CN112298505A - 无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器 - Google Patents

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隋殿杰
王群
展铭望
余长林
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Abstract

本发明公开了一种无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，包括舱体、供水装置和控制模块；所述舱体从右到左依次包括机动舱、动力料存储舱和动力反应舱；所述动力反应舱上固设供水装置；所述动力反应舱与动力料存储舱用隔板隔开，且动力料存储舱内的动力料可进入动力反应舱；所述动力反应舱的左侧中心舱壁上设有喷射向前推进器；所述舱体上设有至少2个喷射旋转推进器；所述机动舱包括水力挤压罩和活塞；所述控制模块固定在舱体上。本发明水下无人航行器能够很好的执行诸如海域巡逻侦察、海上中继通信、海洋环境调查、污染水域监测等任务，水下航行器具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的安全性。

Description

无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，尤其是涉及一种无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器。
背景技术
海底世界蕴含大量能源和丰富的资源，对人类了解世界和社会发展起到重要作用。智能水下航行器作为探索海底世界的重要手段，他是一种可由飞机、水面舰艇、潜艇等搭载的水下航行器，它的主要作用有搜寻、救援、自主执行海洋探测、也可搭载如探测器、水下预制武器、水雷等，可自主完成一系列任务，自主水下航行器目前得到世界各国的广泛重视，是现代社会人类认识海洋、开发利用海洋的有效工具。
目前，多数智能水下航行器，均采用铅酸电池、碱性电池或锂电池等进行能源供给，电池一旦出现问题，航行器将无法正常运行；另外，当潜水器以高机动性执行水下任务时，往往导致续航力下降，降低水下工作时间，影响潜水器的性能指标，为了提高自主水下航行器的稳定性，实现能力转化，达到自主产生动力，自主运行的目的，既能保证正常运行，又能达到节约能源的效果，需要设计一种新型智能无人自主水下航行器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器。该水下无人航行器将传统理念与自给自足的设计模式相结合，使水下航行器具备即可人为控制也可自主产生动能行驶两种模式，设有推进舱，能够增加能量流体的供给速率，可使航行器加速运行，体型较小，方便驶入空间狭小及复杂地区。水下航行器具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的安全性。
为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：
一种无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，包括舱体、供水装置和控制模块；
所述舱体从右到左依次包括机动舱、动力料存储舱和动力反应舱；所述动力反应舱上固设供水装置；
所述动力反应舱与动力料存储舱用隔板隔开，且动力料存储舱内的动力料可进入动力反应舱；所述动力反应舱的左侧中心舱壁上设有喷射向前推进器；
所述舱体上设有至少2个喷射旋转推进器；所述喷射旋转推进器的出口中心轴与舱体中心轴呈10-40度的夹角；所述喷射旋转推进器包括主推进管、副推进管和喷射放大环；所述喷射放大环包括外环和内环；
所述机动舱包括水力挤压罩和活塞；所述水力挤压罩的左端设有突出圆盘，该突出圆盘与动力料存储舱内壁滑动配合；所述动力料存储舱右端设有收缩部，该收缩部与水力挤压罩滑动配合；所述水力挤压罩左端的突出圆盘与所述动力料存储舱右端的收缩部之间设有压力平衡舱，该压力平衡舱通过泄压孔与外界连通；所述水力挤压罩左端的突出圆盘左侧设置活塞，所述突出圆盘和活塞均在动力料存储舱内，所述活塞和突出圆盘之间设有活塞间隙，活塞间隙内有动力料；所述水力挤压罩的左端设有内设有增压舱，该增压舱与活塞间隙通过内部阀门连接相通；
所述控制模块固定在舱体上。
在一种实施方式中，所述主推进管的末端往外扩散分设有至少3根均匀设置在圆周上的副推进管；所述副推进管的出口通向喷射放大环内。
在一种实施方式中，所述副推进管的出口为弯曲设置，使出口方向与副推进管中心轴偏离40-90度。
在一种实施方式中，所述动力料存储舱包括动力料出口阀；所述动力料出口阀位于所述动力料存储舱与动力反应舱之间的隔板上并延伸到所述动力反应舱内；所述动力料存储舱内装有动力料。
在一种实施方式中，所述动力料出口阀为单向阀。
在一种实施方式中，所述动力料是与水能进行反应并产生气体和/或能量的物质。
在一种优选的实施方式中，所述动力料选自钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体。所述料舱内的动力料采用钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体，钠金属颗粒或钠金属粉末均匀悬浮在上述介质之中，通过料舱后部的动力料出口阀喷入至反应舱，与水进行反应，产生气体和/或能量，作为水下航行器的运动能量。
在一种实施方式中，所述供水装置与动力反应舱连接；优选的，所述供水装置包括供水泵、过滤器、进水单向阀；所述供水泵安装在供水装置之内；所述过滤器安装在供水装置下部；所述进水单向阀用于连接动力舱供水装置与反应舱。
在一种实施方式中，所述机翼包括主机翼、副翼、舵机、合叶；所述主机翼与副翼通过合叶连接；所述舵机固定在主机翼上。
在一种实施方式中，所述控制模块包括环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池；所述环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池均设置于控制模块组件内。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
本发明水下无人航行器将传统理念与自给自足的设计模式相结合，使水下航行器具备即能人为控制也可自主产生动能行驶两种模式，可静止于水下，并能够控制其行驶速率，不受前进速度和海浪影响。能够很好的执行诸如海域巡逻侦察、海上中继通信、海洋环境调查、污染水域监测等任务，水下航行器具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的安全性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明
图1是本发明中所述智能水下无人航行器的剖视示意图；
图2是本发明中所述智能水下无人航行器的俯视示意图；
图3是本发明中所述智能水下无人航行器的侧视示意图；
图4是本发明中所述智能水下无人航行器的后视示意图；
图5是本发明中所述喷射推进器的正视图；
图6是本发明中所述喷射推进器的侧视图；
图7是本发明中所述喷射推进器的立体图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参见图1-图4所示，作为本发明的一个方面，本发明无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，包括舱体100、供水装置4和控制模块6；
所述舱体100从右到左依次包括机动舱1、动力料存储舱2和动力反应舱3；所述动力反应舱3上固设供水装置4；
所述动力反应舱3与动力料存储舱2用隔板21隔开，且动力料存储舱2内的动力料22可进入动力反应舱3；所述动力反应舱3的左侧中心舱壁上设有喷射向前推进器31；
参见图1、图5和图6所示，所述舱体100上设有2个喷射旋转推进器5；所述喷射旋转推进器5的出口中心轴与舱体中心轴呈10-40度的夹角；所述喷射旋转推进器5包括主推进管51、副推进管52和喷射放大环53；所述喷射放大环53包括外环531和内环532；本发明中，由于所述喷射旋转推进器5的出口中心轴与舱体中心轴呈10-40度的夹角，因此导致喷射的水流方向反作用力于舱体时，舱体逐步旋转，使得航行器在海水的冲击下能够保持稳定旋转前进；
所述机动舱1包括水力挤压罩11和活塞12；所述水力挤压罩11的左端设有突出圆盘111，该突出圆盘111与动力料存储舱2内壁滑动配合；所述动力料存储舱2右端设有收缩部23，该收缩部23与水力挤压罩11滑动配合；所述水力挤压罩11左端的突出圆盘111与所述动力料存储舱2右端的收缩部23之间设有压力平衡舱24，该压力平衡舱24通过泄压孔25与外界连通；所述水力挤压罩11左端的突出圆盘111左侧设置活塞12，所述突出圆盘111和活塞12均在动力料存储舱2内，所述活塞12和突出圆盘111之间设有活塞间隙112，活塞间隙112内有动力料；所述水力挤压罩11的左端内设增压舱113，该增压舱113与活塞间隙112通过内部阀门114连接相通；
所述控制模块6固定在舱体100上。
在某些实施例中，参见图5和图6所示，所述主推进管51的末端往外扩散分设有6根均匀设置在圆周上的副推进管52；所述副推进管52的出口521通向喷射放大环53内。
参见图7所示，在某些实施例中，所述副推进管52的出口521为弯曲设置，使出口521方向与副推进管52中心轴偏离40-90度。这种弯曲出口喷出的水流方向反作用力于舱体时，更有助于舱体逐步旋转，使得航行器在海水的冲击下能够保持稳定旋转前进。
参见图1所示，可以理解，由于机动舱1内的水力挤压罩11在水下无人航行器前进时一直受到水压的持续压力，水压是均匀的；如果需要突然加速时，打开增压舱113与活塞间隙112之间的内部阀门114，预设在增加舱113内的水进入到活塞间隙112内，活塞间隙112内动力料与水发生反应，从而急剧加速推动活塞12挤压动力料储存舱内的动力料22，从而急剧加速动力料22向动力反应舱3喷射，使得动力反应舱3内反应突然加大，从而使得水下无人航行器突然加速前进。
在某些实施例中，所述主推进管的末端往外扩散分设有至少3根均匀设置在圆周上的副推进管；所述副推进管的出口通向喷射放大环内。
在某些实施例中，所述副推进管的出口为弯曲设置，使出口方向与副推进管中心轴偏离40-90度。
在一个实施例中，所述动力料存储舱2包括动力料出口阀26；所述动力料出口阀26位于所述动力料存储舱2与动力反应舱3之间的隔板21上并延伸到所述动力反应舱3内；所述动力料存储舱2内装有动力料22。可以理解，打开动力料出口阀26，动力料存储舱2内的动力料22即可在挤压条件下进入到动力反应舱3内。
在一个实施例中，所述动力料出口阀26为单向阀。
在一个实施例中，所述动力料22是与水能进行反应并产生气体和/或能量的物质。
在一个实施例中，所述动力料22选自钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体。所述料舱内的动力料采用钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体，钠金属颗粒或钠金属粉末均匀悬浮在上述介质之中，通过料舱后部的动力料出口阀喷入至反应舱，与水进行反应，产生气体和/或能量，作为水下航行器的运动能量。
在一个实施例中，参见图3所示，所述供水装置4与动力反应舱3连接；优选地，所述供水装置4包括供水泵41、过滤器42、进水单向阀43；所述供水泵41安装在供水装置4之内；所述过滤器42安装在供水装置4下部；所述进水单向阀43用于连接动力舱供水装置4与动力反应舱3。可以理解，所述供水装置4内经过滤器42过滤后的水源，通过供水泵41提供动力，再通过进水单向阀43能进入到动力反应舱3内。
在一个实施例中，所述控制模块6包括环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池；所述环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池均设置于控制模块组件内。
本发明无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器的工作原理如下：
参见图1-图4所示，本发明水下无人航行器无初始动力，可由水面舰艇、潜艇、飞机等系统搭载，使用时将其发射到预定位置，通过控制模块4里的环境感应器接收指令；打开动力反应舱3与动力料储存舱2之间的单向阀25，动力料储存舱2内部装有动力料22，即钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质的凝胶状液体；水下无人航行器持续前进时，水力挤压罩11带动活塞12挤压动力料储存仓2内的动力料22通过动力料出口阀26喷入到动力反应舱3内，所述动力反应舱3内部通过供水泵41和进水单向阀43相通，使水进入动力反应舱3内，与从动力料储存舱2进入的动力料22与水混合发生反应，释放气体，并产生大量压力，此时喷射向前推进器21和喷射旋转推进器5打开，使得气水混合液体通过喷射向前推进器21和喷射旋转推进器5向外喷出，推动水下航行器的前进和旋转，也可使得水下航行器可以快速的上升下降。在动力反应舱3内发生反应产生气体及压力后，关闭推进器21，可以使航行器减速。控制模块6依靠环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池来调整水下航行器的状态，前进、后退、上下浮动的速度以及信息的传输功能。
重复上述过程本发明可以实现自主提供动力航行，大大节省能源，从而能够承担起海域巡逻侦察、海上中继通信等任务。
本发明将传统理念与自给自足的设计模式相结合，使水下航行器具备即可人为控制也可自主产生动能行驶两种模式，在水下航行可以像无人水面艇一样执行诸如海域巡逻侦察、海上中继通信、海洋环境调查、污染水域监测等任务，水下航行器具有较强的环境自适应能力、较好的机动性和较高的安全性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：包括舱体、供水装置和控制模块；
所述舱体从右到左依次包括机动舱、动力料存储舱和动力反应舱；所述动力反应舱上固设供水装置；
所述动力反应舱与动力料存储舱用隔板隔开，且动力料存储舱内的动力料可进入动力反应舱；所述动力反应舱的左侧中心舱壁上设有喷射向前推进器；
所述舱体上设有至少2个喷射旋转推进器；所述喷射旋转推进器的出口中心轴与舱体中心轴呈10-40度的夹角；所述喷射旋转推进器包括主推进管、副推进管和喷射放大环；所述喷射放大环包括外环和内环；
所述机动舱包括水力挤压罩和活塞；所述水力挤压罩的左端设有突出圆盘，该突出圆盘与动力料存储舱内壁滑动配合；所述动力料存储舱右端设有收缩部，该收缩部与水力挤压罩滑动配合；所述水力挤压罩左端的突出圆盘与所述动力料存储舱右端的收缩部之间设有压力平衡舱，该压力平衡舱通过泄压孔与外界连通；所述水力挤压罩左端的突出圆盘左侧设置活塞，所述突出圆盘和活塞均在动力料存储舱内，所述活塞和突出圆盘之间设有活塞间隙，活塞间隙内有动力料；所述水力挤压罩的左端设有内设有增压舱，该增压舱与活塞间隙通过内部阀门连接相通；
所述控制模块固定在舱体上。
2.根据权利要求1所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述主推进管的末端往外扩散分设有至少3根均匀设置在圆周上的副推进管；所述副推进管的出口通向喷射放大环内。
3.根据权利要求1所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述副推进管的出口为弯曲设置，使出口方向与副推进管中心轴偏离40-90度。
4.根据权利要求1所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述动力料存储舱包括动力料出口阀；所述动力料出口阀位于所述动力料存储舱与动力反应舱之间的隔板上并延伸到所述动力反应舱内；所述动力料存储舱内装有动力料。
5.根据权利要求4所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述动力料出口阀为单向阀。
6.根据权利要求4所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述动力料是与水能进行反应并产生气体和/或能量的物质。
7.根据权利要求6所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述动力料选自钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体。所述料舱内的动力料采用钠金属颗粒或钠金属粉末与煤油或其他不反应的油类物质形成的凝胶状液体，钠金属颗粒或钠金属粉末均匀悬浮在上述介质之中，通过料舱后部的动力料出口阀喷入至反应舱，与水进行反应，产生气体和/或能量，作为水下航行器的运动能量。
8.根据权利要求1所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述供水装置与动力反应舱连接。
9.根据权利要求8所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述供水装置包括供水泵、过滤器、进水单向阀；所述供水泵安装在供水装置之内；所述过滤器安装在供水装置下部；所述进水单向阀用于连接动力舱供水装置与反应舱。
10.根据权利要求1所述的无翼水力和化学反应综合螺旋推进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述控制模块包括环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池；所述环境感应器、深度感应器、温度感应器、控制器、主控板、能源管理板、无线电台部件、定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块和电池均设置于控制模块组件内。
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