CN114455036B - 一种电动与火工融合驱动的水声释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动与火工融合驱动的水声释放装置，该装置包括声学应答模块、释放器主体结构、电动与火工融合驱动释放模块、综合控制模块、传感模块和电源模块；声学应答模块主要由声学换能器、声学驱动电路和联接线缆等组成，该装置声学应答模块可以通过水声通讯的方式接受来自水面的控制指令，并将其发送至综合控制模块，之后综合控制模块根据岸基指令的要求，可完成传感模块中各传感器数据实时采集和上报，可以实现电动释放与火工分离。本发明集成化程度高，采用了电动和火工融合驱动释放的方案，以有效应对水下复杂环境下长期服役出现的运动机构不可靠问题，能够实现在多型水下装备上的模块化应用，同时装置内还安装有姿态传感器，可随时检测水声释放装置姿态信息。

Description

一种电动与火工融合驱动的水声释放装置

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种电动与火工融合驱动的水声释放装置。

背景技术

水声释放装置是一个深度融合了机械、电子和声学等技术的释放动力驱动装置。该装置具有能耗低，结构简单，可靠性高、成本低，工作时间长，环境适应强，适用范围广等特点，能够广泛应用于我国海洋军事及民用装备(如潜标、无人水下航行器，海床机等)，是深海海洋设备回收的核心装置。美国、法国等国已经实现水声释放装置的模块化、系列化、产业化，代表性产品主要有美国Benthos释放器、ORE释放器、法国OCEANO释放器，其最大使用水深不小于10000米，最大负载可达5吨。

水声释放装置需要长时间(数年)在海水中使用，在海水长期浸泡过程中，水声释放装置壳体材料会产生化学腐蚀及生物附着，影响系统密封及水下运动机构的可靠性，特别是水下运动执行机构长时间服役后，由于密封处杂质侵入或者海生生物的附着，导致运动执行机构卡滞，不能正常完成释放动作，进而导致失效。结合前期本单位海上试验的情况，这种现象在国外购买的释放器上也有出现。另外，由于试验内容的需要，在水声释放装置工作过程中需要定期检测其姿态，以判断水下装备和水声释放装置的状态。中国专利CN105629217 B，CN107472485A，CN112537425A，CN210618379U和CN101327838B公开了几种具有应答释放功能的水声释放装置，可实现声学释放，操作方便。但上述专利中对前面提到的运动执行机构的水下服役可靠性问题和自身姿态检测问题，还未有技术解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电动与火工融合驱动的水声释放装置，该装置声学应答模块可以通过水声通讯的方式接受来自水面的控制指令，并将其发送至综合控制模块，之后综合控制模块根据岸基指令的要求，可完成传感模块中各传感器数据实时采集和上报，可以实现电动释放与火工分离。本发明集成化程度高，采用了电动和火工融合驱动释放的方案，以有效应对水下复杂环境下长期服役出现的运动机构不可靠问题，能够实现在多型水下装备上的模块化应用，同时装置内还安装有姿态传感器，可随时检测水声释放装置姿态信息。

一种电动与火工融合驱动的水声释放装置，该装置包括：声学应答模块、释放器主体结构、电动与火工融合驱动释放模块、综合控制模块、传感模块和电源模块；

所述电动与火工融合驱动释放模块包括：电动释放子模块、火工分离子模块、释放转轴和解脱钩；所述电动释放子模块和火工分离子模块均用于实现释放转轴与解脱钩的分离，进而实现释放功能；

所述声学应答模块包括声学换能器和声学驱动电路，用于与岸基声学模块进行水声通讯；

所述释放器主体结构用来承受水压，并提供安装空间；

所述传感模块包括深度传感器和姿态传感器，用于测量海水的深度和水声释放装置的姿态；

所述综合控制模块分别通过线缆与声学应答模块、传感模块中各个传感器及电动与火工融合驱动释放模块中的电器设备相连，接受来自岸基发来的指令、接收处理传感器的测量信号及控制电器设备相的动作；

所述电源模块用于提供电力供应。

进一步的，所述电动释放子模块包括：驱动电机、传动连接轴、主动链轮、传动链、从动链轮及电机控制器；

所述驱动电机的动力输出端与传动连接轴相连，所述传动连接轴与主动链轮固定联接，所述主动链轮通过传动链将动力传递至从动链轮，所述从动链轮与释放转轴固定联接；所述释放转轴贯穿解脱钩并通过端面接触锁紧解脱钩；当释放转轴旋转到设定角度时实现与解脱钩的分离，进而实现释放功能；所述电机控制器用于控制驱动电机的转数及转向。

进一步的，释放转轴与解脱钩接触一端设计成凸轮形状，且释放转轴上设定有预置破断面。

进一步的，所述火工分离子模块包括：水压开关、点火导线、过线接插件和炸药包；

所述点火导线与水压开关连接，所述点火导线通过过线接插件与炸药包连接，综合控制模块给出点火信号，点火导线通过水压开关和过线接插件将炸药包点火，炸药包预埋在释放转轴内部空腔中，炸药包点火能切断释放转轴凸轮端，实现解脱钩分离。

进一步的，水压开关在空气中时处于开路状态、将点火电路与炸药包进行物理隔断，当水声释放器到达一定深度后，其处于闭合状态，点火电路与炸药包接通。

进一步的，水声释放装置还包括有定时释放模块，当达到定时设定时间，且水声释放装置还在水下未动作时，定时释放模块唤醒综合控制模块，综合控制模块输出特定脉冲信号给电机控制器或火导线，驱动释放机构动作，抛掉重物，完成定时释放。

进一步的，当水声释放装置执行查询状态功能时：

由甲板单元发出设定编码指令，并通过换能器向水下发送声信号；水声释放装置声学的应答模块接收声信号，进行译码运算，对信号进行匹配比对；若译码成功，声学应答模块唤醒综合控制模块，并完成传感模块中的传感器数据采集；将所采集的数据传送给综合控制模块，将测量数据译码，传递给声学应答模块；声学应答模块将其转化成特定编码声学信号并向甲板单元发送；甲板声学应答模块接收到声学信号，对其进行解码获取相关状态信息，并传送显控甲板单元显示，进而完成水声释放装置的状态查询功能。

进一步的，当水声释放装置执行遥控释放功能时：

甲板单元发出设定编码指令，并通过换能器向水下发送声信号；声释放装置声学应答模块接收到信号，进行译码运算，对信号进行匹配比对；若译码成功，声学应答模块唤醒综合控制模块；电动释放子模块功能执行释放功能：综合控制模块输出特定脉冲信号给电机控制器，电机控制器控制驱动电机旋转，并将动力传递至释放转轴，当释放转轴旋转到一定角度的时候可以实现与解脱钩的分离，抛掉重物，进而完成水声释放装置的电动释放功能；若电动释放子模块功能失效，综合控制模块采集传感模块测量数据，检测传感模块的状态，判断是否需要采取火工释放方案，若是，综合控制模块输出点火信号，点火导线引爆炸药包，切断释放转轴，实现解脱钩脱离释放。

本发明还有这样一些结构特征和有益效果：

(1)本发明中，水声释放装置的电动与火工融合驱动释放模块由电动释放子模块和火工分离子模块组成，电动释放子模块采用电机驱动实现释放功能，结构轻便，调试简单；火工分离子模块采用手工分离实现释放功能，技术成熟，可靠性好；且两个子模块采用串联结构，二者中有任意一个子模块正常动作，都能实现负载的可靠释放，提高水声释放装置的可靠性。

(2)本发明中，防护罩能够有效控制爆炸之后飞溅物的范围，防止对人或物造成伤害。

(3)本发明中，所述释放器主体的材质采用双相不锈钢材质，。有效应对水下复杂环境下长期服役出现的运动机构不可靠问题

(4)本发明中，火工分离子模块的点火电路中增加了水压开关，将点火电路与炸药包进行物理隔断，只有当水声释放器到达一定深度后，水压开关闭合，点火电路与炸药包才接通，确保工作安全。

附图说明

图1为本发明的组成原理示意图；

图2为本发明结构图；

图3为本发明电动与火工融合驱动释放模块结构图；

其中：100-声学应答模块，200-释放器主体结构，300-电动与火工融合驱动释放模块，400-综合控制模块，500-传感模块，600-电源模块，1-驱动电机，2-传动连接轴，3-主动链轮，4-传动链，5-从动链轮，6-释放转轴，7-解脱钩，8-推力轴承，9-电机控制器，10-水压开关，11-点火导线，12-过线接插件，13-炸药包，14-防护罩。

具体实施方式

下面结合附图并举实例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种电动与火工融合驱动的水声释放装置，该装置通过水声通讯的方式接受来自水面的控制指令，可完成传感模块中各传感器包含姿态传感器数据实时采集和上报，还可通过电机或火工驱动进而完成负载重物释放的水声释放装置。

如图1和图2所示，该水声释放装置包括：声学应答模块100、释放器主体结构200、电动与火工融合驱动释放模块300、综合控制模块400、传感模块500和电源模块600；

释放器主体结构200主要用来承受水压，并提供安装空间。

声学应答模块100主要由声学换能器、声学驱动电路和联接线缆等组成，用于与岸基声学模块进行水声通讯。

传感模块500包括深度传感器和姿态传感器，分别用于测量海水的深度和水声释放装置的姿态。

综合控制模块400通过线缆与声学应答模块100相连，接受来自岸基发来的指令；同时，综合控制模块400通过线缆与传感模块500中各个传感器相连，接收处理它们的测量信号，另外，综合控制模块400还通过线缆与电动与火工融合驱动释放模块300中的驱动电机1、电机控制器9、水压开关10、点火导线11相连，控制上述电气设备的动作。

如图3所示，电动与火工融合驱动释放模块300包括电动释放子模块和火工分离子模块；其中电动释放子模块包括：驱动电机1、传动连接轴2、主动链轮3、传动链4、从动链轮5、释放转轴6、解脱钩7、推力轴承8和电机控制器9；火工分离子模块包括：水压开关10、点火导线11、过线接插件12、炸药包13、防护罩14以及与电动释放子模块共用的释放转轴6和解脱钩7；其连接关系为：驱动电机1通过平键与传动连接轴2相连，传动连接轴2通过平键与主动链轮3固定联接，主动链轮3通过传动链4将动力传递至从动链轮5，从动链轮5通过平键与释放转轴6固定联接，推力轴承8安装在释放转轴6上，主要用于承受轴向推力；释放转轴6贯穿解脱钩7并通过端面接触锁紧解脱钩7，且释放转轴6与解脱钩7接触一端设计成凸轮形状，电机控制器9用于控制电机的转数及转向。点火导线11与水压开关10连接，之后点火导线11通过过线接插件12与炸药包13连接，炸药包13预埋在释放转轴6内部空腔中，且在释放转轴6上设定有预置破断面。防护罩14主要用来有效控制爆炸之后飞溅物的范围，防止对人或物造成伤害。

上述各组件的功能为：

驱动电机1用于驱动电动释放子模块，驱动电机1的转速和转向受电机控制器9控制。传动连接轴2、主动链轮3、传动链4、从动链轮5和释放转轴6形成机械传动链路，用于传递机械动力。解脱钩7用于锁紧或释放负载重物，推力轴承8安装在释放转轴6上，主要用于承受轴向推力。水压开关10在装置中主要起安全保护作用，空气中时，其处于开路状态、将点火电路与炸药包13进行物理隔断，只有当水声释放器到达一定深度后，其处于闭合状态，点火电路与炸药包13才接通，确保工作安全。点火导线11用于将综合控制模块的信号传输至炸药包13，过线接插件12主要用于转接点火导线11，并将接线口密封，防止漏气或漏水，炸药包13起爆后将释放转轴6在其预置破断面处切断，而防护罩14主要用来有效控制爆炸之后飞溅物的范围，防止对人或物造成伤害。

该水声释放装置的工作原理及流程如下，

当水声释放装置执行查询状态功能时：

由甲板单元发出特定编码指令，甲板声学应答模块将其转化成特定编码指令，并通过换能器向水下发送声信号；水声释放装置的声学应答模块100接收到信号后进行译码运算，对信号进行匹配比对。译码成功后，声学应答模块100唤醒综合控制模块400，并完成传感模块500中的传感器数据采集，之后将数据传送给综合控制模块400，将测量数据译码后，传递给声学应答模块100，声学应答模块100将其转化成特定编码声学信号并向甲板单元发送，甲板声学应答模块接收到声学信号后，对其进行解码获取相关状态信息，并传送给显控甲板单元显示，进而完成水声释放装置的状态查询功能。

当水声释放装置执行遥控释放功能时：

由甲板单元发出特定编码指令，甲板声学应答模块将其转化成特定编码指令，并通过换能器向水下发送声信号，水声释放装置的声学应答模块100接收到信号后进行译码运算，对信号进行匹配比对。译码成功后，声学应答模块100唤醒综合控制模块400，综合控制模块400输出特定脉冲信号给电机控制器9，电机控制器9控制驱动电机1旋转，驱动电机1通过连接轴2、主动链轮3、传动链4、从动链轮5，将动力传递至释放转轴6，当释放转轴6旋转到一定角度的时候可以实现与解脱钩7的分离，抛掉重物，进而完成水声释放装置的电动释放功能。另外，如果电动释放子模块功能失效，此时综合控制模块400可以采集传感模块500的测量数据，检测传感模500块的状态，结合综合控制模块400内置程序预设的控制方案，得出需要采取火工释放方案之后，综合控制模块再输出点火信号，通过点火导线11引爆炸药包13，进而切断释放转轴6，实现解脱钩7脱离释放。防护罩14主要用来有效控制爆炸之后飞溅物的范围，防止对人或物造成伤害。

当水声释放装置执行定时释放功能时：

水声释放装置还设有定时释放的功能，水声释放装置下水前，根据任务时间和工作要求，可通过甲板单元向综合控制模块写入定时工作时间，水声释放装置入水工作后，开始计时，当达到定时设定时间，且水声释放装置还在水下未动作时，定时器唤醒综合控制模块400，控制水声释放装置输出特定脉冲信号给电机控制器9或火导线11，驱动电动释放子模块和火工分离子模块动作，抛掉重物，完成定时释放功能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动与火工融合驱动的水声释放装置，其特征在于：包括：声学应答模块、释放器主体结构、电动与火工融合驱动释放模块、综合控制模块、传感模块和电源模块；

所述电动与火工融合驱动释放模块包括：电动释放子模块、火工分离子模块、释放转轴和解脱钩；所述电动释放子模块和火工分离子模块均用于实现释放转轴与解脱钩的分离，进而实现释放功能；

所述声学应答模块包括声学换能器和声学驱动电路，用于与岸基声学模块进行水声通讯；

所述释放器主体结构用来承受水压，并提供安装空间；

所述传感模块包括深度传感器和姿态传感器，用于测量海水的深度和水声释放装置的姿态；

所述综合控制模块分别通过线缆与声学应答模块、传感模块中各个传感器及电动与火工融合驱动释放模块中的电器设备相连，接受来自岸基发来的指令、接收处理传感器的测量信号及控制电器设备的动作；

所述电源模块用于提供电力供应；

所述电动释放子模块包括：驱动电机、传动连接轴、主动链轮、传动链、从动链轮及电机控制器；

所述驱动电机的动力输出端与传动连接轴相连，所述传动连接轴与主动链轮固定联接，所述主动链轮通过传动链将动力传递至从动链轮，所述从动链轮与释放转轴固定联接；所述释放转轴贯穿解脱钩并通过端面接触锁紧解脱钩；当释放转轴旋转到设定角度时实现与解脱钩的分离，进而实现释放功能；所述电机控制器用于控制驱动电机的转数及转向；

所述释放转轴与所述解脱钩接触一端设计成凸轮形状，且所述释放转轴上设定有预置破断面；

所述火工分离子模块包括：水压开关、点火导线、过线接插件和炸药包；

所述点火导线与水压开关连接，所述点火导线通过过线接插件与炸药包连接，综合控制模块给出点火信号，点火导线通过水压开关和过线接插件将炸药包点火，炸药包预埋在释放转轴内部空腔中，炸药包点火能切断释放转轴凸轮端，实现解脱钩分离。

2.如权利要求1所述的电动与火工融合驱动的水声释放装置，其特征在于：所述电动与火工融合驱动释放模块中还设置有防护罩，用于控制炸药包爆炸之后飞溅物的飞溅范围。

3.如权利要求1所述的电动与火工融合驱动的水声释放装置，其特征在于：水压开关在空气中时处于开路状态、将点火电路与炸药包进行物理隔断，当水声释放器到达设定深度后，其处于闭合状态，点火电路与炸药包接通。

4.如权利要求1所述的电动与火工融合驱动的水声释放装置，其特征在于：还包括：定时释放模块；当达到定时设定时间，且水声释放装置还在水下未动作时，所述定时释放模块唤醒综合控制模块，所述综合控制模块输出特定脉冲信号给电机控制器或火导线，驱动释放机构动作，抛掉重物，完成定时释放。

5.如权利要求1所述的电动与火工融合驱动的水声释放装置，其特征在于：当水声释放装置执行查询状态功能时：

由甲板单元发出设定编码指令，并通过换能器向水下发送声信号；水声释放装置声学的应答模块接收声信号，进行译码运算，对信号进行匹配比对；若译码成功，声学应答模块唤醒综合控制模块，并完成传感模块中的传感器数据采集；将所采集的数据传送给综合控制模块，将测量数据译码，传递给声学应答模块；声学应答模块将其转化成特定编码声学信号并向甲板单元发送；甲板声学应答模块接收到声学信号，对其进行解码获取相关状态信息，并传送显控甲板单元显示，进而完成水声释放装置的状态查询功能。

6.如权利要求1所述的电动与火工融合驱动的水声释放装置，其特征在于：当水声释放装置执行遥控释放功能时：甲板单元发出设定编码指令，并通过换能器向水下发送声信号；声释放装置声学应答模块接收到信号，进行译码运算，对信号进行匹配比对；若译码成功，声学应答模块唤醒综合控制模块；电动释放子模块功能执行释放功能：综合控制模块输出特定脉冲信号给电机控制器，电机控制器控制驱动电机旋转，并将动力传递至释放转轴，当释放转轴旋转到一定角度的时候可以实现与解脱钩的分离，抛掉重物，进而完成水声释放装置的电动释放功能；若电动释放子模块功能失效，综合控制模块采集传感模块测量数据，检测传感模块的状态，判断是否需要采取火工释放方案，若是，综合控制模块输出点火信号，点火导线引爆炸药包，切断释放转轴，实现解脱钩脱离释放。

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