CN111907670B - 一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机，包括前导流罩、抛弃装置、耐压舱、后导流罩和机翼，前导流罩和后导流罩内分别放置有硅油囊；抛弃装置包括抛弃浮子、抛载重物、塑料转换板、浮子底座和抛载重物底座，塑料转换板上设有导电接插件，塑料转换板的一侧固定有所述浮子底座，另一侧固定所述抛载重物底座，抛弃浮子与浮子底座之间通过不锈钢熔断丝连接并用弹簧进行约束；抛载重物通过不锈钢熔断丝固定于抛载重物底座；耐压舱的外部设有外保护壳体，耐压舱内部设有姿态调整机构和执行控制系统。

Description

一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机
技术领域
本发明涉及水下滑翔机技术领域，尤其涉及一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机。
背景技术
当前深渊观测急需小型自主式航行器进行长时间大范围的原位观测，以推动深渊领域观测的经济性和持续性。水下滑翔机是一种典型的自主式水下机器人,其通常利用液压系统进行浮力调节并通过机身两侧的水平机翼实现锯齿形运动,具有长时序、大范围的原位观测能力,续航力可达数千公里以上。然而深渊环境下海水压力过大带来有效能源载荷不足和微型液压系统高压调节能力不够且随工作深度的增加能耗明显过大的问题，因此现有水下滑翔机典型工作深度集中于6000米，尚不具备全海域覆盖的连续剖面工作能力。为此，急需一种具备低功耗运动模式的新型水下滑翔机开展深渊观测。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机，包括前导流罩、抛弃装置、耐压舱、后导流罩和机翼，所述前导流罩和后导流罩内分别放置有硅油囊；
所述抛弃装置包括抛弃浮子、抛载重物、塑料转换板、浮子底座和抛载重物底座，所述塑料转换板上设有导电接插件，所述塑料转换板的一侧固定有所述浮子底座，另一侧固定所述抛载重物底座，所述抛弃浮子与浮子底座之间通过不锈钢熔断丝连接并用弹簧进行约束；所述抛载重物通过不锈钢熔断丝固定于抛载重物底座；
所述耐压舱的外部设有外保护壳体，耐压舱内部设有姿态调整机构和执行控制系统，所述执行控制系统用于控制固定所述抛弃浮子和抛弃重物的不锈钢熔断丝的熔断；
所述姿态调整机构包括执行电机、导轨、丝杠、固定板和电池包，所述固定板设置于耐压舱的前后两端，其中一端的固定板上安装有丝杠固定罩，所述丝杠固定罩内设有丝杠螺母；固定板之间连接有所述导轨，所述导轨上滑动连接有执行电机，所述执行电机与所述电池包固定连接；所述执行电机的输出轴与丝杠连接，所述丝杠与所述丝杠螺母连接。
所述耐压舱的前后两端分别设有前封头和后封头，所述前封头处安装有通讯天线；
所述外保护壳体上设有机翼固定架，所述机翼通过螺栓固定于机翼固定架上。
进一步的，所述硅油囊由硅油囊固定罩和螺栓固定在前导流罩和后导流罩，用于补偿海水密度差。
进一步的，所述抛弃浮子由陶瓷浮力球组成，陶瓷浮力球的外部设有浮子保护罩。
进一步的，所述耐压舱壳体采用陶瓷材料制成。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明利用抛弃浮子和抛弃重物来代替传统的液压系统进行浮力调节，实现滑翔机的连续剖面，具有功耗低、可靠性高等优点。
2.该滑翔机耐压舱材料为陶瓷材料，具有比传统金属材料更高的比强度和比模量，比复合材料更高的交变载荷承载能力。
3.该滑翔机通讯天线杆与滑翔机轴线夹角为90度，可在较差海况中保证较好的水面通讯性能。
4.电池包在执行电机的带动下可以在导轨上前后滑动，通过改变滑翔机重心的位置来调节滑翔机的姿态。
5.滑翔机的抛载重块通过不锈钢丝与塑料转换板上的导电接插件连接，不锈钢丝通电后因电化学作用熔断，达到抛载目的。该方法简单可靠，而且抛载重物可以进行重复安装使用。
6.该滑翔机虽然体型与质量小，但仍具有负载功能。其搭载的压力传感器与温盐深仪可以测得海水中的压力、温度、盐度等参数，这些参数对于深渊探索具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的水下滑翔机的整体结构示意图。
图2为本发明的水下滑翔机的内部结构示意图。
图3为本发明的水下滑翔机的抛载装置的放大结构示意图。
图4为本发明的水下滑翔机的电池舱内部结构示意图。
附图标记：1-前导流罩，2-通讯天线，3-机翼，4-机翼固定架，5-后导流罩，6-尾舵，7-硅油囊，8-抛弃浮子，9-天线杆，10-前封头，11-执行控制系统，12-陶瓷外壳，13-耐压舱，14-外保护壳体，15-后封头，16-浮子保护罩，17-陶瓷浮力球，18-抛载重物，19-抛载重物底座，20-塑料转换板，21-浮子底座，22-丝杠固定罩，23-丝杠螺母，24-电池包，25-执行电机，26-导轨，27-固定板，28-不锈钢丝，29-导电接插件，30-弹簧。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明提供一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机，包括前导流罩1、抛弃装置、耐压舱13、后导流罩5、尾舵6和机翼3，前导流罩1和后导流罩5内分别放置有硅油囊7，硅油囊7内装有硅油，硅油囊由硅油囊固定罩包裹固定，通过螺栓将硅油囊固定罩与前后导流罩固定，用于补偿海水密度差。
所述抛弃装置包括抛弃浮子8、抛载重物18、塑料转换板20、浮子底座21和抛载重物底座19，塑料转换板20上设有导电接插件29，塑料转换板20的一侧固定有浮子底座21，另一侧固定抛载重物底座19，抛弃浮子8与浮子底座21之间通过不锈钢丝28连接并用弹簧30进行约束；抛载重物18通过不锈钢丝28固定于抛载重物底座19；
耐压舱13的外部设有外保护壳体14，耐压舱内部设有姿态调整机构和执行控制系统11，执行控制系统用于控制固定抛弃浮子和抛弃重物的不锈钢熔断丝的熔断；浮子底座21上的弹簧30在不锈钢丝28熔断后为抛弃浮子8提供弹力，达到将抛弃浮子8与滑翔机有效分离目的。
本实施例中的耐压舱13的外壳是有陶瓷材料制成的陶瓷外壳12。
机翼固定架4用螺栓固定在外保护壳体14上，机翼3用螺栓固定在机翼固定架4上。机翼3的材料为碳纤维，可以为滑翔机提供足够的升力实现滑翔机在水平方向的运动。
耐压舱13的前后两端分别设有前封头10和后封头15；天线杆9固定于耐压舱前封头10处，对通讯天线2起固定支撑作用，与滑翔机水平方向夹角为90度，可以保证滑翔机在海况较差的情况下也能够与岸基进行通讯。天线杆9的材料为钛合金，能够保证在万米深海中承受海水的压力。
如图3所示，两个陶瓷浮力球17组成一个抛弃浮子8，陶瓷浮力球17外部是浮子保护罩16。抛弃浮子8通过浮子底座21固定于塑料转换板20上，浮子底座21通过螺钉固定到塑料转换板20上，抛弃浮子8与浮子底座21之间通过不锈钢丝28连接，并用弹簧30进行约束，当不锈钢丝28通电熔断之后弹簧将抛弃浮子8与浮子底座21分离，滑翔机的排水体积减小，自身重力大于其所能提供的浮力，从而达到下潜的目的。
如图3所示，抛载重物18通过不锈钢丝28固定于抛载重物底座19，抛载重物底座19固定于塑料转换板20上，当不锈钢丝28通电熔断后，抛载重物18与抛载重物底座19分离，滑翔机的自重减小，自身重力小于其所能提供的浮力，从而达到上浮的目的。
抛弃浮子部分8通过浮子底座21内的不锈钢丝28固定于滑翔机前部塑料转换板20上，所述不锈钢丝28将塑料转换板20上的导电接插件29与抛弃浮子保护罩16连接，同时由于不锈钢丝28的拉紧作用将位于抛弃浮子保护罩16与浮子底座21之间的弹簧30压缩，不锈钢丝28通电熔断后抛弃浮子8脱离滑翔机从而为滑翔机提供下潜所需的动力。抛载重物18通过抛载重物底19的铁丝固定于滑翔机前部塑料转换板20上，不锈钢丝28通电熔断后抛载重物18脱离滑翔机从而为滑翔机提供上浮所需动力。
如图3所示，该滑翔机共包括两组抛弃浮子8和两个抛弃重物18，滑翔机在水面上时为中性，此时滑翔机除通讯天线外浸入水中。固定抛弃浮子8的不锈钢丝28通电熔断后第一组抛弃浮子8与滑翔机分离，滑翔机开始下潜。当滑翔机下潜到指定深度后抛载重物底座19的不锈钢丝28通电熔断，抛载重物18与滑翔机分离，滑翔机开始上浮直至水面，完成一个剖面周期的运动。该滑翔机共有两组抛弃浮子8和抛载重物18，因此可以完成两个完整剖面周期的运动，具有连续剖面的能力。
如图4所示，姿态调整机构包括执行电机25、导轨26、丝杠、固定板27和电池包24，固定板27设置于耐压舱13的前后两端，耐压舱13其中一端的固定板27上安装有丝杠固定罩22，丝杠固定罩22内设有丝杠螺母23；固定板之间连接有导轨26，导轨26上滑动连接有执行电机25，执行电机25与电池包24固定连接；执行电机25的输出轴与丝杠连接，丝杠与丝杠螺母连接，以达到调节滑翔机姿态的目的。
具体的，浮子底座21通过螺钉固定到塑料转换板20上，每个塑料转换板20装有4个浮子底座21。浮子底座21上打有安装弹簧用的底孔。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种小型连续剖面深渊探查型水下滑翔机，其特征在于，包括前导流罩、抛弃装置、耐压舱、后导流罩和机翼，所述前导流罩和后导流罩内分别放置有硅油囊；
所述抛弃装置包括抛弃浮子、抛载重物、塑料转换板、浮子底座和抛载重物底座，所述塑料转换板上设有导电接插件，所述塑料转换板的一侧固定有所述浮子底座，另一侧固定所述抛载重物底座，所述抛弃浮子与浮子底座之间通过不锈钢熔断丝连接并用弹簧进行约束；所述抛载重物通过不锈钢熔断丝固定于抛载重物底座；
所述耐压舱的外部设有外保护壳体，耐压舱内部设有姿态调整机构和执行控制系统，所述执行控制系统用于控制固定所述抛弃浮子和抛弃重物的不锈钢熔断丝的熔断；
所述姿态调整机构包括执行电机、导轨、丝杠、固定板和电池包，所述固定板设置于耐压舱的前后两端，其中一端的固定板上安装有丝杠固定罩，所述丝杠固定罩内设有丝杠螺母；固定板之间连接有所述导轨，所述导轨上滑动连接有执行电机，所述执行电机与所述电池包固定连接；所述执行电机的输出轴与丝杠连接，所述丝杠与所述丝杠螺母连接；
所述耐压舱的前后两端分别设有前封头和后封头，所述前封头处安装有通讯天线；
所述外保护壳体上设有机翼固定架，所述机翼通过螺栓固定于机翼固定架上，所述硅油囊由硅油囊固定罩和螺栓固定在前导流罩和后导流罩，用于补偿海水密度差，所述抛弃浮子由陶瓷浮力球组成，陶瓷浮力球的外部设有浮子保护罩，所述耐压舱壳体采用工程陶瓷制成。
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