[发明专利]一种圆碟形水下滑翔器及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下航行器技术，特别是一种圆碟形水下滑翔器及其工作方法。

背景技术

水下滑翔器是一种新型水下机器人。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航力大(可达上千公里)的特点。虽然水下滑翔器的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。另外，水下滑翔器滑翔时由于无动力推进噪音极低，这个重要的特点使得其在军事上也有很大的应用价值。

水下滑翔器的设计概念是美国科学家提出来的，从上世纪九十年代至今，已经有多款水下滑翔器面世，研究方向主要围绕深水、长航程、驱动能源等目标展开，取得了令人瞩目的成绩，已经有成熟产品应用在大范围海洋监测和其他海洋技术研究领域。日本和法国也都相继研制出了名为ALBAC和STERNE的水下滑翔器，可见水下滑翔器的发展在国外是非常迅速的。而在国内，关于水下滑翔器研究的起步较晚，但也有多家科研院所和企业同时介入到该领域，如中国科学院沈阳自动化研究所、天津大学机器人与汽车技术研究所、浙江大学、中国海洋大学、中船重工第702研究所等。

由于单纯使用浮力驱动方式，水下滑翔器一般在水下只能做锯齿形和螺旋回转轨迹航行，回转半径大，操纵的灵活性差，其航迹控制和定位精度低，对运动控制要求较高的近距离有目的移动难以实现。圆碟形水下滑翔器可以实现0航速0回转半径的360度转向功能，适应任意方向的短距离机动，提高了水下滑翔器的机动性，使之应用领域进一步扩大到指定水域的长期定点监测方面。

但是，水下滑翔器的外形设计成圆碟形，与传统水下航行器的鱼雷外形存在较大差异，现有设计方案在有效利用内部空间、确保耐压强度、提高系统可靠性、降低维护要求等方面存在较多问题，需要有针对性的进行优化设计，更大程度发挥圆碟形水下滑翔器的性能优势。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种圆碟内部空间可以充分利用、耐压强度高、可靠性高、降低维护要求的圆碟形水下滑翔器及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种圆碟形水下滑翔器，其特征在于：包括圆碟形外壳、耐压壳、控制系统、通信导航系统、驱动系统、传感器系统、能源系统和外接端口；

所述耐压壳包括耐压球壳和耐压空心环；

所述驱动系统包括浮力调节系统和重心调节系统；

所述浮力调节系统由电驱油泵模块、油管和油囊组成；所述油囊包括内油囊和外油囊，所述内油囊安装在所述耐压壳内；

所述圆碟形外壳内部中心位置形成球形空腔，安装所述耐压球壳；以所述圆碟形外壳的中心为圆心形成圆环形空腔，安装所述耐压空心环；

所述耐压空心环的内径大于所述球形空腔的外径；

在所述球形空腔和所述圆环形空腔之间布置油囊空腔，安装所述外油囊；所述内油囊和外油囊分别与耐压壳内电驱油泵模块通过油管连通；

所述重心调节系统由滑块模块a和滑块模块b组成；所述滑块模块a和滑块模块b结构相同，均由电机、齿轮、齿条和滑块组成。

本发明所述能源系统包括蓄能电池和太阳能电池板；所述太阳能电池板安装在圆碟形外壳的上表面；

所述传感器系统包括水压传感器、电子罗盘、倾角传感器和加速度传感器；

所述的通信导航系统包括通讯天线、导航定位模块和通信模块；

所述外接端口通过缆线与控制系统和能源系统连接；

所述圆碟形外壳由上部壳体和下部壳体组成；

所述耐压壳内为水密空间，内部安装所述控制系统、通信导航系统、驱动系统、传感器系统和能源系统；

在所述圆碟形外壳的边缘位置布置柱状空腔，安装所述通讯天线。

本发明所述圆碟形外壳由浮力材料、表面防渗层和防撞圈组成；所述圆碟形外壳的浮力材料的密度小于水的密度。

本发明所述耐压球壳由两个半球壳组成，两个半球壳通过法兰连接；所述耐压壳包含个或者多个耐压空心环，每个耐压空心环形成个或者多个环形空腔。

本发明所述滑块模块a和滑块模块b都安装在耐压空心环中，每个滑块模块由电机、齿轮、环状齿条、滑块组成；所述滑块由个或者多个金属砝码组成。

本发明所述电驱油泵模块安装在耐压空心环或者耐压球壳中。