CN1830723A - 供水下潜艇观察水面情况的系留悬空观察装置 - Google Patents

Abstract

一种供潜艇在水下观察水面情况的系留悬空观测装置，由能垂直升降和空中悬停的平台，安装在平台上的光学或红外传感器(电视摄像机、红外成像装置)，系留、信号传输和供电的线缆，平台释放及回收装置，潜艇内的显示、控制终端五部分组成。在需要时平台由水下潜艇释放到水面后升空，在空中悬停进行观察，待任务完成后由水下潜艇回收。该装置平台能在比潜望镜高出海面很多的空中悬停，使潜艇在有利隐蔽的深度上，用光学及红外传感器昼夜对海面及空中情况进行全方位观察；目标图像用光纤实时传输给显示器；由潜艇提供能源，使装置在空中观察的时间不受限制；潜艇在水下能对平台释放、回收。

Description

供水下潜艇观察水面情况的系留悬空观察装置

技术领域

本发明涉及一种供潜艇在水下观察水面情况的系留悬空观察装置，在需要时由潜艇从水下释放到水面后升空，在空中悬停对水面及空中情况进行观察，待观察任务完成后由潜艇在水下进行回收。

背景技术

目前，海军潜艇需要在水下对水面状况进行观察时，通常都是将潜艇上的潜望镜升出水面，在水下操纵潜望镜对水面状况实施目力观察。由于受潜望镜机械结构的限制，潜艇只能在离开水面较浅的水下将潜望镜升出水面，潜望镜不能高出海面很多。受地球曲率的影响，使用潜望镜能够观察到的海面距离不大，例如，潜望镜高出海面1m，用潜望镜观察到目标的距离大约为4Km，潜望镜高出海面2m，用潜望镜观察的距离大约为5.6Km。由于使用潜望镜进行观察时潜艇下潜深度(潜望深度)较浅，容易被反潜飞机、反潜直升机及其它反潜舰艇发现，从而对潜艇的生存造成威胁。此外，现有潜望镜只能平视水面情况，还不能仰视观察水面上空的情况，如发现空中的反潜直升机。现在，作为海军整体作战的体系虽然有了很大发展，有卫星、预警雷达飞机、其它水面舰艇、无人机等为潜艇提供潜艇作战海域的情报，但这些情报需要由作战指挥中心通过无线通信技术设备传输给潜艇，还没有作到水下潜艇实时地掌握这些情报。在潜艇水下攻击武器(鱼雷、导弹等)技术以及反潜装备和武器技术已经有了很大发展的今天，要使潜艇在战术对抗条件下，进行目标指示、目标识别、威胁估计、攻防决策、武器分配等作战决策快速准确，以及在潜艇作战航渡、返航，航渡过程中突破防潜封锁，执行巡逻，对敌攻击时的接敌、展开、占位、撤离、规避、编队航行中的队形变换等过程中实施正确的战术，现有的潜望镜已经不能满足潜艇作战的要求。

发明内容

为了改变水下潜艇使用潜望镜观察时的下潜深度浅，不利于隐蔽，可视距离近，不能观察空中情况，给现代潜艇作战带来的缺欠，使潜艇能够在有利隐蔽的深度上对水面目标和水面上空情况进行较大范围的昼夜搜索观察，本发明提供一种使用能垂直升降和空中悬停的平台、将光学或红外传感器(变焦镜头的电视摄象机摄像机、红外成像装置)上升到空中悬停、再通过光缆将可视图像信号传送到水下潜艇的显示设备上、供潜艇指挥员和作战人员观察的一种观察装置。

该装置由五部分组成

能垂直升降和空中悬停的平台[1](简称“平台”)；

光学或红外传感器[2](有变焦镜头的电视摄像机、红外成像装置，简称“成像器”)；

系留钢索、传输信号光纤和供电导线的线缆[3](简称“线缆”)；

平台释放及回收装置[4](简称“收放装置”)；

显示、控制终端[5](简称“终端”)。

平台

平台为一圆盘形状，其垂直剖面为旋转对称的流线型，剖面上部的曲率比下面的大，当有风或潜艇潜航时，在线缆的牵引下平台能产生升力。平台正中间的大涵道装有动力驱动的主旋翼[6]，旋翼旋转为平台提供升力，使平台能够垂直升降和空中悬停。有多个动力驱动的涵道式小旋翼[7]，小旋翼平面与主旋小旋翼旋转产生用于平台俯仰及倾斜平衡控制的力，其方向与主旋翼产生的力的方向相同，小旋翼产生的力同时也是升力的一部分。

在平台上还装有平台稳定控制的传感器及控制器。传感器有：平台姿态(俯仰及倾斜)传感器、指示成像器视线指向的磁方位传感器、给出平台距海面高度的高度传感器。控制器按照平台姿态传感器及高度传感器给出的信号，自动对平台的稳定进行控制，保证平台始终保持在水平和设定高度状态。平台所用动力均使用无刷永磁直流电机，直流电机容易实现控制，不用任何励磁的电机永磁转子适合防水使用。

沿平台轴线向上有一空心的圆柱体[8]，在圆柱体顶部安装成像器及其万向支架机构，使成像器能在俯仰和方位上转动，在圆柱体内部安装相应电路。

在平台涵道中间有固定动力装置的安装梁[9]，在顺气流方向，梁的剖面呈流线型，在梁的汇合点固定安装驱动旋翼的电机，在电机轴端安装旋翼，两个反转的电机分别安装两副旋翼，两副反转旋翼所产生的反转力矩相抵消。

成像器

光学传感器为一有光学变焦镜头的CCD摄像机，摄像机可以在万向支架上进行俯仰及方位上的转动，实现对水面或水面上空情况的光学成像观察。红外成像装置为一有硅铂或锑化铟焦平面阵的高分辨率热成像仪，用于夜间对水面情况的观察。

线缆

线缆包括有：一根有足够强度的细钢索，用于系留升空平台，在有风或潜艇潜航时牵住平台；传输信号光纤用于传输成像器图像信号及传输控制信号，潜艇内的显示器显示通过光纤传输的成像器目标图像，光纤传输的控制信号用于平台升降悬停、摄像机变焦及转动的控制；输送电能的导线为平台旋翼驱动电机、成像器及控制电路供电。平台动力所需的电能来源于潜艇，能保证平台升空时间不受能源供给的限制。用导线输送的电能为高电压交流电，在所需功率消耗相同情况下，使用高电压将允许使用截面积较小、重量较轻的导线，有利于减小平台升力的负荷。使用交流电容易得到平台各个用电装置所需的不同电压。钢索、光纤及导线都有符合绝缘和防水要求的外包装。

收放装置

平台释放及回收装置为一个用动力驱动的绞盘，该绞盘固定在潜艇上。在平台释放时，控制绞盘松开线缆，平台升至水面后，控制旋翼启动使平台升空。回收时，控制平台降落到水面后，停止旋翼转动，开动绞盘，收拢线缆，将平台回收到潜艇中。

终端

潜艇内的显示控制终端包括显示器和控制器两个部分。显示器用于显示空中成像器摄取的目标图像，可以根据需要设置一个或几个显示器，分别供潜艇指挥员及其他战斗人员观察。控制器用于升空平台及成像器的工作状态控制，如平台的上升、下降及悬停，成像器的变焦、俯仰及方位变化。控制器同时还对平台工作状态进行监视和显示，如成像器的方位及俯仰指向，升空平台离开水面的高度等。

本发明的有益效果是，装置能使潜艇在有利隐蔽的深度上，在比潜望镜高出海面很多的空中进行悬停，实现对海面及空中情况的全方位观察，能显著延伸观察距离；光学及红外传感器(有变焦镜头的电视摄像机、红外成像装置)能实现昼夜对目标进行观察，有利于潜艇的白天及夜间作战；所观察的图像直接用光纤进行实时传输，有利于潜艇的作战决策；由潜艇为装置提供能源，使装置平台在空中的时间不受限制；装置平台能在水下释放、回收，符合潜艇作战使用要求。

附图说明

下面结合附图对本发明进行说明。

图1是装置的组成原理图。其中，1.平台，2.成像器，3.线缆，4.收放装置，5.终端。

图2是第一个可能的实现方案。

图3是第二个可能的实施方案。

具体实施方式

在图2中，平台的中间为主旋翼[6]，在过平台平面两个垂直轴线上，对称布置有四个小旋翼[7]，四个小旋翼产生的力与主旋翼产生的力方向相同，这四个小旋翼的力与主旋翼的力一起成为平台的升力。当四个小旋翼产生的力相等时，相对平台重心的合成力矩为零，平台保持平衡。当四个小旋翼的力不相等时，相对平台重心的合成力矩不为零，将会产生一转动力矩，使平台饶某一轴倾斜。改变四个小旋翼的力的平衡实现平台的姿态变化，也即改变四个小旋翼产生的力能够实现平台的姿态控制。

通过改变驱动电机的控制电压来改变电机转速，改变旋翼驱动电机转速将改变旋翼产生的力，实现平台的升降、悬停及姿态控制。

在图3中，平台的中间为主旋翼[6]，在过平台平面呈120°布置有三个小旋翼[7]，三个小旋翼产生的力与主旋翼的力方向相同，这三个小旋翼产生的力与主旋翼的力一起成为平台的升力。当三个小旋翼产生的力相等时，相对平台重心的合成力矩为零，平台保持平衡。当三个小旋翼产生的力不相等时，相对平台的合成力矩不为零，将会产生一转动力矩，使平台饶某一轴倾斜。通过改变三个小旋翼产生的力能够实现平台的姿态改变，也即通过改变三个小旋翼的力能够实现平台的姿态控制。

通过改变驱动电机的控制电压来改变电机转速，改变旋翼驱动电机转速将改变旋翼产生的力，实现平台的升降、悬停及姿态控制。

Claims (8)

1.一种供水下潜艇观察水面及上空情况的系留悬空观察装置，其特征是：装置由能垂直升降和悬空的平台[1]，其上安装的成像器(光学或红外传感器)[2]，牵引平台、传输信号和供电的线缆[3]，进行平台水下收放装置[4]和潜艇内的显示控制器[5]五部分组成。

2.根据权利要求1所述的观察装置，其特征是：用电动机驱动多个旋翼产生平台垂直升降和悬空的升力及控制平衡的力。

3.根据权利要求2所述的观察装置，其特征是：驱动多个旋翼的电动机采用无刷直流电机。

4.根据权利要求1所述的观察装置，其特征是：无刷直流电机、成像器及控制电路由水下潜艇通过导线供电。

5.根据权利要求1所述的平台，其特征是：无刷直流电机、成像器及控制电路所需电源由高电压的交流电提供。

6.根据权利要求1所述的观察装置，其特征是：成像器(光学或红外传感器)图像及控制信号用光纤传输。

7.根据权利要求1所述的观察装置，其特征是：能垂直升降和空中悬停的平台由线缆牵引。

8.根据权利要求1所述的观察装置，其特征是：用收放装置实现平台水下收放。

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