CN114435566B - 一种跨介质海底自钻式航行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种跨介质海底自钻式航行器，其属于航行器技术领域，包括机头、机身和机尾，机头包括转轴、刀头和振动器，刀头与转轴固定连接，振动器设置于刀头上；机身与机头连接，机身内设置有进流系统和加压系统；机尾与机身连接，机尾远离机身的一端设置有主喷口，进流系统和加压系统能够将机头处的流体吸入、加压并从主喷口喷出。从水介质向沉积物介质中跨越时，转轴带动刀头旋转，再通过振动器的振动，使沉积物发生破坏和软化，通过进流系统将碎屑流向机身内部运移，再通过加压系统加压，使得碎屑流从机尾的主喷口喷出，从主喷口向后喷出的碎屑流能够为航行器提供向前航行的动力，实现在两种介质的分界面跨越。

Description

一种跨介质海底自钻式航行器
技术领域
本发明涉及航行器技术领域，尤其涉及一种跨介质海底自钻式航行器。
背景技术
无人水下航行器具有安全度高、操作便捷、适用范围广等优点，广泛的被应用在海底地质探测、海洋水文监测、海底地貌测量、海洋资源勘探等方面。
现有的跨介质航行器能够实现在空中和水中跨越，即航行器能够在空中飞行，也能够进入水中航行，同时完成水中和空中作业任务。
随着人类开发海洋的不断深入，对于水下沉积物的探测越来越多，对于航行器进入水下浅层沉积物的需求越来越迫切。由于浅层沉积物含水率高，状态趋近于流体，但是比海水具有更大的阻力，现有的航行器无法进入浅层沉积物中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种跨介质海底自钻式航行器，能够在水介质和浅层沉积物介质中维持航行状态，且能够在两种介质的分界面跨越。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种跨介质海底自钻式航行器，包括：
机头，包括转轴、刀头和振动器，所述刀头与所述转轴固定连接，所述振动器设置于所述刀头上；
机身，与所述机头连接，所述机身内设置有进流系统和加压系统；
机尾，与所述机身连接，所述机尾远离所述机身的一端设置有主喷口，所述进流系统和所述加压系统能够将所述机头处的流体吸入、加压并从所述主喷口喷出。
其中，所述机头内形成第一腔室，所述机身内形成第二腔室，所述第一腔室、所述第二腔室、所述进流系统和所述加压系统依次连通。
其中，所述加压系统与所述主喷口之间通过第一管路连通。
其中，所述第一腔室与所述第二腔室之间通过柔性软管连通。
其中，所述机尾上设置有两个尾翼，两个所述尾翼分布于所述机尾的两侧。
其中，所述机尾上设置有方向舵，所述方向舵位于两个所述尾翼之间且所述方向舵位于所述机尾的顶部。
其中，所述机身的两侧设置有侧向喷口，两个所述侧向喷口正对设置，所述加压系统与所述侧向喷口之间通过第二管路连通，所述第二管路上设置有流量调节阀。
其中，所述侧向喷口处设置有喷嘴，所述喷嘴与所述第二管路连接，所述喷嘴的喷射角度可调节。
其中，所述振动器的振动频率可调节。
其中，所述刀头呈螺旋状。
本发明的有益效果：
本发明提出的跨介质海底自钻式航行器，从水介质向浅层沉积物介质中跨越时，转轴旋转带动刀头旋转，再通过振动器的振动，使浅层沉积物发生破坏和软化，通过进流系统将浅层沉积物形成的碎屑流向机身内部运移，再通过加压系统加压，使得碎屑流从机尾的主喷口喷出，从主喷口向后喷出的碎屑流能够为航行器提供向前航行的动力，进而使得航行器连续航行，能够在水介质和浅层沉积物介质中维持航行状态，且能够在两种介质的分界面跨越。
附图说明
图1是本发明实施例提供的跨介质海底自钻式航行器的结构示意图一；
图2是本发明实施例提供的跨介质海底自钻式航行器的结构示意图二；
图3是本发明实施例提供的跨介质海底自钻式航行器的结构示意图三；
图4是本发明实施例提供的跨介质海底自钻式航行器的剖视图一；
图5是本发明实施例提供的跨介质海底自钻式航行器的剖视图二。
图中：
10、机头；11、转轴；12、刀头；
20、机身；21、进流系统；22、加压系统；23、侧向喷口；
30、机尾；31、主喷口；32、尾翼；33、方向舵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
参见图1至图5，本发明实施例提供一种跨介质海底自钻式航行器，能够在水中航行，也能够在浅层沉积物中航行，还能够跨越两种介质的分界面，即从水中进入浅层沉积物中。
在海洋探测领域，浅层沉积物的深度一般有几十米到几百米不等，根据具体的情况有所不同。航行器能够下行的深度，也和航行器自身的动力性能、抗压性能等有关，在此不作限制。
跨介质海底自钻式航行器包括机头10、机身20和机尾30，机身20与机头10连接，机尾30与机身20连接，即机头10、机身20和机尾30自前向后依次连接。
机头10包括转轴11、刀头12和振动器，刀头12与转轴11固定连接，振动器设置于刀头12上；机身20内设置有进流系统21和加压系统22；机尾30远离机身20的一端设置有主喷口31，进流系统21和加压系统22能够将机头10处的流体吸入、加压并从主喷口31喷出。
在水介质中航行时，转轴11不转，通过进流系统21将机头10处的水抽取向机身20内部运移，再通过加压系统22加压，使得水从机尾30的主喷口31喷出，从主喷口31向后喷出的水流能够为航行器提供向前航行的动力。
从水介质向浅层沉积物介质中跨越时，转轴11旋转带动刀头12旋转，再通过振动器的振动，使浅层沉积物发生破坏和软化，通过进流系统21将浅层沉积物形成的碎屑流向机身20内部运移，再通过加压系统22加压，使得碎屑流从尾部的主喷口31喷出，从主喷口31向后喷出的碎屑流能够为航行器提供向前航行的动力。
在浅层沉积物介质中航行时，转轴11旋转带动刀头12旋转，再通过振动器的振动，使浅层沉积物发生破坏和软化，形成通道，通过进流系统21将浅层沉积物形成的碎屑流向机身20内部运移，再通过加压系统22加压，使得碎屑流从尾部的主喷口31喷出，从主喷口31向后喷出的碎屑流能够为航行器提供向前航行的动力。
转轴11的旋转可以由电机驱动，电机位于机头10内。
在本实施例中，刀头12呈螺旋状。在刀头12转动过程中，能够切割沉积物形成碎屑，同时螺旋状的刀头12能够将碎屑流向机身20内部导流。
振动器的振动频率可调节。通过改变振动器的振动频率，为航行器顺畅前进助力。具体地，可以通过检测航行器的前进速度，根据前进速度调节振动器的振动频率。例如，当航行器的前进速度低于设定值时，表示航行器前进较慢，可能是由于沉积物产生的阻力较大，此时可以增大振动频率，以期尽快软化沉积物。
机头10内形成第一腔室，机身20内形成第二腔室，第一腔室、第二腔室、进流系统21和加压系统22依次连通。
进流系统21用于将机头10处的流体吸入，进流系统21包括抽取泵；加压系统22用于对流体加压，加压系统22包括加压泵。第一腔室和第二腔室之间，第二腔室与抽取泵之间以及抽取泵与加压泵之间均通过管路连接。具体地，第一腔室与第二腔室之间通过柔性软管连通。
机身20内部还设置有载荷仓，载荷舱内可挂载探测设备，探测设备在海底的沉积物中进行作业，可以用于环境监测、沉积物力学性质测定、地震波监测等任务，也可以服务于海底管道检测工作。
在本实施例中，机尾30上设置有两个尾翼32，两个尾翼32分布于机尾30的两侧，保持航行器的平衡性。
机尾30上设置有方向舵33，方向舵33位于两个尾翼32之间且方向舵33位于机尾30的顶部。方向舵33用来修正航行器航向和小角度转向。
加压系统22与主喷口31之间通过第一管路连通。通过第一管路，将流体输送至主喷口31处。第一管路上设置有流量调节阀，通过流量调节阀控制从主喷口31喷出的流体的流量，进而调节航行器的行进速度。
主喷口31处设置有喷嘴，喷嘴与第一管路连接，喷嘴的喷射角度可调节。通过调节喷射角度，可以实现航行器上升。当喷嘴斜向下喷射流体时，航行器受到斜向上的作用力，进而能够上升，实现从沉积物介质跨越到水介质中。
喷嘴的角度调节机构可以包括基座、连接杆和液压缸，连接杆的一端与喷嘴连接，连接杆的另一端与基座铰接，液压缸的输出杆与连接杆铰接，通过输出杆伸出和缩回，带动连接杆转动，进而改变喷嘴的角度。
机身20的两侧设置有侧向喷口23，两个侧向喷口23正对设置，加压系统22与侧向喷口23之间通过第二管路连通，所述第二管路上设置有流量调节阀。通过控制两个侧向喷口23的流量差，使得机身20左右两侧产生受力差，进而实现左右运动。
侧向喷口23处设置有喷嘴，喷嘴与第二管路连接，喷嘴的喷射角度可调节。通过调节喷射角度，可以实现航行器上升。当喷嘴斜向下喷射流体时，航行器受到斜向上的作用力，进而能够上升，实现从沉积物介质跨越到水介质中。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，包括：
机头(10)，包括转轴(11)、刀头(12)和振动器，所述刀头(12)与所述转轴(11)固定连接，所述振动器设置于所述刀头(12)上；
机身(20)，与所述机头(10)连接，所述机身(20)内设置有进流系统(21)和加压系统(22)；
机尾(30)，与所述机身(20)连接，所述机尾(30)远离所述机身(20)的一端设置有主喷口(31)，所述进流系统(21)和所述加压系统(22)能够将所述机头(10)处的流体吸入、加压并从所述主喷口(31)喷出；
所述机尾(30)上设置有两个尾翼(32)，两个所述尾翼(32)分布于所述机尾(30)的两侧；所述机尾(30)上设置有方向舵(33)，所述方向舵(33)位于两个所述尾翼(32)之间且所述方向舵(33)位于所述机尾(30)的顶部。
2.根据权利要求1所述的跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，所述机头(10)内形成第一腔室，所述机身(20)内形成第二腔室，所述第一腔室、所述第二腔室、所述进流系统(21)和所述加压系统(22)依次连通。
3.根据权利要求2所述的跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，所述加压系统(22)与所述主喷口(31)之间通过第一管路连通。
4.根据权利要求2所述的跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，所述第一腔室与所述第二腔室之间通过柔性软管连通。
5.根据权利要求1所述的跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，所述机身(20)的两侧设置有侧向喷口(23)，两个所述侧向喷口(23)正对设置，所述加压系统(22)与所述侧向喷口(23)之间通过第二管路连通，所述第二管路上设置有流量调节阀。
6.根据权利要求5所述的跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，所述侧向喷口(23)处设置有喷嘴，所述喷嘴与所述第二管路连接，所述喷嘴的喷射角度可调节。
7.根据权利要求1-6任一项所述的跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，所述振动器的振动频率可调节。
8.根据权利要求1-6任一项所述的跨介质海底自钻式航行器，其特征在于，所述刀头(12)呈螺旋状。
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