CN112937815B - 一种使潜航器自由改变姿态的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使潜航器自由改变姿态的装置，包括圆筒主体，圆筒主体包括圆筒状的外壁面和内壁面，内壁面套置于外壁面内部，二者之间的间隙设置基座和缓冲装置；内壁面两端分别固定套置一圆环状的基座，两基座之间设置两个缓冲装置；缓冲装置也为圆环状，分别对应与基座固定连接；两缓冲装置之间设置一配重环，配重套置于内壁面上；本发明结构简单，制造成本低，且大大提高了航行器改变姿态的能力。航行器在水平正常航行时，装置处于关闭状态。当有改变航行姿态的要求时，本装置开始工作，通过改变本装置内重物的位置来改变航行器的质心，从而改变航行器姿态。
Description
技术领域
本发明涉及航行器技术领域，更具体地说，涉及一种使潜航器自由改变姿态的装置。
背景技术
航行器在水下航行时遇到的障碍，经常是无法预测的，所以，快速改变姿态，并且对姿态控制的精度对于航行器水下运行安全至关重要。
目前，改变姿态有矢量推进法，在航行器两侧安装推进器，通过控制推进器，推力的大小来控制转向。但是这种方法成本较高，且速度较慢。
发明内容
针对现有方法的不足，提出一种使潜航器自由改变姿态的装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种使潜航器自由改变姿态的装置，包括：
圆筒主体，所述圆筒主体包括圆筒状的外壁面和内壁面，内壁面套置于外壁面内部，二者之间的间隙设置基座和缓冲装置；内壁面两端分别固定套置一圆环状的基座，两基座之间设置两个缓冲装置；缓冲装置也为圆环状，分别对应与基座固定连接；两缓冲装置之间设置一配重环，配重套置于内壁面上；
所述圆筒主体内部搭载功能系统，所述功能系统包括控制模块及通信模块；所述通信模块用于与地面建立无线通信连接，所述控制模块用于根据所述通信模块接收到的控制指令，进行姿态改变；
所述配重为磁性材料制备，所述外壁面和内壁面为绝缘材质，所述基座为电磁铁；航行器正常航行时，配重依靠磁力依附于其中一个基座上；当接受到航行器改变姿态命令时，所述控制模块控制一供电电源分别向内壁面两端的基座通电，通过控制电流方向，使两个基座产生方向相斥的磁场，配重在磁场作用脱离其吸附的基座，向另一基座方向移动，所述控制模块通过控制电流大小和频率来改变磁力，使配重到达指定位置，从而使航行器根据控制指令发生姿态改变。
其中，配重为空心环状管，管体内部对称放置两个重块，管体边缘相对的两端分别设置通气孔和液压液入口，所述液压液入口连接一液压系统，所述液压系统连接所述控制模块；两个重块均为圆弧状，置于空心环状管内时一端接触，另一端通过设置密封环，实现与空心环状管内部水密；通过设置，使配重沿内壁面滑动，且无法沿内壁面转动，同时使两个重块接触的位置与液压液入口重合；当配重在磁场作用下移动至极限位置后还无法使航行器达到所需姿态时，所述控制模块控制所述液压系统启动，通过所述液压液入口向配重的空心环状管内注入液压液，在液压液作用下，两个重块分离，改变两个重块在配重内位置从而使配重质心在水深竖直方向的位置发生变化，减小质心和浮心的高度差，使潜航器能够保持大倾角姿态甚至是竖直姿态。
其中，缓冲装置包括弹簧和吸能材料；所述弹簧均匀分布于基座侧面，一端与基座固定连接，另一端固定连接吸能材料；吸能材料在配重移动时与配重接触，弹簧提供一个与配重运动方向相反的力，减小配重的冲击。
其中，基座和缓冲装置互相接触的外缘设置为交错齿状，起限位作用。
其中，配重的空心环状管背离内壁面的表面设置滚珠，所述滚珠位于内壁面和外壁面之间，起到轴承的作用。
区别于现有技术，本发明提供了一种使潜航器自由改变姿态的装置，包括圆筒主体，圆筒主体包括圆筒状的外壁面和内壁面，内壁面套置于外壁面内部，二者之间的间隙设置基座和缓冲装置；内壁面两端分别固定套置一圆环状的基座，两基座之间设置两个缓冲装置；缓冲装置也为圆环状，分别对应与基座固定连接；两缓冲装置之间设置一配重环，配重套置于内壁面上；本发明结构简单，制造成本低，且大大提高了航行器改变姿态的能力。航行器在水平正常航行时，装置处于关闭状态。当有改变航行姿态的要求时，本装置开始工作，通过改变本装置内重物的位置来改变航行器的质心，从而改变航行器姿态。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种使潜航器自由改变姿态的装置的关闭状态结构示意图。
图2是本发明提供的一种使潜航器自由改变姿态的装置的工作状态结构示意图。
图3是本发明提供的一种使潜航器自由改变姿态的装置的基座的结构示意图。
图4是本发明提供的一种使潜航器自由改变姿态的装置的缓冲装置的结构示意图。
图5是本发明提供的一种使潜航器自由改变姿态的装置的配重及内部的结构示意图。
图6是本发明提供的一种使潜航器自由改变姿态的装置的基座和缓冲装置结合的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参阅图1和图2，本发明提供了一种使潜航器自由改变姿态的装置，圆筒主体，所述圆筒主体包括圆筒状的外壁面1和内壁面2，内壁面2套置于外壁面1内部，二者之间的间隙设置基座3和缓冲装置4；内壁面2两端分别固定套置一圆环状的基座3，两基座3之间设置两个缓冲装置；缓冲装置4也为圆环状，分别对应与基座3固定连接；两缓冲装置4之间设置一配重环6，配重6套置于内壁面2上；基座3和缓冲装置4的结构如图3和图4所示。
圆筒主体内部搭载功能系统，所述功能系统至少包括控制模块及通信模块；通信模块用于与地面建立无线通信连接，控制模块用于根据通信模块接收到的控制指令，进行姿态改变；
如图5所示，配重6为磁性材料制备，外壁面1和内壁面2为绝缘材质，基座3为电磁铁；航行器正常航行时，配重6依靠磁力依附于其中一个基座3上；当接受到航行器改变姿态命令时，控制模块控制一供电电源分别向内壁面2两端的基座3通电，通过控制电流方向，使两个基座3产生方向相斥的磁场，配重6在磁场作用脱离其吸附的基座3，向另一基座3方向移动，控制模块通过控制电流大小和频率来改变磁力，使配重6到达指定位置，从而使航行器根据控制指令发生姿态改变。
如图5所示，配重6为空心环状管，管体内部对称放置两个重块7，管体边缘相对的两端分别设置通气孔10和液压液入口8，液压液入口8连接一液压系统，液压系统连接控制模块；两个重块7均为圆弧状，优选为弧度为90度的圆弧环，置于空心环状管内时一端接触，另一端通过设置密封环9，实现与空心环状管内部水密；通过设置，使配重6沿内壁面2圆筒的轴向滑动，且无法沿内壁面径向转动，同时使两个重块7接触的位置与液压液入口8重合；当配重6在磁场作用下移动至极限位置后还无法使航行器达到所需姿态时，控制模块控制液压系统启动，通过液压液入口8向配重6的空心环状管内注入液压液，在液压液作用下，两个重块7分离，改变两个重块7在配重内位置从而使配重6质心在水深竖直方向的位置发生变化，减小质心和浮心的高度差，使潜航器能够保持大倾角姿态甚至是竖直姿态。
如图6，缓冲装置4包括弹簧和吸能材料；弹簧均匀分布于基座3侧面，一端与基座3固定连接，另一端固定连接吸能材料；吸能材料在配重6移动时与配重6接触，弹簧提供一个与配重运动方向相反的力，减小配重6的冲击。
其中，基座3和缓冲装置4互相接触的外缘设置为交错齿状，起限位作用。
其中，配重6的空心环状管背离内壁面2的表面设置滚珠5，滚珠5位于内壁面2和外壁面1之间，起到轴承的作用。
具体的，控制模块在控制姿态改变时，通过识别指令中包含的姿态改变内容，其内置算法计算达到指令要求的姿态时需要配重6移动的距离，进一步计算使配重6到达所需位置时所需力的大小，考虑摩擦力等阻碍因素，确定需要控制供电电源向基座3提供的电流大小。
进一步，若是配重6到达极限位置仍未达到指令要求的姿态时，通过控制模块控制供电电源，提供相应的电流，使基座3的环体产生足够的磁场力，使配重6到达极限位置，控制模块进一步确定使航行器到达指定姿态时需要质心的变化情况。具体的，在前述控制配重6沿内壁面2表面移动，及控制质心变化时，可预先将配重6移动位置和供电电源提供电流大小、以及配重6质心变化与液压系统输出液压液的量的映射关系预先存储，根据需要变更的姿态情况，选择提供对应的电流值和、或液压系统的液液压液量。
本发明的装置其内外壁面与两端的基座3固定连接，然后将基座3通过铆接的方式固定在航行器船体上。整个装置为圆筒状，主体部分位于外壁面1与内壁面2之间，是为了节省船体空间的目的。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种使潜航器自由改变姿态的装置，其特征在于，包括：
圆筒主体，所述圆筒主体包括圆筒状的外壁面和内壁面，内壁面套置于外壁面内部，二者之间的间隙设置基座和缓冲装置；内壁面两端分别固定套置一圆环状的基座，两基座之间设置两个缓冲装置；缓冲装置也为圆环状，分别对应与基座固定连接；两缓冲装置之间设置一配重环，配重套置于内壁面上；
所述圆筒主体内部搭载功能系统，所述功能系统包括控制模块及通信模块；所述通信模块用于与地面建立无线通信连接，所述控制模块用于根据所述通信模块接收到的控制指令，进行姿态改变；
所述配重为磁性材料制备，所述外壁面和内壁面为绝缘材质，所述基座为电磁铁；航行器正常航行时，配重依靠磁力依附于其中一个基座上；当接受到航行器改变姿态命令时，所述控制模块控制一供电电源分别向内壁面两端的基座通电，通过控制电流方向，使两个基座产生方向相斥的磁场，配重在磁场作用脱离其吸附的基座，向另一基座方向移动，所述控制模块通过控制电流大小和频率来改变磁力，使配重到达指定位置，从而使航行器根据控制指令发生姿态改变。
2.根据权利要求1所述的使潜航器自由改变姿态的装置，其特征在于，所述配重为空心环状管，管体内部对称放置两个重块，管体边缘相对的两端分别设置通气孔和液压液入口，所述液压液入口连接一液压系统，所述液压系统连接所述控制模块；两个重块均为圆弧状，置于空心环状管内时一端接触，另一端通过设置密封环，实现与空心环状管内部水密；通过设置，使配重沿内壁面滑动，且无法沿内壁面转动，同时使两个重块接触的位置与液压液入口重合；当配重在磁场作用下移动至极限位置后还无法使航行器达到所需姿态时，所述控制模块控制所述液压系统启动，通过所述液压液入口向配重的空心环状管内注入液压液，在液压液作用下，两个重块分离，改变两个重块在配重内位置从而使配重质心在水深竖直方向的位置发生变化，减小质心和浮心的高度差，使潜航器能够保持大倾角姿态甚至是竖直姿态。
3.根据权利要求1所述的使潜航器自由改变姿态的装置，其特征在于，所述缓冲装置包括弹簧和吸能材料；所述弹簧均匀分布于基座侧面，一端与基座固定连接，另一端固定连接吸能材料；吸能材料在配重移动时与配重接触，弹簧提供一个与配重运动方向相反的力，减小配重的冲击。
4.根据权利要求3所述的使潜航器自由改变姿态的装置，其特征在于，基座和缓冲装置互相接触的外缘设置为交错齿状，起限位作用。
5.根据权利要求2所述的使潜航器自由改变姿态的装置，其特征在于，所述配重的空心环状管背离内壁面的表面设置滚珠，所述滚珠位于内壁面和外壁面之间，起到轴承的作用。
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