CN219487704U - 一种混合驱动水下滑翔机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种混合驱动水下滑翔机，包括水下滑翔机本体及推进系统，所述推进系统位于所述水下滑翔机本体的尾部端面，所述水下滑翔机本体在其尾部侧面设置有尾翼，所述推进系统包括第一驱动组件、第二驱动组件、安装件、旋转轴和螺旋桨，所述旋转轴的第一端安装于所述安装件并且由所述第一驱动组件驱动实现自转，所述螺旋桨安装于所述旋转轴的第二端，所述第二驱动组件驱动所述安装件实现所述旋转轴及螺旋桨的偏转。上述混合驱动水下滑翔机的推进系统可同时实现滑翔机的推进功能和航向调节功能，提高了混合驱动水下滑翔机在低速航行下的操纵性。

Description

一种混合驱动水下滑翔机

技术领域

本申请涉及水下滑翔机技术领域，特别涉及一种混合驱动水下滑翔机。

背景技术

水下滑翔机由壳体、浮力驱动系统、姿态调节系统、通信系统等部分组成，属于一种特殊的自主水下机器人，通过调节自身净浮力实现升潜运动，通过水平侧翼实现在水中的滑翔运动。

传统水下滑翔机在水下的运动轨迹为锯齿型，通过外部尾舵调节系统可进行转向控制。但是利用尾舵进行转向这种方式的操纵性与航行器的速度相关，航行器需要保持一定的速度才能保持尾舵的操纵性，在低速航行时将失去功能。

混合驱动水下滑翔机集成了自主水下机器人和水下滑翔机的优势，在传统水下滑翔机的末端安装推进系统，使其在水下滑翔机原来的浮力驱动模式上添加了螺旋桨驱动模式和混合驱动模式。

当前混合驱动水下滑翔机与传统水下滑翔机相比最大的优势就是推进系统的设计，在传统水下滑翔机的基础上添加推进系统后，其在水下航行的抗干扰性以及自主灵活性都得到了极大地提高。但是混合驱动水下滑翔机的推进系统只实现推进功能；混合驱动水下滑翔机的转弯行为通过对可调尾舵的角度进行调整，以产生偏航力矩，但尾舵的操作性与航行速度成正相关。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种混合驱动水下滑翔机，其推进系统可同时实现滑翔机的推进功能和航向调节功能，尤其是在水下滑翔机定深直线航行时，低速航行情况下，稳定进行航向的调节。

为实现上述目的，本申请提供一种混合驱动水下滑翔机，包括水下滑翔机本体及推进系统，所述推进系统位于所述水下滑翔机本体的尾部端面，所述水下滑翔机本体在其尾部侧面设置有尾翼，所述推进系统包括第一驱动组件、第二驱动组件、安装件、旋转轴和螺旋桨，所述旋转轴的第一端安装于所述安装件并且由所述第一驱动组件驱动实现自转，所述螺旋桨安装于所述旋转轴的第二端，所述第二驱动组件驱动所述安装件实现所述旋转轴及螺旋桨的偏转。

在一些实施例中，所述安装件具有开口方向成直角的第一端和第二端，所述旋转轴安装于所述安装件的第二端；所述推进系统还包括安装于所述安装件内部的第一万向节，所述第一驱动组件在所述安装件的第一端通过所述第一万向节与所述旋转轴相连。

在一些实施例中，所述第一驱动组件包括第一驱动件和第二万向节，所述第一驱动件的输出端通过所述第二万向节与所述第一万向节相连。

在一些实施例中，所述第一驱动件为第一电机，所述第一电机的输出轴与所述旋转轴平行。

在一些实施例中，所述第二驱动组件包括第二驱动件和第一齿轮副，所述第二驱动件的输出端通过所述第一齿轮副与所述安装件的第一端相连。

在一些实施例中，所述第二驱动组件为第二电机，所述第二电机的输出轴与所述旋转轴垂直。

在一些实施例中，所述水下滑翔机本体在其首部端面设置有导流罩，所述导流罩为透水结构；所述水下滑翔机本体包括浮力驱动系统；所述浮力驱动系统包括在所述导流罩中与海水接触的外皮囊，所述浮力驱动系统控制所述外皮囊内部液压油的体积变化。

在一些实施例中，所述浮力驱动系统还包括第三驱动件、第二齿轮副、液压缸和活塞，所述液压缸与所述外皮囊连通，所述活塞安装在所述液压缸内部，所述第三驱动件通过所述第二齿轮副驱动所述活塞在所述液压缸内部运动以实现所述外皮囊内部液压油的体积变化。

在一些实施例中，所述水下滑翔机本体包括俯仰姿态调节系统；所述俯仰姿态调节系统包括电池包、导轨、丝杆和第四驱动件，所述电池包外侧设置有与所述导轨滑动连接的限位结构，所述电池包内侧设置有与所述丝杆螺纹连接的螺母结构，所述第四驱动件驱动所述丝杆旋转。

在一些实施例中，所述水下滑翔机本体包括滚转姿态调节系统；所述滚转姿态调节系统包括第五驱动件、第三齿轮副和负载块，所述第五驱动件通过所述第三齿轮副驱动所述负载块摆动。

相对于上述背景技术，本申请所提供的混合驱动水下滑翔机包括水下滑翔机本体及推进系统，推进系统位于水下滑翔机本体的尾部端面，水下滑翔机本体在其尾部侧面设置有尾翼，推进系统包括第一驱动组件、第二驱动组件、安装件、旋转轴和螺旋桨，旋转轴的第一端安装于安装件并且由第一驱动组件驱动实现自转，螺旋桨安装于旋转轴的第二端，第二驱动组件驱动安装件实现旋转轴及螺旋桨的偏转。

在该混合驱动水下滑翔机的使用过程中，第一驱动组件驱动旋转轴带动螺旋桨自转，实现对水下滑翔机本体的推进作用；第二驱动组件驱动安装件带动螺旋桨偏转，使螺旋桨相对水下滑翔机本体偏转，实现对水下滑翔机本体的转向作用。该混合驱动水下滑翔机的推进系统同时用于水下滑翔机的动力推进和转向功能，尤其是在航行速度较低时，保证转向功能的实现，从而提高了混合驱动水下滑翔机在低速航行下的操纵性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的混合驱动水下滑翔机的外观示意图；

图2为本申请实施例提供的混合驱动水下滑翔机的内部示意图；

图3为本申请实施例提供的推进系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的推进系统除去安装件的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的浮力驱动系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的俯仰姿态调节系统的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的滚转姿态调节系统的结构示意图。

其中：

10-水下滑翔机本体、100-机体、110-浮力驱动系统、120-俯仰姿态调节系统、130-滚转姿态调节系统、140-通信定位系统、150-控制系统、200-推进系统、

101-尾翼、102-导流罩、103-机翼、111-外皮囊、112-第三驱动件、113-活塞、114-第二齿轮副、115-第一端盖、116-第二端盖、121-电池包、122-导轨、123-丝杆、124-限位结构、125-第一支撑盘、126-第二支撑盘、131-第五驱动件、132-第三齿轮副、133-负载块、

210-第一驱动组件、220-第二驱动组件、230-安装件、240-旋转轴、250-螺旋桨、260-第一万向节、211-第一驱动件、212-第二万向节、221-第二驱动件、222-第一齿轮副。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

请参考图1至图7，其中，图1为本申请实施例提供的混合驱动水下滑翔机的外观示意图，图2为本申请实施例提供的混合驱动水下滑翔机的内部示意图，图3为本申请实施例提供的推进系统的结构示意图，图4为本申请实施例提供的推进系统除去安装件的结构示意图，图5为本申请实施例提供的浮力驱动系统的结构示意图，图6为本申请实施例提供的俯仰姿态调节系统的结构示意图，图7为本申请实施例提供的滚转姿态调节系统的结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本申请提供了一种混合驱动水下滑翔机，主要针对混合驱动水下滑翔机的螺旋桨推进器进行研制，同时用于水下滑翔机的动力推进和转向功能，提高了混合驱动水下滑翔机在低速航行下的操纵性。

如图1和图2所示，混合驱动水下滑翔机主要包括水下滑翔机本体10及推进系统200，推进系统200位于水下滑翔机本体10的尾部端面，水下滑翔机本体10在其尾部侧面设置有尾翼101。

如图3所示，推进系统200包括第一驱动组件210、第二驱动组件220、安装件230、旋转轴240和螺旋桨250。

在本实施例中，旋转轴240的第一端位于推进系统200内部并安装于安装件230，旋转轴240的第二端伸出于推进系统200，在旋转轴240的第二端安装螺旋桨250，利用旋转轴240带动螺旋桨250旋转。

旋转轴240可相对安装件230绕自身轴线旋转，并且由第一驱动组件210驱动旋转轴240实现旋转轴240的自转运动。

安装件230可相对推进系统200旋转，并且由第二驱动组件220驱动安装件230实现安装件230的旋转，旋转轴240随安装件230一同旋转，进而实现旋转轴240及螺旋桨250的偏转。

需要注意的是，第一驱动组件210对旋转轴240的驱动方式、以及第二驱动组件220对安装件230的驱动方式均有多种实现方式，在本实施例中不应受到限制；例如，动力源可以是电动、气动、液压，传动方式可以是齿轮、同步带等。

在该混合驱动水下滑翔机的使用过程中，第一驱动组件210驱动旋转轴240带动螺旋桨250自转，实现对水下滑翔机本体10的推进作用；第二驱动组件220驱动安装件230带动螺旋桨250偏转，使螺旋桨250相对水下滑翔机本体10偏转，实现对水下滑翔机本体10的转向作用。

该混合驱动水下滑翔机的推进系统200可同时实现滑翔机的推进功能和航向调节功能，尤其是在水下滑翔机定深直线航行时，低速航行情况下，稳定进行航向的调节；该混合驱动水下滑翔机在航行速度较低时保证转向功能的实现，从而提高了混合驱动水下滑翔机在低速航行下的操纵性。

请继续参考图1至图4，在一些实施例中，安装件230呈弯管状，内部空心，具有开口方向成直角的第一端和第二端。推进系统200还包括安装于安装件230内部的第一万向节260。以图3的方位为例进行说明，安装件230的弯管第一端开口向右，安装件230的弯管第二端开口向上，第一万向节260的第一部分在弯管第一端处朝右，第一万向节260的第二部分在弯管第二端处朝上。

在本实施例中，旋转轴240安装于安装件230的第二端，此时旋转轴240的第一端伸入安装件230，旋转轴240的第一端与第一万向节260的第一部分连接，第一万向节260的第二部分在安装件230的第一端与第一驱动组件210连接。在使用时，第一驱动组件210输出动力，第一万向节260将动力传输至旋转轴240，使旋转轴240在第一驱动组件210的动力下自转。

在一种具体的实施方式中，第一驱动组件210包括第一驱动件211和第二万向节212，第一驱动件211作为动力源，通过第二万向节212将动力传输至第一万向节260。

在本实施例中，以图4的方位为例进行说明，第二万向节212的第一部分朝下，第二万向节212的第二部分朝左，第一驱动件211的输出端与第二万向节212的第二部分连接，第二万向节212的第一部分与第一万向节260的第二部分连接。在使用时，第一驱动件211输出动力，第二万向节212将动力传输至第一万向节260，再由第一万向节260将动力传输至旋转轴240，使旋转轴240在第一驱动件211的动力下自转。

需要注意的是，在第二万向节212的第一部分与第一万向节260的第二部分的连接中，二者可以直接连接，也可以在二者之间设置传动轴，传动轴的上端与第二万向节212的第一部分连接，传动轴的下端与第一万向节260的第二部分连接，通过传动轴实现第二万向节212向第一万向节260的动力传输。

示例性的，在第二万向节212和第一万向节260之间设置传动轴的实施例中，安装件230对第二万向节212和第一万向节260之间的传动轴具有支撑作用，具体的支撑形式包括但不限于轴承座，以能够实现传动轴在安装件230中转动为宜，传动轴与安装件230二者运动互不干扰；因此，第一驱动组件210对传动轴及螺旋桨250的驱动，与第二驱动组件220对安装件230的驱动互不干扰。

示例性的，如图3和图4所示，第一驱动件211为第一电机，第一电机的输出轴与旋转轴240平行。

需要注意的是，本实施例只是限定了第一电机的输出轴与旋转轴240的一种具体方向关系，除本实施例以外，第一电机的输出轴与旋转轴240还可以是其他的方位关系，同应属于本实施例的说明范围。

在一种具体的实施方式中，第二驱动组件220包括第二驱动件221和第一齿轮副222，第二驱动件221作为动力源，通过第一齿轮副222将动力传输至安装件230。

在本实施例中，第二驱动件221的输出端与第一齿轮副222的第一个齿轮连接，第一齿轮副222的第二个齿轮与安装件230的第一端连接。在使用时，第二驱动件221输出动力，第一齿轮副222的两个齿轮啮合，将动力传输至安装件230，使安装件230在第二驱动件221的动力下旋转，进而带动旋转轴240、螺旋桨250一同偏转。

示例性的，如图3和图4所示，第二驱动组件220为第二电机，第二电机的输出轴与旋转轴240垂直。

需要注意的是，本实施例只是限定了第二电机的输出轴与旋转轴240的一种具体方向关系，除本实施例以外，第二电机的输出轴与旋转轴240还可以是其他的方位关系，同应属于本实施例的说明范围。

当只起推进作用时，第一电机带动第二万向节212转动，经过第一万向节260和旋转轴240将转矩传递给螺旋桨250，螺旋桨250转动实现推进作用；当需要滑翔机沿水平方向进行航向调节或者转向时，第二电机带动第一齿轮副222进行啮合传动，第一齿轮副222带动安装件230转动，实现螺旋桨250左右摆动，从而实现航向调节。

综上，针对混合驱动水下滑翔机结构设计，主要解决水下滑翔机在水平运动状态下进行转弯或者航向的微调问题，利用螺旋桨推进系统同时实现推进功能和水平面转向功能；在航行速度较低时，保证转向功能的实现。常见的推进方式包括螺旋桨推进与喷水推进，其中螺旋桨推进方式技术较为成熟，可提供较多的选型，推进加速效果稳定连续。螺旋桨推进方式在水下滑翔机锯齿型运动时加速上浮和下潜、定深航行时保持定深以及在水面跑航时迅速到达指定位置。

在一种具体的实施方式中，如图1和图2所示，水下滑翔机本体10包括机体100，在机体100上设置尾翼101、导流罩102、机翼103。

请继续参考图1、图2和图5，在一些实施例中，水下滑翔机本体10在其首部端面设置有导流罩102，导流罩102为透水结构。水下滑翔机本体10包括浮力驱动系统110。浮力驱动系统110包括在导流罩102中与海水接触的外皮囊111，浮力驱动系统110控制外皮囊111内部液压油的体积变化。在使用时，外部海水进入导流罩102内，使海水与外皮囊111相接触，从而为滑翔机提供浮力。

需要注意的是，水下滑翔机本体10具有传统水下滑翔机的功能特点，即通过改变滑翔机的外部体积，从而改变滑翔机的浮力。

在一些实施例中，浮力驱动系统110还包括第三驱动件112、第二齿轮副114、液压缸和活塞113，液压缸与外皮囊111连通，活塞113安装在液压缸内部，第三驱动件112通过第二齿轮副114驱动活塞113在液压缸内部运动以实现外皮囊111内部液压油的体积变化。

示例性的，如图5所示，第三驱动件112为第三电机，利用第二齿轮副114的啮合完成液压缸中活塞113的移动动作，从而改变外皮囊111的排水体积。

具体而言，浮力驱动系统110安装在机体100中的前部密封舱，液压油在液压缸与外皮囊111之间输送，利用第二端盖116将导流罩102和密封舱隔开，密封舱还通过第一端盖115与机体100的其他位置隔开，浮力驱动系统110的其他部分位于密封舱内。第三电机带动齿轮啮合传动带动活塞113在液压缸内往复移动，从而改变外皮囊111内液压油的体积，外皮囊111体积增大使水下滑翔机的净浮力变大，实现上浮运动；同理，外皮囊111体积缩小使水下滑翔机的净浮力减小，实现下潜运动。

请继续参考图1、图2和图6，在一些实施例中，水下滑翔机本体10包括俯仰姿态调节系统120。俯仰姿态调节系统120包括电池包121、导轨122、丝杆123和第四驱动件，电池包121外侧设置有与导轨122滑动连接的限位结构124，电池包121内侧设置有与丝杆123螺纹连接的螺母结构，第四驱动件驱动丝杆123旋转。

在本实施例中，俯仰姿态调节系统120属于姿态调节系统中调节俯仰姿态的部分，主要用于改变滑翔机重心在纵向上的分布，调整滑翔机整体重心和浮心在纵向上的相对位置，以此来调节滑翔机的俯仰角，实现滑翔机以一定的攻角进行运动，产生驱动滑翔机向前运动的推力。

示例性的，第四驱动件为第四电机，通过第四电机驱动，利用丝杆123和螺母结构调节电池包121的直线位置，实现重心的移动，从而达到俯仰角改变的目的。

具体而言，俯仰姿态调节系统120安装在机体100中的中部舱，俯仰姿态调节系统120与浮力驱动系统110相邻。由电池包121充当压载重块，通过丝杆123和螺母结构的啮合实现电池包121沿着导轨122进行前后移动。首尾的第二支撑盘126和第一支撑盘125固定于舱体内部，保证电池包121沿导轨122直线运动。

请继续参考图1、图2和图7，在一些实施例中，水下滑翔机本体10包括滚转姿态调节系统130。滚转姿态调节系统130包括第五驱动件131、第三齿轮副132和负载块133，第五驱动件131通过第三齿轮副132驱动负载块133摆动。

在本实施例中，滚转姿态调节系统130属于姿态调节系统中调节滚转姿态的部分，主要用于改变滑翔机重心在横向上的分布，调整滑翔机整体重心和浮心在横向上的相对位置，以此来调节滑翔机的滚转角。

示例性的，第五驱动件131为第五电机，通过第五电机驱动，利用第三齿轮副132的啮合完成负载块133的摆动，实现重心的移动，从而达到滚转角改变的目的。

具体而言，滚转姿态调节系统130安装在机体100中的后部舱，滚转姿态调节系统130与俯仰姿态调节系统120相邻。由负载块133充当压载重块，由第五电机带动第三齿轮副132啮合传动，进而带动负载块133实现摆动，从而实现滚转角的改变达到调节滚转姿态的目的。

综上，混合驱动水下滑翔机可摆动螺旋桨推进系统可同时实现滑翔机的推进功能和航向调节功能，尤其是在水下滑翔机定深直线航行时，低速航行情况下，稳定进行航向的调节。

混合驱动水下滑翔机至少包括以下特点：

利用齿轮副带动弯管从而实现螺旋桨的左右偏转，达到水平转向功能；

利用齿轮副啮合实现活塞的往复移动，使活塞位置控制更加可靠，保证浮力驱动过程中系统的稳定性；

利用丝杠螺母调节重物的移动距离，实现重心的移动，从而达到俯仰角改变的目的；

利用齿轮对的啮合实现偏心重物的旋转，从而实现对滚转角的调节。

需要注意的是，本申请中提及的诸多部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本申请所提供的混合驱动水下滑翔机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种混合驱动水下滑翔机，包括水下滑翔机本体及推进系统，所述推进系统位于所述水下滑翔机本体的尾部端面，其特征在于，所述水下滑翔机本体在其尾部侧面设置有尾翼，所述推进系统包括第一驱动组件、第二驱动组件、安装件、旋转轴和螺旋桨，所述旋转轴的第一端安装于所述安装件并且由所述第一驱动组件驱动实现自转，所述螺旋桨安装于所述旋转轴的第二端，所述第二驱动组件驱动所述安装件实现所述旋转轴及螺旋桨的偏转。

2.根据权利要求1所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述安装件具有开口方向成直角的第一端和第二端，所述旋转轴安装于所述安装件的第二端；所述推进系统还包括安装于所述安装件内部的第一万向节，所述第一驱动组件在所述安装件的第一端通过所述第一万向节与所述旋转轴相连。

3.根据权利要求2所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述第一驱动组件包括第一驱动件和第二万向节，所述第一驱动件的输出端通过所述第二万向节与所述第一万向节相连。

4.根据权利要求3所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述第一驱动件为第一电机，所述第一电机的输出轴与所述旋转轴平行。

5.根据权利要求2所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述第二驱动组件包括第二驱动件和第一齿轮副，所述第二驱动件的输出端通过所述第一齿轮副与所述安装件的第一端相连。

6.根据权利要求5所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述第二驱动组件为第二电机，所述第二电机的输出轴与所述旋转轴垂直。

7.根据权利要求1所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述水下滑翔机本体在其首部端面设置有导流罩，所述导流罩为透水结构；所述水下滑翔机本体包括浮力驱动系统；所述浮力驱动系统包括在所述导流罩中与海水接触的外皮囊，所述浮力驱动系统控制所述外皮囊内部液压油的体积变化。

8.根据权利要求7所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述浮力驱动系统还包括第三驱动件、第二齿轮副、液压缸和活塞，所述液压缸与所述外皮囊连通，所述活塞安装在所述液压缸内部，所述第三驱动件通过所述第二齿轮副驱动所述活塞在所述液压缸内部运动以实现所述外皮囊内部液压油的体积变化。

9.根据权利要求1所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述水下滑翔机本体包括俯仰姿态调节系统；所述俯仰姿态调节系统包括电池包、导轨、丝杆和第四驱动件，所述电池包外侧设置有与所述导轨滑动连接的限位结构，所述电池包内侧设置有与所述丝杆螺纹连接的螺母结构，所述第四驱动件驱动所述丝杆旋转。

10.根据权利要求1所述的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述水下滑翔机本体包括滚转姿态调节系统；所述滚转姿态调节系统包括第五驱动件、第三齿轮副和负载块，所述第五驱动件通过所述第三齿轮副驱动所述负载块摆动。