[发明专利]便携式水下海洋环境监测滑翔机

说明书

技术领域

本发明属于海洋环境监测技术领域，具体是一种便携式水下海洋环境监测滑翔机。技术背景

目前，海洋环境监测和数据采集比较常用的技术手段有：用于长期监测的浮标，用于短期连续监测的自主式水下运载器(AUV)及远距离遥控机器人(ROV)，海洋调查船等。但是这些技术各有优缺点：浮标能够大范围监测采样海洋环境，但是不具有动力源，其观测区域不受控制；自主式水下运载器(AUV)可以根据需求监测任意区域的海洋环境，但是受搭载能力的限制，只能携带有限的能量进行航行，作业周期短，不能够胜任时间上的连续海洋环境监测和水质数据采集任务；远距离遥控机器人(ROV)可以通过脐带缆由母船向运载器输送能量和通讯，可以长时间用于水下环境的监测和采样，但是受母船限制，其活动范围有限，并且使用成本高，隐蔽性差。利用海洋调查船能够在时间上和空间上连续监测和采样海洋环境，但是需要消耗大量的物力，人力和财力，作业费用比较昂贵。鉴于以上海洋环境监测和水质数据采集技术手段的限制，还不能实现时间和空间上连续的海洋环境监测。

鉴于当前国际海洋环境污染逐渐加剧的情况，发展一种能够在时间和空间连续的海洋环境监测和数据采集，并且应用费用比较低廉的水下运载器，提高人类了解和保护海洋环境的能力成为一种必然。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种能够在空间和时间上连续监测海洋环境，采集水质数据，依靠净浮力驱动的便携式水下海洋环境监测滑翔机。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种便携式水下海洋环境监测滑翔机，包括外部型线结构，设置在外部型线结构外部的天线，以及设置在外部型线结构内部的重心调节机构、浮力调节机构、电源模块、主控制系统以及深度传感器，其中：

-天线，用于传输采集到的海洋水质数据及接受各种控制命令；

-重心调节机构，用于调节重心，产生下潜上浮运动中相应的姿态角，进而产生向前运动的动力；

-浮力调节机构，用于改变净浮力的大小，产生驱动滑翔机下潜上浮的动力；

-主控制系统，用来生成改变运动状态的命令；

-深度传感器，用于测量滑翔机在海水中深度；

-电源模块，用于对上述各部分的电力分配。

所述外部型线结构包括：艉部整流罩、垂直稳定翼、水平滑翔翼、中间耐压壳体以及艏部整流罩，其中，所述艉部整流罩、中间耐压壳体和艏部整流罩通过紧固件固定连接，所述艏部整流罩开多个有进水孔；所述水平滑翔翼与中间耐压壳体固定连接；所述垂直稳定翼与艉部整流罩固定连接；所述中间耐压壳体通过中间隔板分为艏部舱室、舯部舱室和艉部舱室，其中，所述舯部舱室和艉部舱室通过搭载平台分别分成上下两部分舱室，中间隔板和搭载平台通过丝杆固定连接；所述天线设置在垂直稳定翼的尾侧。

所述水平滑翔翼升力中心位于重心后1～2cm处，并具有10°的后掠角。

所述中间耐压壳体包括圆柱形筒体、首部密封盖和尾部密封盖，其中，所述首部密封盖和尾部密封盖通过紧固件与圆柱形筒体固定连接，并通过密封件密封；所述深度传感器设置在尾部密封盖的内侧上。

所述中间耐压壳体优选为流线型、长径比为6～7的压力筒；所述水平滑翔翼和垂向稳定翼优选为采用的0.4cm的薄板加工而成；所述密封件优选为O型密封圈。

所述艉部整流罩为圆锥台型；所述艏部整流罩为半椭球型。

所述浮心调节机构包括水泵、水泵固定架、水泵控制器、水囊和水囊压力传感器，所述水泵通过水泵固定架固定设置在艏部舱室，并与水泵控制器、电源模块和主控制系统相连接，所述水囊与水囊压力传感器设置在舯部舱室的下舱室，其中：

-水泵，为微型双向水泵，通过电磁阀和软管同艏部整流罩相连接，其正转时向水囊吸水，增加运载器总重量；其反转时排水，减轻运载器总重量；

-水泵控制器，用于控制水泵转动；

-水囊，用于水泵转动时吸水或排水；

-水囊压力传感器，用于当水囊达到一定的压力时直接停止水泵的工作。

所述重心调节机构固定设置在艉部舱室的下舱室并与电源模块和主控制系统相连接，包括步进电机、滚珠丝杆、丝杆固定架、步进电机驱动器、步进电机控制器以及滑动质量块，其中，所述步进电机与丝杆固定架固连；所述丝杆固定架通过固定件与搭载平台固连；所述滑动质量块安装在滚珠丝杆上。重心调节机构改变滑块的位置调节滑翔机的重心，是滑翔机产生下潜上浮运动中相应的姿态角，进而产生向前运动的动力。