一種多自由度操縱水下拖曳體制造技術

本發明專利技術公開了一種多自由度操縱水下拖曳體，包括魚雷狀浮體、可控制迫沉水翼、邊板、固定水平翼、固定垂直尾翼、可控制垂直尾翼以及主腔體；魚雷狀浮體為兩個，分隔水平設置，兩個魚雷狀浮體通過固定水平翼連接；主腔體為流線型，設置在兩個魚雷狀浮體下端中部，主腔體兩端各由兩個翼型構件支撐并分別與兩魚雷狀浮體相連；兩魚雷狀浮體外表面前端分別對稱設有拖曳部件，拖曳部件設有多個拖曳孔，拖纜通過拖曳孔與船體連接；兩魚雷狀浮體的尾部設置有固定垂直尾翼，固定垂直尾翼為對稱機翼型；本發明專利技術外形簡潔，航態穩定性好，自主穩定能力強，姿態控制方便，操縱效率高，可操縱自由度多，控制機構簡單，具有較高的實用價值和商業價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種海洋水下探測裝置的載體，具體是指一種多自由度操縱水下拖曳體。
技術介紹
水下拖曳系統是一種廣泛應用于水下環境調查、海洋環境監測等領域的水下探測裝置，系統通常由拖曳電纜、被動或可操縱水下拖曳體組成，水下拖曳體是系統的關鍵組成部分。拖曳體體內可根據不同的用途搭載各種水下化學元素探測傳感器或物理探測傳感器。工作船上的作業人員可以通過一定的控制手段對拖曳體實施軌跡與姿態操縱。水下拖曳系統的工作性質要求拖曳體工作時姿態穩定、并具有靈活的姿態與軌跡控制能力。如何按照拖曳系統的水下監測要求實現對拖曳體的簡便、多自由度的操縱，是可操縱水下拖曳體能否成功地運用于實際水下觀測作業的關鍵之一。現有的水下拖曳體中，對于拖曳體的深度和軌跡控制主要是通過改變拖曳電纜纜長結合調節拖曳體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類型的拖曳體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探測儀器的單個柱形主體組成。這類單一柱形主體形式拖曳體的主要缺陷是:拖曳體的搖蕩阻尼較小，自主穩定性不足，控制手段單一。由此而造成了拖曳體在其拖曳作業過程中難以維持姿態穩定，不容易實現多自由度、大范圍、垂直于拖曳方向運動時的橫向水平水下觀測。為實現拖曳體能穩定、大范圍、多自由度水下作業，現有的水下拖曳體大多參照航空飛行器的控制原理，采用機構龐大的復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體則由于控制動作單一、不易保證其姿態穩定、控制自由度少而難以在實際拖曳觀測作業中得到滿意的應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種具有自主穩定功能、以簡單的控制機構和簡單的結構形式來實現對拖曳體多自由度操縱的多自由度操縱水下拖曳體。本專利技術通過下述技術方案實現:一種多自由度操縱水下拖曳體，包括魚雷狀浮體、可控制迫沉水翼、邊板、固定水平翼、固定垂直尾翼、可控制垂直尾翼以及主腔體；所述魚雷狀浮體為兩個，分隔水平設置，兩個魚雷狀浮體通過固定水平翼連接；主腔體為流線型，設置在兩個魚雷狀浮體下端中部，主腔體兩端各由兩個翼型構件支撐并分別與兩魚雷狀浮體相連；兩魚雷狀浮體外表面前端分別對稱設有拖曳部件，拖曳部件設有多個拖曳孔，拖纜通過拖曳孔與船體連接；兩魚雷狀浮體的尾部設置有固定垂直尾翼，固定垂直尾翼為對稱機翼型；—橢圓柱狀的腔體固定在尾部的固定水平翼中間，腔體內放置垂直尾翼攻角控制機構，垂直尾翼攻角控制機構主要由尾翼步進電機、主動齒輪、從動齒輪以及垂直轉軸組成；垂直轉軸固定連接可控制垂直尾翼，垂直轉軸還與從動齒輪連接；從動齒輪與主動齒輪嚙合，主動齒輪與尾翼步進電機連接，尾翼步進電機通過電纜與船上電源和拖曳體姿態控制器連接；所述垂直轉軸的軸心位于兩魚雷狀浮體對稱軸所在縱剖面上；可控制垂直尾翼為翼型結構，設置在腔體后端；所述可控制迫沉水翼為對稱或者非對稱機翼型，設置在兩魚雷狀浮體之間的前端，由一支撐軸支撐，支撐軸與兩個魚雷狀浮體連接，支撐軸的軸線與兩個浮體的軸線正交；位于兩魚雷狀浮體之間的前端；可控制迫沉水翼的兩端分別設置有邊板，邊板的面與可控制迫沉水翼展長方向垂直；迫沉水翼攻角控制機構設置在魚雷狀浮體內，迫沉水翼攻角控制機構主要由連桿、蝸桿、連桿套環、蝸輪、固定鉸接轉軸、萬向傳動裝置、迫沉水翼步進電機、操縱桿套環以及操縱桿組成；連桿與固定鉸接轉軸連接，操縱桿的一端伸出魚雷狀浮體并與可控制迫沉水翼的尾部連接，另一端與操縱桿套環鉸接，操縱桿套環套接在連桿上，連桿套環套接在連桿上，連桿套環與蝸輪之間設有一萬向傳動裝置；蝸輪與蝸桿連接，蝸桿與迫沉水翼步進電機連接，迫沉水翼步進電機通過電纜與船體電源連接。為進一步實現本專利技術目的，所述主腔體與兩個魚雷狀浮體水平連線的垂直距離優選為500 600mm。所述固定水平翼為對稱機翼型，在前后端分別與兩魚雷狀浮體連接，后端的固定水平翼還包括斜向布置水平翼型構件，其翼展方向與縱向成45度角。所述主腔體的流線型外形優選采用水滴或魚雷狀的形式；主腔體內搭載不同類型的海洋物理、化學參數采樣傳感器，或聲、光物理傳感器。所述支撐軸位于距魚雷狀浮體頂部五分之一浮體的長度處。所述邊板與兩邊相應的魚雷狀浮體的距離為10 20mm，邊板的長度比可控制迫沉水翼的弦長大20 40mm，可控制迫沉水翼的邊板在可控制迫沉水翼的前、后兩端處分別突出10 20mm,邊板的高度比可控制迫沉水翼的最大厚度大20 40mm,可控制迫沉水翼邊板在可控制迫沉水翼的最大厚度處的上、下兩端分別突出10 20mm。所述可控制迫沉水翼的弦長為250 300mm ;可控制迫沉水翼的最大厚度為40 50mm。所述萬向傳動裝置由兩個萬向節和一根短軸組成，兩個萬向節分別設置在連桿套環和蝸輪上。所述可控制垂直尾翼的前端與橢圓柱狀的腔體的末端的距離優選為10 20mm。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點與有益效果:(I)穩定性好。本專利技術所述可操縱水下拖曳體為雙體結構，流線型主腔體布置在正下方。一方面兩魚雷狀浮體產生一定的向上浮力，另一方面，裝載有儀器設備的主腔體質量較大，二者的聯合作用使整個拖曳體的浮心提高、重心下降，這樣兩浮體與主腔體之間的合力能產生較大的回復力矩，因此所述拖曳體的橫、縱搖阻尼都較大，使得拖曳體在作業過程中具有良好的姿態穩定性能，具有較強的自主穩定能力，從而減少了使用者維持其姿態所要求發出的操縱動作，降低了控制系統的設計要求。(2)控制方式相對簡單。由于僅僅只需兩個控制電機，操縱可控制迫沉水翼和可控制垂直尾翼的偏轉，即可實現拖曳體升沉和水平方向的多自由度運動。較之傳統控制方式，對于同樣的多自由度操縱，本專利技術的控制機構設計難度大大降低。(3)自由度多、操縱效率高。本專利技術可控制迫沉水翼翼面積大，能產生較大的迫沉力，再加上拖曳體流線型外形，水阻力相對較小，使得拖曳體深度操控效率較高。另外，所述部裝有可控制垂直拖曳體尾尾翼，可操縱拖曳體進行橫向運動。(4)水下探測儀器布置靈活。本專利技術用于設置水下探測儀器的主腔體可以根據不同的水下監測任務要求靈活地決定其外形尺度，從而擴大了拖曳體的使用范圍。附圖說明圖1是本專利技術可操縱水下拖曳體的外形結構左視示意圖；圖2是本專利技術可操縱水下拖曳體的外形結構俯視示意圖；圖3是本專利技術可操縱水下拖曳體的外形結構前視示意圖；圖4是可操縱水下拖曳體的迫沉水翼攻角控制機構三維模型示意圖；圖5是本專利技術可操縱水下拖曳體的萬向傳動裝置三維模型示意圖；圖6是本專利技術可操縱水下拖曳體的迫沉水翼攻角控制機構側視示意圖；圖7是本專利技術可操縱水下拖曳體的迫沉水翼攻角控制機構后視示意圖；圖8是本專利技術可操縱水下拖曳體的可控制垂直尾翼控制機構側視示意圖；圖9是本專利技術可操縱水下拖曳體的可控制垂直尾翼控制機構俯視示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明，但本專利技術的實施方式不限于此。如圖1、2、3所示，多自由度操縱水下拖曳體包括魚雷狀浮體1、可控制迫沉水翼2、邊板4、固定水平翼9、固定垂直尾翼16、可控制垂直尾翼14以及主腔體11 ;魚雷狀浮體I為兩個，分隔水平設置，兩個魚雷狀浮體I通過固定水平翼9連接；主腔體11為流線型，設置在兩個魚雷狀浮體I下端中部，與兩個魚雷狀浮體I中心水平連線的垂直距離優本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多自由度操縱水下拖曳體，其特征在于包括魚雷狀浮體、可控制迫沉水翼、邊板、固定水平翼、固定垂直尾翼、可控制垂直尾翼以及主腔體；所述魚雷狀浮體為兩個，分隔水平設置，兩個魚雷狀浮體通過固定水平翼連接；主腔體為流線型，設置在兩個魚雷狀浮體下端中部，主腔體兩端各由兩個翼型構件支撐并分別與兩魚雷狀浮體相連；兩魚雷狀浮體外表面前端分別對稱設有拖曳部件，拖曳部件設有多個拖曳孔，拖纜通過拖曳孔與船體連接；兩魚雷狀浮體的尾部設置有固定垂直尾翼，固定垂直尾翼為對稱機翼型；一橢圓柱狀的腔體固定在尾部的固定水平翼中間，腔體內放置垂直尾翼攻角控制機構，垂直尾翼攻角控制機構主要由尾翼步進電機、主動齒輪、從動齒輪以及垂直轉軸組成；垂直轉軸固定連接可控制垂直尾翼，垂直轉軸還與從動齒輪連接；從動齒輪與主動齒輪嚙合，主動齒輪與尾翼步進電機連接，尾翼步進電機通過電纜與船上電源和拖曳體姿態控制器連接；所述垂直轉軸的軸心位于兩魚雷狀浮體對稱軸所在縱剖面上；可控制垂直尾翼為翼型結構，設置在腔體后端；所述可控制迫沉水翼為對稱或者非對稱機翼型，設置在兩魚雷狀浮體之間的前端，由一支撐軸支撐，支撐軸與兩個魚雷狀浮體連接，支撐軸的軸線與兩個浮體的軸線正交；位于兩魚雷狀浮體之間的前端；可控制迫沉水翼的兩端分別設置有邊板，邊板的面與可控制迫沉水翼展長方向垂直；迫沉水翼攻角控制機構設置在魚雷狀浮體內，迫沉水翼攻角控制機構主要由連桿、蝸桿、連桿套環、蝸輪、固定鉸接轉軸、萬向傳動裝置、迫沉水翼步進電機、操縱桿套環以及操縱桿組成；連桿與固定鉸接轉軸連接，操縱桿的一端伸出魚雷狀浮體并與可控制迫沉水翼的尾部連接，另一端與操縱桿套環鉸接，操縱桿套環套接在連桿上，連桿套環套接在連桿上，連桿套環與蝸輪之間設有一萬向傳動裝置；蝸輪與蝸桿連接，蝸桿與迫沉水翼步進電機連接，迫沉水翼步進電機通過電纜與船體電源連接。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳家鳴，陳健，黃志科，馬志權，
申請(專利權)人：華南理工大學，廣州市番禺靈山造船廠有限公司，
類型：發明
國別省市：