一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器；包括鱼雷型浮体、固定倾斜翼型支撑、固定水平主翼、固定垂直尾翼、可控攻角水平尾翼、尾侧推喷水管系统以及可以实现拖曳航向稳定功能的主腔体；主腔体为立式方向舵外形；两鱼雷型浮体布置在潜器主腔体垂直对称面上方两侧，固定水平主翼通过固定轴与两鱼雷型浮体连接；固定水平主翼前部与主腔体之间设置有两支撑短板，固定倾斜翼型支撑将鱼雷型浮体与主腔体上部连接起来；可控攻角水平尾翼和固定垂直尾翼设置在主腔体后部上方；本水下潜器控制机构灵活可靠，拖曳航向稳定性较好，自主稳定能力强，转艏、升沉、横荡运动控制效率高，具有较高的商业开发价值。
【专利说明】一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种拖曳式带缆遥控水下潜器，特别是涉及一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，主要用于水下声光等物理或水质等化学要素探测。
【背景技术】
[0002]拖曳式带缆遥控水下潜器是一种应用于水下动态声学光学物理观测、水下水质状况等化学参数的动态水下拖曳探测装备，潜器系统通常由拖曳工作母船通过拖曳缆绳对水下潜器进行拖曳来实施水下探测作业。主腔体是水下潜器的主要组成部分，其体内可根据不同的探测任务要求搭载不同类型的监测设备。拖曳工作母船上的操作人员可以通过控制信号电缆对水下潜器的姿态控制机构发出特定的控制指令来对水下潜器的轨迹与姿态进行操纵。水下潜器体内的监测设备工作性质要求水下潜器在其拖曳过程中具有良好的姿态稳定性和拖曳航向稳定性，并且具备灵活的姿态操纵能力。如何按照水下潜器的作业要求实现对其姿态进行稳定、有效的控制，是拖曳式带缆遥控水下潜器能否成功地运用于实际水下探测作业的一个关键。
[0003]现有的拖曳式带缆遥控水下潜器中，对于潜器的深度和轨迹控制主要是通过改变拖缆缆长或调节水下潜器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形式拖曳式带缆遥控水下潜器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监测设备的单个柱形主腔体组成。这类单一柱形主腔体形式水下潜器的主要缺陷是:自主稳定性差，拖曳航向稳定性不良，难以对潜器进行灵活的多自由度综合控制。由此而造成了潜器在其拖曳作业过程中不容易维持其姿态稳定和拖曳航向稳定，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。为实现水下潜器能稳定、大范围水下作业，现有的拖曳式带缆遥控水下潜器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式带缆遥控水下潜器则由于控制动作单一、不易保证其姿态稳定、控制可靠性差而难以在实际拖曳观测作业中得到满意的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种具有自主稳定功能、拖曳航向稳定性好，以效率较高的控制方式来实现对其进行轨迹与姿态控制的拖曳式带缆遥控水下潜器。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，包括鱼雷型浮体、固定倾斜翼型支撑、固定水平主翼、可控攻角水平尾翼、固定垂直尾翼、尾侧推喷水管系统和主腔体；所述主腔体为立式方向舵外形的壳体结构，其顶盖前端设置有作为拖曳点的拖曳孔，中部设有作业吊环，前端还开有缆线孔，通讯动力电缆从缆线孔伸出；主腔体下部前端设有进水口，主腔体内设置有水平布置的尾侧推喷水管系统，尾侧推喷水管系统的主管沿主腔体中部设置，主管内设有潜水泵，主管末端连通位于主腔体尾部上方的右尾侧推喷水管和左尾侧推喷水管，右尾侧推喷水管和左尾侧推喷水管从出水口伸出主腔体侧壁，右尾侧推喷水管上设置有第一电磁阀开关，左尾侧推喷水管上设置有第二电磁阀开关，用来控制尾侧推喷水管的喷水方向；
[0007]两鱼雷型浮体布置在主腔体垂直对称面上方两侧，固定水平主翼为对称翼型，在水平方向通过固定轴连接两鱼雷型浮体，固定轴穿过固定水平主翼后部，两端固定在两鱼雷型浮体上；固定水平主翼前部与主腔体之间设有两块支撑短板；一块支撑短板与固定水平翼下表面前端固接，另一块支撑短板固接在主腔体上；支撑短板都为圆弧形，与固定水平翼焊接的支撑短板以固定轴上的轴心为圆心，支撑短板上开有多个圆孔，两支撑短板活动连接；固定倾斜翼型支撑布置于鱼雷型浮体与主腔体之间，采用对称翼型，其一端与鱼雷型浮体连接，另一端与主腔体上部连接；
[0008]所述可控攻角水平尾翼和固定垂直尾翼设置在主腔体后部，均采用对称翼型；可控攻角水平尾翼设置于一对固定垂直尾翼上方，固定垂直尾翼顶端设有圆弧形带孔支座，可控攻角水平尾翼下表面尾部同样设有圆弧形带孔支座，两组支座通过一根长螺栓铰接；可控攻角水平尾翼能绕水平尾翼转轴转动，水平尾翼转角驱动机构包括水密直线电机、推杆、铰接接头、短轴及滑槽；水密直线电机竖直布置在主腔体内，推杆一端与水密直线电机的轴连接，另一端与铰接接头相连，接头另一端通过短轴与滑槽铰接，滑槽设置于可控攻角水平尾翼下表面前端。
[0009]优选地,所述拖曳孔设置数量为4?7个,直径为8?1mm,间距15?20mm,所述缆线孔直径为30?40mm，主腔体内部设有仪器舱以及多个隔舱，主腔体下方设置有海水进出口导管。尾侧推喷水管系统的管系直径为40?50mm。所述主腔体高度为400?450mm，宽度为200?220mm，长度为1200?1300mm。所述两鱼雷型浮体之间的距离为600mm?700mm,鱼雷型浮体与主腔体上表面的垂直距离为250?300mm，两鱼雷型浮体直径为180?200mm，长度为600?750mm。所述固定水平主翼两端分别设置第一边板，第一边板的长度比固定水平主翼的弦长大为50?60mm,高度比固定水平主翼的最大厚度大40?60mm,第一边板的厚度为3?4mm。所述固定水平主翼的弦长为200?250mm,最大厚度为20?25mm。所述固定倾斜翼型支撑的弦长为200?250mm,最大厚度为35?50mm。所述可控攻角水平尾翼采用后掠形式，两端设置有第二边板，第二边板长度比可控攻角水平尾翼翼端弦长大50?60mm,高度比可控攻角水平尾翼翼端最大厚度大40?50mm,第二边板厚度为3?4mm。所述可控攻角水平尾翼的最大弦长为200?250mm,翼端弦长90?100mm,翼展为450?500mm,最大厚度为12?18mm,固定垂直尾翼高度为220?250mm,最大厚度为12?18mm。
[0010]本发明主腔体为立式方向舵外形，采用该外形的作用一方面可以便于仪器设备竖直放置或者水平放置；同时，采用这样的主腔体外形结构，一方面可以比较容易维持水下潜器在作业过程中的拖曳航向稳定，另一方面在尾侧推喷水管产生的侧推力矩诱导下，立式方向舵外形的主腔体容易产生足够的侧向力操纵水下潜器进行垂直于拖曳方向的横向水平运动。本发明浮体采用鱼雷型外形，以减小水下潜器在拖曳过程中受到的水阻力，满足拖曳作业对水下潜器的浮力和稳定性要求；双浮体结构使得水下潜器的横稳心半径增大，横摇阻尼增大，从而横向稳定性提高，较之传统的单一柱形主腔体，其自主稳定能力大大提闻。
[0011]本发明固定水平主翼采用对称翼型结构，固定连接两鱼雷型浮体，能为水下潜器下潜提供所需的迫沉力，两端设置边板，以增大水翼的有效展弦比，提高升阻比，从结构上考虑则起到加强结构稳定性的作用。固定垂直尾翼与可控攻角水平尾翼均采用对称翼型结构，固定垂直尾翼也有助于保持拖曳航向稳定；可控攻角水平尾翼两端同样设有边板，通过控制水平尾翼转角驱动机构调节可控攻角水平尾翼的攻角，在水下潜器尾部产生一个额外的向上或向下的升力，进而诱导设置在潜器首部位置的固定水平主翼攻角改变，借此使水下潜器获得下潜至所需要深度的迫沉力。
[0012]本发明在主腔体内部设置有水平布置的尾侧推喷水管系统，喷水管系统中主管内设有潜水泵，主管末端联通位于主腔体尾部上方的左、右尾侧推喷水管，尾侧推喷水管喷口位于主腔体尾部左右两侧面，左、右尾侧推喷水管上分别设置有电磁阀开关，用来控制尾侧推喷水管的喷水方向。拖曳作业时，喷水水流从主腔体首端进入喷水管系统主管，在主管中经潜水泵加速，由电磁阀开关控制水流经左尾侧推喷水管或右尾侧推喷水管高速喷出，对潜器主腔体产生一个侧推力，这一侧推力推动主腔体绕拖曳点偏转，使立式方向舵外形的主腔体与拖曳来流形成一个攻角，进而产生足够的侧向力推动水下潜器进行垂直于拖曳方向的横向水平运动。
[0013]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0014](I)操纵效率高、姿态控制灵活。本发明所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的横荡与升沉运动操纵主要是通过控制设置在水下潜器尾部的尾侧推喷水管和可控攻角水平尾翼所发出的操纵力，分别诱导具有立式方向舵外形和功能的主腔体或固定水平主翼的水动力攻角改变，使它们产生操纵水下潜器做横荡或升沉运动的侧向力或迫沉力。由于尾侧推喷水管和可控攻角水平尾翼与拖曳点的距离较长，它们所产生的操纵力到拖曳点之间的力臂比传统的设置在主腔体两侧通过一对螺旋桨推进器来产生转艏力矩的水下潜器所形成的力臂要大得多，由此可以以较小的操纵力而产生较大的控制力矩，从而可以对拖曳式带缆遥控水下潜器实施灵活的横荡与升沉运动控制。这样的一种操纵方式克服了已有拖曳式带缆遥控水下潜器往往由于操纵力臂短而导致需要很大的操纵力才能实现对水下潜器进行有效的轨迹与姿态控制的缺陷，达到了以较小的操纵力和较高的操纵效率对拖曳式带缆遥控水下潜器进行灵活的轨迹与姿态操纵的目的。
[0015](2)操纵动力需求低、控制设备简单。本发明所述控制机构包括两个操纵动力机构以及两个尾侧推喷水管喷水方向控制机构。操纵动力机构分别为控制尾侧推喷水管系统中水流流量或流速的潜水泵和控制可控攻角水平尾翼攻角的水平尾翼转角驱动机构，尾侧推喷水管喷水方向控制机构为设置在左、右尾侧推喷水管上的电磁阀开关。据此便可实现对所述水下潜器的升沉、转艏及横荡等方式的运动操纵。由于本发明所述的拖曳式带缆遥控水下潜器中作为操纵控制机构的尾侧推喷水管和可控攻角水平尾翼均设置在主腔体尾部，离设置在主腔体前端拖曳点的距离较长，从而具备了操纵控制机构所发出的操纵力控制力臂长的特点，它可以用比较小的直线电机和潜水泵驱动功率来实现对水下潜器的大操纵力矩的操纵。通过以这样一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的结构形式，可以用比较小的操纵动力和较小的控制动力设备来实现对水下潜器的大范围操纵。
[0016](3)本发明实现了将主腔体前端滞留静水压力势能向其尾部侧面喷出水流动能的有利转换。本发明通过将水流由主腔体前端进水口引入尾侧推喷水管系统，经潜水泵加速，由电磁阀开关控制，引导高速水流由主腔体侧面喷出而产生操纵力的方式来达到控制水下潜器转艏与横荡运动的目的。这样一种操纵方式将由于水下潜器拖曳航行过程中而滞留在主腔体前端的静水压力势能，经过尾侧推喷水管系统中潜水泵加速而转化为产生侧向操纵力所需要的由主腔体尾部侧面喷出水流的动能。这一侧推操纵力产生的方式减少了水下潜器的拖曳阻力和拖曳不稳定性、提高了水下潜器的操纵效率、也避免了常规槽道式侧推器在有航速条件下侧推效果不佳的弱点。
[0017](4)本发明采用的以尾侧推喷水管系统来产生侧推力矩、控制立式方向舵外形的主腔体转向的方式，诱导立式方向舵外形的主腔体与拖曳来流形成一个攻角，进而产生足够的侧向力推动水下潜器进行垂直于拖曳方向的横向水平运动。这一利用尾侧推喷水管产生对水下潜器控制力的方式克服了以螺旋桨来产生控制力的拖曳式水下潜器在变速拖曳时，由于螺旋桨所遭遇的进速的不稳定变化而导致的推进力大小和方向变化不稳定、从而引起对水下潜器控制效果不佳的缺陷。本发明所提出的尾侧推喷水控制方式为水下潜器轨迹与姿态控制提供了一种实用高效的手段。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的外形结构侧视示意图；
[0019]图2是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的外形结构俯视示意图；
[0020]图3是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的外形结构前视示意图；
[0021]图4 -1是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的固定水平主翼固定轴位置不意图；
[0022]图4 - 2是图4 -1的A - A向剖视图；
[0023]图5是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的固定水平主翼支撑短板示意图；
[0024]图6是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的可控攻角水平尾翼外形示意图；
[0025]图7是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的可控攻角水平尾翼控制机构示意图；
[0026]图8 -1是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的可控攻角水平尾翼支座位置示意图；
[0027]图8 - 2是图8 -1的B - B向剖视图；
[0028]图9-1是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的推杆铰接接头及滑槽示意图；
[0029]图9 - 2是图9 -1的C - C向剖视图；
[0030]图10是尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器中尾侧推喷水管系统示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0032]如图1、2、3、10所示，一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，包括鱼雷型浮体1、固定水平主翼2、固定倾斜翼型支撑3、可控攻角水平尾翼4、固定垂直尾翼5以及主腔体6 ;主腔体6为立式方向舵外形的壳体结构，其顶盖前端设置有4?7个拖曳孔13，中部设有作业吊环10 ;主腔体6前端开有缆线孔14，通讯动力电缆从缆线孔14伸出；主腔体下部前端设有进水口 28 ;主腔体6内部设置有纵向贯通的尾侧推喷水管系统的主管9，主管9前端与进水口 28连通，主管内设有潜水泵29，主管末端连通位于主腔体尾部上方的右尾侧推喷水管30和左尾侧推喷水管33，右尾侧推喷水管30和左尾侧推喷水管33从出水口伸出主腔体侧壁40?50mm,右尾侧推喷水管30上设置有第一电磁阀开关31,左尾侧推喷水管33上设置有第二电磁阀开关32，用来控制尾侧推喷水管的喷水方向；主腔体6中部设置有仪器设备舱11，主腔体6下方设置有海水进出口导管12，主腔体6高度优选为400?450mm,宽度优选为200?220mm,长度优选为1300?1400mm。第一电磁阀开关31和第二电磁阀开关32优选为防水电磁阀。
[0033]两鱼雷型浮体I布置在主腔体6垂直对称面上方两侧，鱼雷型浮体I与主腔体6上表面的垂直距离优选为250?300mm，两鱼雷型浮体I之间的距离优选为600mm?700mm，其最大直径优选为180?200mm，长度优选为600?750mm。
[0034]如图5所示，固定水平主翼2为对称翼型，在水平方向通过固定轴19连接两鱼雷型浮体1，固定水平主翼2前部与主腔体6之间设有两块带若干个圆孔的支撑短板20 ;—块支撑短板与固定水平翼下表面前端焊接，另一块支撑短板焊接在主腔体上；支撑短板20为圆弧形，与固定水平翼焊接的支撑短板以固定轴19上的轴心为圆心，支撑短板20上开有多个圆孔，固定水平翼沿固定轴19转到需要的攻角，将两块支撑短板20上的圆孔重合，再用螺栓锁住；可设相邻小圆孔绕固定轴19的转角为5°。
[0035]固定水平主翼2两端分别设置有第一边板16，第一边板16的长度比固定水平主翼3的弦长大50?60mm,高度比固定水平主翼3的最大厚度大40?60mm,第一边板16的厚度优选为3?4_ ;固定倾斜翼型支撑3布置于鱼雷型浮体I与主腔体6之间,米用对称翼型，其一端与鱼雷型浮体I连接，另一端与主腔体6上部连接，固定倾斜翼型支撑3的弦长为200?250mm,最大厚度为35?50mm。
[0036]如图4 -1和图4 - 2所示，固定轴19沿着固定水平主翼2后部的展长方向横穿整个固定水平翼尾部，固定轴19两端分别嵌入由上下两块夹紧块18形成的圆槽内，下夹紧块焊接在鱼雷型浮体I内侧壁上，上夹紧块通过螺栓与下夹紧块相固定，固定轴19嵌套在二块夹紧块18的圆槽内，上下两块夹紧块通过两支螺栓固紧，夹紧块18的圆槽直径为10?15mm,固定轴19直径为8?10mm。
[0037]可控攻角水平尾翼4和固定垂直尾翼5设置在主腔体6后部，均采用对称翼型，可控攻角水平尾翼4采用后掠形式，两端设置有第二边板17(图3、6)，第二边板17的长度比可控攻角水平尾翼4两端弦长大50?60mm,高度比可控攻角水平尾翼4两端最大厚度大40?50mm,可控攻角水平尾翼4的最大弦长为200?250mm,翼端弦长90?100mm,最大厚度为12?18mm，翼展为450?500mm ;固定垂直尾翼5的高度为220?250mm，最大厚度为12 ?18mm。
[0038]如图8 - 1、8 - 2所示，可控攻角水平尾翼4设置于双固定垂直尾翼5上方，固定垂直尾翼5顶端分别与两组第二圆弧形带孔支座27连接，可控攻角水平尾翼4下表面尾部与两组第一圆弧形带孔支座26连接，第一圆弧形带孔支座26位于第二支座圆弧形带孔支座27内侧，两组第一圆弧形带孔支座26和两组第二圆弧形带孔支座27通过一根水平尾翼转轴25铰接；可控攻角水平尾翼4能绕转轴25转动；
[0039]如图7、9 -1和9 - 2所示，可控攻角水平尾翼4的转角驱动机构包括水密直线电机7、推杆21、铰接接头22、滑槽23及短轴24 ;水密直线电机7竖直布置在主腔体6内尾部底板上的支座8上，推杆21 —端与水密直线电机7的驱动轴连接，另一端与铰接接头22相连，铰接接头22通过短轴24与滑槽23铰接，滑槽23设置于可控攻角水平尾翼4下表面前端；水密直线电机7驱动推杆21向上或向下运动，带动可控攻角水平尾翼4绕转轴25偏转一定的角度，以此改变攻角而产生升力，为水下潜器提供纵倾诱导力矩，这一力矩诱导设置在潜器首部位置的固定水平主翼攻角改变，借此使水下潜器获得下潜至所需要深度的迫沉力，以操纵水下潜器的下潜或上浮，从而实现对水下潜器的深度控制。水密直线电机7作为可控攻角水平尾翼4的转角驱动机构的主要动力发出装置，水密直线电机7优选型号为Model 218 (Tecnadyne 公司)。
[0040]如图10所示，尾侧推喷水管系统的主管9内设置有一台微型潜水泵29 (潜水泵优选型号为DC40，深圳中科世纪公司)，主管末端联通位于主腔体尾部上方的右尾侧推喷水管30和左尾侧推喷水管33，右尾侧推喷水管30和左尾侧推喷水管33从出水口伸出主腔体侧壁40?50mm,右尾侧推喷水管30上设置有第一电磁阀开关31,左尾侧推喷水管33上设置有第二电磁阀开关32 ;水流从主腔体前端进水口 28进入主管9内，经潜水泵29的加速作用，将以较高速度经左、右尾侧推喷水管以垂直于主腔体侧面的横向喷出。当打开第二电磁阀开关32，关闭第一电磁阀开关31，水流将只从左尾侧推喷水管33喷出，在主腔体6尾部产生一个向右的反作用力，为水下潜器提供向左的转艏力矩；当打开第一电磁阀开关31，关闭电第二磁阀开关32，水流将只从右尾侧推喷水管30喷出，在主腔体6尾部产生一个向左的反作用力，为水下潜器提供向右的转艏力矩；当关闭第一电磁阀开关31和电第二磁阀开关32时，尾侧推喷水管系统不产生转艏力矩。通过设置带潜水泵29及第一电磁阀开关31和电第二磁阀开关32的尾侧推喷水管系统，采用尾侧推喷水的方式，产生足够水下潜器转艏的诱导力矩，诱导具有立式方向舵功能的主腔体迎流攻角的改变，使它产生操纵水下潜器做转艏或横荡运动的侧向力，从而达到操纵水下潜器做转艏或横荡运动的目的。
[0041]本发明尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器的工作时:
[0042]先根据不同的探测任务，在立式方向舵外形主腔体6内布置相应类型的海洋监测设备，由于不同类型仪器设备的重量不同，且不同仪器的放置要求也不一样，这些因素都会影响到水下潜器整体的重心。所以应根据实际使用情况，适当加设调节压载滑块，以此按照水下潜器拖曳作业时对潜器重量分布的要求来调节潜器的重心位置，以使水下潜器重心与浮心处于正浮和具有自主稳定功能的位置要求。主腔体6内设置有其他隔舱，用来放置控制电路板、电源和配重，或直接作为浮力舱提供浮力。
[0043]调整好水下潜器重量重心位置和浮心位置之后，选择某一拖曳孔13，将拖缆系于该拖曳孔处，通讯动力电缆从缆线孔14伸出，系于拖缆上，电缆松弛，不受拉力，然后进行试拖。根据试拖情况，调整或更换拖曳孔继续进行拖航，根据试验情况，可随时调整水下潜器的重心位置，以使水下潜器保持良好稳定的拖航姿态，也可随时对固定水平主翼2的攻角进行微调整，以满足水下潜器深度控制要求。记录下不同条件下水下潜器的配重及姿态变化情况，为以后的实验提供参考。
[0044]在拖曳过程中，通过调节可控攻角水平尾翼4的转角，诱导固定水平主翼2水动力攻角的改变，从而使水下潜器所需要的迫沉力，以此实现对水下潜器拖曳深度的控制。水下潜器所有组成部分均采用流线型外形，以减小潜器拖曳过程中的水阻力，也就降低了拖缆所承受的张力负担；固定水平主翼2与固定倾斜翼型支撑3构成一个倒三角形，鱼雷型浮体I与主腔体6为三角形的三个顶点，这种形式使得整个水下潜器的结构完整性得以保证，同时翼型外形降低了水流的扰动，避免产生漩涡，使水流可以平稳流过水下潜器，这对于保持水下潜器姿态稳定有利；固定水平主翼2的两端分别设置有第一边板16，以增加固定水平主翼2的有效展弦比，提高水翼的升力效果。通过设置固定垂直尾翼5，在直线拖曳作业中为水下潜器方向稳定提供保障；通过控制电磁阀，使水流从主腔体尾部一侧喷出，对水下潜器产生一个尾测推力，从而对水下潜器产生水平面上的诱导力矩，使水下潜器产生横向偏转，在立式方向舵外形主腔体6的作用下，能较容易抵抗拖缆的拉力，实现水平运动。在保持姿态稳定的前提下，以较少的控制动作，实现对水下潜器进行大范围、多自由度的操纵。
[0045]本发明所述拖曳式带缆遥控水下潜器是一种通过拖缆将拖曳工作母船的拖曳动力传递到水下潜器使其可以在水下实施观测作业的一种拖曳式水下探测装置，水下潜器主腔体内可根据不同的用途搭载温、盐、压、营养盐及其它海洋元素探测传感器，这些探测传感器的工作性质通常要求水下潜器在具有比较好的拖曳航向稳定性的同时，具备比较高效、灵敏的拖曳姿态操纵能力，以满足这些探测传感器获得高质量探测参数的要求。本发明采用尾操纵力控制方式来对水下潜器进行水下潜器在作业过程中的转艏、横荡与升沉运动的操纵。其中水下潜器的转艏与横荡运动通过控制尾侧推喷水管系统中左、右尾侧推喷水管的喷水方向，诱导具有立式方向舵外形和功能的潜器主腔体产生转艏动作，进而产生水下潜器横向运动所需的侧向力来实现对潜器转艏与横荡运动的操纵。而水下潜器的升沉运动则通过调节可控攻角水平尾翼的转角、诱导固定水平主翼水动力攻角的变化，以产生对水下潜器进行深度控制所需要的迫沉力，进而达到控制水下潜器的升沉运动的目的。本发明所述的这种通过尾操纵力诱导、以此调节具有立式方向舵外形的潜器主腔体和固定水平主翼的水动力攻角改变来产生对水下潜器所需要的横向力与迫沉力的控制方式有效地提升了作业者对拖曳式带缆遥控水下潜器轨迹与姿态的操控能力。
[0046]本发明将操纵水下潜器姿态的诱导力产生机构(左、右尾侧推喷水管和可控攻角水平尾翼)设置在具有立式方向舵外形和功能的潜器主腔体尾部，利用在主腔体尾部所产生的操纵力到拖曳点之间力臂较长，由此可以以较小的操纵力而产生较大的控制力矩，进而用一种比较高效的控制方式来实现对拖曳式带缆遥控水下潜器实施灵活的转艏、横荡与升沉运动的操纵。采用这样的一种控制机构和操纵方式克服了已有拖曳式带缆遥控水下潜器姿态控制效率不高、控制动作不灵活的缺陷。
[0047]本发明利用了主腔体前端水流的势能，结合潜水泵加速来增加由主腔体尾部侧面喷出的水流速度，产生了对水下潜器的有效侧向操纵力。这一侧推操纵力产生的方式减少了水下潜器的拖曳阻力和拖曳不稳定性、提高了水下潜器的操纵效率、也避免了常规槽道式侧推器在有航速条件下侧推效果不佳的弱点。
[0048]本发明采用了双鱼雷型浮体+立式方向舵外形的潜器主腔体的整体结构形式使这类水下潜器具备了良好的航向和姿态稳定性好，而通过尾操纵力诱导立式方向舵外形的潜器主腔体和固定水平主翼攻角偏转来实施对拖曳式带缆遥控水下潜器轨迹与姿态的操纵则具备了操纵灵活的特点。本发明同时具备稳定性号和操控灵活的特点。
【权利要求】
1.一种尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:包括鱼雷型浮体、固定倾斜翼型支撑、固定水平主翼、可控攻角水平尾翼、固定垂直尾翼、尾侧推喷水管系统和主腔体；所述主腔体为立式方向舵外形的壳体结构，其顶盖前端设置有作为拖曳点的拖曳孔，中部设有作业吊环，前端还开有缆线孔，通讯动力电缆从缆线孔伸出；主腔体下部前端设有进水口，主腔体内设置有水平布置的尾侧推喷水管系统，尾侧推喷水管系统的主管沿主腔体中部设置，主管内设有潜水泵，主管末端连通位于主腔体尾部上方的右尾侧推喷水管和左尾侧推喷水管，右尾侧推喷水管和左尾侧推喷水管从出水口伸出主腔体侧壁，右尾侧推喷水管上设置有第一电磁阀开关，左尾侧推喷水管上设置有第二电磁阀开关，用来控制尾侧推喷水管的喷水方向； 两鱼雷型浮体布置在主腔体垂直对称面上方两侧，固定水平主翼为对称翼型，在水平方向通过固定轴连接两鱼 雷型浮体，固定轴穿过固定水平主翼后部，两端固定在两鱼雷型浮体上；固定水平主翼前部与主腔体之间设有两块支撑短板；一块支撑短板与固定水平翼下表面前端固接，另一块支撑短板固接在主腔体上；支撑短板都为圆弧形，与固定水平翼焊接的支撑短板以固定轴上的轴心为圆心，支撑短板上开有多个圆孔，两支撑短板活动连接；固定倾斜翼型支撑布置于鱼雷型浮体与主腔体之间，采用对称翼型，其一端与鱼雷型浮体连接，另一端与主腔体上部连接； 所述可控攻角水平尾翼和固定垂直尾翼设置在主腔体后部，均采用对称翼型；可控攻角水平尾翼设置于一对固定垂直尾翼上方，固定垂直尾翼顶端设有圆弧形带孔支座，可控攻角水平尾翼下表面尾部同样设有圆弧形带孔支座，两组支座通过一根长螺栓铰接；可控攻角水平尾翼能绕水平尾翼转轴转动，水平尾翼转角驱动机构包括水密直线电机、推杆、铰接接头、短轴及滑槽；水密直线电机竖直布置在主腔体内，推杆一端与水密直线电机的轴连接，另一端与铰接接头相连，接头另一端通过短轴与滑槽铰接，滑槽设置于可控攻角水平尾翼下表面前端。
2.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述拖曳孔设置数量为4~7个，直径为8~10mm，间距15~20mm，所述缆线孔直径为30~40_，主腔体内部设有仪器舱以及多个隔舱，主腔体下方设置有海水进出口导管。
3.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:尾侧推喷水管系统的管系直径为40~50mm。
4.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述主腔体高度为400~450mm，宽度为200~220mm，长度为1200~1300mm。
5.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述两鱼雷型浮体之间的距离为600mm~700mm，鱼雷型浮体与主腔体上表面的垂直距离为250~300mm，两鱼雷型浮体直径为180~200mm，长度为600~750mm。
6.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述固定水平主翼两端分别设置第一边板，第一边板的长度比固定水平主翼的弦长大为50~60mm,高度比固定水平主翼的最大厚度大40~60mm,第一边板的厚度为3~4mm。
7.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述固定水平主翼的弦长为200~250mm,最大厚度为20~25mm。
8.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述固定倾斜翼型支撑的弦长为200~250mm,最大厚度为35~50mm。
9.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述可控攻角水平尾翼采用后掠形式，两端设置有第二边板，第二边板长度比可控攻角水平尾翼翼端弦长大50~60mm,高度比可控攻角水平尾翼翼端最大厚度大40~50mm,第二边板厚度为3~4mm。
10.根据权利要求1所述尾操纵力诱导控制拖曳式带缆遥控水下潜器，其特征在于:所述可控攻角水平尾翼的最大弦长为200~250mm,翼端弦长90~100mm,翼展为450~500mm,最大厚度为12 ~18mm,固定垂直尾翼高度为220~250mm,最大厚度为12~18mm。
【文档编号】B63C11/48GK104044715SQ201410256358
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】吴家鸣, 陈健, 陈知霖, 马志权, 廖华 申请人:华南理工大学, 广州市顺海造船有限公司