一种多自由度操纵水下拖曳体制造技术

本发明专利技术公开了一种多自由度操纵水下拖曳体，包括鱼雷状浮体、可控制迫沉水翼、边板、固定水平翼、固定垂直尾翼、可控制垂直尾翼以及主腔体；鱼雷状浮体为两个，分隔水平设置，两个鱼雷状浮体通过固定水平翼连接；主腔体为流线型，设置在两个鱼雷状浮体下端中部，主腔体两端各由两个翼型构件支撑并分别与两鱼雷状浮体相连；两鱼雷状浮体外表面前端分别对称设有拖曳部件，拖曳部件设有多个拖曳孔，拖缆通过拖曳孔与船体连接；两鱼雷状浮体的尾部设置有固定垂直尾翼，固定垂直尾翼为对称机翼型；本发明专利技术外形简洁，航态稳定性好，自主稳定能力强，姿态控制方便，操纵效率高，可操纵自由度多，控制机构简单，具有较高的实用价值和商业价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海洋水下探测装置的载体，具体是指一种多自由度操纵水下拖曳体。
技术介绍
水下拖曳系统是一种广泛应用于水下环境调查、海洋环境监测等领域的水下探测装置，系统通常由拖曳电缆、被动或可操纵水下拖曳体组成，水下拖曳体是系统的关键组成部分。拖曳体体内可根据不同的用途搭载各种水下化学元素探测传感器或物理探测传感器。工作船上的作业人员可以通过一定的控制手段对拖曳体实施轨迹与姿态操纵。水下拖曳系统的工作性质要求拖曳体工作时姿态稳定、并具有灵活的姿态与轨迹控制能力。如何按照拖曳系统的水下监测要求实现对拖曳体的简便、多自由度的操纵，是可操纵水下拖曳体能否成功地运用于实际水下观测作业的关键之一。现有的水下拖曳体中，对于拖曳体的深度和轨迹控制主要是通过改变拖曳电缆缆长结合调节拖曳体迫沉水翼的攻角来实现。从外部形式看，不同研究机构或企业所开发的各种类型的拖曳体基本上是仿照航空飞行器的形式，以固定或可调攻角的迫沉水翼加上装载了水下探测仪器的单个柱形主体组成。这类单一柱形主体形式拖曳体的主要缺陷是:拖曳体的摇荡阻尼较小，自主稳定性不足，控制手段单一。由此而造成了拖曳体在其拖曳作业过程中难以维持姿态稳定，不容易实现多自由度、大范围、垂直于拖曳方向运动时的横向水平水下观测。为实现拖曳体能稳定、大范围、多自由度水下作业，现有的水下拖曳体大多参照航空飞行器的控制原理，采用机构庞大的复杂控制机构来满足其水下探测的要求。另一方面，市场上一些商业化轻便的拖曳体则由于控制动作单一、不易保证其姿态稳定、控制自由度少而难以在实际拖曳观测作业中得到满意的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有自主稳定功能、以简单的控制机构和简单的结构形式来实现对拖曳体多自由度操纵的多自由度操纵水下拖曳体。本专利技术通过下述技术方案实现:一种多自由度操纵水下拖曳体，包括鱼雷状浮体、可控制迫沉水翼、边板、固定水平翼、固定垂直尾翼、可控制垂直尾翼以及主腔体；所述鱼雷状浮体为两个，分隔水平设置，两个鱼雷状浮体通过固定水平翼连接；主腔体为流线型，设置在两个鱼雷状浮体下端中部，主腔体两端各由两个翼型构件支撑并分别与两鱼雷状浮体相连；两鱼雷状浮体外表面前端分别对称设有拖曳部件，拖曳部件设有多个拖曳孔，拖缆通过拖曳孔与船体连接；两鱼雷状浮体的尾部设置有固定垂直尾翼，固定垂直尾翼为对称机翼型；—椭圆柱状的腔体固定在尾部的固定水平翼中间，腔体内放置垂直尾翼攻角控制机构，垂直尾翼攻角控制机构主要由尾翼步进电机、主动齿轮、从动齿轮以及垂直转轴组成；垂直转轴固定连接可控制垂直尾翼，垂直转轴还与从动齿轮连接；从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮与尾翼步进电机连接，尾翼步进电机通过电缆与船上电源和拖曳体姿态控制器连接；所述垂直转轴的轴心位于两鱼雷状浮体对称轴所在纵剖面上；可控制垂直尾翼为翼型结构，设置在腔体后端；所述可控制迫沉水翼为对称或者非对称机翼型，设置在两鱼雷状浮体之间的前端，由一支撑轴支撑，支撑轴与两个鱼雷状浮体连接，支撑轴的轴线与两个浮体的轴线正交；位于两鱼雷状浮体之间的前端；可控制迫沉水翼的两端分别设置有边板，边板的面与可控制迫沉水翼展长方向垂直；迫沉水翼攻角控制机构设置在鱼雷状浮体内，迫沉水翼攻角控制机构主要由连杆、蜗杆、连杆套环、蜗轮、固定铰接转轴、万向传动装置、迫沉水翼步进电机、操纵杆套环以及操纵杆组成；连杆与固定铰接转轴连接，操纵杆的一端伸出鱼雷状浮体并与可控制迫沉水翼的尾部连接，另一端与操纵杆套环铰接，操纵杆套环套接在连杆上，连杆套环套接在连杆上，连杆套环与蜗轮之间设有一万向传动装置；蜗轮与蜗杆连接，蜗杆与迫沉水翼步进电机连接，迫沉水翼步进电机通过电缆与船体电源连接。为进一步实现本专利技术目的，所述主腔体与两个鱼雷状浮体水平连线的垂直距离优选为500 600mm。所述固定水平翼为对称机翼型，在前后端分别与两鱼雷状浮体连接，后端的固定水平翼还包括斜向布置水平翼型构件，其翼展方向与纵向成45度角。所述主腔体的流线型外形优选采用水滴或鱼雷状的形式；主腔体内搭载不同类型的海洋物理、化学参数采样传感器，或声、光物理传感器。所述支撑轴位于距鱼雷状浮体顶部五分之一浮体的长度处。所述边板与两边相应的鱼雷状浮体的距离为10 20mm，边板的长度比可控制迫沉水翼的弦长大20 40mm，可控制迫沉水翼的边板在可控制迫沉水翼的前、后两端处分别突出10 20mm,边板的高度比可控制迫沉水翼的最大厚度大20 40mm,可控制迫沉水翼边板在可控制迫沉水翼的最大厚度处的上、下两端分别突出10 20mm。所述可控制迫沉水翼的弦长为250 300mm ;可控制迫沉水翼的最大厚度为40 50mm。所述万向传动装置由两个万向节和一根短轴组成，两个万向节分别设置在连杆套环和蜗轮上。所述可控制垂直尾翼的前端与椭圆柱状的腔体的末端的距离优选为10 20mm。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:(I)稳定性好。本专利技术所述可操纵水下拖曳体为双体结构，流线型主腔体布置在正下方。一方面两鱼雷状浮体产生一定的向上浮力，另一方面，装载有仪器设备的主腔体质量较大，二者的联合作用使整个拖曳体的浮心提高、重心下降，这样两浮体与主腔体之间的合力能产生较大的回复力矩，因此所述拖曳体的横、纵摇阻尼都较大，使得拖曳体在作业过程中具有良好的姿态稳定性能，具有较强的自主稳定能力，从而减少了使用者维持其姿态所要求发出的操纵动作，降低了控制系统的设计要求。(2)控制方式相对简单。由于仅仅只需两个控制电机，操纵可控制迫沉水翼和可控制垂直尾翼的偏转，即可实现拖曳体升沉和水平方向的多自由度运动。较之传统控制方式，对于同样的多自由度操纵，本专利技术的控制机构设计难度大大降低。(3)自由度多、操纵效率高。本专利技术可控制迫沉水翼翼面积大，能产生较大的迫沉力，再加上拖曳体流线型外形，水阻力相对较小，使得拖曳体深度操控效率较高。另外，所述部装有可控制垂直拖曳体尾尾翼，可操纵拖曳体进行横向运动。(4)水下探测仪器布置灵活。本专利技术用于设置水下探测仪器的主腔体可以根据不同的水下监测任务要求灵活地决定其外形尺度，从而扩大了拖曳体的使用范围。附图说明图1是本专利技术可操纵水下拖曳体的外形结构左视示意图；图2是本专利技术可操纵水下拖曳体的外形结构俯视示意图；图3是本专利技术可操纵水下拖曳体的外形结构前视示意图；图4是可操纵水下拖曳体的迫沉水翼攻角控制机构三维模型示意图；图5是本专利技术可操纵水下拖曳体的万向传动装置三维模型示意图；图6是本专利技术可操纵水下拖曳体的迫沉水翼攻角控制机构侧视示意图；图7是本专利技术可操纵水下拖曳体的迫沉水翼攻角控制机构后视示意图；图8是本专利技术可操纵水下拖曳体的可控制垂直尾翼控制机构侧视示意图；图9是本专利技术可操纵水下拖曳体的可控制垂直尾翼控制机构俯视示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1、2、3所示，多自由度操纵水下拖曳体包括鱼雷状浮体1、可控制迫沉水翼2、边板4、固定水平翼9、固定垂直尾翼16、可控制垂直尾翼14以及主腔体11 ;鱼雷状浮体I为两个，分隔水平设置，两个鱼雷状浮体I通过固定水平翼9连接；主腔体11为流线型，设置在两个鱼雷状浮体I下端中部，与两个鱼雷状浮体I中心水平连线的垂直距离优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多自由度操纵水下拖曳体，其特征在于包括鱼雷状浮体、可控制迫沉水翼、边板、固定水平翼、固定垂直尾翼、可控制垂直尾翼以及主腔体；所述鱼雷状浮体为两个，分隔水平设置，两个鱼雷状浮体通过固定水平翼连接；主腔体为流线型，设置在两个鱼雷状浮体下端中部，主腔体两端各由两个翼型构件支撑并分别与两鱼雷状浮体相连；两鱼雷状浮体外表面前端分别对称设有拖曳部件，拖曳部件设有多个拖曳孔，拖缆通过拖曳孔与船体连接；两鱼雷状浮体的尾部设置有固定垂直尾翼，固定垂直尾翼为对称机翼型；一椭圆柱状的腔体固定在尾部的固定水平翼中间，腔体内放置垂直尾翼攻角控制机构，垂直尾翼攻角控制机构主要由尾翼步进电机、主动齿轮、从动齿轮以及垂直转轴组成；垂直转轴固定连接可控制垂直尾翼，垂直转轴还与从动齿轮连接；从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮与尾翼步进电机连接，尾翼步进电机通过电缆与船上电源和拖曳体姿态控制器连接；所述垂直转轴的轴心位于两鱼雷状浮体对称轴所在纵剖面上；可控制垂直尾翼为翼型结构，设置在腔体后端；所述可控制迫沉水翼为对称或者非对称机翼型，设置在两鱼雷状浮体之间的前端，由一支撑轴支撑，支撑轴与两个鱼雷状浮体连接，支撑轴的轴线与两个浮体的轴线正交；位于两鱼雷状浮体之间的前端；可控制迫沉水翼的两端分别设置有边板，边板的面与可控制迫沉水翼展长方向垂直；迫沉水翼攻角控制机构设置在鱼雷状浮体内，迫沉水翼攻角控制机构主要由连杆、蜗杆、连杆套环、蜗轮、固定铰接转轴、万向传动装置、迫沉水翼步进电机、操纵杆套环以及操纵杆组成；连杆与固定铰接转轴连接，操纵杆的一端伸出鱼雷状浮体并与可控制迫沉水翼的尾部连接，另一端与操纵杆套环铰接，操纵杆套环套接在连杆上，连杆套环套接在连杆上，连杆套环与蜗轮之间设有一万向传动装置；蜗轮与蜗杆连接，蜗杆与迫沉水翼步进电机连接，迫沉水翼步进电机通过电缆与船体电源连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴家鸣，陈健，黄志科，马志权，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州市番禺灵山造船厂有限公司，
类型：发明
国别省市：