一种水下潜航器的制作方法

本发明涉及潜航器相关技术领域，尤其涉及一种水下潜航器。

背景技术

水下潜航器是指通过远程遥控或自备程序控制的无人潜水装置，主要具有水下观测和水下作业的功能。通常水下潜航器需要通过机身内的推进器来实现机身的运动。水下潜航器一般具有水平推进器和竖直推进器，水平推进器主要控制潜航器的前进、后退和转向，竖直推进器主要控制潜航器的上升、下降、定深和俯仰运动。现有潜航器的竖直推进器通常设置于潜航器机身的一端，由于潜航器机身的另一端缺乏控制，所以现有的竖直推进器的布置方式不能实现潜航器稳定地定深航行和机身水平地垂直升降运动，也不能实现在俯仰姿态下稳定地水平航行，潜航器的运动自由度小，机动性能差，灵活性不高，稳定性能差，不能很好地适应复杂的水下环境并对水下环境进行自如稳定的观测，从而导致了图像的采集角度较少，图像清晰度较差。

技术实现要素：

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种水下潜航器，以解决现有水下潜航器存在的上述技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种水下潜航器，包括壳体，所述壳体内设置有推进器；

所述推进器包括至少两个竖直推进器和两个水平推进器，所述至少两个竖直推进器分布在潜航器的前端和后端，所述两个水平推进器分布于潜航器纵轴线的两侧。

进一步的，所述竖直推进器包括固定座、第一电机和第一螺旋桨，所述固定座固定于所述壳体内，所述第一电机固定于所述固定座内，所述第一螺旋桨与所述第一电机的输出轴相连接。

进一步的，所述竖直推进器的数量为两个，两个所述竖直推进器对称设置在潜航器纵轴线质心点的前端和后端。

进一步的，还包括控制舱，所述控制舱沿所述潜航器的纵轴线方向设置。

进一步的，还包括连接于所述控制舱前端的摄像舱，所述摄像舱包括舱头、舱颈和舱尾，所述舱头与壳体的前端连接，所述舱尾与所述控制舱连接，所述舱颈的直径小于所述舱头和舱尾的直径。

进一步的，设置在所述潜航器纵轴线前端的竖直推进器，垂直穿过所述摄像舱，且所述竖直推进器的固定座上开设有u形卡槽，用于与所述摄像舱的舱颈相配合，并且形成所述竖直推进器的流道。

进一步的，所述竖直推进器的数量为三个，其中两个所述竖直推进器对称布置在潜航器纵轴线的左右两侧且位于所述潜航器纵轴线的前端，另外一个所述竖直推进器布置在所述潜航器的纵轴线上且位于所述潜航器纵轴线的后端。

进一步的，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体的尾部设有流线型垂直鳍，所述上壳体和所述下壳体相互连接形成腔室，所述上壳体和所述下壳体的表面设置有多个透孔。

进一步的，还包括尾翼，所述尾翼包括水平稳流板和导流罩，所述水平稳流板插装于所述壳体尾部，所述导流罩与所述水平推进器对应设置。

进一步的，还包括重力调整装置，所述重力调整装置可拆卸地设置于壳体上。

进一步的，还包括浮力舱，所述浮力舱平行于所述潜航器的纵轴线方向设置且位于所述控制舱的左右两侧。

本发明的有益效果：

本发明通过将竖直推进器设置在潜航器的前端和后端，一方面，可以使潜航器机身前后两端在航行时始终保持水平，从而实现了稳定地定深航行和机身水平地垂直升降运动，提升了潜航器水平运动的稳定性；另一方面，可以使潜航器在进行俯仰运动时机身的前后端始终保持一定的倾角，使机身在俯仰姿态下进行稳定地前进和后退，从而实现了机身俯仰姿态下稳定地水平航行，提升了潜航器俯仰运动的稳定性。此外，通过将两个竖直推进器布置在潜航器纵轴线的左右两侧，使潜航器的左右两侧能得到更好的控制，防止潜航器发生左右横向倾斜，提升了潜航器左右横倾的稳定性。本发明在增加了潜航器的运动自由度和灵活性的同时提升了潜航器的运动稳定性，从而使潜航器在复杂的水下环境中可以进行自如稳定地拍摄，增加了图像的采集角度，提高了图像的拍摄质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的水下潜航器的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的水下潜航器的爆炸图；

图3是本发明实施例一提供的水下潜航器的内部结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的水下潜航器在俯仰姿态下水平运动的示意图，图中箭头表示潜航器的运动方向；

图5是本发明实施例一提供的水下潜航器的剖视图；

图6是本发明实施例二提供的水下潜航器结构示意图。

图中：

1-壳体；11-上壳体；12-下壳体；13-垂直鳍；14-透孔；

2-尾翼；21-水平稳流板；22-导流罩；

3-推进器；31-竖直推进器；311-固定座；312-第一电机；313-第一螺旋桨；32-水平推进器；321-第二电机；322-第二螺旋桨；323-减震部；

4-控制舱；

5-摄像舱；51-舱头；52-舱颈；53-舱尾；

6-重力调整装置；

7-浮力舱；

8-水密连接器；

9-补光装置。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种水下潜航器，如图1-图5所示，包括壳体1和推进器3等部件。其中壳体1包括上壳体11和下壳体12，上壳体11和下壳体12均采用流线型设计，上壳体11和下壳体12的尾部均设有流线型垂直鳍13，符合流体力学原理，有利于减小潜航器在航行时受到的阻力，上壳体11和下壳体12相互连接形成腔室，所述腔室为水下潜航器的其他部件提供容置空间。

本实施例中在壳体1的表面设置有多个透孔14，将壳体1设计为不密封的形式，水下潜航器的浮力由壳体1内部密封的控制舱、摄像舱、浮力舱提供，从而避免了在壳体1中使用耐压材料，此种设计方法，一方面减小了潜航器的重量和体积，节约了制作成本，提升了潜航器自身的灵活性；另一方面，由于壳体1不密封，不需要承受深水下较大的压力，从而间接提升了潜航器的耐压能力，增加了潜航器的下潜深度。另外，在潜航器壳体1的表面设置多个透孔14，可提升排气效率，当潜航器在入水时可快速排出壳体1内的空气，使潜航器能迅速完成入水下潜动作。

推进器3包括至少两个竖直推进器31和两个水平推进器32，上述至少两个竖直推进器31分布在潜航器的前端和后端，上述两个水平推进器32分布于潜航器纵轴线的两侧。

如图2和图3所示，竖直推进器31包括固定座311、第一电机312和第一螺旋桨313，固定座311固定于壳体1内，第一电机312固定于固定座311内，第一螺旋桨313与第一电机312的输出轴相连接。水平推进器32包括第二电机321、第二螺旋桨322和减震部323，第二电机321固定于潜航器壳体1内且通过输出轴与第二螺旋桨322相连接，减震部323套设于第二电机321输出轴上，位于第二电机321和第二螺旋桨322之间。通过在第二电机321和第二螺旋桨322之间设置减震部323，可以防止电机在运转时因震动而发生位移，避免电机的震动对潜航器的运行产生影响，提高了潜航器的运动稳定性，同时降低了电机因震动产生的噪音，延长了电机的使用寿命。本实施例中所使用的第一电机312和第二电机321均为水下电机，不需要在电机外增设密封壳，从而减小了潜航器整体的重量。

具体地，本实施例中竖直推进器31和水平推进器32均设置为两个，如图1-图3所示，两个竖直推进器31对称设置在潜航器纵轴线质心点的前端和后端，两个水平推进器32对称设置于潜航器纵轴线后端的左右两侧。

本实施例通过将两个竖直推进器31对称设置在潜航器纵轴线质心点的前端和后端，一方面，可以使潜航器机身前后两端在水平或垂直航行时始终保持水平，从而实现了稳定地定深航行和机身水平地垂直升降运动，提升了潜航器水平运动的稳定性；另一方面，可以使潜航器在进行俯仰运动时机身的前后两端始终保持一定的倾角，如图4所示，使机身在俯仰姿态下进行稳定地前进和后退，从而实现了机身俯仰姿态下稳定地水平航行，提升了潜航器俯仰运动的稳定性。此种竖直推进器31的布置方式，在提高了潜航器运动的灵活性的同时提高了潜航器运动的稳定性，从而使潜航器在水下可以进行自如稳定的拍摄，提高图像的拍摄质量。

本实施例中将两个水平推进器32对称设置于潜航器纵轴线后端的左右两侧，不仅实现了潜航器的前进、后退和转向等运动，而且保证了潜航器左右两侧推进的稳定性。

为了进一步提高潜航器水平方向运动的稳定性，在潜航器的尾部设置有尾翼2，尾翼2包括水平稳流板21和导流罩22。水平稳流板21可插装于潜航器的尾部，并且水平稳流板21上设有螺钉孔，水平稳流板21在插接于潜航器的尾部后可通过螺钉固定。上述水平稳流板21插装于潜航器的尾部并与螺钉孔相配合，使得本实施例中尾翼2在拆卸方便的基础上能够更加牢固地固定于潜航器的尾部。本实施例中通过尾部水平稳流板21和垂直鳍13的设计，使机身在直线航行和转向时，具有较小的阻力和较好的稳定性。导流罩22设置有两个，两个导流罩22分别固定于水平稳流板21长度方向的两侧，与潜航器纵轴线后端的水平推进器32对应设置，罩设于水平推进器32的螺旋桨外侧。本实施例中导流罩22的设置，在保证水下潜航器运行稳定性的基础上还可以实现对水平推进器32的导流，提高推进效率。导流罩22与水平稳流板21固定的同时，还与壳体1通过螺钉连接，进一步增加了结构的稳定性。

潜航器的壳体1内部沿纵轴线方向设置有控制舱4和摄像舱5，如图5所示，控制舱4呈圆管形，摄像舱5包括舱头51、舱颈52和舱尾53，舱头51与壳体1的前端连接，舱尾53与所述控制舱4连接，舱颈52的直径小于舱头51和舱尾53的直径。

具体地，设置在潜航器纵轴线前端的竖直推进器31，垂直穿过摄像舱5，且竖直推进器31的固定座311上开设有u形卡槽，用于与摄像舱5的舱颈52相配合，并且形成竖直推进器31的流道。本实施例中竖直推进器31的固定座311包括上固定座和下固定座两部分，上固定座固定于上壳体11内，下固定座与下壳体12一体成型，竖直推进器31固定于上固定座内，上固定座和下固定座的u形卡槽与摄像舱5的舱颈52相配合形成竖直推进器31的流道，提高推进效率。

在其他实施例中，当竖直推进器31不需要垂直穿过摄像舱5时，摄像舱5的舱颈52的直径可不小于舱头51或舱尾53的直径，同时竖直推进器31的固定座311上可不开设u形卡槽。

控制舱4的内部设置有控制单元和电池单元，并与位于上壳体11中部的水密连接器8进行连接。通过控制单元实现对潜航器的控制，通过电池单元为潜航器提供动力，通过水密连接器8对控制舱4中的信息进行传输，并对电池单元进行充电。本实施例中将控制单元和电池单元均设于控制舱4的内部，使潜航器整体结构更加紧凑，减小了潜航器的体积。

具体地，控制单元可以使潜航器实现手动、自稳和定深三种运动模式。手动模式下，控制单元能够实现对单个或多个推进器3的控制，使潜航器完成各种动作；自稳模式下，通过机身搭载的电子罗盘及加速度计以及控制单元对多个推进器3的联动控制，使机身在航行时能够始终保持水平，实现定向航行和俯仰状态下的水平航行；定深模式下，通过搭载的深度传感器以及对多个推进器3的联动控制，使机身在航行时保持深度恒定。

本实施例中控制舱4设置为圆管形，圆管形控制舱4的耐压能力更高，在保证同样的耐压能力下，圆管形控制舱4的壁厚可以减薄，从而减小了控制舱4的重量，在控制舱4体积一定的情况下，控制舱4重量的减小相当于增大了控制舱4所提供的浮力。将控制舱4的前端和摄像舱5的舱尾53连接形成密闭腔室，可为潜航器提供浮力，当然，为了提升舱室的密闭性，保证控制舱4和摄像舱5之间信号传输的稳定性，简化安装过程，控制舱4和摄像舱5也可以一体成型，形成一个密闭舱室。

不同水域水的密度不同，潜航器所受浮力不同，很难使潜航器达到零浮力的要求，即潜航器的重量与浮力不相等。如果不能达到零浮力要求，会使水下潜航器很难达到自稳状态，对在水中的悬停产生影响，为了使潜航器适于不同水域，潜航器还设置有重力调整装置6，重力调整装置6可拆卸地设置于壳体1上。本实施例通过在不同密度的水域中进行实验，计算出水下潜航器达到零浮力要求所需补的差重，通过调节重力调整装置6为所需的差重，使重力与浮力平衡，实现了不同密度的水域中零浮力的要求，解决了不同水域中由于密度不同产生浮力不同对水下潜航器造成的动能损耗问题，提高了潜航器的自稳性。具体地，本实施例的重力调整装置6为配重盒，其可以通过螺钉连接于潜航器下壳体12的底部。通过螺钉固定配重盒，使配重盒拆卸方便，便于对配重盒进行重量调整，将配重盒连接在下壳体12的底部有利于提高潜航器的静态稳定性。

为了提供更大的浮力，潜航器还设置有浮力舱7，具体地，浮力舱7为圆管形，设置有两个，浮力舱7设置于潜航器控制舱4的两侧且平行于潜航器纵轴线方向。本实施例中将浮力舱7设置为圆管形，提高了浮力舱7的耐压能力，减小了浮力舱7的重量。在其他实施例中，还可不设置浮力舱7，仅由圆管形控制舱4提供潜航器所需的浮力。

为了提高图像的拍摄质量，浮力舱7的前端设置有补光装置9，用于提供拍摄图像所需的亮度。

本实施例中通过对壳体1、尾翼2、推进器3、控制舱4、摄像舱5、重力调整装置6、浮力舱7以及其他部件的重心和浮心的计算，合理分布各器件位置，使机身重量分布均匀，不仅可以减少浮力材料的使用，而且可以使潜航器在水中具有较好的静态稳定性，即使推进器3不工作时，潜航器也能保持机身水平。

实施例二

如图6所示，本实施例提供另外一种潜航器装置，本实施例与实施例一的区别之处在于，竖直推进器31的数量和设置位置不同。

在本实施例中，竖直推进器31设置为三个，其中两个竖直推进器31对称布置在潜航器纵轴线的左右两侧且位于潜航器纵轴线的前端，另外一个竖直推进器31布置在潜航器的纵轴线上且位于潜航器纵轴线的后端。

通过将两个竖直推进器31对称布置在潜航器纵轴线的左右两侧，有利于潜航器的左右两侧能得到更好的控制，防止潜航器发生左右横向倾斜，提升潜航器左右横倾的稳定性。通过将三个竖直推进器31设置在潜航器的前后两端，一方面，可以使潜航器机身前后两端在航行时始终保持水平，从而实现了稳定地定深航行和机身水平地垂直升降运动，提升了潜航器水平运动的稳定性；另一方面，可以使潜航器在进行俯仰运动时机身的前后端始终保持一定的倾角，使机身在俯仰姿态下进行稳定地前进和后退，从而实现了机身俯仰姿态下稳定地水平航行，提升了潜航器俯仰运动的稳定性。

本实施例中竖直推进器31的布置方式不仅提高了潜航器运动的灵活性和水平升降及俯仰运动的稳定性，而且提升了潜航器左右横倾的稳定性，从而使潜航器在运动和拍摄图像时更加稳定，进一步提升图像的拍摄质量。

在其他实施例中，还可将两个竖直推进器31对称布置在潜航器纵轴线的左右两侧且位于潜航器纵轴线的后端，另外一个竖直推进器31布置在潜航器的纵轴线上且位于潜航器纵轴线的前端，水平推进器32的位置根据竖直推进器31的位置进行相应地调整。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。