CN111924044B - 一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，包括由前至后依次连接的载荷舱、首平衡舱、设备舱、浮力调节舱、尾平衡舱和推进舱。相比于现有技术，本发明的可机动海洋观测平台可通过姿态调整模块实现竖直沉浮作业和水平机动作业两种工作模式。由于该观测平台在竖直工作模式可以实现横向位置修正，因此适合特定区域内的高密度加密观测；由于该观测平台在水平作业模式可以实现机动航行，因此能够实现该平台的自动部署和回收。

Description

一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台
技术领域
本发明涉及海洋观测设备技术领域，特别是涉及一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台。
背景技术
Argo剖面浮标是九十年代发展起来的新一代覆盖全球海洋实时观测系统高科技产品，现已在国际Argo计划中大量使用，可借助剖面浮标这一新型探测仪器组成观测网阵，测量从水下2000米到海表面的温度、盐度、深度等剖面数据。剖面循环探测浮标技术的发展和全球Argo计划的实施，将使科研人员有能力获取大量的海洋数据，从而能准确的进行中、长期气候预测、灾害天气预报，为海事活动提供更为准确的实时数据等等。
随着科学技术的发展，Argo剖面浮标主要技术己趋于成熟，但目前在海洋中布设的浮标对其进行沉浮控制主要采用阿基米德原理，通过调节油囊的体积进而改变浮力来实现浮标的沉浮，这类浮标最大的缺点是其没有水平位移修正功能，浮标在海洋中只有随波漂流，长时间运行后会偏离需要重点观测的海域，难以实现对特定海域的高密度高分辨率长时间观测，且其多为一次性使用，存在使用成本高，无法重复使用的缺陷。
鉴于上述浮标存在的问题，有必要研发出一种能够在水下长时间作业观测平台，使其在保留传统浮标主要功能的基础上，实现在沉浮过程中观测平台的横向位移修正，同时能够切换到水平状态实现机动部署和回收重复使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，该平台在水中具有垂直往复式运动且能在水下一定深度漂流、水平位移修正、空间内任意运动、卫星及水声通信等功能，且具备低功耗作业能力，可实现指定海域长期连续海洋观测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，包括由前至后依次连接的载荷舱、首平衡舱、设备舱、浮力调节舱、尾平衡舱和推进舱，所述浮力调节舱内设置有液压系统，所述液压系统分别通过管路与所述首平衡舱、所述尾平衡舱连通，所述设备舱内由前至后依次设置有第一质量块、滚转机构、第二质量块、支撑环和第三质量块，所述第一质量块和所述第三质量块固定于所述设备舱的内壁上且位于所述设备舱轴线的同侧，所述滚转机构包括电机、内齿轮和外齿轮，所述第二质量块的两端分别固定于所述内齿轮和所述支撑环上，所述电机与所述外齿轮传动连接，所述内齿轮与所述外齿轮啮合，所述内齿轮和所述支撑环同轴且均转动安装于所述设备舱内，所述推进舱处安装有推进器和舵机，所述舵机上安装有舵板。
优选地，所述载荷仓内设置有通信模块与任务载荷模块，所述设备舱内还设置有姿态传感器和控制模块，所述控制模块分别与所述通信模块、所述任务载荷模块、所述姿态传感器、所述电机和所述舵机电连接。
优选地，所述第一质量块、所述第二质量块和所述第三质量块为动力电池组。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的机动海洋观测平台在使用时，可通过姿态调整模块实现竖直沉浮作业和水平机动作业两种工作模式。相比于现有技术，由于该观测平台在竖直工作模式可以实现横向位置修正，因此适合特定区域内的高密度加密观测；由于该观测平台在水平作业模式可以实现机动航行，因此能够实现该平台的自动部署和回收。
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为本实施例的可在水下长时间作业的机动海洋观测平台在竖直沉浮作业模式下的结构示意图；
图2为本实施例的可在水下长时间作业的机动海洋观测平台在竖直沉浮作业模式下的受力图；
图3为本实施例的可在水下长时间作业的机动海洋观测平台在水平机动作业模式下的结构示意图；
图4为本实施例的可在水下长时间作业的机动海洋观测平台在水平机动作业模式下的受力图；
附图标记说明：1.载荷舱；2.首平衡舱；3.设备舱；4.滚转机构；5.支撑环；6.浮力调节舱；7.尾平衡舱；8.推进舱；9.推进器；10.舵板；11.第一质量块；12.第二质量块；13.第三质量块。
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。
本发明的目的是提供一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，该平台在水中具有竖直往复式运动且能在水下一定深度漂流、水平位移修正、空间内任意运动、卫星及水声通信等功能，且具备低功耗作业能力，可实现指定海域长期连续剖面海洋观测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-4所示，本实施例提供一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，包括由前至后依次连接的载荷仓1、首平衡舱2、设备舱3、浮力调节舱6、尾平衡舱7和推进舱8。
其中，浮力调节舱6内设置有液压系统，液压系统分别通过管路与首平衡舱2、尾平衡舱7连通。通过该液压系统可以调整首平衡舱2和尾平衡舱7内液体质量，从而对观测平台轴向上的重心位置进行调整。设备舱3内由前至后依次设置有第一质量块11、滚转机构4、第二质量块12、支撑环5和第三质量块13。第二质量块12的质量为第一质量块11的质量的两倍，第一质量块11与第三质量块13的质量相同，第一质量块11和第三质量块13固定于设备舱3的内壁上且位于设备舱3轴线的同侧。通过改变第二质量块12的周向位置，可以对观测平台径向上的重心位置进行调整。滚转机构4包括电机、内齿轮和外齿轮，第二质量块12的两端分别固定于内齿轮和支撑环5上。电机与外齿轮传动连接，内齿轮与外齿轮啮合，内齿轮和支撑环5同轴且均转动安装于设备舱3内。电机与外齿轮的传动连接方式有多种，本实施例中外齿轮与电机的输出轴固定相连。当电机驱动内齿轮旋转时，即可改变第二质量块12的周向位置。推进舱8处安装有推进器9和舵机，舵机上安装有舵板10。推进器9用于推动观测平台前进，舵机通过调整舵板10的角度改变观测平台的前进方向。
本实施例的机动海洋观测平台在使用时，存在竖直沉浮作业和水平机动作业两种作业模式。为了使观测平台保持稳定，当观测平台处于竖直沉浮作业模式时，观测平台的重心位于浮心下方。此时第一质量块11和第三质量块13位于观测平台轴线一侧，第二质量块12位于观测平台轴线另一侧。当观测平台处于竖直沉浮作业模式时，观测平台的重心位于浮心的侧方，此时第一质量块11、第二质量块12和第三质量块13位于观测平台轴线的同侧。在竖直沉浮作业模式下，通过推进器9实现沉浮运动，同时在沉浮过程中还可以通过改变舵板10的攻角实现横向位移修正；在水平机动作业模式下，通过推进器实现横向机动航行，通过舵机调整航行方向。另外，还可以通过在特定海域内分布多个观测平台进行组网，完成某特定海域的精细化观测任务。相比于现有技术，由于该观测平台在竖直工作模式可以实现横向位置修正，因此适合特定区域内的高密度加密观测；由于该观测平台在水平作业模式可以实现机动航行，因此能够实现该平台的自动部署和回收。
进一步的，本实施例中，载荷仓内设置有通信模块与任务载荷模块，设备舱3内还设置有姿态传感器和控制模块，控制模块分别与通信模块、任务载荷模块、姿态传感器、电机和舵机电连接。控制模块可根据探测到的信息以及通过通信模块接受到的信息进行分析计算，对液压系统、推进器9、舵机和电机进行控制，调整观测平台的工作模式。
更进一步的，第一质量块11、第二质量块12和第三质量块13的形式有多种，只要能起到配重作用即可。为了避免增加额外重量，本实施例中第一质量块11、第二质量块12和第三质量块13均为动力电池组，本领域技术人员也可根据需要选择其它类型的质量块。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，其特征在于，包括由前至后依次连接的载荷舱、首平衡舱、设备舱、浮力调节舱、尾平衡舱和推进舱，所述浮力调节舱内设置有液压系统，所述首平衡舱、所述尾平衡舱分别通过管路与所述液压系统连通，以对所述可机动海洋观测平台轴向上的重心位置进行调整；所述设备舱内由前至后依次设置有第一质量块、滚转机构、第二质量块、支撑环和第三质量块，以对观测平台径向上的重心位置进行调整；所述第一质量块和所述第三质量块固定于所述设备舱的内壁上且位于所述设备舱轴线的同侧，所述滚转机构包括电机、内齿轮和外齿轮，所述第二质量块的两端分别固定于所述内齿轮和所述支撑环上，所述电机与所述外齿轮传动连接，所述内齿轮与所述外齿轮啮合，所述内齿轮和所述支撑环同轴且均转动安装于所述设备舱内，所述推进舱处安装有推进器和舵机，所述舵机上安装有舵板；所述第二质量块的质量为所述第一质量块的质量的两倍，所述第一质量块与所述第三质量块的质量相同；
其中，通过轴向重心调节与径向重心调节相互配合，能够使重心与浮心的连线平行于所述可机动海洋观测平台的轴线以及垂直于所述可机动海洋观测平台的轴线，从而使所述可机动海洋观测平台能够切换至竖直姿态和水平姿态，以及两种姿态之间的任意角度。
2.根据权利要求1所述的能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，其特征在于，所述载荷仓内设置有通信模块与任务载荷模块，所述设备舱内还设置有姿态传感器和控制模块，所述控制模块分别与所述通信模块、所述任务载荷模块、所述姿态传感器、所述电机和所述舵机电连接。
3.根据权利要求1所述的能够在水下长时间作业的可机动海洋观测平台，其特征在于，所述第一质量块、所述第二质量块和所述第三质量块为动力电池组。
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