CN117429591A - 一种水下可扩展主动声呐航行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下可扩展主动声呐航行器，涉及水下作业设备技术领域。本发明包括航行器本体和设置于航行器本体上的可扩展探测机构，所述可扩展探测机构包括支撑架、第一作动器、驱动推杆、摆动杆、扩展臂、推动支杆和声呐探测头。本发明的水下可扩展主动声呐航行器，通过可扩展探测机构扩展使构成的主动声呐接收阵扩展，获得较大的声学孔径和基阵增益，满足水平全向的探测功能，以及高增益高灵敏度探测需求。此外，通过浮力调节系统及姿态调节单元，可以实现航行器的上浮、下潜以及“水平航行探测模式”和“垂直探测模式”的快速切换。

Description

一种水下可扩展主动声呐航行器

技术领域

本发明涉及水下作业设备技术领域，具体地说是涉及一种水下可扩展主动声呐航行器。

背景技术

近年来，声学机动探潜装备体系主要由航空探潜（探潜巡逻飞机、探潜直升机）、水面探潜（水面舰艇、无人船）、水下探潜（潜艇、无人航行器）等组成，其中：航空探潜机动性好但隐蔽能力不强、作业时间短、高海况环境无法作业；舰艇探潜续航能力好但隐蔽性和机动能力不强，无法适应敏感海域的探潜任务；水下航行器探潜隐蔽性、灵活性好，但受限于平台的尺寸，探潜声呐存在声学孔径不足，阵增益受限等问题。面向敏感区域，灵活机动、强隐蔽、远距离声学探潜装备是目前全球各国共同的迫切需求。

发明内容

本发明提供了一种水下可扩展主动声呐航行器，以解决现有水下航行器“探潜声呐声学孔径不足、阵增益受限”的问题。

本发明的技术方案如下：

一种水下可扩展主动声呐航行器，包括航行器本体和设置于航行器本体上的可扩展探测机构；

所述可扩展探测机构包括支撑架、第一作动器、驱动推杆、摆动杆、扩展臂、推动支杆和声呐探测头；

所述支撑架设置于航行器本体的轴线位置，所述第一作动器设置于所述支撑架上，所述第一作动器的伸缩端连接所述驱动推杆；

所述摆动杆的一端铰接所述支撑架，所述摆动杆的另一端铰接所述扩展臂；

所述推动支杆的一端铰接所述驱动推杆，所述推动支杆的另一端铰接所述摆动杆；

所述扩展臂上设置所述声呐探测头；

所述第一作动器的伸缩端伸出或缩回以带动驱动推杆沿着航行器本体的轴线方向前、后移动，通过推动支杆带动摆动杆相对于支撑架摆动，进而带动扩展臂远离或贴合所述支撑架，所述扩展臂的轴线与航行器本体的轴线保持平行。

优选的，还包括支撑杆，所述摆动杆包括第一摆动杆和第二摆动杆，所述扩展臂包括内扩展臂和外扩展臂；

所述第一摆动杆的一端铰接所述支撑架的下端，所述第一摆动杆的另一端铰接所述内扩展臂的下端；

所述第二摆动杆的一端铰接所述支撑架的上端，所述第二摆动杆中间位置铰接所述内扩展臂的中间位置，所述第二摆动杆的另一端铰接所述外扩展臂的下端；

所述支撑杆的一端铰接所述内扩展臂的上端，所述支撑杆的另一端铰接所述外扩展臂的上端；

所述推动支杆的另一端铰接所述第一摆动杆和/或所述第二摆动杆；

所述内扩展臂和所述外扩展臂上均设置所述声呐探测头。

优选的，所述第一作动器设置为电液作动器。

优选的，还包括浮力调节系统，所述浮力调节系统包括油囊和泵油单元；

所述航行器本体的前端和后端均设置所述油囊，所述泵油单元用于向油囊注入油液或者将油囊内的油液排出，向油囊注入油液以使油囊体积变大，将油囊内的油液排出以使油囊体积变小。

优选的，所述油囊包括外油囊和内油囊，所述外油囊和所述内油囊之间经油路连通，所述油路上设置所述泵油单元，所述泵油单元还连接有储油罐。

优选的，所述油路上还设置有流量计。

优选的，还包括姿态调节单元，所述姿态调节单元包括重力块和第二作动器；

所述重力块位于所述航行器本体内部，所述重力块能沿着航行器本体的轴线移动，所述第二作动器经传动机构带动所述重力块沿着航行器本体的轴线移动。

优选的，所述重力块设置为电池。

优选的，所述第二作动器设置为电机，所述传动机构包括驱动齿轮和齿条，所述重力块上设置所述齿条，所述电机的输出转轴设置所述驱动齿轮，所述驱动齿轮啮合所述齿条。

优选的，还包括动力推进单元，所述动力推进单元包括推进器、平衡舵、方向舵和舵机；

所述推进器、所述平衡舵和所述方向舵设置于所述航行器本体的后端，所述舵机动力连接所述平衡舵和所述方向舵。

本发明的有益技术效果：

本发明的水下可扩展主动声呐航行器，通过可扩展探测机构扩展使构成的主动声呐接收阵扩展，获得较大的声学孔径和基阵增益，满足水平全向的探测功能，以及高增益高灵敏度探测需求。此外，通过浮力调节系统及姿态调节单元，可以实现航行器的上浮、下潜以及“水平航行探测模式”和“垂直探测模式”的快速切换。

附图说明

图1为本发明水下可扩展主动声呐航行器整体内部结构示意图；

图2为本发明水下可扩展主动声呐航行器整体外部结构的主视图；

图3为本发明水下可扩展主动声呐航行器整体外部结构的侧视图；

图4为本发明可扩展探测机构处于收缩姿态的立体图；

图5为本发明可扩展探测机构处于展开姿态的立体图；

图6为本发明可扩展探测机构处于展开姿态的剖视图；

图7为本发明可扩展探测机构中仅一对内扩展臂、外扩展臂处于展开姿态的立体图；

图8为本发明浮力调节系统的原理图；

附图标记：

11、前部导流罩，12、前筒体，13、探测舱，14、耐压前舱，15、耐压中舱，16、耐压后舱，17、尾部导流罩，18、耐压端盖，21、支撑架，22、第一作动器，23、驱动推杆，24、推动支杆，251、第一摆动杆，252、第二摆动杆，261、内扩展臂，262、外扩展臂，27、支撑杆，31、油囊，311、外油囊，312、内油囊，32、油泵，33、电磁阀，34、单向阀，35、储油罐，36、流量计，41、重力块，42、第二作动器，51、推进器，521、平衡舵，522、方向舵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图8所示，一种水下可扩展主动声呐航行器，包括航行器本体和设置于航行器本体上的可扩展探测机构、浮力调节系统、姿态调节单元及动力推进单元等。

航行器本体从前向后依次为前部导流罩11、前筒体12、探测舱13、耐压前舱14、耐压中舱15、耐压后舱16和尾部导流罩17。其中，前部导流罩11和尾部导流罩17，以减小航行器在水下行驶时的阻力，提高运行效率。耐压前舱14、耐压中舱15及耐压后舱16的前后端安装有圆盘结构的耐压端盖18，以达到密封保护耐压舱（耐压前舱14、耐压中舱15及耐压后舱16）的目的。

可扩展探测机构包括支撑架21、第一作动器22、驱动推杆23、摆动杆、扩展臂、推动支杆24和声呐探测头。

支撑架21设置于航行器本体的轴线位置，具体的，支撑架21设置于探测舱13的轴线位置。

第一作动器22设置为电液作动器，第一作动器22的伸缩端可相对于固定端伸出或缩回。第一作动器22设置于支撑架21的中心位置，第一作动器22的伸缩端连接驱动推杆23。摆动杆的一端铰接支撑架21，摆动杆的另一端铰接扩展臂。推动支杆24的一端铰接驱动推杆23，推动支杆24的另一端铰接摆动杆。扩展臂上设置声呐探测头。

第一作动器22的伸缩端伸出或缩回以带动驱动推杆23沿着航行器本体的轴线方向前、后移动，通过推动支杆24带动摆动杆相对于支撑架21摆动，进而带动扩展臂远离或贴合支撑架21，扩展臂的轴线与航行器本体的轴线保持平行。

其中，扩展臂远离支撑架21时，可扩展探测机构处于展开姿态；扩展臂贴合支撑架21时，可扩展探测机构处于收缩姿态。

航行器在水平航行模式时，扩展探测机构处于收缩姿态，以减小航行器在水下行驶时的阻力；航行器在垂直探测模式时，可扩展探测机构处于展开姿态，以使内扩展臂261及外扩展臂262上的声呐探测头构成的主动声呐接收阵扩展，获得较大的声学孔径和基阵增益。

此外，航行器在垂直探测模式时，可扩展探测机构处于展开姿态，可扩展探测机构的重心向航行器本体前端（海底方向）移动，进一步增加航行器重心和浮心之间的间距，增加航行器的稳定性。

具体的，摆动杆包括第一摆动杆251和第二摆动杆252，扩展臂包括内扩展臂261和外扩展臂262。第一摆动杆251的一端铰接支撑架21的下端，第一摆动杆251的另一端铰接内扩展臂261的下端。第二摆动杆252的一端铰接支撑架21的上端，第二摆动杆252中间位置铰接内扩展臂261的中间位置，第二摆动杆252的另一端铰接外扩展臂262的下端。支撑杆27的一端铰接内扩展臂261的上端，支撑杆27的另一端铰接外扩展臂262的上端。推动支杆24的另一端铰接第二摆动杆252。内扩展臂261和外扩展臂262上均设置声呐探测头。

支撑架21、第一摆动杆251、第二摆动杆252及内扩展臂261构成平行四边形结构，内扩展臂261、第二摆动杆252、支撑杆27及外扩展臂262构成平行四边形结构。在第一作动器22的伸缩端伸出或缩回的带动下，内扩展臂261及外扩展臂262远离或贴合支撑架21，并且，内扩展臂261及外扩展臂262远离支撑架21时，各内扩展臂261位于内侧圆周，各外扩展臂262位于外侧圆周，主动声呐接收阵扩展，获得较大的声学孔径和基阵增益。

浮力调节系统包括油囊31和泵油单元，航行器本体的前端的前筒体12和后端的耐压后舱16均设置油囊31，泵油单元用于向油囊31注入油液或者将油囊31内的油液排出，向油囊31注入油液以使油囊31体积变大，将油囊31内的油液排出以使油囊31体积变小。如此，以通过改变油囊31体积，以改变航行器所受的浮力大小。

具体的，油囊31包括外油囊311和内油囊312，通过油液在外油囊311、内油囊312之间注入或排出，使外油囊311体积的变化与目标要求一致，进而驱使航行器进行下潜或上浮动作。

外油囊311和内油囊312之间经油路连通，油路上设置泵油单元（油泵32、电磁阀33及单向阀34等），泵油单元还连接有储油罐35。此外，油路上还设置有流量计36。

在航行器处于水面或水深低于一定深度的情况下，在航行器需要下潜时，电磁阀33开启，同时启动油泵32，将油液从外油囊311抽入内油囊312，减小外油囊311的体积，使航行器的浮力小于重力，航行器逐渐下潜。在抽油时，通过流量计36监测进入内油囊312的油液流量，满足要求时停止，可以使航行器停留在相应的密度层。

在航行器需要上浮时，油泵32给外油囊311充油，外油囊311的体积变大，使航行器所受浮力超过重力，航行器上浮。

通过调整航行器本体前端和后端的油囊31的油液量，以改变油囊31的体积，实现航行器在当前海域中的中性浮力状态。

姿态调节单元包括重力块41和第二作动器42，其中，重力块41设置为电池。重力块41位于航行器本体的耐压中舱15内部，重力块41能沿着航行器本体的轴线移动，第二作动器42经传动机构带动重力块41沿着航行器本体的轴线移动。

具体的，第二作动器42设置为步进电机，传动机构包括驱动齿轮和齿条，重力块41上设置齿条，步进电机的输出转轴设置驱动齿轮，驱动齿轮啮合齿条。步进电机的输出转轴正向或反向转动，通过驱动齿轮带动齿条向前或向后移动，进而带动重力块41沿着航行器本体的轴线移动。

当重力块41沿着航行器本体的轴线移动时，通过改变其位置来改变航行器整体的重心，从而使得航行器的重心沿轴向移动。

当航行器需要切换到垂直探测模式时，重力块41沿着航行器本体的轴线向前移动，以使航行器的前端朝向下方，使航行器的后端朝向上方。当航行器需要切换到水平航行探测模式时，重力块41沿着航行器本体的轴线向后移动复位，以使航行器的两端翻转至水平。

另外，通过调节航行器本体前端和后端的油囊31（外油囊311）内的油量分配比例，以调节航行器本体前端和后端所受浮力大小，配合重力块41在中轴线的位置，实现航行器模式的快速切换以及航行器垂直探测模式的姿态要求。

动力推进单元包括推进器51、平衡舵521、方向舵522和舵机。推进器51、平衡舵521和方向舵522设置于航行器本体的后端，舵机经连杆动力连接平衡舵521和方向舵522。

航行器在水平航行模式时，推进器51与平衡舵521及方向舵522耦合控制，实现航行器横滚、仰俯角的调节，以及前进、后退、左转、右转动作的实现。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明水下可扩展主动声呐航行器有了清楚的认识。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：包括航行器本体和设置于航行器本体上的可扩展探测机构；

所述可扩展探测机构包括支撑架、第一作动器、驱动推杆、摆动杆、扩展臂、推动支杆和声呐探测头；

所述支撑架设置于航行器本体的轴线位置，所述第一作动器设置于所述支撑架上，所述第一作动器的伸缩端连接所述驱动推杆；

所述摆动杆的一端铰接所述支撑架，所述摆动杆的另一端铰接所述扩展臂；

所述推动支杆的一端铰接所述驱动推杆，所述推动支杆的另一端铰接所述摆动杆；

所述扩展臂上设置所述声呐探测头；

所述第一作动器的伸缩端伸出或缩回以带动驱动推杆沿着航行器本体的轴线方向前、后移动，通过推动支杆带动摆动杆相对于支撑架摆动，进而带动扩展臂远离或贴合所述支撑架，所述扩展臂的轴线与航行器本体的轴线保持平行。

2.根据权利要求1所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

还包括支撑杆，所述摆动杆包括第一摆动杆和第二摆动杆，所述扩展臂包括内扩展臂和外扩展臂；

所述第一摆动杆的一端铰接所述支撑架的下端，所述第一摆动杆的另一端铰接所述内扩展臂的下端；

所述第二摆动杆的一端铰接所述支撑架的上端，所述第二摆动杆中间位置铰接所述内扩展臂的中间位置，所述第二摆动杆的另一端铰接所述外扩展臂的下端；

所述支撑杆的一端铰接所述内扩展臂的上端，所述支撑杆的另一端铰接所述外扩展臂的上端；

所述推动支杆的另一端铰接所述第一摆动杆和/或所述第二摆动杆；

所述内扩展臂和所述外扩展臂上均设置所述声呐探测头。

3.根据权利要求1所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

所述第一作动器设置为电液作动器。

4.根据权利要求1所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

还包括浮力调节系统，所述浮力调节系统包括油囊和泵油单元；

所述航行器本体的前端和后端均设置所述油囊，所述泵油单元用于向油囊注入油液或者将油囊内的油液排出，向油囊注入油液以使油囊体积变大，将油囊内的油液排出以使油囊体积变小。

5.根据权利要求4所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

所述油囊包括外油囊和内油囊，所述外油囊和所述内油囊之间经油路连通，所述油路上设置所述泵油单元，所述泵油单元还连接有储油罐。

6.根据权利要求5所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

所述油路上还设置有流量计。

7.根据权利要求4至6任一项所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

还包括姿态调节单元，所述姿态调节单元包括重力块和第二作动器；

所述重力块位于所述航行器本体内部，所述重力块能沿着航行器本体的轴线移动，所述第二作动器经传动机构带动所述重力块沿着航行器本体的轴线移动。

8.根据权利要求7所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

所述重力块设置为电池。

9.根据权利要求7所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

所述第二作动器设置为电机，所述传动机构包括驱动齿轮和齿条，所述重力块上设置所述齿条，所述电机的输出转轴设置所述驱动齿轮，所述驱动齿轮啮合所述齿条。

10.根据权利要求1所述的一种水下可扩展主动声呐航行器，其特征在于：

还包括动力推进单元，所述动力推进单元包括推进器、平衡舵、方向舵和舵机；

所述推进器、所述平衡舵和所述方向舵设置于所述航行器本体的后端，所述舵机动力连接所述平衡舵和所述方向舵。