[发明专利]混合型水下航行探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于海洋观测的水下航行探测器，尤其涉及一种结合水下滑翔器和水下自主航行器特点的混合型水下航行探测器。

背景技术

目前，用于海洋自主观测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过螺旋桨来驱动，具有自主性强和定位精度高的特点，能够在一定水域范围内进行探测，但是通常续航能力有限，不能进行长时间和大范围的探测。水下滑翔器利用浮力驱动，具有航程远、巡航时间长、隐蔽性好以及能够进行纵垂面采样的特点，但是其航行速度慢，自主性差，而且工作时难以克服较大海流的影响。

现有的相关技术存在以下不足之处：

1.通过自身携带的电池供电，数据传输在航行器浮在水面时进行（或者在航行器回收之后获取数据），不能自动充电续航，也不能在水下与海底观测网络进行数据双向传输，限制了航行器的持续工作能力和应用范围。

2.螺旋桨推进器和尾舵需要动密封，现有技术通常将动密封设计在主密封腔，一旦动密封失效，水会直接进入主密封腔导致主控系统失效，从而增加了航行器丢失的危险。

3.现有技术通常将姿态调节系统的俯仰调节机构和横滚调节机构分开布置，增大了密封腔体的体积。

4.浮力调节系统多采用液压方式，系统较为复杂，增加了重量，且安装和调试不方便。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的目的是提供一种结构紧凑，能实现非接触式充电和数据传输，运行可靠的混合型水下航行探测器。

本发明的混合型水下航行探测器包括同轴线依次相连的艏舱、主舱、电子控制舱和艉舱，艏舱和艉舱与外部水域相通，主舱和电子控制舱为密封舱；艏舱内装有声纳高度计和声学收发器；主舱外套装有非接触式电能及信号传输组件，非接触式电能及信号传输组件内装有电磁耦合线圈，主舱内安装有姿态调整系统和浮力调节系统，姿态调整系统包括轴向平行安装的调节丝杠和平移导轨，调节丝杠与调节电机的转轴连接，调节丝杠上有调节螺母，平移导轨上有调节滑块，调节螺母和调节滑块分别与支架固连，在支架上固定有电池包以及带有蜗轮蜗杆减速器的偏心旋转电机，偏心旋转电机的输出轴上安装偏心旋转重物，随着偏心旋转电机的转动而转动，浮力调节系统安装在主舱内的前部，其包括紧固在固定架上的电机、由前活塞缸和后活塞缸对接组成的活塞缸，在前、后活塞缸的对接处固定有滚动膜片，滚动膜片与活塞固连，活塞与活塞杆固连，活塞杆具有内螺纹，该内螺纹与活塞丝杠拧接组成丝杠螺纹副，活塞丝杠与电机转轴相连，活塞杆上有限位槽，活塞缸端盖上有突起嵌入到活塞杆的限位槽中，前活塞缸的端部有孔，前活塞缸端部的孔与主舱上的和外界相连通的孔相对应，在前活塞缸与主舱的接触面上有密封圈；在主舱和电子控制舱的连接处对称安装着两个机翼，电子控制舱内安装有深度计、主控电路板、导航与通信组件和电子罗盘；艉舱上固定有螺旋桨推进系统和操舵系统，螺旋桨推进系统包括螺旋桨和螺旋桨驱动装置，操舵系统包括固定在艉舱上的稳定翼、可以转动的尾舵以及尾舵驱动装置。

本发明中，艏舱是传感器舱，其中声纳高度计用于测量航行器与海底的距离，声学收发器集成了超短基线定位（USBL）功能，用于与水下接驳平台水声通信和超短基线定位，水下接驳平台实时告知水下航行器的相对方位，然后水下航行器启用自动回航程序，实现与水下接驳平台对接。对接后，水下航行器的非接触式电能及信号传输组件与水下接驳平台的对应组件轴向套置，利用电磁耦合的原理实现非接触式的电能和信号传输。

主舱内的姿态调整系统包含了横滚角调节装置和俯仰角调节装置。其中，偏心旋转电机和随着偏心旋转电机转动而转动的偏心旋转重物组成横滚角调节装置，偏心旋转电机带的蜗轮蜗杆减速器，起到锁定偏心重物偏心角的作用。固定在支架上的电池包和横滚角调节装置和支架组成平移组件，可在调节丝杠和平移导轨上平移，构成了俯仰角调节装置，通过平移组件的纵向移动来实现航行器重心的移动，从而实现俯仰角的调节。整个横滚角调节装置作为平移组件的一部分参与了重心的移动，增加了重心移动的灵敏度。浮力调节系统中的电机带动活塞丝杠转动，转换为活塞在活塞缸内的移动，从而改变活塞缸进水和排水的体积；活塞两侧通过滚动膜片来隔离密封，从而有效防止水通过活塞进入水下航行器内部。

电子控制舱内的深度计用于测量外部水压进而换算得到航行器所在的深度，主控电路板实现混合型水下航行探测器的信号采集及控制，导航与通信组件实现航行器的GPS导航和无线通信，电子罗盘实现航行器航向角、俯仰角和横滚角3个姿态角的测量。