專利名稱：供水下潛艇觀察水面情況的系留懸空觀察裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供潛艇在水下觀察水面情況的系留懸空觀察裝置，在需要時(shí)由潛艇從水下釋放到水面后升空，在空中懸停對(duì)水面及空中情況進(jìn)行觀察，待觀察任務(wù)完成后由潛艇在水下進(jìn)行回收。
背景技術(shù)：
目前，海軍潛艇需要在水下對(duì)水面狀況進(jìn)行觀察時(shí)，通常都是將潛艇上的潛望鏡升出水面，在水下操縱潛望鏡對(duì)水面狀況實(shí)施目力觀察。由于受潛望鏡機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，潛艇只能在離開水面較淺的水下將潛望鏡升出水面，潛望鏡不能高出海面很多。受地球曲率的影響，使用潛望鏡能夠觀察到的海面距離不大，例如，潛望鏡高出海面1m，用潛望鏡觀察到目標(biāo)的距離大約為4Km，潛望鏡高出海面2m，用潛望鏡觀察的距離大約為5.6Km。由于使用潛望鏡進(jìn)行觀察時(shí)潛艇下潛深度(潛望深度)較淺，容易被反潛飛機(jī)、反潛直升機(jī)及其它反潛艦艇發(fā)現(xiàn)，從而對(duì)潛艇的生存造成威脅。此外，現(xiàn)有潛望鏡只能平視水面情況，還不能仰視觀察水面上空的情況，如發(fā)現(xiàn)空中的反潛直升機(jī)?，F(xiàn)在，作為海軍整體作戰(zhàn)的體系雖然有了很大發(fā)展，有衛(wèi)星、預(yù)警雷達(dá)飛機(jī)、其它水面艦艇、無人機(jī)等為潛艇提供潛艇作戰(zhàn)海域的情報(bào)，但這些情報(bào)需要由作戰(zhàn)指揮中心通過無線通信技術(shù)設(shè)備傳輸給潛艇，還沒有作到水下潛艇實(shí)時(shí)地掌握這些情報(bào)。在潛艇水下攻擊武器(魚雷、導(dǎo)彈等)技術(shù)以及反潛裝備和武器技術(shù)已經(jīng)有了很大發(fā)展的今天，要使?jié)撏г趹?zhàn)術(shù)對(duì)抗條件下，進(jìn)行目標(biāo)指示、目標(biāo)識(shí)別、威脅估計(jì)、攻防決策、武器分配等作戰(zhàn)決策快速準(zhǔn)確，以及在潛艇作戰(zhàn)航渡、返航，航渡過程中突破防潛封鎖，執(zhí)行巡邏，對(duì)敵攻擊時(shí)的接敵、展開、占位、撤離、規(guī)避、編隊(duì)航行中的隊(duì)形變換等過程中實(shí)施正確的戰(zhàn)術(shù)，現(xiàn)有的潛望鏡已經(jīng)不能滿足潛艇作戰(zhàn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了改變水下潛艇使用潛望鏡觀察時(shí)的下潛深度淺，不利于隱蔽，可視距離近，不能觀察空中情況，給現(xiàn)代潛艇作戰(zhàn)帶來的缺欠，使?jié)撏軌蛟谟欣[蔽的深度上對(duì)水面目標(biāo)和水面上空情況進(jìn)行較大范圍的晝夜搜索觀察，本發(fā)明提供一種使用能垂直升降和空中懸停的平臺(tái)、將光學(xué)或紅外傳感器(變焦鏡頭的電視攝象機(jī)攝像機(jī)、紅外成像裝置)上升到空中懸停、再通過光纜將可視圖像信號(hào)傳送到水下潛艇的顯示設(shè)備上、供潛艇指揮員和作戰(zhàn)人員觀察的一種觀察裝置。
該裝置由五部分組成能垂直升降和空中懸停的平臺(tái)[1](簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”)；光學(xué)或紅外傳感器[2](有變焦鏡頭的電視攝像機(jī)、紅外成像裝置，簡(jiǎn)稱“成像器”)；系留鋼索、傳輸信號(hào)光纖和供電導(dǎo)線的線纜[3](簡(jiǎn)稱“線纜”)；平臺(tái)釋放及回收裝置[4](簡(jiǎn)稱“收放裝置”)；顯示、控制終端[5](簡(jiǎn)稱“終端”)。
平臺(tái)平臺(tái)為一圓盤形狀，其垂直剖面為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流線型，剖面上部的曲率比下面的大，當(dāng)有風(fēng)或潛艇潛航時(shí)，在線纜的牽引下平臺(tái)能產(chǎn)生升力。平臺(tái)正中間的大涵道裝有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的主旋翼[6]，旋翼旋轉(zhuǎn)為平臺(tái)提供升力，使平臺(tái)能夠垂直升降和空中懸停。有多個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的涵道式小旋翼[7]，小旋翼平面與主旋小旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生用于平臺(tái)俯仰及傾斜平衡控制的力，其方向與主旋翼產(chǎn)生的力的方向相同，小旋翼產(chǎn)生的力同時(shí)也是升力的一部分。
在平臺(tái)上還裝有平臺(tái)穩(wěn)定控制的傳感器及控制器。傳感器有平臺(tái)姿態(tài)(俯仰及傾斜)傳感器、指示成像器視線指向的磁方位傳感器、給出平臺(tái)距海面高度的高度傳感器。控制器按照平臺(tái)姿態(tài)傳感器及高度傳感器給出的信號(hào)，自動(dòng)對(duì)平臺(tái)的穩(wěn)定進(jìn)行控制，保證平臺(tái)始終保持在水平和設(shè)定高度狀態(tài)。平臺(tái)所用動(dòng)力均使用無刷永磁直流電機(jī)，直流電機(jī)容易實(shí)現(xiàn)控制，不用任何勵(lì)磁的電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子適合防水使用。
沿平臺(tái)軸線向上有一空心的圓柱體[8]，在圓柱體頂部安裝成像器及其萬向支架機(jī)構(gòu)，使成像器能在俯仰和方位上轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓柱體內(nèi)部安裝相應(yīng)電路。
在平臺(tái)涵道中間有固定動(dòng)力裝置的安裝梁[9]，在順氣流方向，梁的剖面呈流線型，在梁的匯合點(diǎn)固定安裝驅(qū)動(dòng)旋翼的電機(jī)，在電機(jī)軸端安裝旋翼，兩個(gè)反轉(zhuǎn)的電機(jī)分別安裝兩副旋翼，兩副反轉(zhuǎn)旋翼所產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)力矩相抵消。
成像器光學(xué)傳感器為一有光學(xué)變焦鏡頭的CCD攝像機(jī)，攝像機(jī)可以在萬向支架上進(jìn)行俯仰及方位上的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水面或水面上空情況的光學(xué)成像觀察。紅外成像裝置為一有硅鉑或銻化銦焦平面陣的高分辨率熱成像儀，用于夜間對(duì)水面情況的觀察。
線纜線纜包括有一根有足夠強(qiáng)度的細(xì)鋼索，用于系留升空平臺(tái)，在有風(fēng)或潛艇潛航時(shí)牽住平臺(tái)；傳輸信號(hào)光纖用于傳輸成像器圖像信號(hào)及傳輸控制信號(hào)，潛艇內(nèi)的顯示器顯示通過光纖傳輸?shù)某上衿髂繕?biāo)圖像，光纖傳輸?shù)目刂菩盘?hào)用于平臺(tái)升降懸停、攝像機(jī)變焦及轉(zhuǎn)動(dòng)的控制；輸送電能的導(dǎo)線為平臺(tái)旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)、成像器及控制電路供電。平臺(tái)動(dòng)力所需的電能來源于潛艇，能保證平臺(tái)升空時(shí)間不受能源供給的限制。用導(dǎo)線輸送的電能為高電壓交流電，在所需功率消耗相同情況下，使用高電壓將允許使用截面積較小、重量較輕的導(dǎo)線，有利于減小平臺(tái)升力的負(fù)荷。使用交流電容易得到平臺(tái)各個(gè)用電裝置所需的不同電壓。鋼索、光纖及導(dǎo)線都有符合絕緣和防水要求的外包裝。
收放裝置平臺(tái)釋放及回收裝置為一個(gè)用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的絞盤，該絞盤固定在潛艇上。在平臺(tái)釋放時(shí)，控制絞盤松開線纜，平臺(tái)升至水面后，控制旋翼啟動(dòng)使平臺(tái)升空?；厥諘r(shí)，控制平臺(tái)降落到水面后，停止旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)，開動(dòng)絞盤，收攏線纜，將平臺(tái)回收到潛艇中。
終端潛艇內(nèi)的顯示控制終端包括顯示器和控制器兩個(gè)部分。顯示器用于顯示空中成像器攝取的目標(biāo)圖像，可以根據(jù)需要設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)顯示器，分別供潛艇指揮員及其他戰(zhàn)斗人員觀察?？刂破饔糜谏掌脚_(tái)及成像器的工作狀態(tài)控制，如平臺(tái)的上升、下降及懸停，成像器的變焦、俯仰及方位變化?？刂破魍瑫r(shí)還對(duì)平臺(tái)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和顯示，如成像器的方位及俯仰指向，升空平臺(tái)離開水面的高度等。
本發(fā)明的有益效果是，裝置能使?jié)撏г谟欣[蔽的深度上，在比潛望鏡高出海面很多的空中進(jìn)行懸停，實(shí)現(xiàn)對(duì)海面及空中情況的全方位觀察，能顯著延伸觀察距離；光學(xué)及紅外傳感器(有變焦鏡頭的電視攝像機(jī)、紅外成像裝置)能實(shí)現(xiàn)晝夜對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀察，有利于潛艇的白天及夜間作戰(zhàn)；所觀察的圖像直接用光纖進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，有利于潛艇的作戰(zhàn)決策；由潛艇為裝置提供能源，使裝置平臺(tái)在空中的時(shí)間不受限制；裝置平臺(tái)能在水下釋放、回收，符合潛艇作戰(zhàn)使用要求。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖1是裝置的組成原理圖。其中，1.平臺(tái)，2.成像器，3.線纜，4.收放裝置，5.終端。
圖2是第一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方案。
圖3是第二個(gè)可能的實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式
在圖2中，平臺(tái)的中間為主旋翼[6]，在過平臺(tái)平面兩個(gè)垂直軸線上，對(duì)稱布置有四個(gè)小旋翼[7]，四個(gè)小旋翼產(chǎn)生的力與主旋翼產(chǎn)生的力方向相同，這四個(gè)小旋翼的力與主旋翼的力一起成為平臺(tái)的升力。當(dāng)四個(gè)小旋翼產(chǎn)生的力相等時(shí)，相對(duì)平臺(tái)重心的合成力矩為零，平臺(tái)保持平衡。當(dāng)四個(gè)小旋翼的力不相等時(shí)，相對(duì)平臺(tái)重心的合成力矩不為零，將會(huì)產(chǎn)生一轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使平臺(tái)饒某一軸傾斜。改變四個(gè)小旋翼的力的平衡實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的姿態(tài)變化，也即改變四個(gè)小旋翼產(chǎn)生的力能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的姿態(tài)控制。
通過改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電壓來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速將改變旋翼產(chǎn)生的力，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降、懸停及姿態(tài)控制。
在圖3中，平臺(tái)的中間為主旋翼[6]，在過平臺(tái)平面呈120°布置有三個(gè)小旋翼[7]，三個(gè)小旋翼產(chǎn)生的力與主旋翼的力方向相同，這三個(gè)小旋翼產(chǎn)生的力與主旋翼的力一起成為平臺(tái)的升力。當(dāng)三個(gè)小旋翼產(chǎn)生的力相等時(shí)，相對(duì)平臺(tái)重心的合成力矩為零，平臺(tái)保持平衡。當(dāng)三個(gè)小旋翼產(chǎn)生的力不相等時(shí)，相對(duì)平臺(tái)的合成力矩不為零，將會(huì)產(chǎn)生一轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使平臺(tái)饒某一軸傾斜。通過改變?nèi)齻€(gè)小旋翼產(chǎn)生的力能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的姿態(tài)改變，也即通過改變?nèi)齻€(gè)小旋翼的力能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的姿態(tài)控制。
通過改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電壓來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速將改變旋翼產(chǎn)生的力，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降、懸停及姿態(tài)控制。
權(quán)利要求
1.一種供水下潛艇觀察水面及上空情況的系留懸空觀察裝置，其特征是裝置由能垂直升降和懸空的平臺(tái)[1]，其上安裝的成像器(光學(xué)或紅外傳感器)[2]，牽引平臺(tái)、傳輸信號(hào)和供電的線纜[3]，進(jìn)行平臺(tái)水下收放裝置[4]和潛艇內(nèi)的顯示控制器[5]五部分組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察裝置，其特征是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)旋翼產(chǎn)生平臺(tái)垂直升降和懸空的升力及控制平衡的力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觀察裝置，其特征是驅(qū)動(dòng)多個(gè)旋翼的電動(dòng)機(jī)采用無刷直流電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察裝置，其特征是無刷直流電機(jī)、成像器及控制電路由水下潛艇通過導(dǎo)線供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平臺(tái)，其特征是無刷直流電機(jī)、成像器及控制電路所需電源由高電壓的交流電提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察裝置，其特征是成像器(光學(xué)或紅外傳感器)圖像及控制信號(hào)用光纖傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察裝置，其特征是能垂直升降和空中懸停的平臺(tái)由線纜牽引。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察裝置，其特征是用收放裝置實(shí)現(xiàn)平臺(tái)水下收放。
全文摘要
一種供潛艇在水下觀察水面情況的系留懸空觀測(cè)裝置，由能垂直升降和空中懸停的平臺(tái)，安裝在平臺(tái)上的光學(xué)或紅外傳感器(電視攝像機(jī)、紅外成像裝置)，系留、信號(hào)傳輸和供電的線纜，平臺(tái)釋放及回收裝置，潛艇內(nèi)的顯示、控制終端五部分組成。在需要時(shí)平臺(tái)由水下潛艇釋放到水面后升空，在空中懸停進(jìn)行觀察，待任務(wù)完成后由水下潛艇回收。該裝置平臺(tái)能在比潛望鏡高出海面很多的空中懸停，使?jié)撏г谟欣[蔽的深度上，用光學(xué)及紅外傳感器晝夜對(duì)海面及空中情況進(jìn)行全方位觀察；目標(biāo)圖像用光纖實(shí)時(shí)傳輸給顯示器；由潛艇提供能源，使裝置在空中觀察的時(shí)間不受限制；潛艇在水下能對(duì)平臺(tái)釋放、回收。
文檔編號(hào)B63G8/00GK1830723SQ20051005130
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月7日
發(fā)明者甘勃 申請(qǐng)人:甘勃