本發(fā)明涉及無人自動定位搭載浮體及實(shí)現(xiàn)方法，屬于新型海洋結(jié)構(gòu)物領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國海洋疆域遼闊，海洋資源豐富，大陸海岸線長18000公里，大陸架面積將近110萬平方公里，管轄海域共約300萬平方公里。我國作為發(fā)展中的海洋大國，海洋必然是決定我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力和政治地位的極其重要的因素。因此，海洋經(jīng)濟(jì)的開發(fā)、海洋管理、環(huán)境保護(hù)、捍衛(wèi)國家海洋權(quán)益都迫切需要海洋監(jiān)測能力作為保障。

小型搭載浮體在民用和軍用方面都有涉及，應(yīng)用廣泛。它作為新型的海洋監(jiān)測工具是一種無人值守的、能夠自動、定點(diǎn)、定時、連續(xù)對海上各種環(huán)境要素進(jìn)行遙測的監(jiān)測系統(tǒng)。它與海監(jiān)飛機(jī)、衛(wèi)星、海洋調(diào)查船和潛水器等，構(gòu)成了立體的海洋監(jiān)測系統(tǒng)。它可以在各種復(fù)雜的海洋環(huán)境中提供長期、連續(xù)、實(shí)時、可靠的海洋觀測數(shù)據(jù),是海洋觀測技術(shù)中最可靠、最有效、最重要的手段之一。

鑒于小型浮體布放之后只能在固定坐標(biāo)點(diǎn)開展觀測，得到該坐標(biāo)附近的海洋觀測要素，如果重新定位布放需要消耗大量船只、人員以及時間。然而建立自主控制的移動海洋監(jiān)測平臺是海洋學(xué)家深入研究海洋環(huán)境的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種無人自動定位搭載浮體及實(shí)現(xiàn)方法，經(jīng)過合理的總布置設(shè)計，充分利用空間，合理分配配重，使本發(fā)明具備了普通浮標(biāo)良好的穩(wěn)性、耐波性等性能，同時能在水上航行和自動定位的特點(diǎn)，適合普通浮標(biāo)所無法監(jiān)測的區(qū)域，從而保證深淵海溝、島礁、寫湖等區(qū)域的情報資料的完整性。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種無人自動定位搭載浮體，括主體、位于主體上的上層建筑和主體下方配重，在主體內(nèi)安裝有直流電機(jī)，直流電機(jī)的輸出端連接電磁離合，電磁離合通過齒輪軸承連接全回轉(zhuǎn)舵槳，電磁離合同時還連接噴水推進(jìn)器，噴水推進(jìn)器內(nèi)設(shè)有葉輪，噴水推進(jìn)器的噴嘴與環(huán)形出水管道連接，噴水推進(jìn)器同時與進(jìn)水管連接，環(huán)形出水管道內(nèi)安裝有單向閥，在環(huán)形出水管道上圓周均勻分布有若干個噴管，在噴管上安裝有電動調(diào)速閥；所述電動調(diào)速閥和電磁離合均與中央主控模塊連接，在主體上設(shè)有通信發(fā)射模塊、環(huán)境參考系統(tǒng)和定位裝置，環(huán)境參考系統(tǒng)和定位裝置將主體的位置和環(huán)境參數(shù)通過通信發(fā)射模塊反饋給中央主控模塊。

作為優(yōu)選，所述環(huán)形出水管道上圓周均勻分布有三個噴管。

作為優(yōu)選，所述配重為一鋼制支架，鋼制支架包含環(huán)狀實(shí)心鋼管和3根鋼管，環(huán)狀實(shí)心鋼管通過鋼管與主體連接，作為剛性支架使用，焊接于浮體底部，方便浮體回收維護(hù)的擺放問題。

作為優(yōu)選，所述環(huán)形出水管道安裝有安全閥，安全閥通過管道與外界連通。

一種上述的無人自動定位搭載浮體的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

(1)中央主控模塊通過定位裝置和環(huán)境參考系統(tǒng)獲取主體的位置信息和主體的環(huán)境信息，計算出相應(yīng)位置的偏差方向和距離；

(2)中央主控模塊驅(qū)動直流電機(jī)工作，中央主控模塊切換直流電機(jī)輸出端的電磁離合，驅(qū)動全回轉(zhuǎn)舵槳工作，控制推力和方向角；

(3)當(dāng)定位裝置檢測到到達(dá)指定區(qū)域后，中央主控模塊根據(jù)環(huán)境參考系統(tǒng)獲取環(huán)境參數(shù)，中央主控模塊控制直流電機(jī)的輸出端的電磁離合，切換至噴水推進(jìn)器，噴水推進(jìn)器從進(jìn)水管吸水，經(jīng)過葉輪產(chǎn)生的離心力加速水流速度，經(jīng)過單向閥只能進(jìn)入環(huán)形出水管道的一側(cè)，再到達(dá)各個噴管內(nèi)，水流到達(dá)各個噴管，中央主控模塊調(diào)節(jié)電動調(diào)速閥，控制水流的流量及流速，保證推力分配達(dá)到和風(fēng)浪載荷能夠達(dá)到一個動態(tài)平衡。

在本發(fā)明中，直流電機(jī)通過高能可充電鋰電池帶動，直流電機(jī)的輸出端驅(qū)動全回轉(zhuǎn)舵槳和噴水推進(jìn)器的工作，鋰電池供電，經(jīng)過主控設(shè)備的功率控制輸出相應(yīng)功率給直流電機(jī)，直流電機(jī)輸出端驅(qū)動全回轉(zhuǎn)舵槳的工作，從而推動浮體向前行進(jìn)，由于在低速情況下螺旋槳的推進(jìn)效率比噴水推進(jìn)高，所以主推進(jìn)器選擇全回轉(zhuǎn)舵槳。所述浮體底部帶有噴水定位裝置，和全回轉(zhuǎn)動力裝置共享動力，由電磁離合操控。所述噴水定位推進(jìn)裝置固定在浮體側(cè)部，呈正三角形布置，吸水孔位于浮體底部。鋰電池連接主控裝置，主控裝置與直流電機(jī)連接，直流電機(jī)和噴水推進(jìn)器相連接，通過電動調(diào)速閥和安全閥等，使其噴射出一定壓力的水反作用于浮體，可以有效控制噴水推進(jìn)裝置的噴量和推力。所述搭載浮體主控模塊采用雙模操控，分別為手動無線電機(jī)動模式和按既定程序自動巡航模式。所述搭載浮體主控模塊采用雙模操控，分別為手動無線電機(jī)動模式和按既定程序自動巡航模式。所述搭載浮體無錨泊系統(tǒng)，浮體內(nèi)設(shè)有水密空艙，全回轉(zhuǎn)舵槳和鋼制支架可作為浮體配重使用，使整個浮體重心降低至浮心以下，噴水管系和電池的環(huán)狀設(shè)計，合理的分配了壓重問題。同時為了保證搭載浮體的重心位于其浮心以下，所述配重創(chuàng)造性的使用環(huán)形鋼制支架既調(diào)節(jié)配重又解決了浮體回收維護(hù)時在母船甲板擺放問題。

本發(fā)明的一種無人自動定位搭載浮體，用于在海溝、深淵海溝、島礁、寫湖等區(qū)域的短時間內(nèi)的情報收集工作,也可作為臨時的航道警示浮標(biāo)，在海域封鎖、警戒中起配合作用，在軍用民用領(lǐng)域都有涉及。本發(fā)明打破浮體只能錨泊或者只能漂流的定向思維，在浮體上配備全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)舵槳裝置和噴水推進(jìn)裝置，確保浮體能夠在低速下高效自主航行，并能通過噴水口進(jìn)行較精確的動力定位。

本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，維護(hù)方便的特性，可以有效的彌補(bǔ)浮體定位之后無法移動監(jiān)測的尷尬。使其在固定區(qū)域內(nèi)浮動漂流，超出區(qū)域回復(fù)定位，實(shí)現(xiàn)在一定精度范圍內(nèi)的自動定位，使其具有浮標(biāo)的一系列特性，卻完成一般浮標(biāo)所不能完成的工作。由于我國對深海浮體研究較少，對深海甚至深淵系泊的技術(shù)要求高，現(xiàn)有技術(shù)短時間內(nèi)完全無法攻克這一技術(shù)難題。本發(fā)明巧妙避開這一問題，從而減少了一系列錨泊技術(shù)上的瓶頸，可讓浮體定位于適合無限水深的位置。同樣的，它也適合淺水區(qū)域作業(yè)，適合島礁周圍環(huán)境的考察，收集各種情報。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明的一種無人自動定位搭載浮體，具有良好的穩(wěn)性和耐波性，具有波浪中較小的自身加速度，水動力性能優(yōu)良；

(2)本發(fā)明的一種無人自動定位搭載浮體采用可充電式鋰電池作為能源，使用單個直流無刷電機(jī)，用電磁離合來切換全回轉(zhuǎn)舵槳和噴水定位裝置的工作，就可以完全解決航行和動力定位問題，節(jié)約成本，降低能耗；

(3)本發(fā)明的一種無人自動定位搭載浮體是無人的小型化的，采用全回轉(zhuǎn)舵槳作為主推進(jìn)器，讓浮體在低速航行過程中得到較高的推進(jìn)效率。采用3噴口噴水定位裝置，考慮到噴口的固定性和噴射流量的可控性，三力平衡原理使得無人搭載浮體能夠快速精準(zhǔn)的進(jìn)行定位，使得浮體收集數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)；

(4)本發(fā)明的一種無人自動定位搭載浮體的自動定位功能讓浮標(biāo)的回收變得簡單方便，同時優(yōu)化配重方案基本解決回收后的擺放問題，為實(shí)現(xiàn)無人回收布放打下基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的外觀示意圖。

圖2為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明外底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明主要設(shè)備剖面布置圖。

圖5為本發(fā)明主要設(shè)備俯視布置圖。

圖6為本發(fā)明噴水定位裝置原理圖。

圖7為本發(fā)明自動定位原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖7所示，本發(fā)明的一種無人自動定位搭載浮體，括主體2、位于主體2上的上層建筑6和位于主體2下的鋼制支架5，在主體2內(nèi)安裝有直流電機(jī)10，直流電機(jī)10的輸出端連接電磁離合11，電磁離合11通過齒輪軸承連接全回轉(zhuǎn)舵槳4，電磁離合11同時還連接噴水推進(jìn)器12，噴水推進(jìn)器12內(nèi)設(shè)有葉輪13，噴水推進(jìn)器12的噴嘴與環(huán)形出水管道16連接，噴水推進(jìn)器12同時與進(jìn)水管20連接，所述進(jìn)水管20的端部設(shè)有過濾網(wǎng)14，環(huán)形出水管道16內(nèi)安裝有單向閥18，在環(huán)形出水管道16上圓周均勻分布有三個噴管3，在噴管3上安裝有電動調(diào)速閥15；所述電動調(diào)速閥15和電磁離合10均與中央主控模塊9連接，在主體2上設(shè)有通信發(fā)射模塊、環(huán)境參考系統(tǒng)和定位裝置，環(huán)境參考系統(tǒng)和定位裝置將主體2的位置和環(huán)境參數(shù)通過通信發(fā)射模塊反饋給中央主控模塊9，所述主體2上設(shè)有視頻監(jiān)測裝置1，視頻監(jiān)測裝置1與中央主控模塊9連接。所述主體2下方的鋼制支架5通過焊接的形式和主體2連接。

在本發(fā)明中，所述搭載浮體無錨泊系統(tǒng)，浮體內(nèi)無設(shè)備處均可設(shè)為水密空艙，各設(shè)備布置滿足浮體正浮要求，壓重得當(dāng)。外部殼體均采用輕型耐腐蝕金屬材料，上下殼板均水密。散熱形式采用海水-外殼-設(shè)備熱傳導(dǎo)式。本發(fā)明中噴水推進(jìn)器12的出水環(huán)狀管道16首端裝有安全閥19，通過管道17連接到外界，當(dāng)環(huán)形出水管道16內(nèi)壓力過大時，通過安全閥19泄壓，安全閥19也即為溢流閥，形成壓力循環(huán)，起到減壓保證推進(jìn)泵12能夠安全工作。主體下方設(shè)有控制系統(tǒng)鋰電池組7，主體周圍設(shè)有動力系統(tǒng)鋰電池組8，作為主體的動力能源。

本發(fā)明所述的一種無人自動定位搭載浮體，在使用時，母船可以將其拖至某海域，在某范圍(半徑M)內(nèi)自動定位，即在半徑M內(nèi)呈漂流狀態(tài)，超出范圍動力加持至該點(diǎn)，到達(dá)該點(diǎn)某范圍內(nèi)(半徑N<半徑M)則撤去動力，用噴水泵來平衡風(fēng)浪負(fù)載來保持漂流狀態(tài)。本發(fā)明可隨工作時間的長短調(diào)整鋰電池的容量，一般工作時間在24小時以上，保證臨時的賽道航道標(biāo)記和暗礁提醒，在寫湖和島礁區(qū)域的監(jiān)控偵查能力強(qiáng)，同時本發(fā)明的類似浮標(biāo)的設(shè)計，有較強(qiáng)的隱蔽性，形成較好的偽裝。

一種上述的無人自動定位搭載浮體的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

(1)中央主控模塊9通過定位裝置和環(huán)境參考系統(tǒng)獲取主體2的位置信息和主體2的環(huán)境信息，計算出相應(yīng)位置的偏差方向和距離；

(2)中央主控模塊9驅(qū)動直流電機(jī)10工作，中央主控模塊9切換直流電機(jī)10輸出端的電磁離合11，驅(qū)動全回轉(zhuǎn)舵槳4工作，控制推力輸出并控制方向角；

(3)當(dāng)定位裝置檢測到到達(dá)指定區(qū)域后，中央主控模塊9根據(jù)環(huán)境參考系統(tǒng)獲取環(huán)境參數(shù)，中央主控模塊9控制直流電機(jī)10的輸出端的電磁離合11，切換至噴水推進(jìn)器12，噴水推進(jìn)器12從進(jìn)水管20吸水，經(jīng)過葉輪13產(chǎn)生的離心力加速水流速度，經(jīng)過單向閥18只能進(jìn)入環(huán)形出水管道16的一側(cè)，再到達(dá)各個噴管內(nèi)，水流到達(dá)各個噴管，中央主控模塊9調(diào)節(jié)電動調(diào)速閥15，控制水流的流量及流速，保證推力分配達(dá)到和風(fēng)浪載荷能夠達(dá)到一個動態(tài)平衡。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。