本發(fā)明涉及水下運載領域的自治潛器，具體地說是一種圓盤型旋轉推進式自治潛器，特別適合在深海環(huán)境下應用。

背景技術：

目前現(xiàn)有水下潛器主要以螺旋槳推進器作為推進動力裝置，通過對不同部位放置的多個推進器的協(xié)同控制，完成潛器的上浮、下沉、轉彎及姿態(tài)調整等各種動作。公開日為2016年1月13日、公開號為CN105235841A的中國發(fā)明專利“一種高機動性潛水器”，包括艇體及雙動雙槳推進器，艇體后部的上下方、艇體前部的左右方都設置有獨立運作的雙動雙槳推進器；總推進器數(shù)量是4個。該發(fā)明聲稱潛水器可以做出諸如大角度爬升及俯沖、橫滾及桶滾、垂直筋斗及水平轉圈等高難度規(guī)避動作。

為了更大幅度地提高潛器的航行速度、改善潛器的航行機動性，應對水下探測特別是深海探測的可能風險，亟待研發(fā)一種高速高機動的水下潛器裝置。

技術實現(xiàn)要素：

為了滿足自潛器的上述需求，本發(fā)明的目的在于提供一種圓盤型旋轉推進式自治潛器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明包括外殼及多個推進泵，其中外殼的上部及下部分別沿圓周方向均布有多個推進泵，上下兩層的推進泵數(shù)量相同、且一一對應；位于上層的各所述推進泵均由自治潛器的上部進水，位于下層的各所述推進泵均由自治潛器的下部進水，上下兩層的各所述推進泵均沿自治潛器圓周的切線方向出水，且上下一一對應的兩推進泵的出水方向相同；所述外殼內安裝有控制模塊，上下兩層的各所述推進泵分別與該控制模塊電連接，由所述控制模塊獨立控制，實現(xiàn)所述自治潛器在旋轉的同時向前推進。

其中：所述推進泵包括泵殼及分別容置于該泵殼內的永磁鐵、電磁鐵A及電磁鐵B，每個所述推進泵的泵殼均連接于所述外殼的外表面，該泵殼內通過隔板分為上下兩層，所述永磁鐵位于隔板與泵殼底面之間，且分別與所述隔板的下表面和泵殼底面之間滑動連接，所述電磁鐵A及電磁鐵B分別位于永磁鐵滑動方向的兩側，并分別與所述控制模塊電連接，由該控制模塊供電；所述泵殼上分別開有進水口及出水口，并在該進水口及出水口處分別設置單向閥A及單向閥C，所述隔板與泵殼頂面之間設有單向閥B；

所述電磁鐵A與電磁鐵B的極性由控制模塊控制，且所述電磁鐵A與電磁鐵B朝向永磁鐵一側的極性總是相同的；所述單向閥A、單向閥B及單向閥C的水流方向相同，即所述單向閥A的水流方向由泵殼外向泵殼內，所述單向閥C的水流方向由泵殼內向泵殼外，所述單向閥B的水流方向由單向閥A流向單向閥C；所述進水口及單向閥A位于泵殼的頂面，所述出水口及單向閥C位于泵殼的側面；位于上層的各所述推進泵的進水口朝上，位于下層的各所述推進泵的進水口朝下；

每層所述推進泵的數(shù)量均為N個，N為≥6的整數(shù)；所述外殼內還設有輔助模塊，該輔助模塊與控制模塊均為圓環(huán)形桶狀結構，且為同心圓設置；所述外殼的底部連接有配重。

本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為：

1.本發(fā)明采用上下兩層沿外殼圓周分布的實時多點推進模式，可實現(xiàn)在高轉動慣性下的自治潛器移動，通過實時改變推進點的相對方位，可實現(xiàn)自治潛器在移動中的快速轉彎機動。

2.本發(fā)明提高了自治潛器的航行速度，在水下前行過程中可避免水下探測的風險。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構主視圖；

圖2為本發(fā)明的結構俯視圖；

圖3A為本發(fā)明推進泵的內部結構示意圖之一(推進泵為單向推水的工作狀態(tài))；

圖3B為本發(fā)明推進泵的內部結構示意圖之二(推進泵為泵內回水的工作狀態(tài))；

圖4為上下兩層推進泵的對應示意圖；

圖5A為本發(fā)明在旋轉推進狀態(tài)沿大箭頭方向前行時各推進泵工作與否的狀態(tài)圖之一；

圖5B為本發(fā)明在旋轉推進狀態(tài)沿大箭頭方向前行時各推進泵工作與否的狀態(tài)圖之二；

圖5C為本發(fā)明在旋轉推進狀態(tài)沿大箭頭方向前行時各推進泵工作與否的狀態(tài)圖之三；

圖6A為本發(fā)明在前行狀態(tài)沿大箭頭方向進行銳角轉彎的工作狀態(tài)圖之一；

圖6B為本發(fā)明在前行狀態(tài)沿大箭頭方向進行銳角轉彎的工作狀態(tài)圖之二；

圖7A為本發(fā)明在低轉速下實現(xiàn)高穩(wěn)定懸停的工作狀態(tài)圖；

圖7B為本發(fā)明在高轉速下實現(xiàn)高穩(wěn)定懸停的工作狀態(tài)圖；

其中：1為推進泵，2為外殼，3為輔助模塊，4為搭載設備，5為控制模塊，6為配重，7為泵殼，8為單向閥A，9為單向閥B，10為單向閥C，11為永磁鐵，12為電磁鐵A，13為電磁鐵B，14為隔板，101～124為推進泵。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括外殼2及多個推進泵1，其中外殼2的上部及下部分別沿圓周方向均布有多個推進泵1，上下兩層的推進泵1數(shù)量相同、且一一對應；每層推進泵1的數(shù)量均為N個，本實施例的N為≥6的整數(shù)。位于上層的各推進泵1均由自治潛器的上部進水，位于下層的各推進泵1均由自治潛器的下部進水，上下兩層的各推進泵1均沿自治潛器圓周的切線方向出水，且上下一一對應的兩推進泵1的出水方向相同。外殼2內分別安裝有輔助模塊3、控制模塊5，還可放置搭載設備4。輔助模塊3與控制模塊5均為圓環(huán)形桶狀結構，且為同心圓設置，搭載設備4位于輔助模塊3的內側。本實施例的輔助模塊3可為攝像照相模塊、CTD(溫鹽深儀)模塊、慣性導航模塊。上下兩層的各推進泵1分別與該控制模塊5電連接，由控制模塊5獨立控制，實現(xiàn)自治潛器在旋轉的同時向前推進。在外殼2的底部連接有配重6，當自治潛器遇到異常情況需要緊急上浮時，可拋棄配重6。

如圖3A、圖3B所示，推進泵1包括泵殼7及分別容置于該泵殼7內的永磁鐵11、電磁鐵A12及電磁鐵B13，每個推進泵1的泵殼7均連接于外殼2的外表面，該泵殼7內通過隔板14分為上下兩層，永磁鐵11位于隔板14與泵殼7底面之間，且分別與隔板14的下表面和泵殼7底面之間滑動連接，電磁鐵A12及電磁鐵B13分別被固定在永磁鐵11滑動方向的兩側；電磁鐵A13、電磁鐵B13及永磁鐵11與泵殼7的側面之間均是可以通過水流的。電磁鐵A12與電磁鐵B13的極性由控制模塊5控制，且電磁鐵A12與電磁鐵B13朝向永磁鐵11一側的極性總是相同的；對于圖3A中所示磁極性狀態(tài)時，永磁鐵11受到電磁鐵A12排斥和電磁鐵B13吸引會向右移動推水致使單向閥A8、單向閥C10打開，單向閥B9關閉，完成推進泵的脈沖式推水動作；對于如圖3B中所示磁極性狀態(tài)時，永磁鐵11受到電磁鐵A12吸引和電磁鐵B13排斥會向左移動推水致使單向閥B9打開完成推進泵推水后的復位動作。電磁鐵A12與電磁鐵B13分別與控制模塊5電連接，由該控制模塊5供電，通過控制模塊5可以實時控制每個推進泵1的工作狀態(tài)，實現(xiàn)在高轉動慣性下的自治潛器高速移動和在高速移動中的快速轉彎機動。泵殼7上分別開有進水口及出水口，并在該進水口及出水口處分別設置單向閥A8及單向閥C10，隔板14與泵殼7頂面之間設有單向閥B9。進水口及單向閥A8位于泵殼7的頂面，出水口及單向閥C10位于泵殼7的側面。位于上層的各推進泵1的進水口朝上，位于下層的各推進泵1的進水口朝下。單向閥A8、單向閥B9及單向閥C10的水流方向相同，即單向閥A8的水流方向由泵殼7外向泵殼7內，單向閥C10的水流方向由泵殼7內向泵殼7外，單向閥B9的水流方向由單向閥A8流向單向閥C10。

本發(fā)明的工作原理為：

本發(fā)明采用上下兩層沿外殼2圓周方向分布的實時多點推進模式，實現(xiàn)在高轉動慣性下的潛器高速移動；通過實時改變推進點的相對方位，實現(xiàn)自治潛器在高速移動中的快速轉彎機動。使用之前，先用水將單向閥A8沖開，使泵殼7內充滿水，并排出泵殼7內的氣體。推進泵1中的電磁鐵A12及電磁鐵B13采用海水化學電源進行能量供給，具體為：

上?。寒斪灾螡撈髟谒滦枰细r，控制模塊5分別對位于上層的各推進泵的電磁鐵A12、電磁鐵B13供電，打開位于上層的各推進泵，位于下層的各推進泵不工作。電磁鐵B13吸引永磁鐵11、電磁鐵A12排斥永磁鐵11，使永磁鐵11在隔板14與泵殼7的底面之間向電磁鐵B13方向滑動，進而向右推動海水，使海水經單向閥B9、單向閥C10出水；這樣一來，泵殼7內的壓力小于泵殼外的壓力，海水由單向閥A8進入到泵殼7內，在海水進入的過程中，推進泵整體便向上移動，實現(xiàn)上浮。

下潛：當自治潛器在水下需要下潛時，控制模塊5分別對位于上層的各推進泵的電磁鐵A12、電磁鐵B13供電，打開位于下層的各推進泵，位于上層的各推進泵不工作。電磁鐵B13吸引永磁鐵11、電磁鐵A12排斥永磁鐵11，使永磁鐵11在隔板14與泵殼7的底面之間向電磁鐵B13方向滑動，進而向右推動海水，使海水經單向閥B9、單向閥C10出水；這樣一來，泵殼7內的壓力小于泵殼外的壓力，海水由單向閥A8進入到泵殼7內，在海水進入的過程中，推進泵整體便向下移動，實現(xiàn)下潛。

前行：位于上層的至少一個推進泵及與其對應的位于下層的推進泵的電磁鐵A12、電磁鐵B13由控制模塊5分別供電，使供電的推進泵出水，進而使自治潛器旋轉；在旋轉的同時，被打開的各推進泵作為推進點，實現(xiàn)在旋轉慣性下的移動。通過控制被打開的推進泵數(shù)量來控制自治潛器的前行速度。

轉彎：自治潛器在移動過程中需要轉彎時，通過控制模塊5實時改變作為推進點的各推進泵的相對方位，即可實現(xiàn)自治潛器在移動過程中的快速轉彎機動。轉彎角度需是360/N的整數(shù)倍。

懸停：將位于上、下兩層的全部推進泵打開，即可實現(xiàn)懸停作業(yè)。

以每層設置12個推進泵為例，如圖4所示，上層的12個推進泵為101～112，下層的12個推進泵為113～124，其中上層的推進泵101與下層的推進泵113相對應，上層的推進泵102與下層的推進泵114相對應，以此類推，上層的推進泵112與下層的推進泵124相對應。上層的101～112推進泵從上部進水，下層的113～124推進泵從下部進水，每層的上下兩個相對應的推進泵都沿外殼圓周的切線方向出水，且出水方向相同(例如103和115)。

實施例一

由載人潛器釋放。載人潛器比作航母、本發(fā)明的自治潛器就像護衛(wèi)艦；在出現(xiàn)一些海況或大型生物或非生物目標時將本發(fā)明的自治潛器釋放，在附近數(shù)百米范圍內巡航，或隨時懸停，進行探測/查驗。數(shù)據(jù)結果報告科考母船(基地)后推送至載人潛器。

半速下潛作業(yè)：打開下層推進泵113～124中的三個(如116、120、124)。

增加穩(wěn)定性的半速下潛作業(yè)：打開下層推進泵113～124中的五個(如116、120、124、113、119)，打開上層推進泵101～112中的兩個(如101、107)。

全速下潛作業(yè)：打開下層全部推進泵113～124。

全速上浮作業(yè)：打開上層全部推進泵101～112。

異常緊急上?。捍蜷_上層全部推進泵101～112，并拋棄配重6。

實施例二

進行沉船/失事飛機的查驗探測。這是利用本發(fā)明自治潛器較快的航行速度，在預先設定的海域做地毯式搜索、探測。

全速前行作業(yè)：如圖5A～5C所示，打開上層推進泵101、102、103、104、105、106、112以及對應的下層推進泵113、114、115、116、117、118、124。圖中大箭頭為前行方向，小箭頭為各推進泵的出水方向。

減速前行作業(yè)：打開上層推進泵101、102、103、104、105、106、112中的一至五個(可根據(jù)自治潛器所需的前行速度來決定打開推進泵的個數(shù))，以及對應的下層推進泵113、114、115、116、117、118、124的一至五個(下層推進泵的打開數(shù)量與上層推進泵的打開數(shù)量相同)。

銳角轉彎緊急全速規(guī)避：如圖6A、圖6B所示，在自治潛器全速前行作業(yè)時，打開上層推進泵101、107、108、109、110、111、112以及對應的下層推進泵113、119、120、121、122、123、124，即可沿圖6B中大箭頭方向轉彎。

實施例三

進行大洋金屬礦區(qū)的科學考察。這是利用本發(fā)明自治潛器優(yōu)異的定點懸停特性，沿著預先設定航線行走(并考慮修正海流影響)，在指定的站位進行懸停，方便搭載設備4，如探測傳感器(CTD、水質參數(shù)類)進行的探測。

減速懸停作業(yè)：如圖7A所示，打開上層推進泵104、108、112以及對應的下層推進泵116、120、124。

發(fā)送信號給搭載設備：通知搭載設備4可以工作。

如果海況不好或海流較大，可以采用更高穩(wěn)定性的懸停作業(yè)，如：

高穩(wěn)定性的懸停作業(yè)：如圖7B所示，打開上層和下層的全部推進泵101至124。

實施例四

進行水下空間站或大型海洋工程結構的檢測。如針對深海油氣集束裝備在服役期間腐蝕狀況檢測及安全性評估等作業(yè)需求，可由深水絞車釋放本潛器并使用本潛器搭載的腐蝕檢測類傳感器，在指定的站位進行懸停檢測。

懸停作業(yè)：打開上層和下層的全部推進泵101至124中的12個單號推進泵。

姿態(tài)調整作業(yè)：只打開上層推進泵103和/或下層推進泵121，可使圖1中的自治潛器右側略微抬升；只打開上層推進泵109和/或下層推進泵115，可使圖1中的自治潛器左側略微抬升。

在姿態(tài)調整作業(yè)結束后，應加大轉速進入懸停模式，以保持自治潛器的穩(wěn)定性。

特別地，如果增加姿態(tài)調整的力度，打開上層推進泵102、103、104和下層推進泵120、121、122，可以使自治潛器呈現(xiàn)豎立姿態(tài)；在此情況下打開全速懸停，再打開全速前行，能使自治潛器快速躍出水面。

本發(fā)明提出的這種圓盤型旋轉推進式高速高機動自治潛器，可以勝任1000～7000米級深度的深海環(huán)境監(jiān)測、海洋工程檢測、海底沉船考察、區(qū)域海底探礦以及對水下特定目標的應急探測查驗等工作。