基于流体升力的具有垂直推进装置的潜水器制造方法及图纸

一种基于流体升力的具有垂直推进装置的潜水器，包括：潜水器机身、设置于潜水器机身外部的机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置、舵机部分以及设置于潜水器机身内部的控制系统，一对机翼对称设置于潜水器机身的两侧，机翼的水动力作用点位于机翼弦长的1/4位置，控制系统分别与机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置相连并分别输出控制指令；本发明专利技术通过对机翼的形状和结构进行重新设计，使得整个潜器的运动控制更加灵活，不但可以实现高速、机动的航行，而且实现排水量小于质量潜水器的布放回收。

Submersible with vertical propulsion device based on fluid lift

A fluid lift with submersible, vertical propulsion device based on submersible body, is arranged on the submersible fuselage external wing, vertical propulsion, tail part, vertical tail, horizontal propulsion, steering gear part and arranged on the submersible internal body control system, a pair of wings are symmetrically arranged in the diving for the fuselage on both sides, the effect of hydrodynamic wing wing chord point 1/4 position control system with wings, vertical propulsion device, tail section, vertical tail, horizontal pushing device connected and respectively output control instructions; the invention is redesigned by the shape and structure of the wing, the submersible motion control is more flexible, not only can achieve high speed, mobile navigation, and achieve a displacement of less than quality submersible laying and recovery.

【技术实现步骤摘要】
基于流体升力的具有垂直推进装置的潜水器
本专利技术涉及的是一种水下机器人领域的技术，具体是一种排水量小于质量、基于流体升力且具有垂直推进装置的潜水器。
技术介绍
传统的无人潜水器设计只考虑中性浮力和轻于水两种浮性状态，没有考虑重于水的状态。而基于流体升力和垂向推进器装置的潜水器运行与水中，使得潜水器设计实现了重于水的状态，并且不须要安装庞大的浮力部件，其体积远小于轻于水型的潜水器，能够在速度、成本、机动性等方面体现其优势，可高速、高效地用于地形探测和目标搜索，未来可用于水下长途重载运输，拓展现有潜水器的使用范畴。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于流体升力的具有垂直推进装置的潜水器，通过对机翼的形状和结构进行重新设计，使得整个潜器的运动控制更加灵活，不但可以实现高速、机动的航行，而且实现排水量小于质量潜水器的布放回收。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：潜水器机身、设置于潜水器机身外部的机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置、舵机部分以及设置于潜水器机身内部的控制系统，其中：一对机翼对称设置于潜水器机身的两侧，机翼的水动力作用点位于机翼弦长的1/4位置，尾翼部分和舵机部分分别设置于潜水器机身的尾部，水平推进装置设置于潜水器机身的尾尖端，控制系统分别与机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置相连并分别输出控制指令。所述的设置于潜水器机身的垂直推进装置装置为至少一个，根据需求可以多个垂直推进装置。所述的潜水器的水中浮力与潜水器航行过程中产生的流体升力之和等于潜水器的重量。由于机翼是潜水器航行过程中产生升力的重要装置，该升力位置如果远离整机的中心，将会产生较大的力矩，使得潜水器在垂直面容易产生姿态变化，导致潜水器航行过程不能保持稳定巡航状态。因此，所述的机翼对称布置于潜水器机身的两侧，且全机水动力作用点位于潜水器整机重心的纵向位置靠后，即机翼弦长的1/4位置。所述的控制系统，包括：垂直推进模式控制模块、流体升力模式控制模块以及转换模式控制模块，其中：垂直推进模式控制模块与垂直推进器相连并传输垂直推进器转速信息，流体升力模式控制模块与尾翼部分、垂直尾翼相连并传递尾翼角度信息，转换模式控制模块分别与垂直推进器和尾翼部分、垂直尾翼都相连并传输转速和尾翼角度信息。所述的潜水器机身内部进一步设有定位系统、传感系统以及信号收发系统，其中：定位系统与控制系统相连并传输潜水器的水中位置信息；传感系统与控制系统相连并传输潜水器的水中深度信息、离底高度信息、航信速度信息、姿态信息、角速度信息、加速度信息、障碍物信息等；信号收发系统与控制系统相连并传输水面给予的信号指令。本专利技术涉及上述潜水器的自动控制深度方法，包括以下步骤：1)垂直推进模式下，垂直推进模式控制模块获得水中深度信息，通过解耦的姿态控制算法，控制垂直推进器的转速来控制潜水器的深度。2)流体升力模式下，流体升力模式控制模块获得速度和深度信息，通过解耦的姿态控制算法，控制尾部推进器转速和尾翼部分、垂直尾翼的偏转角来控制潜水器的深度。3)转换模式下，转换模式控制模块获得潜水器的航行速度信息和水中深度信息，建立转换走廊，构造升力观测器，通过速度信息来观测升力，通过控制垂直推进器和尾翼部分、垂直尾翼，实现深度保持的模式转换，从垂直推进模式转换到流体升力模式。技术效果与现有技术相比，本专利技术针对海上水下目标探测、应急搜救、环境监测、工程实施、资源探查等工程与应用技术的快速发展需求，突破现有潜水器的设计理念、技术限制及运用方式，具备环境感知、动态路径规划、智能自主控制等先进性能。本潜水器通过水下高速航行产生升力用于平衡水下重量，而当潜器需要布放回收时，没有足以产生升力的航行速度，此时配置的垂向推进装置可以用以平衡水下重量，使得潜器的布放回收成为可能。附图说明图1为本专利技术俯视图；图2为本专利技术侧剖视图；图中：垂向推进装置1、机翼2、水平尾翼3、水平推进装置4、舵机部分5、潜水器机身6、垂直尾翼7、壳体8。具体实施方式实施例1如图1和图2所示，本实施例包括：潜水器机身6、设置于潜水器机身6上的一对机翼2、设置于潜水器机身6上的垂向推进装置1、尾翼部分以及舵机部分5、一对垂直尾翼3以及舵机部分5和水平推进装置4，其中：机翼2对称设置于潜水器机身6的两侧，全机水动力作用点位于潜水器整机重心的纵向位置靠后，尾翼部分和舵机部分5设置于潜水器机身6的尾部，水平推进装置4设置于潜水器机身6的尾尖端。所述的潜水器的水中浮力与潜水器航行过程中产生的流体升力之和等于潜水器的重量。由于机翼2是潜水器航行过程中产生升力的重要装置，该升力位置如果远离整机的中心，将会产生较大的力矩，使得潜水器在垂直面容易产生姿态变化，导致潜水器航行过程不能保持稳定巡航状态。因此，所述的机翼2对称布置于潜水器机身6的两侧，全机水动力作用点位于潜水器整机重心的纵向位置靠后。所述的潜水器机身6包括：透水外壳和耐压舱，其中：耐压舱密封设置于外壳内部，稳定操纵机构位于耐压舱内，机翼2、动力装置和起落装置分别与透水外壳固定连接。所述的透水外壳包括：透水外壳头部、透水外壳中部与透水外壳尾部，其中：透水外壳中部的两端分别连接透水外壳头部和透水外壳尾部。所述的透水外壳头部为半球体，所述的透水外壳中部为长径比在4～6之间的回转体，该透水外壳尾部的末端收尖，具有低流体阻力外形。所述的机翼2为低雷诺数翼型结构，在水中具有中性浮力，所述的机翼2仅提供流体升力，不提供浮力，以平衡水下飞机在水中的重力，另外机翼2也有一定的稳定操纵作用。所述的潜水器机身6内部设有控制系统、定位系统、传感系统以及信号收发系统，其中：控制系统与推进器和舵机部分5相连并传输运动控制信号，使得潜水器可以调节航行速度和姿态；定位系统与控制系统相连并传输潜水器的水中位置信息；传感系统与控制系统相连并传输潜水器的水中深度信息、离底高度信息、航信速度信息、姿态信息、角速度信息、加速度信息、障碍物信息等；信号收发系统与控制系统相连并传输水面给予的信号指令。所述的水平推进装置4包括：电池、电机和螺旋桨，其中：电池和电机固定设置于潜水器机身6内部，电机的输出轴与螺旋桨防水连接，螺旋桨位于壳体8外部，电池和电机分别与稳定操纵结构相连接以提供控制水下飞机运动所需要的能源及动力。所述的尾翼部分包括：水平尾翼3和垂直尾翼7，其中：垂直尾翼7和水平尾翼3均固定设置于在潜水器机身6的末端并分别与控制系统相连接。所述的水平尾翼3包括：水平安定面和水平舵，其中：水平安定面固定设置于壳体的后部且对称分布于壳体中纵剖面两侧，水平舵位于水平安定面的后方且活动设置于壳体的后部并与水平安定面位于同一水平面上。所述的垂直尾翼7包括：垂直安定面和垂直舵，其中：垂直安定面固定设置于壳体的后部且位于壳体的垂直对称面内，垂直舵位于垂直安定面后方且活动设置于壳体的后部并与垂直安定面位于同一垂直面上。所述的舵机部分5包括：具有低流体阻力的翼型剖面的垂直舵和水平舵，当水平舵转动时，产生垂直方向的力矩，可以调节水下飞机的纵倾，垂直舵转动时产生水平方向的力矩，调节水下飞机的艏向角。本专利技术通过以下方式进行工作：在设计航速下，机翼2产生的升力恰好与潜水器在水中重力平衡，潜水器悬浮在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于流体升力的具有垂直推进装置的潜水器，其特征在于，包括：潜水器机身、设置于潜水器机身外部的机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置、舵机部分以及设置于潜水器机身内部的控制系统，其中：一对机翼对称设置于潜水器机身的两侧，机翼的水动力作用点位于机翼弦长的1/4位置，尾翼部分和舵机部分分别设置于潜水器机身的尾部，水平推进装置设置于潜水器机身的尾尖端，控制系统分别与机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置相连并分别输出控制指令；所述的潜水器的水中浮力与潜水器航行过程中产生的流体升力之和等于潜水器的重量；所述的机翼仅提供流体升力，不提供浮力，因此所述的潜水器的水中浮力与潜水器航行过程中产生的升力之和等于潜水器的重量；所述的垂向推进装置的桨叶位于机翼截面的厚度方向内，且机翼水动力作用点潜水器整机重心的纵向位置；所述的控制系统，包括：垂直推进模式控制模块、流体升力模式控制模块以及转换模式控制模块，其中：垂直推进模式控制模块与垂直推进器相连并传输垂直推进器转速信息，流体升力模式控制模块与尾翼部分、垂直尾翼相连并传递尾翼角度信息，转换模式控制模块分别与垂直推进器和尾翼部分、垂直尾翼都相连并传输转速和尾翼角度信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于流体升力的具有垂直推进装置的潜水器，其特征在于，包括：潜水器机身、设置于潜水器机身外部的机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置、舵机部分以及设置于潜水器机身内部的控制系统，其中：一对机翼对称设置于潜水器机身的两侧，机翼的水动力作用点位于机翼弦长的1/4位置，尾翼部分和舵机部分分别设置于潜水器机身的尾部，水平推进装置设置于潜水器机身的尾尖端，控制系统分别与机翼、垂向推进装置、尾翼部分、垂直尾翼、水平推进装置相连并分别输出控制指令；所述的潜水器的水中浮力与潜水器航行过程中产生的流体升力之和等于潜水器的重量；所述的机翼仅提供流体升力，不提供浮力，因此所述的潜水器的水中浮力与潜水器航行过程中产生的升力之和等于潜水器的重量；所述的垂向推进装置的桨叶位于机翼截面的厚度方向内，且机翼水动力作用点潜水器整机重心的纵向位置；所述的控制系统，包括：垂直推进模式控制模块、流体升力模式控制模块以及转换模式控制模块，其中：垂直推进模式控制模块与垂直推进器相连并传输垂直推进器转速信息，流体升力模式控制模块与尾翼部分、垂直尾翼相连并传递尾翼角度信息，转换模式控制模块分别与垂直推进器和尾翼部分、垂直尾翼都相连并传输转速和尾翼角度信息。2.根据权利要求1所述的潜水器，其特征是，所述的潜水器机身内部进一步设有定位系统、传感系统以及信号收发系统，其中：定位系统与控制系统相连并传输潜水器的水中位置信息；传感系统与控制系统相连并传输潜水器的水中深度信息、离底高度信息、航信速度信息、姿态信息、角速度信息、加速度信息、障碍物信息等；信号收发系统与控制系统相连并传输水面给予的信号指令。3.根据权利要求1所述的潜水器，其特征是，所述的潜水器机身包括：透水外壳和耐压舱，其中：耐压舱密封设置于外壳内部，稳定操纵机构位于耐压舱内，机翼、动力装置和起落装置分别与透水外壳固定连接。4.根据权利要求3所述的潜水器，其特征是，所述的透水外壳包括：透水外壳头部、透水外壳中部与透水外壳尾部，其中：透水外壳中部的两端分别连接透...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁庆晴，王涛，赵敏，葛彤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31