CN111762306A - 一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机，包括依次连接的艏部总成、舯部总成、艉部总成和环型机翼单元；艏部总成包括传感器固定连接架、应急抛载模块、前端盖、艏部导流罩；舯部总成包括第一中舱耐压壳体、第二中舱耐压壳体、俯仰姿态调节模块、中舱连接肋环、机载能源模块；艉部总成包括后舱耐压壳体、浮力调节系统、后端盖、推进电机模块、艉部导流罩、尾舵调节模块、集成天线和螺旋桨；环型机翼单元位于艉部总成外侧，固连在艉部总成上；环型机翼单元包括螺旋桨和环形机翼。
Description
技术领域
本发明属于水下滑翔机领域，具体的说是一种携带环型机翼的混合驱动水下滑翔机。
背景技术
水下滑翔机平台技术作为搭载海洋物理信息传感器的重要工具得到了快速的发展，其续 航能力强、航程远、隐蔽性强的特点使得其非常适合海洋生、化、物等参数的测量工作，是 最常用的水下移动观测平台之一，而单独依靠螺旋桨推进的水下滑翔器的续航能力较为有限， 集合浮力调节系统和螺旋桨驱动的混合驱动水下滑翔机应运而生。
当前国内外海洋探测领域，长航程高机动性能的潜器一直是重要发展方向之一。目前国 际上提出的Tethys航行器已具有1800公里观测能力、2节航速推进能力，日后将有大范围 应用前景。目前小型航行器均存在机动能力较差，抗流能力弱等问题。寻找一种提高水下滑 翔器稳定性和机动能力的设计具有重要意义。近年来，国内一些科研单位已经开展小型水下 滑翔器运动能力改进的相关研发工作，但相关产品存在稳定性不足等问题。例如2018年公开 的“一种基于串列翼驱动的混合动力型水下滑翔机”专利号为201811045537.8混合驱动水下 滑翔机。该发明包括耐压壳体和信号装置,所述壳体内设有浮力调节装置、横滚姿态调节装置、 俯仰姿态调节装置和控制装置等。与现有技术比较,该发明所述的串列翼混合驱动滑翔机,相 较于传统水下滑翔机的机翼,不会产生额外的阻力，噪声也相对较小，但是采用这种串联翼结 构的滑翔机与传统水下滑翔机区别较小，仍较难改善水下滑翔机水下直航推进能力及运动稳 定性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，设计一款具有改善混合驱动水下滑翔机直 航推进能力及运动稳定性的机翼结构。本发明提供一种环型机翼组合结构，可使水下滑翔器 的螺旋桨推进效率提高，并一定程度提高水下滑翔机抗流能力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机，包括依次连接的艏部总成、舯部总成、艉部总成 和环型机翼单元；艏部总成包括传感器固定连接架、应急抛载模块、前端盖、艏部导流罩； 舯部总成包括第一中舱耐压壳体、第二中舱耐压壳体、俯仰姿态调节模块、中舱连接肋环、 机载能源模块；艉部总成包括后舱耐压壳体、浮力调节系统、后端盖、推进电机模块、艉部 导流罩、尾舵调节模块、集成天线和螺旋桨；环型机翼单元位于艉部总成外侧，固连在艉部 总成上；
所述艏部导流罩和前端盖分别设置于艏部总成的前端和尾端，传感器固定连接架和应急 抛载模块安装于艏部总成内；
舯部总成的前后两端都设有中舱支撑肋环，所述第一中舱耐压壳体和第二中舱耐压壳体 之间通过中舱连接肋环连接，俯仰姿态调节模块和机载能源模块设置于舯部总成内部，机载 能源模块为水下滑翔机提供能源；俯仰姿态调节模块用于调节水下滑翔机重心浮心相对位置， 实现俯仰姿态调节；
所述集成天线与后端盖固连；所述的后导流罩上安装所述尾舵调节模块，用于调整混合 驱动水下滑翔机的水平航向；所述推进电机模块安装在艉部导流罩内，并通过固定连接架与 艉部导流罩固连，用于混合驱动的水下滑翔机水下直航工作；所述的浮力调节系统通过液压 系统实现航行体浮力变化，实现水下滑翔机的上浮和下潜；所述的推进电机模块通过电机驱 动螺旋桨，为水下滑翔机提供前进前进；水下滑翔机能够通过俯仰姿态调节模块和浮力调节 系统实现水下滑翔机在工作深度下的定深巡航；环型机翼单元固连在艉部导流罩上，环型机 翼单元包括螺旋桨和环形机翼。
进一步的，所述推进电机模块关闭后，水下滑翔机能够进行水下滑翔机似剖面航行作业。
进一步的，该混合驱动水下滑翔机通过位于内部拉紧杆内部拉紧，保证艏部总成、舯部 总成、艉部总成稳定密封连接。
进一步的，所述的尾舵调节模块由尾舵、连接轴、舵机、舵机固定架和补偿器组成；所 述的尾舵调节模块通过调整两个垂直的舵面的旋转角度实现水下滑翔机的航向控制；所述的 集成天线用于水下滑翔机与地面的通讯，环型机翼单元通过螺栓固定在艉部总成的后端盖上； 并分别与集成天线的头部和尾舵调节模块的底部胶接，环型机翼位于螺旋桨外侧。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
取消传统水下滑翔机平板机翼设计，本发明采用独特的环形机翼设计。通过流体力学仿 真优化，将环形机翼和螺旋桨有机结合，在兼顾水下滑翔机运动稳定性的基础上，提高了推 进系统的工作能力。环形机翼迎流面采用有一定弧度的导流线型，减小机翼的局部受力不均 情况。环形机翼安装位置与传统平板机翼安装位置不同，接近水下滑翔机尾部，便于导流至 螺旋桨。环形机翼与螺旋桨位置布局遵照导管螺旋桨设计原则，保证相对流体力学特性，提 升螺旋桨的推进效率。较大的翼面积(与水下滑翔机平板形机翼相比较)和对称布局结构形 式可一定程度提高航行器运动稳定性，并有效提高水下滑翔机的抗干扰能力，降低海流等外 界因素对海洋探测设备观测的影响。
附图说明
图1为本发明的混合驱动水下滑翔机总体结构示意图。
图2为本发明的艏部总成1/4剖视结构示意图。
图3为本发明的舯部总成1/4剖视结构示意图。
图4为本发明的艉部总成1/4剖视结构示意图。
图5为本发明的环型翼结构示意图。
附图标记：1-艏部总成，2-舯部总成，3-艉部总成，4-环型机翼单元，5-艏部导流罩，6- 应急抛载模块，7-传感器固定连接架，8-前端盖，9-中舱耐压壳体，10-中舱连接肋环，11-中 舱耐压壳体，12-机载能源模块；13-俯仰姿态调节模块；14-中舱支撑肋环，15-后舱耐压壳体， 16-浮力调节系统，17-后端盖，18-推进电机模块，19-艉部导流罩，20-集成天线，21-螺旋桨， 22-环型机翼，23-尾舵调节模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图5所示，本发明提供一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机，包括依次连接的 艏部总成1、舯部总成2、艉部总成3和环型机翼单元4；艏部总成1包括传感器固定连接架 7、应急抛载模块6、前端盖8、艏部导流罩5；舯部总成2包括中舱耐压壳体9、中舱耐压壳体11、俯仰姿态调节模块13、中舱连接肋环10、机载能源模块12；艉部总成3包括后舱耐 压壳体15、浮力调节系统16、后端盖17、推进电机模块18、艉部导流罩19、尾舵调节模块 23、集成天线20和螺旋桨21；环型机翼单元4位于艉部总成3外侧，固连在艉部总成3上； 包括螺旋桨21和环形机翼22。利用集成天线20上部与尾舵调节模块23下部与环型机翼22 相连，使环型机翼22与螺旋桨21组成类似导管螺旋桨结构，提高螺旋桨周围流场特性，从 而提高螺旋桨推进效率。
艏部总成的艏部导流罩5通过螺栓与前端盖8固定连接，连接方式为通过环向均布的螺 栓固定连接；前端盖通过与传感器固定连接架7的螺栓连接实现各种传感器单元搭载；其中 各传感器单元通过螺栓固定在传感器固定连接架上，以便水下滑翔器在水下航行时进行水中 通信、探测、目标定位、跟踪等。
舯部总成中机载能源模块给水下滑翔器提供能源；俯仰姿态调节模块利用电机驱动电池 包在导轨上前后移动，实现水下滑翔器的俯仰姿态调节。舯部总成2通过中间拉紧杆将中舱 耐压壳体9拉紧；
艉部总成的集成天线通过螺栓与后端盖固连在一起；艉部导流罩安装有尾舵调节模块， 用于调整混合驱动水下滑翔机的航向；推进电机模块安装在艉部总成的艉部，用于混合驱动 水下滑翔机水下直航；浮力调节系统能够调节水下滑翔机的浮力大小，可实现水下滑翔机的 上浮和下潜，并能够实现水下滑翔机的水下浮力调节；推进电机模块，通过电机驱动螺旋桨， 开启时可实现水下滑翔机水下直航；推进器在关闭时，水下滑翔机可进行类似于水下滑翔机 式的剖面航行作业。
本实施例中环形机翼是一种通过CFD计算模拟得到的环型状机翼，这种环型结构区别与 传统机翼，设计形状参数需考虑集成天线、螺旋桨、尾舵调节模块等影响。它与艉部导流罩 通过螺栓固连，并与集成天线头部、尾舵调节模块底部胶接，保证整体结构稳定性。它的形 状类似一个短粗的空心圆筒，上下圆弧部分在混合驱动滑翔机滑翔过程中产生升力,并提供方 向稳定性。环型机翼位于螺旋桨外侧，其内外部弧形设计结构可改善螺旋桨周围流场，一定 程度上改善螺旋桨性能。本设计环形型翼与后方螺旋桨组合结构类似于传统导管螺旋桨结构， 可使螺旋桨盘面处水流加速,使螺旋桨在较大速度场下工作,从而可以提高螺旋桨的效率。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发 明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗 旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多 形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，包括依次连接的艏部总成、舯部总成、艉部总成和环型机翼单元；艏部总成包括传感器固定连接架、应急抛载模块、前端盖、艏部导流罩；舯部总成包括第一中舱耐压壳体、第二中舱耐压壳体、俯仰姿态调节模块、中舱连接肋环、机载能源模块；艉部总成包括后舱耐压壳体、浮力调节系统、后端盖、推进电机模块、艉部导流罩、尾舵调节模块、集成天线和螺旋桨；环型机翼单元位于艉部总成外侧，固连在艉部总成上；
所述艏部导流罩和前端盖分别设置于艏部总成的前端和尾端，传感器固定连接架和应急抛载模块安装于艏部总成内；
舯部总成的前后两端都设有中舱支撑肋环，所述第一中舱耐压壳体和第二中舱耐压壳体之间通过中舱连接肋环连接，俯仰姿态调节模块和机载能源模块设置于舯部总成内部，机载能源模块为水下滑翔机提供能源；俯仰姿态调节模块用于调节水下滑翔机重心浮心相对位置，实现俯仰姿态调节；
所述集成天线与后端盖固连；所述的后导流罩上安装所述尾舵调节模块，用于调整混合驱动水下滑翔机的水平航向；所述推进电机模块安装在艉部导流罩内，并通过固定连接架与艉部导流罩固连，用于混合驱动的水下滑翔机水下直航工作；所述的浮力调节系统通过液压系统实现航行体浮力变化，实现水下滑翔机的上浮和下潜；所述的推进电机模块通过电机驱动螺旋桨，为水下滑翔机提供前进前进；水下滑翔机能够通过俯仰姿态调节模块和浮力调节系统实现水下滑翔机在工作深度下的定深巡航；环型机翼单元固连在艉部导流罩上，环型机翼单元包括螺旋桨和环形机翼。
2.根据权利要求1所述一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述推进电机模块关闭后，水下滑翔机能够进行水下滑翔机似剖面航行作业。
3.根据权利要求1所述一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，该混合驱动水下滑翔机通过位于内部拉紧杆内部拉紧，保证艏部总成、舯部总成、艉部总成稳定密封连接。
4.根据权利要求1所述一种携带环翼的混合驱动水下滑翔机，其特征在于，所述的尾舵调节模块由尾舵、连接轴、舵机、舵机固定架和补偿器组成；所述的尾舵调节模块通过调整两个垂直的舵面的旋转角度实现水下滑翔机的航向控制；所述的集成天线用于水下滑翔机与地面的通讯，环型机翼单元通过螺栓固定在艉部总成的后端盖上；并分别与集成天线的头部和尾舵调节模块的底部胶接，环型机翼位于螺旋桨外侧。
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