一种拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器，包括主腔体、两个固定三角水平翼、两个固定垂直翼、两个斜翼支撑、两个鱼雷状浮体、两个推进器、尾翼和重心调节机构；其中重心调节机构在主腔体中轴向设置，其两块底座分别设置在主腔体前后两端，轴的下端通过轴承与底座连接，轴的上端与传动轮连接，两个传动轮通过传动带连接；底座中的一个轴上设有正交齿轮，正交齿轮还分别与步进电机和制动器连接；装载车上端与传动带连接，装载车的底部设有万向轮，万向轮与轨道板活动连接，装载车设有重心调节用的铁块。本实用新型专利技术可以充分利用主腔体长度空间，通过铁块在主腔体轴向快速移动，实现对水下航行器的升降快速控制。

A towed self-propelled multi degree of freedom underwater vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器
本技术涉及一种无人水下航行器，特别是涉及一种拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器，是一种搭载水下探测设备的兼具自航、拖曳功能的无人水下航行器。
技术介绍
水下探测设备主要分为无人水下航行器和载人水下航行器。无人水下航行器有依据操控方式可分为三种：遥控式、自主航行式和拖曳式。随着对海洋资源利用的需求不断增长，水下航行器被广泛应用在了海洋资源的勘探中，同时随着对海洋环境的科学考察需要，水下航行器还被应用在了海底地形、海底水文、海洋生物等方面的探测和监测中，此外，水下航行器在军事方面也有着丰富的应用，例如反潜作战、沉船搜索等。水下拖曳系统由水下航行器、拖缆、拖船以及各种探测所需仪器组成。而水下航行器是各种探测所需仪器以及自身控制仪器的搭载平台。其中，拖曳式水下航行器是海洋拖曳系统的一个重要组成部分，而自主航行式水下航行器也是进行水下科学考察活动的有利工具。而兼具拖曳和自航功能的水下航行器，不仅能够实现拖曳式水下航行器的进行大范围的搜索的功能，同时也能利用自航功能，对某一固定海域的精准探测。而作为水下拖曳系统重要组成部分的水下航行器，其是否具有良好的稳定性和可操纵性是评估其性能优劣的重要指标。依据现有的研究结果，对水下航行器的有效控制主要可分为两种：一是拖缆，二是水翼。而在这两种方式中，依靠对拖缆进行控制，从而实现对水下航行器的姿态、航向操纵一般只能实现大尺度的操纵，比较粗略，无法实现点对点的精确控制。而利用水翼对水下航行器进行操纵，则更加精准，通过改变迫沉水翼的攻角或等效攻角，可实现对水下航行器精确地姿态调整以及航向控制。在水下航行器外形方面，依据其使用目的和方式，可分为框架型、鱼型、流线型等，其中，流线型为目前最主要采用的设计。而框架型由于其水动力性能较差，即阻力较大，稳定性较低，一般应用于低速拖曳中。而鱼型由于其加工难度较大，限制了其广泛应用。综上所述，海洋环境的干扰、水面拖船、拖缆、拖体和拖体内部设备共同构成了一个复杂的动态响应系统，而使拖体自身具有良好的稳定性，以及实现在拖曳过程中对拖体的精确、灵活、便捷的控制成为了研究拖曳系统的关键。同时若能使得拖体兼具自主航行功能，更是能使得水下航行器在海洋探测、资源勘探、军事运用等方面的应用更加完善。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种适应性高，可快速的实现对航行器的姿态以及航向控制的拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器。本技术目的通过下述技术方案实现：一种拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器，主要包括主腔体、两个固定三角水平翼、两个固定垂直翼、两个斜翼支撑、两个鱼雷状浮体、两个推进器、尾翼和重心调节机构；两个固定三角水平翼对称设置在主腔体前部两侧，两个鱼雷状浮体分别位于两个固定三角水平翼下端，每个鱼雷状浮体通过固定垂直翼和斜翼支撑分别与固定三角水平翼和主腔体连接；两个鱼雷状浮体后部装有螺旋桨推进器；所述的重心调节机构在主腔体中轴向设置，重心调节机构主要包括轨道板、步进电机、正交齿轮、轴承、轴、底座、制动器、装载车、传动轮、传动带；所述的底座为两块，分别设置主腔体前后两端，轴的下端通过轴承与底座连接，轴的上端与传动轮连接，两个传动轮通过传动带连接；底座中的一个轴上设有正交齿轮，正交齿轮还分别与步进电机和制动器连接；装载车上端与传动带连接，装载车的底部设有万向轮，万向轮与轨道板活动连接，轨道板设置在两块底座之间，装载车设有重心调节用铁块。为进一步实现本技术的目的，优选地，所述的装载车包括第一板材、弹簧安装板、杆件、第一弹簧、万向轮和永磁铁；第一板材有五块，包括一块底部设置的第一板材和分别与底部第一板材四周连接的四块第一板材，五块第一板材组成上端开口的框结构，框结构内放置重心调节用铁块，每块四周设置的第一板材上都设有永磁铁；连接杆件有8根，每根杆件一端与一块第一板材连接，另一端与第一弹簧连接，第一弹簧与弹簧安装板连接，弹簧安装板固定设置在底部设置的第一板材边缘处，万向轮设置在底部设置的第一板材下端。优选地，所述的每块四周设置的第一板材上设有两根连接杆件。优选地，所述的装载车上端与传动带连接是通过四周设置的第一板材中一块与传动带连接实现。优选地，所述的两块底座的间距为600-800mm，传动轮22的直径优选为120-150mm；万向轮采用2寸小型脚轮。优选地，所述的制动器主要包括电磁铁、第二板材、第三板材以及第二弹簧；底座上设有凹槽，第三板材活动设置在凹槽中，第三板材与正交齿轮活动连接，第二板材垂直设置凹槽上端，第二板材和第三板材固接，第二弹簧设置在凹槽里，一端与第二板材连接，另一端固定在凹槽端部；电磁铁与第二板材相对间隔设置。优选地，所述的第二板材和第三板材的材料为钢材；第二弹簧的弹簧丝直径为0.4mm-0.5mm，螺距为1mm-1.2mm，圈数为16-20。优选地，所述的凹槽的深度为10mm。优选地，所述的主腔体为鱼雷状，主腔体上表面中部前端设置有拖曳部件和吊环。优选地，所述的固定三角水平翼的尾部与主腔体末端距离为120-150mm；所述的固定垂直翼的尾部与主腔体的末端距离为550-560mm，固定垂直翼的与固定三角水平翼最外端距离为300-350mm；固定垂直翼的另一端与鱼雷状浮体焊接，固定垂直翼的尾部与鱼雷状浮体的末端距离为130-150mm。本技术固定三角水平翼鳐鱼型本技术与现有技术相比，具有以下优点与有益效果：(1)对水下航行器的升降实现快速控制。本技术利用正交齿轮、传动带和万向轮直接使铁块传动，通过万向轮在轨道板上移动，滑动摩擦变为滚动，铁块移动更加快速，由于轨道板在主腔体中轴向设置，可以充分利用主腔体长度空间，通过铁块在主腔体轴向快速移动，实现对水下航行器的升降快速控制。(2)适应性高，使用范围广。本技术的重心调节机构采用带有弹簧的装载车可以装载不同大小的铁块，从而使调节机构调节不同重量的铁块，以适应多种航速、多种载重状态、多种拖曳深度的航行状态，扩大了航行器的使用范围，提高了其适应性。两个鱼雷状浮体的艉部装有螺旋桨推进器既可以作为转艏控制器，也可以作为推进器，提供推力以帮助水下航行器实现自航，使得水下航行器从拖曳式转为自主航行式，从而完成从大范围广泛探测到小范围精准探测的使用方式的转变。(3)操纵结构简单。本技术只需控制3个电机的转动，即重心移动的步进电机、螺旋桨推进器的两个水密电机，就可以实现多自由度的操纵。具体地，步进电机转动通过传动带传动铁块移动，改变航行器的重心，使整个航行器艏倾或者艉倾，使固定水平攻角发生变化，产生升力和迫沉力，实现整个航行器升沉运动；左右两个水密电机带动螺旋桨转动，同时控制两个螺旋桨不同的转速或转速，使螺旋桨产生不同大小或方向的推力，使整个航行器产生转艏，改变两个固定垂直翼的攻角，产生向左和向右的力，实现整个航行器的转艏运动。(4)自身稳定性高。对于水下航行器来说，保证自身运动稳定性是关键。本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器，主要包括主腔体、两个固定三角水平翼、两个固定垂直翼、两个斜翼支撑、两个鱼雷状浮体、两个推进器、尾翼和重心调节机构；两个固定三角水平翼对称设置在主腔体前部两侧，两个鱼雷状浮体分别位于两个固定三角水平翼下端，每个鱼雷状浮体通过固定垂直翼和斜翼支撑分别与固定三角水平翼和主腔体连接；两个鱼雷状浮体后部装有螺旋桨推进器；/n其特征在于，所述的重心调节机构在主腔体中轴向设置，重心调节机构主要包括轨道板、步进电机、正交齿轮、轴承、轴、底座、制动器、装载车、传动轮、传动带；所述的底座为两块，分别设置在主腔体前后两端，轴的下端通过轴承与底座连接，轴的上端与传动轮连接，两个传动轮通过传动带连接；底座中的一个轴上设有正交齿轮，正交齿轮还分别与步进电机和制动器连接；装载车上端与传动带连接，装载车的底部设有万向轮，万向轮与轨道板活动连接，轨道板设置在两块底座之间，装载车设有重心调节用的铁块。/n

【技术特征摘要】
1.一种拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器，主要包括主腔体、两个固定三角水平翼、两个固定垂直翼、两个斜翼支撑、两个鱼雷状浮体、两个推进器、尾翼和重心调节机构；两个固定三角水平翼对称设置在主腔体前部两侧，两个鱼雷状浮体分别位于两个固定三角水平翼下端，每个鱼雷状浮体通过固定垂直翼和斜翼支撑分别与固定三角水平翼和主腔体连接；两个鱼雷状浮体后部装有螺旋桨推进器；
其特征在于，所述的重心调节机构在主腔体中轴向设置，重心调节机构主要包括轨道板、步进电机、正交齿轮、轴承、轴、底座、制动器、装载车、传动轮、传动带；所述的底座为两块，分别设置在主腔体前后两端，轴的下端通过轴承与底座连接，轴的上端与传动轮连接，两个传动轮通过传动带连接；底座中的一个轴上设有正交齿轮，正交齿轮还分别与步进电机和制动器连接；装载车上端与传动带连接，装载车的底部设有万向轮，万向轮与轨道板活动连接，轨道板设置在两块底座之间，装载车设有重心调节用的铁块。


2.根据权利要求1所述的拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器，其特征在于，所述的装载车包括第一板材、弹簧安装板、杆件、第一弹簧、万向轮和永磁铁；第一板材有五块，包括一块底部设置的第一板材和分别与底部第一板材四周连接的四块第一板材，五块第一板材组成上端开口的框结构，框结构内放置重心调节用铁块，每块四周设置的第一板材上都设有永磁铁；连接杆件有8根，每根杆件一端与一块第一板材连接，另一端与第一弹簧连接，第一弹簧与弹簧安装板连接，弹簧安装板固定设置在底部设置的第一板材边缘处，万向轮设置在底部设置的第一板材下端。


3.根据权利要求2所述的拖曳自航两用多自由度操纵水下航行器，其特征在于，所述的每块四周设置的第一板材上设有两根连接杆件。


4.根据权利要求2所述的拖曳自航两用多自由度...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家鸣，侯晓琨，戴鹏，杨济宁，马承华，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州市顺海造船有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44