一种风力抗倾倒水上通信浮标的制作方法

本发明涉及水上通信设备技术领域，具体地说，涉及一种风力抗倾倒水上通信浮标。

背景技术：

水上通信浮标是海洋无人平台获得定位信息、与岸基双向通信的重要技术设备之一。这类浮标的特点是:实现了从水面至卫星、卫星至岸基、水面到附近船只的多信息传输通道，具有隐蔽性、使用灵活、可重复使用的特点。

水上通信浮标在海上通信领域的应用已非常广泛，通信浮标在海面工作时，由于海风及波浪的影响，会使通信浮标产生歪斜，导致通信故障。只有当通信浮标保持竖直姿态时才能达到最佳通信效果。

发明专利cn102122939a中公开了“一种远距离水声通信的方法和装置”，其装置工作主要依靠水上通信浮标。而水上通信浮标在当海况不好时，浮标偏离竖直状态产生倾斜，通信信号会受到影响。在水上通信浮标上安装可使其姿态自动平衡的装置会使这类影响得到改善。发明专利cn2092456中描述了“一种防止重心不稳定物体倾倒的自动平衡装置”，但该平衡装置需依靠动力驱动，不适宜长时间海上作业。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，克服传统的通信浮标由于海况因素容易产生姿态不稳，使通信效果受到影响的问题，本发明提出一种风力抗倾倒水上通信浮标，该通信浮标设计有产生平衡力的装置，使之产生力矩方向与风力力矩相反，大小可补偿风力产生的影响，实现力系及转矩平衡；使用时用空气泵为浮标充气，收纳时将充气连杆的气体释放，利用柔性充气杆及空气泵使通信浮标便于携带与储存。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括迎风叶片、顺风叶片、第一连杆、第二连杆、十字孔支套、平衡配重块、第三连杆、平台、第一弹簧、第二弹簧、通信模块、充气连杆、重心配重块、空气泵，所述迎风叶片与所述顺风叶片相互垂直固连在第一连杆上端部，顺风叶片位于迎风叶片下侧，第一连杆下端穿过十字孔支套与平衡配重块铰接，第一连杆在十字孔支套中作轴向转动；

所述平台为圆盘状结构，平台上分别固定有两个对称的支架和两个对称的凸耳，两个支架与两个凸耳呈十字结构分布，支架与凸耳上分别开有安装孔；所述第二连杆为两根结构相同的圆杆，两根第二连杆的一端分别与十字孔支套上的径向孔连接，两根第二连杆的另一端分别连接在两个支架上，可轴向转动；所述第三连杆穿过平衡配重块通孔，第三连杆的两端分别固连在两个凸耳上，第一弹簧与第二弹簧结构相同，第一弹簧与第二弹簧分别嵌套在第三连杆上位于平衡配重块两侧；所述充气连杆位于平台下面，充气连杆一端与平台下端密封连接，充气连杆另一端与重心配重块密封连接，所述通信模块安装在平台下面，空气泵设置在重心配重块上面，通信模块与空气泵分别密封在充气连杆内部；

所述平衡配重块为矩形体，平衡配重块位于平台上中间部位，平衡配重块上有通孔，且平衡配重块的通孔直径大于第三连杆的直径，平衡配重块沿第三连杆在平台上作平动。

所述十字孔支套为小圆柱体，十字孔支套上开有轴向通孔和径向通孔，且轴向通孔轴线与径向通孔轴线相互垂直。

有益效果

本发明提出的一种风力抗倾倒水上通信浮标，该通信浮标设有产生平衡力的装置，使之产生力矩方向与风力力矩相反，大小可补偿风力产生的影响，实现力系及转矩平衡。使用时用空气泵为浮标充气，收纳时将充气连杆的气体释放；利用柔性充气连杆及空气泵使通信浮标便于携带与储存。

本发明风力抗倾倒水上通信浮标的特点如下

(1)克服了传统通信浮标在恶劣环境下通信质量受到影响。本发明水上通信浮标顶部配有抗倾倒装置，在水面起风有浪的状况下不易产生倾斜，始终保持竖直工作状态，从而使通信质量得到保证。

(2)水上通信浮标完全依靠风力实现其在受到风力干扰时的力系平衡，不需要人工供给能源，可实现在恶劣环境下长时间作业。

(3)水上通信浮标除通信模块以外其它部分均为机械结构，稳定可靠易于维护。浮标使用空气泵及充气连杆，便于运输及储存。运输及储存时充气连杆中没有气体，体积小易存放；投入使用时，打开空气泵使充气连杆内部充满气体即可正常使用；再次回收储存时将气体排除即可。

附图说明

下面结合附图和实施方法对本发明一种风力抗倾倒水上通信浮标作进一步详细说明。

图1为本发明风力抗倾倒水上通信浮标示意图。

图2为本发明风力抗倾倒水上通信浮标轴测图。

图3为本发明风力抗倾倒水上通信浮标的上半部放大图。

图4为本发明风力抗倾倒水上通信浮标无风时总体受力示意图。

图5为本发明风力抗倾倒水上通信浮标无风时局部受力示意图。

图6为本发明风力抗倾倒水上通信浮标起风时总体受力示意图。

图7为本发明风力抗倾倒水上通信浮标起风时局部受力示意图。

图中:

1.迎风叶片2.顺风叶片3.第一连杆4.第二连杆5.十字孔支套6.平衡配重块7.第三连杆8.平台9.第一弹簧10.第二弹簧11.通信模块12.充气连杆13.重心配重块14.空气泵

具体实施方式

本实施例是一种风力抗倾倒水上通信浮标。

参阅图1～图7，本实施例风力抗倾倒水上通信浮标，由迎风叶片1、顺风叶片2、第一连杆3、第二连杆4、十字孔支套5、平衡配重块6、第三连杆7、平台8、第一弹簧9、第二弹簧10、通信模块11、充气连杆12、重心配重块13和空气泵14组成；其中，迎风叶片1与顺风叶片2相互垂直固定连接在第一连杆3上端部，顺风叶片2位于迎风叶片1下侧，第一连杆3下端穿过十字孔支套5与平衡配重块6铰接，第一连杆3在十字孔支套5中作轴向转动。

本实施例中，平台8为圆盘状结构，平台8上分别固定有两个对称的支架和两个对称的凸耳，两个支架与两个凸耳呈十字结构分布，支架与凸耳上分别加工有安装孔。第二连杆4为两根结构相同的圆柱杆，两根第二连杆4的一端分别与十字孔支套5上的径向孔连接，两根第二连杆4的另一端分别连接在两个支架上，可轴向转动。第三连杆7穿过平衡配重块6的通孔，第三连杆7的两端分别固连在两个凸耳上；第一弹簧9与第二弹簧10结构相同，第一弹簧9与第二弹簧10分别嵌套在第三连杆7上位于平衡配重块6两侧。充气连杆12安装在平台8下面，充气连杆12一端与平台8下端密封连接，充气连杆12另一端与重心配重块13密封连接。通信模块11安装在平台8下面，空气泵14设置在重心配重块13上面，通信模块11与空气泵14分别密封在充气连杆12内部。

本实施例中，平衡配重块6为矩形体，平衡配重块6位于平台8上中间部位，平衡配重块6上有通孔，且平衡配重块6上的通孔直径大于第三连杆7的直径，平衡配重块6沿第三连杆7在平台上作平动。十字孔支套5为小圆柱体，十字孔支套5上开有轴向通孔和径向通孔，且轴向通孔轴线与径向通孔轴线相互垂直。

实施例一

使用之前先打开空气泵14，使充气连杆12中充满气体后即可关闭，后续使用过程中不需要再次打开。当水面无风且无波澜时，浮标整体处于受力平衡状态，以竖直姿态工作，下部分2/3浸于水中产生浮力，其余部分在水面上空气中。实施例中浮标的总体受力，浮标的总长度为l1+l2，其中在水面上空气中的部分长度为l1，水面以下的长度为l2。浮力f浮是由浮标在水中的部分提供的，其大小与浮标总重力f重,即g1、g2、g3之和平衡。其中g1为浮标底部重心配重块13所提供重力；g3为平衡配重块6所提供的重力；g2为除重心配重块13与平衡配重块6以外其余部分所提供的重力。

图5为平衡配重块6在实施例1中的受力分析。平衡配重块6受到平台8的支撑力f支与其所受重力大小相等方向相反；平衡配重块6受到的第一弹簧9、第二弹簧10的弹力作用大小相等方向相反。平衡配重块6在实施例1中处于受力平衡状态。

实施例二

水面风向与迎风叶片垂直时，浮标水面以上的部分受到风的作用力使浮标整体产生顺风向倾倒的趋势，产生微小的倾斜角度。此时，迎风叶片1受到风力带动第一连杆3以十字孔支套5为中心转动，使平衡配重块6克服第三连杆7和平台8的摩擦力及第一弹簧9、第二弹簧10的弹力沿第三连杆7向来风方向平移，其中第一弹簧9与第二弹簧10分别相对于无风时压缩和拉伸，此时平衡配重块6的受力会对已倾斜的平台8产生一个向下且垂直于平台8平面的力g3；g3的水平分力与浮标整体受到的风力大小相等方向相反，从而使浮标恢复平衡状态。

实施例三

当水面风向与顺风叶片2方向不一致时，顺风叶片2受力使浮标沿自身竖直轴心转动，调整浮标姿态使迎风叶片表面始终与风向垂直。水面风向与迎风叶片1垂直时，浮标水面以上的部分受到风的作用力使浮标整体产生顺风向倾倒的趋势，产生微小的倾斜角度。此时，迎风叶片1受到风力，带动第一连杆3以十字孔支套5为中心转动，使平衡配重块6克服第三连杆7和平台8的摩擦力及第一弹簧9、第二弹簧10的弹力沿第三连杆7向来风方向平移，其中第一弹簧9与第二弹簧10分别相对于无风时压缩和拉伸，此时平衡配重块6的受力会对已倾斜的平台8产生一个向下且垂直于平台8平面的力g3；g3的水平分力与浮标整体受到的风力大小相等方向相反，从而使浮标恢复平衡状态。