[发明专利]一种梭形水下滑翔器设计及控制方法

摘要

本发明属于海洋环境监测和海底资源勘探领域，具体涉及一种梭形水下滑翔器设计及控制方法。主要包括流线型的外壳体和装置在壳体内的姿态调整模块、浮力驱动模块、尾舵模块及控制通讯模块。整个滑翔器的外形设计充分考虑水动力的影响，主耐压舱体大致为梭形，机翼和舵片为流线型。工作时通过浮力驱动模块改变浮力大小；通过姿态调整模块中的俯仰机构调节机身的俯仰姿态，旋转机构调节横倾姿态；通过尾舵模块改变在水平面的转向；协调这三个模块的时序，可使滑翔器在垂直面内形成锯齿形的运动轨迹或者空间范围的螺旋回转运动，同时可携带传感器进行海底数据采集，并通过通讯设备实时传回数据。本发明体积灵巧，结构紧凑，而且具有航速高，续航时间长，方向可控性好的优点。

主权项

1.一种梭形水下滑翔器，用于搭载传感器或探测仪器进行海底勘测，其特征是包括流线型的外壳体和装置在壳体内的姿态调整模块、浮力驱动模块、尾舵模块及控制通讯模块：流线型外壳体：包括主耐压舱体，水平机翼(4)和垂直尾翼(7)，所述主耐压舱体大致呈梭形，为依据标准椭圆线性方程设计的头尾对称的双参数椭圆回转体外形，其长短轴分别为2.0m和0.24m，包括头部舱(1)、电池舱(2)、主体舱(3)、气囊舱(5)和尾舱(6)，舱体端盖与壳体间由双O型圈和防水垫圈进行密封，舱体间通过卡扣式的机械装置完成连接，水平机翼(4)对称固定安装在主耐压舱体两侧，垂直尾翼(7)分上下舵片安装在尾舱(6)上，水平机翼(4)和垂直尾翼(7)均选用NACA翼型；姿态调整模块：包括前支撑盘(28)、后支撑盘(25)、导轨(27)、俯仰机构和旋转机构，前支撑盘(28)和后支撑盘(25)通过螺母固定在舱体间的连接丝杆(26)上，导轨(27)两端通过定位螺钉与后支撑盘(25)和前支撑盘(28)相连，俯仰机构和旋转机构前后安装在导轨(27)上，所述俯仰机构，包括第一前端盖(13)、第一后端盖(17)、第一传动机构、第一电机(14)、第一丝杆(15)和第一电池组(16)，第一电池组(16)固定在第一前端盖(13)和第一后端盖(17)之间，通过第一丝杆(15)与螺母拉紧第一前端盖(13)和第一后端盖(17)，第一电机(14)镶嵌在第一前端盖(13)的电池槽内，通过螺钉与第一前端盖(13)固定，第一电机(14)输出运动，通过第一传动机构，使整个俯仰机构沿着导轨(27)的轴线方向前后移动，所述俯仰机构的第一传动机构，包括俯仰机构主动锥齿轮(32)、俯仰机构从动锥齿轮轴(33)、齿轮架(34)、中直齿轮(35)和齿条(36)，俯仰机构主动锥齿轮(32)与电机输出轴相连，俯仰机构从动锥齿轮轴(33)的齿轮端与俯仰机构主动锥齿轮(32)啮合，轴段通过轴承安装在齿轮架(34)上，齿轮架(34)通过螺钉固定在俯仰机构的第一前端盖(13)外侧，中直齿轮(35)通过紧定螺钉与俯仰机构从动锥齿轮轴(33)的中段相连，并与齿条(36)相啮合，齿条(36)通过螺钉固定在导轨(27)上，所述旋转机构，包括呈半圆形的第二前端盖(8)、第二后端盖(12)，以及第二传动机构、第二电机(9)、第二丝杆(10)和第二电池组(11)，第二电池组(11)通过第二丝杆(10)和螺母固定在第二前端盖(8)和第二后端盖(12)之间，第二电机(9)镶嵌在第二前端盖(8)的电机槽内，通过螺钉与第二前端盖(8)相连，第二电机(9)输出运动后，通过第二传动机构，使旋转机构绕着导轨(27)旋转，所述旋转机构的第二传动机构，包括小齿轮(37)和大齿轮(38)，小齿轮(37)与第二电机(9)输出轴相连，并与固定在导轨(27)上的大齿轮(38)啮合，形成行星齿轮结构；浮力驱动模块：包括与外界水域相通的外皮囊(22)、单冲程柱塞泵(21)、滚珠丝杠(20)、步进电机(18)和电机架(19)，步进电机(18)固定在电机架(19)上，电机架(19)通过螺母与舱体间的连接丝杆(26)相连接，电机输出轴通过联轴器与滚珠丝杠(20)相连，滚珠丝杠(20)与单冲程柱塞泵(21)的活塞杆相连，泵的出口处与外皮囊(22)相连；尾舵模块：包括分别与上舵片和下舵片相连的上舵轴(39)和下舵轴、联轴器(40)、主动锥齿轮(41)、从动锥齿轮(42)和舵机(43)，舵机(43)通过螺钉固定在尾舱(6)的舱体后壁上，舵机(43)输出轴与主动锥齿轮(41)相连，主动锥齿轮(41)与从动锥齿轮(42)啮合，从动锥齿轮通过键与上舵轴(39)相连，上舵轴(39)和下舵轴通过联轴器(40)相连；控制通讯模块：包括声呐(31)、TCM高度计(30)、CTD传感器(23)、控制系统电路板(24)、备用电池包(29)、无线通讯模块及内置于固定机翼中的天线，声呐(31)和TCM高度计(30)安装在头部舱，CTD传感器(23)安装在舱体外壳上与海水接触，备用电池包(29)位于电池舱(2)，无线通讯模块以及控制系统电路板(24)位于主体舱(3)。