一种水下滑翔器综合调节机构

摘要

本发明涉及水下滑翔器技术领域，尤其是一种水下滑翔器综合调节机构。其包括储水舱，储水舱进水端通过软管连接进排水机构；所述储水舱包括储水舱体，储水舱体的内腔中设有波纹管，波纹管面向储水舱体底端面一端固定连接导向板，所述储水舱固定连接在纵倾调节座上，纵倾调节座上连接纵倾调节机构，纵倾调节机构固定在横倾调节座，横倾调节座上连接横倾调节机构。本发明利用必须配置的储水舱的前后移动进行纵向姿态调节，利用储水舱、纵向电机和基座等附属设施左右移动进行横倾姿态调节，大量减少了非有效重物载荷的配置，增加了滑翔器的富裕浮力，增大滑翔器可搭载传感器的质量。

权利要求

1.一种水下滑翔器综合调节机构，包括储水舱(6)，其特征在于：所述储水舱(6)设置在水下滑翔器的耐压结构(1)内，储水舱(6)进水端通过软管(7)连接进排水机构，所述软管(7)上连接张紧机构；所述储水舱(6)包括储水舱体(601)，储水舱体(601)一端设有开口，储水舱体(601)的开口端连接储水舱封头(602)，储水舱体(601)的内腔中设有波纹管(603)，波纹管(603)面向储水舱体(601)底端面一端固定连接导向板(604)，所述导向板(604)滑动连接在多个导向柱(605)上，多个导向柱(605)沿着储水舱(6)内侧壁圆周方向均匀分布并固定，所述储水舱(6)底端面中心固定连接传感器节点(606)，导向板(604)面向传感器节点(606)位置固定传感器接头(607)，传感器节点(606)和传感器接头(607)配合并测量导向板(604)的移动距离，所述波纹管(603)面向储水舱封头(602)一端设有开口，储水舱封头(602)上的进水端与波纹管(603)的开口连通；所述储水舱(6)固定连接在纵倾调节座(17)上，纵倾调节座(17)上连接纵倾调节机构，纵倾调节机构固定在横倾调节座(18)，横倾调节座(18)上连接横倾调节机构。

2.如权利要求1所述的一种水下滑翔器综合调节机构，其特征在于：所述进排水机构包括过渡舱(3)，过渡舱(3)进水端通过水管连接第一进水阀(10)出水端，第一进水阀(10)进水端通过水管连接第一三通管(2)出水端，第一三通管(2)进水端固定在耐压结构(1)侧壁上并伸出耐压结构(1)，过渡舱(3)出水端通过水管连接第二进水阀(11)进水端，第二进水阀(11)出水端通过水管连接第二三通管(8)进水端，第二三通管(8)出水端连接水泵(4)进水端，水泵(4)出水端通过软管(7)连接储水舱(6)进水端，水泵(4)固定在水泵基座(9)上，水泵基座(9)固定在耐压结构(1)内，水泵(4)一端通过联轴器连接水泵电机(5)，所述第二三通管(8)回水端通过水管连接排水阀(12)进水端，排水阀(12)出水端通过水管连接第一三通管(2)回水端。

3.如权利要求2所述的一种水下滑翔器综合调节机构，其特征在于：所述过渡舱(3)包括圆柱筒体结构的过渡舱体(301)，过渡舱体(301)内设有减压盘管(303)，过渡舱体(301)两端分别连接过渡封头(302)，过渡舱体(301)两端的过渡封头(302)外端面上分别设有进水接头(304)和出水接头(305)，进水接头(304)和减压盘管(303)进水端连接，减压盘管(303)出水端位于过渡舱(3)内，减压盘管(303)的管路内径大于进水接头(304)的接头内径。

4.如权利要求1所述的一种水下滑翔器综合调节机构，其特征在于：所述张紧机构包括张紧滑轮(13)，张紧滑轮(13)转动连接在滑轮座(4)上，滑轮座(14)连接张紧弹簧(15)一端，张紧弹簧(15)另一端连接弹簧固定座(16)，弹簧固定座(16)固定在耐压结构(1)内，软管(7)穿过张紧滑轮(13)后连接在储水舱(6)进水端。

5.如权利要求1所述的一种水下滑翔器综合调节机构，其特征在于：所述纵倾调节机构包括固定在纵倾调节座(17)底部中心位置的螺母座(19)，螺母座(19)通过螺纹连接在调节丝杆(21)上，调节丝杆(21)两端转动连接轴承座，轴承座固定在安装板(22)上，调节丝杆(21)一端通过联轴器连接纵倾调节电机(20)的驱动端，调节丝杆(21)左右两侧对称设有滑轨(24)，滑轨(24)固定在安装板(22)上，螺母座(19)左右两侧对称设有支撑滑片(23)，支撑滑片(23)上端固定连接在纵倾调节座(17)底部，支撑滑片(23)下端滑动连接在滑轨(24)上。

6.如权利要求1或5所述的一种水下滑翔器综合调节机构，其特征在于：所述横倾调节机构包括固定在横倾调节座(18)上的横倾调节电机(25)，横倾调节电机(25)的驱动端连接齿轮轴，齿轮轴上连接齿轮(26)，齿轮轴一端转动连接在支座(28)上，支座(28)固定在横倾调节座(18)上，齿轮(26)与固定在耐压结构(1)侧壁上的齿条(27)啮合连接。

7.如权利要求1所述的一种水下滑翔器综合调节机构，其特征在于：所述储水舱(6)为圆柱形筒体结构。

说明书

一种水下滑翔器综合调节机构

技术领域

[0001] 本发明涉及水下滑翔器技术领域，尤其是一种水下滑翔器综合调节机构。

背景技术

[0002] 水下滑翔器是一种通过重力和浮力差值的净浮力驱动，依靠内部纵倾调节机构进行纵向姿态调节，依靠横向调节机构进行横向姿态调节，进而在海洋剖面沿着二维锯齿形曲线或者三维螺旋曲线进行滑翔运动，依靠携带的测量传感器测量海水密度、盐度、温度等水文水质参数的传感器运载平台。因自持力久、航程长、功耗低等优点，水下滑翔器在海洋环境调查和监测中得到广泛应用。

[0003] 现有技术中，水下滑翔器为了完成净浮力、纵倾姿态、横倾姿态的调节或者实现螺旋运动，均配置独立的净浮力调节结构进行重量或者浮力的调节，配置纵倾调节机构进行纵倾姿态的调节，配置横向调节机构进行横倾姿态调节以实现转向运动或螺旋滑翔运动。这些具有独立功能的调节机构沿着滑翔器圆柱形耐压壳体纵向布置，占据了运载器耐压结构内约80％～90％的纵向空间，使得搭载有效载荷测量传感器的空间非常有限。通过非有效重物载荷的纵向移动调节重心的纵向分布进行纵倾姿态调节，通过非有效重物载荷的旋转或者横向移动进行横向姿态调节的，使得运载器能够搭载有效载荷测量传感器的富裕浮力非常有限。多种功能性调节机构的设计严重限制了水下滑翔器作为测量传感器平台能够搭载测量传感器的能力，限制了水下滑翔器的使用功效。

发明内容

[0004] 本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种能够同时进行重量调节、纵向姿态调节、横向姿态调节的水下滑翔器综合调节机构，有效缩短了调节机构在耐压结构内部的纵向布置空间，降低了调节机构的重量，增大了滑翔器整体的载重空间和质量。

[0005] 本发明所采用的技术方案如下：

[0006] 一种水下滑翔器综合调节机构，包括储水舱，所述储水舱设置在水下滑翔器的耐压结构内，储水舱进水端通过软管连接进排水机构；所述储水舱包括储水舱体，储水舱体一端设有开口，储水舱体的开口端连接储水舱封头，储水舱体的内腔中设有波纹管，波纹管面向储水舱体底端面一端固定连接导向板，导向板滑动连接在多个导向柱上，多个导向柱沿着储水舱内侧壁圆周方向均匀分布并固定，所述储水舱底端面中心固定连接传感器节点，导向板面向传感器节点位置固定传感器接头，传感器节点和传感器接头配合并测量导向板的移动距离，所述波纹管面向储水舱封头一端设有开口，储水舱封头上的进水端与波纹管的开口连通；所述储水舱固定连接在纵倾调节座上，纵倾调节座上连接纵倾调节机构，纵倾调节机构固定在横倾调节座，横倾调节座上连接横倾调节机构。

[0007] 进一步的，进排水机构包括过渡舱，过渡舱进水端通过水管连接第一进水阀出水端，第一进水阀进水端通过水管连接第一三通管出水端，第一三通管进水端固定在耐压结构侧壁上并伸出耐压结构，过渡舱出水端通过水管连接第二进水阀进水端，第二进水阀出水端通过水管连接第二三通管进水端，第二三通管出水端连接水泵进水端，水泵出水端通过软管连接储水舱进水端，水泵固定在水泵基座上，水泵基座固定在耐压结构内，水泵一端通过联轴器连接水泵电机，所述第二三通管回水端通过水管连接排水阀进水端，排水阀出水端通过水管连接第一三通管回水端。

[0008] 进一步的，过渡舱包括圆柱筒体结构的过渡舱体，过渡舱体内设有减压盘管，过渡舱体两端分别连接过渡封头，过渡舱体两端的过渡封头外端面上分别设有进水接头和出水接头，进水接头和减压盘管进水端连接，减压盘管出水端位于过渡舱内，减压盘管的管路内径大于进水接头的接头内径。

[0009] 进一步的，软管上连接张紧机构。

[0010] 进一步的，张紧机构包括张紧滑轮，张紧滑轮转动连接在滑轮座上，滑轮座连接张紧弹簧一端，张紧弹簧另一端连接弹簧固定座，弹簧固定座固定在耐压结构内，软管穿过张紧滑轮后连接在储水舱进水端。

[0011] 进一步的，纵倾调节机构包括固定在纵倾调节座底部中心位置的螺母座，螺母座通过螺纹连接在调节丝杆上，调节丝杆两端转动连接轴承座，轴承座固定在安装板上，调节丝杆一端通过联轴器连接纵倾调节电机的驱动端，调节丝杆左右两侧对称设有滑轨，滑轨固定在安装板上，螺母座左右两侧对称设有支撑滑片，支撑滑片上端固定连接在纵倾调节座底部，支撑滑片下端滑动连接在滑轨上。

[0012] 进一步的，横倾调节机构包括固定在横倾调节座上的横倾调节电机，横倾调节电机的驱动端连接齿轮轴，齿轮轴上连接齿轮，齿轮轴一端转动连接在支座上，支座固定在横倾调节座上，齿轮与固定在耐压结构侧壁上的齿条啮合连接。

[0013] 进一步的，储水舱为圆柱形筒体结构。

[0014] 本发明的有益效果如下：

[0015] 本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过本发明中利用必须配置的储水舱的前后移动进行纵向姿态调节，利用储水舱、纵向电机和基座等附属设施左右移动进行横倾姿态调节，大量减少了非有效重物载荷的配置，增加了滑翔器的富裕浮力，增大滑翔器可搭载传感器的质量；本发明的姿态调节机构能够同时用于纵倾和横倾姿态调节，纵向空间尺寸小，增大了滑翔器纵向搭载测量传感器的有效耐压空间，通过本发明的应用，能使滑翔器搭载测量传感器的质量和空间提升一倍以上。

附图说明

[0016] 图1为本发明的立体图

[0017] 图2为本发明的俯视图。

[0018] 图3为本发明的主视图。

[0019] 图4为本发明进排水机构结构图。

[0020] 图5为本发明过渡舱结构图。

[0021] 图6为本发明储水舱结构图。

[0022] 图7为本发明横倾调节机构和纵倾调节机构结构图。

[0023] 图8为本发明横倾调节机构和纵倾调节机构图。

[0024] 其中：1、耐压结构；101、耐压壳体；102、耐压封头；103、安装基座；2、第一三通管；3、过渡舱；301、过渡舱体；302、过渡封头；303、减压盘管；304、进水接头；305、出水接头；4、水泵；5、水泵电机；6、储水舱；601、储水舱体；602、储水舱封头；603、波纹管；604、导向板；
605、导向柱；606、传感器节点；607、传感器接头；7、软管；8、第二三通管；9、水泵基座；10、第一进水阀；11、第二进水阀；12、排水阀；13、张紧滑轮；14、滑轮座；15、张紧弹簧；16、弹簧固定座；17、纵倾调节座；18、横倾调节座；19、螺母座；20、纵倾调节电机；21、调节丝杆；22、安装板；23、支撑滑片；24、滑轨；25、横倾调节电机；26、齿轮；27、齿条；28、支座。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

[0026] 如图1所示，本发明主要包括储水舱6，储水舱6在使用时设置在水下滑翔器的耐压结构1内。储水舱6进水端通过软管7连接进排水机构，进排水机构能够将外界海水引入到耐压结构的储水舱6内或将储水舱6内的水排出到耐压结构外的海水环境中。

[0027] 如图2～4所示，进排水机构包括过渡舱3，过渡舱3进水端通过水管连接第一进水阀10出水端，第一进水阀10进水端通过水管连接第一三通管2出水端，在使用时，第一三通管2进水端固定在耐压结构1侧壁上并伸出耐压结构1，外界海水通过第一三通管2进水端引入进排水机构中，然后由进排水机构进入储水舱6内。过渡舱3出水端通过水管连接第二进水阀11进水端，第二进水阀11出水端通过水管连接第二三通管8进水端，第二三通管8出水端连接水泵4进水端，水泵4出水端通过软管7连接储水舱6进水端。水泵4为高压双向水泵，水泵4固定在水泵基座9上，水泵基座9固定在耐压结构1内。水泵4一端通过联轴器连接水泵电机5，水泵电机5工作时能带动水泵4泵水。第二三通管8回水端通过水管连接排水阀12进水端，排水阀12出水端通过水管连接第一三通管2回水端。

[0028] 如图5所示，过渡舱3主要用于将外部引入的高压海水减压、存储和中转到储水舱6中。过渡舱3包括圆柱筒体结构的过渡舱体301，过渡舱体301内设有减压盘管303，过渡舱体301两端分别连接过渡封头302，过渡舱体301两端的过渡封头302外端面上分别设有进水接头304和出水接头305，进水接头304和减压盘管303进水端连接，减压盘管303出水端位于过渡舱3内。减压盘管303的管路内径大于进水接头304的接头内径，进入减压盘管303中的海水因为管路截面尺寸突变、转向及流动流程的增加，形成自然减压效果。

[0029] 如图1～3所示，软管7上连接张紧机构，张紧机构能够保证软管7始终保持张紧状态，以适应储水舱6位置的变化。

[0030] 如图1～3所示，张紧机构包括张紧滑轮13，张紧滑轮13转动连接在滑轮座14上，滑轮座14连接张紧弹簧15一端，张紧弹簧15另一端连接弹簧固定座16，弹簧固定座16固定在耐压结构1内。软管7穿过张紧滑轮13后连接在储水舱6进水端，储水舱6前后及左右滑动过程中，张紧弹簧15保持软管7始终处于张紧状态，防止储水舱6移动过程中钩挂挤压到软管6。

[0031] 如图6所示，储水舱6包括圆柱形筒体结构的储水舱体601，储水舱体601一端设有开口，储水舱体601的开口端连接储水舱封头602。储水舱体601的内腔中设有采用柔性材料制作的波纹管603，波纹管603能够保证进水或排水过程中沿着储水舱体601均匀变形，波纹管603面向储水舱体601底端面一端固定连接导向板604，导向板604滑动连接在多个导向柱605上，多个导向柱605沿着储水舱6内侧壁圆周方向均匀分布并固定。储水舱6底端面中心固定连接传感器节点606，导向板604面向传感器节点606位置固定传感器接头607，传感器节点606和传感器接头607配合并测量导向板604的移动距离。导向柱605能够保证导向板
604在储水舱体601内部平顺无扭转的移动。波纹管603面向储水舱封头602一端设有开口，储水舱封头602上的进水端与波纹管603的开口连通。

[0032] 如图7和图8所示，储水舱6固定连接在纵倾调节座17上，纵倾调节座17上连接纵倾调节机构，纵倾调节机构固定在横倾调节座18，横倾调节座18上连接横倾调节机构。

[0033] 如图7和图8所示，纵倾调节机构包括固定在纵倾调节座17底部中心位置的螺母座19，螺母座19通过螺纹连接在调节丝杆21上，调节丝杆21两端转动连接轴承座，轴承座固定在安装板22上。调节丝杆21一端通过联轴器连接纵倾调节电机20的驱动端。调节丝杆21左右两侧对称设有滑轨24，滑轨24固定在安装板22上。螺母座19左右两侧对称设有支撑滑片
23，支撑滑片23上端固定连接在纵倾调节座17底部，支撑滑片23下端滑动连接在滑轨24上。

[0034] 如图7和图8所示，横倾调节机构包括固定在横倾调节座18上的横倾调节电机25，横倾调节电机25的驱动端连接齿轮轴，齿轮轴上连接齿轮26，齿轮轴一端转动连接在支座28上，支座28固定在横倾调节座18上。齿轮26与固定在耐压结构1侧壁上的齿条27啮合连接。

[0035] 储水舱6用于存储外界输入水下滑翔器的耐压结构1海水，并通过储水舱6内的海水改变滑翔器重量，产生驱动力。储水舱6通过纵倾调节机构带动前后移动，进行质量前后分配，生成纵倾力矩，进行纵倾姿态调节。储水舱6通过横倾调节机构实现左右摆动，进行质量左右分配，生成横倾力矩，进行横倾姿态调节。

[0036] 如图1所示的实施例中，本发明提到的水下滑翔器的耐压结构1包括圆筒形结构的耐压壳体101，耐压壳体101两端分别连接耐压封头102，耐压壳体101内壁固定安装基座103，安装基座103用于本发明的固定。

[0037] 本发明的应用工作原理是：水下滑翔机的滑翔调节阶段主要有两个，一是下潜滑翔调整，一是上浮滑翔调整。下潜滑翔调整是指通过调整使得滑翔器的质量大于浮力，生成下潜的驱动力；通过纵倾调节机构使滑翔器产生首倾(头向下)。此时，滑翔器开始沿着锯齿型曲线下潜滑翔。若同时进行横倾调节，滑翔器则慢慢转为三维螺旋下潜滑翔。上浮滑翔调整是指滑翔器在一定深度通过调整使得质量小于浮力，生成上浮的驱动力；通过纵倾调节结构使得滑翔器尾倾(头向上)。此时，水下滑翔器开始进行上浮滑翔。若同时进行横倾调节，则开始沿着螺旋曲线上浮滑翔。

[0038] 1)水下滑翔器三维螺旋下潜滑翔运动过程描述

[0039] 水下滑翔器处于近水面状态，此时本发明处于关闭状态。

[0040] a)通过滑翔器内置控制系统开启进排水机构。在外界海水压力作用下，海水经第一三通管2、第一进水阀10进入过渡舱3并减压。过渡舱3内减压后的海水经过第二进水阀11和第二三通管8进入水泵4，通过水泵8将海水加到稳定压力，并经软管7进水到储水舱6。

[0041] b)进入储水舱6的水增多，压力升高，挤压波纹管603伸展，推着导向板604在导向柱605的约束下沿着储水舱体601滑动。导向板604的移动距离通过传感器节点606和传感器接头607配合测得，并用于计算进水量。在进水量达到期望值后，关闭第一进水阀10和第二进水阀11以及水泵电机5。滑翔器的重量增加，大于浮力，产生向下的净浮力。

[0042] c)在水下滑翔器内置控制器的作用下，纵倾调节电机20启动，驱动调节丝杆21转动，驱使纵倾调节座17沿着纵向向首部平移，储水舱6连同内部的水随着纵倾调节座17一起向首部运动，质量向首部偏移，滑翔器开始首倾。移动到设定距离后，纵倾调节电机20停止转动。滑翔器开始缓慢调整进入下潜滑翔。

[0043] 在储水舱向首部移动时，软管7带动张紧滑轮13向首部移动，张紧滑轮13带动张紧弹簧15张紧，软管7处于张紧状态。

[0044] d)接着启动横倾调节电机20，带动齿轮26转动，在齿条27的作用下，齿轮26带动横倾调节电机20和横倾调节座18，横倾调节座带动纵向调节机构和储水舱6及舱内水横向偏移。移动预定距离后，横倾调节电机20停止转动。向左侧或右侧横向偏移与滑翔器左或右螺旋下潜有关。

[0045] 在完成上述调整后，滑翔器开始进入螺旋下潜滑翔调整阶段。此外，也可以按照c-d-a-b的调节顺序进行。

[0046] 2)水下滑翔器三维螺旋上浮运动过程描述

[0047] 水下滑翔器处于深水状态，此时本发明处于关闭状态。

[0048] a1)通过滑翔器内置控制系统打开排水阀12，并启动水泵4。水泵4将储水舱6内的水经软管7吸入水泵4并加压，加压后的水经排水阀12和第一三通管排出到外界海水。

[0049] b1)储水舱6内水减少，压力降低，波纹管603收缩，带动导向板604在导向柱605的约束下沿着储水舱体601滑动。导向板604的移动距离可以通过传感器节点606和传感器接头607配合测得，并用于计算排水量。并在排水量达到期望值后，关闭排水阀12和水泵电机5。水下滑翔器的重量减小，小于浮力，产生向上的净浮力。

[0050] c1)接着，纵倾调节电机20启动，驱动调节丝杆21转动，驱使纵倾调节座17沿着纵向向尾部平移，储水舱6连同内部的水随纵倾调节座17一起向尾部运动，质量向尾部偏移，水下滑翔器开始尾倾。移动到预定距离后，纵倾调节电机20停止转动。水下滑翔器开始缓慢调整进行上浮滑翔。

[0051] 在储水舱6向尾部移动时，张紧弹簧15开始收缩，依然处于拉伸状态，带动张紧滑轮13向尾部移动，软管7被动收缩，保持张紧状态。

[0052] d1)接着，启动横倾调节电机20，带动齿轮26转动，在齿条27的作用下，齿轮26带动横倾调节电机20和横倾调节座18，横倾调节座18带动纵向调节机构和储水舱6及舱内水向另一侧横向偏移，到预定距离后，横倾调节电机20停止转动。向左侧或右侧横向偏移与滑翔器左或右螺旋上浮有关。

[0053] 在完成上述调整后，水下滑翔器开始进入螺旋上浮滑翔调整阶段。此外，也可按照c1-d1-a1-b1的调节顺序进行。

[0054] 3)水下滑翔器沿着锯齿型曲线的下潜上浮滑翔运动过程描述

[0055] 沿着锯齿型曲线的下潜上浮滑翔不涉及本发明的横倾调节，下潜滑翔只需按照a-b-c的顺序，上浮滑翔只需要按照a1-b1-c1的顺序进行调节即可。

[0056] 4)水下滑翔器转向运动过程描述

[0057] 水下滑翔器的转向本身就是在螺旋下潜或上浮滑翔中完成的，所以此处仅考虑锯齿形曲线下潜上浮滑翔中的转向实施。

[0058] 在水下滑翔机稳定下潜滑翔阶段，需要向右(左)转向，就需要横倾调节机构的配合。此时，启动横倾调节电机20，带动齿轮26转动，在齿条27的作用下，齿轮26带动横倾调节电机20和横倾调节座18，横倾调节座18带动纵倾调节机构和储水舱6及舱内水由中纵剖面位置向右(左)侧横向偏移，移动一定距离后，横倾调节电机20停止。水下滑翔器由平面运动进入三维螺旋运动并进行方向调整。当转到预定方向后，启动横倾调节电机20，带动齿轮26转动，在齿条27的作用下，齿轮26带动横倾调节电机20和横倾调节座18，横倾调节座18带动纵向调节机构和储水舱6及舱内水由右(左)侧向中纵剖面位置偏移，偏移到距离后，横倾调节电机20停止工作。水下滑翔器开始由三维螺旋运动进入二维锯齿形曲线运动，并完成转向。

[0059] 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。