CN212980504U - 一种三桨式水下航行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三桨式水下航行器，其中两个斜翼支撑将左侧浮筒、右侧浮筒分别与仪器吊舱刚性连接，固定水平翼将左侧浮筒和右侧浮筒水平刚性连接，左侧浮筒、右侧浮筒与仪器吊舱构成倒三角形主体结构；固定垂直翼纵向连接固定水平翼和仪器吊舱；垂直尾板固定设置在仪器吊舱尾部中间，可调水平尾翼活动设置在垂直尾板上；左侧浮筒和右侧浮筒的尾部分别设置第一螺旋桨和第二螺旋桨，仪器吊舱尾部中间位置设置第三螺旋桨。本实用新型三桨式水下航行器自主稳定、航向稳定性好、多自由度操纵灵活迅速，升沉运动控制方便。

Description

一种三桨式水下航行器

技术领域

本实用新型涉及一种水下航行器，特别是涉及一种三桨式水下航行器，主要可用于水下环境监测，海洋物化性质检测等。

背景技术

水下航行器常被用于海底地质探测、水下环境监测、水体物化性质检测等工作。带缆遥控水下航行器的电源来自于通过脐带连接的母船，所以能够在深水海域长时间从事水下作业、完成复杂海洋环境下的工作，具有大深度、长时间、强适应性的工作特点。但是它也有一定局限性，脐带电缆限制了带缆遥控水下机器人的运动范围，自己的所带推进器功率有限，导致航行速度有所限制。拖曳式水下航行器直接由母船拖动，所以速度较快，可以短时间内探索较大的区域，它的探索范围相较于带缆遥控水下机器人而言要大很多，由于拖曳体行驶方向是随着拖船始终前进，拖船停止拖曳随着停止，没有自身的推力，无法对某一小区域进行自主的探索和作业。

中国发明专利申请CN109878666A公开了一种前缘旋转圆柱型翼控制水下拖曳体，采用的是翼前安装旋转圆柱来改变水翼上下表面的流体流速，从使水翼产生升力，来使水下航行器升沉；转艏方面采用两个螺旋桨的差动转速来产生扭转力矩，从而使水下航行器转艏。但是该技术自航时的航速比较缓慢时会使水平翼表面的流速很小，翼效很低，导致没有足够大的力来完成升沉运动。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种自主稳定、航向稳定性好、多自由度操纵灵活迅速，升沉运动控制方便的三桨式拖曳自航两用的水下航行器。

本实用新型采用的是三个螺旋桨推进器的配合来完成升沉运动，左右浮体尾部的两个螺旋桨正转，吊舱尾部的螺旋桨反转，三个螺旋桨将产生一个扭转力矩使水下航行器纵倾一个角度，从而改变固定水平翼的诱导攻角，实现升沉控制。操纵螺旋桨来完成对水下航行器的运动控制，使得航行器的反应更加快速，而且本实用新型的螺旋桨推进器既用于推进也用来操纵，省去了额外的控制机构，使得操纵更加简单便捷。

本实用新型旨在设计一种满足拖曳自航两用的三桨式水下航行器，操纵简单，具有良好的水动力性能和自航稳性，载重量大，用途广泛，具有很好的适应能力。

本实用新型目的通过如下技术方案实现：

一种三桨式水下航行器，主要包括左侧浮筒、右侧浮筒、仪器吊舱、斜翼支撑、固定水平翼、固定垂直翼、第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、垂直尾板和可调水平尾翼；两个斜翼支撑将左侧浮筒、右侧浮筒分别与仪器吊舱刚性连接，固定水平翼将左侧浮筒和右侧浮筒水平刚性连接，固定垂直翼纵向连接固定水平翼和仪器吊舱；左侧浮筒、右侧浮筒与仪器吊舱构成倒三角形主体结构；垂直尾板固定设置在仪器吊舱尾部中间，可调水平尾翼活动设置在垂直尾板上；左侧浮筒和右侧浮筒的尾部分别设置第一螺旋桨和第二螺旋桨，仪器吊舱尾部中间位置设置第三螺旋桨。

为进一步实现本实用新型的目的，优选地，所述的可调水平尾翼通过水平尾翼调节机构活动设置在垂直尾板上；所述的水平尾翼调节机构主要包括两个连杆、两个弧形定位件、插销和固定螺栓；垂直尾板的顶部中央设有可调尾翼安装孔，垂直尾板的上端设有可调尾翼固定孔；两个连杆相对间隔设置，上端刚性固定在可调水平尾翼下表面，下端分别与两个弧形定位件刚性连接，两个连杆在中上部均设置一个水平尾翼安装孔，两个弧形定位件上均匀间隔设置多个水平尾翼固定孔；插销穿过两个连杆上的水平尾翼安装孔和垂直尾板上的可调尾翼安装孔，实现垂直尾板和可调水平尾翼铰接；固定螺栓穿过两个弧形定位件上的一个水平尾翼固定孔和垂直尾板上的可调尾翼固定孔，实现可调水平尾翼的旋转锁定。

优选地，所述的可调水平尾翼左右两端刚性固定可调水平尾翼边板。

优选地，所述的固定垂直翼前端设置拖曳部件。

优选地，所述的垂直尾板安装在可调水平尾翼中线位置。

优选地，所述的仪器吊舱采用翼型舱体外形。

优选地，所述的仪器吊舱两端安装吊舱边板。

优选地，所述的吊舱边板通过螺栓螺母安装在仪器吊舱两端。

优选地，所述的可调水平尾翼为机翼形的板状结构。

与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果是：

(1)仪器布置灵活。底部的吊舱可以装载仪器设备，尤其是横向和纵向上的巨大空间可以适应更多地设备仪器，同时由于将质量较大的仪器设备安装在底部吊舱，从而实现降低重心，提高稳性的目的。

(2)操纵效率高，运动灵活。本实用新型三桨式水下航行器仅采用三个螺旋桨作为控制机构即可实现对水下航行器的多自由度控制。在本实用新型的水下航行器拖航过程的升沉控制中，需要下沉时，左右浮筒尾部的两个螺旋桨正转，吊舱尾部的螺旋桨反转，三个螺旋桨产生一个扭转力矩使水下航行器纵倾一个角度，从而改变固定水平翼的诱导攻角，固定水平翼上下表面产生压力差从而产生迫沉力，促使整个水下航行器下沉；需要上升时，左右浮筒尾部的螺旋桨反转，吊舱尾部的螺旋桨正转，固定水平翼产生升力，促使整个水下航行器上升；在本实用新型的水下航行器拖航过程的转艏控制中，左右浮筒尾部的螺旋桨一个正转一个反转，产生一个旋转力矩，使水下航行器横摇一个角度，改变固定垂直翼的诱导攻角，从而产生转艏侧向力，从而完成水平方向上的转艏运动。

(3)控制机构少。在自航和拖航时的多自度运动采用同样的和机构操作即可完成多自由度运动，而且自航时，尾部的螺旋桨推进器既用来提供推力，也可以用来完成多自由度运动的控制，减少了多余的操纵机构。

(3)航行稳性好。本实用新型外形均采用流线性外形，保证了航行器表面流场的均匀性。另外，所有的部件都是固定焊接，不存在任何活动连接的部件，这样就减少了活动连接处空隙或隔断带来扰乱航行器航行的涡流。一个可调节水平尾翼，还可以在试航过程中不断的调整纵倾，以保证航行器稳定航行。

(4)自主稳定性好。本实用新型的两个鱼雷状浮筒可以提高浮心位置，同时下端的仪器吊舱用来装载较大较重的仪器，而且较大较重的仪器或者压载重物可以降低整个航行器的重心，以保证航行器在水下的自主稳定。

(5)建造方便。本实用新型的结构完成性较好，整体焊接完成即可，不存在需要摆动的水翼或者舵翼，这样没有了活动连接大大降低了建造难度。

附图说明

图1是本实用新型的三桨式水下航行器的立体示意图；

图2是本实用新型的三桨式水下航行器的右视图；

图3是本实用新型的三桨式水下航行器的俯视图；

图4是本实用新型的三桨式水下航行器的尾部立体示意图；

图5是本实用新型的三桨式水下航行器的垂直尾板结构示意图；

图6是本实用新型的三桨式水下航行器的可调水平尾翼调节机构立体图；

图7是本实用新型的三桨式水下航行器的可调水平尾翼安装角度示意图。

图中示出：左侧浮筒1、右侧浮筒2、仪器吊舱3、吊舱边板4、斜翼支撑5、固定水平翼6、固定垂直翼7、第一螺旋桨8-1、第二螺旋桨8-2、第三螺旋桨8-3、垂直尾板9、可调水平尾翼10、拖曳部件11、水平尾翼边板12、连杆13、水平尾翼安装孔14、弧形定位件15、水平尾翼固定孔16，螺栓螺母17、插销18，固定螺栓19，可调尾翼安装孔21、可调尾翼固定孔22。

具体实施方式

为更好地支持本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的阐述，但本实用新型的实施方式不限如此。

如图1-4所示，一种三桨式水下航行器，主要包括左侧浮筒1、右侧浮筒2、仪器吊舱3、斜翼支撑5、固定水平翼6、固定垂直翼7、第一螺旋桨8-1、第二螺旋桨8-2、第三螺旋桨8-3、垂直尾板9和可调水平尾翼10；两个斜翼支撑5将左侧浮筒1、右侧浮筒2分别与仪器吊舱3刚性连接，固定水平翼6将左侧浮筒1和右侧浮筒2水平刚性连接，固定垂直翼7纵向连接固定水平翼6和仪器吊舱3；左侧浮筒1、右侧浮筒2与仪器吊舱3构成倒三角形主体结构；垂直尾板9固定设置在仪器吊舱3尾部中间，可调水平尾翼10活动设置在垂直尾板9上；左侧浮筒1和右侧浮筒2的尾部分别设置第一螺旋桨8-1和第二螺旋桨 8-2，仪器吊舱3尾部中间位置设置第三螺旋桨8-3。可调水平尾翼10左右两端刚性固定可调水平尾翼边板12；固定垂直翼7前端设置拖曳部件11。

如图5所示，垂直尾板9的顶部中央设有可调尾翼安装孔21，垂直尾板9的上端设有可调尾翼固定孔22。

如图6所示，可调水平尾翼10通过水平尾翼调节机构活动设置在垂直尾板9上；水平尾翼调节机构主要包括两个连杆13、两个弧形定位件15、插销18和固定螺栓19；两个连杆13相对间隔设置，上端刚性固定在可调水平尾翼10下表面，下端分别与两个弧形定位件15刚性连接，两个连杆13在中上部均设置一个水平尾翼安装孔14，两个弧形定位件15 上均匀间隔设置多个水平尾翼固定孔16；插销18穿过两个连杆13上的水平尾翼安装孔14 和垂直尾板9上的可调尾翼安装孔21，实现垂直尾板9和可调水平尾翼10铰接；固定螺栓19穿过两个弧形定位件15上的一个水平尾翼固定孔16和垂直尾板9上的可调尾翼固定孔22，实现可调水平尾翼10的旋转锁定。如图7显示可调水平尾翼10固定在某一旋转角度下。

优选垂直尾板9安装在可调水平尾翼10中线位置。

仪器吊舱3采用翼型舱体外形，仪器吊舱3两端安装吊舱边板4；吊舱边板4通过螺栓螺母17安装在仪器吊舱3两端。

可调水平尾翼10为机翼形的板状结构。

本实用新型的具体工作方式如下：

根据探测任务要求将所需探测仪器放置到仪器吊舱内，在水箱中对水下航行器进行配平使得航行器横倾为零，然后在吊舱的首端加入一定的压铁，或者在尾部添加一定的泡沫调节，使得航行器的纵倾为零；等水下航行器处于正浮状态时，将边板搭接在吊舱上，看水下航行器的浮态如何变化，然后继续在此基础上调整，直到搭接边板后，水下航行器处于政浮状态后，将螺母拧紧。拖曳缆绳的一端穿过拖缆部件11上的拖缆孔并固定，拖曳缆绳的另一端连接在母船上的缆绳收放装置相应位置上；连接相关电缆，并将水下航行器放入海中某一深度，由母船向前航行拖曳使得水下航行器向前航行。

在拖航的过程中，本实用新型的水下航行器浮筒和吊舱以及一些其他结构的流线型的外形有利于减小拖航阻力，较小的拖航阻力可减轻拖曳缆绳的张力从而减小缆绳断裂的风险，使得拖航较为安全，在自航时的阻力较小可以提高水下航行器的快速性；在航行中水平翼、垂直翼和吊舱等结构可以获得适当的抑制在航行运动过程中的侧向运动的阻尼，保证使得本实用新型的水下航行器航向稳定性较佳。

在本实用新型的水下航行器拖航过程的纵倾调节中，当水下航行器艏倾时，将航行器出水，去除水平尾翼固定孔处16锁定插销，手动将可调水平尾翼10向前转动一定角度，重新插上锁定插销，使得可调水平尾翼转角锁定。将航行器重新入水中，由于拖航过程中海水的流动作用，向前偏转的可调水平尾翼10获得向下的迫沉力，该迫沉力在水下航行器上形成一个顺时针方向力矩，顺时针方向力矩诱导水下航行器顺时针方向偏转，水下航行器艏倾消失；相反地，当水下航行器艉倾时，将航行器出水，去除水平尾翼固定孔处16锁定插销，手动将可调水平尾翼10向后转动一定角度，重新插上锁定插销，使得可调水平尾翼10转角锁定。将航行器重新入水，由于拖航过程中海水的流动作用，向前偏转的纵倾调节尾翼获得向上的提升力，该提升力在水下航行器上形成一个逆时针方向力矩，逆时针方向力矩诱导水下航行器逆时针方向偏转，水下航行器艉倾消失。在数据采集前通常需要进行若干次的试拖以便调整水下航行器纵倾角从而使得仪器吊舱的工作效率最佳。

在本实用新型的水下航行器拖航过程的多自由度控制中，升沉运动通过第一螺旋桨8-1 和第二螺旋桨8-2正转，第三螺旋桨8-3反转，三个螺旋桨产生一个扭转力矩使水下航行器纵倾一个角度，改变固定水平翼的一个攻角，固定水平产生迫沉力，带动整个水下航行器下沉；当需要上升时，第一螺旋桨8-1和第二螺旋桨8-2反转，第三螺旋桨8-3正转，固定水平产生升力，带动整个水下航行器上升；当需要转艏时，第一螺旋桨8-1和第二螺旋桨8-2一个正转一个反转，产生一个转向力矩，使水下航行器横摇一个角度，改变固定垂直翼的诱导攻角，产生侧向力，从而完成水平方向上的转艏运动。

在本实用新型的水下航行器自航过程的多自由度控制中，主要是在第一螺旋桨8-1、第二螺旋桨8-2和第三螺旋桨8-3配合下提供动力，推动水下航行器前进。当需要下沉时，同时增大螺旋桨8-1和螺旋桨8-2推力，或者减小第三螺旋桨8-3的推力可以使水下航行器向下转向，转到需要的角度时恢复原来推力，完成下沉运动；当需要上升时，减小第一螺旋桨8-1和第二螺旋桨8-2的推力，或者增大第三螺旋桨8-3推力可以使水下航行器向上转向，转到需要的角度时恢复原来推力，完成上升运动。转艏时只需控制第一螺旋桨8-1和第二螺旋桨8-2的推力大小即可完成，当需要向右转艏时，加大第一螺旋桨8-1的推力即可，当需要向左转艏时，加大第二螺旋桨8-2的推力即可，转到需要的角度时，恢复原来的推力，沿着转过的方向行驶，完成转艏运动。

需要说明的是，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内；本实用新型的保护范围以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种三桨式水下航行器，其特征在于主要包括左侧浮筒、右侧浮筒、仪器吊舱、斜翼支撑、固定水平翼、固定垂直翼、第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、垂直尾板和可调水平尾翼；两个斜翼支撑将左侧浮筒、右侧浮筒分别与仪器吊舱刚性连接，固定水平翼将左侧浮筒和右侧浮筒水平刚性连接，左侧浮筒、右侧浮筒与仪器吊舱构成倒三角形主体结构；固定垂直翼纵向连接固定水平翼和仪器吊舱；垂直尾板固定设置在仪器吊舱尾部中间，可调水平尾翼活动设置在垂直尾板上；左侧浮筒和右侧浮筒的尾部分别设置第一螺旋桨和第二螺旋桨，仪器吊舱尾部中间位置设置第三螺旋桨。

2.根据权利要求1所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的可调水平尾翼通过水平尾翼调节机构活动设置在垂直尾板上；所述的水平尾翼调节机构主要包括两个连杆、两个弧形定位件、插销和固定螺栓；垂直尾板的顶部中央设有可调尾翼安装孔，垂直尾板的上端设有可调尾翼固定孔；两个连杆相对间隔设置，上端刚性固定在可调水平尾翼下表面，下端分别与两个弧形定位件刚性连接，两个连杆在中上部均设置一个水平尾翼安装孔，两个弧形定位件上均匀间隔设置多个水平尾翼固定孔；插销穿过两个连杆上的水平尾翼安装孔和垂直尾板上的可调尾翼安装孔，实现垂直尾板和可调水平尾翼铰接；固定螺栓穿过两个弧形定位件上的一个水平尾翼固定孔和垂直尾板上的可调尾翼固定孔，实现可调水平尾翼的旋转锁定。

3.根据权利要求1所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的可调水平尾翼左右两端刚性固定可调水平尾翼边板。

4.根据权利要求1所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的固定垂直翼前端设置拖曳部件。

5.根据权利要求1所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的垂直尾板安装在可调水平尾翼中线位置。

6.根据权利要求1所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的仪器吊舱采用翼型舱体外形。

7.根据权利要求1所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的仪器吊舱两端安装吊舱边板。

8.根据权利要求7所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的吊舱边板通过螺栓螺母安装在仪器吊舱两端。

9.根据权利要求1所述的三桨式水下航行器，其特征在于，所述的可调水平尾翼为机翼形的板状结构。

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