CN112498635B - 一种无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器 - Google Patents

一种无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器，包括舱体和控制模块；所述舱体包括动力反应舱和动力料储存舱；所述舱体上固设有动力反应舱供水装置；所述动力反应舱与动力料储存舱用隔板隔开，且动力料储存舱内的动力料可进入动力反应舱，动力反应舱的尾部设有喷射向前推进器；所述控制模块固定在舱体上；所述舱体上设有至少2个喷射旋转推进器；所述喷射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。该水下无人航行器能自主提供动力进行螺旋转动式前进航行，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。

Description

一种无翼水力挤压螺旋转动前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挤压螺旋转动前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挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器。该水下无人航行器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。
为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：
一种无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器，包括舱体和控制模块；
所述舱体包括动力反应舱和动力料储存舱；所述舱体上固设有动力反应舱供水装置；
所述动力反应舱与动力料储存舱用隔板隔开，且动力料储存舱内的动力料可进入动力反应舱；所述动力反应舱的尾部设有喷射向前推进器；
所述控制模块固定在舱体上；
所述舱体上设有至少2个喷射旋转推进器；所述喷射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。
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，所述动力料储存舱包括动力料挤压罩和动力料出口阀；所述动力料挤压罩尾端衬套在所述动力料存储舱之内，可前后自由滑动且密封；所述动力料出口阀位于所述动力料存储舱的尾部穿过所述动力反应舱和动力料储存舱之间的隔板并延伸到所述动力反应舱中；所述动力料存储舱内设有动力料。
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。所述动力料储存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，通过动力料储存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，所述动力反应舱供水装置包括供水泵、过滤器、进水单向阀；所述供水泵安装在动力反应舱供水装置之内；所述过滤器安装在动力反应舱供水装置下部；所述进水单向阀用于连接动力反应舱供水装置与反应舱。
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：
水下无人航行器可以实现自主提供动力进行螺旋转动式前进航行，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。
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：
一种无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器，包括舱体100和控制模块4；所述舱体100包括动力料储存舱1和动力反应舱2，所述舱体100上固设有动力反应舱供水装置3；
所述动力反应舱2与动力料储存舱1通过隔板隔开，且动力反应舱2位于动力料储存舱1左侧；所述动力料储存舱1内的动力料可进入动力反应舱2；所述动力反应舱的尾部设有喷射向前推进器21；
所述控制模块4固定在动力料储存舱1上；
所述动力反应舱供水装置3固定在动力反应舱2的上部；
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532，参见图5和图 6所示。
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。
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。
在某些实施例中，参见图1-图3所示，所述动力料储存舱1包括动力料挤压罩 11和动力料出口阀12；所述动力料挤压罩11尾端衬套在所述动力料存储舱1之内，可前后自由滑动且密封；所述动力料出口阀12位于所述动力料存储舱1的尾部穿过所述动力反应舱2和动力料储存舱1之间的隔板并延伸到所述动力反应舱2中；所述动力料存储舱1内设有动力料13。在航行器前进的过程中，动力料挤压罩11受到前方水的挤压力，向后压缩动力料存储舱1内的动力料13，使得动力料13可以通过动力料出口阀12进入到后面的动力反应舱组件中。
在某些优选的实施例中，所述动力料出口阀12为单向阀。
在某些实施例中，参见图1所示，所述动力料13是与水能进行反应并产生气体和/或能量的物质。
在某些优选的实施例中，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。所述动力料储存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，通过动力料储存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。
所述动力料存储舱1内的动力料可以单向进入到动力反应舱2之中，并在其中与水混合发生反应，释放气体，产生压力，使得气水混合液体通过喷射旋转推进器5 向外喷出，推动航行旋转前进；通过调节喷射旋转推进器5的方向和喷出压力，可以调整航行器的加速、减速、上浮及下沉。
在某些实施例中，参加图1所示，所述动力反应舱供水装置3包括供水泵31、过滤器32、进水单向阀33；所述供水泵31安装在动力反应舱供水装置3之内；所述过滤器32安装在动力反应舱供水装置3下部；所述进水单向阀33用于连接动力反应舱供水装置3与动力反应舱2；使得过滤后的水可以单向进入动力反应舱2。
在某些实施例中，所述控制模块4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、锂电池组；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、锂电池组均设置于控制模块组件内。
本发明一种无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器的工作原理如下：
参见图1-图7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；打开动力料储存舱1与动力反应舱2之间的单向阀12，动力料储存舱2内部装有动力料，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，由于所述动力料储存舱1中的所述动力料挤压罩11持续撞水，使得所述动力料储存舱1内部存在压力，将动力料储存舱内部的动力料通过所述单向阀12压入所述动力反应舱2内，所述动力反应舱2内部通过供水泵301和进水单向阀303相通，使水进入反应舱2，与从动力料储存舱1进入的动力料与水混合发生反应，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，通过水下航行器螺旋旋转向前行驶，所述动力料挤压罩11继续撞水，使动力料储存舱1内部继续产生压力，将内部动力料持续挤入动力反应舱2中，与动力反应舱2内部的水持续反映，持续产生气体与水混合物，通过喷射推进器5喷出，循环过程使得水下航行器即使无外力作用下也有持续前进的动力。关闭喷射向前推进器 21和喷射旋转推进器5，可以使航行器减速。控制模块4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、北斗/GPS定位模块、姿态传感器模块、电子罗盘模块、锂电池组来调整水下航行器的状态，前进、后退、上下浮动、螺旋旋转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 (8)

1.一种无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器，其特征在于：包括舱体和控制模块；其特征在于：
所述舱体包括动力反应舱和动力料储存舱；所述舱体上固设有动力反应舱供水装置；
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；所述动力反应舱的尾部设有喷射向前推进器；
所述控制模块固定在舱体上；
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。
2.根据权利要求1所述的无翼水力挤压螺旋转动前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。
3.根据权利要求1所述的无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述动力料储存舱包括动力料挤压罩和动力料出口阀；所述动力料挤压罩尾端衬套在所述动力料存储舱之内，可前后自由滑动且密封；所述动力料出口阀位于所述动力料存储舱的尾部穿过所述动力反应舱和动力料储存舱之间的隔板并延伸到所述动力反应舱中；所述动力料存储舱内设有动力料。
4.根据权利要求3所述的无翼水力挤压螺旋转动前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。
5.根据权利要求1所述的无翼水力挤压螺旋转动前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。
6.根据权利要求5所述的无翼水力挤压螺旋转动前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。
7.根据权利要求1所述的无翼水力挤压螺旋转动前进型智能水下无人航行器，其特征在于：所述动力反应舱供水装置包括供水泵、过滤器、进水单向阀；所述供水泵安装在动力反应舱供水装置之内；所述过滤器安装在动力反应舱供水装置下部；所述进水单向阀用于连接动力反应舱供水装置与反应舱。
8.根据权利要求1所述的无翼水力挤压螺旋转动前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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