一种立式航向稳定可操纵水下拖曳体制造技术

本发明专利技术公开一种立式航向稳定可操纵水下拖曳体。包括鱼雷状浮体、翼型斜撑、固定水平翼、固定垂直翼、固定水平尾翼、固定垂直尾翼、转艏控制器以及主腔体；主腔体为呈立式长流线型外形的壳体结构；两鱼雷状浮体布置在主腔体垂直对称面上方两侧，固定水平翼为对称翼型，水平方向连接两鱼雷状浮体；固定水平翼中部与主腔体之间在垂直方向设置一固定垂直翼，翼型斜撑布置于鱼雷状浮体与主腔体之间，其一端与鱼雷状浮体连接，另一端与主腔体上部连接；固定水平尾翼和固定垂直尾翼设置在主腔体后部；本拖曳体外形简洁，航向稳定性好，自主稳定能力强，姿态控制方便，操纵效率高，可多自由度操纵，控制机构简单，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种立式航向稳定可操纵水下拖曳体
本专利技术涉及一种水下拖曳体，特别是涉及一种立式航向稳定可操纵水下拖曳体，是一种用于水下海水物理化学参数检测装置的拖曳运动载体。
技术介绍
可操纵水下拖曳体是一种应用于水下动态环境监测、水下物理化学参数信息收集的动态探测装置，系统通常由拖曳电缆、包括主腔体在内的水下拖曳体以及姿态控制机构组成，主腔体是可操纵水下拖曳体的主要组成部分。主腔体体内可根据不同的探测要求搭载不同类型的化学或物理参数监测传感器。工作船上的操作人员可以通过拖曳电缆对拖曳体的姿态控制机构发出特定的控制指令来实施对拖曳体的轨迹与姿态操纵。水下拖曳体内的探测传感器工作性质要求拖曳体在其拖曳过程中具有一定的航向稳定性，并且具备灵活的姿态操纵能力。如何按照拖曳体的水下监测要求实现对其进行稳定、简便、多自由度的操纵，是可操纵水下拖曳体能否成功地运用于实际水下监测作业的关键之一。现有的可操纵水下拖曳体中，对于拖曳体的深度和轨迹控制主要是通过改变拖曳电缆缆长或调节拖曳体迫沉水翼的攻角来实现。从外部形式看，不同研究机构或企业所开发的各种类型的拖曳体基本上是仿照航空飞行器的形式，以固定或可调攻角的迫沉水翼加上装载了水下探测仪器的单个柱形主体或扁平状水平翼型主体组成。这类单一柱形主体或扁平状水平翼型主体形式拖曳体的主要缺陷是:拖曳体的摇荡阻尼较小，自主稳定性不足，航向稳定性差，控制手段单一。由此而造成了拖曳体在其拖曳作业过程中难以维持其航向稳定和姿态稳定，不容易实现多自由度、大范围、垂直于拖曳方向运动时的横向水平水下观测。为实现拖曳体能稳定、大范围、多自由度水下作业，现有的水下拖曳体大多参照航空飞行器的控制原理，采用机构庞大的复杂控制机构来满足其水下探测的要求。另一方面，市场上一些商业化轻便的拖曳体则由于控制动作单一、不易保证其姿态稳定、控制自由度少而难以在实际拖曳观测作业中得到满意的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有航向稳定功能、以简单的控制机构和简单的结构形式来实现对拖曳体多自由度操纵的水下拖曳体。本专利技术通过下述技术方案实现:一种立式航向稳定可操纵水下拖曳体包括鱼雷状浮体、翼型斜撑、固定水平翼、固定垂直翼、固定水平尾翼、固定垂直尾翼、转艏控制器以及主腔体；所述主腔体为呈立式长流线型外形的壳体结构，其上表面前端设置有拖曳部件、吊环和缆线孔；两鱼雷状浮体布置在主腔体垂直对称面上方两侧，固定水平翼为对称翼型，水平方向连接两鱼雷状浮体；固定水平翼中部与主腔体之间在垂直方向设置一固定垂直翼，固定垂直翼采用对称翼型；翼型斜撑布置于鱼雷状浮体与主腔体之间，采用对称翼型，其一端与鱼雷状浮体连接，另一端与主腔体上部连接；固定水平尾翼和固定垂直尾翼设置在主腔体后部，均采用对称翼型；转艏控制器包括水密电机和螺旋桨；水密电机与螺旋桨轴向连接；转艏控制器分别设置在两个鱼雷状浮体尾部；固定水平翼的后缘设置有襟翼，襟翼固定轴位于襟翼前缘，固定轴的轴线穿过襟翼的最大厚度处；固定水平翼尾部开有圆柱形凹槽，固定轴嵌入凹槽内，襟翼为对称翼型；襟翼的控制机构包括水密直线电机、推进杆、连杆、油封管和密封圈；推进杆被油封管包裹，油封管设置在固定垂直翼内，推进杆竖向贯穿整个固定垂直翼，油封管中间和两端设有密封圈，推进杆一端与水密直线电机的轴连接，另一端与连杆铰接；连杆还通过短轴与铰接支座连接，铰接支座置在襟翼末端下表面，水密直线电机放置在主腔体内。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述缆线孔上设置有3?8个拖孔，主腔体内部设有仪器舱以及多个隔舱，主腔体下方设置有进出口导管。所述主腔体高度为400?450mm,宽度为180?200mm,长度为1200?1500mm。所述两鱼雷状浮体之间的距离为600mm?700mm，鱼雷状浮体与主腔体上表面的垂直距离为250?300mm，两鱼雷状浮体直径为150?180mm,长度为500?600_。所述固定水平翼两端分别优选设置边板,边板与鱼雷状浮体的内侧直壁直接连接；边板的长度比固定水平翼的弦长大50?60mm，高度比固定水平翼的最大厚度大40?60mm,边板的厚度为3?4_。所述固定垂直翼弦长为200?250mm,最大厚度为35?40mm。所述翼型斜撑的弦长为200?250mm,最大厚度为35?50mm。所述固定水平尾翼翼展为150?180mm,固定垂直尾翼高度为180?200mm。所述襟翼的展长为400?450mm,弦长为70?100mm。所述固定水平翼的展长为600?650mm,弦长为200?250mm，最大厚度为20?35mm。本专利技术主腔体为立式长流线型外形，采用该外形的作用一方面可以便于仪器设备竖直放置或者水平放置；另一方面起到了一种方向稳定舵的作用，以维持拖曳体在作业过程中的姿态与航向稳定。本专利技术浮体采用鱼雷状外形，以减小拖曳体在拖曳过程中受到的水阻力；双体结构使得拖曳体的横稳心半径增大，横摇阻尼增大，从而横向稳定性提高；较之传统的单一柱形主体，其自主稳定能力大大提高。本专利技术固定水平翼采用对称翼型结构，固定连接两鱼雷状浮体，主要提供拖曳体纵倾调节力矩和迫沉力，结构上则起到加强结构稳定性的作用。固定垂直翼连接主腔体及固定水平翼，采用对称翼型结构，并加强结构稳定性。固定垂直尾翼与所述固定水平尾翼均采用对称翼型结构，固定水平尾翼两侧还设有边板，对于调节拖曳体的姿态和保持其拖曳方向稳定性具有重要作用。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:(I)方向稳定性强。拖曳体主体采用立式长流线型外形设计，这样的设计使拖曳体主体本身具备了方向稳定舵的功能，它可以使拖曳体在其拖曳过程中比较容易维持其方向稳定性，采用这一结构形式达到了提高了拖曳体内传感器在主拖曳方向上的探测质量的目的。(2)自主稳定性好。本专利技术所述可操纵水下拖曳体的两鱼雷状浮体布置在流线型拖曳体主体上方,两鱼雷状浮体为拖曳体提供主要浮力，使得整个水下拖曳体的浮心位置较高；鱼雷状浮体与主腔体之间的翼型斜撑在拖曳体产生横摇时也能提供一定的回复力矩，增大拖曳体的横摇阻尼；主腔体布置在下方，采用立式长流线型外形主体设计，其横向尺寸较小，垂向尺寸较大，内部可竖直放置仪器设备，也可将电源、监测仪器装置等重量较大的设备水平放置于底部，这样的布置设计有利于降低整个拖曳体的重心高度，使拖曳体初稳性高增大，以产生较大的回复力矩。因此，采用此种结构布置形式，能使所述水下拖曳体具有较大的横、纵摇阻尼，使得拖曳体在作业过程中具有良好的自主稳定能力。(3)控制方式简单。本专利技术所述控制机构包括三个驱动器，分别为两个控制拖曳体转艏与横荡运动的转艏控制器以及控制襟翼偏转的襟翼控制机构，便可实现所述水下拖曳体的深沉与转艏及横荡等水平方向的运动。(4)操纵效率高。本专利技术所述拖曳体主体采用立式长流线型外形设计，所述转艏控制器只需提供一个水平转向的诱导力矩，作用于所述拖曳体主体上，使所述拖曳体产生一个艏向变化角，立式长流线型主体便能产生横向升力，促使拖曳体水平转向，从而实现所述水下拖曳体水平方向的运动；固定水平翼与翼型斜撑均采用翼型结构，所述襟翼转动一定角度，使固定水平翼产生升力的变化，为拖曳体纵倾提供诱导力矩，使拖曳体产生纵倾角，一旦产生纵倾角，依靠固定水平翼与翼型斜撑提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立式航向稳定可操纵水下拖曳体，其特征在于：包括鱼雷状浮体、翼型斜撑、固定水平翼、固定垂直翼、固定水平尾翼、固定垂直尾翼、转艏控制器以及主腔体；所述主腔体为呈立式长流线型外形的壳体结构，其上表面前端设置有拖曳部件、吊环和缆线孔；两鱼雷状浮体布置在主腔体垂直对称面上方两侧，固定水平翼为对称翼型，水平方向连接两鱼雷状浮体；固定水平翼中部与主腔体之间在垂直方向设置一固定垂直翼，固定垂直翼采用对称翼型；翼型斜撑布置于鱼雷状浮体与主腔体之间，采用对称翼型，其一端与鱼雷状浮体连接，另一端与主腔体上部连接；固定水平尾翼和固定垂直尾翼设置在主腔体后部，均采用对称翼型；转艏控制器包括水密电机和螺旋桨；水密电机与螺旋桨轴向连接；转艏控制器分别设置在两个鱼雷状浮体尾部；固定水平翼的后缘设置有襟翼，襟翼固定轴位于襟翼前缘，固定轴的轴线穿过襟翼的最大厚度处；固定水平翼尾部开有圆柱形凹槽，固定轴嵌入凹槽内，襟翼为对称翼型；襟翼的控制机构包括水密直线电机、推进杆、连杆、油封管和密封圈；推进杆被油封管包裹，油封管设置在固定垂直翼内，推进杆竖向贯穿整个固定垂直翼，油封管中间和两端设有密封圈，推进杆一端与水密直线电机的轴连接，另一端与连杆铰接；连杆还通过短轴与铰接支座连接，铰接支座置在襟翼末端下表面，水密直线电机放置在主腔体内。...

【技术特征摘要】
1.一种立式航向稳定可操纵水下拖曳体，其特征在于:包括鱼雷状浮体、翼型斜撑、固定水平翼、固定垂直翼、固定水平尾翼、固定垂直尾翼、转艏控制器以及主腔体；所述主腔体为呈立式长流线型外形的壳体结构，其上表面前端设置有拖曳部件、吊环和缆线孔； 两鱼雷状浮体布置在主腔体垂直对称面上方两侧，固定水平翼为对称翼型，水平方向连接两鱼雷状浮体；固定水平翼中部与主腔体之间在垂直方向设置一固定垂直翼，固定垂直翼采用对称翼型；翼型斜撑布置于鱼雷状浮体与主腔体之间，采用对称翼型，其一端与鱼雷状浮体连接，另一端与主腔体上部连接；固定水平尾翼和固定垂直尾翼设置在主腔体后部，均采用对称翼型；转艏控制器包括水密电机和螺旋桨；水密电机与螺旋桨轴向连接；转艏控制器分别设置在两个鱼雷状浮体尾部； 固定水平翼的后缘设置有襟翼，襟翼固定轴位于襟翼前缘，固定轴的轴线穿过襟翼的最大厚度处；固定水平翼尾部开有圆柱形凹槽，固定轴嵌入凹槽内，襟翼为对称翼型； 襟翼的控制机构包括水密直线电机、推进杆、连杆、油封管和密封圈；推进杆被油封管包裹，油封管设置在固定垂直翼内，推进杆竖向贯穿整个固定垂直翼，油封管中间和两端设有密封圈，推进杆一端与水密直线电机的轴连接，另一端与连杆铰接；连杆还通过短轴与铰接支座连接，铰接支座置在襟翼末端下表面，水密直线电机放置在主腔体内。2.根据权利要求1所述立式航向稳定可操纵水下拖曳体，其特征在于:所述缆线孔上设置有3?8个拖孔，主腔体内部设有仪器舱以及多个隔舱，主腔体下方设置有进出口导管。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家鸣，陈健，陈知霖，黄志科，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州市番禺灵山造船厂有限公司，
类型：发明
国别省市：