尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的製造方法
2023-05-24 15:56:41 2
尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器；包括魚雷型浮體、固定傾斜翼型支撐、固定水平主翼、固定垂直尾翼、可控攻角水平尾翼、尾側推噴水管系統以及可以實現拖曳航向穩定功能的主腔體；主腔體為立式方向舵外形；兩魚雷型浮體布置在潛器主腔體垂直對稱面上方兩側，固定水平主翼通過固定軸與兩魚雷型浮體連接；固定水平主翼前部與主腔體之間設置有兩支撐短板，固定傾斜翼型支撐將魚雷型浮體與主腔體上部連接起來；可控攻角水平尾翼和固定垂直尾翼設置在主腔體後部上方；本水下潛器控制機構靈活可靠，拖曳航向穩定性較好，自主穩定能力強，轉艏、升沉、橫蕩運動控制效率高，具有較高的商業開發價值。
【專利說明】尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種拖曳式帶纜遙控水下潛器，特別是涉及一種尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，主要用於水下聲光等物理或水質等化學要素探測。
【背景技術】
[0002]拖曳式帶纜遙控水下潛器是一種應用於水下動態聲學光學物理觀測、水下水質狀況等化學參數的動態水下拖曳探測裝備，潛器系統通常由拖曳工作母船通過拖曳纜繩對水下潛器進行拖曳來實施水下探測作業。主腔體是水下潛器的主要組成部分，其體內可根據不同的探測任務要求搭載不同類型的監測設備。拖曳工作母船上的操作人員可以通過控制信號電纜對水下潛器的姿態控制機構發出特定的控制指令來對水下潛器的軌跡與姿態進行操縱。水下潛器體內的監測設備工作性質要求水下潛器在其拖曳過程中具有良好的姿態穩定性和拖曳航向穩定性，並且具備靈活的姿態操縱能力。如何按照水下潛器的作業要求實現對其姿態進行穩定、有效的控制，是拖曳式帶纜遙控水下潛器能否成功地運用於實際水下探測作業的一個關鍵。
[0003]現有的拖曳式帶纜遙控水下潛器中，對於潛器的深度和軌跡控制主要是通過改變拖纜纜長或調節水下潛器迫沉水翼的攻角來實現。從外部形式看，不同研究機構或企業所開發的各種形式拖曳式帶纜遙控水下潛器基本上是仿照航空飛行器的形式，以固定或可調攻角的迫沉水翼加上裝載了水下監測設備的單個柱形主腔體組成。這類單一柱形主腔體形式水下潛器的主要缺陷是:自主穩定性差，拖曳航向穩定性不良，難以對潛器進行靈活的多自由度綜合控制。由此而造成了潛器在其拖曳作業過程中不容易維持其姿態穩定和拖曳航向穩定，不容易實現多自由度、大範圍、垂直於拖曳方向運動時的橫向水平水下觀測。為實現水下潛器能穩定、大範圍水下作業，現有的拖曳式帶纜遙控水下潛器大多參照航空飛行器的控制原理，採用機構龐大的複雜控制機構來滿足其水下探測的要求。另一方面，市場上一些商業化輕便的拖曳式帶纜遙控水下潛器則由於控制動作單一、不易保證其姿態穩定、控制可靠性差而難以在實際拖曳觀測作業中得到滿意的應用。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種具有自主穩定功能、拖曳航向穩定性好，以效率較高的控制方式來實現對其進行軌跡與姿態控制的拖曳式帶纜遙控水下潛器。
[0005]本實用新型通過下述技術方案實現:
[0006]尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，包括魚雷型浮體、固定傾斜翼型支撐、固定水平主翼、可控攻角水平尾翼、固定垂直尾翼、尾側推噴水管系統和主腔體；所述主腔體為立式方向舵外形的殼體結構，其頂蓋前端設置有作為拖曳點的拖曳孔，中部設有作業吊環，前端還開有纜線孔，通訊動力電纜從纜線孔伸出；主腔體下部前端設有進水口，主腔體內設置有水平布置的尾側推噴水管系統，尾側推噴水管系統的主管沿主腔體中部設置，主管內設有潛水泵，主管末端連通位於主腔體尾部上方的右尾側推噴水管和左尾側推噴水管，右尾側推噴水管和左尾側推噴水管從出水口伸出主腔體側壁，右尾側推噴水管上設置有第一電磁閥開關，左尾側推噴水管上設置有第二電磁閥開關，用來控制尾側推噴水管的噴水方向；
[0007]兩魚雷型浮體布置在主腔體垂直對稱面上方兩側，固定水平主翼為對稱翼型，在水平方向通過固定軸連接兩魚雷型浮體，固定軸穿過固定水平主翼後部，兩端固定在兩魚雷型浮體上；固定水平主翼前部與主腔體之間設有兩塊支撐短板；一塊支撐短板與固定水平翼下表面前端固接，另一塊支撐短板固接在主腔體上；支撐短板都為圓弧形，與固定水平翼焊接的支撐短板以固定軸上的軸心為圓心，支撐短板上開有多個圓孔，兩支撐短板活動連接；固定傾斜翼型支撐布置於魚雷型浮體與主腔體之間，採用對稱翼型，其一端與魚雷型浮體連接，另一端與主腔體上部連接；
[0008]所述可控攻角水平尾翼和固定垂直尾翼設置在主腔體後部，均採用對稱翼型；可控攻角水平尾翼設置於一對固定垂直尾翼上方，固定垂直尾翼頂端設有圓弧形帶孔支座，可控攻角水平尾翼下表面尾部同樣設有圓弧形帶孔支座，兩組支座通過一根長螺栓鉸接；可控攻角水平尾翼能繞水平尾翼轉軸轉動，水平尾翼轉角驅動機構包括水密直線電機、推桿、鉸接接頭、短軸及滑槽；水密直線電機豎直布置在主腔體內，推桿一端與水密直線電機的軸連接，另一端與鉸接接頭相連，接頭另一端通過短軸與滑槽鉸接，滑槽設置於可控攻角水平尾翼下表面前端。
[0009]優選地,所述拖曳孔設置數量為4?7個,直徑為8?1mm,間距15?20mm,所述纜線孔直徑為30?40mm，主腔體內部設有儀器艙以及多個隔艙，主腔體下方設置有海水進出口導管。尾側推噴水管系統的管系直徑為40?50mm。所述主腔體高度為400?450mm，寬度為200?220mm，長度為1200?1300mm。所述兩魚雷型浮體之間的距離為600mm?700mm,魚雷型浮體與主腔體上表面的垂直距離為250?300mm，兩魚雷型浮體直徑為180?200mm，長度為600?750mm。所述固定水平主翼兩端分別設置第一邊板，第一邊板的長度比固定水平主翼的弦長大為50?60mm,高度比固定水平主翼的最大厚度大40?60mm,第一邊板的厚度為3?4mm。所述固定水平主翼的弦長為200?250mm,最大厚度為20?25mm。所述固定傾斜翼型支撐的弦長為200?250mm,最大厚度為35?50mm。所述可控攻角水平尾翼採用後掠形式，兩端設置有第二邊板，第二邊板長度比可控攻角水平尾翼翼端弦長大50?60mm,高度比可控攻角水平尾翼翼端最大厚度大40?50mm,第二邊板厚度為3?4mm。所述可控攻角水平尾翼的最大弦長為200?250mm,翼端弦長90?100mm,翼展為450?500mm,最大厚度為12?18mm,固定垂直尾翼高度為220?250mm,最大厚度為12?18mm。
[0010]本實用新型主腔體為立式方向舵外形，採用該外形的作用一方面可以便於儀器設備豎直放置或者水平放置；同時，採用這樣的主腔體外形結構，一方面可以比較容易維持水下潛器在作業過程中的拖曳航向穩定，另一方面在尾側推噴水管產生的側推力矩誘導下，立式方向舵外形的主腔體容易產生足夠的側向力操縱水下潛器進行垂直於拖曳方向的橫向水平運動。本實用新型浮體採用魚雷型外形，以減小水下潛器在拖曳過程中受到的水阻力，滿足拖曳作業對水下潛器的浮力和穩定性要求；雙浮體結構使得水下潛器的橫穩心半徑增大，橫搖阻尼增大，從而橫向穩定性提高，較之傳統的單一柱形主腔體，其自主穩定能力大大提高。
[0011]本實用新型固定水平主翼採用對稱翼型結構，固定連接兩魚雷型浮體，能為水下潛器下潛提供所需的迫沉力，兩端設置邊板，以增大水翼的有效展弦比，提高升阻比，從結構上考慮則起到加強結構穩定性的作用。固定垂直尾翼與可控攻角水平尾翼均採用對稱翼型結構，固定垂直尾翼也有助於保持拖曳航向穩定；可控攻角水平尾翼兩端同樣設有邊板，通過控制水平尾翼轉角驅動機構調節可控攻角水平尾翼的攻角，在水下潛器尾部產生一個額外的向上或向下的升力，進而誘導設置在潛器首部位置的固定水平主翼攻角改變，藉此使水下潛器獲得下潛至所需要深度的迫沉力。
[0012]本實用新型在主腔體內部設置有水平布置的尾側推噴水管系統，噴水管系統中主管內設有潛水泵，主管末端聯通位於主腔體尾部上方的左、右尾側推噴水管，尾側推噴水管噴口位於主腔體尾部左右兩側面，左、右尾側推噴水管上分別設置有電磁閥開關，用來控制尾側推噴水管的噴水方向。拖曳作業時，噴水水流從主腔體首端進入噴水管系統主管，在主管中經潛水泵加速，由電磁閥開關控制水流經左尾側推噴水管或右尾側推噴水管高速噴出，對潛器主腔體產生一個側推力，這一側推力推動主腔體繞拖曳點偏轉，使立式方向舵外形的主腔體與拖曳來流形成一個攻角，進而產生足夠的側向力推動水下潛器進行垂直於拖曳方向的橫向水平運動。
[0013]本實用新型與現有技術相比，具有如下優點與有益效果:
[0014](I)操縱效率高、姿態控制靈活。本實用新型所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的橫蕩與升沉運動操縱主要是通過控制設置在水下潛器尾部的尾側推噴水管和可控攻角水平尾翼所發出的操縱力，分別誘導具有立式方向舵外形和功能的主腔體或固定水平主翼的水動力攻角改變，使它們產生操縱水下潛器做橫蕩或升沉運動的側向力或迫沉力。由於尾側推噴水管和可控攻角水平尾翼與拖曳點的距離較長，它們所產生的操縱力到拖曳點之間的力臂比傳統的設置在主腔體兩側通過一對螺旋槳推進器來產生轉艏力矩的水下潛器所形成的力臂要大得多，由此可以以較小的操縱力而產生較大的控制力矩，從而可以對拖曳式帶纜遙控水下潛器實施靈活的橫蕩與升沉運動控制。這樣的一種操縱方式克服了已有拖曳式帶纜遙控水下潛器往往由於操縱力臂短而導致需要很大的操縱力才能實現對水下潛器進行有效的軌跡與姿態控制的缺陷，達到了以較小的操縱力和較高的操縱效率對拖曳式帶纜遙控水下潛器進行靈活的軌跡與姿態操縱的目的。
[0015](2)操縱動力需求低、控制設備簡單。本實用新型所述控制機構包括兩個操縱動力機構以及兩個尾側推噴水管噴水方向控制機構。操縱動力機構分別為控制尾側推噴水管系統中水流流量或流速的潛水泵和控制可控攻角水平尾翼攻角的水平尾翼轉角驅動機構，尾側推噴水管噴水方向控制機構為設置在左、右尾側推噴水管上的電磁閥開關。據此便可實現對所述水下潛器的升沉、轉艏及橫蕩等方式的運動操縱。由於本實用新型所述的拖曳式帶纜遙控水下潛器中作為操縱控制機構的尾側推噴水管和可控攻角水平尾翼均設置在主腔體尾部，離設置在主腔體前端拖曳點的距離較長，從而具備了操縱控制機構所發出的操縱力控制力臂長的特點，它可以用比較小的直線電機和潛水泵驅動功率來實現對水下潛器的大操縱力矩的操縱。通過以這樣一種尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的結構形式，可以用比較小的操縱動力和較小的控制動力設備來實現對水下潛器的大範圍操縱。
[0016](3)本實用新型實現了將主腔體前端滯留靜水壓力勢能向其尾部側面噴出水流動能的有利轉換。本實用新型通過將水流由主腔體前端進水口引入尾側推噴水管系統，經潛水泵加速，由電磁閥開關控制，引導高速水流由主腔體側面噴出而產生操縱力的方式來達到控制水下潛器轉艏與橫蕩運動的目的。這樣一種操縱方式將由於水下潛器拖曳航行過程中而滯留在主腔體前端的靜水壓力勢能，經過尾側推噴水管系統中潛水泵加速而轉化為產生側向操縱力所需要的由主腔體尾部側面噴出水流的動能。這一側推操縱力產生的方式減少了水下潛器的拖曳阻力和拖曳不穩定性、提高了水下潛器的操縱效率、也避免了常規槽道式側推器在有航速條件下側推效果不佳的弱點。
[0017](4)本實用新型採用的以尾側推噴水管系統來產生側推力矩、控制立式方向舵外形的主腔體轉向的方式，誘導立式方向舵外形的主腔體與拖曳來流形成一個攻角，進而產生足夠的側向力推動水下潛器進行垂直於拖曳方向的橫向水平運動。這一利用尾側推噴水管產生對水下潛器控制力的方式克服了以螺旋槳來產生控制力的拖曳式水下潛器在變速拖曳時，由於螺旋槳所遭遇的進速的不穩定變化而導致的推進力大小和方向變化不穩定、從而引起對水下潛器控制效果不佳的缺陷。本實用新型所提出的尾側推噴水控制方式為水下潛器軌跡與姿態控制提供了一種實用高效的手段。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的外形結構側視示意圖；
[0019]圖2是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的外形結構俯視示意圖；
[0020]圖3是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的外形結構前視示意圖；
[0021]圖4 -1是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的固定水平主翼固定軸位置不意圖；
[0022]圖4 - 2是圖4 -1的A - A向剖視圖；
[0023]圖5是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的固定水平主翼支撐短板示意圖；
[0024]圖6是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的可控攻角水平尾翼外形示意圖；
[0025]圖7是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的可控攻角水平尾翼控制機構示意圖；
[0026]圖8 -1是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的可控攻角水平尾翼支座位置示意圖；
[0027]圖8 - 2是圖8 -1的B - B向剖視圖；
[0028]圖9-1是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的推桿鉸接接頭及滑槽示意圖；
[0029]圖9 - 2是圖9 -1的C - C向剖視圖；
[0030]圖10是尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器中尾側推噴水管系統示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型的實施方式不限於此。
[0032]如圖1、2、3、10所示，一種尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，包括魚雷型浮體1、固定水平主翼2、固定傾斜翼型支撐3、可控攻角水平尾翼4、固定垂直尾翼5以及主腔體6 ;主腔體6為立式方向舵外形的殼體結構，其頂蓋前端設置有4?7個拖曳孔13，中部設有作業吊環10 ;主腔體6前端開有纜線孔14，通訊動力電纜從纜線孔14伸出；主腔體下部前端設有進水口 28 ;主腔體6內部設置有縱向貫通的尾側推噴水管系統的主管9，主管9前端與進水口 28連通，主管內設有潛水泵29，主管末端連通位於主腔體尾部上方的右尾側推噴水管30和左尾側推噴水管33，右尾側推噴水管30和左尾側推噴水管33從出水口伸出主腔體側壁40?50mm,右尾側推噴水管30上設置有第一電磁閥開關31,左尾側推噴水管33上設置有第二電磁閥開關32，用來控制尾側推噴水管的噴水方向；主腔體6中部設置有儀器設備艙11，主腔體6下方設置有海水進出口導管12，主腔體6高度優選為400?450mm,寬度優選為200?220mm,長度優選為1300?1400mm。第一電磁閥開關31和第二電磁閥開關32優選為防水電磁閥。
[0033]兩魚雷型浮體I布置在主腔體6垂直對稱面上方兩側，魚雷型浮體I與主腔體6上表面的垂直距離優選為250?300mm，兩魚雷型浮體I之間的距離優選為600mm?700mm，其最大直徑優選為180?200mm，長度優選為600?750mm。
[0034]如圖5所示，固定水平主翼2為對稱翼型，在水平方向通過固定軸19連接兩魚雷型浮體1，固定水平主翼2前部與主腔體6之間設有兩塊帶若干個圓孔的支撐短板20 ;—塊支撐短板與固定水平翼下表面前端焊接，另一塊支撐短板焊接在主腔體上；支撐短板20為圓弧形，與固定水平翼焊接的支撐短板以固定軸19上的軸心為圓心，支撐短板20上開有多個圓孔，固定水平翼沿固定軸19轉到需要的攻角，將兩塊支撐短板20上的圓孔重合，再用螺栓鎖住；可設相鄰小圓孔繞固定軸19的轉角為5°。
[0035]固定水平主翼2兩端分別設置有第一邊板16，第一邊板16的長度比固定水平主翼3的弦長大50?60mm,高度比固定水平主翼3的最大厚度大40?60mm,第一邊板16的厚度優選為3?4_ ;固定傾斜翼型支撐3布置於魚雷型浮體I與主腔體6之間,米用對稱翼型，其一端與魚雷型浮體I連接，另一端與主腔體6上部連接，固定傾斜翼型支撐3的弦長為200?250mm,最大厚度為35?50mm。
[0036]如圖4 -1和圖4 - 2所示，固定軸19沿著固定水平主翼2後部的展長方向橫穿整個固定水平翼尾部，固定軸19兩端分別嵌入由上下兩塊夾緊塊18形成的圓槽內，下夾緊塊焊接在魚雷型浮體I內側壁上，上夾緊塊通過螺栓與下夾緊塊相固定，固定軸19嵌套在二塊夾緊塊18的圓槽內，上下兩塊夾緊塊通過兩支螺栓固緊，夾緊塊18的圓槽直徑為10?15mm,固定軸19直徑為8?10mm。
[0037]可控攻角水平尾翼4和固定垂直尾翼5設置在主腔體6後部，均採用對稱翼型，可控攻角水平尾翼4採用後掠形式，兩端設置有第二邊板17 (圖3、6)，第二邊板17的長度比可控攻角水平尾翼4兩端弦長大50?60mm,高度比可控攻角水平尾翼4兩端最大厚度大40?50mm,可控攻角水平尾翼4的最大弦長為200?250mm,翼端弦長90?100mm,最大厚度為12?18mm，翼展為450?500mm ;固定垂直尾翼5的高度為220?250mm，最大厚度為12 ?18mm。
[0038]如圖8 - 1、8 - 2所示，可控攻角水平尾翼4設置於雙固定垂直尾翼5上方，固定垂直尾翼5頂端分別與兩組第二圓弧形帶孔支座27連接，可控攻角水平尾翼4下表面尾部與兩組第一圓弧形帶孔支座26連接，第一圓弧形帶孔支座26位於第二支座圓弧形帶孔支座27內側，兩組第一圓弧形帶孔支座26和兩組第二圓弧形帶孔支座27通過一根水平尾翼轉軸25鉸接；可控攻角水平尾翼4能繞轉軸25轉動；
[0039]如圖7、9 -1和9 - 2所示，可控攻角水平尾翼4的轉角驅動機構包括水密直線電機7、推桿21、鉸接接頭22、滑槽23及短軸24 ;水密直線電機7豎直布置在主腔體6內尾部底板上的支座8上，推桿21 —端與水密直線電機7的驅動軸連接，另一端與鉸接接頭22相連，鉸接接頭22通過短軸24與滑槽23鉸接，滑槽23設置於可控攻角水平尾翼4下表面前端；水密直線電機7驅動推桿21向上或向下運動，帶動可控攻角水平尾翼4繞轉軸25偏轉一定的角度，以此改變攻角而產生升力，為水下潛器提供縱傾誘導力矩，這一力矩誘導設置在潛器首部位置的固定水平主翼攻角改變，藉此使水下潛器獲得下潛至所需要深度的迫沉力，以操縱水下潛器的下潛或上浮，從而實現對水下潛器的深度控制。水密直線電機7作為可控攻角水平尾翼4的轉角驅動機構的主要動力發出裝置，水密直線電機7優選型號為Model218 (Tecnadyne 公司)。
[0040]如圖10所示，尾側推噴水管系統的主管9內設置有一臺微型潛水泵29 (潛水泵優選型號為DC40，深圳中科世紀公司)，主管末端聯通位於主腔體尾部上方的右尾側推噴水管30和左尾側推噴水管33，右尾側推噴水管30和左尾側推噴水管33從出水口伸出主腔體側壁40?50mm,右尾側推噴水管30上設置有第一電磁閥開關31,左尾側推噴水管33上設置有第二電磁閥開關32 ;水流從主腔體前端進水口 28進入主管9內，經潛水泵29的加速作用，將以較高速度經左、右尾側推噴水管以垂直於主腔體側面的橫向噴出。當打開第二電磁閥開關32，關閉第一電磁閥開關31，水流將只從左尾側推噴水管33噴出，在主腔體6尾部產生一個向右的反作用力，為水下潛器提供向左的轉艏力矩；當打開第一電磁閥開關31，關閉電第二磁閥開關32，水流將只從右尾側推噴水管30噴出，在主腔體6尾部產生一個向左的反作用力，為水下潛器提供向右的轉艏力矩；當關閉第一電磁閥開關31和電第二磁閥開關32時，尾側推噴水管系統不產生轉艏力矩。通過設置帶潛水泵29及第一電磁閥開關31和電第二磁閥開關32的尾側推噴水管系統，採用尾側推噴水的方式，產生足夠水下潛器轉艏的誘導力矩，誘導具有立式方向舵功能的主腔體迎流攻角的改變，使它產生操縱水下潛器做轉艏或橫蕩運動的側向力，達到操縱水下潛器做轉艏或橫蕩運動的目的。
[0041]本實用新型尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器的工作時:
[0042]先根據不同的探測任務，在立式方向舵外形主腔體6內布置相應類型的海洋監測設備，由於不同類型儀器設備的重量不同，且不同儀器的放置要求也不一樣，這些因素都會影響到水下潛器整體的重心。所以應根據實際使用情況，適當加設調節壓載滑塊，以此按照水下潛器拖曳作業時對潛器重量分布的要求來調節潛器的重心位置，以使水下潛器重心與浮心處於正浮和具有自主穩定功能的位置要求。主腔體6內設置有其他隔艙，用來放置控制電路板、電源和配重，或直接作為浮力艙提供浮力。
[0043]調整好水下潛器重量重心位置和浮心位置之後，選擇某一拖曳孔13，將拖纜繫於該拖曳孔處，通訊動力電纜從纜線孔14伸出，繫於拖纜上，電纜鬆弛，不受拉力，然後進行試拖。根據試拖情況，調整或更換拖曳孔繼續進行拖航，根據試驗情況，可隨時調整水下潛器的重心位置，以使水下潛器保持良好穩定的拖航姿態，也可隨時對固定水平主翼2的攻角進行微調整，以滿足水下潛器深度控制要求。記錄下不同條件下水下潛器的配重及姿態變化情況，為以後的實驗提供參考。
[0044]在拖曳過程中，通過調節可控攻角水平尾翼4的轉角，誘導固定水平主翼2水動力攻角的改變，從而使水下潛器所需要的迫沉力，以此實現對水下潛器拖曳深度的控制。水下潛器所有組成部分均採用流線型外形，以減小潛器拖曳過程中的水阻力，也就降低了拖纜所承受的張力負擔；固定水平主翼2與固定傾斜翼型支撐3構成一個倒三角形，魚雷型浮體I與主腔體6為三角形的三個頂點，這種形式使得整個水下潛器的結構完整性得以保證，同時翼型外形降低了水流的擾動，避免產生漩渦，使水流可以平穩流過水下潛器，這對於保持水下潛器姿態穩定有利；固定水平主翼2的兩端分別設置有第一邊板16，以增加固定水平主翼2的有效展弦比，提高水翼的升力效果。通過設置固定垂直尾翼5，在直線拖曳作業中為水下潛器方向穩定提供保障；通過控制電磁閥，使水流從主腔體尾部一側噴出，對水下潛器產生一個尾測推力，從而對水下潛器產生水平面上的誘導力矩，使水下潛器產生橫向偏轉，在立式方向舵外形主腔體6的作用下，能較容易抵抗拖纜的拉力，實現水平運動。在保持姿態穩定的前提下，以較少的控制動作，實現對水下潛器進行大範圍、多自由度的操縱。
[0045]本實用新型所述拖曳式帶纜遙控水下潛器是一種通過拖纜將拖曳工作母船的拖曳動力傳遞到水下潛器使其可以在水下實施觀測作業的一種拖曳式水下探測裝置，水下潛器主腔體內可根據不同的用途搭載溫、鹽、壓、營養鹽及其它海洋元素探測傳感器，這些探測傳感器的工作性質通常要求水下潛器在具有比較好的拖曳航向穩定性的同時，具備比較高效、靈敏的拖曳姿態操縱能力，以滿足這些探測傳感器獲得高質量探測參數的要求。本實用新型採用尾操縱力控制方式來對水下潛器進行水下潛器在作業過程中的轉艏、橫蕩與升沉運動的操縱。其中水下潛器的轉艏與橫蕩運動通過控制尾側推噴水管系統中左、右尾側推噴水管的噴水方向，誘導具有立式方向舵外形和功能的潛器主腔體產生轉艏動作，進而產生水下潛器橫向運動所需的側向力來實現對潛器轉艏與橫蕩運動的操縱。而水下潛器的升沉運動則通過調節可控攻角水平尾翼的轉角、誘導固定水平主翼水動力攻角的變化，以產生對水下潛器進行深度控制所需要的迫沉力，進而達到控制水下潛器的升沉運動的目的。本實用新型所述的這種通過尾操縱力誘導、以此調節具有立式方向舵外形的潛器主腔體和固定水平主翼的水動力攻角改變來產生對水下潛器所需要的橫向力與迫沉力的控制方式有效地提升了作業者對拖曳式帶纜遙控水下潛器軌跡與姿態的操控能力。
[0046]本實用新型將操縱水下潛器姿態的誘導力產生機構(左、右尾側推噴水管和可控攻角水平尾翼)設置在具有立式方向舵外形和功能的潛器主腔體尾部，利用在主腔體尾部所產生的操縱力到拖曳點之間力臂較長，由此可以以較小的操縱力而產生較大的控制力矩，進而用一種比較高效的控制方式來實現對拖曳式帶纜遙控水下潛器實施靈活的轉艏、橫蕩與升沉運動的操縱。採用這樣的一種控制機構和操縱方式克服了已有拖曳式帶纜遙控水下潛器姿態控制效率不高、控制動作不靈活的缺陷。
[0047]本實用新型利用了主腔體前端水流的勢能，結合潛水泵加速來增加由主腔體尾部側面噴出的水流速度，產生了對水下潛器的有效側向操縱力。這一側推操縱力產生的方式減少了水下潛器的拖曳阻力和拖曳不穩定性、提高了水下潛器的操縱效率、也避免了常規槽道式側推器在有航速條件下側推效果不佳的弱點。
[0048]本實用新型採用了雙魚雷型浮體+立式方向舵外形的潛器主腔體的整體結構形式使這類水下潛器具備了良好的航向和姿態穩定性好，而通過尾操縱力誘導立式方向舵外形的潛器主腔體和固定水平主翼攻角偏轉來實施對拖曳式帶纜遙控水下潛器軌跡與姿態的操縱則具備了操縱靈活的特點。本實用新型同時具備穩定性號和操控靈活的特點。
【權利要求】
1.尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:包括魚雷型浮體、固定傾斜翼型支撐、固定水平主翼、可控攻角水平尾翼、固定垂直尾翼、尾側推噴水管系統和主腔體；所述主腔體為立式方向舵外形的殼體結構，其頂蓋前端設置有作為拖曳點的拖曳孔，中部設有作業吊環，前端還開有纜線孔，通訊動力電纜從纜線孔伸出；主腔體下部前端設有進水口，主腔體內設置有水平布置的尾側推噴水管系統，尾側推噴水管系統的主管沿主腔體中部設置，主管內設有潛水泵，主管末端連通位於主腔體尾部上方的右尾側推噴水管和左尾側推噴水管，右尾側推噴水管和左尾側推噴水管從出水口伸出主腔體側壁，右尾側推噴水管上設置有第一電磁閥開關，左尾側推噴水管上設置有第二電磁閥開關，用來控制尾側推噴水管的噴水方向； 兩魚雷型浮體布置在主腔體垂直對稱面上方兩側，固定水平主翼為對稱翼型，在水平方向通過固定軸連接兩魚雷型浮體，固定軸穿過固定水平主翼後部，兩端固定在兩魚雷型浮體上；固定水平主翼前部與主腔體之間設有兩塊支撐短板；一塊支撐短板與固定水平翼下表面前端固接，另一塊支撐短板固接在主腔體上；支撐短板都為圓弧形，與固定水平翼焊接的支撐短板以固定軸上的軸心為圓心，支撐短板上開有多個圓孔，兩支撐短板活動連接；固定傾斜翼型支撐布置於魚雷型浮體與主腔體之間，採用對稱翼型，其一端與魚雷型浮體連接，另一端與主腔體上部連接； 所述可控攻角水平尾翼和固定垂直尾翼設置在主腔體後部，均採用對稱翼型；可控攻角水平尾翼設置於一對固定垂直尾翼上方，固定垂直尾翼頂端設有圓弧形帶孔支座，可控攻角水平尾翼下表面尾部同樣設有圓弧形帶孔支座，兩組支座通過一根長螺栓鉸接；可控攻角水平尾翼能繞水平尾翼轉軸轉動，水平尾翼轉角驅動機構包括水密直線電機、推桿、鉸接接頭、短軸及滑槽；水密直線電機豎直布置在主腔體內，推桿一端與水密直線電機的軸連接，另一端與鉸接接頭相連，接頭另一端通過短軸與滑槽鉸接，滑槽設置於可控攻角水平尾翼下表面前端。
2.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述拖曳孔設置數量為4?7個，直徑為8?10mm，間距15?20mm，所述纜線孔直徑為30?40_，主腔體內部設有儀器艙以及多個隔艙，主腔體下方設置有海水進出口導管。
3.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:尾側推噴水管系統的管系直徑為40?50mm。
4.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述主腔體高度為400?450_，寬度為200?220_，長度為1200?1300_。
5.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述兩魚雷型浮體之間的距離為600mm?700mm，魚雷型浮體與主腔體上表面的垂直距離為250?300mm，兩魚雷型浮體直徑為180?200mm，長度為600?750mm。
6.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述固定水平主翼兩端分別設置第一邊板，第一邊板的長度比固定水平主翼的弦長大為50?60mm,高度比固定水平主翼的最大厚度大40?60mm,第一邊板的厚度為3?4mm。
7.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述固定水平主翼的弦長為200?250mm,最大厚度為20?25mm。
8.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述固定傾斜翼型支撐的弦長為200?250mm,最大厚度為35?50mm。
9.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述可控攻角水平尾翼採用後掠形式，兩端設置有第二邊板，第二邊板長度比可控攻角水平尾翼翼端弦長大50?60mm,高度比可控攻角水平尾翼翼端最大厚度大40?50mm,第二邊板厚度為3?4mm。
10.根據權利要求1所述尾側推噴水管控制拖曳式帶纜遙控水下潛器，其特徵在於:所述可控攻角水平尾翼的最大弦長為200?250mm,翼端弦長90?100mm,翼展為450?500mm,最大厚度為12?18mm,固定垂直尾翼高度為220?250mm,最大厚度為12?18mm。
【文檔編號】B63G8/18GK203958574SQ201420307016
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】吳家鳴, 陳健, 陳知霖, 馬志權, 廖華 申請人:華南理工大學, 廣州市順海造船有限公司