CN116495150B - 一种具有可折叠翼机构的水下潜航器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，涉及水下舰艇技术领域。所述水下潜航器包括潜航器本体与可折叠翼机构，所述潜航器本体包括壳体、电池、控制模块以及姿态调节装置，所述可折叠翼机构位于潜航器本体外，并分别与电池以及控制模块连接，所述可折叠翼机构包括翼板与收放机构，所述翼板包括太阳能翼板，相邻的所述太阳能翼板相互铰接并形成折痕，所述收放机构通过若干铰接杆与所述翼板的折痕处铰接，可带动所述翼板沿折痕进行折叠或伸展的姿态变换。本发明通过可折叠翼机构与姿态调节装置相配合，潜航器可在水下进行大倾角复合姿态调整，并且通过翼板不同的姿态变换，灵活改变工作模式，实现对海洋进行多维度的连续统一观测。

Description

一种具有可折叠翼机构的水下潜航器

技术领域

本发明涉及水下舰艇技术领域，尤其涉及一种具有可折叠翼机构的水下潜航器。

背景技术

潜航器可搭载各类电子仪器、机械设备和科考人员精确到达各种海洋环境，进行高效勘探、海洋科考和能源开发等各类海洋活动。水下潜航器为科学家提供了从水面到水下、从海底到地壳的全方位、大范围、综合性、实时性的高精度观测条件；通过观测，更好理解人类活动导致的海洋变化、海洋生命、海底-海水-大气之间关联、海底及沉积动力学等海洋科学问题。

但现有水下潜航器的可操作性差，在水下进行姿态调整时，仅依靠水下潜航器内部的重心变化与浮力变化，无法进行大倾角复合姿态的调整。并且由于没有额外的能源补充，受到能源限制导致其水下续航能力不足，对海洋无法进行长时序观测，用于采集数据的工作时间十分有限。

发明内容

针对现有的水下潜航器可操作性差，在水下无法进行大倾角复合姿态调整，观测范围有限，并且由于没有能源补充，受到自身能源限制无法对海洋进行长时序观测的问题，本发明提供了一种具有可折叠翼机构的水下潜航器。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，包括潜航器本体，所述潜航器本体包括壳体、姿态调节装置、应急抛载系统、尾部推进器、电池以及控制模块，所述壳体外侧具有若干传感器，前端设置有天线，所述控制模块分别与所述姿态调节装置、应急抛载系统、尾部推进器、天线以及各传感器连接，所述电池与各部连接进行供电，所述壳体尾部具有尾翼，所述应急抛载系统与尾部推进器设置在所述壳体的尾端，所述姿态调节装置位于所述壳体内，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。还包括可折叠翼机构，所述可折叠翼机构分别与所述电池以及控制模块连接，所述可折叠翼机构包括翼板与收放机构，所述翼板由若干太阳能翼板组成，相邻的所述太阳能翼板之间相互铰接并形成若干折痕，所述收放机构包括固定部与移动部，设置在位于所述潜航器本体中部或前部的收放舱内，并通过若干铰接杆与所述翼板的折痕铰接，所述移动部通过与所述固定部发生相对运动，带动所述翼板沿折痕进行折叠或伸展的姿态变换。

进一步地，所述浮力驱动调节机构，包括内油囊、外油囊、液压阀组、电机以及液压泵，所述外油囊与内油囊内各储存有液体，所述电机带动液压泵，使得所述外油囊与内油囊之间通过所述液压阀组转移液体。

进一步地，所述电池包括第一电池、第二电池以及第三电池，所述第三电池可拆卸固定在所述壳体的后部内，所述俯仰姿态调节机构与横滚姿态调节机构，设置在所述浮力驱动调节机构与第三电池之间。

进一步地，所述俯仰姿态调节机构包括涡轮、蜗杆以及滚珠丝杠，所述第一电池与所述滚珠丝杠连接，所述涡轮与蜗杆相配合，通过所述滚珠丝杠带动第一电池沿所述壳体的轴线进行移动。

进一步地，所述第二电池与所述横滚姿态调节机构连接，所述横滚姿态调节机构通过涡轮与蜗杆相配合，带动所述第二电池偏心转动。

进一步地，所述太阳能翼板包括太阳能板、桁架板以及碳纤维骨架，所述碳纤维骨架固定在两所述桁架板之间，并填充有浮力材料，所述太阳能板固定在所述桁架板一侧的外表面。

进一步地，所述固定部与移动部沿所述壳体轴线设置在所述收放舱内，所述固定部与所述收放舱的一侧可拆卸固定连接，所述移动部通过液压缸与所述收放舱的另一侧连接，所述液压缸带动所述移动部移动。

进一步地，所述收放舱设置有若干可与所述铰接杆相适配的滑槽，所述铰接杆包括若干第一铰接杆与若干第二铰接杆，各所述第一铰接杆的内端与所述固定部铰接，各所述第二铰接杆的内端与所述移动部铰接，各所述第一铰接杆的外端与第二铰接杆的外端对应铰接形成铰接部。

进一步地，所述翼板中间位置处具有放置孔，并通过所述放置孔套设在所述壳体外，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，各所述第一折痕与第二折痕向内延伸并于所述壳体的轴线处相交于一个公共点，各所述第一铰接杆与第二铰接杆穿出所述滑槽，并通过所述铰接部与第一折痕铰接。

进一步地，各所述太阳能翼板的外端设置有若干辅助推进器。

本发明的有益效果是：本发明通过可折叠翼机构与姿态调节装置相配合，便于潜航器在水下进行大倾角复合姿态调整，并且通过收放机构控制翼板进行折叠或伸展的姿态变换，可改变水下潜航器的工作模式，对海洋进行多维度的连续统一观测。并且利用太阳能对水下潜航器进行能源补充，解决传统水下潜航器的能源制约，延长对海洋观测的工作时间。

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的剖面图。

图3所示为可折叠翼机构的结构示意图。

图4所示为图3中收放机构的结构示意图。

图5所示为太阳能翼板的结构示意图。

附图标记说明：1、潜航器本体；2、可折叠翼机构；3、壳体；4、传感器；5、收放舱；6、内油囊；7、俯仰姿态调节机构；8、第一电池；9、第三电池；10、控制模块；11、应急抛载系统；12、尾部推进器；13、尾翼；14、第二电池；15、横滚姿态调节机构；16、液压阀组；17、外油囊；18、天线；19、太阳能翼板；20、辅助推进器；21、收放机构；22、第一铰接杆；23、固定部；24、第二铰接杆；25、移动部；26、液压缸；27、太阳能板；28、桁架板；29、碳纤维骨架；30、浮力材料；31、第一折痕；32、第二折痕。

具体实施方式

本发明公开了一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，以下结合附图对本发明的一种实施方式作具体描述。

如图1所示，水下潜航器包括潜航器本体1以及可折叠翼机构2，潜航器本体1包括壳体3、姿态调节装置、应急抛载系统11、尾部推进器12、电池以及控制模块10，控制模块10包括通信单元、水下控制单元以及太阳能转化单元。如图2所示，可折叠翼机构2与潜航器本体1可动连接，水下控制单元分别与可折叠翼机构2、姿态调节装置、应急抛载系统11以及尾部推进器12连接，电池分别与各部连接进行供电。壳体3采用耐压材料，可承受外部水压，为除艏部外油囊17和天线18所在舱段以及收放舱以外的其余舱段提供水密环境，在本实施方式中耐压材料采用碳纤维材料。壳体3外侧布置有若干可拆卸的传感器4，各传感器4包括温盐深传感器、溶解氧传感器以及叶绿素计。壳体3前端设置有天线18，通信单元分别与各传感器4以及天线18连接，并通过天线18传输信号。壳体3的尾部外侧具有尾翼13，应急抛载系统11与尾部推进器12设置在壳体3的尾端。

如图3所示，可折叠翼机构2包括翼板与收放机构21，翼板由若干太阳能翼板组成，位于壳体3外，相邻的太阳能翼板19之间相互铰接并形成折痕，折痕包括第一折痕31与第二折痕32，第一折痕31与第二折痕32间隔设置。翼板中间位置处具有放置孔，翼板通过该放置孔相适配套在壳体3外，第一折痕31与第二折痕32向内延伸并于壳体3的轴线处可相交于一个公共点。如图5所示，各太阳能翼板19包括太阳能板27、桁架板28以及碳纤维骨架29，碳纤维骨架29固定在两桁架板28之间，并填充有浮力材料30。太阳能板27固定在桁架板28前侧的外表面。各太阳能翼板19的外端设置有若干辅助推进器20。

如图4所示，收放机构21包括固定部23与移动部25，固定部23与移动部25沿壳体3轴线设置在位于壳体3前部的收放舱5内。固定部23可拆卸固定在收放舱5的前侧，移动部25通过液压缸26与收放舱5的后侧连接。铰接杆包括若干第一铰接杆22与若干第二铰接杆24，各第一铰接杆22的内端与固定部23铰接，第二铰接杆24的内端与移动部25铰接。收放舱5侧壁沿壳体3的轴线方向，设置有若干可与第一铰接杆22与第二铰接杆24相适配的滑槽，各第一铰接杆22与第二铰接杆24通过滑槽穿出壳体3。各第一铰接杆22的外端与各第二铰接杆24的外端对应铰接形成铰接部，并通过铰接部与第一折痕31进行铰接。铰接部与第一折痕31之间的铰接方式具有多种，例如可采用合页或铰接杆，在本实施方式中并不作具体限定。液压缸26通过移动部25带动各第一铰接杆22与各第二铰接杆24转动，使得翼板沿第一折痕31与第二折痕32进行折叠，位于第一折痕31两侧的太阳能翼板与位于第二折痕32两侧的太阳能翼板的折叠方向相反。

姿态调节装置位于壳体3内，包括俯仰姿态调节机构7、横滚姿态调节机构15以及浮力驱动调节机构。浮力驱动调节机构包括内油囊6、外油囊17、液压阀组16、电机以及液压泵，外油囊17与内油囊6内各储存有液体，该液体可为水或油，在本实施方式中该液体为油。外油囊17设置在位于收放舱5前侧的浮力舱内，浮力舱通过若干通孔与外界进行连通。液压阀组16位于浮力舱与收放舱5之间，内油囊6位于收放舱5后侧，电机带动液压泵使得外油囊17与内油囊6之间通过液压阀组16转移液体，来改变壳体3前后两侧的浮力。电池包括第一电池8、第二电池14以及第三电池9，第三电池9可拆卸固定在壳体3的后部内，俯仰姿态调节机构7与横滚姿态调节机构15沿壳体3轴线方向，从前到后依次设置在内油囊6与第三电池9之间。

俯仰姿态调节机构7包括涡轮、蜗杆以及滚珠丝杠，第一电池8设置在滚珠丝杠上，涡轮与蜗杆相配合带动滚珠丝杠,使得第一电池8沿壳体3的轴线移动，进而改变水下潜航器的轴向重心位置。第二电池14与横滚姿态调节机构15连接，横滚姿态调节机构15通过涡轮与蜗杆相配合，带动第二电池14偏心转动，改变第二电池14的径向位置，从而实现转向运动。

控制模块10控制液压缸26伸出推动移动部25靠近固定部23，通过铰接杆带动翼板伸展；当控制模块10控制液压缸26收缩，带动移动部25远离固定部23，通过铰接杆带动翼板折叠。

当水下潜航器上浮通过吸收太阳能补充能量时，控制模块10控制浮力驱动调节机构通过电机与液压泵使得内油囊中的液压油泵出到外油囊，同时俯仰姿态调节机构7将第一电池8沿壳体3的轴线向尾部移动，使得水下潜航器的头部上浮。并且液压缸26带动移动部25收缩，并通过第一铰接杆22、第二铰接杆24带动翼板沿第一折痕31与第二折痕32变形，使得翼板伸展，增加与太阳光的接触面积来吸收太阳能，同时利用天线18传输信号。

当水下潜航器在水下航行时，控制模块10控制浮力驱动调节机构通过电机与液压泵使得外油囊中的液压油泵回到内油囊，同时俯仰姿态调节机构7将第一电池8沿壳体3的轴线向头部移动，使得水下潜航器下潜。横滚姿态调节机构15通过带动第二电池14偏心转动，可使得水下潜航器进行转向。液压缸26带动移动部25伸出，并通过第一铰接杆22、第二铰接杆24带动翼板沿第一折痕31与第二折痕32变形，使得翼板折叠。并且控制模块10通过液压缸26改变翼板的张角大小，使得水下潜航器通过不同折叠程度的翼板，同时与姿态调节装置、尾部推进器12以及辅助推进器20相配合在水下进行大范围航行，便于在水下洋流中稳定控制姿态，并在航行过程中通过所搭载的各传感器4进行数据采集。

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)

1.一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，包括潜航器本体（1），所述潜航器本体（1）包括壳体（3）、姿态调节装置、应急抛载系统（11）、尾部推进器（12）、电池以及控制模块（10），所述壳体（3）外侧具有若干传感器（4），前端设置有天线（18），所述控制模块（10）分别与所述姿态调节装置、应急抛载系统（11）、尾部推进器（12）、天线（18）以及各传感器（4）连接，所述电池与各部连接进行供电，所述壳体（3）尾部具有尾翼（13），所述应急抛载系统（11）与尾部推进器（12）设置在所述壳体（3）的尾端，所述姿态调节装置位于所述壳体（3）内，包括俯仰姿态调节机构（7）、横滚姿态调节机构（15）以及浮力驱动调节机构，其特征在于：

还包括可折叠翼机构（2），所述可折叠翼机构（2）分别与所述电池以及控制模块（10）连接，所述可折叠翼机构（2）包括翼板与收放机构（21），所述翼板由若干太阳能翼板（19）组成，相邻的所述太阳能翼板（19）之间相互铰接并形成若干折痕，所述收放机构（21）包括固定部（23）与移动部（25），设置在位于所述潜航器本体（1）中部或前部的收放舱（5）内，并通过若干铰接杆与所述翼板的折痕铰接，所述移动部（25）通过与所述固定部（23）发生相对运动，带动所述翼板沿折痕进行折叠或伸展的姿态变换；

所述收放舱（5）设置有若干可与所述铰接杆相适配的滑槽，所述铰接杆包括若干第一铰接杆（22）与若干第二铰接杆（24），各所述第一铰接杆（22）的内端与所述固定部（23）铰接，各所述第二铰接杆（24）的内端与所述移动部（25）铰接，各所述第一铰接杆（22）的外端与第二铰接杆（24）的外端对应铰接形成铰接部；

各所述第一铰接杆（22）与第二铰接杆（24）穿出所述滑槽，通过所述铰接部与第一折痕（31）铰接；

所述翼板中间位置处具有放置孔，通过所述放置孔套设在所述壳体（3）外，所述折痕包括第一折痕（31）与第二折痕（32），所述第一折痕（31）与第二折痕（32）间隔设置；

所述移动部与液压缸连接，所述液压缸（26）带动所述移动部（25）伸出，并通过所述第一铰接杆（22）、第二铰接杆（24）带动所述翼板沿所述第一折痕（31）与第二折痕（32）变形，使得所述翼板折叠；

所述控制模块（10）通过所述液压缸（26）改变所述翼板的张角大小，使得水下潜航器通过不同折叠程度的所述翼板，同时与所述姿态调节装置、尾部推进器（12）相配合在水下航行。

2.根据权利要求1所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：所述浮力驱动调节机构，包括内油囊（6）、外油囊（17）、液压阀组（16）、电机以及液压泵，所述外油囊（17）与内油囊（6）内各储存有液体，所述电机带动液压泵，使得所述外油囊（17）与内油囊（6）之间通过所述液压阀组（16）转移液体。

3.根据权利要求2所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：所述电池包括第一电池（8）、第二电池（14）以及第三电池（9），所述第三电池（9）可拆卸固定在所述壳体（3）的后部内，所述俯仰姿态调节机构（7）与横滚姿态调节机构（15），设置在所述浮力驱动调节机构与第三电池（9）之间。

4.根据权利要求3所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：所述俯仰姿态调节机构（7）包括涡轮、蜗杆以及滚珠丝杠，所述第一电池（8）与所述滚珠丝杠连接，所述涡轮与蜗杆相配合，通过所述滚珠丝杠带动第一电池（8）沿所述壳体（3）的轴线进行移动。

5.根据权利要求3所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：所述第二电池（14）与所述横滚姿态调节机构（15）连接，所述横滚姿态调节机构（15）通过涡轮与蜗杆相配合，带动所述第二电池（14）偏心转动。

6.根据权利要求1所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：所述太阳能翼板（19）包括太阳能板（27）、桁架板（28）以及碳纤维骨架（29），所述碳纤维骨架（29）固定在两所述桁架板（28）之间，并填充有浮力材料（30），所述太阳能板（27）固定在所述桁架板（28）一侧的外表面。

7.根据权利要求1所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：所述固定部（23）与移动部（25）沿所述壳体（3）轴线设置在所述收放舱（5）内，所述固定部（23）与所述收放舱（5）的一侧可拆卸固定连接，所述移动部（25）通过液压缸（26）与所述收放舱（5）的另一侧连接，所述液压缸（26）带动所述移动部（25）移动。

8.根据权利要求7所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：各所述第一折痕（31）与第二折痕（32）向内延伸并于所述壳体（3）的轴线处相交于一个公共点。

9.根据权利要求1所述的一种具有可折叠翼机构的水下潜航器，其特征在于：各所述太阳能翼板（19）的外端设置有若干辅助推进器（20）。