本發(fā)明涉及一種水下運(yùn)載平臺(tái)，具體為一種水下無人機(jī)運(yùn)載與彈射裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代海洋探測(cè)或戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)抗中，深處水下的人或設(shè)備常需要偵察海面以上的空域環(huán)境和艦船行駛情況，傳統(tǒng)的潛望鏡、浮標(biāo)以及聲吶都不能對(duì)海面或空中做到大范圍偵察或探測(cè)，而潛射無人機(jī)可以依靠其飛行高度實(shí)現(xiàn)對(duì)海平面以上環(huán)境大范圍、有效的探測(cè)；要從水下直接將無人偵察機(jī)發(fā)射至空中必須克服水中很大的阻力，對(duì)無人機(jī)的動(dòng)力和密封性都提出了很高的要求，現(xiàn)階段技術(shù)條件難以達(dá)到，更為常規(guī)的方法是采用一種類似魚雷的回轉(zhuǎn)體運(yùn)載裝置，無人機(jī)裝在運(yùn)載裝置中，通過潛艇發(fā)射上浮至水面后擇機(jī)彈射無人機(jī)。

目前國(guó)內(nèi)外類似的運(yùn)載裝置大多限于運(yùn)載并發(fā)射潛射導(dǎo)彈。導(dǎo)彈發(fā)射與無人機(jī)發(fā)射有著顯著不同，導(dǎo)彈發(fā)射既可垂直發(fā)射也可傾斜發(fā)射，其對(duì)發(fā)射角度沒有特別的要求，而一般的固定翼小型無人機(jī)采用槳葉推進(jìn)，為保證其有足夠的升力成功升空，一般只采用傾斜發(fā)射，這樣的特點(diǎn)使得無人機(jī)運(yùn)載裝置在彈射時(shí)必須與水平面保證一定的角度，這是與潛射導(dǎo)彈運(yùn)載器最大的不同。

要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)和裝置的不足，提供一種可回收式水下無人機(jī)運(yùn)載與彈射裝置，該裝置可以搭載小型無人機(jī)由水下一定深度釋放，自行上浮出水，出水后在水面調(diào)整一定發(fā)射角后開蓋彈射無人機(jī)升空。成本低廉，可靠性高。

技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：該運(yùn)載平臺(tái)主要由外部殼體、彈射系統(tǒng)和開蓋系統(tǒng)構(gòu)成。外部殼體包括頭部段、圓柱段、后部收縮段和尾段，整體流體動(dòng)力外形似魚雷，頭部為平頭，尾部為球尾且固連有六片穩(wěn)定鰭以保證水下航行姿態(tài)穩(wěn)定，整個(gè)運(yùn)載平臺(tái)采用無動(dòng)力、無控、密封設(shè)計(jì)，完全依靠正浮力驅(qū)動(dòng)自由上浮，既無螺旋槳也無舵機(jī)，整個(gè)殼體設(shè)計(jì)總重力為總浮力的百分之八十，以保證有足夠的正浮力出水，并保證一定的出水深度，頭部段與圓柱段、圓柱段與后部收縮段殼體均采用螺紋連接，螺紋連接口套入o型密封圈以保證防水密封效果，后部收縮段與尾段采用螺栓連接，螺栓采用無碎片爆炸螺栓，除此之外兩者還連有一根金屬拖纜，拖纜分別連接尾部端面中心和收縮段下端面邊沿，端面刻有導(dǎo)線槽存放拖纜，殼體均采用金屬材料，尾部采用密度大于水的金屬材料使其具有負(fù)浮力，其他部分應(yīng)用密度小于水的金屬材料以提供正浮力，運(yùn)載裝置由水下發(fā)射經(jīng)過一定時(shí)間上浮后垂直出水漂浮，待裝置接收到無人機(jī)發(fā)射指令后尾部爆炸螺栓自爆斷裂，尾部在負(fù)浮力作用下豎直下沉，直到拉緊與收縮段相連的金屬拖纜，由于拖纜另一端連在端面邊沿，并非圓心，因此拉緊后會(huì)給予本豎直漂浮的裝置殼體一個(gè)偏轉(zhuǎn)力矩，使其發(fā)生傾斜偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到無人機(jī)所要求的發(fā)射角度，收縮段的導(dǎo)線槽裝有滑塊，滑塊可以在槽里來回滑動(dòng)以改變拖纜的固定位置，根據(jù)靜力學(xué)力矩平衡原則，不同的固定位置會(huì)產(chǎn)生不同的偏轉(zhuǎn)力矩，得到不同的發(fā)射角度。

所述的開蓋系統(tǒng)由頂蓋、與頂蓋鉸鏈的殼體、抽打兩用真空泵、小型儲(chǔ)氣罐、電磁閥、壓力傳感器以及通氣導(dǎo)管組成；其中真空泵和小型儲(chǔ)氣罐置于圓柱段底部的儲(chǔ)氣室內(nèi)，儲(chǔ)氣罐上設(shè)有控制氣流進(jìn)出的電磁閥，儲(chǔ)氣罐與真空泵通過通氣導(dǎo)管相連，真空泵通過導(dǎo)管連有兩位三通電磁閥，電磁閥一端連接底部高壓氣瓶，一段通過置于導(dǎo)軌內(nèi)部的導(dǎo)氣管通入上部無人機(jī)放置區(qū)，真空泵既可以抽取無人機(jī)放置倉(cāng)內(nèi)的氣體，也可以向艙內(nèi)注入高壓氣體，頂蓋與下部的殼體采用鉸鏈和螺栓的雙鏈接方式，螺栓采用無碎片爆炸螺栓，既保證頂蓋的開閉也保證不會(huì)殼體分離，頂蓋內(nèi)側(cè)裝有小型壓力傳感器以檢測(cè)殼體內(nèi)部氣壓，外側(cè)有四個(gè)螺栓裝配孔以裝配爆炸螺栓，頂蓋與殼體的密封采用壓差密封，艙蓋周圍有一圈空心密封膠條，與艙蓋相接的殼體刻有一圈凹槽以實(shí)現(xiàn)與膠條的契合。裝配時(shí)通過真空泵將內(nèi)倉(cāng)抽為真空，艙蓋的密封膠條會(huì)不斷壓縮變形直到完全扣緊密封，裝置內(nèi)外保持較大壓力差，真空泵抽取的氣體由通氣導(dǎo)管存入小型儲(chǔ)氣罐，開蓋時(shí)，真空泵通過導(dǎo)氣管向前艙打氣，待壓力足夠時(shí)爆炸螺栓斷裂，氣壓將前蓋沖開釋放無人機(jī)，壓力不足時(shí)底部高壓氣瓶可通過兩位三通閥向前艙供氣。

所述的彈射系統(tǒng)由高壓氣瓶、氣瓶隔板、單向電磁閥、儲(chǔ)氣室、滑動(dòng)活塞、活塞導(dǎo)軌、無人機(jī)適配器、固定環(huán)組成；高壓氣瓶固連于圓柱段倉(cāng)底部，瓶口裝有單向電磁閥，其上為氣瓶隔板與周圍倉(cāng)壁固連，氣瓶側(cè)面有一開口，開口裝有單向電磁閥并通過導(dǎo)氣管與兩位三通電磁閥相連，氣瓶隔板上為儲(chǔ)氣室，儲(chǔ)氣室上端為一可滑動(dòng)活塞，活塞兩側(cè)與倉(cāng)壁導(dǎo)軌滑動(dòng)相接，活塞上端面連有無人機(jī)適配器，適配器通過滑輪也與導(dǎo)軌相接觸。氣瓶隔板上端面、滑動(dòng)活塞下端面、導(dǎo)軌下端面共同構(gòu)成一密閉空間，導(dǎo)軌上端終點(diǎn)處裝有固定環(huán)。

有益效果

1.傳統(tǒng)無動(dòng)力無控裝置一般只能做到垂直漂浮發(fā)射，本發(fā)明相比傳統(tǒng)裝置做到了漂浮姿態(tài)角的可調(diào)節(jié)。

2.本裝置僅采用“拋尾”以改變總重心位置的方式改變漂浮姿態(tài)角，不需要借助螺旋槳及舵機(jī)等設(shè)備，成本低廉，可靠性高。

3.本裝置開蓋系統(tǒng)采用內(nèi)外壓差密封方式，密封效果更好，機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單且能與彈射系統(tǒng)通過兩位三通閥相互配合，保證順利開蓋。

4.頂蓋螺栓連接和尾部拖纜連接可以保證整個(gè)裝置始終為一個(gè)整體，方便回收再利用。

附圖說明

圖1：運(yùn)載平臺(tái)外部殼體總體示意圖；

圖2：殼體頭部頂蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：殼體后部收縮段結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：殼體尾部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5：殼體出水拋尾調(diào)整姿態(tài)結(jié)束示意圖；

圖6：圓柱段內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7：圓柱段底部主要結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-頂蓋；2-與頂蓋鉸鏈的殼體；3-圓柱段殼體；4-后部收縮段殼體；尾段殼體與尾鰭；6-通訊拖纜；7-頂蓋螺栓裝配孔；8-頂蓋爆炸螺栓；9-頂蓋壓力傳感器；10-鉸鏈；11-空心密封膠條；12-膠條裝配槽；13-導(dǎo)線槽；14-尾部螺栓裝配孔；15-導(dǎo)線槽滑塊；16-拖纜存放槽；17-尾部拖纜連接掛鉤；18-尾部爆炸螺栓；19-尾部連接拖纜；20-吸排氣口；21-固定環(huán)；22-折翼無人機(jī)；23-無人機(jī)適配器；24-圓柱段殼壁；25-活塞導(dǎo)軌；26-活塞；27-兩位三通電磁閥；28-儲(chǔ)氣室；29-氣瓶隔板；30-高壓氣瓶；31-氣瓶側(cè)向單向閥；32-氣瓶正向單向閥；33-通氣導(dǎo)管；34-真空泵；35-泵后通氣導(dǎo)管；36-小型儲(chǔ)氣罐；37-高壓氣瓶壓力傳感器；38-適配器滑輪；39-儲(chǔ)氣罐閥門；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本水下無人機(jī)運(yùn)載與彈射裝置主要由外部殼體、密封開蓋系統(tǒng)和彈射系統(tǒng)組成；外部殼體外形如圖1所示，包括頂蓋1，與頂蓋鉸連的頭部殼體2，圓柱段殼體3，后部收縮段殼體4，尾段和尾鰭5；該裝置由潛艇或其他水下設(shè)備發(fā)射，尾部拖一條通訊回收纜6始終與母體設(shè)備相連；殼體內(nèi)部為中空，柱段3用于存放無人機(jī)及其彈射設(shè)備，頭部1、2為密封與開蓋處，收縮段4主要存放電子與通訊設(shè)備；頂蓋1與殼體2采用鉸鏈10和爆炸螺栓8的雙連接模式，保證開蓋且頂蓋不與殼體分離，殼體2和柱段殼體3、殼體3與收縮段殼體4均采用內(nèi)螺紋裝配，且套有o型橡膠圈保證密封，收縮段殼體4與尾部5采用爆炸螺栓18裝配保證尾部5能與殼體4分離，同時(shí)還連有一根金屬拖纜19，裝配時(shí)拖纜存放在拖纜存放槽16中，拖纜一端與尾部殼體5端面中心的掛鉤17相連，另一端通過導(dǎo)線槽13與導(dǎo)線槽滑塊15相連，滑塊15可以在槽內(nèi)來回滑動(dòng)以改變位置；本裝置采用正浮力驅(qū)動(dòng)上浮，并采用改變總重心的方式使殼體在漂浮時(shí)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩發(fā)生偏轉(zhuǎn)以達(dá)到無人機(jī)要求的發(fā)射角度，因此殼體1-4采用密度小于水的金屬材料確保足夠的正浮力，尾部5采用密度大于水的金屬材料使其具有負(fù)浮力；當(dāng)運(yùn)載裝置由水下發(fā)射后，其在正浮力作用下上浮出水，由于其浮心在重心之上，出水后會(huì)保持垂直漂浮姿態(tài)；當(dāng)裝置收到姿態(tài)調(diào)整信號(hào)時(shí)，爆炸螺栓18斷裂，尾部殼體5與殼體4分離，在負(fù)浮力作用下殼體5豎直下沉，直到拉緊與殼體4相連的金屬拖纜，由于滑塊15并不在殼體軸心，此時(shí)裝置的總重心位置改變，不再處于軸線上，總重心相對(duì)浮心產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，使殼體1-4發(fā)生偏轉(zhuǎn)；根據(jù)靜力學(xué)力矩平衡原則，待力矩重新平衡時(shí)偏轉(zhuǎn)停止；滑塊15放置于不同位置會(huì)產(chǎn)生不同的偏轉(zhuǎn)力矩，進(jìn)而使殼體產(chǎn)生不同的偏轉(zhuǎn)角度。

待裝置達(dá)到所要求的無人機(jī)發(fā)射角度時(shí)，開蓋系統(tǒng)隨即工作；開蓋之前應(yīng)確保艙內(nèi)完全密封，本裝置采用內(nèi)外壓差密封法保證密封效果，即在頂蓋1與殼體2之間采用鉸鏈10連接保證一體性，采用爆炸螺栓8裝配保證密封性和能瞬間斷開；前蓋1有一圈空心密封膠條11，殼體2上刻有一圈膠條裝配槽12，裝配時(shí)，首先蓋上蓋子并壓緊，在壓緊的過程中密封膠條11發(fā)生形變，產(chǎn)生密封效果；完全壓緊蓋子后通過螺栓裝配孔7將4枚爆炸螺栓依次裝入并扭緊，此時(shí)頂蓋1已完全裝配好，內(nèi)部抽打兩用真空泵35將艙內(nèi)迅速抽為真空，真空泵通過抽排氣口20將空氣通過導(dǎo)管33、兩位三通電磁閥27上口和左口、導(dǎo)管35送入小型儲(chǔ)氣罐36中，儲(chǔ)氣罐口接有電磁閥39控制氣體進(jìn)出；可以通過頂蓋處壓力傳感器9判斷艙內(nèi)壓力；抽真空完成后密封工作完成，艙內(nèi)外保持較大壓差使得頂蓋與殼體始終緊密貼合；艙體出水收到開蓋指令后，真空泵35工作，將小型儲(chǔ)氣罐36中的氣體通過導(dǎo)氣管35、兩位三通閥27左口和上口，導(dǎo)氣管33，排氣口20通入前艙，若經(jīng)壓力傳感器9反饋未達(dá)到將前蓋頂開所需氣壓，兩位三通閥27左口關(guān)閉，下口打開，高壓氣瓶30中的氣體通過單向閥31、導(dǎo)氣管33、兩位三通閥27的下口和上口、排氣口20通入前艙，直到壓力傳感器9顯示前艙氣壓滿足開蓋所需壓力，此時(shí)單向閥31、兩位三通閥27閉合，爆炸螺栓8斷裂，艙內(nèi)高壓將前蓋1向外頂開，開蓋完成；

開蓋后，前艙壓力瞬間降為大氣壓，彈射系統(tǒng)開始工作；彈射系統(tǒng)的核心部件為彈射活塞26，活塞兩側(cè)與導(dǎo)軌25相接合，活塞可以在導(dǎo)軌上上下滑動(dòng)?；钊喜繛闊o人機(jī)適配器23，適配器通過滑輪38也與導(dǎo)軌相連，其同樣可以在導(dǎo)軌上滑動(dòng)；氣瓶隔板29、活塞下端面26、筒壁和導(dǎo)軌25下端面共同構(gòu)成一個(gè)密閉空間，即儲(chǔ)氣室28，活塞上端面為存放無人機(jī)的前艙；接收到彈射信號(hào)后，單向閥31關(guān)閉，單向閥32打開，高壓儲(chǔ)氣瓶30內(nèi)的高壓氣體瞬間由單向閥32進(jìn)入儲(chǔ)氣室28中，推動(dòng)活塞26迅速向上移動(dòng)，活塞26也推動(dòng)適配器23以及無人機(jī)22向上移動(dòng)，導(dǎo)軌末端裝有固定環(huán)21，可卡住適配器23和活塞26，只保證無人機(jī)發(fā)射出管，彈射完成。