一种长航程水下滑翔机的制作方法

本发明属于水下滑翔机领域，具体地说是一种长航程水下滑翔机。

背景技术：

近十几年来，水下滑翔机的应用越来越广泛，在海洋科学研究与海洋业务观测等领域逐步发挥出不可替代的作用。然而，国内现有水下滑翔机普遍续航力不足，导致无法完成长时间的观测任务；同时需要增加水下滑翔机回收及再次布放的人力及费用，严重制约了我国海洋科学和相关海洋业务的发展。以水下滑翔机观测海洋中尺度涡现象为例，寿命较长的涡旋存活时间可以达到170天以上；而国产水下滑翔机续航能力普遍不能达到半年时间，无法获取中尺度涡生成、延续、分裂、汇合、消散的整个演化过程数据。所以国内海洋研究机构与海洋业务单位对长续航能力水下滑翔机的需求非常迫切。

技术实现要素：

为了解决海洋现象长时间观测问题，本发明的目的在于提供一种长航程水下滑翔机。该长航程水下滑翔机具有长续航力，同时可以搭载更多类型的传感器，拓展更多的应用场景。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括依次密封连接的艏部舱段、姿态调节舱段、传感器舱段、能源舱段、浮力调节舱段及艉部舱段，其中能源舱段的两侧对称安装有水平翼，所述姿态调节舱段内安装有改变水下滑翔机俯仰角的俯仰调节装置，该俯仰调节装置中的电池组位于所述水下滑翔机浮心前侧，所述能源舱段中搭载有用于提升水下滑翔机续航能力的电池，所述浮力调节舱段内分别安装有控制单元及用于实现水下滑翔机升沉运动的浮力调节装置，该浮力调节装置位于水下滑翔机浮心后侧，所述艉部舱段的艉部端盖一侧与浮力调节舱段连接，另一侧分别安装有转向装置及抛载装置，水下滑翔机通过该抛载装置抛弃重物后浮出水面，所述转向装置中的舵外置于水下滑翔机的艉部，通过该转向装置调整水下滑翔机的航向，组合天线通过艉部支撑架安装于艉部端盖上，实现所述水下滑翔机的定位与通信；所述控制单元分别与俯仰调节装置中的动力源、电池、浮力调节装置中的动力源、转向装置中的动力源、抛载装置中的动力源及组合天线连接。

其中：所述艏部舱段包括艏部舱壳、艏部拉杆及锁紧螺母，该艏部舱壳通过艏部拉杆固定在艏部连接环的一侧，并通过所述锁紧螺母锁紧，所述艏部连接环的另一侧与姿态调节舱段的姿态调节舱壳连接，所述艏部舱壳与艏部连接环之间以及姿态调节舱壳与艏部连接环之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。

所述艏部舱段内安装有用于水下避障的高度计，该高度计与所述控制单元连接。

所述姿态调节舱段具有姿态调节舱壳，该姿态调节舱壳的前后两侧分别设有与艏部舱段连接的艏部连接环及与传感器舱段连接的姿态连接环，所述艏部连接环、姿态调节舱壳及姿态连接环之间通过俯仰调节装置中的方管轴连接并拉紧，该方管轴的轴向中心线与所述水下滑翔机的轴向中心线共线，通过所述俯仰调节装置中的电池组在方管轴上的位置改变水下滑翔机的俯仰角。

所述姿态调节舱壳与艏部连接环之间以及姿态调节舱壳与姿态连接环之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。

所述传感器舱段包括传感器舱壳及传感器拉杆，该传感器舱壳的前侧设有与所述姿态调节舱段连接的姿态连接环；所述能源舱段包括能源舱壳及能源舱拉杆，该能源舱壳的后侧设有与所述浮力调节舱段连接的浮力调节连接环；所述姿态连接环、传感器舱壳及能源舱壳之间通过传感器舱拉杆相连，该能源舱壳通过能源舱拉杆安装于所述浮力调节连接环上；所述传感器舱壳内安装有用于采集海洋数据的传感器，所述电池固定在浮力调节连接环上。

所述传感器舱壳与姿态连接环之间、传感器舱壳与能源舱壳之间以及能源舱壳与浮力调节连接环之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。

所述浮力调节舱段包括浮力调节舱壳及导向拉杆，该浮力调节舱壳的前侧设有与所述能源舱段连接的浮力调节连接环，所述浮力调节舱壳通过导向拉杆与浮力调节连接环相连；所述艉部端盖位于浮力调节舱壳的后侧，所述浮力调节装置通过艉部拉杆与艉部端盖连接，所述控制单元固定在浮力调节装置上。

所述浮力调节舱壳与浮力调节连接环之间以及浮力调节舱壳与艉部端盖之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。

所述组合天线上固接有艉部导流罩，该艉部导流罩内部容置有浮力调节装置的外皮囊及分别安装于所述艉部端盖上的天线同轴插座和上电开关，该上电开关与所述控制单元连接，所述组合天线通过天线同轴插座引入水下滑翔机内部。

本发明的优点与积极效果为：

1.长续航能力：本发明通过总体技术优化，使水下滑翔机续航能力大幅提升，可解决多种海洋现象长时间观测问题，同时能减少水下滑翔机回收次数节省人力物力。

2.功能性强：本发明基本功能为海洋剖面温度盐度数据探测，另外可扩展浊度、叶绿素及溶解氧等数据探测功能。

3.可靠性高：本发明在提升续航能力同时，同步开展可靠性设计工作，并通过相关测试进行试验验证。

4.结构紧凑：本发明各机构及元件布置合理、空间利用率高，使得机构结构紧凑，重量轻，成本低，便于海上布放回收；通过优化整体布局，电池安装数量可增加20％，提高各机构效率，减少功耗。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部结构剖视图；

其中：1为艏部舱段，2为姿态调节舱段，3为传感器舱段，4为能源舱段，5为浮力调节舱段，6为艉部舱段，7为水平翼，8为艏部舱壳，9为艏部连接环，10为姿态调节舱壳，11为俯仰调节装置，12为姿态连接环，13为传感器舱壳，14为能源舱壳，15为浮力调节连接环，16为浮力调节舱壳，17为艉部端盖，18为转向装置，19为艉部支撑架，20为导流罩，21为组合天线，22为天线同轴插座，23为上电开关，24为抛载装置，25为艉部拉杆，26为控制单元，27为浮力调节装置，28为导向拉杆，29为电池，30为能源舱拉杆，31为温盐深传感器，32为传感器舱拉杆，33为方管轴，34为艏部拉杆，35为高度计，36为锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明包括依次密封连接的艏部舱段1、姿态调节舱段2、传感器舱段3、能源舱段4、浮力调节舱段5及艉部舱段6，各舱段之间通过内部设置的各拉杆由艉部向艏部依次连接形成鱼雷式外形，各舱段的舱壳与舱段间连接环之间采用o型圈密封，进而构成内部密闭空间，能源舱段4的两侧通过螺钉固定有相对称的两个水平翼7。姿态调节舱段2内安装有改变水下滑翔机俯仰角的俯仰调节装置11，该俯仰调节装置11中的电池组位于水下滑翔机浮心前侧，便于更换及维护。能源舱段4中搭载有用于提升水下滑翔机续航能力的电池29。浮力调节舱段5内分别安装有控制单元26及用于实现水下滑翔机升沉运动的浮力调节装置27，该浮力调节装置27位于水下滑翔机浮心后侧。艉部舱段6的艉部端盖17一侧与浮力调节舱段5连接，另一侧分别安装有转向装置18及抛载装置24，水下滑翔机通过该抛载装置24抛弃重物后浮出水面。转向装置18中的舵外置于水下滑翔机的艉部，通过该转向装置18调整水下滑翔机的航向。组合天线21通过艉部支撑架19安装于艉部端盖17上，实现水下滑翔机的定位与通信。本发明的控制单元26为现有技术，采用低功耗处理器进一步提升水下滑翔机续航能力；控制单元26分别与俯仰调节装置11中的动力源、电池29、浮力调节装置27中的动力源、转向装置18中的动力源、抛载装置24中的动力源及组合天线21连接。

本实施例的艏部舱段1包括艏部舱壳8、艏部拉杆34及锁紧螺母36，该艏部舱壳8通过两根艏部拉杆34固定在艏部连接环9的一侧，并通过锁紧螺母36锁紧，艏部连接环9的另一侧与姿态调节舱段2的姿态调节舱壳10连接。艏部舱壳8与艏部连接环9之间以及姿态调节舱壳10与艏部连接环9之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。在艏部舱段1的艏部舱壳8前端内置有高度计35，该高度计35与控制单元26连接用于水下避障。

本实施例的姿态调节舱段2具有姿态调节舱壳10，该姿态调节舱壳10的前后两侧分别设有与艏部舱壳8连接的艏部连接环9及与传感器舱段3的传感器舱壳13连接的姿态连接环12，艏部连接环9、姿态调节舱壳10及姿态连接环12之间通过俯仰调节装置11中的方管轴33连接并拉紧，该方管轴33的轴向中心线与水下滑翔机的轴向中心线共线，电池组可以在方管轴33上前后滑动，通过俯仰调节装置11中的电池组在方管轴33上的位置，改变水下滑翔机重心与浮心的轴向相对位置，使水下滑翔机能够保持所需的俯仰角进行上浮或下潜滑翔运动。姿态调节舱壳10与艏部连接环9之间以及姿态调节舱壳10与姿态连接环12之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。本发明的俯仰调节装置11为现有技术，采用2017年8月25日公告、授权公告号为cn104369850b的“一种浅水滑翔机用俯仰调节装置”，该俯仰调节装置采用蜗轮蜗杆传动机构，具有自锁功能。

本实施例的传感器舱段3包括传感器舱壳13及传感器拉杆32，该传感器舱壳13的前侧设有与姿态调节舱壳10连接的姿态连接环12。能源舱段4包括能源舱壳14及能源舱拉杆30，该能源舱壳14的后侧设有与浮力调节舱段5的浮力调节舱壳16连接的浮力调节连接环15。姿态连接环12、传感器舱壳13及能源舱壳14之间通过传感器舱拉杆32相连，该能源舱壳14通过能源舱拉杆30安装于浮力调节连接环15上。传感器舱壳13内安装有用于采集海洋数据的传感器，传感器与控制单元26连接，电池29固定在浮力调节连接环15的端面上。本实施例的传感器可为温盐深传感器31，该温盐深传感器31与传感器舱壳13之间采用轴向密封方式，传感器舱壳13还可根据应用需求安装浊度及叶绿素等传感器。传感器舱壳13与姿态连接环12之间、传感器舱壳13与能源舱壳14之间以及能源舱壳14与浮力调节连接环15之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。

本实施例的浮力调节舱段5包括浮力调节舱壳16及导向拉杆28，该浮力调节舱壳16的前侧设有与能源舱壳14连接的浮力调节连接环15，浮力调节舱壳16通过导向拉杆28与浮力调节连接环15相连，该导向拉杆28将浮力调节装置27固定在艉部连接环15之上、并紧固艉部舱壳16。艉部端盖17位于浮力调节舱壳16的后侧，浮力调节装置27通过艉部拉杆25与艉部端盖17连接，控制单元26通过螺钉固定在浮力调节装置27的内皮囊端盖上。浮力调节舱壳16与浮力调节连接环15之间以及浮力调节舱壳16与艉部端盖17之间均通过o型圈密封，构成内部密闭空间。本发明的浮力调节装置27为现有技术，采用2013年11月6日公告、授权公告号为cn102079375b的“一种水下机器人用双向排油式浮力调节装置”，该浮力调节装置27采用直流电机驱动一个双向齿轮泵工作，通过双向齿轮泵的正、反转实现排油或回油。排油时，双向齿轮泵把载体内皮囊的油打到外皮囊，直流电机停止工作后，单向阀保证油不会回流，由于外皮囊充油量的增加，加大了排水体积，使得水下滑翔机的浮力增加。回油时，打开回油路上的电磁阀，直流电机带动双向齿轮泵反向旋转，外皮囊中的油回排到内皮囊，实现排水体积的减小，使水下滑翔机浮力减小。通过内、外皮囊的排油或回油，进而调节水下滑翔机的浮力，结构简单，安全可靠，通过调整内、外皮囊容积可提高浮力调节能力。

本实施例的组合天线21上固接有艉部导流罩20，该艉部导流罩20内部容置有浮力调节装置27的外皮囊及分别安装于艉部端盖17上的天线同轴插座22和上电开关23，该上电开关23与控制单元26连接，作用是水下滑翔机工作或停止，组合天线21通过天线同轴插座22引入水下滑翔机内部。转向装置18、抛载装置24、天线同轴插座22及上电开关23通过各自穿舱件固定在艉部端盖17上，本发明的转向装置18为现有技术，采用2014年1月8日公告、授权公告号为cn102476706b的“一种水下滑翔机用转向装置”，该转向装置18采用电机控制舵转动用来实时调整水下滑翔机的航向，同时垂直设计的舵还能起到稳定水下滑翔机的作用。本发明的抛载装置24为现有技术，采用2018年11月20日公告、公告号为cn106926994b的“一种水下机器人用安全抛载装置”，该抛载装置24为机械式抛载结构，在水下滑翔机出现重大故障时，抛载电机通过减速器减速后带动给抛载转轴转动，抛载转轴带动转轮与开口轮一起旋转，当开口轮转到其豁口位置朝下时，抛载铅块的球头将从豁口处脱落。同时，抛载装置24独立供电，由独立的控制系统控制。艉部支撑架19通过螺钉固定在艉部端盖17上，组合天线21通过螺钉安装在艉部支撑架19上，位于水下滑翔机的后侧，实现载体定位与通信。艉部导流罩20通过螺钉固定在组合天线21上，其流线外形用于减少水下滑翔机航行阻力。

本发明的工作原理为：

水下滑翔机主要是通过改变自身净浮力与姿态角实现锯齿形滑翔运动，当水下滑翔机完成一个周期的滑翔运动后浮出水面，采用gps定位系统确定水下滑翔机的当前位置，并可以通过卫星通信系统与支持母船上或陆基监控中心建立通信连接。通过已经建立的通信链路，监控中心可以接收水下滑翔机上一作业周期的测量的水文等数据，同时可以给水下滑翔机发送新的作业任务。gps定位系统与控制单元26连接，组合天线21通过通信模块与控制单元26连接。

本发明具有长续航能力、功能性强、高可靠性、结构紧凑、便于装配及维护等优点，可在海上连续无故障航行211天，航程超过3400km。

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