便携式水下海洋环境监测滑翔机制造技术

本发明专利技术公开了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。外部型线结构采用的是流线型外壳；滑翔机翼和垂直尾翼采用的是经过简单处理的透明薄板：滑翔机翼对称布置在重心后约1～2cm处，并具有10°的后掠角；垂直尾翼对称布置在尾部，并同滑翔机翼垂直。重心调节机构布置在水下滑翔机艏部，降低监测系统姿态改变时的调节时间，降低水下滑翔机的控制成本，增大航程。本发明专利技术能够大范围，长时间对海洋环境进行监测；制造和应用成本都非常低，在海洋环境监测方面具有非常广泛的用处。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海洋环境监测
，具体是一种便携式水下海洋环境监测滑翔机。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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；所述垂直稳定翼与舰部整流罩固定连接；所述中间耐压壳体通过中间隔板分为腊部舱室、肿部舱室和艉部舱室，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I 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O. 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。所述电源模块固定设置在舯部舱室的上舱室，包括锂电池以及用于电力分配的电源分配板。所述主控制系统设置在艉部舱室的上舱室，在包括微型计算机、GPS定位模块、主控制电路板以及传感器组件，所述传感器组件与主控制电路板相连接，所述主控制电路板与微型计算机相连接，其中-微型计算机，固连在固定在搭载平台上的主控制电路板上，用于存储及处理传感器组件获得的数据，生成控制信号；-GPS定位模块，固定设置在艉部舱室的上舱室，用于在滑翔机露出水面时定位运载器的位置；-传感器组件，包括三轴加速度传感器、三轴角加速度传感器以及姿态传感器，用于测量滑翔机在水下的运动姿态和运动情况，进而控制滑翔机的运动。本专利技术具有的实质性优点本专利技术本专利技术利用静浮力驱动的水下滑翔机，其续航能力高，活动范围广，简单可靠，能够实现低成本，大范围，长时间的对指定区域进行海洋环境进行监测和数据采集。具体来说，主要具有以下优点本专利技术不携带外部驱动设备，依靠净浮力驱动，外部为流体性能比较优异的流线外壳，流体阻力比较小，总的功耗比较低，续航力比较久，活动范围比较广。相比于其他海洋环境监测和采样手段，本专利技术加工成本和作业成本低廉，作业操作方面，易于大量加工制造，能够广泛应用于海洋环境监测领域。本专利技术的显著特点是采用保持浮力不变，改变整体重量的方法生成驱动运载器的驱动力，这样的设计能够很大程度上减小水压力对驱动力产生的影响，增强运载器的易控性。同时，本专利技术将浮力调节机构的水囊放置在艏部，有利于降低水下滑翔机姿态改变时系统地调节时间，增强系统稳定性，进而减小控制能耗，增强续航力。本专利技术是一种将传统的浮标，潜标和AUV技术融合在一起新型技术，实现了可控制，移动式，长时间监测和采集海洋水质数据的目的，具有很强的机动性和可控性。附图说明图I为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术俯视图； 图3为本专利技术稳定滑翔示意图；图中，I为艉部整流罩，2为垂直稳定翼，3为水平滑翔翼，4为中间耐压壳体，5为艏部整流罩，6为浮力调节机构，7为重心调节机构，8为电源模块，9为主控制系统，10为深度传感器，11为天线，12为传感器组件,13为圆柱形筒体,14为首部密封盖,15为尾部密封盖，16为紧固件，17为密封件，18为水泵，19为水泵固定架，20为水泵控制器，21为水囊，22为水囊压力传感器，23为步进电机，24为滚珠丝杆，25为丝杆固定架，26为步进电机驱动器，27为步进电机控制器，28为滑动质量块，29为搭载平台，30为锂电池，31为电源分配板，32为微型计算机，33为GPS定位模块，34为三轴加速度传感器，35为三轴角加速度传感器，36为姿态传感器。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图I和2所示，本实施例包括外部型线结构，设置在外部型线结构外部的天线11，以及设置在外部型线结构内部的重心调节机构7、浮力调节机构6、电源模块8、主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式水下海洋环境监测滑翔机，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶效伟，付斌，刘纯虎，曹俊亮，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：