本发明涉及新型海洋航行器领域，具体涉及一种大型重载混合驱动水下滑翔机。
背景技术：
随着海洋科学的研究的加深，水下滑翔机作为一种新型的无人水下航行器水，其技术得到了快速发展，可搭载多种传感器，为海洋科学研究提供关键基础数据，还可以对海底地形地貌以及海底油气管道进行探查作业等，现其已成为常规的、可持续的、高分辨率海洋观测平台之一。
当前国内外海洋探测领域，滑翔机单机技术十分成熟，以混合推进技术为特征，搭载多种传感器以拓展水下滑翔机的应用是目前研究热点之一。混合推进技术配合折叠翼的使用，将低能耗的滑行模式和快速推进的机动模式相结合已成为当前水下滑翔机的主要研究方向。目前国内外水下滑翔机的研究开发多集中于中小型产品，不利于水下滑翔机的能源带载量和搭载传感器的数量及重量的提升，极大的限制了水下滑翔机的探测应用领域和大航程作业需求。同时目前传统的折叠翼多需配备内置于水下滑翔机机身的设置有驱动电机的密封舱，提高了滑翔机的能耗，破坏了滑翔机的整体布局，增加了水下滑翔机的设计、使用、安装难度，不利于水下滑翔机设计安装的模块化和低能耗的要求。如何融合滑翔机系统的低功耗、大航程、搭载多元化的传感器、模块化设计安装，以提高其综合性能和生存能力，扩展观测和探测能力，获得精准数据成为当前水下潜器的研发重点和趋势。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，解决当前滑翔机综合性能较低，搭载探测设备少，模块化水平低，能耗高的缺点，本发明提供一种大型重载混合驱动水下滑翔机。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种大型重载混合驱动水下滑翔机，包括滑翔机机身、浮力调节装置、姿态调节装置、折叠翼机构、能源模块、主控制系统、导航通讯系统和推进器驱动系统；所述主控制系统控制浮力调节装置实现水下滑翔机的浮力大小调节，姿态调节装置一体连接于水下滑翔机脊背上方以实现水下滑翔机俯仰姿态控制；所述折叠翼机构为单自由度，包括气弹簧机构、连杆机构、一对旋转翼和一对伸缩翼，所述折叠翼机构与姿态调节装置相连，且固定于滑翔机机身中部并与滑翔机机身连为一体，一对旋转翼在连杆机构的带动下实现平面转动，一对伸缩翼实现伸展收缩运动；当旋转翼和伸缩翼均处于折叠状态时将水下滑翔机布放到水下，通过气弹簧机构受到气压与水压的压差控制气弹簧机构活塞杆带动连杆机构实现旋转翼和伸缩翼的伸展，实现滑翔；当水下滑翔机浮到水面时，气弹簧机构活塞杆复位，旋转翼和伸缩翼在连杆机构的带动下实现折叠，便于水下滑翔机的布放回收作业；导航通讯系统用于设定航向和作业任务；主控制系统控制推进器驱动系统实现推进运动、差动转弯运动。
进一步的，所述姿态调节装置包括耐压仓、电机、拉线传感器、丝杠、调节重块和一对保持杆，所述调节重块与所述丝杠螺纹连接，所述保持杆平行于丝杠且对称分布于丝杠两侧，保持杆穿过于调节重块；所述耐压仓内通过所述电机带动丝杠转动使调节重块水平移动，调节滑翔机重心位置，进而实现水下滑翔机俯仰姿态的调节。
进一步的，通过所述推进器驱动系统的差动控制可实现水下滑翔机的横滚和转向运动。
进一步的，所述浮力调节装置由外皮囊和油箱组成，所述油箱内设置有齿轮泵、常闭电磁阀和液压管路。
进一步的，所述一对旋转翼和一对伸缩翼分别水平对称分布于气弹簧机构的两侧，所述旋转翼上设有用于伸缩翼进行展开和收缩运动的两个滑动轨道。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明将姿态调节装置外置并与折叠翼机构通过翼身融合设计安装于水下滑翔机的脊背上方，本发明水下滑翔机的大型化和重载化便于搭载大容量的能源模块和更多的探测传感器，扩展了水下滑翔机的应用领域，提高了水下滑翔机的综合性能。
2.外置的姿态调节装置中调节重块行程大，增加了姿态调节量。
3.本发明滑翔机中单自由度折叠翼机构结构简单可靠，易于实现滑翔机的模块化设计及安装，同时受气压和水压的压差控制的气弹簧机构节省了水下滑翔机机身内部空间和能源损耗，优化耐压舱舱体布局的同时又增加了搭载的设备，增强了大型化水下滑翔机的搭载能力和续航能力，扩展了大型化水下滑翔机的应用领域。
3.本发明滑翔机可以根据不同的任务需求，选择性的安装和摘除姿态调节装置和折叠翼机构，实现滑翔机和auv功能的切换，达到“一机两用”的效果。
附图说明
图1a为本发明滑翔机总体布局主视示意图；图1b为本发明滑翔机总体布局俯视示意图；图1c本发明滑翔机总体布局前视示意图；图1d为本发明滑翔机总体布局后视示意图；
图2a为本发明滑翔机水下作业俯视示意图；图2b为本发明滑翔机水下作业前视示意图；图2c为本发明滑翔机水下作业示意图；
图3a为姿态调节装置示意图；图3b为姿态调节装置内部布局俯视示意图；图3c为姿态调节装置内部布局主视示意图；
图4a为折叠翼机构整体展开示意图；图4b为折叠翼机构旋转翼示意图；图4c为折叠翼机构伸缩翼示意图；图4d为折叠翼机构机翼连杆示意图；图4e和图4f均为折叠翼机构与滑翔机机身一体连接示意图；
图5为浮力调节装置示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1～5所示，本发明一种大型重载混合驱动水下滑翔机，包括水下滑翔机机身1，浮力调节装置2，姿态调节装置3，折叠翼机构4，能源模块5，主控制系统6，导航通讯系统7，推进器驱动系统8等。主控制系统8控制浮力调节装置2实现水下滑翔机的浮力大小调节，姿态调节装置3设置于水下滑翔机机身1脊背上方以实现水下滑翔机俯仰姿态控制。通过气弹簧机构控制折叠翼机构4实现机翼的展开和收起，分别在低功耗滑翔模式和快速推进模式下使用，水下滑翔机在上浮海面后通过导航通讯系统7设定航向和作业任务。主控制系统6控制推进器驱动系统8的主推螺旋桨实现高速推进运动、差动转弯运动。
如图3a至图3c所示，姿态调节装置3包括耐压仓、电机33、拉线传感器34、丝杠32、调节重块31和一对保持杆35,调节重块31螺纹连接于丝杠32上，保持杆35平行于丝杠32且对称分布于丝杠32两侧，保持杆35穿过调节重块31，电机33带动丝杠35转动，以达到调节重块31水平前后移动，调节滑翔机重心位置，进而实现水下滑翔机俯仰姿态的调节。姿态调节装置3的俯仰姿态调节量通过拉线传感器34反馈控制。此外该滑翔机的横滚运动可通过推进器驱动系统8差动控制实现。
如图4a至图4f所示，折叠翼机构4为单自由度，包括气弹簧机构43、连杆机构、一对旋转翼41和一对伸缩翼42，一对旋转翼41和一对伸缩翼42分别水平对称分布于气弹簧机构43两边。以下对滑翔机机身一侧的折叠翼机构进行详细描述，另一侧由于对称关系不做赘述：
旋转翼41通过支架411铰接于气弹簧机构43外置耳环上。连杆45的一端与连杆47铰接，另一端与气弹簧机构43尾部铰接。连杆46一端与气弹簧机构活塞杆44铰接，另一端与旋转翼41上412孔铰接。连杆47一端铰接于一对旋转翼41上的支架413，另一端铰接于连杆45。连杆48一端铰接于连杆47上的耳环471，另一端铰接于伸缩翼42上的连接架49。伸缩翼42按照设置于旋转翼41上的滑动轨道414和415进行展开和收缩运动。翼身融合机构431和翼身融合机构432通过上下5个通孔进行螺纹固定，同时用喉箍通过翼身融合机构431和翼身融合机构432上边的两个矩形孔与姿态调节装置3的耐压仓外壳固定，并用喉箍通过翼身融合机构431和翼身融合机构432下边的矩形孔与水下滑翔机机身1的外壳固定，实现将外置姿态调节装置3和折叠翼机构与水下滑翔机机身1融合固定为一体,同时翼身融合机构431和翼身融合机构432中间圆孔外接于气弹簧机构43外壁，翼身融合机构431和翼身融合机构432中间位置处的矩形槽作为一对旋转翼41完全展开时的固定结构，防止一对旋转翼41上下晃动。当两对机翼处于折叠状态时布放到水下，通过气弹簧机构活塞杆44受到气压与水压压力差的作用力控制平面五杆机构中两个连杆46驱动连杆机构转动，实现一对旋转翼41和一对伸缩翼42的完全伸展，使水下滑翔机进行滑翔运动。当水下滑翔机完成一个数据收集的剖面运动或者完成探测作业后浮到水面时，气弹簧机构活塞杆44在气弹簧机构43内气压的的作用下复位，一对旋转翼41和一对伸缩翼42在连杆机构的带动下实现折叠。
如图5所示，浮力调节装置2由外皮囊21和油箱22组成，油箱22内设置有齿轮泵、常闭电磁阀、液压管路等液压系统。通过齿轮泵将油箱22内的油排入到外皮囊21内，滑翔机浮力增加，实现水下滑翔机的上浮运动；反之，当滑翔机浮到水面，将外皮囊21内的油压回油箱22里面，滑翔机浮力减小，实现水下滑翔机的下沉运动。
结合图1～5所示，本实施例中滑翔机完整作业流程如下：母船到达指定布放区域，通过布放回收装置将本发明滑翔机布放入海面，通过主控制系统6控制浮力调节装置2减小水下滑翔机的浮力，滑翔机以一定的角度下沉水面，当滑翔机下沉到一定深度(约水下10米左右)的水面以下后，气弹簧机构活塞杆44受气弹簧机构43内气压与水压压差作用带动连杆46运动，连杆机构在驱动连杆46的带动下使得一对旋转翼41以气弹簧机构43的铰接耳环为中心进行旋转，一对伸缩翼42通过一对旋转翼41上的轨道进行滑动，直至折叠翼机构4完全展开。同时外置的姿态调节装置3通过电机33带动调节重块31向滑翔机前舱方向滑动指定的距离，滑翔机在一定的攻角下开始向下滑翔。当到达滑翔机预定的工作深度后，通过主控制系统6控制浮力调节装置2增加水下滑翔机的浮力，同时外置的姿态调节装置3通过电机33带动调节重块31向滑翔机后舱方向滑动设定的距离，滑翔机在一定的攻角下开始向上滑翔，直至完成一个完整的剖面运动，在此过程中，可以根据海域情况和探测任务的需要，通过推进器驱动系统8进行水下滑翔机的横滚转向和快速推进模式。当水下滑翔机通过多个剖面运动完成对指定海域的信息采集和探测任务后上浮到海面，在到达水面以下一定深度(约水下10米左右)时，此时折叠翼机构中的气弹簧机构活塞杆44在气弹簧机构内气压与水压压差的作用下带动连杆机构使得机翼开始折叠，当水下滑翔机到达水面时，机翼完全折叠至初始布放状态，释放抛缆机构，操控母船甲板上的布放回收装置进行回收作业，整体水下滑翔机作业流程完毕。
同时，还可以根据具体的探测环境和数据收集任务需求摘除外置的姿态调节装置和折叠翼机构，将大型重载混合驱动水下滑翔机作为auv潜器进行水下作业，实现“一机两用”的功能。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。