一种基于喷气转向的无人水下航行器及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于喷气转向的无人水下航行器；在航行器外壳内设置喷气系统、控制系统、浮力控制系统和电源模块；喷气系统包括带充气口的储气罐，该储气罐通过输气管路贯穿航行器外壳后，在航行器外壳表面形成提供航行器转向动力的喷嘴；所述的浮力控制系统包括带进水管的水仓，该进水管贯穿航行器外壳后，形成水仓和航行器壳体外部之间的水流通道；所述的控制系统包括控制喷射气体流量的气阀、控制水流进出的水阀、获取航行器运行数据的传感器组以及控制主板；所述的喷嘴上设置气阀，所述的进水管设置水阀，所述的传感器组、气阀和水阀均与控制主板信号连接；所述传感器组、气阀、水阀以及控制主板均与电源模块电连接。

【技术实现步骤摘要】
一种基于喷气转向的无人水下航行器及方法
本专利技术涉及一种无人水下航行器，特别涉及采用喷气转向的无人水下航行器。
技术介绍
随着技术的发展，人类对海洋探索方法不断进步，无人水下航行器作为一种探索海洋的有利工具，在军事和民用上都起到了重要作用。在复杂的深海环境中，存在干扰和不确定因素，这就要求无人水下航行器有较强抗干扰能力。当遇到海水波动或洋流干扰时，无人水下航行器通过传感器检测自身姿态变化并及时作出调整来消除干扰，保证其按照预定轨迹行驶；当干扰较大时，虽然无人水下航行器能够借助先进的控制系统进行调整，但是受到常规动力系统驱动能力的限制，不能够及时调整，这极大地降低了航行器的作业效率。目前，无人水下航行器大多使用舵桨驱动或者多推进器驱动，少数航行器采用喷水驱动。对于舵桨驱动的水下航行器，舵叶的控制能力跟航行器的行进速度有关，在低航速时转向灵敏度较低，不能快速变向；全螺旋桨驱动的水下航行器，需要的推进器数量多功耗大，对控制系统要求高；喷水驱动由于受抽水泵功率的限制，喷水所产生的推力有限，而且采用喷水推进的水下航行器由于水流通过航行器结构内部，难以控制其平衡。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种结构简单的基于喷气转向的无人水下航行器及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种一种基于喷气转向的无人水下航行器；在航行器外壳内设置喷气系统、控制系统、浮力控制系统和电源模块；喷气系统包括带充气口的储气罐，该储气罐通过输气管路贯穿航行器外壳后，在航行器外壳表面形成提供航行器转向动力的喷嘴；所述的浮力控制系统包括带进水管的水仓，该进水管贯穿航行器外壳后，形成水仓和航行器壳体外部之间的水流通道；所述的控制系统包括控制喷射气体流量的气阀、控制水流进出的水阀、获取航行器运行数据的传感器组以及控制主板；所述的喷嘴上设置气阀，所述的进水管设置水阀，所述的传感器组、气阀和水阀均与控制主板信号连接；所述传感器组、气阀、水阀以及控制主板均与电源模块电连接。作为对本专利技术所述的基于喷气转向的无人水下航行器的改进：所述航行器的尾端设置有提供驱动动力的推进器和尾喷管Ⅰ、尾喷管Ⅱ；该推进器为正反转推进器；所述推进器与控制主板信号连接，与电源模块电连接；所述尾喷管Ⅰ和尾喷管Ⅱ分别在航行器尾端的两侧从头到尾的轴向设置；；所述尾喷管Ⅰ和尾喷管Ⅱ分别通过输气管路与储气罐相连通；所述尾喷管Ⅰ和尾喷管Ⅱ上分别设置有尾喷管阀Ⅰ和尾喷管阀Ⅱ；所述尾喷管阀Ⅰ和尾喷管阀Ⅱ分别与控制主板信号连接，与电源模块电连接。作为对本专利技术所述的基于喷气转向的无人水下航行器的进一步改进：所述充气口贯穿航行器外壳；所述充气口上设置有由单向阀和过滤器组成的充气口控制机构。作为对本专利技术所述的基于喷气转向的无人水下航行器的进一步改进：所述航行器外壳的前端为透光材料加工制作的半球形；所述航行器外壳的其余部分为耐腐抗压合金材料加工制作的圆柱形；所述喷嘴分别位于圆柱形外壳前侧的上、下、左、右侧壁。作为对本专利技术所述的基于喷气转向的无人水下航行器的进一步改进：所述传感器组包括九轴传感器、水仓水位传感器、储气罐压力传感器、深度传感器以及湿度传感器；所述水仓水位传感器位于水仓内；所述储气罐压力传感器位于储气罐内；所述深度传感器位于航行器壳体外表面；所述九轴传感器和湿度传感器均位于航行器外壳内；所述九轴传感器、水仓水位传感器、储气罐压力传感器、深度传感器以及湿度传感器均通过信号处理模块与控制主板信号连接；所述九轴传感器、水仓水位传感器、储气罐压力传感器、深度传感器以及湿度传感器均与电源模块电连接。作为对本专利技术所述的基于喷气转向的无人水下航行器的进一步改进：所述控制主板通过转接板设置有模组化接口，所述模组化接口上外接通信模块、光学模块或者声学模块。作为对本专利技术所述的基于喷气转向的无人水下航行器的进一步改进：所述的尾喷管阀Ⅰ、尾喷管阀Ⅱ、气阀和水阀均为二位二通比例电磁阀。一种基于喷气系统控制水下航行器的方法：通过储气罐从喷嘴或者尾喷管Ⅰ和尾喷管Ⅱ喷射气流形成转向的动力；通过控制主板控制气阀喷射的气体流量，实现喷嘴的定量气体喷射，进而在喷嘴处形成反冲作用力，驱动该航行器进行相应的转向；所述储气罐内的气体喷射后造成的航行器整体质量下降，再通过航行器内的水仓进水使得航行器的重力和浮力保持平衡。作为对本专利技术所述的基于喷气系统控制水下航行器的方法的改进：向左转向步骤如下：控制主板通过控制右气阀完成对右喷嘴喷射的气体流量的控制，右喷嘴处的反冲作用力驱动航行器左转；向右转向步骤如下：控制主板通过控制左气阀完成对左喷嘴喷射的气体流量的控制，左喷嘴处的反冲作用力驱动航行器右转；向上转向步骤如下：控制主板通过控制下气阀完成对下喷嘴喷射的气体流量的控制，下喷嘴处的反冲作用力驱动航行器向上转向；向下转向步骤如下：控制主板通过控制上气阀完成对上喷嘴喷射的气体流量的控制，上喷嘴处的反冲作用力驱动航行器向下转向。作为对本专利技术所述的基于喷气系统控制水下航行器的方法的进一步改进：向左转向步骤如下：控制主板通过控制尾喷管阀Ⅰ完成对尾喷管Ⅰ的气体流量的控制，再通过尾喷管阀Ⅱ完成对尾喷管Ⅱ的体流量的控制；通过控制位于右侧的尾喷管Ⅱ喷射比位于左侧的尾喷管Ⅰ更大的气体流量完成航行器向左转向；向右转向步骤如下：控制主板通过控制尾喷管阀Ⅰ完成对尾喷管Ⅰ的气体流量的控制，再通过尾喷管阀Ⅱ完成对尾喷管Ⅱ的体流量的控制；通过控制位于左侧的尾喷管Ⅰ喷射比位于右侧的尾喷管Ⅱ更大的气体流量完成航行器向右转向。相比现在的舵桨驱动、多推进器驱动、喷水驱动，本专利技术采用喷气和推进器混合驱动，其续航能力强、变向灵敏。尾部采用可正反转动的导管螺旋桨推进器，保证了无人水下航行器低速行驶的续航能力；为了提高航行器前进方向上的加速能力，尾部安装了尾喷管，在需要快速提速的情况下，让螺旋桨推进器以最高转速推进，同时让尾喷管喷气；航行器的变向采用喷气方反冲案，通过改变气流的大小能控制变向的速度。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1是本专利技术的外形示意图；图2是本专利技术外形的主视结构示意图；图3是本专利技术外形的俯视结构示意图；图4是本专利技术外形的左视结构示意图；图5是喷气系统结构示意图；图6是喷气系统气动回路图；图7是浮力控制系统结构示意图；图8是浮力控制系统回路图；图9是控制系统示意图。具体实施方式实施例1、图1～图9给出了一种基于喷气转向的无人水下航行器及控制方法。该基于喷气转向的无人水下航行器的航行器外壳前端为可减少前进阻力的半球形，并采用透光材料加工制作；而外壳的其他部分采用圆柱形的构造，可减少转向时的阻力，并采用耐腐抗压合金材料加工制作。航行器内有两套动力系统，其中之一的动力系统由喷气系统构成，如图5、图6所示，该喷气系统的核心为用来存储压缩气体的储气罐102，该储气罐102上设置有充气口2，压缩气体通过充气口2进入储气罐102；在充气口2和储气罐102之间的管道上设置单向阀和过滤器组成的充气口控制机构101，通过单向阀阻止储气罐102内的气体泄漏，并相应地阻止航行器外部的水通过压力作用进入储气罐102；而过滤器能够过滤气体，确保进入储气罐102的气体清洁。由于在水底下，航行器需要实现360°转向，所以在圆柱形外壳前侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于喷气转向的无人水下航行器；其特征是：在航行器外壳内设置喷气系统、控制系统、浮力控制系统和电源模块；喷气系统包括带充气口的储气罐，该储气罐通过输气管路贯穿航行器外壳后，在航行器外壳表面形成提供航行器转向动力的喷嘴；所述的浮力控制系统包括带进水管的水仓，该进水管贯穿航行器外壳后，形成水仓和航行器壳体外部之间的水流通道；所述的控制系统包括控制喷射气体流量的气阀、控制水流进出的水阀、获取航行器运行数据的传感器组以及控制主板；所述的喷嘴上设置气阀，所述的进水管设置水阀，所述的传感器组、气阀和水阀均与控制主板信号连接；所述传感器组、气阀、水阀以及控制主板均与电源模块电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于喷气转向的无人水下航行器；其特征是：在航行器外壳内设置喷气系统、控制系统、浮力控制系统和电源模块；喷气系统包括带充气口的储气罐，该储气罐通过输气管路贯穿航行器外壳后，在航行器外壳表面形成提供航行器转向动力的喷嘴；所述的浮力控制系统包括带进水管的水仓，该进水管贯穿航行器外壳后，形成水仓和航行器壳体外部之间的水流通道；所述浮力控制系统确保所述航行器的重力和浮力平衡；所述的控制系统包括控制喷射气体流量的气阀、控制水流进出的水阀、获取航行器运行数据的传感器组以及控制主板；所述的喷嘴上设置气阀，所述的进水管设置水阀，所述的传感器组、气阀和水阀均与控制主板信号连接；所述传感器组、气阀、水阀以及控制主板均与电源模块电连接。2.根据权利要求1所述的基于喷气转向的无人水下航行器，其特征是：所述航行器的尾端设置有提供驱动动力的推进器和尾喷管Ⅰ、尾喷管Ⅱ；该推进器为正反转推进器；所述推进器与控制主板信号连接，与电源模块电连接；所述尾喷管Ⅰ和尾喷管Ⅱ分别在航行器尾端的两侧从头到尾的轴向设置；所述尾喷管Ⅰ和尾喷管Ⅱ分别通过输气管路与储气罐相连通；所述尾喷管Ⅰ和尾喷管Ⅱ上分别设置有尾喷管阀Ⅰ和尾喷管阀Ⅱ；所述尾喷管阀Ⅰ和尾喷管阀Ⅱ分别与控制主板信号连接，与电源模块电连接。3.根据权利要求2所述的基于喷气转向的无人水下航行器，其特征是：所述充气口贯穿航行器外壳；所述充气口上设置有由单向阀和过滤器组成的充气口控制机构。4.根据权利要求3所述的基于喷气转向的无人水下航行器，其特征是：所述航行器外壳的前端为透光材料加工制作的半球形；所述航行器外壳的其余部分为耐腐抗压合金材料加工制作的圆柱形；所述喷嘴分别位于圆柱形外壳前侧的上、下、左、右侧壁。5.根据权利要求4所述的基于喷气转向的无人水下航行器，其特征是：所述传感器组包括九轴传感器、水仓水位传感器、储气罐压力传感器、深度传感器以及湿度传感器；所述水仓水位传感器位于水仓内；所述储气罐压力传感器位于储气罐内；所述深度传感器位于航行器壳体外表面；所述九轴传感器和湿度传感器均位于航行器外壳内；所述九轴传感器、水仓水位传感器、储气罐压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建中，谢凯源，卢石松，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33