一種梭形水下滑翔器設(shè)計(jì)及控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和海底資源勘探領(lǐng)域，具體涉及一種梭形水下滑翔器設(shè)計(jì)及控制方法。主要包括流線型的外殼體和裝置在殼體內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整模塊、浮力驅(qū)動(dòng)模塊、尾舵模塊及控制通訊模塊。整個(gè)滑翔器的外形設(shè)計(jì)充分考慮水動(dòng)力的影響，主耐壓艙體大致為梭形，機(jī)翼和舵片為流線型。工作時(shí)通過(guò)浮力驅(qū)動(dòng)模塊改變浮力大??；通過(guò)姿態(tài)調(diào)整模塊中的俯仰機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)身的俯仰姿態(tài)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)橫傾姿態(tài)；通過(guò)尾舵模塊改變?cè)谒矫娴霓D(zhuǎn)向；協(xié)調(diào)這三個(gè)模塊的時(shí)序，可使滑翔器在垂直面內(nèi)形成鋸齒形的運(yùn)動(dòng)軌跡或者空間范圍的螺旋回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可攜帶傳感器進(jìn)行海底數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)通訊設(shè)備實(shí)時(shí)傳回?cái)?shù)據(jù)。本發(fā)明體積靈巧，結(jié)構(gòu)緊湊，而且具有航速高，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，方向可控性好的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種梭形水下滑翔器設(shè)計(jì)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和海底資源勘探領(lǐng)域，具體涉及一種梭形水下滑翔器設(shè)計(jì)及控制方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]水下滑翔器是為了滿足大尺度、長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要，而研制出的新型自治水下機(jī)器人。它不配備推進(jìn)裝置，采用浮力驅(qū)動(dòng)的方式，在水下完成上浮下潛和滑翔運(yùn)動(dòng)，搭載傳感器進(jìn)行海底環(huán)境監(jiān)測(cè)。
[0003]目前國(guó)內(nèi)水下滑翔器的研究才剛剛起步，現(xiàn)有的水下滑翔器大多仿照經(jīng)典的Slocum機(jī)型，驅(qū)動(dòng)能源有依靠電能驅(qū)動(dòng)、溫差能驅(qū)動(dòng)，還有依靠太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)，但高航速和長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間這兩個(gè)主要性能指標(biāo)依然很難滿足，而且滑翔器的自主性差，方向調(diào)節(jié)和控制能力差，受洋流變化影響顯著。隨著水下滑翔器在軍事和民用領(lǐng)域，如探礦、救生、考古、海事布放等各種復(fù)雜場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用，加之海洋環(huán)境的復(fù)雜多變，水下滑翔器的性能將是研發(fā)人員最關(guān)注的問(wèn)題。形體阻力是影響滑翔器性能的重要參數(shù)之一，減小阻力可增大航程，提高航速，增加負(fù)載能力，大大提高滑翔器的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明之目的是:針對(duì)現(xiàn)有的水下滑翔器設(shè)計(jì)中的不足，設(shè)計(jì)出一種低阻力的梭形水下滑翔器，它體積小巧，滿足高速、長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間的要求，并提出一種控制方法，使其具有良好的方向調(diào)節(jié)能力和較好的自主性，能大致按照既定航跡完成滑翔。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，擬采用以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明包括流線型的外殼體和裝置在殼體內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整模塊、浮力驅(qū)動(dòng)模塊、尾舵模塊及控制通訊模塊:
[0007]流線型外殼體:包括主耐壓艙體、水平機(jī)翼和垂直尾翼，主耐壓艙體呈梭形，包括頭部艙、電池艙、主體艙、氣囊艙和尾艙，艙體端蓋與殼體間由雙O型圈和防水墊圈進(jìn)行密封，艙體間通過(guò)卡扣式的機(jī)械裝置完成連接，水平機(jī)翼對(duì)稱(chēng)固定安裝在主耐壓艙體兩側(cè)，垂直尾翼分上下舵片安裝在尾艙上；
[0008]姿態(tài)調(diào)整模塊:包括俯仰機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌，俯仰機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)前后安裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌兩端通過(guò)螺釘與兩個(gè)支撐圓盤(pán)相連，支撐圓盤(pán)通過(guò)螺母固定在艙體間的連接絲桿上，所述俯仰機(jī)構(gòu)，包括前端蓋、后端蓋、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)、絲桿和電池組，電池組固定在前后端蓋之間，通過(guò)絲桿與螺母拉緊前后端蓋，電機(jī)鑲嵌在前端蓋的電池槽內(nèi)，通過(guò)螺釘與前端蓋固定，電機(jī)輸出運(yùn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使整個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)沿著導(dǎo)軌軸線方向前后移動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括呈半圓形的前端蓋、后端蓋，以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)、絲桿和電池組，電池組通過(guò)拉桿和螺母固定在兩端蓋之間，電機(jī)鑲嵌在前端蓋的電機(jī)槽內(nèi)，通過(guò)螺釘與前端蓋相連，電機(jī)輸出運(yùn)動(dòng)后，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞著導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)；
[0009]浮力驅(qū)動(dòng)模塊:包括與外界水域相通的外皮囊、單沖程柱塞泵、滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)和電機(jī)架，步進(jìn)電機(jī)固定在電機(jī)架上，電機(jī)架通過(guò)螺母與艙體間的連接絲桿相連接，電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，滾珠絲杠與柱塞泵的活塞桿相連，泵的出口處與外皮囊相連；
[0010]尾舵模塊:包括與上下舵片相連的上下舵軸、聯(lián)軸器、主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪和舵機(jī)，舵機(jī)通過(guò)螺釘固定在耐壓尾艙的艙體后壁上，舵機(jī)輸出軸與主動(dòng)錐齒輪相連，主動(dòng)錐齒輪與從動(dòng)錐齒輪嚙合，從動(dòng)錐齒輪通過(guò)鍵與舵軸相連，上下舵軸通過(guò)聯(lián)軸器相連；
[0011]控制通訊模塊:包括聲吶、TCM高度計(jì)、CTD傳感器、控制系統(tǒng)電路板、備用電池包、無(wú)線通訊模塊及內(nèi)置于固定機(jī)翼中的天線，聲吶和TCM高度計(jì)安裝在頭部艙，CTD傳感器安裝在水下滑翔器的艙體外殼上與海水接觸，備用電池包位于電池艙，無(wú)線通訊模塊以及控制系統(tǒng)電路板位于主體艙；
[0012]其中，所述流線型的外殼體，其主耐壓艙體為依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓線性方程設(shè)計(jì)的頭尾對(duì)稱(chēng)的雙參數(shù)橢圓回轉(zhuǎn)體外形，其長(zhǎng)短軸分別為2.0m和0.24m，水平機(jī)翼和垂直尾翼均選用NACA翼型；在所述姿態(tài)調(diào)整模塊中，所述俯仰機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪軸、齒輪架、中直齒輪和齒條，主動(dòng)錐齒輪與電機(jī)輸出軸相連，從動(dòng)錐齒輪軸的齒輪端與主動(dòng)錐齒輪嚙合，軸段通過(guò)軸承安裝在齒輪架上，齒輪架通過(guò)螺釘固定在俯仰機(jī)構(gòu)的前端蓋外側(cè)，中直齒輪通過(guò)定位螺釘與從動(dòng)錐齒輪軸的中段相連，并與齒條相嚙合，齒條通過(guò)定位螺釘固定在導(dǎo)軌上；所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括小齒輪和大齒輪，小齒輪與電機(jī)輸出軸相連，并與安裝在方形導(dǎo)軌上的大齒輪嚙合，形成行星齒輪結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明梭形水下滑翔器的各個(gè)艙體連成一體，彼此之間密封且獨(dú)立，具體控制方法為:通過(guò)改變外皮囊的排水體積改變滑翔器的凈浮力大小，從而使滑翔器產(chǎn)生上浮下潛的動(dòng)力。在上浮下潛的過(guò)程中，通過(guò)改變重心的位置調(diào)整俯仰的姿態(tài)，具體地是通過(guò)電池包重塊在軸線方向上的移動(dòng)，使重心相對(duì)浮心位置發(fā)生改變，產(chǎn)生一個(gè)俯仰力矩，該力矩改變了水下滑翔機(jī)的俯仰姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)上浮下潛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而在垂直面內(nèi)形成一條鋸齒狀航行軌跡。通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)，使重心偏離對(duì)稱(chēng)軸線，產(chǎn)生一個(gè)橫傾力矩，使機(jī)身繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一定橫傾角，產(chǎn)生一定向心力，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)尾舵的偏轉(zhuǎn)，使作用在水平機(jī)翼和垂直尾翼上的力不平衡，實(shí)現(xiàn)滑翔器的轉(zhuǎn)向。以上調(diào)節(jié)結(jié)合便可完成滑翔器在水中上浮下潛的運(yùn)動(dòng)和空間螺旋回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為:
[0015]1.本發(fā)明梭形水下滑翔器具有良好的水動(dòng)力外形，主體采用低阻的梭形流線型，機(jī)翼和舵片均為流線型，相較其他水下機(jī)器人，具有體積靈巧，能耗低的優(yōu)點(diǎn)。而且提高了升阻比,減小阻力可增大航程,提高航速,增加負(fù)載能力，大大提高了水下滑翔器的經(jīng)濟(jì)性。
[0016]2.本發(fā)明尾舵機(jī)構(gòu)仿魚(yú)尾設(shè)計(jì)，上下雙舵通過(guò)舵機(jī)經(jīng)錐齒輪驅(qū)動(dòng)同步旋轉(zhuǎn)，操作簡(jiǎn)便，可快速控制轉(zhuǎn)向。通過(guò)控制信號(hào)能調(diào)節(jié)舵的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)節(jié)可控性增強(qiáng)。
[0017]3.本發(fā)明的水下滑翔器由多個(gè)獨(dú)立的密封艙連接成一體，艙體間端蓋連接通過(guò)中間有孔的水密連接器完成，各個(gè)艙體的獨(dú)立性較好。結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，磨損零件易于更換。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:[0018]圖1為本發(fā)明的整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的整體外觀結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3為姿態(tài)調(diào)節(jié)模塊的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為尾舵模塊的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中:I為頭部艙，2為電池艙，3為主體艙，4為水平機(jī)翼，5為氣囊艙，6為尾艙，7為垂直尾翼，8為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)前端蓋，9為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)，10為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)絲桿，11為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電池組，12為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)后端蓋,13為俯仰機(jī)構(gòu)前端蓋,14為俯仰機(jī)構(gòu)電機(jī),15為俯仰機(jī)構(gòu)絲桿，16為俯仰機(jī)構(gòu)電池組,17為俯仰機(jī)構(gòu)后端蓋,18為步進(jìn)電機(jī),19為電機(jī)架,20為滾珠絲杠，21為單沖程柱塞泵，22為外皮囊，23為CTD傳感器，24為控制系統(tǒng)電路板，25為后支撐盤(pán)，26為艙體連接絲桿，27為導(dǎo)軌，28為前支撐盤(pán)，29為備用電池組，30為T(mén)CM高度計(jì)，31為聲吶，32為俯仰機(jī)構(gòu)主動(dòng)錐齒輪，33為俯仰機(jī)構(gòu)從動(dòng)錐齒輪軸，34為齒輪架，35為中直齒輪，36為齒條，37為小齒輪，38為大齒輪，39為舵軸，40為聯(lián)軸器，41尾舵主動(dòng)錐齒輪，42為尾舵從動(dòng)錐齒輪，43為舵機(jī)。
【具體實(shí)施方式】:
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0024]如圖1?4所示，本發(fā)明包括流線型的外殼體和裝置在殼體內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整模塊、浮力驅(qū)動(dòng)模塊、尾舵模塊及控制通訊模塊。
[0025]流線型外殼體:包括主耐壓艙體、水平機(jī)翼4和垂直尾翼7，主耐壓艙體大致呈梭形，包括頭部艙1、電池艙2、主體艙3、氣囊艙5和尾艙6，艙體端蓋與殼體間由雙O型圈和防水墊圈進(jìn)行密封，艙體間通過(guò)卡扣式的機(jī)械裝置完成連接，水平機(jī)翼4對(duì)稱(chēng)固定安裝在主耐壓艙體兩側(cè)，垂直尾翼7分上下舵片安裝在尾艙6上；為減小滑翔器在水下運(yùn)動(dòng)的阻力，增加航速和最大續(xù)航時(shí)間，主耐壓艙體外形依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的橢圓線性方程設(shè)計(jì)為頭尾對(duì)稱(chēng)的雙參數(shù)橢圓回轉(zhuǎn)體外形，其長(zhǎng)短軸分別為2.0m和0.24m,水平機(jī)翼和垂直尾翼均選用NACA翼型:
[0026]姿態(tài)調(diào)整模塊:包括前支撐盤(pán)28、后支撐盤(pán)25、導(dǎo)軌27、俯仰機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，支撐盤(pán)通過(guò)螺母固定在艙體間的連接絲桿26上，導(dǎo)軌27兩端通過(guò)定位螺釘與兩個(gè)支撐盤(pán)25和28相連，俯仰機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)前后安裝在導(dǎo)軌27上；其中，俯仰機(jī)構(gòu)包括前端蓋13、后端蓋17、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)14、絲桿15和電池組16，電池組16和電機(jī)14包覆在前后端蓋13和17之間，電機(jī)14固定在前端蓋13的電池槽內(nèi)，通過(guò)絲桿15拉緊兩端蓋，電機(jī)14輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，此處傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括主動(dòng)錐齒輪32、從動(dòng)錐齒輪軸33、齒輪架34、中直齒輪35和齒條36，主動(dòng)錐齒輪與安裝在齒輪架上的從動(dòng)錐齒輪軸嚙合，中直齒輪固定在從動(dòng)錐齒輪軸的中段，并與固定在導(dǎo)軌上的齒條嚙合，電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)整個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)沿著導(dǎo)軌的軸線方向前后移動(dòng)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括前端蓋8、后端蓋12、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)9、絲桿10和電池組11，電池組和電機(jī)固定在兩端蓋之間，由于前后端蓋為半圓形，因而組成的電池包具有偏心質(zhì)量，此處的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為一對(duì)嚙合的行星齒輪，大齒輪與導(dǎo)軌固定，小齒輪與電機(jī)輸出軸相連，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪帶動(dòng)整個(gè)偏心電池包繞著導(dǎo)軌的軸線旋轉(zhuǎn)；
[0027]浮力驅(qū)動(dòng)模塊:包括與外界水域相通的外皮囊22、單沖程柱塞泵21、滾珠絲杠20、步進(jìn)電機(jī)18和電機(jī)架19，步進(jìn)電機(jī)18固定在電機(jī)架19上，電機(jī)架與艙體間的連接絲桿26相連接，電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠20相連，滾珠絲杠20與單沖程柱塞泵21的活塞桿相連，泵的出口處與外皮囊22相連；
[0028]尾舵模塊:包括與上下舵片相連的上下舵軸39、聯(lián)軸器40、主動(dòng)錐齒輪41、從動(dòng)錐齒輪42和舵機(jī)43，舵機(jī)43固定在耐壓尾艙6的艙體后壁上，舵機(jī)輸出軸與主動(dòng)錐齒輪41相連，主動(dòng)錐齒輪41與從動(dòng)錐齒輪42嚙合，從動(dòng)錐齒輪通過(guò)鍵與舵軸39相連，上下舵軸39通過(guò)聯(lián)軸器40相連，上下舵軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)上下舵片轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0029]控制通訊模塊:包括聲吶31、TCM高度計(jì)30、CTD傳感器23、控制系統(tǒng)電路板24、備用電池包29、無(wú)線通訊模塊及內(nèi)置于固定機(jī)翼中的天線，聲吶31和TCM高度計(jì)30安裝在頭部艙，CTD傳感器23安裝在艙體外殼上與海水接觸，備用電池包29位于電池艙2，無(wú)線通訊模塊以及控制系統(tǒng)電路板24安裝在主體艙3中。
[0030]梭形水下滑翔器的控制方法為:
[0031]浮力驅(qū)動(dòng)模塊控制水下滑翔器的凈浮力大小，姿態(tài)調(diào)整模塊控制水下滑翔器的滑翔過(guò)程的姿態(tài)改變，尾舵模塊控制水下滑翔器水平面的轉(zhuǎn)向，三者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)水下滑翔器航跡的精確控制。
[0032]具體地，當(dāng)需要下潛時(shí)，浮力驅(qū)動(dòng)模塊收到一個(gè)控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)18旋轉(zhuǎn)，柱塞泵21的油腔被抽成真空，外皮囊22中的液壓油在大氣壓作用下被壓到油腔內(nèi)，外皮囊排水體積變小，當(dāng)變化量達(dá)到指定工作量時(shí)，步進(jìn)電機(jī)18停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)水下滑翔器的凈浮力為負(fù)，滑翔器開(kāi)始下潛，與此同時(shí)，姿態(tài)調(diào)整模塊中俯仰電機(jī)14旋轉(zhuǎn)，俯仰電池包16被帶動(dòng)沿導(dǎo)軌27向前運(yùn)動(dòng)一段位移，致使重心偏離浮心一段距離，產(chǎn)生一個(gè)俯仰力矩，該力矩驅(qū)使水下滑翔器艏朝下艉朝上，并以一定攻角向水下滑行；當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的深度時(shí)，浮力驅(qū)動(dòng)模塊接收信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)18反向轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓油在泵的作用下從油腔被排出到外皮囊22中，夕卜皮囊排水體積變大，達(dá)到指定工作量時(shí)，步進(jìn)電機(jī)18停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)水下滑翔器的凈浮力為正，滑翔器開(kāi)始上浮，同時(shí)俯仰電機(jī)14反方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)俯仰電池包16沿導(dǎo)軌向后移動(dòng)一段位移，產(chǎn)生一個(gè)反方向的俯仰力矩，驅(qū)使水下滑翔器艏朝上艉朝下，滑翔器以一定攻角向上滑翔到達(dá)水面，如此反復(fù)上浮下潛，可形成一條垂直面內(nèi)的鋸齒狀航行軌跡；當(dāng)需要橫傾轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)偏心電池包11繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，產(chǎn)生一個(gè)橫傾力矩，該力矩使整個(gè)機(jī)身繞軸線產(chǎn)生一定傾角；當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，位于尾艙6中的舵機(jī)43收到控制信號(hào)，輸出軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上下舵軸39旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)上下舵片7在水平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)一定角度，使水流作用在兩個(gè)舵片上的力左右不平衡，產(chǎn)生一對(duì)同樣大小的偏轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)使整個(gè)載體在水平面上轉(zhuǎn)向，尾舵模塊使水下滑翔器的運(yùn)動(dòng)方向的可控性增強(qiáng)。當(dāng)設(shè)定好姿態(tài)調(diào)整模塊、浮力驅(qū)動(dòng)模塊和尾舵模塊這三大模塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)序與時(shí)長(zhǎng)后，水下滑翔器可實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)螺旋回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，理論上可達(dá)到水下任何地方。
[0033]滑翔器在上浮下潛的過(guò)程中，攜帶的傳感器等測(cè)量模塊采集水下的信息并儲(chǔ)存，到達(dá)水面時(shí)，姿態(tài)調(diào)整模塊中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使內(nèi)置天線的水平機(jī)翼露出水面，與位于岸上的基站進(jìn)行通訊，發(fā)射儲(chǔ)存的信息。通訊完畢，水下滑翔器進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種梭形水下滑翔器，用于搭載傳感器或探測(cè)儀器進(jìn)行海底勘測(cè)，其特征是包括流線型的外殼體和裝置在殼體內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整模塊、浮力驅(qū)動(dòng)模塊、尾舵模塊及控制通訊模塊: 流線型外殼體:包括主耐壓艙體，水平機(jī)翼(4)和垂直尾翼(7)，主耐壓艙體大致呈梭形，包括頭部艙(I)、電池艙(2)、主體艙(3)、氣囊艙(5)和尾艙(6)，艙體端蓋與殼體間由雙O型圈和防水墊圈進(jìn)行密封，艙體間通過(guò)卡扣式的機(jī)械裝置完成連接，水平機(jī)翼(4)對(duì)稱(chēng)固定安裝在主耐壓艙體兩側(cè)，垂直尾翼(7)分上下舵片安裝在尾艙(6)上； 姿態(tài)調(diào)整模塊:包括前支撐盤(pán)(28)、后支撐盤(pán)(25)、導(dǎo)軌(27)、俯仰機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，支撐盤(pán)通過(guò)螺母固定在艙體間的連接絲桿(26)上，導(dǎo)軌(27)兩端通過(guò)定位螺釘與兩個(gè)支撐盤(pán)(25)和(28)相連，俯仰機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)前后安裝在導(dǎo)軌(27)上，所述俯仰機(jī)構(gòu)，包括前端蓋(13)、后端蓋(17)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)(14)、絲桿(15)和電池組(16),電池組(16)固定在前端蓋(13)和后端蓋(17)之間，通過(guò)絲桿(15)與螺母拉緊前后端蓋，電機(jī)(14)鑲嵌在前端蓋(13)的電池槽內(nèi)，通過(guò)螺釘與前端蓋(13)固定，電機(jī)(14)輸出運(yùn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使整個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)沿著導(dǎo)軌(27)的軸線方向前后移動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括呈半圓形的前端蓋⑶、后端蓋(12)，以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)(9)、絲桿(10)和電池組(11)，電池組(11)通過(guò)絲桿(10)和 螺母固定在兩端蓋之間，電機(jī)(9)鑲嵌在前端蓋(8)的電機(jī)槽內(nèi)，通過(guò)螺釘與前端蓋(8)相連，電機(jī)(9)輸出運(yùn)動(dòng)后，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞著導(dǎo)軌(27)旋轉(zhuǎn)；浮力驅(qū)動(dòng)模塊:包括與外界水域相通的外皮囊(22)、單沖程柱塞泵(21)、滾珠絲杠(20)、步進(jìn)電機(jī)(18)和電機(jī)架(19)，步進(jìn)電機(jī)(18)固定在電機(jī)架(19)上，電機(jī)架(19)通過(guò)螺母與艙體間的連接絲桿(26)相連接，電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠(20)相連，滾珠絲杠(20)與單沖程柱塞泵(21)的活塞桿相連，泵的出口處與外皮囊(22)相連； 尾舵模塊:包括與上下舵片相連的上下舵軸(39)、聯(lián)軸器(40)、主動(dòng)錐齒輪(41)、從動(dòng)錐齒輪(42)和舵機(jī)(43)，舵機(jī)(43)通過(guò)螺釘固定在耐壓尾艙(6)的艙體后壁上，舵機(jī)(43)輸出軸與主動(dòng)錐齒輪(41)相連，主動(dòng)錐齒輪(41)與從動(dòng)錐齒輪(42)嚙合，從動(dòng)錐齒輪通過(guò)鍵與舵軸(39)相連，上下舵軸(39)通過(guò)聯(lián)軸器(40)相連； 控制通訊模塊:包括聲吶(31)、TCM高度計(jì)(30)、CTD傳感器(23)、控制系統(tǒng)電路板(24)、備用電池包(29)、無(wú)線通訊模塊及內(nèi)置于固定機(jī)翼中的天線，聲吶(31)和TCM高度計(jì)(30)安裝在頭部艙，CTD傳感器(23)安裝在艙體外殼上與海水接觸，備用電池包(29)位于電池艙(2)，無(wú)線通訊模塊以及控制系統(tǒng)電路板(24)位于主體艙(3)。
2.按權(quán)利要求1所述的梭形水下滑翔器，其特征在于:所述流線型外殼體，其主耐壓艙體為依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓線性方程設(shè)計(jì)的頭尾對(duì)稱(chēng)的雙參數(shù)橢圓回轉(zhuǎn)體外形，其長(zhǎng)短軸分別為2.0m和0.24m，水平機(jī)翼和垂直尾翼均選用NACA翼型。
3.按權(quán)利要求1或2所述的梭形水下滑翔器，其特征在于:在所述姿態(tài)調(diào)整模塊中，所述俯仰機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括主動(dòng)錐齒輪(32)、從動(dòng)錐齒輪軸(33)、齒輪架(34)、中直齒輪(35)和齒條(36)，主動(dòng)錐齒輪(32)與電機(jī)輸出軸相連，從動(dòng)錐齒輪軸(33)的齒輪端與主動(dòng)錐齒輪(32)嚙合，軸段通過(guò)軸承安裝在齒輪架(34)上，齒輪架(34)通過(guò)螺釘固定在俯仰機(jī)構(gòu)的前端蓋(13)外側(cè)，中直齒輪(35)通過(guò)緊定螺釘與從動(dòng)錐齒輪軸(33)的中段相連，并與齒條(36)相嚙合，齒條通過(guò)螺釘固定在導(dǎo)軌(27)上。
4.按權(quán)利要求1或2所述的梭形水下滑翔器，其特征在于:在所述姿態(tài)調(diào)整模塊中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括小齒輪(37)和大齒輪(38)，小齒輪(37)與電機(jī)輸出軸相連，并與固定在導(dǎo)軌上的大齒輪(38)嚙合，形成行星齒輪結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B63G8/22GK103832564SQ201410100504
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】嚴(yán)天宏, 趙倩, 孟凡豪, 劉仲武, 牛彥杰, 郭亦捷 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院