本發明專利技術公開的混合型水下航行探測器包括同軸線依次相連的艏艙、主艙、電子控制艙和艉艙，艏艙和艉艙與外部水域相通，主艙和電子控制艙為密封艙，主艙和電子控制艙的連接處對稱安裝著兩個機翼；艏艙內裝有聲納高度計和聲學收發器；主艙外套裝有非接觸式電能及信號傳輸組件；主艙內安裝有姿態調整系統和浮力調節系統，浮力調節系統安裝在主艙的前部，通過活塞的移動來調節浮力，活塞兩側通過滾動膜片來隔離密封；電子控制艙內安裝有航行器控制用的電子設備；艉艙上固定有螺旋槳推進系統和操舵系統；本發明專利技術兼具水下滑翔器和水下自主航行器特點，還能與水下接駁平臺對接進行非接觸式充電和數據傳輸，增加了水下航行器的持續工作能力和應用范圍。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于海洋觀測的水下航行探測器，尤其涉及一種結合水下滑翔器和水下自主航行器特點的混合型水下航行探測器。
技術介紹
目前，用于海洋自主觀測的水下航行器主要有水下自主航行器(AUV)和水下滑翔器(Underwater Gliders)。水下自主航行器通常通過螺旋槳來驅動，具有自主性強和定位精度高的特點，能夠在一定水域范圍內進行探測，但是通常續航能力有限，不能進行長時間和大范圍的探測。水下滑翔器利用浮力驅動，具有航程遠、巡航時間長、隱蔽性好以及能夠進行縱垂面采樣的特點，但是其航行速度慢，自主性差，而且工作時難以克服較大海流的影響。現有的相關技術存在以下不足之處 I.通過自身攜帶的電池供電，數據傳輸在航行器浮在水面時進行(或者在航行器回收之后獲取數據)，不能自動充電續航，也不能在水下與海底觀測網絡進行數據雙向傳輸，限制了航行器的持續工作能力和應用范圍。2.螺旋槳推進器和尾舵需要動密封，現有技術通常將動密封設計在主密封腔，一旦動密封失效，水會直接進入主密封腔導致主控系統失效，從而增加了航行器丟失的危險。3.現有技術通常將姿態調節系統的俯仰調節機構和橫滾調節機構分開布置，增大了密封腔體的體積。4.浮力調節系統多采用液壓方式，系統較為復雜，增加了重量，且安裝和調試不方 便。
技術實現思路
為了克服上述不足之處，本專利技術的目的是提供一種結構緊湊，能實現非接觸式充電和數據傳輸，運行可靠的混合型水下航行探測器。本專利技術的混合型水下航行探測器包括同軸線依次相連的艏艙、主艙、電子控制艙和艉艙，艏艙和艉艙與外部水域相通，主艙和電子控制艙為密封艙；艏艙內裝有聲納高度計和聲學收發器；主艙外套裝有非接觸式電能及信號傳輸組件，非接觸式電能及信號傳輸組件內裝有電磁耦合線圈，主艙內安裝有姿態調整系統和浮力調節系統，姿態調整系統包括軸向平行安裝的調節絲杠和平移導軌，調節絲杠與調節電機的轉軸連接，調節絲杠上有調節螺母，平移導軌上有調節滑塊，調節螺母和調節滑塊分別與支架固連，在支架上固定有電池包以及帶有蝸輪蝸桿減速器的偏心旋轉電機，偏心旋轉電機的輸出軸上安裝偏心旋轉重物，隨著偏心旋轉電機的轉動而轉動，浮力調節系統安裝在主艙內的前部，其包括緊固在固定架上的電機、由前活塞缸和后活塞缸對接組成的活塞缸，在前、后活塞缸的對接處固定有滾動膜片，滾動膜片與活塞固連，活塞與活塞桿固連，活塞桿具有內螺紋，該內螺紋與活塞絲杠擰接組成絲杠螺紋副，活塞絲杠與電機轉軸相連，活塞桿上有限位槽，活塞缸端蓋上有突起嵌入到活塞桿的限位槽中，前活塞缸的端部有孔，前活塞缸端部的孔與主艙上的和外界相連通的孔相對應，在前活塞缸與主艙的接觸面上有密封圈；在主艙和電子控制艙的連接處對稱安裝著兩個機翼，電子控制艙內安裝有深度計、主控電路板、導航與通信組件和電子羅盤；艉艙上固定有螺旋槳推進系統和操舵系統，螺旋槳推進系統包括螺旋槳和螺旋槳驅動裝置，操舵系統包括固定在艉艙上的穩定翼、可以轉動的尾舵以及尾舵驅動裝置。本專利技術中，艏艙是傳感器艙，其中聲納高度計用于測量航行器與海底的距離，聲學收發器集成了超短基線定位(USBL)功能，用于與水下接駁平臺水聲通信和超短基線定位，水下接駁平臺實時告知水下航行器的相對方位，然后水下航行器啟用自動回航程序，實現與水下接駁平臺對接。對接后，水下航行器的非接觸式電能及信號傳輸組件與水下接駁平臺的對應組件軸向套置，利用電磁耦合的原理實現非接觸式的電能和信號傳輸。主艙內的姿態調整系統包含了橫滾角調節裝置和俯仰角調節裝置。其中，偏心旋轉電機和隨著偏心旋轉電機轉動而轉動的偏心旋轉重物組成橫滾角調節裝置，偏心旋轉電機帶的蝸輪蝸桿減速器，起到鎖定偏心重物偏心角的作用。固定在支架上的電池包和橫滾角調節裝置和支架組成平移組件，可在調節絲杠和平移導軌上平移，構成了俯仰角調節裝 置，通過平移組件的縱向移動來實現航行器重心的移動，從而實現俯仰角的調節。整個橫滾角調節裝置作為平移組件的一部分參與了重心的移動，增加了重心移動的靈敏度。浮力調節系統中的電機帶動活塞絲杠轉動，轉換為活塞在活塞缸內的移動，從而改變活塞缸進水和排水的體積；活塞兩側通過滾動膜片來隔離密封，從而有效防止水通過活塞進入水下航行器內部。電子控制艙內的深度計用于測量外部水壓進而換算得到航行器所在的深度，主控電路板實現混合型水下航行探測器的信號采集及控制，導航與通信組件實現航行器的GPS導航和無線通信，電子羅盤實現航行器航向角、俯仰角和橫滾角3個姿態角的測量。與現有技術相比，本專利技術取得了以下的有益效果 I.本專利技術能夠與水下接駁平臺對接，進行非接觸式充電和數據傳輸，增加了水下航行器的持續工作能力；此外，若將水下接駁平臺與海底觀測網相連，則可以通過海底觀測網絡與水下航行器進行數據交互，使水下航行器成為海底觀測網絡的一個移動節點，可以滿足海底立體觀測的需求；當海面上有冰覆蓋或者海面上海況復雜時(如臺風)，此時能夠在水下進行充電和數據傳輸則可以擴大水下航行器的應用范圍。2.螺旋槳驅動裝置和尾舵驅動裝置獨立于主腔體外單獨密封，即使動密封失效，不會導致主腔體進水，也不會危及到關鍵的主控系統，從而增加了航行器的工作可靠性。3.橫滾角調節裝置作為俯仰角調節機構中平移組件的一部分，該方式結構緊湊，且增加了平移組件的重量，增加了航行器重心移動的靈敏度。4.浮力調節系統通過蝸輪蝸桿減速和絲杠螺母傳動的方式實現活塞的移動，從而吸水和排水進行浮力調節，該方式具有結構簡單和緊湊的特點，且活塞處使用滾動膜片將水和內部腔體完全隔離，增加了可靠性。5.該航行器結合了水下滑翔器和水下自主航行器兩者特點，在需要遠航程或者隱蔽性的場合采用滑翔模式運行，在需要精確定位或者需要克服海流影響時采用水下自主航行器(AUV)模式運行，并且能夠與基于海底觀測網絡的水下接駁平臺對接，進行非接觸式充電和數據傳輸。該專利技術具有可靠性高、結構緊湊的技術效果。附圖說明圖I為本專利技術的整體外觀示意 圖2為本專利技術的整體組裝示意 圖3為本專利技術的浮力調節系統結構示意 圖4為本專利技術的浮力調節系統帶局部剖視的示意 圖中，艏艙1，主艙2，非接觸式電能及信號傳輸組件3，電子控制艙4，機翼5，艉艙6，螺旋槳7，尾舵8，穩定翼9，聲學收發器10，聲納高度計11，偏心旋轉重物12，偏心旋轉電機14，主控電路板15，螺旋槳驅動裝置17，尾舵驅動裝置18，導航與通信組件19，深度計20，電子羅盤22，調節電機24，調節絲杠25，支架26，調節螺母27，電池包28，調節滑塊29，平移導 軌30，浮力調節系統31，電機32，活塞絲杠33，活塞桿34，活塞缸端蓋35，后活塞缸36，前活 塞缸37，固定架38，滾動膜片39，活塞40，密封圈41。具體實施例方式以下結合附圖進一步說明本專利技術。參照圖I、圖2、圖3和圖4，本專利技術的混合型水下航行探測器包括同軸線依次相連的艏艙I、主艙2、電子控制艙4和艉艙6，艏艙I和艉艙6與外部水域相通，主艙2和電子控制艙4為密封艙；艏艙I內裝有聲納高度計11和聲學收發器10 ； 主艙2外套裝有非接觸式電能及信號傳輸組件3，非接觸式電能及信號傳輸組件3內裝有電磁耦合線圈，并灌注絕緣油實現內外壓平衡式密封；在混合型水下航行器與水下接駁平臺對接后，非接觸式電能及信號傳輸組本文檔來自技高網...
【技術保護點】
混合型水下航行探測器，其特征在于：包括同軸線依次相連的艏艙（1）、主艙（2）、電子控制艙（4）和艉艙（6），艏艙（1）和艉艙（6）與外部水域相通，主艙（2）和電子控制艙（4）為密封艙；艏艙（1）內裝有聲納高度計（11）和聲學收發器（10）；主艙（2）外套裝有非接觸式電能及信號傳輸組件（3），非接觸式電能及信號傳輸組件（3）內裝有電磁耦合線圈，主艙（2）內安裝有姿態調整系統和浮力調節系統，姿態調整系統包括軸向平行安裝的調節絲杠（25）和平移導軌（30），調節絲杠（25）與調節電機（24）的轉軸連接，調節絲杠（25）上有調節螺母（27），平移導軌（30）上有調節滑塊（29），調節螺母（27）和調節滑塊（29）分別與支架（26）固連，在支架（26）上固定有電池包（28）以及帶有蝸輪蝸桿減速器的偏心旋轉電機（14），偏心旋轉電機（14）的輸出軸上安裝偏心旋轉重物（12），隨著偏心旋轉電機（14）的轉動而轉動，浮力調節系統（31）安裝在主艙（2）內的前部，其包括緊固在固定架（38）上的電機（32）、由前活塞缸（37）和后活塞缸（36）對接組成的活塞缸，在前、后活塞缸的對接處固定有滾動膜片（39），滾動膜片（39）與活塞（40）固連，活塞（40）與活塞桿（34）固連，活塞桿（34）具有內螺紋，該內螺紋與活塞絲杠（33）擰接組成絲杠螺紋副，活塞絲杠（33）與電機（32）轉軸相連，活塞桿（34）上有限位槽，活塞缸端蓋（35）上有突起嵌入到活塞桿（34）的限位槽中，前活塞缸（37）的端部有孔，前活塞缸（37）端部的孔與主艙（2）上的和外界相連通的孔相對應，在前活塞缸（37）與主艙（2）的接觸面上有密封圈（41）；在主艙（2）和電子控制艙（4）的連接處對稱安裝著兩個機翼（5），電子控制艙（4）內安裝有深度計（20）、主控電路板（15）、導航與通信組件（19）和電子羅盤（22）；艉艙（6）上固定有螺旋槳推進系統和操舵系統，螺旋槳推進系統包括螺旋槳（7）和螺旋槳驅動裝置（17），操舵系統包括固定在艉艙上的穩定翼（9）、可以轉動的尾舵（8）以及尾舵驅動裝置（18）。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊燦軍，彭時林，黎開虎，畢千，謝鈺，史劍光，陳鷹，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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