CN112591009A - 一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统 - Google Patents
一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112591009A CN112591009A CN202011534061.8A CN202011534061A CN112591009A CN 112591009 A CN112591009 A CN 112591009A CN 202011534061 A CN202011534061 A CN 202011534061A CN 112591009 A CN112591009 A CN 112591009A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- support
- underwater equipment
- winch
- unmanned ship
- bracket
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 3
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B17/00—Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
- B63B27/08—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers of winches
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Jib Cranes (AREA)
Abstract
本发明一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，特别是一种用于无人艇的以绞车和缆绳为水下设备支架(以下简称支架)提供驱动力的自动升降支撑系统其升降方法。本发明解决了仅适用于水下设备安装深度浅，水下设备体积小重量轻，水下设备工作航速低的情况，否则，就有由于水流阻力过大，使水下设备在工作时支架出现较大变形和振动，导致水下设备无法正常工作的问题。本发明设计的一种以绞车和缆绳为驱动方式的自动升降支架，支架一端固定在无人艇上，另一端固定在缆绳上，在水流阻力的作用下，使支架呈简支梁受力状态，大大提高了支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度和工作航速，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，属于无人艇水下设备升降支架技术领域。
背景技术
无人艇根据任务的不同，可能搭载多种水下探测和通信设备，例如前视声呐，侧扫声呐，水声通信等等，这些水下设备在水中工作时，要求无人艇的航速较低，水下设备不工作时，要求无人艇能够高速航行，快速到达目的地。因此在水下设备不工作时，如果能够将水下设备自动升离水面，不仅可以减小水流阻力，使无人艇高速航行时具有更高的燃油效率，增大无人艇航程，而且还可以减小对水下设备支架强度的要求，减少整个支架的重量，使无人艇搭载的任务载荷更多。因此，水下设备支架作为无人艇的一个重要组成部分，其结构形式和升降方法成为当前无人艇的一个重要发展和研究方向。
现有支架多为固定式支架，即水下设备固定在由艇体伸入水中一定深度的支架上，支架固定在无人艇上，因此在无人艇航行过程中，支架无法升降，水下设备及其支架上会一直存在水流阻力，使无人艇一直处于低速航行状态。也有技术人员采用液压缸或滚珠丝杠等驱动方式实现了支架自动升降，使水下设备在非工作时间段内可以升离水面，实现无人艇的高速航行，但由于沿用了固定式支架的悬臂梁结构，上述方法仅仅适用于水下设备安装深度浅，水下设备体积小重量轻，水下设备工作航速低的情况，否则，就会由于水流阻力过大，使水下设备在工作时支架出现较大变形和振动，导致水下设备无法正常工作。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，本发明针对上述问题，设计了一种以绞车和缆绳为驱动方式的自动升降支撑系统，支架一端固定在无人艇上，另一端固定在缆绳上，在水流阻力的作用下，使支架呈简支梁受力状态，大大提高了支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度和工作航速，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
本发明解决的技术方案为：一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，包括：绞车(2)、缆绳(3)、滑轮(4)、挡板(5)、水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)、旋转轴(11)；
绞车(2)固定在艇体(1)艏部；缆绳(3)的一端缠绕在绞车(2)上，另一端绕过滑轮(4)和挡板(5)系在下支架(7)上，其中滑轮(4)和挡板(5)固定在艇体(1)艏部、绞车(2)前方(即艇体(1)艏部的最前端)的位置；(挡板(5)位于滑轮(4)的下方)水下设备(6)通过螺钉安装在下支架(7)上；下支架(7)和中间支架(8)、中间支架(8)和上支架(9)、上支架(9)和支架连接件(10)、支架连接件(10)和旋转轴(11)均通过各自的法兰和螺钉连接，旋转轴(11)安装在艇体(1)上，且位于水面以上，可以绕自身轴线转动。
优选的，所述旋转轴(11)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，旋转轴(11)的内端面与艇体(1)连接，其外端面设有和所述支架连接件(10)连接的法兰；旋转轴(11)可以绕自身轴线转动，但不可沿艇体(1)宽度方向移动，是整个支架的旋转中心；所述整个支架，包括：下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)、旋转轴(11)。
优选的，所述支架连接件(10)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，为90度的转接结构件，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述旋转轴(11)连接，另一端面的法兰和所述上支架(9)连接，起到结构上转接的作用。
优选的，所述上支架(9)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，为圆管焊接桁架式结构，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述支架连接件(10)连接，另一端面的法兰和所述中间支架(8)连接；一般情况下，在水下设备工作时，上支架(9)一部分位于水上，一部分伸入水中，上支架(9)长度决定了水下设备伸入水中的最大深度。
优选的，所述中间支架(8)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，为圆管折弯焊接结构，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述上支架(9)连接，另一端面的法兰和所述下支架(7)连接；中间支架(8)的折弯角度取决于所述艇体(1)艏部的弧度；中间支架(8)起到连接上支架(9)和下支架(7)的作用，使整个支架分解成了三部分，能够降低制造，运输，装配的难度；中间支架(8)折弯后焊接加强结构，使之具有足够的刚度，防止在水流阻力的作用下产生变形，影响水下设备的工作性能。
优选的，所述下支架(7)数量为一个，装配完成后，下支架(7)的两端相对所述艇体(1)的中线面对称；下支架(7)的两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和艇体(1)左侧所述中间支架(8)连接，另一端面的法兰和艇体(1)右侧中间支架(8)连接；下支架(7)中间位置焊接有所述水下设备(6)的安装接口，当安装不同的水下设备时，可更换不同的安装接口或下支架(7)。
优选的，所述下支架(7)中间位置系有所述缆绳(3)，缆绳(3)绕过所述挡板(5)和所述滑轮(4)后，缠绕在所述绞车(2)上；当绞车(2)向缆绳(3)收紧方向转动时，缆绳(3)拉动下支架(7)，同时带动中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)绕旋转轴(11)转动，水下设备(6)上升，直至离开水面，当下支架(7)和挡板(5)接触时，绞车(2)停止转动；当绞车(2)向缆绳(3)放松方向转动时，在水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)等各部分重力的作用下，绕旋转轴(11)反方向转动，直至水下设备(6)下降至指定深度，绞车(2)停止转动。
优选的，所述挡板(5)起到限制水下设备(6)上升高度的作用，同时水下设备(6)在最高位置时，在绞车(2)的作用下，挡板(5)的存在可以使缆绳(3)处于张紧状态，这样就可以保持水下设备(6)以及整个支架在无人艇高速航行过程中保持稳定；所述滑轮(4)起到改变缆绳(3)方向的作用，使绞车(2)的布置位置更灵活。
优选的，由于整个支架的重力产生的对旋转轴(11)的力矩，所述支架连接件(10)、上支架(9)，所述中间支架(8)，所述下支架(7)才能绕所述旋转轴(11)旋转，使所述水下设备(6)下降，因此，为保证水下设备(6)在工作深度时的稳定性，旋转轴(11)的旋转角度范围应小于90度，具体角度大小，应根据实际工程对水下设备稳定性的需要和水下环境进行调整。
优选的，在所述水下设备(6)工作过程中，所述艇体(1)向前匀速航行时，在水下设备(6)、所述上支架(9)、所述中间支架(8)、所述下支架(7)上会产生水流阻力，在上支架(9)上端面，下支架(7)的缆绳系点处会分别产生支撑力和拉力，，整个支架呈现简支梁受力状态，受力状态良好，大大提高了整个支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度和工作航速，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供了一种以绞车和缆绳为水下设备支架提供驱动力的自动升降支撑系统及其升降方法，能够在水下设备不工作时，将水下设备自动升离水面，以减小水流阻力，使无人艇具有更高的航速和更远的航程。
(2)本发明在上支架上端面，下支架的缆绳系点处会分别产支撑力和拉力，航速越快，水流阻力越大，支撑力和拉力越大，整个支架呈现简支梁受力状态，受力状态良好，大大提高了支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度和工作航速，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
(3)本发明的整个支架由下支架、中间支架、上支架等各部分组成，上支架决定了水下设备下降讲的最大深度，中间支架依据船体艏部的弧度进行折弯，起到过渡作用，下支架用于安装水下设备，各部分模块化设计，功能明确，降低了整个支架的设计、制造、运输和装配难度。
(4)本发明中，当水下设备下降至最大深度时，整个支架的旋转角度小于90度。在下支架、中间支架、上支架各部分重力产生的对旋转轴的力矩，缆绳的拉力产生的对旋转轴的力矩，以及水流阻力产生的对旋转轴的干扰力矩，惯性力产生的对旋转轴的干扰力矩等综合力矩作用下，支架和水下设备的位置处于稳定状态，具有一定的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明水下设备及支架下降到最大深度状态图；
图2是本发明的轴测图；
图3是本发明的前视图；
图4是本发明水下设备及支架上升到最高点位置的状态图
图5是本发明旋转轴的结构图
图6是本发明的支架连接件结构图；
图7是本发明上支架结构图；
图8是本发明中间支架结构图；
图9是本发明下间支架结构图；
图10是本发明挡板结构图。
图中标注：
1.艇体 2.绞车 3.缆绳 4.滑轮 5.挡板 6.水下设备 7.下支架 8.中间支架 9.上支架 10.支架连接件 11.旋转轴
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，特别是一种用于无人艇的以绞车和缆绳为水下设备支架(以下简称支架)提供驱动力的自动升降支撑系统其升降方法。现有支架为固定式支架，即水下设备固定在由艇体伸入水中一定深度的支架上，支架固定在无人艇上，因此在无人艇航行过程中，支架无法升降，水下设备及其支架上会一直存在水流阻力，使无人艇一直处于低速航行状态。虽然有技术人员采用液压缸或滚珠丝杠等驱动方式实现了支架自动升降，使水下设备在非工作时间段内可以升离水面，实现无人艇的高速航行，但由于沿用了固定式支架的悬臂梁结构，上述方法仅仅适用于水下设备安装深度浅，水下设备体积小重量轻，水下设备工作航速低的情况，否则，就有由于水流阻力过大，使水下设备在工作时支架出现较大变形和振动，导致水下设备无法正常工作。本发明针对上述问题，设计了一种以绞车和缆绳为驱动方式的自动升降支架，支架一端固定在无人艇上，另一端固定在缆绳上，在水流阻力的作用下，使支架呈简支梁受力状态，大大提高了支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度和工作航速，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
无人艇根据任务的不同需要搭载多种水下设备，水下设备支架作为无人艇的一个重要组成部分，其结构形式和升降方法成为当前无人艇的一个重要发展和研究方向。现有支架多为固定式支架，支架无法升降；也有技术人员采用液压缸或滚珠丝杠等驱动方式实现了支架自动升降，但由于沿用了固定式支架的悬臂梁结构，上述方法仅仅适用于水下设备安装深度浅(水下深度不超过0.5m)，水下设备体积小重量轻，水下设备工作航速低(不大于3)的情况，否则，就会由于水流阻力过大，使水下设备在工作时支架出现较大变形和振动，导致水下设备无法正常工作。
本发明针对上述问题，设计了一种以绞车和缆绳为驱动方式的自动升降支撑系统，支架一端固定在无人艇上，另一端固定在缆绳上，在水流阻力的作用下，使支架呈简支梁受力状态，大大提高了支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度(水下深度可达2m以上)和工作航速(可以达到8kn)，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
优选的，本发明中省略了旋转轴(11)的径向固定结构(轴承，轴承座)和轴向固定结构(端盖),并省略了所有连接法兰的螺钉，固定设备与零部件的螺钉螺母和固定缆绳的卡扣等标准件。
优选的，如图1，图2，图3，图4所示，一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于包括：艇体(1)、绞车(2)、缆绳(3)、滑轮(4)、挡板(5)、水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)、旋转轴(11)。
优选方案为：绞车(2)固定在艇体(1)艏部。缆绳(3)的一端缠绕在绞车(2)上，另一端绕过滑轮(4)和挡板(5)系在下支架(7)上，其中滑轮(4)和挡板(5)固定在艇体(1)艏部、绞车(2)前方的位置。水下设备(6)通过螺钉安装在下支架(7)上。下支架(7)和中间支架(8)、中间支架(8)和上支架(9)、上支架(9)和支架连接件(10)、支架连接件(10)和旋转轴(11)均通过各自的法兰和螺钉连接。旋转轴(11)安装在艇体(1)上，可以绕自身轴线转动。
优选方案为：所述旋转轴(11)优选为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，如图5所示，是本发明旋转轴的结构图，旋转轴(11)的内端面与艇体(1)连接，其外端面有和所述支架连接件(10)连接的法兰。旋转轴(11)可以绕自身轴线转动，但不可沿艇体(1)宽度方向移动，是整个支架的旋转中心；所述整个支架，包括：下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)、旋转轴(11)。
优选方案为：所述支架连接件(10)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，如图6所示，是本发明的支架连接件结构图，是一个90度的转接结构件，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述旋转轴(11)连接，另一端面的法兰和所述上支架(9)连接，起到结构上转接的作用。
优选方案为：所述上支架(9)优选为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，如图7所示，本发明上支架结构图，为圆管焊接桁架式结构，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述支架连接件(10)连接，另一端面的法兰和所述中间支架(8)连接。优选的，在水下设备工作时，上支架(9)一部分位于水上，一部分伸入水中，上支架(9)长度决定了水下设备伸入水中的最大深度。
优选方案为：所述中间支架(8)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，如图8所示，是本发明中间支架结构图，为圆管折弯焊接结构，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述上支架(9)连接，另一端面的法兰和所述下支架(7)连接。中间支架(8)的折弯角度取决于所述艇体(1)艏部的弧度。中间支架(8)起到连接上支架(9)和下支架(7)的作用，使整个支架分解成了三部分，能够降低制造，运输，装配的难度。中间支架(8)折弯后焊接加强结构，如图8所示，使之具有足够的刚度，防止在水流阻力的作用下产生变形，影响水下设备的工作性能。
优选方案为：所述下支架(7)数量为一个，如图3所示，装配完成后，下支架的两端面相对所述艇体(1)的中线面对称。如图9所示，是本发明下间支架结构图，下支架(7)的两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和艇体(1)左侧所述中间支架(8)连接，另一端面的法兰和艇体(1)右侧中间支架(8)连接。下支架(7)中间位置焊接有所述水下设备(6)的安装接口，当安装不同的水下设备时，可更换不同的安装接口或下支架(7)。
优选方案为：本发明的整个支架由下支架、中间支架、上支架等各部分组成，上支架决定了水下设备下降讲的最大深度，中间支架依据船体艏部的弧度进行折弯，起到过渡作用，下支架用于安装水下设备，各部分模块化设计，功能明确，降低了整个支架的设计、制造、运输和装配难度。
优选方案为：本发明的优选工作方式为：所述下支架(7)中间位置系有所述缆绳(3)，缆绳(3)绕过所述挡板(5)和所述滑轮(4)后，缠绕在所述绞车(2)上。当绞车(2)向缆绳(3)收紧方向转动时，缆绳(3)拉动下支架(7)，同时带动中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)绕旋转轴(11)转动，水下设备(6)上升，直至离开水面，如图4所示，当下支架(7)和挡板(5)接触时，绞车(2)停止转动。当绞车(2)向缆绳(3)放松方向转动时，在水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)等各部分重力的作用下，绕旋转轴(11)反方向转动，如图1，图2，图3所示，直至水下设备(6)下降至指定深度，绞车(2)停止转动。本发明提供的上述以绞车和缆绳为水下设备支架提供驱动力的自动升降支架及其升降方法，能够在水下设备不工作时，将水下设备自动升离水面，以减小水流阻力，使无人艇具有更高的航速和更远的航程。
优选方案为：如图10所示，是本发明挡板(5)结构图，中间由槽，可供缆绳穿过，当水下设备(6)上升到最高位置时，下支架(7)会与挡板(5)的槽两侧的平板接触，所述挡板(5)起到限制水下设备(6)上升高度的作用。当水下设备(6)在最高位置时，在绞车(2)的作用下，挡板(5)的存在可以使缆绳(3)处于张紧状态，这样就可以保持水下设备(6)以及整个支架在无人艇高速航行过程中保持稳定。所述滑轮(4)起到改变缆绳(3)方向的作用，使绞车(2)的布置位置更灵活。
优选方案为：由于整个支架的重力产生的对旋转轴(11)力矩，所述支架连接件(10)、上支架(9)、所述中间支架(8)、所述下支架(7)才能绕所述旋转轴(11)旋转，使所述水下设备(6)下降，本发明中，当水下设备下降至最大深度时，整个支架在下支架、中间支架、上支架各部分重力产生的力矩，缆绳拉力产生的力矩，以及水流阻力产生的干扰力矩，惯性力产生的干扰力矩等综合力矩作用下，支架和水下设备的位置处于稳定状态，具有一定的抗干扰能力。因此，为保证水下设备(6)在工作深度时的稳定性，旋转轴(11)旋转的最大角度(对应水下设备下降的最大深度)应小于90度，如图1，图2，图3所示，角度越小，抗干扰能力越强。具体角度大小，应根据实际工程对水下设备稳定性的需要和水下环境进行调整。
优选方案为：在所述水下设备(6)工作过程中，所述艇体(1)向前匀速航行，在水下设备(6)，所述上支架(9)，所述中间支架(8)，所述下支架(7)上会产生水流阻力，在上支架(9)上端面，下支架(7)的缆绳系点处会分别产生支撑力和拉力，整个支架呈现简支梁受力状态，如图1，图2所示，受力状态良好，大大提高了支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度和工作航速，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
优选方案为：旋转轴(11)可以是一整根轴(贯穿艇体)也可以是关于艇体(1)中线面对称分布的两根轴，具体形式和固定位置应依据艇体结构进行布置。整个支架可以关于艇体(11)中线面对称布置在艇体两侧(单体船结构)，也可以布置在艇体(11)的中线面上(双体船结构)，应根据艇体(1)结构选择优选方案。缆绳(3)可以系在支架的最低端，也可以系在支架中间的某一位置。
优选方案为：本发明一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其升降方式优选方案如下：
(1)无人艇从起始水域快速航行至目标水域的过程中，水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)均处于水面以上，缆绳(3)收紧。
(2)无人艇航行至目标水域后，绞车(2)转动，通过缆绳，将水下设备(6)下方至水中指定深度，无人艇低速航行。此时，由于缆绳(3)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)的一部分，直接和水接触，因此材料应使用耐腐蚀的不锈钢。
(3)无人艇在目标水域测量结束后，继续保持低速航行，保持缆绳(3为)张紧状态，方便绞车收紧缆绳，此时，启动绞车(2)收紧缆绳(3)，当下支架(7)和挡板(5)接触时，绞车(2)停止转动。水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)回到初始位置。
(4)无人艇快速返航或快速航行至下一目标水域。本发明中支架总质量(包括支架连接件(10)、上支架(9)、中间支架(8)、下支架(7)以及水下设备(6)的质量)，支架旋转角度，缆绳(3)拉力，水流阻力，惯性力等，由上述各参数可以分析和研究支架在最大倾角(对应水下设备的最深位置)处的力矩平衡公式，借此公式可以明确各参数之间的关系，并可以指导实际工程实际。
优选方案为：假设支架的旋转轴(11)到滑轮(4)最外沿的水平距离和支架的总长度相等，缆绳(3)系在支架的最末端，旋转角等于零时，支架处于水平状态。则当支架在最大旋转角度位置时，缆绳(3)的拉力对旋转轴(11)产生的力矩大小优选为：
T1＝F1L cos(θ/2)
式中，T1—缆绳对旋转轴的力矩，F1—缆绳对支架的拉力，L—支架的长度(旋转轴的轴线到缆绳系点的距离)，—支架最大旋转角度(小于90度)。
优选方案为：支架的重力对旋转轴(11)产生的力矩大小优选为：
T2＝mg L1cosθ
式中，T2—重力对旋转轴的力矩，m—支架的总质量，g—重力加速度,L1—支架的质心到旋转轴轴心的距离。
优选方案为：支架受到的水流阻力对旋转轴(11)产生的力矩大小优选为：
T3＝F3L2sinθ
式中，T3—水流阻力对旋转轴的力矩，F3—水流对支架的阻力大小，即水流阻力的大小，L2—水流阻力的作用点到旋转轴轴心的距离。其中的水流阻力的大小和作用点位置可以通过建立支架三维模型，然后利用流固耦合仿真软件进行计算。
优选方案为：无人艇突然加速和减速时，支架的惯性力对旋转轴(11)产生的力矩大小优选为：
T4＝ma L1sinθ
式中，T4—惯性力对旋转轴的力矩，a—无人艇加速或减速时的加速度大小。
则支架的力矩平衡公式优选为，
T1+T2+T3+T4＝0
以逆时针方向为正，则图1中无人艇向前航行时减速过程中的力矩平衡方程为，
F1L cos(θ/2)-mgL1cosθ-F3L2sinθ+ma L1sinθ＝0
优选方案为：为保证一定的余量，水流阻力计算时速度的大小以无人艇减速完成之后的速度为准。假设无人艇减速完成之后的速度为零，则上式中水流阻力为零。另外，通过分析容易得到，只有当F1大于零时，支架位置才能保持稳定性。由上式可得缆绳拉力的优选表达式，
F1＝mL1(g cosθ-a sinθ)/L cos(θ/2)
则当F1大于零时得，优选关系如下：
a＜g cotθ
因此，当无人艇的减速时的最大加速度确定之后，就可以根据公式确定支架最大旋转角度的大小。
本实施方案只是本发明特定几何关系和结构形式下的一个优选特例，任何依据本发明的支架升降原理而制作的无人艇水下设备升降支架均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于包括：绞车(2)、缆绳(3)、滑轮(4)、挡板(5)、水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)、旋转轴(11)；
绞车(2)固定在艇体(1)艏部；缆绳(3)的一端缠绕在绞车(2)上，另一端绕过滑轮(4)和挡板(5)系在下支架(7)上，其中滑轮(4)和挡板(5)固定在艇体(1)艏部、绞车(2)前方(即艇体(1)艏部的最前端)的位置；水下设备(6)通过螺钉安装在下支架(7)上；下支架(7)和中间支架(8)、中间支架(8)和上支架(9)、上支架(9)和支架连接件(10)、支架连接件(10)和旋转轴(11)均通过各自的法兰和螺钉连接，旋转轴(11)安装在艇体(1)上，且位于水面以上，可以绕自身轴线转动。
2.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：所述旋转轴(11)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，旋转轴(11)的内端面与艇体(1)连接，其外端面设有和所述支架连接件(10)连接的法兰；旋转轴(11)可以绕自身轴线转动，但不可沿艇体(1)宽度方向移动，是整个支架的旋转中心；所述整个支架，包括：下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)、旋转轴(11)。
3.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：所述支架连接件(10)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，为90度的转接结构件，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述旋转轴(11)连接，另一端面的法兰和所述上支架(9)连接，起到结构上转接的作用。
4.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：所述上支架(9)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，为圆管焊接桁架式结构，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述支架连接件(10)连接，另一端面的法兰和所述中间支架(8)连接；一般情况下，在水下设备工作时，上支架(9)一部分位于水上，一部分伸入水中，上支架(9)长度决定了水下设备伸入水中的最大深度。
5.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：所述中间支架(8)为2个，相对所述艇体(1)的中线面对称布置，为圆管折弯焊接结构，两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和所述上支架(9)连接，另一端面的法兰和所述下支架(7)连接；中间支架(8)的折弯角度取决于所述艇体(1)艏部的弧度；中间支架(8)起到连接上支架(9)和下支架(7)的作用，使整个支架分解成了三部分，能够降低制造，运输，装配的难度；中间支架(8)折弯后焊接加强结构，使之具有足够的刚度，防止在水流阻力的作用下产生变形，影响水下设备的工作性能。
6.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：所述下支架(7)数量为一个，装配完成后，下支架(7)的两端相对所述艇体(1)的中线面对称；下支架(7)的两端面均焊接法兰，其中一端面的法兰和艇体(1)左侧所述中间支架(8)连接，另一端面的法兰和艇体(1)右侧中间支架(8)连接；下支架(7)中间位置焊接有所述水下设备(6)的安装接口，当安装不同的水下设备时，可更换不同的安装接口或下支架(7)。
7.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：所述下支架(7)中间位置系有所述缆绳(3)，缆绳(3)绕过所述挡板(5)和所述滑轮(4)后，缠绕在所述绞车(2)上；当绞车(2)向缆绳(3)收紧方向转动时，缆绳(3)拉动下支架(7)，同时带动中间支架(8)、上支架(9)、支架连接件(10)绕旋转轴(11)转动，水下设备(6)上升，直至离开水面，当下支架(7)和挡板(5)接触时，绞车(2)停止转动；当绞车(2)向缆绳(3)放松方向转动时，在水下设备(6)、下支架(7)、中间支架(8)、上支架(9)等各部分重力的作用下，绕旋转轴(11)反方向转动，直至水下设备(6)下降至指定深度，绞车(2)停止转动。
8.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：所述挡板(5)起到限制水下设备(6)上升高度的作用，同时水下设备(6)在最高位置时，在绞车(2)的作用下，挡板(5)的存在可以使缆绳(3)处于张紧状态，这样就可以保持水下设备(6)以及整个支架在无人艇高速航行过程中保持稳定；所述滑轮(4)起到改变缆绳(3)方向的作用，使绞车(2)的布置位置更灵活。
9.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：由于整个支架的重力产生的对旋转轴(11)的力矩，所述支架连接件(10)、上支架(9)，所述中间支架(8)，所述下支架(7)才能绕所述旋转轴(11)旋转，使所述水下设备(6)下降，因此，为保证水下设备(6)在工作深度时的稳定性，旋转轴(11)的旋转角度范围应小于90度，具体角度大小，应根据实际工程对水下设备稳定性的需要和水下环境进行调整。
10.根据权利要求1所述的一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统，其特征在于：在所述水下设备(6)工作过程中，所述艇体(1)向前匀速航行时，在水下设备(6)、所述上支架(9)、所述中间支架(8)、所述下支架(7)上会产生水流阻力，在上支架(9)上端面，下支架(7)的缆绳系点处会分别产生支撑力和拉力，，整个支架呈现简支梁受力状态，受力状态良好，大大提高了整个支架可以承受的水流阻力，提高了水下设备的安装深度和工作航速，为无人艇水下探测和通信能力的提高奠定了基础。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011534061.8A CN112591009B (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011534061.8A CN112591009B (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112591009A true CN112591009A (zh) | 2021-04-02 |
| CN112591009B CN112591009B (zh) | 2022-04-19 |
Family
ID=75200355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011534061.8A Active CN112591009B (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112591009B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115503876A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-12-23 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种无人船用自稳定桅杆及其控制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040016384A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-01-29 | Hux William F. | Method and apparatus for inspection and repair of sailing vessels in-situ |
| JP2007112167A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 海中曳航体の着水・曳航方法、着水揚収装置及び着水揚収装置を備えた船舶 |
| CN201800868U (zh) * | 2010-09-15 | 2011-04-20 | 青岛立行车船实业发展有限公司 | 双体高速艇 |
| CN107554694A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种水面无人艇水下三维地形探测系统 |
| CN111776148A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-10-16 | 上海交通大学 | 一种基于小型无人艇的海空潜一体化巡检系统 |
-
2020
- 2020-12-22 CN CN202011534061.8A patent/CN112591009B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040016384A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-01-29 | Hux William F. | Method and apparatus for inspection and repair of sailing vessels in-situ |
| JP2007112167A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 海中曳航体の着水・曳航方法、着水揚収装置及び着水揚収装置を備えた船舶 |
| CN201800868U (zh) * | 2010-09-15 | 2011-04-20 | 青岛立行车船实业发展有限公司 | 双体高速艇 |
| CN107554694A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种水面无人艇水下三维地形探测系统 |
| CN111776148A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-10-16 | 上海交通大学 | 一种基于小型无人艇的海空潜一体化巡检系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115503876A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-12-23 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种无人船用自稳定桅杆及其控制方法 |
| CN115503876B (zh) * | 2022-08-08 | 2024-05-31 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种无人船用自稳定桅杆 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112591009B (zh) | 2022-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5760132B2 (ja) | 洋上風力タービンの支持のための水エントラップメントプレートおよび非対称的係留システムを伴う、コラムで安定化された洋上プラットホーム | |
| JP2018526259A (ja) | 浮遊式風力タービン組立体、ならびにそのような浮遊式風力タービン組立体を係留するための方法 | |
| AU2017233233B2 (en) | Floating platform | |
| EP3472092B1 (en) | A crane for wind turbine blade assembly, a vessel, a hoisting method, and an assembly method | |
| JP2001509565A (ja) | 風力タービンを備えた人工アイランド | |
| CN111891299A (zh) | 海上风机整体运输安装船及海上风机整体运输安装方法 | |
| CN112648149B (zh) | 海上漂浮式风机基础及海上风机 | |
| CN113339200B (zh) | 基于调谐质量阻尼器的超大型半潜漂浮式风力机基础 | |
| CN112591009B (zh) | 一种可自动升降的无人艇水下设备支撑系统 | |
| WO2021240132A1 (en) | Floating vessel with wind turbine tower mount | |
| WO2012060112A1 (ja) | 洋上風車設置用船舶およびこれを用いた洋上風車設置方法 | |
| CN211815983U (zh) | 一种用于智能系靠泊系统的水位适应调节基础安装组件 | |
| JP2022540094A (ja) | 洋上発電システム | |
| CN215769026U (zh) | 一种海上漂浮型柱稳式激光雷达测风装置 | |
| CN221319091U (zh) | 一种绳牵引式波浪补偿平台 | |
| CN219636761U (zh) | 一种绳牵引式波浪补偿平台 | |
| CN221251701U (zh) | 一种新型布置形式的海上风电安装平台 | |
| CN212580095U (zh) | 海上风机整体运输安装船 | |
| CN214356565U (zh) | 一种具有倾斜侧柱的全潜式海上风机浮式平台 | |
| CN210653569U (zh) | 深水半潜式铺管起重船 | |
| WO2024062257A1 (en) | Semi-submersible trimaran floating offshore wind vessel with turret mooring | |
| CN115822881A (zh) | 漂浮式风机安装方法 | |
| CN117489531A (zh) | 一种适用于深远海的抗台风漂浮式风电机组 | |
| JP2012225302A (ja) | 潜水式流体機械 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220407 Address after: 266200 aoshanwei sub district office, Jimo District, Qingdao City, Shandong Province Applicant after: Aerospace Times (Qingdao) marine equipment technology development Co.,Ltd. Address before: 142 box 403, box 100854, Beijing, Beijing, Haidian District Applicant before: BEIJIGN INSTITUTE OF AEROSPACE CONTROL DEVICES |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |