專利名稱：混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下自航行器。特別是涉及一種集滑翔器和依靠電池提供能源的水下自航行器(AUV)兩種功能集合于一身，可搭載測(cè)量傳感器長(zhǎng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍水域的監(jiān)測(cè)和勘測(cè)的混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器。
背景技術(shù)：
為了保護(hù)海洋環(huán)境，高效利用海洋資源，海洋探測(cè)必不可少。對(duì)海洋的探測(cè)，僅僅依靠人力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，很大程度上須依靠海洋探測(cè)工具。目前發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)水下環(huán)境監(jiān)測(cè)所用的水下航行器主要有兩種；一種是依靠電池提供能源的水下自航行器(AUV)，其主要缺點(diǎn)是，因受能源制約，航程很短，一般在幾公里到幾百公里，最大不超過(guò)1000公里，作業(yè)時(shí)間有限，通常為幾小時(shí)到幾十小時(shí)；另一種是水下滑翔器(underwater glider)，1989年Henry Stommel提出了原創(chuàng)性概念，巧妙地將物體的重力和浮力轉(zhuǎn)化為前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力，1995年SLOCUM制造出原理樣機(jī)，1999年Seaglider和Spray研制成功的水下滑翔器，只能提供很少的能量，航程都超過(guò)了2000公里，水下航行時(shí)間達(dá)到幾百天甚至近一年，但水下滑翔器在水下只能做鋸齒形的航行，其航跡和定位控制困難，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)，且航速較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種集滑翔器和水下自航器兩種功能集合于一身，可搭載測(cè)量傳感器長(zhǎng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍水域的監(jiān)測(cè)和勘測(cè)的混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，它包括由導(dǎo)流罩構(gòu)成的整個(gè)航行器的機(jī)體，它還包括分別對(duì)稱的設(shè)置在所述機(jī)體后部的固定機(jī)翼和垂直尾舵、分別設(shè)置在所述機(jī)體前部、尾部的水平固定艏舵和一個(gè)導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器、安裝在所述機(jī)體背部的無(wú)線通訊模塊和水聲通訊模塊、安裝在機(jī)體頭部下側(cè)的高度計(jì)、安裝在機(jī)體下部的拋載重物、安裝在機(jī)體外腹部的傳導(dǎo)率、溫度和深度傳感器、安裝在機(jī)體頭部的避碰聲納；在所述的導(dǎo)流罩的內(nèi)部依次固定安裝有與外界水域直接相連通的浮力驅(qū)動(dòng)外皮囊、其內(nèi)設(shè)置有浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙、其內(nèi)設(shè)置有俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)調(diào)整耐壓艙、其內(nèi)設(shè)置有控制系統(tǒng)的電源及控制系統(tǒng)耐壓艙；所述的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙、姿態(tài)調(diào)整耐壓艙、電源及控制系統(tǒng)耐壓艙是由獨(dú)立的密封耐壓殼體構(gòu)成，所述的各艙與導(dǎo)流罩之間的空隙間填充有浮力材料；所述的浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括與所述的外皮囊相連通的第一管路，在所述的第一管路上依次設(shè)置有泵出口單向閥、高壓柱塞泵和伺服電機(jī)，在所述的位于外皮囊和泵出口單向閥之間的第一管路上連接有第二管路，該第二管路與外皮囊連接電磁三通閥的一個(gè)入口相連，該電磁三通閥的另兩個(gè)出口分別通過(guò)第三、第四管路與小蓄能器連接電磁三通閥和大蓄能器連接三通閥的進(jìn)口相連通，所述的小蓄能器連接電磁三通閥的兩個(gè)出口分別通過(guò)第五、第六管路與所述的高壓柱塞泵的入口端及一個(gè)小蓄能器相連，在所述的第五管路上依次設(shè)置有一個(gè)小蓄能器出口單向閥和一個(gè)過(guò)濾器，所述的大蓄能器連接三通閥的兩個(gè)出口分別通過(guò)第七、第八管線連接有一個(gè)大蓄能器和大蓄能器出口單向閥，該第八管線的一端與所述的位于過(guò)濾器和小蓄能器出口單向閥之間的第五管線相連通。
本發(fā)明的混合型水下航行器采用獨(dú)立密封耐壓艙，有利于提高航行器航行的深度。采用三角型機(jī)翼有利于提高滑翔時(shí)的滑翔效率。采用前置的水平艏舵和后置的垂直尾舵來(lái)實(shí)現(xiàn)AUV模式下的姿態(tài)和軌跡控制，并輔助自航行器在滑翔模式下的姿態(tài)控制，采用內(nèi)部移動(dòng)電池包構(gòu)成的俯仰姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滑翔模式下的姿態(tài)控制。搭載相應(yīng)的測(cè)量傳感器和任務(wù)模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍水域長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)和勘測(cè)，還可以對(duì)具體目標(biāo)進(jìn)行精確快速的監(jiān)測(cè)、考察、跟蹤等作業(yè)。


圖1是本發(fā)明的整體外觀結(jié)構(gòu)圖；圖2是整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖；圖3是浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理示意圖；
圖4是俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
其中1水平艏舵 2機(jī)體導(dǎo)流罩3無(wú)線通訊及GPS定位模塊4固定機(jī)翼5垂直尾舵 6水聲通訊模塊7CTD傳感器8避碰聲納9外皮囊 10艏舵減速器11艏舵電機(jī)12姿態(tài)調(diào)整耐壓艙13俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿 14俯仰電池包15電源及控制系統(tǒng)耐壓艙16導(dǎo)管螺旋槳器17電機(jī)減速器 18導(dǎo)管螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)19尾舵電機(jī)20尾舵電機(jī)減速器21導(dǎo)航系統(tǒng)22拋載重物23浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙 24高度計(jì)25泵出口單向閥26高壓柱塞泵27伺服電機(jī)28過(guò)濾器29大蓄能器30大蓄能器出口單向閥31大蓄能器連接三通閥 32小蓄能器出口單向閥33小蓄能器34小蓄能器連接電磁三通閥35外皮囊連接電磁三通閥36俯仰調(diào)節(jié)齒條37俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)38俯仰調(diào)節(jié)減速器39俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪40俯仰調(diào)節(jié)電池包具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器做出詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，包括有一種混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，它包括由導(dǎo)流罩2構(gòu)成的整個(gè)航行器的機(jī)體，它還包括分別對(duì)稱的設(shè)置在所述機(jī)體后部的固定機(jī)翼4和垂直尾舵5、分別設(shè)置在所述機(jī)體前部、尾部的水平固定艏舵1和一個(gè)導(dǎo)管螺旋槳器16、安裝在所述機(jī)體背部的無(wú)線通訊模塊3和水聲通訊模塊6、安裝在機(jī)體頭部下側(cè)的高度計(jì)24、安裝在機(jī)體外腹部的CTD(傳導(dǎo)率、溫度和深度)傳感器7、安裝在機(jī)體頭部的避碰聲納8；在所述的導(dǎo)流罩2的內(nèi)部依次固定安裝有與外界水域直接相連通的浮力驅(qū)動(dòng)外皮囊9、其內(nèi)設(shè)置有浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙23、其內(nèi)設(shè)置有俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)21的姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12、其內(nèi)設(shè)置有控制系統(tǒng)的電源及控制系統(tǒng)耐艙15；所述的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙23、姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12、電源及控制系統(tǒng)耐壓艙15是由獨(dú)立的密封耐壓殼體構(gòu)成，所述的各艙與導(dǎo)流罩2之間的空隙間填充有浮力材料，電源及控制系統(tǒng)耐壓艙15中的電源和姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12內(nèi)部的俯仰電池包14的電源通過(guò)供電電纜在電源及控制系統(tǒng)耐壓艙15中匯聚，然后通過(guò)電源電纜分別供給各個(gè)用電元件；CTD傳感器7的信號(hào)、高度計(jì)24的信號(hào)以及水聲通訊模塊6的信號(hào)、避碰聲納8的信號(hào)以及姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12中的導(dǎo)航信號(hào)送入控制系統(tǒng)耐壓艙15中的控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)信號(hào)通過(guò)控制電纜輸出到浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙23、姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12和螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)中用于控制航行器的自動(dòng)運(yùn)行。所述的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙23、姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12、電源及控制系統(tǒng)耐壓艙15的殼體優(yōu)選的為圓柱形，圓柱型耐壓殼體具有承壓能力大且易于加工的優(yōu)點(diǎn)，所述的由導(dǎo)流罩構(gòu)成的機(jī)體優(yōu)選的為紡錘形，紡錘型導(dǎo)流罩在較高航速下有利于保持流場(chǎng)的層流狀態(tài)，水阻相對(duì)其他形狀較小，有利于減小航行器能耗和提高航程。
所述的導(dǎo)航系統(tǒng)21是由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS、電子羅盤(pán)、多普勒計(jì)程儀DVL、全球定位系統(tǒng)GPS組成；在機(jī)體2下部還設(shè)置有拋載重物22可以通過(guò)釋放機(jī)構(gòu)與機(jī)體分開(kāi)。
所述的浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括與所述的外皮囊9相連通的第一管路，在所述的第一管路上依次設(shè)置有泵出口單向閥25、高壓柱塞泵26和伺服電機(jī)27，在所述的位于外皮囊和泵出口單向閥25之間的第一管路上連接有第二管路，該第二管路與外皮囊連接電磁三通閥35的一個(gè)入口相連，該電磁三通閥35的另兩個(gè)出口分別通過(guò)第三、第四管路與小蓄能器連接電磁三通閥34和大蓄能器連接三通閥31的進(jìn)口相連通，所述的小蓄能器連接電磁三通閥34的兩個(gè)出口分別通過(guò)第五、第六管路與所述的高壓柱塞泵26的入口端及一個(gè)小蓄能器33相連，在所述的第五管路上依次設(shè)置有一個(gè)小蓄能器出口單向閥32和一個(gè)過(guò)濾器28，所述的大蓄能器連接三通閥31的兩個(gè)出口分別通過(guò)第七、第八管線連接有一個(gè)大蓄能器29和大蓄能器出口單向閥30，該第八管線的一端與所述的位于過(guò)濾器28和小蓄能器出口單向閥32之間的第五管線相連通。
將浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置在航行器的前部，這樣一方面給后面的螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)布局留出空間；另一方面，使得浮力驅(qū)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的姿態(tài)變化和滑翔需要的姿態(tài)變化一致，減輕了俯仰姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)調(diào)節(jié)的幅度，減小了能量的消耗。
在導(dǎo)流罩2內(nèi)安裝姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12。姿態(tài)調(diào)整耐壓艙12中安裝俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述的俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)37、固定在所述姿態(tài)調(diào)整耐壓艙殼體上的俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿13、與所述俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)37的輸出軸相連的俯仰調(diào)節(jié)減速器38、設(shè)置在所述俯仰調(diào)節(jié)減速器38輸出軸上的、一個(gè)通過(guò)支架與俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)37和俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪39所述的固定相連的俯仰調(diào)節(jié)電池包40，在所述的俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿13上設(shè)置有俯仰調(diào)節(jié)齒條36，所述的俯仰調(diào)節(jié)齒條36與所述的俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪39彼此相嚙合。俯仰調(diào)節(jié)電池包40可以沿著俯仰調(diào)節(jié)支撐桿13前后運(yùn)動(dòng)；通常狀態(tài)下使航行器的密度和海水的密度相同，且質(zhì)量沿前后軸向是分布均勻的，因此當(dāng)俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)沿著俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿13前后運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引起沿軸線方向質(zhì)量分布的相應(yīng)變化，這樣航行器就會(huì)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的俯仰運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的混合型水下航行器工作原理是，當(dāng)航行器處于滑翔器模式時(shí)，采用浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。通常狀態(tài)下航行器的重力和浮力相等。在海面時(shí)液壓油在外部液壓系統(tǒng)作用下充入大蓄能器29，外皮囊9中保留一定量的油液，這時(shí)航行器的重力大于浮力，航行器下降；下降到預(yù)定深度后，外皮囊9和小蓄能器33連通，外皮囊中剩余的油液在外部壓力作用下不斷壓入小蓄能器33，一方面補(bǔ)償了由于下降過(guò)程中驅(qū)動(dòng)力的減小，使航行器的速度保持大體恒定，另一方面用于儲(chǔ)存液壓能，當(dāng)航行器到達(dá)工作區(qū)域的最底端時(shí)，外皮囊連接電磁三通閥35將外皮囊9和大蓄能器29和小蓄能器33隔斷，伺服電機(jī)27帶動(dòng)高壓柱塞泵26工作，分別將小蓄能器33和大蓄能器29內(nèi)部的油液經(jīng)過(guò)濾器28輸送到外皮囊9中，航行器的總體積將增大，這時(shí)航行器在水中的浮力將大于重力，航行器整體將上??；當(dāng)上浮到預(yù)定高度后外皮囊連接電磁三通閥35接通外皮囊9和大蓄能器29，在外界水壓作用下外皮囊9中的液壓油經(jīng)過(guò)外皮囊連接電磁三通閥35流到大蓄能器29中，航行器的整體體積將減小，航行器在水中的重力將大于浮力，航行器將下沉；其中大蓄能器29的預(yù)定最大壓力為滑翔軌跡上端的壓力，小蓄能器33的壓力變化范圍和滑翔軌跡上端和下端之間的壓力范圍相同。大蓄能器29起到存儲(chǔ)海底液壓力能的作用，用來(lái)提高柱塞泵26的進(jìn)口壓力，減小在作滑翔軌跡上端不到達(dá)海平面的滑翔運(yùn)動(dòng)時(shí)的能耗，若滑翔器軌跡上端為海平面，則大蓄能器29的預(yù)定壓力為0，這時(shí)大蓄能器29所起的作用和皮囊相同。在航行器下降過(guò)程中，在外界壓力作用下外皮囊9中剩余油液不斷進(jìn)入小蓄能器33，用以補(bǔ)償航行器在下降時(shí)由于海水壓縮率和航行器殼體壓縮率不同和溫度的變化而造成的驅(qū)動(dòng)力減小，使航行器在下降過(guò)程中大體保持航速不變，令一方面由于可以很大的提高高壓泵26的進(jìn)口壓力，減小滑翔器在底部排出油液時(shí)的能量消耗。該浮力系統(tǒng)由于引入兩個(gè)蓄能器，可以達(dá)到在海平面下一定深度滑翔時(shí)減小能耗的目的。另外，小蓄能器33的存在補(bǔ)償了由于滑翔深度變化和溫度變化等造成的驅(qū)動(dòng)力減小，可以保持滑翔速度的大體恒定，也可以減小滑翔的能耗。
在航行器下降過(guò)程中調(diào)節(jié)航行器的俯仰調(diào)節(jié)電池包40向頭部方向移動(dòng)，這時(shí)航行器重心將向前移動(dòng)，航行器頭部向下以一定的俯仰下降，這時(shí)在重力和垂直于機(jī)翼向上的升力合力的作用下，產(chǎn)生一個(gè)向前的分力，在這個(gè)力的作用下，航行器在下降的同時(shí)將向前滑翔；當(dāng)航行器航行到一定深度時(shí)，浮力系統(tǒng)使航行器的浮力大于重力，航行器將向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)調(diào)節(jié)俯仰調(diào)節(jié)電池包40向尾部方向移動(dòng)，航行器的重心將向后移，航行器頭部向上以一定俯仰角上浮，這時(shí)由于浮力和垂直于機(jī)翼向下的負(fù)升力作用下，產(chǎn)生一個(gè)向前的分力，航行器在上浮的同時(shí)將向前滑翔。航行器在浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用和俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)的共同作用下不斷的重復(fù)上述下降和上升滑翔過(guò)程，這樣航行器將以鋸齒形軌跡向前航行。在滑翔過(guò)程中所攜帶不同傳感器(如CTD)可測(cè)量相應(yīng)的海洋剖面參數(shù)。
所述俯仰調(diào)節(jié)電池包40位置調(diào)節(jié)過(guò)程為俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)37旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)俯仰調(diào)節(jié)減速器38帶動(dòng)俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪39旋轉(zhuǎn)，俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪39和俯仰調(diào)節(jié)齒條36嚙合，且俯仰調(diào)節(jié)齒條36和俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿13用螺釘固定連接，俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪39和俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)37和俯仰調(diào)節(jié)電池包40固定連接，當(dāng)俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪39在俯仰調(diào)節(jié)齒條36上向前或向后滾動(dòng)時(shí)便會(huì)帶動(dòng)俯仰調(diào)節(jié)電池包40在俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿13上向前或向后移動(dòng)達(dá)到調(diào)整俯仰姿態(tài)的目的。
當(dāng)航行器處于AUV模式下時(shí)浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)首先工作，使航行器的重力和浮力大致相同，然后停止工作。俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)電池包40調(diào)節(jié)到使航行器的俯仰姿態(tài)角為0，即航行器在水面上處于水平狀態(tài)，然后航行器尾部的導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器16在電機(jī)帶動(dòng)下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生軸向向前的推力。在AUV模式下，航行器的姿態(tài)調(diào)節(jié)主要依靠設(shè)置在前端的水平艏舵1和尾部的垂直尾舵5來(lái)完成。水平艏舵1用來(lái)控制航行器的俯仰姿態(tài)，即升降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)航行器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中水平艏舵1偏轉(zhuǎn)一定角度后，由于水平艏舵1的水動(dòng)力特性便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)俯仰力矩，在這個(gè)力矩的作用下航行器產(chǎn)生俯仰姿態(tài)的變化，這時(shí)航行器可以實(shí)現(xiàn)上升和下降的運(yùn)動(dòng)；垂直尾舵5用來(lái)控制航行器的航向姿態(tài)，即轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)航行器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中垂直尾舵5偏轉(zhuǎn)一定角度后，由于垂直尾舵5的水動(dòng)力特性，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)航向力矩，在這個(gè)力矩的作用下航行器產(chǎn)生航行方向姿態(tài)的變化，從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。在AUV模式下俯仰姿態(tài)調(diào)整電池包40在必要時(shí)也可參與航行器的俯仰姿態(tài)調(diào)整，但主要依靠水平艏舵1和垂直尾舵5來(lái)完成。
航行器的姿態(tài)測(cè)量、導(dǎo)航、浮力系統(tǒng)控制、導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器的控制均通過(guò)設(shè)置在電源及控制系統(tǒng)耐壓艙15內(nèi)的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中導(dǎo)航系統(tǒng)器件由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)、電子羅盤(pán)、多普勒計(jì)程儀(DVL)、和全球定位系統(tǒng)(GPS)組成，控制系統(tǒng)采用基于CAN總線的分布遞階控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，微控制器采用PHILIPS公司的P87C591，它是由80C51衍生而來(lái)的帶片內(nèi)CAN控制器(CAN Controller)的8位單片機(jī)，其包含并增強(qiáng)了PHILIPS半導(dǎo)體公司獨(dú)立的SJA1000 CAN總線控制器。
當(dāng)航行器遇到緊急情況需要上浮時(shí)根據(jù)緊急程度采取下述兩種方式之一實(shí)現(xiàn)緊急上浮1.若航行器電量比較充足且不需要快速上浮，則浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，使液壓油在高壓柱塞泵26的作用下由大蓄能器29流向外皮囊9，航行器體積增大，這樣使得浮力大于航行器的重力，航行器實(shí)現(xiàn)上浮。2.若情況比較緊急，需要實(shí)現(xiàn)快速上浮，則航行器將固定拋載重物22的機(jī)構(gòu)打開(kāi)，拋載重物22和航行器分離并拋扔，則航行器的質(zhì)量將減輕，航行器浮力大于重力實(shí)現(xiàn)緊急上浮。
權(quán)利要求
1.混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，它包括由導(dǎo)流罩(2)構(gòu)成的整個(gè)航行器的機(jī)體，其特征在于它還包括分別對(duì)稱的設(shè)置在所述機(jī)體后部的固定機(jī)翼(4)和垂直尾舵(5)、分別設(shè)置在所述機(jī)體前部、尾部的水平固定艏舵(1)和一個(gè)導(dǎo)管式螺旋槳推進(jìn)器(16)、安裝在所述機(jī)體背部的無(wú)線通訊模塊(3)和水聲通訊模塊(6)、安裝在機(jī)體頭部下側(cè)的高度計(jì)(24)、安裝在機(jī)體(2)下部的拋載重物(22)、安裝在機(jī)體外腹部的傳導(dǎo)率、溫度和深度傳感器(7)、安裝在機(jī)體頭部的避碰聲納(8)；在所述的導(dǎo)流罩(2)的內(nèi)部依次固定安裝有與外界水域直接相連通的浮力驅(qū)動(dòng)外皮囊(9)、其內(nèi)設(shè)置有浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙(23)、其內(nèi)設(shè)置有俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)(21)的姿態(tài)調(diào)整耐壓艙(12)、其內(nèi)設(shè)置有控制系統(tǒng)的電源及控制系統(tǒng)耐壓艙(15)；所述的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙(23)、姿態(tài)調(diào)整耐壓艙(12)、電源及控制系統(tǒng)耐壓艙(15)是由獨(dú)立的密封耐壓殼體構(gòu)成，所述的各艙與導(dǎo)流罩(2)之間的空隙間填充有浮力材料；所述的浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括與所述的外皮囊(9)相連通的第一管路，在所述的第一管路上依次設(shè)置有泵出口單向閥(25)、高壓柱塞泵(26)和伺服電機(jī)(27)，在所述的位于外皮囊和泵出口單向閥(25)之間的第一管路上連接有第二管路，該第二管路與外皮囊連接電磁三通閥(35)的一個(gè)入口相連，該電磁三通閥(35)的另兩個(gè)出口分別通過(guò)第三、第四管路與小蓄能器連接電磁三通閥(34)和大蓄能器連接三通閥(31)的進(jìn)口相連通，所述的小蓄能器連接電磁三通閥(34)的兩個(gè)出口分別通過(guò)第五、第六管路與所述的高壓柱塞泵(26)的入口端及一個(gè)小蓄能器(33)相連，在所述的第五管路上依次設(shè)置有一個(gè)小蓄能器出口單向閥(32)和一個(gè)過(guò)濾器(28)，所述的大蓄能器連接三通閥(31)的兩個(gè)出口分別通過(guò)第七、第八管線連接有一個(gè)大蓄能器(29)和大蓄能器出口單向閥(30)，該第八管線的一端與所述的位于過(guò)濾器(28)和小蓄能器出口單向閥(32)之間的第五管線相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，其特征在于所述的俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)(37)、固定在所述姿態(tài)調(diào)整耐壓艙殼體上的俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿(13)、與所述俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)(37)的輸出軸相連的俯仰調(diào)節(jié)減速器(38)、設(shè)置在所述俯仰調(diào)節(jié)減速器(38)輸出軸上的俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪(39)、一個(gè)通過(guò)支架與俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)(37)和俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪(39)所述的固定相連的俯仰調(diào)節(jié)電池包(40)，在所述的俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)支撐桿(13)上設(shè)置有俯仰調(diào)節(jié)齒條(36)，所述的俯仰調(diào)節(jié)齒條(36)與所述的俯仰調(diào)節(jié)傳動(dòng)齒輪(39)彼此相嚙合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，其特征在于所述的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙(23)、姿態(tài)調(diào)整耐壓艙(12)、電源及控制系統(tǒng)耐壓艙(15)的殼體為圓柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，其特征在于所述的由導(dǎo)流罩構(gòu)成的機(jī)體為紡錘形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混合驅(qū)動(dòng)水下自航行器，它包括機(jī)體、固定機(jī)翼和垂直尾舵、水平固定艏舵和一個(gè)導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器；在所述的導(dǎo)流罩的內(nèi)部依次固定安裝有與外界水域直接相連通的浮力驅(qū)動(dòng)外皮囊、其內(nèi)設(shè)置有浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的浮力驅(qū)動(dòng)耐壓艙、其內(nèi)設(shè)置有俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)調(diào)整耐壓艙、其內(nèi)設(shè)置有控制系統(tǒng)的電源及控制系統(tǒng)耐壓艙；本裝置采用三角型機(jī)翼有利于提高滑翔時(shí)的滑翔效率；采用前置的水平艏舵和后置的垂直尾舵可實(shí)現(xiàn)AUV模式下的姿態(tài)和軌跡控制，并輔助自航行器在滑翔模式下的姿態(tài)控制，俯仰姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滑翔模式下的姿態(tài)控制；并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍水域長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)和勘測(cè)。
文檔編號(hào)B63H21/00GK101070092SQ200710057590
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者王樹(shù)新, 張宏偉, 武建國(guó), 陳超英, 王曉鳴 申請(qǐng)人:天津大學(xué)