[发明专利]一种水中盘形航行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够在水中低速航行且能够在水中定点位置保持的盘形航行器，属于水中航行器领域。

背景技术

在军用及民用领域，存在大量对水面及其上空、水下情况的探测需求，这就需要某种水中航行器搭载相应的探测设备来完成。航行器在水中的航行需要解决对速度、深度、航向、姿态等的控制问题。目前水中航行器一般都应用螺旋桨装置进行推进并控制速度大小，深度、航向和姿态等的控制则或者通过控制舵面完成，或者通过矢量推进完成，并且一般都不具有定点位置保持能力，难以对水下环境进行长期定点探测。针对这一现状，本发明提出了一种新型水中航行器。该航行器呈短圆柱形，以下称为盘形，航行器平均密度比水略小，即当处于关机状态时，航行器将有很小部分露出水面。在水中静止或运动时，圆柱轴线呈水平方向，圆柱端面呈竖直方向。水中盘形航行器区别于其他水下航行器的一个显著特点是当其在水下运动或保持在水下设定位置时，一直以一定的角速度绕自身轴线旋转，这种旋转运动一方面为盘形航行器提供升潜、前进、后退以及水下定点位置保持的控制力，另一方面当在旋转外壳上安装探测设备时，可以为全方位探测提供一种自然而然的扫描运动方式。此外，水中盘形航行器能够在水中原地绕竖直方向进行旋转，该旋转可在前进过程中为盘形航行器提供航向控制，或为盘形航行器的水下探测提供另一种运动方式。经调研国内外未见到该类型的航行器。

发明内容

本发明目的是提供一种能够在水中低速航行且能够在水中定点位置保持的新型盘形航行器。该盘形航行器特点是：形状呈短圆柱形；平均密度比水略小，关机时在水中接近悬浮状态，有很小部分露出水面；由于重心与浮心不重合，并且都位于圆柱轴线的中垂面上，因此在水中静止或运动时，盘形航行器的圆柱轴线呈水平方向，两个圆柱端面呈竖直方向；当航行器在水下运动或保持在水下设定位置时，外壳始终以一定角速度绕自身轴线旋转，这种旋转运动与各个舵面的伸出及收回时机、时序相互配合为航行器的上升、下潜、前进、后退以及水下定点位置保持提供所需的控制力；齿轮副之间的作用力与反作用力使得航行器外壳能够与外壳内部的其它相关部分绕竖直方向相向旋转，外壳的这种旋转使得盘形航行器具有航向控制能力；航行器的前进、后退以及升潜控制与航向控制组合应用，即可实现水下任意轨迹的运动，或实现水下定点位置保持。

为解决上述技术问题，本发明的一种水中盘形航行器包括外壳、水平主轴、右主轴承、左主轴承、外旋从动齿轮、轴承压环、上导电滑环、平键、支架、外旋驱动电机、外旋驱动齿轮、编码器、码盘座、左球轴承、右球轴承、码盘轴、码盘齿轮、托盘、控制器、姿态航向传感器、立轴、上轴承、下轴承、圆柱壳、托板、下导电滑环、方向驱动电机、方向驱动齿轮、方向从动齿轮、电池组、一号舵面、一号推拉杆、一号舵机、二号舵面、二号推拉杆、二号舵机、三号舵面、三号推拉杆、三号舵机、四号舵面、四号推拉杆、四号舵机、深度传感器。外壳为短圆柱形；水平主轴通过右主轴承和左主轴承支撑在外壳上，其轴线与外壳轴线重合；右主轴承和左主轴承分别通过外旋从动齿轮和轴承压环压在外壳上并用螺钉固定；上导电滑环用螺钉将内环和外环分别固定在水平主轴和外壳上；支架通过螺钉和平键定位并固定在水平主轴上；外旋驱动电机用螺钉固定在支架上；外旋驱动齿轮通过螺钉和键定位并固定在外旋驱动电机的输出轴上，与外旋从动齿轮构成齿轮副；码盘座用螺钉固定在支架上；左球轴承、码盘轴、右球轴承、码盘齿轮通过螺钉固定在码盘座上，其中码盘齿轮通过键进行轴向定位并与外旋驱动齿轮构成齿轮副；编码器的类型为绝对位置式，其内环和外环分别用螺钉固定在码盘轴和支架上；托盘用螺钉固定在水平主轴上；控制器和姿态航向传感器用螺钉固定在托盘上；立轴用螺母固定在水平主轴上，与水平主轴固连成一体，立轴的轴线与水平主轴的轴线垂直相交于整个圆柱外壳的形心处；托板用螺钉固定在圆柱壳上；圆柱壳和托板通过上轴承和下轴承支撑在立轴上；下导电滑环通过螺钉将内环和外环分别固定在立轴和托板上；方向从动齿轮用螺钉固定在立轴上；方向驱动电机用螺钉固定在托板上；方向驱动齿轮通过螺钉和键定位并固定在方向驱动电机的输出轴上，与方向从动齿轮构成齿轮副；电池组用螺钉固定在托板上；一号推拉杆一端与一号舵面连接，另一端与一号舵机的转动臂之间构成滑动副；二号推拉杆一端与二号舵面连接，另一端与二号舵机的转动臂之间构成滑动副；三号推拉杆一端与三号舵面连接，另一端与三号舵机的转动臂之间构成滑动副；四号推拉杆一端与四号舵面连接，另一端与四号舵机的转动臂之间构成滑动副；深度传感器安装在外壳上，端部与水接触，用于测量水中盘形航行器所处的深度。