CN114440868B - 一种可独立标定的水下导航设备模块舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下潜航器导航技术领域，公开了一种可独立标定的水下导航设备模块舱，该模块舱包括耐压舱体、耐压端盖、惯导、惯导定位绝缘板、计程仪电子机箱、计程仪换能器、电源转换模块和水密连接器；所述耐压舱体内侧设置惯导和计程仪电子机箱，所述惯导和计程仪电子机箱之间设置惯导定位绝缘板；所述电源转换模块设置在所述耐压舱体内壁上，用于进行电压转换并为惯导和计程仪电子机箱提供电压；所述耐压舱体的外壁上设置有计程仪换能器和水密连接器，所述计程仪换能器连接水密连接器后，与计程仪电子机箱连接；所述耐压舱体的开口端设置耐压端盖。本发明具有定位精度高、总体模块化、可独立维护的特点，提高了潜航器的使用灵活性和快速反应性。

Description

一种可独立标定的水下导航设备模块舱

技术领域

本发明涉及水下潜航器导航技术领域，更具体的说，特别涉及一种可独立标定的水下导航设备模块舱。

背景技术

随着科学技术的发展，水下潜航器已发展成为海洋工程和军事装备技术领域的重要平台，通过搭载不同的任务设备执行探测、测绘、侦察、投送、搜救等不同任务，而导航技术是水下潜航器的重要技术之一，是实现自主航行的关键。由于电波在水中快速衰减，水下潜航器无法实时获得卫星数据来对自己的位置进行导航，需通过搭载水下导航设备来推算、更新自身在水下的位置信息，实现水下航行路径的导航功能。

目前水下潜航器的精确导航通常通过搭载惯导与计程仪两者组合导航来实现。惯导与计程仪之间初始安装的艏向固定偏差及使用过程中，可能存在的相对移位对导航误差带来较大影响，需要对其进行安装定位并需要对导航设备进行系统标定来消除此固定误差，并在安装上考虑装配定位。另外，在每使用一定长周期后，需要对惯导进行重新校准维护，安装复原后需再次标定。如果惯导与计程仪等导航设备不能在同一密封舱段内安装，通常需要采用整机实航的方式进行导航设备标定，在产品批产或批次维护时，利用整机实航进行标定带来标定试验组织难度大、生产效率低、累计成本高、整机风险高等不利因素，需寻求一种安装定位精度高、总体模块化、结构全水密、易独立维护、可独立标定的导航模块。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种可独立标定的水下导航设备模块舱，具有定位精度高、总体模块化、可独立维护的特点。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种可独立标定的水下导航设备模块舱，该模块舱包括耐压舱体、耐压端盖、惯导、惯导定位绝缘板、计程仪电子机箱、计程仪换能器、电源转换模块和水密连接器；

所述耐压舱体内侧设置惯导和计程仪电子机箱，所述惯导和计程仪电子机箱之间设置惯导定位绝缘板；所述电源转换模块设置在所述耐压舱体内壁上，用于进行电压转换并为惯导和计程仪电子机箱提供电压；所述耐压舱体的外壁上设置有计程仪换能器和水密连接器，所述计程仪换能器连接水密连接器后，与计程仪电子机箱连接；所述耐压舱体的开口端设置耐压端盖。

进一步的，所述耐压舱体包括壳体、密封法兰、电源模块基座、第一穿舱孔座、惯导基座和换能器基座，所述壳体的开口端设置与所述耐压端盖配合的密封法兰，所述壳体内表面设置有连接所述惯导定位绝缘板的惯导基座；所述壳体内表面还设置贯穿舱壁的第一穿舱孔座，所述第一穿舱孔座连接所述水密连接器；所述环肋内表面还设置安装所述电源转换模块的电源模块基座，所述壳体外表面还设置有用于安装计程仪换能器的换能器基座。

进一步的，所述耐压舱体还包括设置在所述壳体内表面的环肋，所述环肋的内表面设置所述惯导基座；所述环肋的截面为U型、矩形或梯形。

进一步的，所述密封法兰设置有用于对模块舱进行定位的第一定位销，所述密封法兰与所述耐压端盖连接的端面设置有起盖顶块。

进一步的，所述壳体内表面上还设置第二穿舱孔座，作为气密检测口，并设置气密封头及双道O形圈进行封堵。

进一步的，所述耐压端盖为球冠结构，设置有径向密封圈槽和密封圈止口，并分别设置O形圈与所述耐压舱体进行密封。

进一步的，所述惯导定位绝缘板包括绝缘基板、绝缘套和第三定位销，所述绝缘基板上加工安装槽，所述安装槽内设置有绝缘套，所述绝缘基板上设置有与所述惯导基座配合的第三定位销；所述绝缘套与所述惯导基座之间进行电气绝缘连接。

进一步的，所述换能器基座上设置有与所述计程仪换能器配合的第二定位销。

进一步的，所述计程仪电子机箱与耐压舱体之间设置机箱绝缘座进行电气绝缘安装。

进一步的，所述模块舱还包括设置在耐压舱体外壁的牺牲阳极块，用于对模块舱在海水中的电化学腐蚀进行防护。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过模块化设计，体积小且整体安装简单，对外电气接口需求小，可通过对应工装单独在水中进行标定，无需水下潜航器实物整机参与，一次标定任务组织周期内可快速、连续对多套导航设备模块舱进行标定，节省组织环节，缩短交付周期，降低试验风险；此外，经过标定的导航设备模块舱，可在多套潜航器上互换使用，同一套潜航器也可快速更换不同的导航设备模块舱来使用，而无须再次标定，提高了潜航器的使用灵活性和快速反应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。其中：

图1为本发明可独立标定的水下导航设备模块舱的结构示意图。

图2为本发明可独立标定的水下导航设备模块舱的另一示意图。

图3为本发明中耐压舱体的结构示意图。

图4为本发明中耐压舱体的另一示意图。

图5为本发明中惯导定位绝缘板的结构示意图。

图6为本发明中模块舱与外部设备的连接示意图。

附图标记说明如下：1-耐压舱体、2-耐压端盖、3-惯导、4-惯导定位绝缘板、5-计程仪电子机箱、6-机箱绝缘座、7-计程仪换能器、8-电源转换模块、9-水密连接器、10-牺牲阳极块、11-标定工装、101-壳体、10-2密封法兰、103-环肋、104-电源模块基座、105-第一穿舱孔座、106-气密封头、107-惯导基座、108-起盖顶块、109-换能器基座、110-第一定位销、111-第二定位销、112-舱体固定座、113-第二穿舱孔座、401-绝缘套、402-第三定位销。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1和2所示，本发明提供一种可独立标定的水下导航设备模块舱，包括耐压舱体1、耐压端盖2、惯导3、惯导定位绝缘板4、计程仪电子机箱5、计程仪换能器7、电源转换模块8和水密连接器9；

所述耐压舱体1内侧设置惯导3和计程仪电子机箱5，所述惯导3和计程仪电子机箱5之间设置有惯导定位绝缘板4。所述电源转换模块8设置在所述耐压舱体1内壁上，用于将上一级系统电压转换为惯导3和计程仪电子机箱5所需稳定供电压。所述耐压舱体1的外壁上设置有计程仪换能器7和水密连接器9，所述计程仪换能器7通过水密电缆经水密连接器9穿舱后与计程仪电子机箱5连接。所述耐压舱体1的开口端设置耐压端盖2，形成封闭的模块舱。

具体的，所述电源转换模块8与所述惯导3的位置相对应，所述计程仪换能器7与所述计程仪电子机箱5的位置相对应，所述水密连接器9与所述电源转换模块8的位置相对应。所述惯导3用于提供水下潜航器的位置、速度、航向、姿态和加速度等信息，所述计程仪换能器7和计程仪电子机箱5配合用于测量水下潜航器对底速度以及离底高度。

本实施例中，通过耐压舱体1上设置耐压端盖2形成封闭的模块舱，并在耐压舱体1上分别设置惯导3、惯导定位绝缘板4、计程仪电子机箱5、计程仪换能器7、电源转换模块8和水密连接器9，整体结构模块化，即为全水密耐压功能模块舱，整体结构简单、体积小且安装方便，并可通过工装独立标定，无需水下潜航器参与，一次标定任务组织周期内可快速、连续对多套导航设备模块舱进行标定，节省组织环节，缩短周期，也降低了试验风险。

进一步的，参与图3和图4所示，所述耐压舱体1包括壳体101、密封法兰102、环肋103、电源模块基座104、穿舱孔座105、惯导基座107、换能器基座109、舱体固定座112，所述壳体101的开口端设置与所述耐压端盖2配合的密封法兰102，所述壳体101内表面设置环肋103，所述环肋103内表面设置有连接所述惯导定位绝缘板4的惯导基座107。所述壳体101内表面还设置贯穿舱壁的穿舱孔座105，所述穿舱孔座105连接所述水密连接器9。所述环肋103内表面还设置安装所述电源转换模块8的电源模块基座104，所述耐压舱体1的壳体101外表面还设置有用于安装计程仪换能器7的换能器基座109、及舱体固定座112。

具体的，所述壳体101为两端开口的圆柱形筒体，开口端均设置有密封法兰102并与耐压端盖2连接，所述环肋103内表面对称设置两个惯导基座107，可以方便安装也使得与所述惯导定位绝缘板4连接可靠。

本实施例中，所述耐压舱体1的壳体101用于为导航设备提供耐压水密舱，并作为导航设备及水密连接器等部件安装的载体，采用防锈铝合金材料。其中壳体101、密封法兰102、环肋103、电源模块基座104、穿舱孔座105、惯导基座107、换能器基座109、舱体固定座112采用焊接工艺成型为一体，减小了导航设备初始安装固定偏差及位置漂移，保证了整体结构安装的可靠性。所述惯导基座107的上平面、换能器基座109下平面、舱体固定座112的下平面均采用焊接后再通过一次装夹加工成型，保证各自平面度及相互间的位置度，并分别作为惯导3、计程仪换能器7、耐压舱体1的精确安装基准。

进一步的，所述耐压舱体1两端面的密封法兰102上分别设置有第一定位销111，用于将导航设备模块舱艏向与水下潜航器艏向匹配限位。具体的，所述第二定位销111沿所述壳体101的径向设置，保证定位的可靠性。

进一步的，所述密封法兰102与所述耐压端盖2连接的端面设置有起盖顶块108，所述起盖顶块108采用螺纹圆柱销，通过螺纹内嵌安装于密封法兰102端面，须保证起盖顶块108不凸起该端面。

进一步的，所述环肋103的外径与所述壳体101内径配合，用于加强所述壳体101的结构强度，其截面为U型、矩形或梯形。具体的，所述环肋103采用多个平行且同轴设置在所述壳体101的内壁上，所述环肋103的数量可以根据实际需要进行增加或减少，来保证所述惯导基座107安装的可靠性。

进一步的，所述壳体101内表面上还设置第二穿舱孔座113，作为气密检测口，用于模块舱总装后的整体密封性检测，并在进行密封性检测后，通过设置气密封头106及双道O形圈进行封堵，来保证所述耐压舱体1整体的密封性。

具体的，所述穿舱孔座包括三个第一穿舱孔座105和一个第二穿舱孔座113，三个所述第一穿舱孔座105上分别设置所述水密连接器9，并设置O形圈与水密连接器9进行密封，通过所述水密连接器9分别用于上一级系统对导航设备模块舱的供电、通信及调试电气功能的穿舱转接，并通过舱内电缆分别与惯导3、计程仪电子机箱5、电源转换模块8进行电气连接，便于在不开舱的条件下，通过对应的水密连接器9进行导航设备的电气调试与数据下载。

进一步的，所述耐压端盖2为球冠结构，采用防锈铝合金材料，所述耐压端盖2上分别设置有一道径向密封圈槽和一道密封圈止口，并设置双道O形圈与耐压舱体1的密封法兰102之间进行合盖密封，组成大水深耐压密封结构。所述耐压端盖2上还设置有起盖螺纹孔，用于开盖时辅助起盖，所述起盖螺纹孔与起盖顶块108位置相对应。

进一步的，所述惯导定位绝缘板4设置在所述惯导3与耐压舱体1上的惯导基座107之间，包括绝缘基板403、绝缘套401和第三定位销402，所述绝缘基板403上加工安装槽，所述安装槽内设置有绝缘套401，所述绝缘基板403上设置有第三定位销402。

具体的，参阅图5所示，所述绝缘基板403上加工有四个安装槽，并分别设置绝缘套401，通过铰制螺栓穿过绝缘套401与耐压舱体1的惯导基座107之间进行电气绝缘安装，并通过第三定位销402进行定位。本实施例中，所述绝缘套401和第三定位销402的数量可以根据实际需要进行增加或减少，来保证所述惯导定位绝缘板4与惯导基座107之间进行可靠地精确定位和绝缘安装。

进一步的，所述换能器基座109上设置有第二定位销110，将计程仪换能器7进行艏向定位，并与惯导3艏向对齐。具体的，所述第二定位销110沿所述壳体101径向设置，并采用两个对称设置，可以保证定位的可靠性。

进一步的，所述计程仪电子机箱5与耐压舱体1之间通过机箱绝缘座6进行电气绝缘安装，即所述机箱绝缘座6设置在所述耐压舱体1内壁，并与计程仪电子机箱5的位置相对应，所述机箱绝缘座6采用尼龙材料。

进一步的，所述模块舱还包括设置在耐压舱体1外壁的牺牲阳极块10，用于对导航设备模块舱在海水中的电化学腐蚀进行防护。具体的，所述牺牲阳极块10采用镁铝合金材料，并通过舱体固定座112设置在所述壳体101上。

本发明提供的水下导航设备模块舱，具体工作过程如下：

将机箱绝缘座6、惯导定位绝缘板4、惯导3、计程仪电子机箱5、电源转换模块8、计程仪换能器7、水密连接器9和牺牲阳极块10依次安装到耐压舱体1上，并进行舱内电缆连线和舱外计程仪换能器7水密电缆连线。将两个耐压端盖2及其O形圈与耐压舱体1两端密封法兰102连接密封，形成全水密耐压功能模块。

水下潜航器供电缆经水密连接器9给电源转换模块8输入供电，经转换稳压滤波后，分别给惯导3和计程仪电子机箱5供电；水下潜航器通信缆经水密连接器9与惯导3进行通信数据交互。

参阅图6所示，导航设备模块舱标定时，安装固定于标定工装11形成一个整体，从三个水密连接器9分别引出供电、通信、调试水密电缆至母船甲板，将模块舱整体布放入水中并与母船舷侧固定，母船携带该模块舱整体跑船，完成导航设备模块舱的独立标定，无需水下潜航器实物整机参与。

完成跑船后，通过导航设备模块舱调试口水密电缆下载数据确认标定是否成功，下载数据过程无需回收导航设备模块舱。标定完成后，将导航设备模块舱回收并与标定工装11分离，安装固定于水下潜航器内部。水面状态下，惯导3可接收水下潜航器的卫星定位信息进行初始对准和位置校准；水下状态下，计程仪换能器7测量水下潜航器对底速度以及离底高度并发送给惯导3，惯导3与计程仪组合导航并实时发送姿位置、速度、航向、姿态和加速度等信息给水下潜航器用于航行路径控制。

本发明提供的导航设备模块舱通过模块化设计，体积小且整体安装简单，对外电气接口需求小，并通过对应工装单独在水中进行标定，无需水下潜航器实物整机参与，经过标定的导航设备模块舱，可在多套潜航器上互换使用，同一套潜航器也可快速更换不同的导航设备模块舱来使用，而无须再次标定，提高了潜航器的使用灵活性和快速反应性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：该模块舱包括耐压舱体、耐压端盖、惯导、惯导定位绝缘板、计程仪电子机箱、计程仪换能器、电源转换模块和水密连接器；

所述耐压舱体内侧设置惯导和计程仪电子机箱，所述惯导和计程仪电子机箱之间设置惯导定位绝缘板；所述电源转换模块设置在所述耐压舱体内壁上，用于进行电压转换并为惯导和计程仪电子机箱提供电压；所述耐压舱体的外壁上设置有计程仪换能器和水密连接器，所述计程仪换能器连接水密连接器后，与计程仪电子机箱连接；所述耐压舱体的开口端设置耐压端盖。

2.根据权利要求1所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述耐压舱体包括壳体、密封法兰、电源模块基座、第一穿舱孔座、惯导基座和换能器基座，所述耐压舱体还包括设置在所述壳体内表面的环肋；

所述壳体的开口端设置与所述耐压端盖配合的密封法兰，所述环肋的内表面设置有连接所述惯导定位绝缘板的惯导基座；所述壳体内表面还设置贯穿舱壁的第一穿舱孔座，所述第一穿舱孔座连接所述水密连接器；所述环肋内表面还设置安装所述电源转换模块的电源模块基座，所述壳体外表面还设置有用于安装计程仪换能器的换能器基座。

3.根据权利要求2所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述环肋的截面为U型、矩形或梯形。

4.根据权利要求2所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述密封法兰设置有用于对模块舱进行定位的第一定位销，所述密封法兰与所述耐压端盖连接的端面设置有起盖顶块。

5.根据权利要求2所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述壳体内表面上还设置第二穿舱孔座，作为气密检测口，并设置气密封头及双道O形圈进行封堵。

6.根据权利要求2所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述耐压端盖为球冠结构，设置有径向密封圈槽和密封圈止口，并分别设置O形圈与所述耐压舱体进行密封。

7.根据权利要求2所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述惯导定位绝缘板包括绝缘基板、绝缘套和第三定位销，所述绝缘基板上加工安装槽，所述安装槽内设置有绝缘套，所述绝缘基板上设置有与所述惯导基座配合的第三定位销；所述绝缘套与所述惯导基座之间进行电气绝缘连接。

8.根据权利要求2所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述换能器基座上设置有与所述计程仪换能器配合的第二定位销。

9.根据权利要求1所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述计程仪电子机箱与耐压舱体之间设置机箱绝缘座进行电气绝缘安装。

10.根据权利要求1所述的可独立标定的水下导航设备模块舱，其特征在于：所述模块舱还包括设置在耐压舱体外壁的牺牲阳极块，用于对模块舱在海水中的电化学腐蚀进行防护。

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