CN112722221B - 水下航行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水下航行器，所述水下航行器包括航行器本体、升降组件、升力推进件以及升力螺旋桨，所述航行器本体设有密封的飞行舱段；所述升降组件包括升降驱动件，所述升降驱动件设于所述飞行舱段内；所述升力推进件设于所述飞行舱段内，并连接于所述升降驱动件的驱动轴，以在所述升降驱动件的驱动下相对于所述飞行舱段的底部可上下升降；所述升力螺旋桨连接于所述升力推进件的驱动轴上，并位于所述航行器本体的上方。本发明技术方案的水下航行器回收结构简单，且可实现完全自主回收。

Description

水下航行器

技术领域

本发明涉及无人潜水器技术领域，特别涉及一种水下航行器。

背景技术

自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle，AUV)，是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的任务控制器，可应用于军事、民用或科研等领域，例如，利用探测网进行水下三维探测，通过就地采样或层析获得的环境信息有利于提高反潜探测；或者作为武器平台，携带近程攻防武器对敌方潜艇进行秘密攻击；还可以进行水下通信网络布设、海洋探测等。当然，水下航行器在水下从事上述作业以后，需要可靠回收。

目前，AUV水下回收方式研究较多，大致分为三类：一是以杆类、绳索作为对接目标的回收方式，例如，A型架或专用吊臂回收系统等，但是结构较为复杂，且AUV尺寸巨大，必须有人操作。二是以水下平台作为对接目标的回收方式；三是以笼箱结构或圆锥导向罩作为目标的回收方式，但是这两种对水下定位要求很高，回收装置本身尺寸也很大，操作也很不方便。因此，水下回收系统急需开发一种新型的回收方式。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种水下航行器，旨在实现小型AUV的无人自主回收。

为实现上述目的，本发明提出的水下航行器包括：

航行器本体，所述航行器本体设有密封的飞行舱段；

升降组件，所述升降组件包括升降驱动件，所述升降驱动件设于所述飞行舱段内；

升力推进件，所述升力推进件设于所述飞行舱段内，并连接于所述升降驱动件的驱动轴，以在所述升降驱动件的驱动下相对于所述飞行舱段的槽底可上下升降；以及

升力螺旋桨，所述升力螺旋桨连接于所述升力推进件的驱动轴上，并位于所述航行器本体的上方。

可选的实施例中，所述航行器本体包括壳体，所述壳体的上端形成有沿其长度方向上延伸的安装槽，所述安装槽的底壁开设所述飞行舱段，所述升力螺旋桨设于所述安装槽内。

可选的实施例中，所述航行器本体还包括导流罩，所述导流罩可活动连接于所述安装槽的边缘，以打开或封闭所述安装槽的槽口。

可选的实施例中，所述导流罩包括两对称设置的分罩体，每一所述分罩体与所述安装槽的边缘通过扭簧连接，所述升力推进件的驱动轴的末端连接有锁紧块，所述锁紧块压紧于两所述分罩体的上表面。

可选的实施例中，所述升降驱动件设于所述飞行舱段的底壁，所述升降驱动件的驱动轴朝向航行器本体的上端面，所述升力推进件的底部连接于所述升降驱动件的驱动轴。

可选的实施例中，所述升降组件还包括升降架，所述升降架形成有升降腔，所述升力推进件设于所述升降腔内，所述升降驱动件的驱动轴穿入所述升降腔内，以带动所述升力推进件沿所述升降腔的腔壁上下滑动。

可选的实施例中，所述升力推进件的周缘设有卡凸，所述升降腔的内壁面设有滑道，所述升力推进件沿所述升降腔的腔壁上下滑动时，所述卡凸滑动于所述滑道内。

可选的实施例中，所述升降驱动件设有两个，两所述升降驱动件的驱动轴均连接于所述升力推进件。

可选的实施例中，所述水下航行器还包括有压载块和释放电机，所述释放电机设于所述飞行舱段的底壁，所述压载块设于所述壳体外部，所述释放电机的驱动轴穿过所述壳体与所述压载块连接。

可选的实施例中，所述飞行舱段开设于所述航行器本体长度方向上的中部。

本发明技术方案的水下航行器包括航行器本体、升降组件、升力推进件及升力螺旋桨，在航行器本体上设置容纳升降组件和升力推进件的飞行舱段，升力推进件安装于升降驱动件的驱动轴上，并在升力推进件的驱动轴上连接升力螺旋桨，升力推进件在升降驱动件的驱动下相对于航行器本体上下升降时，可以带动升力螺旋桨上下移动。如此，在不需要升力螺旋桨时，可以通过升降驱动件的驱动，使得升力推进件带动升力螺旋桨贴设于航行器本体上表面，不影响航行器本体的水下行动。而当需要回收水下航行器时，则可以控制升降驱动件驱动升力推进件向上移动，从而带动升力螺旋桨上升，当升力螺旋桨浮出水面后，可以驱动升力螺旋桨旋转，从而实现飞行功能，将水下航行器带到附件的无人或有人母船上，实现了完全自主回收，解决了无人水下航行器回收困难的问题。

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，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明水下航行器一实施例的部分结构剖视图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1所示水下航行器另一视角的部分结构剖视图；

图4为图1所示水下航行器处于回收状态的结构示意图；

图5为图4所示水下航行器另一视角的结构示意图；

图6为图4所示水下航行器又一视角的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明公开了一种可实现自主回收的水下航行器，涉及无人潜水器技术领域，可用于水下航行器的自主回收。与现有技术相比，省去复杂的回收系统，且无需人工操作，具有结构简单实用、自动化程度高等优点，适用于小型AUV的无人自主回收场景。

请结合参照图1和图2及图4，在本发明实施例中，水下航行器100包括航行器本体10、升降组件70、升力推进件30以及升力螺旋桨50，所述航行器本体10设有密封的飞行舱段111；所述升降组件70包括升降驱动件71，所述升降驱动件71设于所述飞行舱段111内；

所述升力推进件30设于所述飞行舱段111内，并连接于所述升降驱动件71的驱动轴，以在所述升降驱动件71的驱动下相对于所述飞行舱段111的槽底可上下升降设置；所述升力螺旋桨50连接于所述升力推进件30的驱动轴上，并位于所述航行器本体10的上方。

本实施例中，水下航行器100包括航行器本体10，航行器本体10包括有三部分：头部、中部和尾部，该头部呈半圆球状，可以使得航行器本体10在水中的阻力减小，方便进行水下航行。航行器本体10的尾部呈锥形，也可以减少行进中的阻力，并在尾部安装有水下推进部件，使得水下航行更加稳定有序。中部大致呈圆柱体形状，头部和尾部分别连接于中部长度方向上的两端。当然，头部的形状也可以是圆锥状，此处，航行器本体10的结构并不限于上述结构，只是为便于阐述后续结构，可以根据对航行器本体10进行设计，在此不做赘述。

可以理解的，为了实现航行器本体10的各种功能操作和水下行走，航行器本体10内部包括有控制组件，该控制组件可以控制各个部件有序运行。此处，航行器本体10形成有密封的飞行舱段111，该飞行舱段111用于容纳自主回收使用的升降组件70和升力推进件30。当然，为了防止外部水进入飞行舱段111内，该飞行舱段111呈全密封状态，仅预留升力推进件30的驱动轴伸出的孔洞即可。该升降组件70包括升降驱动件71，该升降驱动件71可以是电机、气缸或丝杆或电动推杆等，在此不作限定。其可以设置在飞行舱段111的底壁，也可以设置飞行舱段111的侧壁，在此不作限定，只要可以驱动升降驱动件71的上下升降即可。该升力推进件30可以是电机或启动马达或柴油机等，在此不作限定。其驱动轴与升力螺旋桨50连接，用于驱动升力螺旋桨50，使其能够快速旋转以实现飞行的功能。为了实现较好的密封效果，在升力推进件30的驱动轴与遮盖件之间还设有密封圈，以保证密封效果。

可选的实施例中，所述飞行舱段111开设于所述航行器本体10长度方向上的中部。此处，将飞行舱段111设于航行器本体10长度方向上的中部，从而使得升力推进件30位于航行器本体10的重心位置，不增加其负载，并能够使得升力螺旋桨50也位于航行器本体10的中部，从而在飞行过程中，使得水下航行器100的飞行更加稳定，保证安全回收。

具体地，升降驱动件71、升力推进件30均与控制组件进行电连接，因升力螺旋桨50在空中旋转时可实现飞行，故需要将其裸露出水面，在紧急状态或需要回收时，通过控制组件实现升降驱动件71的运行，驱动升力推进件30向上运动，进而带动升力螺旋桨50向上运动以达到露出水面的目的，进而在控制升力推进件30运转，驱动升力螺旋桨50旋转实现飞行回收。此处，升力推进件30整体通过升降驱动件71的驱动轴驱动实现上下升降，从而减少对升力驱动件的改进，降低对该水下航行器100的制造成本。于其他实施例中，也可以将升力推进件30的驱动轴相对于其本体可升降，从而在升到预置位置时再进行旋转驱动。

本发明技术方案的水下航行器100包括航行器本体10、升降组件70、升力推进件30及升力螺旋桨50，在航行器本体10上设置容纳升降组件70和升力推进件30的飞行舱段111，升力推进件30安装于升降驱动件71的驱动轴上，并在升力推进件30的驱动轴上连接升力螺旋桨50，升力推进件30在升降驱动件71的驱动下相对于航行器本体10上下升降时，可以带动升力螺旋桨50上下移动。如此，在不需要升力螺旋桨50时，可以通过升降驱动件71的驱动，使得升力推进件30带动升力螺旋桨50贴设于航行器本体10上表面，不影响航行器本体10的水下行动。而当需要回收水下航行器100时，则可以控制升降驱动件71驱动升力推进件30向上移动，从而带动升力螺旋桨50上升，当升力螺旋桨50浮出水面后，可以驱动升力螺旋桨50旋转，从而实现飞行功能，将水下航行器100带到附件的无人或有人母船上，实现了完全自主回收，解决了无人水下航行器100回收困难的问题。

请结合图4和图6，可选的实施例中，所述航行器本体10包括壳体11，所述壳体11的上端形成有沿其长度方向上延伸的安装槽113，所述安装槽113的底壁开设所述飞行舱段111，所述升力螺旋桨50设于所述安装槽113内。

本实施例中，壳体11形成有内部空腔，可以用于安装各种功能部件，为了方便容纳升力螺旋桨50，在壳体11的上端外表面形成有安装槽113，具体在中部的外表面设有安装槽113。升力螺旋桨50包括有两个叶片，每一叶片呈长条状，并且边缘呈流体形状，该安装槽113的开口延伸方向与壳体11的延伸方向相同，以便可以形成较大的容纳空间，容纳所需尺寸的升力螺旋桨50的叶片。飞行舱段111开设在安装槽113的底壁，升力推进件30的驱动轴连接于升力螺旋桨50的中部，在升力推进件30上下移动时，使得升力螺旋桨50能够贴合安装槽113的底壁，以隐藏起来，减少对水下航行的阻力，并可以避免对升力螺旋桨50的损坏；或脱离安装槽113，从而更改地进行旋转。

请结合参照图3和图5，可选的实施例中，所述航行器本体10还包括导流罩13，所述导流罩13可活动连接于所述安装槽113的边缘，以打开或封闭所述安装槽113的槽口。

本实施例中，为了进一步对升力螺旋桨50进行保护，航行器本体10还包括有导流罩13，该导流罩13连接于安装槽113的边缘，并且可以打开或封闭安装槽113的槽口。如此，在不进行回收时，使用导流罩13能够增加对升力螺旋桨50的保护，防止外部水流进入安装槽113内，以进一步减少对升力推进件30的损坏。同时，该导流罩13的材质为塑料，其外观与壳体11相适配，即，具有与壳体11的流线相一致的形状，从而可以在遮盖升力螺旋桨50后，降低在水下的流体阻力。此处，导流罩13可以通过机械结构带动其相对于安装槽113的槽口进行打开或关闭运动，也可以在壳体11的表面设有容纳导流罩13的槽孔，导流罩13可通过驱动滑入或滑出该槽孔，从而实现打开或遮蔽安装槽113的功能，在此并不限定。

可选的实施例中，所述导流罩13包括两对称设置的分罩体131，每一所述分罩体131与所述安装槽113的边缘通过扭簧连接，所述升力推进件30的驱动轴的末端连接有锁紧块40，所述锁紧块40压紧于两所述分罩体131的上表面。

具体地，该导流罩13包括两分罩体131，每一分罩体131的延伸方向与壳体11的延伸方向相同，且一分罩体131的一端与安装槽113的边缘通过扭簧连接，另一端与另一分罩体131对接。同时，升力推进件30的驱动轴的末端连接有锁紧块40，升力推进件30的驱动轴穿过两分罩体131对接的位置后，在不需要进行回收时，升力推进件30的位置靠下，带动锁紧块40压紧分罩体131的上表面，使得分罩体131不被扭簧弹开，以实现封闭安装槽113槽口的目的。而在需要进行回收时，升力推进件30向上移动，以带动锁紧块40向上离开分罩体131，扭簧可以驱动分罩体131自动弹开，以实现打开安装槽113槽口的功能。该结构的设置可以减少驱动件的设置，结构简单，使得导流罩13的打开更加方便快捷，并可以有效减少能耗，节约成本。

当然，于其他实施例中，也可以设置分罩体131在扭簧的作用里力下反向扣压在安装槽113的槽口处，实现关闭槽口作用，而在升力推进件30上升过程中推动升力螺旋桨50使其顶开两分罩体131。

请继续参照图2，可选的实施例中，所述升降驱动件71设于所述飞行舱段111的底壁，所述升降驱动件71的驱动轴朝向航行器本体10的上端面，所述升力推进件30的底部连接于所述升降驱动件71的驱动轴。

本实施例中，为了实现升力推进件30的稳定升降，设置升降驱动件71为电动推杆，将升降驱动件71设于飞行舱段111的底壁，以实现较为稳定的固定结构，升降驱动件71的驱动轴连接升力推进件30的底部，以推动升力推进件30的升降，该结构的设置可以更加节省能耗。并且不会产生升降方向上的扭转力，使得升降驱动件71的使用寿命更长。

可选的实施例中，所述升降组件70还包括升降架73，所述升降架73形成有升降腔731，所述升力推进件30设于所述升降腔731内，所述升降驱动件71的驱动轴穿入所述升降腔731内，以带动所述升力推进件30沿所述升降腔731的腔壁上下滑动。

本实施例中，为了进一步提高升力推进件30的升降稳定性，升降组件70还包括升降架73，该升降架73呈内部中空的框体设置，其上端面与飞行舱段111的开口周缘进行固定连接，在实现固定的同时，还可以作为遮盖件遮挡飞行舱段111的槽口，保证密封性。升降架73内部形成升降腔731，将升力推进件30设于升降腔731内，为实现升力推进件30与升降驱动件71的连接，在升降架73的底部可开设穿孔，使得升降驱动件71的驱动轴穿过，从而在升降驱动件71的驱动下，使得升力推进件30沿着升降腔731的腔壁上下滑动，一方面提高了升力推进件30升降的顺畅性，同时也避免了升力推进件30在升降过程中出现偏移，保证升降稳定性，同时可以减少对升降驱动件71的驱动轴的损坏，防止升力推进件30的偏转而发生折断等情况的出现。

可选的实施例中，所述升力推进件30的周缘设有卡凸31，所述升降腔731的内壁面设有滑道733，所述升力推进件30沿所述升降腔731的腔壁上下滑动时，所述卡凸31滑动于所述滑道733内。

本实施例中，在该升力推进件30的周缘设有卡凸31，升降腔731的内壁面设有滑道733，升力推进件30在升降驱动件71的驱动下上下滑动时，卡凸31与滑道733的配合，可以使得滑动过程更加顺畅。同时，卡凸31卡于滑道733内，在后续的驱动旋转飞行时，还可以抵抗升力螺旋桨50转动的扭矩，从而可以减少对升降驱动件71的驱动轴的损耗，延伸其使用寿命。以升力推进件30为电机为例，在电机的周缘设有四个卡凸31，升降腔731的内壁面设有对应的四个滑道733，以进一步提高滑动的顺畅性和对扭矩的抵抗力。

可选的实施例中，所述升降驱动件71设有两个，两所述升降驱动件71的驱动轴均连接于所述升力推进件30。

本实施例中，为了保证升力推进件30的升降驱动力，此处，设置两个升降驱动件71，两个升降驱动件71间隔分布在飞行舱段111的底壁，且两者的驱动轴均连接于升力推进件30的底部，一方面实现对升力推进件30的稳定支撑，保证在对升力螺旋桨50的驱动时结构更加稳定；另一方面也可以提高对升力推进件30的升降稳定性，保证升力推进件30在升降过程中更加顺畅，提高升降效率。

可选的实施例中，所述水下航行器100还包括有压载块91和释放电机93，所述释放电机93设于所述飞行舱段111的底壁，所述压载块91设于所述壳体11外部，所述释放电机93的驱动轴穿过所述壳体11与所述压载块91连接。

本实施例中，为了提高升力推进件30与升力螺旋桨50升至水面的速率，水下航行器100还包括有压载块91和释放电机93，压载块91的材质可以是铁块，密度大且耐腐蚀，将其布置在壳体11的外部，并位于AUV底部，释放电机93设于飞行舱段111内，并与控制组件电连接，将释放电机93的驱动轴与压载块91螺纹连接，当需要将压载块91释放时，控制组件控制释放电机93运转，把压载块91释放，使得AUV的顶部及升力螺旋桨50快速浮出水面，可以启动飞行模式，提高回收效率。

具体的，为了不使得压载块91对水下航行器100的航行产生阻碍，将飞行舱段111的底壁中部朝向内部弯折一凸台，即形成压载凸台95，释放电机93固定在压载凸台95朝向飞行舱段111的表面，而压载块91则容纳于压载凸台95形成的压载空间内，为了结构的稳定性，可以设置两升降驱动件71分别位于该压载凸台95的相对的两侧，如此，可以使得壳体11的外观均为光滑的圆柱体表面，有效降低对水下运行的阻力。可以理解的，在压载凸台95上开设有供压载块91和释放电机93连接的孔洞，为了保证密封性，在释放电机93的驱动轴的周缘与孔洞之间也设有密封圈，有效防止外部水流进入飞行舱段111，保证回收的顺利进行。

本发明技术方案的水下航行器100中，升降组件70、升力推进件30、升力螺旋桨50及压载组件90作为一个独立的模块，单独密封，不与AUV其他段连通，使其具有零浮力。在具体回收过程中，先控制升降驱动件71运行，驱动升力推进件30和升力螺旋桨50上升，同时，控制释放电机93释放压载块91，从而为水下航行器100提供一定的浮力，保证壳体11上部快速露出水面，以此使得升力螺旋桨50也快速到达水面，当升力推进件30上升过程中，也会带动锁紧件上升，两分罩体131在扭簧的驱动下转动打开，露出升力螺旋桨50，当升力螺旋桨50上升到最高位置时，控制升力推进件30运转，驱动升力螺旋桨50转动，水下航行器100就能飞离水面，从而实现自主回收。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水下航行器，其特征在于，所述水下航行器包括：

航行器本体，所述航行器本体设有密封的飞行舱段；

升降组件，所述升降组件包括升降驱动件，所述升降驱动件设于所述飞行舱段内；

升力推进件，所述升力推进件设于所述飞行舱段内，并连接于所述升降驱动件的驱动轴，以在所述升降驱动件的驱动下相对于所述飞行舱段的底部可上下升降；以及

升力螺旋桨，所述升力螺旋桨连接于所述升力推进件的驱动轴上，并位于所述航行器本体的上方；

所述航行器本体包括壳体，所述壳体的上端形成有安装槽，所述安装槽的底壁开设所述飞行舱段，所述升力螺旋桨设于所述安装槽内；

在不需要所述升力螺旋桨时，所述升降驱动件驱动所述升力推进件带动升力螺旋桨位于所述安装槽内；当需要回收所述水下航行器时，则所述升降驱动件驱动所述升力推进件向上移动，以带动所述升力螺旋桨上升，当所述升力螺旋桨浮出水面后，驱动所述升力螺旋桨旋转，实现飞行功能。

2.如权利要求1所述的水下航行器，其特征在于，所述壳体的上端形成有沿其长度方向上延伸的所述安装槽。

3.如权利要求2所述的水下航行器，其特征在于，所述航行器本体还包括导流罩，所述导流罩可活动连接于所述安装槽的边缘，以打开或封闭所述安装槽。

4.如权利要求3所述的水下航行器，其特征在于，所述导流罩包括两对称设置的分罩体，每一所述分罩体与所述安装槽的边缘通过扭簧连接，所述升力推进件的驱动轴的末端连接有锁紧块，所述锁紧块压紧于两所述分罩体的上表面。

5.如权利要求1至4中任一项所述的水下航行器，其特征在于，所述升降驱动件设于所述飞行舱段的底壁，所述升降驱动件的驱动轴朝向航行器本体的上端面，所述升力推进件的底部连接于所述升降驱动件的驱动轴。

6.如权利要求5所述的水下航行器，其特征在于，所述升降组件还包括升降架，所述升降架形成有升降腔，所述升力推进件设于所述升降腔内，所述升降驱动件的驱动轴穿入所述升降腔内，以带动所述升力推进件沿所述升降腔的腔壁上下滑动。

7.如权利要求6所述的水下航行器，其特征在于，所述升力推进件的周缘设有卡凸，所述升降腔的内壁面设有滑道，所述升力推进件沿所述升降腔的腔壁上下滑动时，所述卡凸滑动于所述滑道内。

8.如权利要求5所述的水下航行器，其特征在于，所述升降驱动件设有两个，两所述升降驱动件的驱动轴均连接于所述升力推进件。

9.如权利要求2所述的水下航行器，其特征在于，所述水下航行器还包括有压载组件，所述压载组件包括压载块和释放电机，所述释放电机设于所述飞行舱段的底壁，所述压载块设于所述壳体外部，所述释放电机的驱动轴穿过所述壳体与所述压载块连接。

10.如权利要求1所述的水下航行器，其特征在于，所述飞行舱段开设于所述航行器本体长度方向上的中部。

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