳定系统，包括：水翼装置，所述水翼装置包括水翼本体，所述水翼装置工作过程水翼本体的下翼面的压强小于其上翼面的压强，所述水翼本体为对称结构，且该水下稳定系统处于工作状态时，过所述水翼本体的重心且将所述水翼本体分为对称的两部分的竖直面为第一竖直面；牵引装置，所述牵引装置包括多组侧牵引组件，每组所述侧牵引组件包括侧牵引绳、导向轮以及绞盘，所述侧牵引绳的第一端缠绕在所述绞盘上且第二端绕过所述导向轮后与所述水翼本体的上翼面连接，且多组侧牵引组件的侧牵引绳在水翼上本体上的挂载位置对称设置；动力装置，所述动力装置能够驱动所述绞盘转动。该水下稳定系统的结构设计可使得水下设备按其使用要求保持与船只/水上作业平台具备稳定的相对位姿。

Description

一种水下稳定系统

技术领域

本发明涉及水下作业技术领域，更具体地说，涉及一种水下稳定系统。

背景技术

地球上水域面积广阔，超过70％的表面积被海水覆盖，近年来，海洋领域的技术研究引起了越来越多的关注，也带动水下通信技术的快速发展。水下通信可分为有缆通信和无缆通信，有缆通信方式使目标的活动区域大大受到限制，且安装、使用、维护繁琐昂贵，因此不适于水下节点间的动态通信。水下无线通信技术中最成熟的是水声通信。水声通信具有灵活、方便、经济、不存在电缆缠绕等特点，可实现导航、定位、信息交换等功能，是实现水下综合信息感知与信息交换的主要手段。在信息化海洋数据采集、海洋资源开发、海洋环境监测及军事等有关领域扮演着重要的角色。

如图1所示，水声设备包括声发射器03、水声换能器组02和水声主机01。声发射器03通常安装于水面以下，负责发射信号；水声换能器组02通常挂载于船只/水上作业平台上，负责接收信号；水声主机03安装于船只或岸上，主机实时对接收到的声信号进行处理，识别和定位。若要实现声发射器03动态高精度定位与通信就必须保证水声换能器对于船只/水上作业平台具备相对稳定的位姿。

目前针对需要挂载于船只/水上作业平台上的水声换能器，其主要挂载和布放方式分为刚性连接和柔性连接两种。刚性连接主要是采用刚性的伸缩杆或执行机构，将水声换能器放置于刚性杆末端，通过刚性杆收缩或执行机构运动状态切换实现水声换能器的收放。这种搭载及布放方式能保持水声换能器相对于搭载的船只/水上作业平台具有稳定的位姿，发挥较好的使用效果。缺点是船只/水上作业平台航行过程中刚性的伸缩杆或执行机构在展开状态(伸长状态)时会对船只运动会造成阻力、增在能耗，甚至引起侧翻，另外，伸缩杆及执行机构的重量体积大、结构复杂、工作过程浸泡在海水中，增加维护成本。若采用刚性直杆连接，虽然结构相对简单，但工作时需将船只整体抬高收放到作业水域，增加收放及远程操作的安装难度。柔性连接主要是采用柔性的钢缆及绳索来挂载水声换能器，另一端连接在固定于船只/水上作业平台的绞盘上，通过绞盘转动来实现水声换能器的收放。这种方式结构简单、轻巧，维护成本低。但由于水的阻力影响，绳挂水声换能器会由与船只/水上作业平台相对垂直姿态变为与船只/水上作业平台相对倾斜甚至水平姿态，水声换能器的入水深度也会降低。由于水声换能器的水听器阵列和换能器指向开角的缘故，当绳挂水声换能器与船只/水上作业平台相对倾斜甚至水平姿态时，会导致换能器与水听器阵列大部分被遮挡，将会导致其灵敏度大大下降，从而严重影响水声通信定位的性能与精度。同时，漂浮的绳缆及水下设备还有可能在转弯时撞到船只推进器，造成近一步破坏。实际上，不仅限于水声换能器，其它如水下摄像头、水下探测器等在工作时需要搭载在船只/水上作业平台上的水下设备，在工作过程中也需保持与船只/水上作业平台具有相对稳定的位姿才能进行数据的收发与测量等工作。

在水下设备工作过程中由于受水流作用力，水下设备往往难以保持其与船只/水上作业平台相对位姿的稳定性，水下设备会随洋流的变化而出现漂移，水下设备相对位姿的变化不但影响了水下数据的收发，同时其随洋流运动的过程中也会对船只/水上作业平台或水面上的检测装置造成影响。

综上所述，如何有效地解决水下设备难以保持其相对于船只/水上作业平台位姿的稳定性的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水下稳定系统，该水下稳定系统的结构设计可以提高水下设备保持其相对于船只/水上作业平台位姿的稳定性。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种水下稳定系统，包括：

水翼装置，所述水翼装置包括水翼本体，所述水翼系统工作过程水翼本体下翼面的压强小于其上翼面的压强；

牵引装置，所述牵引装置包括多组侧牵引组件，每组所述侧牵引组件包括侧牵引绳、导向轮以及绞盘，所述侧牵引绳的第一端缠绕在所述绞盘上且第二端绕过所述导向轮后与所述水翼本体的上翼面连接，且多组侧牵引组件的侧牵引绳在水翼上本体上的挂载位置对称设置；

动力装置，所述动力装置能够驱动所述绞盘转动。

优选地，所述水翼本体为曲面体，且水翼系统工作过程所述曲面体下翼面的压强小于其上翼面的压强。

优选地，所述水翼本体包括翼身以及对称的设置的多个侧翼，水翼系统工作过程所述侧翼下翼面的压强小于其上翼面的压强。

优选地，所述水翼装置还包括与所述水翼本体的顶部固定连接的顶翼和/或与所述水翼本体后端连接的尾翼。

优选地，所述水翼本体的底部还设置有防撞架，和/或，所述水翼本体上还设置有用于安装水下设备的安装结构件，和/或，所述水翼本体的上翼面上设置有挂钩。

优选地，所述牵引装置还包括至少一组中间牵引件，每组所述中间牵引件包括中间牵引绳、导向轮以及中间绞盘，所述中间牵引绳的第一端缠绕在所述中间绞盘上且第二端绕过所述导向轮后与所述水翼本体的顶部连接。

优选地，多组侧牵引组件包括左牵引组件和右牵引组件，所述左牵引组件的侧牵引绳为左牵引绳，所述左牵引组件的绞盘为左绞盘，所述右牵引组件的侧牵引绳为右牵引绳，所述右牵引组件的绞盘为右绞盘。

优选地，所述动力装置包括多个支撑杆和驱动所述支撑杆转动的驱动组件，每个所述支撑杆上固定有至少一个绞盘。

优选地，多个所述支撑杆中包括第一支撑杆和第二支撑杆，所有的左绞盘固定在第一支撑杆上，所有的右绞盘固定在第二支撑杆上。

优选地，所述驱动组件包括第一锥齿轮、固定在所述第一支撑杆上的第二锥齿轮、固定在所述第二支撑杆上的第三锥齿轮以及驱动所述第一锥齿轮转动的驱动件，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮均与所述第一锥齿轮啮合。

优选地，所述第二锥齿轮和第三锥齿轮分别与所述第一锥齿轮的沿着直径方向的两侧啮合。

优选地，所述牵引装置还包括至少一组中间牵引件，每组所述中间牵引件包括中间牵引绳、导向轮以及中间绞盘，所述中间牵引绳的第一端缠绕在所述中间绞盘上且第二端绕过所述导向轮后与所述水翼本体的上翼面连接；

多个所述支撑杆还包括第三支撑杆，所有的所述中间绞盘固定在所述第三支撑杆上，所述驱动组件还包括第四锥齿轮和固定在所述第三支撑杆上的第五锥齿轮，所述第四锥齿轮和第五锥齿轮啮合，所述驱动件能够驱动所述第四锥齿轮转动。

优选地，还包括动力支架，所述第二支撑杆、第三支撑杆和第一支撑杆依次由内至外套叠并且能相对转动，所述第一支撑杆与所述动力支架能够相对转动，所述第二支撑杆与所述动力支架能够相对转动。

优选地，还包括用于限制所述第二支撑杆、第三支撑杆和第一支撑杆的轴向移动自由度的轴向限位组件。

优选地，还包括导向轮支架和连接架，所述导向轮通过第一转轴与所述连接架转动连接，所述连接架通过第二转轴与所述导向轮支架转动连接。

优选地，所述水翼本体为对称结构，且该水下稳定系统处于工作状态时，过所述水翼本体的重心且将所述水翼本体分为对称的两部分的竖直面为第一竖直面；

该水下稳定系统的牵引装置和动力装置固定于水上设备上，所述水上设备处于平稳状态时其甲板沿水平面延伸，所述动力装置驱动所述绞盘转动时，所述牵引装置所有的牵引绳在与第一竖直面及无人艇甲板均垂直的平面内的投影速度相同。

应用本发明提供的水下稳定系统时，将水声换能器、水下摄像头、水下探测器等水下设备固定在水翼装置内，将牵引装置和动力装置设置在船只、无人艇、水上作业平台等水上设备上。使用过程中，水流流经水翼本体时，水翼本体顶面压强大于底面压强，该压强差对水翼本体施加向下的作用力，该作用力使水翼系统产生下坠的趋势，以平衡洋流的作用力。同时，多个侧牵引件的侧牵引绳共同牵引水翼本体，并且多组侧牵引组件的侧牵引绳在水翼上本体上的挂载位置对称设置，实现整个系统的受力及力矩平衡，可以更加平稳的缓冲洋流作用力，增加系统的稳定性。利用牵引装置和动力装置可以平稳地收放牵引绳，以实现水下设备的平稳收放。

由上可知，该水下稳定系统使得水下设备具备较好稳定性，能在水下相对于其所搭载的船只/水上作业平台具备稳定的位姿，发挥较好的使用效果，同时不引入复杂的控制部件，工作过程不需要人为干预，通用于无人设备。

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为船载移动式水声通信解决方案示意图；

图2为本发明实施例提供的水下稳定系统与无人艇结合的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的水下稳定系统与无人艇结合的另一角度的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的水下稳定系统的牵引装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一角度的水下稳定系统的牵引装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的水下稳定系统的牵引装置与动力装置结合的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的水下稳定系统的牵引装置与动力装置结合的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一角度的水下稳定系统的牵引装置与动力装置结合的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的导向轮的放大图；

图10为本发明实施例提供的水翼装置的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的另一角度的水翼装置的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的水翼装置的俯视图；

图13为本发明另一实施例提供的水翼装置的结构示意图。

在图1中：

01-水声主机、02-水声换能器组、03-声发射器；

在图2-图13中：

1-水翼装置、101-水翼本体、102-顶翼、103-尾翼、104-防撞架、105-挂钩、1011-翼身、1012-侧翼、106-安装结构件、2-牵引装置、201-左绞盘、202-中间绞盘、203-右绞盘、204-导向轮、205-右牵引绳、206-中间牵引绳、207-左牵引绳、208-导向轮支架、209-连接架、3-动力装置、301-驱动件、302-第一锥齿轮、303-第四锥齿轮、304-第二锥齿轮、305-第一限位螺母、306-第二支撑杆、307-第三支撑杆、308-第一支撑杆、309-第二限位螺母、310-第三锥齿轮、311-第五锥齿轮、312-动力支架、4-无人艇、5-水下设备。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种水下稳定系统，该水下稳定系统的结构设计可以提高水下设备保持其相对于船只/水上作业平台位姿的稳定性。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”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位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供的水下稳定系统包括水翼装置1、牵引装置2以及动力装置3。其中，水翼装置1包括水翼本体101，水翼系统工作过程水翼本体101下翼面的压强小于其上翼面的压强。

牵引装置2包括多组侧牵引组件。每组侧牵引组件均包括侧牵引绳、导向轮204以及绞盘，侧牵引绳的第一端缠绕在绞盘上且第二端绕过导向轮204后与水翼本体101的上翼面连接。即侧牵引绳的一端与水翼本体101的上翼面连接，且侧牵引绳的另一端设置在绞盘上，通过转动绞盘，收放侧牵引绳以实现对水翼本体101的收放。

动力装置3能够驱动绞盘转动，以实现侧牵引绳的收放。

应用本发明提供的水下稳定系统时，将水声换能器、水下摄像头、水下探测器等水下设备5固定在水翼装置1内，将牵引装置2和动力装置3设置在船只、无人艇4、水上作业平台等水上设备上。使用过程中，无人艇以一定速度航行，水流流经水翼本体时，水翼本体顶面压强大于底面压强，该压强差对水翼本体施加向下的作用力，该作用力使水翼系统产生下坠的趋势，以平衡洋流的作用力。同时，多个侧牵引件的侧牵引绳共同牵引水翼本体101，并且多组侧牵引组件的侧牵引绳在水翼上本体上的挂载位置对称设置，实现整个系统的受力及力矩平衡，可以更加平稳的缓冲洋流作用力，增加系统的稳定性。利用牵引装置2和动力装置3可以平稳地收放牵引绳，以实现水下设备5的平稳收放。

由上可知，该水下稳定系统使得水下设备5具备较好稳定性，能在水下相对于其所搭载的船只/水上作业平台具备稳定的位姿，发挥较好的使用效果，同时不引入复杂的控制部件，工作过程不需要人为干预，通用于无人设备。

沿与第一竖直面平行的各平面剖切水翼两侧结构，可以得到一系列平行的翼型剖切面，翼型剖切面的边缘为曲线，在一具体实施例中，水翼本体101剖切面的边缘曲线下侧的曲率可以大于其上侧的曲率，以使水翼系统工作过程水翼本体101下翼面的压强小于其上翼面的压强。当然，为了优化水翼本体在水中所受的水阻力，水翼本体101的下翼面的曲率也可以不大于其上翼面的曲率，只要保证水翼系统工作过程水翼本体101下翼面的压强小于其上翼面的压强同时其受到的水阻力数值合理即可，在此不作限定。

正常使用状态时，水翼本体101的上侧表面为上翼面，水翼本体101的下侧表面为下翼面。水翼本体101为对称结构。当该水下稳定系统处于工作状态时，过水翼本体101的重心且将水翼本体101分为对称的两部分的竖直面为第一竖直面。即该水下稳定系统处于工作状态时，第一竖直面过水翼本体101的重心且将水翼本体101分为两部分，两部分相对于第一竖直面对称。

该水下稳定系统的多根侧牵引绳在水翼上本体上的挂载位置相对于第一竖直面对称设置，且第一竖直面过水翼本体101重心。

如图10-12所示，该水翼本体101可以为曲面体，即该水翼本体101为弯曲的曲面体结构，且水翼系统工作过程所述曲面体下翼面的压强小于其上翼面的压强。

具体地，垂直于水翼本体101顶部的切面的平面为第一切面，第一竖直面垂直于第一切面。工作状态时，第一竖直面与水翼本体101的前后方向重合。若该水下稳定系统设置在船只或无人艇4上，水翼本体101的前端与船只或无人艇4的前端朝向相同。

该实施例中，位于第一竖直面两侧的侧牵引绳在水翼上本体上的挂载位置相对于第一竖直面对称。

优选地，沿水翼本体101前端至后端的方向，水翼本体101的两侧边缘逐渐远离对方。如此设置，水翼本体101的后侧宽度大于前侧宽度，有利于减小前行时的阻力。沿与第一竖直面平行的各平面剖切水翼两侧结构，可以得到一系列平行的翼型剖切面的边缘曲线，通过合理地设置剖切面的边缘曲线，可以可使水翼本体101具备较大的升阻比(升阻比是指水翼产生的下压力与其所受阻力的比值，升阻比较大，则同样的下压力下，系统所受阻力较小)。

当然，水翼本体101还可以为其它形状，比如工作状态时，水翼本体101在水平面内的投影可以为圆形、圆角棱形等，在此不作限定。

优选地，水翼装置1还包括与水翼本体101的顶部固定连接的顶翼102和/或与水翼本体101后端连接的尾翼103。尾翼103的数量可以为多个。尾翼103安装于水翼本体101的后侧，针对水翼装置1搭载的不同的水下设备5进行配平，以使水翼装置1具有平稳的位姿；同时尾翼103功能类似于风筝尾部，使水翼装置1不会因水流方向或船只/水上作业平台航向的改变而翻滚和摆动，提升水翼装置1的稳定性和通用性。顶翼102固定于水翼本体101上方，在水翼装置1运行过程中能降低水阻并维持水翼系统航迹的稳定。

水翼装置1的下侧，还设置有防撞架104，水下设备5安置在防撞架104内部，可防止外物对水翼装置1的撞击和损害，在水翼装置1工作过程中保护水翼本体101及其所搭载的水下设备5。水翼本体101上还设置有用于安装水下设备的安装结构件106，以便于固定水下设备。水下设备5与水翼装置1的连接方式不作具体限定，可以将水下设备5通过螺纹连接、卡接等任意方式设置在水翼装置1上。水下设备5可以刚性固定于水翼装置1的重心处(具体安装位置可根据不同的水下设备5和其使用场景来调整)，在船只/水上作业平台移动过程其与水翼本体101牢牢固定为一体，共同运动。

如图13所示，另一实施例中，水翼本体101可以包括翼身1011以及对称的设置的多个侧翼1012，侧翼1012的剖切面的边缘曲线下侧的曲率大于其上侧的曲率。多个侧翼1012分别设置在翼身1011两侧，且翼身1011两侧的侧翼1012对称设置，具体地，翼身1011的左侧和右侧可以分别设置一个侧翼1012或多个侧翼1012，或者多个侧翼1012可以沿翼身1011本体的周向均匀分布，在此不作限定。

该实施例中水翼本体101上可以设置挂钩105，多根牵引绳分别通过水翼本体101上的挂钩105分布挂载于水翼本体101上，在无人艇4航行过程中，水翼本体101在多根牵引绳拉力、水翼本体101产生的下压力、水翼本体101所受重力、浮力及洋流阻力的共同作用下达到受力平衡以及相对于无人艇4或船只的力矩平衡。

如图4-8所示，多组侧牵引组件包括左牵引组件和右牵引组件。即多组侧牵引组件中包括至少一个左牵引组件和至少一个右牵引组件。左牵引组件的侧牵引绳为左牵引绳207，左牵引组件的绞盘为左绞盘201。右牵引组件的侧牵引绳为右牵引绳205，右牵引组件的绞盘为右绞盘203。工作状态时，左牵引组件位于第一竖直面的左侧，右牵引组件位于第一竖直面的右侧。左牵引绳207和右牵引绳205在水翼上本体上的挂载位置相对于第一竖直面对称。

进一步地，动力装置3包括多个支撑杆和驱动支撑杆转动的驱动组件，每个支撑杆上固定有至少一个绞盘。每个支撑杆上可以固定一个绞盘，或者每个支撑杆上固定多个绞盘。同一支撑杆上的绞盘转动方向相同。如此设置，驱动组件驱动支撑杆转动时，支撑杆进而带动绞盘转动，以实现牵引绳的收放。

上述实施例中，为了简化结构，多个支撑杆可以依次套叠设置。多个支撑杆依次套叠后，相邻的两个支撑杆间能够相对转动。

为了保证相邻的两个支撑杆间能够灵活转动，相邻的两个支撑杆间还可以连接有轴承。

上述多个支撑杆中包括第一支撑杆308和第二支撑杆306，所有的左绞盘201固定在第一支撑杆308上，所有的右绞盘203固定在第二支撑杆306上。如此，所有的左绞盘201同步转动，所有的右绞盘203同步转动。

进一步地，驱动组件包括第一锥齿轮302、固定在第一支撑杆308上的第二锥齿轮304、固定在第二支撑杆306上的第三锥齿轮310以及驱动第一锥齿轮302转动的驱动件301，第二锥齿轮304和第三锥齿轮310均与第一锥齿轮302啮合。驱动件301驱动第一锥齿轮302转动时，第一锥齿轮302进而带动第二锥齿轮304和第三锥齿轮310转动，第二锥齿轮304转动带动第一支撑杆308及左绞盘201转动，以实现左牵引绳207的收放。第三锥齿轮310转动带动第二支撑杆306及右绞盘203转动，以实现右牵引绳205的收放。

在另一实施例中，牵引装置2还包括至少一组中间牵引件，每组中间牵引件包括中间牵引绳206、导向轮204以及中间绞盘202，中间牵引绳206的第一端缠绕在中间绞盘202上且第二端绕过导向轮204后与水翼本体101的上翼面连接。中间牵引绳206位于左牵引绳207和右牵引绳205之间。

上述实施例中，多个支撑杆还包括第三支撑杆307，所有的中间绞盘202均固定在第三支撑杆307上，驱动组件还包括第四锥齿轮303和固定在第三支撑杆307上的第五锥齿轮311，第四锥齿轮303和第五锥齿轮311啮合，驱动件301能够驱动第四锥齿轮303转动。当驱动件301驱动第四锥齿轮303转动时，第四锥齿轮303带动第五锥齿轮311及第三支撑杆307转动，进而带动中间绞盘202转动以实现中间牵引绳206的收放。

第四锥齿轮303和第一锥齿轮302同轴设置，以便于驱动件301同时驱动第四锥齿轮303和第一锥齿轮302转动。具体地，第四锥齿轮303和第一锥齿轮302均固定在驱动件301的输出端。

另外，第二锥齿轮304和第三锥齿轮310分别与第一锥齿轮302的沿着直径方向的两侧啮合，因此第二锥齿轮304和第三锥齿轮310具备相反转向，则左绞盘201与右绞盘203转向相反。具体地，第二锥齿轮304和第三锥齿轮310分别与第一锥齿轮302的上侧和下侧啮合，或者第二锥齿轮304和第三锥齿轮310分别与第一锥齿轮302的左侧和右侧啮合，在此不作限定。

该动力装置3还包括动力支架312，动力支架312安装在船只/水上作业平台上。

具体地，可以第二支撑杆306、第三支撑杆307和第一支撑杆308依次由内至外套叠且能相对转动，即第三支撑杆307套在第二支撑杆306外侧，第一支撑杆308套在第三支撑杆307外侧，并且第二支撑杆306、第三支撑杆307和第一支撑杆308中任意两者之间能相对转动。第一支撑杆308与动力支架312能够相对转动，第二支撑杆306与所述动力支架312能够相对转动。

上述实施例中，为了防止第二支撑杆306、第三支撑杆307和第一支撑杆308发生轴向移动，还可以包括用于限制第二支撑杆306、第三支撑杆307和第一支撑杆308的轴向移动自由度的轴向限位组件。轴向限位组件可以为分别设置在第二支撑杆306、第三支撑杆307和第一支撑杆308上的多个限位销、多个限位凸起等，在此不作限定。

另一实施例中，第二支撑杆306上设有阶梯台，动力支架312内嵌有轴承，第二支撑杆306上的阶梯台与动力支架312的内嵌轴承相抵，以限制第二支撑杆306相对于动力支架312向下的自由度。第二支撑杆306的下端螺纹连接有第二限位螺母309，第二限位螺母309与动力支架312上的内嵌轴承相抵以限制第二支撑杆306相对于动力支架312向上的自由度。同时，第二支撑杆306相对于动力支架312能顺畅地转动。

第一支撑杆308的下端螺纹连接有第一限位螺母305，第一限位螺母305与动力支架312内嵌轴承相抵以限制第一支撑杆308相对于动力支架312向上的自由度。第一支撑杆308上设有阶梯台，动力支架312内嵌有轴承，第一支撑杆308上的阶梯台与动力支架312的内嵌轴承相抵，以限制第一支撑杆308相对于动力支架312向下的自由度。同时，第一支撑杆308相对于动力支架312能顺畅地转动。第一支撑杆308内径大于第三支撑杆307外径，二者可通过内嵌轴承或合理的间隙实现相互顺畅地转动。

当然，第一支撑杆308和第二支撑杆306的轴向移动限位还可以通过轴承实现，在此不作限定。

第三支撑杆307与第二支撑杆306之间通过内嵌的轴承相互配合与限位，轴承内圈与第二支撑杆306固连为一体，轴承外圈与第三支撑杆307固连为一体，从而第三支撑杆307相对于第二支撑杆306具备相互转动的自由度，其它方向自由度被完全限制。

第二支撑杆306可以为实心杆或空心杆，在此不作限定。

另外，第一支撑杆308、第二支撑杆306和第三支撑杆307还可以通过其它方式限制轴向移动自由度并能够互相顺畅地转动。

驱动件301可以为电机，该电机可以为水密电机。当然，可以用其他的传动方案驱动绞盘转动；电机数量不限于1个；动力源不限于是水密电机，可以是电机和减速器或电机连接其余执行机构作为动力输出；动力源也可以是其他方式如液压驱动或手动等，只要能实现挂载在水翼系统上的牵引绳平稳收放即可。

当然，多个支撑杆中的任意两个支撑杆之间具有夹角或相互平行。具体地，第一支撑杆308、第二支撑杆306和第三支撑杆307可以相互平行，或者第一支撑杆308、第二支撑杆306和第三支撑杆307中的任意两个之间具有夹角，在此不作限定。

多个支撑杆间可以通过齿轮、蜗轮蜗杆等部件实现力矩传递。

该水下稳定系统的牵引装置2和动力装置3固定于水上设备上，水上设备处于平稳状态时其甲板沿水平面延伸。为保证水翼本体101处于水平姿态，即其所搭载的水声换能器与水上设备始终保持相对垂直姿态，同时使水翼的受力和力矩均衡，工作状态下，动力装置3驱动绞盘转动时，牵引装置2所有的牵引绳在与第一竖直面及无人艇甲板均垂直的平面内的投影速度相同，即动力装置3驱动绞盘转动时，牵引装置2所有的牵引绳的竖直分速度相同。具体使用过程中，结合导向轮204的安装位置，通过调节各绞盘的输出速度，使得各牵引绳竖直分速度相同，以达到同步平稳收放水翼本体101的目的。该设计可以运用于不同结构的设备上(船只/水上作业平台)，结构简单、通用性广，可结合具体的水下设备的使用场景及工况要求来调整水翼本体姿态及与之配套的牵引绳的收放速度，不局限于本专利所罗列方式。

具体地，牵引装置2包括左牵引绳207、右牵引绳205和中间牵引绳206，动力装置3驱动绞盘转动时，左牵引绳207、右牵引绳205和中间牵引绳206的竖直分速度相同。可根据具体的使用场景要求来调整牵引绳速度，不局限于本专利所罗列调整情况。

如图9所示，还可以在船只、无人艇4等水上平台上设置导向轮支架208，以便于装配导向轮204。多个导向轮支架208的高度不同，以使得多个导向轮高度与其对应绞盘中心高度一致。该牵引装置2还可以包括连接架209，导向轮204与连接架209转动连接，导向轮204通过第一转轴与连接架209转动连接。连接架209与导向轮支架208转动连接，连接架209与导向轮支架208通过第二转轴转动连接。第一转轴和第二转轴可以相互垂直设置。如此，导向轮204相对于导向轮支架208具备相对旋转的自由度。可以根据实际使用场景合理地选型和设计导向轮204与与连接架209的形状，控制二者的间隙以限制牵引绳相对于二者的位置。导向轮系的设计不仅仅局限于本专利所罗列方案，只需结合具体的使用场景使得导向轮能引导牵引绳的收放并促进其正常工作即可。

在无人艇4、船只等航行过程中，牵引绳受下方水翼本体101的下拉力作用，与导向轮204处于贴紧状态。当牵引绳受洋流作用力影响位姿发生改变时，由于导向轮204相对于导向轮支架208具备相对旋转的自由度，同时牵引绳的位置又被合理地限制于连接架209与导向轮204的间隙内，则牵引绳可灵活地调整其位姿，在无人艇4航行过程中，牵引绳始终保持与导向轮204处于贴紧状态，增加系统稳定性。无人艇4停止运动时，水翼结构在浮力作用下与牵引绳一起上浮，在这个过程中通过驱动件301驱动绞盘将牵引绳收紧。

综上，本装置动力系统结构简单，不涉及复杂控制，仅由一个电机实现左绞盘201和右绞盘203双向、异速转动，锥齿轮传动可使动力系统的的扭矩进一步增大，从而使本水下稳定系统具备较大的输出力矩以加载在下方的水翼装置1上。进一步地，通过调整多个锥齿轮传动的传动比，可分别控制左绞盘201、右绞盘203和中间绞盘202的转动速度，进而控制与其连接的左牵引绳207、右牵引绳205和中间牵引绳206的收放速度。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (15)

1.一种水下稳定系统，其特征在于，包括：

水翼装置(1)，所述水翼装置(1)包括水翼本体(101)，所述水翼系统工作过程水翼本体(101)下翼面的压强小于其上翼面的压强；

牵引装置(2)，所述牵引装置(2)包括多组侧牵引组件，每组所述侧牵引组件包括侧牵引绳、导向轮(204)以及绞盘，所述侧牵引绳的第一端缠绕在所述绞盘上且第二端绕过所述导向轮(204)后与所述水翼本体(101)的上翼面连接，且多组侧牵引组件的侧牵引绳在水翼上本体上的挂载位置对称设置；多组侧牵引组件包括左牵引组件和右牵引组件，所述左牵引组件的侧牵引绳为左牵引绳(207)，所述左牵引组件的绞盘为左绞盘(201)，所述右牵引组件的侧牵引绳为右牵引绳(205)，所述右牵引组件的绞盘为右绞盘(203)；

动力装置(3)，所述动力装置(3)能够驱动所述绞盘转动。

2.根据权利要求1所述的水下稳定系统，其特征在于，所述水翼本体(101)为曲面体，且水翼系统工作过程所述曲面体下翼面的压强小于其上翼面的压强。

3.根据权利要求1所述的水下稳定系统，其特征在于，所述水翼本体(101)包括翼身(1011)以及对称的设置的多个侧翼(1012)，水翼系统工作过程所述侧翼(1012)下翼面的压强小于其上翼面的压强。

4.根据权利要求2或3所述的水下稳定系统，其特征在于，所述水翼装置(1)还包括与所述水翼本体(101)的顶部固定连接的顶翼(102)和/或与所述水翼本体(101)后端连接的尾翼(103)。

5.根据权利要求1所述的水下稳定系统，其特征在于，所述水翼本体(101)的底部还设置有防撞架(104)，和/或，所述水翼本体(101)上还设置有用于安装水下设备的安装结构件(106)，和/或，所述水翼本体(101)的上翼面上设置有挂钩(105)。

6.根据权利要求1所述的水下稳定系统，其特征在于，所述牵引装置(2)还包括至少一组中间牵引件，每组所述中间牵引件包括中间牵引绳(206)、导向轮(204)以及中间绞盘(202)，所述中间牵引绳(206)的第一端缠绕在所述中间绞盘(202)上且第二端绕过所述导向轮(204)后与所述水翼本体(101)的顶部连接。

7.根据权利要求1所述的水下稳定系统，其特征在于，所述动力装置(3)包括多个支撑杆和驱动所述支撑杆转动的驱动组件，每个所述支撑杆上固定有至少一个绞盘。

8.根据权利要求7所述的水下稳定系统，其特征在于，多个所述支撑杆中包括第一支撑杆(308)和第二支撑杆(306)，所有的左绞盘(201)固定在第一支撑杆(308)上，所有的右绞盘(203)固定在第二支撑杆(306)上。

9.根据权利要求8所述的水下稳定系统，其特征在于，所述驱动组件包括第一锥齿轮(302)、固定在所述第一支撑杆(308)上的第二锥齿轮(304)、固定在所述第二支撑杆(306)上的第三锥齿轮(310)以及驱动所述第一锥齿轮(302)转动的驱动件(301)，所述第二锥齿轮(304)和第三锥齿轮(310)均与所述第一锥齿轮(302)啮合。

10.根据权利要求9所述的水下稳定系统，其特征在于，所述第二锥齿轮(304)和第三锥齿轮(310)分别与所述第一锥齿轮(302)的沿着直径方向的两侧啮合。

11.根据权利要求9所述的水下稳定系统，其特征在于，所述牵引装置(2)还包括至少一组中间牵引件，每组所述中间牵引件包括中间牵引绳(206)、导向轮(204)以及中间绞盘(202)，所述中间牵引绳(206)的第一端缠绕在所述中间绞盘(202)上且第二端绕过所述导向轮(204)后与所述水翼本体(101)的上翼面连接；

多个所述支撑杆还包括第三支撑杆(307)，所有的所述中间绞盘(202)固定在所述第三支撑杆(307)上，所述驱动组件还包括第四锥齿轮(303)和固定在所述第三支撑杆(307)上的第五锥齿轮(311)，所述第四锥齿轮(303)和第五锥齿轮(311)啮合，所述驱动件(301)能够驱动所述第四锥齿轮(303)转动。

12.根据权利要求11所述的水下稳定系统，其特征在于，还包括动力支架(312)，所述第二支撑杆(306)、第三支撑杆(307)和第一支撑杆(308)依次由内至外套叠并且能相对转动，所述第一支撑杆(308)与所述动力支架(312)能够相对转动，所述第二支撑杆(306)与所述动力支架(312)能够相对转动。

13.根据权利要求12所述的水下稳定系统，其特征在于，还包括用于限制所述第二支撑杆(306)、第三支撑杆(307)和第一支撑杆(308)的轴向移动自由度的轴向限位组件。

14.根据权利要求1所述的水下稳定系统，其特征在于，还包括导向轮支架(208)和连接架(209)，所述导向轮(204)通过第一转轴与所述连接架(209)转动连接，所述连接架(209)通过第二转轴与所述导向轮支架(208)转动连接。

15.根据权利要求1-3和5-14中任一项所述的水下稳定系统，其特征在于，所述水翼本体(101)为对称结构，且该水下稳定系统处于工作状态时，过所述水翼本体(101)的重心且将所述水翼本体(101)分为对称的两部分的竖直面为第一竖直面；

该水下稳定系统的牵引装置(2)和动力装置(3)固定于水上设备上，所述水上设备处于平稳状态时其甲板沿水平面延伸，所述动力装置(3)驱动所述绞盘转动时，所述牵引装置(2)所有的牵引绳在与第一竖直面及无人艇甲板均垂直的平面内的投影速度相同。

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