专利名称：一种可控制水下拖曳体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及海洋水下探测装置的载体，具体是指一种可控制水下拖曳体。
背景技术：
可控制水下拖曳体是水下拖曳系统的关键组成部分，它通过拖曳缆绳由水面拖曳船拖曳而执行水下探测任务，其体内可根据不同的用途搭载营养盐、PH值等各种水下化学元素探测传感器或声纳、光学摄像头等声、光物理探测传感器。拖曳船上的操作者可以通过一定的控制方式实施对拖曳体的轨迹与姿态控制来达到执行不同水下动态探测任务的目的。水下环境探测传感器的工作性质要求拖曳体工作时姿态稳定、并具有快速灵活的姿态、轨迹调节与控制能力。如何按照水下拖曳轨迹要求实现对拖曳体的简便、灵活、稳定操纵，是可控制拖曳体是否经济实用、具有市场价值的关键。
现有的可控制水下拖曳体中，对于拖曳体的轨迹或深度控制主要由通过改变拖曳体控制面(迫沉水翼)攻角来实现。各种以改变拖曳体控制面攻角实现对拖曳体控制的结构形式中，具有代表性的是日本九州大学所开发的名称为“Flying Fish”、“DELTA”的可控制水下拖曳体，这两种拖曳体以一定的控制技术、通过改变拖曳体控制面攻角从而实现对拖曳体的深度和姿态(横摇、纵倾)操纵Flying Fish拖曳体主要通过由攻角可控制的主水平控制面(迫沉水翼)产生的迫沉力实现其深度控制；通过调整不同的尾水平控制面攻角来实现其横摇、纵倾等姿态控制；DELTA为一固定控制面的拖曳体，它通过遥控拖曳体内的螺杆机构调节其重心位置改变拖曳体控制面攻角而实现其深度控制。现有其它常规可控制水下拖曳体的轨迹操纵与控制方式基本上与Flying Fish和DELTA相似。
从外部形式看，目前世界各国所开发的可控制拖曳体基本上是仿照飞机的外形，以若干固定或可调攻角的控制面(迫沉水翼)加上装载了水下探测仪器的柱形主体组成。如日本的Flying Fish、DELTA、加拿大的Aurora、乌克兰的Towed Torpedo以及华南理工大学的旁视声纳水下拖曳体等均采用了这种形式。这类柱形主体形式拖曳体的主要缺陷是主体的纵、横摇阻尼较小，导致拖曳过程中拖曳体的纵、横摇角较大，为实现拖曳体轨迹与姿态的稳定控制以保证其正常工作，必须不断地调节拖曳体控制面的攻角，或人为改变拖曳点位置。这需要复杂的控制机构和操纵动作，从而增大了拖曳体控制系统设计的复杂程度和使用者操纵的难度，使得这些拖曳体由于控制机构复杂、结构庞大或难以具有良好的姿态稳定能力而得不到推广使用。另一方面，现有的一些轻便的拖曳体则由于控制动作单一、不易保证操作过程中拖曳体的稳定，难以在实际水下作业中得到满意的使用。显然，上述现有可控水下拖曳体的缺陷已成为制约可控制拖曳体向实用化方向发展的一大障碍。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服现有技术的缺点和问题，提供一种自我稳定能力强、控制机构简单、通用性好并且具有较高实用价值和商业价值的可控制水下拖曳体。
本实用新型通过下述技术方案实现本可控制水下拖曳体包括主体、迫沉水翼、姿态稳定浮体，两个所述迫沉水翼通过转轴对称设置在主体的连接支座两侧，所述姿态稳定浮体设置在主体的连接支座顶端，所述主体上设置有拖曳部件，主体内部设置有控制机构，所述转轴与控制机构连接。其特征在于所述主体是翼型矩形主体，其两侧面对称设置有边板，尾部对称设置有两个螺旋桨推进器，所述螺旋桨推进器与所述控制机构电路连接，所述迫沉水翼为对称或非对称机翼型，姿态稳定浮体是对称机翼型，两个所述迫沉水翼的内、外端部分别设置有边板。
所述主体的边板高出主体的上表面20～60mm，所述迫沉水翼边板尺寸比迫沉水翼的前、后两端分别突出10～30mm，比迫沉水翼的最大厚度的上、下两端分别突出10～30mm。这样有利于分别在主体、迫沉水翼的上、下表面形成水流压力差，从而产生有效的迫沉力以抵抗拖曳缆绳的阻尼力，实现对拖曳体的深度操纵。
所述主体上表面还固定设置有吊环，其用于所述可控水下拖曳体拖曳作业前的下水辅助操作。
所述拖曳部件是设有开孔的拖曳杆，其上、下端分别与所述吊环、连接支座固定连接。通过该设有多个开孔的拖曳杆，可以方便地调整缆绳的拖曳位置。
所述主体前后端下部按海洋探测任务的需要可设置海水进出口导管。
所述主体采用翼型矩形形状的外形，利用它的机翼外形在拖曳作业中产生附加的向下迫沉力以抵抗缆绳的阻尼力；矩形外形具有较大的纵、横摇阻尼因而可以减少拖曳体纵、横摇运动的幅值；较之传统的柱型主体它具有更充裕的体内空间来布置各种类型的海洋探测传感器来执行不同的探测任务。为了增加主体的机翼效应和转首操纵能力，在所述主体两侧设置了边板。主体的基本功能是根据不同的海洋调查任务搭载不同类型的海洋物理、化学参数采样传感器如盐度、氨氮、硝氨磷、PH值等海洋化学元素传感器或声纳、光学摄像头、压力等声、光物理传感器。对于搭载了海洋化学元素传感器或相关物理传感器的主体，在主体上前后端下部设置的海水进出口导管可以引导海水穿过体内的传感器以实现对相关海洋参数的采集。
所述迫沉水翼其攻角可由设在拖曳体内的控制机构调节，它主要起到对拖曳体产生迫沉力并作为诱导改变翼型矩形主体的来流攻角，进而改变拖曳体沉深的作用，其通过所述转轴与控制机构连接，实现转角操纵动作；所述迫沉水翼两端设置边板以达到增加迫沉水翼的有效展弦比、减少翼展从而达到使结构紧凑的目的。
所述姿态稳定浮体在拖曳过程中起到提供摇荡回复力矩、增加拖曳体的横纵摇阻尼、减少其摇荡幅度的作用，同时其对称的机翼型外形在直线拖曳作业中附加作为拖曳体的方向稳定机构。
所述螺旋桨推进器的主要作用是以匀速或变速启动某一个螺旋桨推进器，或以相反转向同时启动两个螺旋桨推进器，对拖曳体产生水平面上的回转力矩、为拖曳体的横荡和转首运动提供初始诱导力矩，从而在保持姿态稳定的前提下，达到以较少的控制动作，实现对拖曳体进行大范围、多自由度操纵的目的。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果(1)姿态稳定性好，本实用新型所述可控制水下拖曳体其纵、横摇阻尼都较大，在拖曳过程中表现出了良好的姿态稳定特性，具有比较强的自主稳定能力，减少了使用者维持其姿态稳定所要求发出的控制动作，降低了控制系统的设计要求；(2)深度操纵效率高，本实用新型所述翼型矩形主体除了具有较大的纵横摇阻尼、较充裕的空间在其体内布置传感器的优点外，主体自身也具有迫沉水翼的功能，比传统的园柱型主体具有更高的深度操纵效率；(3)操纵范围大、自由度多，本实用新型所述主体的尾部设置螺旋桨推进器可以驱动本可控制水下拖曳体改变其首向角并诱导其在横向方向的运动，从而扩大了拖曳体的观测采样方位角与空间。
图1是本实用新型可控制水下拖曳体的外形结构侧视示意图；图2是本实用新型可控制水下拖曳体的外形结构俯视示意图；具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
图1、2给出了本实用新型可控制水下拖曳体的具体结构，如图1、2所示，本可控制水下拖曳体包括主体2、迫沉水翼7、姿态稳定浮体10，主体2是翼型矩形主体，其两侧面对称设置有边板3，边板3高出主体的上表面约20～60mm；两个迫沉水翼7通过转轴8对称设置在主体2的连接支座9两侧，姿态稳定浮体10设置在主体2的连接支座9上方，迫沉水翼7可以是对称或非对称机翼型、姿态稳定浮体10是对称机翼型，两个迫沉水翼7的内、外端部分别设置有边板11，迫沉水翼边板11的长度比迫沉水翼7的弦长大20～60mm，迫沉水翼7弦长是250mm，迫沉水翼边板11比迫沉水翼7的前、后两端分别突出10～30mm，迫沉水翼边板11的高度比迫沉水翼7的最大厚度大20～60mm，迫沉水翼7的最大厚度是35mm，迫沉水翼边板11比迫沉水翼7的最大厚度的上、下两端分别突出10～30mm；主体2内部设置有控制机构，转轴8与控制机构连接，主体2尾部对称设置有两个螺旋桨推进器12，螺旋桨推进器12与控制机构电路连接；主体2上表面设置有拖曳杆5，拖曳杆5设有5个开孔6，其上、下端分别与主体上表面的吊环4、连接支座9固定连接；主体2前后端下部可根据海洋调查任务的需要设置进出口导管1。
本实用新型可控制拖曳体的工作过程是(1)根据不同的探测任务，在翼型矩形主体2内布置相应类型的海洋探测传感器，对于搭载了海洋化学元素传感器或相关物理传感器的主体，在主体上前后端设置的海水进出口导管1可以引导海水穿过体内的传感器以实现对相关海洋参数的采集。(2)在拖曳杆5上选择适当的开孔6通过缆绳与拖曳船连接，并通过吊环4将本拖曳体放置到海上。(3)在拖曳过程中，通过主体2翼型矩形形状的外形，在拖曳作业中产生附加的向下迫沉力以抵抗缆绳的阻尼力，利用其较大的纵、横摇阻尼减少拖曳体纵、横摇运动的幅值；通过主体两侧设置的边板3增加主体的机翼效应和转首操纵能力；通过操纵设在拖曳体内的控制机构，调节迫沉水翼7的攻角，对拖曳体产生迫沉力并作为诱导改变翼型矩形主体2的来流攻角，进而改变拖曳体沉深，并通过迫沉水翼7两端设置的边板11，增加迫沉水翼7的有效展弦比、减少翼展；通过姿态稳定浮体10提供摇荡回复力矩、增加拖曳体的横纵摇阻尼、减少其摇荡幅度，同时其对称的机翼型外形在直线拖曳作业中附加作为拖曳体的方向稳定机构；通过以匀速或变速启动某一个螺旋桨推进器12，或以相反转向同时启动两个螺旋桨推进器12，对拖曳体产生水平面上的回转力矩、为拖曳体的横荡和转首运动提供初始诱导力矩，在保持姿态稳定的前提下，以较少的控制动作，实现对拖曳体进行大范围、多自由度的操纵。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
权利要求1.一种可控制水下拖曳体，包括主体、迫沉水翼、姿态稳定浮体，两个所述迫沉水翼通过转轴对称设置在主体的连接支座两侧，所述姿态稳定浮体设置在主体的连接支座上方，所述主体上设置有拖曳部件，主体内部设置有控制机构，所述转轴与控制机构连接，其特征在于所述主体是翼型矩形主体，其两侧面对称设置有边板，尾部对称设置有两个螺旋桨推进器，所述螺旋桨推进器与所述控制机构进行电路连接，所述迫沉水翼为对称或非对称机翼型，所述姿态稳定浮体是对称机翼型，两个所述迫沉水翼的内、外端部分别设置有边板。
2.按权利要求1所述一种可控制水下拖曳体，其特征在于所述主体的边板高出主体的上表面20～60mm，所述迫沉水翼边板尺寸比迫沉水翼的前、后两端分别突出10～30mm，比迫沉水翼的最大厚度的上、下两端分别突出10～30mm。
3.按权利要求1所述一种可控制水下拖曳体，其特征在于所述主体上表面还固定设置有吊环。
4.按权利要求1所述一种可控制水下拖曳体，其特征在于所述拖曳部件是设有开孔的拖曳杆，其上、下端分别与所述吊环、连接支座固定连接。
5.按权利要求1所述一种可控制水下拖曳体，其特征在于所述主体前后端下部设置有进出口导管。
专利摘要本实用新型提供一种可控制水下拖曳体，包括主体、迫沉水翼、姿态稳定浮体，两个迫沉水翼通过转轴对称设置在主体的连接支座两侧，姿态稳定浮体设置在主体的连接支座上方，主体上设置有拖曳部件，主体内部设置有控制机构，转轴与控制机构连接，主体是翼型矩形主体，其两侧面对称设置有边板，尾部对称设置有两个螺旋桨推进器，螺旋桨推进器与控制机构进行电路连接，迫沉水翼是对称或非对称机翼型，姿态稳定浮体是对称机翼型，两个迫沉水翼的内、外端部分别设置有边板。本拖曳体姿态稳定性好，自主稳定能力强，深度操纵效率高，操纵范围大、自由度多，控制机构简单，具有较强的实用价值与商业价值。
文档编号B63G8/14GK2767321SQ20052005425
公开日2006年3月29日 申请日期2005年1月31日 优先权日2005年1月31日
发明者吴家鸣, 叶家玮 申请人:华南理工大学