[发明专利]一种多自由度操纵水下拖曳体

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋水下探测装置的载体，具体是指一种多自由度操纵水下拖曳体。

背景技术

水下拖曳系统是一种广泛应用于水下环境调查、海洋环境监测等领域的水下探测装置，系统通常由拖曳电缆、被动或可操纵水下拖曳体组成，水下拖曳体是系统的关键组成部分。拖曳体体内可根据不同的用途搭载各种水下化学元素探测传感器或物理探测传感器。工作船上的作业人员可以通过一定的控制手段对拖曳体实施轨迹与姿态操纵。水下拖曳系统的工作性质要求拖曳体工作时姿态稳定、并具有灵活的姿态与轨迹控制能力。如何按照拖曳系统的水下监测要求实现对拖曳体的简便、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观测作业的关键之一。

现有的水下拖曳体中，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结合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组成。这类单一柱形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，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自主稳定功能、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多自由度操纵水下拖曳体。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多自由度操纵水下拖曳体，包括鱼雷状浮体、可控制迫沉水翼、边板、固定水平翼、固定垂直尾翼、可控制垂直尾翼以及主腔体；所述鱼雷状浮体为两个，分隔水平设置，两个鱼雷状浮体通过固定水平翼连接；主腔体为流线型，设置在两个鱼雷状浮体下端中部，主腔体两端各由两个翼型构件支撑并分别与两鱼雷状浮体相连；两鱼雷状浮体外表面前端分别对称设有拖曳部件，拖曳部件设有多个拖曳孔，拖缆通过拖曳孔与船体连接；两鱼雷状浮体的尾部设置有固定垂直尾翼，固定垂直尾翼为对称机翼型；

一椭圆柱状的腔体固定在尾部的固定水平翼中间，腔体内放置垂直尾翼攻角控制机构，垂直尾翼攻角控制机构主要由尾翼步进电机、主动齿轮、从动齿轮以及垂直转轴组成；垂直转轴固定连接可控制垂直尾翼，垂直转轴还与从动齿轮连接；从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮与尾翼步进电机连接，尾翼步进电机通过电缆与船上电源和拖曳体姿态控制器连接；所述垂直转轴的轴心位于两鱼雷状浮体对称轴所在纵剖面上；可控制垂直尾翼为翼型结构，设置在腔体后端；

所述可控制迫沉水翼为对称或者非对称机翼型，设置在两鱼雷状浮体之间的前端，由一支撑轴支撑，支撑轴与两个鱼雷状浮体连接，支撑轴的轴线与两个浮体的轴线正交；位于两鱼雷状浮体之间的前端；可控制迫沉水翼的两端分别设置有边板，边板的面与可控制迫沉水翼展长方向垂直；迫沉水翼攻角控制机构设置在鱼雷状浮体内，迫沉水翼攻角控制机构主要由连杆、蜗杆、连杆套环、蜗轮、固定铰接转轴、万向传动装置、迫沉水翼步进电机、操纵杆套环以及操纵杆组成；连杆与固定铰接转轴连接，操纵杆的一端伸出鱼雷状浮体并与可控制迫沉水翼的尾部连接，另一端与操纵杆套环铰接，操纵杆套环套接在连杆上，连杆套环套接在连杆上，连杆套环与蜗轮之间设有一万向传动装置；蜗轮与蜗杆连接，蜗杆与迫沉水翼步进电机连接，迫沉水翼步进电机通过电缆与船体电源连接。