CN116443225A - 一种可驻底的水下潜航器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可驻底的水下潜航器及其控制方法,涉及水下舰艇技术领域。所述水下潜航器包括潜航器本体、可折叠翼机构、姿态调节装置、尾部推进器、应急抛载系统、电池以及控制模块,所述可折叠翼机构分别与电池以及控制模块连接,所述可折叠翼机构包括可折叠翼与收放机构,所述可折叠翼包括支撑足、辅助推进器以及若干翼板,相邻的所述翼板之间相互铰接并形成若干折痕,所述收放机构通过若干铰接杆与所述可折叠翼的折痕铰接,可使得所述可折叠翼沿折痕朝所述潜航器本体的艏部方向折叠来进行驻底。本发明通过将可折叠翼朝艏部方向折叠来进行驻底,防止潜航器在海底暗流的作用下发生翻滚,并利用支撑足提高稳定性,避免潜航器倾覆或沉陷。
Description
技术领域
本发明涉及水下舰艇技术领域,尤其涉及一种可驻底的水下潜航器及其控制方法。
背景技术
海洋自古以来就与人类的生产、生活以及均是活动密切相关,海底蕴藏着丰富的油气资源和各种稀有矿产,众多的自然灾害,如台风、海啸、地震等都发源于海洋和海底,同时海洋也是人类军事活动的主要战场之一。
按照观测的维度,海洋观测平台可以分为海气界面观测平台、剖面观测平台以及海底观测平台,其中海底观测平台主要包括以AUV为代表的潜航器系统和深海着陆器。但AUV的能源问题成为了限制其长期使用的重大障碍,深海着陆器不具备可操纵性且观测范围有限。并且目前的潜航器驻留在海底时,由于受到海底暗流作用,潜航器容易偏离位置,甚至导致潜航器在海底翻滚损坏潜航器表面所搭载的各种器件,使得潜航器无法稳定驻留在海底,无法对海底进行长时序观测。
发明内容
针对上述潜航器在海底暗流的作用下容易翻滚,发生位置偏移,导致无法稳定驻留在海底进行长时序观测的问题,本发明提供了一种可驻底的水下潜航器及其控制方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:一种可驻底的水下潜航器,包括潜航器本体、姿态调节装置、尾部推进器、应急抛载系统、电池以及控制模块,所述控制模块分别与所述姿态调节装置、尾部推进器以及应急抛载系统连接,所述电池与各部连接进行供电,所述潜航器本体后部具有若干尾翼。还包括可折叠翼机构,所述可折叠翼机构分别与电池以及控制模块连接,所述可折叠翼机构包括可折叠翼与收放机构,所述可折叠翼包括支撑足、辅助推进器以及若干翼板,各所述翼板上固定有太阳能板,相邻的所述翼板之间相互铰接并形成若干折痕,所述收放机构包括移动部与推动部,所述移动部通过若干铰接杆与所述可折叠翼的折痕铰接,所述推动部与移动部连接,并可带动所述移动部,使得所述可折叠翼沿折痕,朝所述潜航器本体的艏部方向折叠来进行驻底。
进一步地,所述可折叠翼机构呈伞状,各所述折痕包括第一折痕与第二折痕,所述第一折痕与第二折痕间隔设置。
进一步地,所述收放机构设置在位于所述潜航器本体前部的收放舱内,所述移动部呈环状,所述推动部为液压缸,所述液压缸的端部与所述移动部可动连接,带动所述移动部沿所述收放舱进行移动。
进一步地,所述移动部具有若干铰接槽,各所述铰接杆的内侧端部设置有呈圆柱状的铰接部,所述铰接部相适配设置在所述铰接槽内,并与所述铰接槽的左右两侧铰接。
进一步地,各所述铰接槽呈U型,均匀设置在所述移动部的外部。
进一步地,所述收放舱设置有可与所述铰接杆相适配的若干滑槽,各所述铰接杆的中部与所述滑槽铰接,外侧穿出所述滑槽与所述第一折痕铰接,各所述翼板中位于所述第一折痕两侧与第二折痕两侧的折叠方向相反。
进一步地,所述支撑足固定于各所述翼板中邻近所述第二折痕的位置处,所述辅助推进器设置在各所述翼板的外部。
一种可驻底的水下潜航器的控制方法,应用于如上述可驻底的水下潜航器,所述姿态调节装置包括俯仰姿态调节机构、横滚姿态调节机构以及浮力驱动调节机构,其特征在于,包括以下步骤:S1:所述潜航器在下潜驻底时,所述控制模块通过所述浮力驱动调节机构将外油囊中的液压油泵回到内油囊内,变为负浮力状态,同时所述俯仰姿态调节机构移动配重块,调整重心上移,使所述潜航器的艏部下俯,所述可折叠翼机构通过所述推动部使得所述可折叠翼沿折痕,朝所述潜航器本体的艉部方向进行折叠,调整所述可折叠翼与潜航器本体之间的夹角变为最小,减少阻力进行快速下潜;S2:所述潜航器将要着陆时,通过声呐探测仪搜寻海底的平坦表面,所述可折叠翼机构将所述可折叠翼沿折痕伸展开进行减速,随后所述可折叠翼沿折痕朝所述潜航器本体的艏部方向进行折叠,调整为半开合状态,同时所述控制模块控制所述尾部推进器与辅助推进器同时转动,提供向上的推进力进行着陆缓冲;S3:所述潜航器驻底时,通过所述可折叠翼机构上的若干所述支撑足支撑在海底表面,并利用所述潜航器本体外侧所搭载的若干传感器对海底进行数据采集;S4:当所述潜航器需要进行能源补充与信息传递时,所述控制模块通过所述浮力驱动调节机构将内油囊中的液压油泵入到外油囊内,变为正浮力状态,所述可折叠翼机构使得所述可折叠翼沿折痕朝所述潜航器本体的艉部方向进行折叠,调整所述可折叠翼与潜航器本体之间的夹角变为最小,同时所述俯仰姿态调节机构移动配重块,调整重心下移,使所述潜航器的艏部上仰进行上浮;S5:所述潜航器上浮至水面时,所述控制模块通过所述收放机构调整所述可折叠翼伸展成展开状态,进行数据传输并通过所述太阳能板补充能量。
进一步地,S4中所述潜航器在上浮时,所述控制模块控制所述尾部推进器与辅助推进器同时启动提供推进力。
本发明的有益效果是:本发明通过将可折叠翼朝潜航器本体的艏部方向折叠来进行驻底,同时调整潜航器的重心与浮力,防止潜航器在海底暗流的作用下发生翻滚。潜航器通过可折叠翼的支撑足来提高在海底进行驻底时的稳定程度,防止潜航器发生倾覆或沉陷的问题,延长驻底时间,利用所搭载的传感器对海底进行长时序观测。
附图说明
图1所示为本发明一种实施方式的结构原理示意图。
图2所示为图1的一侧视图。
图3所示为潜航器驻底状态示意图。
图4所示为可折叠翼机构的结构示意图。
图5所示为移动部的机构示意图。
图6所示为可驻底的潜航器控制方法的示意图。
附图标记说明:1、潜航器本体;2、收放舱;201、滑槽;3、尾翼;4、尾部推进器;5、可折叠翼机构;501、翼板;502、移动部;503、铰接杆;504、第一折痕;505、第二折痕;6、支撑足;7、辅助推进器。
具体实施方式
本发明公开了一种可驻底的水下潜航器及其控制方法,以下结合附图对本发明的一种实施方式作具体描述。
结合图1和图2所示,一种可驻底的水下潜航器包括潜航器本体1、姿态调节装置、尾部推进器4、应急抛载系统、电池以及控制模块,控制模块包括通信单元、水下控制单元以及太阳能转化单元。水下控制单元分别与可折叠翼机构5、姿态调节装置、应急抛载系统以及尾部推进器4连接,电池分别与各部连接进行供电。潜航器本体1外侧可拆卸固定有若干传感器,传感器包括但不限于温盐深传感器、溶解氧传感器以及叶绿素计。潜航器本体1的艏部设置有声呐探测仪,潜航器本体1的后侧外侧具有若干尾翼3,应急抛载系统与尾部推进器4设置在潜航器本体1的尾端。
如图3所示,可折叠翼机构5呈伞状,套在潜航器本体1外。可折叠翼机构5包括可折叠翼与收放机构,收放机构通过若干铰接杆503与可折叠翼连接。可折叠翼包括支撑足6、辅助推进器7以及若干翼板501,各翼板501上固定有太阳能板,相邻的翼板501之间相互铰接并形成若干折痕。各折痕包括第一折痕504与第二折痕505,第一折痕504与第二折痕505间隔设置。如图4所示,收放机构包括移动部502与推动部,移动部502呈环状,推动部为液压缸,液压缸的端部与移动部502可动连接,带动移动部502沿收放舱2进行移动。移动部502的外部均匀设置有若干呈U型的铰接槽,铰接杆503的内侧端部固定有呈圆柱状的铰接部,铰接部相适配设置在铰接槽内,并与铰接槽的左右两侧内壁铰接。收放机构设置在位于潜航器本体1前部的收放舱2内,收放舱2设置有若干可与铰接杆503相对应适配的滑槽201。铰接杆503的外侧穿出滑槽201位于收放舱2外,铰接杆503的中部与滑槽201铰接。铰接杆503的外侧与第一折痕504铰接,推动部通过移动部502带动铰接杆503沿其铰接处进行转动,铰接杆503通过第一折痕504带动可折叠翼进行折叠,各翼板501中位于第一折痕504两侧与第二折痕505两侧的折叠方向相反。
支撑足6包括第一支撑部与第二支撑部,第一支撑部与第二支撑部固定连接形成近似L型结构,第一支撑部固定于各翼板501中邻近第二折痕505的位置处,辅助推进器7设置在各翼板501的外部,并与控制模块连接。在本实施方式中,支撑足6共有四个,均匀设置在可折叠翼的外侧。
结合图5和图6所示,一种可驻底的水下潜航器的控制方法,姿态调节装置包括俯仰姿态调节机构、横滚姿态调节机构以及浮力驱动调节机构,包括以下步骤:第一步,潜航器在下潜时,控制模块通过浮力驱动调节机构将外油囊中的液压油泵回到内油囊中,变为负浮力状态。同时俯仰姿态调节机构朝潜航器的艏部方向移动配重块,调整重心上移,使潜航器的艏部下俯。可折叠翼机构通过推动部带动移动部502移动,并通过铰接杆503带动可折叠翼沿折痕朝潜航器本体1的艉部方向进行折叠,调整可折叠翼与潜航器本体1之间的夹角变为最小,减少阻力使得潜航器进行快速下潜。
第二步,潜航器将要着陆时,控制模块通过声呐探测仪识别海底的地形变化,搜索海底表面的平坦位置。当找到合适的位置后,可折叠翼机构将可折叠翼沿折痕伸展开进行减速。当潜航器的下潜速度降低到合适程度后,可折叠翼沿折痕朝潜航器本体1的艏部方向进行折叠,并调整为半开合状态,同时控制模块控制尾部推进器4与辅助推进器7同时转动,提供向上的推进力进行着陆缓冲。
第三步,潜航器驻底时,控制模块通过浮力驱动调节机构将外油囊中的液压油完全泵回到内油囊中,同时俯仰姿态调节机构将配重块完全移动到潜航器的艏部方向,使得潜航器本体1的艏部朝下,沿竖向落入海底的平坦表面。在本实施方式中,可折叠翼朝潜航器本体1的艏部方向呈45°折叠,并且第一支撑部与第二支撑部之间的夹角为135°,潜航器通过各第二支撑部支撑在海底表面。潜航器通过各支撑足6的第二支撑部分散压力,防止在海底表面塌陷,并可使得潜航器本体1的艏部架空,避免潜航器本体1的艏部与海底表面接触发生碰撞。潜航器在进行驻底时,利用若干传感器对海底进行数据采集。各传感器设置在潜航器本体1的中部位置处,可折叠翼向潜航器本体1的艏部方向折叠,可避免对传感器造成干扰。并且各支撑足6可避免潜航器在暗流作用下翻滚,出现损坏潜航器本体1外侧所搭载的若干传感器的问题。
第四步,当潜航器需要进行能源补充与信息传递时,控制模块通过浮力驱动调节机构将内油囊中的液压油泵入到外油囊内,变为正浮力状态。可折叠翼机构5通过推动部带动移动部502,通过铰接杆503使得可折叠翼沿折痕朝潜航器本体1的艉部方向进行折叠,调整可折叠翼与潜航器本体1之间的夹角变为最小。同时俯仰姿态调节机构朝潜航器的艉部方向移动配重块,调整重心下移,使潜航器艏部上仰进行上浮。在潜航器上浮过程中,控制模块控制尾部推进器4与辅助推进器7同时启动提供上浮的推进力,可进行快速上浮。
第五步,潜航器上浮至水面时,控制模块通过收放机构调整可折叠翼向潜航器本体1的进行伸展,使得可折叠翼呈展开状态。各翼板501通过太阳能板吸收太阳能补充能量,并将能量储存在作为配重块的电池内,同时进行数据传输并利用传感器对海气平面进行数据采集。
当潜航器在水下运行时遇到紧急情况,可通过应急抛载系统进行应急抛载来保证设备的安全。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可驻底的水下潜航器,包括潜航器本体(1)、姿态调节装置、尾部推进器(4)、应急抛载系统、电池以及控制模块,所述控制模块分别与所述姿态调节装置、尾部推进器(4)以及应急抛载系统连接,所述电池与各部连接进行供电,所述潜航器本体(1)后部具有若干尾翼(3),其特征在于:
还包括可折叠翼机构(5),所述可折叠翼机构(5)分别与电池以及控制模块连接,所述可折叠翼机构(5)包括可折叠翼与收放机构,所述可折叠翼包括支撑足(6)、辅助推进器(7)以及若干翼板(501),各所述翼板(501)上固定有太阳能板,相邻的所述翼板(501)之间相互铰接并形成若干折痕,所述收放机构包括移动部(502)与推动部,所述移动部(502)通过若干铰接杆(503)与所述可折叠翼的折痕铰接,所述推动部与移动部(502)连接,并可带动所述移动部(502),使得所述可折叠翼沿折痕,朝所述潜航器本体(1)的艏部方向折叠来进行驻底。
2.根据权利要求1所述的一种可驻底的水下潜航器,其特征在于:所述可折叠翼机构(5)呈伞状,各所述折痕包括第一折痕(504)与第二折痕(505),所述第一折痕(504)与第二折痕(505)间隔设置。
3.根据权利要求2所述的一种可驻底的水下潜航器,其特征在于:所述收放机构设置在位于所述潜航器本体(1)前部的收放舱(2)内,所述移动部(502)呈环状,所述推动部为液压缸,所述液压缸的端部与所述移动部(502)可动连接,带动所述移动部(502)沿所述收放舱(2)进行移动。
4.根据权利要求3所述的一种可驻底的水下潜航器,其特征在于:所述移动部(502)具有若干铰接槽,各所述铰接杆(503)的内侧端部设置有呈圆柱状的铰接部,所述铰接部相适配设置在所述铰接槽内,并与所述铰接槽的左右两侧铰接。
5.根据权利要求4所述的一种可驻底的水下潜航器,其特征在于:各所述铰接槽呈U型,均匀设置在所述移动部(502)的外部。
6.根据权利要求3所述的一种可驻底的水下潜航器,其特征在于:所述收放舱设置有可与所述铰接杆(503)相适配的若干滑槽(201),各所述铰接杆(503)的中部与所述滑槽(201)铰接,外侧穿出所述滑槽(201)与所述第一折痕(504)铰接,各所述翼板(501)中位于所述第一折痕(504)两侧与第二折痕(505)两侧的折叠方向相反。
7.根据权利要求2所述的一种可驻底的水下潜航器,其特征在于:所述支撑足(6)固定于各所述翼板(501)中邻近所述第二折痕(505)的位置处,所述辅助推进器(7)设置在各所述翼板(501)的外部。
8.一种可驻底的水下潜航器的控制方法,应用于如上述权利要求1至7任一项所述的可驻底的水下潜航器,所述姿态调节装置包括俯仰姿态调节机构、横滚姿态调节机构以及浮力驱动调节机构,其特征在于,包括以下步骤:
S1:所述潜航器在下潜驻底时,所述控制模块通过所述浮力驱动调节机构将外油囊中的液压油泵回到内油囊内,变为负浮力状态,同时所述俯仰姿态调节机构移动配重块,调整重心上移,使所述潜航器的艏部下俯,所述可折叠翼机构(5)通过所述推动部使得所述可折叠翼沿折痕,朝所述潜航器本体(1)的艉部方向进行折叠,调整所述可折叠翼与潜航器本体(1)之间的夹角变为最小,减少阻力进行快速下潜;
S2:所述潜航器将要着陆时,通过声呐探测仪搜寻海底的平坦表面,所述可折叠翼机构(5)将所述可折叠翼沿折痕伸展开进行减速,随后所述可折叠翼沿折痕朝所述潜航器本体(1)的艏部方向进行折叠,调整为半开合状态,同时所述控制模块控制所述尾部推进器(4)与辅助推进器(7)同时转动,提供向上的推进力进行着陆缓冲;
S3:所述潜航器驻底时,通过所述可折叠翼机构(5)上的若干所述支撑足(6)支撑在海底表面,并利用所述潜航器本体(1)外侧所搭载的若干传感器对海底进行数据采集;
S4:当所述潜航器需要进行能源补充与信息传递时,所述控制模块通过所述浮力驱动调节机构将内油囊中的液压油泵入到外油囊内,变为正浮力状态,所述可折叠翼机构(5)使得所述可折叠翼沿折痕朝所述潜航器本体(1)的艉部方向进行折叠,调整所述可折叠翼与潜航器本体(1)之间的夹角变为最小,同时所述俯仰姿态调节机构移动配重块,调整重心下移,使所述潜航器的艏部上仰进行上浮;
S5:所述潜航器上浮至水面时,所述控制模块通过所述收放机构调整所述可折叠翼伸展成展开状态,进行数据传输并通过所述太阳能板补充能量。
9.根据权利要求8所述的一种可驻底的水下潜航器的控制方法,其特征在于:S4中所述潜航器在上浮时,所述控制模块控制所述尾部推进器(4)与辅助推进器(7)同时启动提供推进力。
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2023
- 2023-06-15 CN CN202310706570.1A patent/CN116443225B/zh active Active
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