一种多水翼迫沉水下拖曳体的制作方法

本实用新型涉及一种水下拖曳体，特别是涉及一种多水翼迫沉水下拖曳体。

背景技术：

水下拖曳体是一种水下运动平台，它由船舶、潜艇等航行器拖曳并控制下航行于水面以下，常常搭载各式物理或化学传感器以便对水下物化环境进行动态监测。水下拖曳体作为一种海洋环境监测、海洋水文数据观测、海洋灾害预警的重要手段，正越来越多地受到海洋科学工作者的青睐。

随着科学技术的不断发展，水下拖曳体控制技术已经得到长足的发展，但如何以简单有效的方式来增强水下拖曳体的拖航稳定性、改善水下拖曳体的操纵灵活性仍然是当前水下拖曳体研发活动中亟待解决的技术问题。现有的多自由度可控水下拖曳体常存在升沉运动控制过程中姿态不稳定的问题，而不稳定得姿态会导致环境探测传感器效率降低甚至失效，这极大地影响了水下拖曳体水下环境探测的工作效率。如何避免水下拖曳体在竖直面上进行升沉运动控制时纵倾角过大的问题是新型水下拖曳体研发过程中需要克服的技术障碍。

技术实现要素：

本实用新型主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种升沉运动控制平稳、拖航稳定性好、设备布置合理的多水翼迫沉水下拖曳体。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种多水翼迫沉水下拖曳体，包括主体结构、升沉控制机构和纵倾控制机构；所述的主体结构包括升沉控制舱、纵倾控制舱、仪器舱、固定水平翼、翼型立柱、翼型斜撑、固定尾翼以及缆线孔；其中，仪器舱为流线型空腔结构，三个仪器舱并列间隔布置，两侧的仪器舱与中间的仪器舱通过两个固定水平翼刚性连接；升沉控制舱底部通过翼型立柱与中间仪器舱刚性连接，升沉控制舱通过两个斜撑分别连接两侧的仪器舱；固定尾翼刚性固定在三个仪器舱尾部；纵倾控制舱设置在升沉控制舱的后端；缆线孔设置升沉控制舱的前端；

所述的升沉控制机构包括升沉控制水翼、升沉导流板、升沉驱动轴、摇杆、多孔连杆、直线电机推杆以及直线电机；其中，升沉驱动轴有多根，多根根升沉驱动轴间隔、梯度穿过控制舱，每根升沉驱动轴两端分别设有一个升沉控制水翼，多个升沉控制水翼间隔、梯度设置在控制舱左右两侧；在每一升沉驱动轴的中部刚性连一摇杆；各摇杆与多孔连杆在相应孔位处铰接，多孔连杆一端与直线电机推杆铰接，直线电机推杆与直线电机连接；每个升沉控制水翼翼面上均匀布置多个升沉导流板；

所述的倾控制机构包括纵倾控制水翼、纵倾驱动轴、涡轮、蜗杆以及伺服电机；其中纵倾控制水翼设置在纵倾控制舱上端左右两侧，纵倾控制舱左右两侧的两纵倾控制水翼通过穿越纵倾控制舱的纵倾驱动轴刚性连接，纵倾驱动轴中部设有涡轮；涡轮齿面与蜗杆齿面相互啮合，蜗杆与伺服电机连接。

为进一步实现本实用新型的目的，优选地，所述的升沉控制水翼和纵倾控制水翼为机翼状的实心结构。

优选地，所述的升沉控制水翼的外端与一片状挡板连接。

优选地，所述的摇杆、多孔连杆、直线电机推杆、直线电机设置在升沉控制舱内部。

优选地，所述的涡轮、蜗杆、伺服电机设置在纵倾控制舱内部。

优选地，所述的纵倾控制水翼外端设置纵倾导流板。

优选地，所述的主体结构还包括控制舱舱盖、仪器舱舱盖和艉舱舱盖；所述的控制舱舱盖固定在升沉控制舱左侧面上；所述的仪器舱舱盖与仪器舱螺纹连接；所述的艉舱舱盖固定在纵倾控制舱上方。

优选地，所述的控制舱舱盖通过多个可拆卸的螺钉固定在升沉控制舱左侧面上；所述的仪器舱舱盖设置外螺纹，通过外螺纹与仪器舱螺纹连接；所述的艉舱舱盖通过多个可拆卸的螺钉固定在纵倾控制舱上方。

优选地，所述的仪器舱舱盖与仪器舱之间设置水密垫圈；所述的控制舱舱盖与升沉控制舱之间设置水密垫圈；所述的纵倾控制舱舱盖与纵倾控制舱之间设置水密垫圈。

优选地，所述的升沉控制舱为类直角三棱柱结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)拖航稳定。一方面，本实用新型采用流线型的低阻外形降低了拖航阻力，降低了缆绳断裂的风险，增强设备安全性和稳定性；另一方面，与单柱体形式的水下拖曳体在拖航中常因流体扰动而出现振荡问题相比，本实用新型将拖曳体的主体结构设为多个相对独立的部分，各部分用翼型固定水平翼等结构刚性连接形成多腔体拖曳体，有效避免了上述振荡问题，增强了本实用新型的航向稳定性；再一方面，本实用新型采用大尺寸的固定水平翼、翼型立柱、翼型斜撑以及固定尾翼设计，这些沿纵向布置的结构在拖航中可以产生抑制水下拖曳体航向变化的流体力，使本实用新型拖航稳定性进一步增强；综上，本实用新型的水下拖曳体拖航稳定性好。

(2)升沉运动平稳。一方面，本实用新型较好的航向稳定性使得拖曳体升沉运动控制中纵倾角不易发生改变；另一方面，与常规的单个升沉控制水翼的升沉控制常因升沉控制水翼产生的升沉控制力前后分布不平衡导致拖曳体纵倾变化过大相比，本实用新型的升沉运动由多个升沉控制水翼控制，多个升沉控制水翼产生的升沉控制力沿拖曳体纵向均匀分布，从而缓解拖曳体在升沉运动控制中因拖曳体前后受力不平衡导致拖曳体纵倾变化过大的问题；再一方面，本实用新型在拖曳体在尾部设置了控制拖曳体纵倾角的纵倾控制水翼，纵倾控制水翼在攻角不变时可以增强拖曳体保持拖曳体纵向平衡的能力，在实时调节其攻角时又可以产生控制拖曳体纵倾的力矩，进一步改善拖曳体升沉运动控制中的稳定性。综上，本实用新型的水下拖曳体升沉运动控制姿态平稳。

(3)舱室布置合理。一方面，本实用新型的水下拖曳体将运动控制设备、探测设备分别布置在升沉控制舱、仪器舱内，有效避免了控制设备与探测设备之间的相互干扰；另一方面，本实用新型设置了三个分立的仪器舱，可同时灵活地搭载多种探测仪器，避免不同探测仪器之间的相互干扰。

附图说明

图1是本实用新型的多水翼迫沉水下拖曳体的外形结构示意图；

图2是本实用新型的多水翼迫沉水下拖曳体的左视图；

图3是本实用新型的多水翼迫沉水下拖曳体的前视图；

图4是本实用新型的多水翼迫沉水下拖曳体的a-a剖视图；

图5是本实用新型的多水翼迫沉水下拖曳体的俯视图；

图6是本实用新型的多水翼迫沉水下拖曳体升沉控制机构图；

图7是本实用新型的多水翼迫沉水下拖曳体纵倾控制机构图；

图中示出：主体结构1、升沉控制舱1-1、纵倾控制舱1-2、仪器舱1-3、固定水平翼1-4、翼型立柱1-5、翼型斜撑1-6、固定尾翼1-7、升沉控制舱舱盖1-8、仪器舱舱盖1-9、纵倾控制舱舱盖1-10、缆线孔1-11、升沉控制机构2、升沉控制水翼2-1、升沉导流板2-2、挡板2-3、升沉驱动轴2-4、摇杆2-5、多孔连杆2-6、直线电机推杆2-7、直线电机2-8、纵倾控制机构3、纵倾控制水翼3-1、纵倾导流板3-2、纵倾驱动轴3-3、涡轮3-4、蜗杆3-5、伺服电机3-6。

具体实施方式

为更好地支持本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的阐述，但本实用新型的实施方式不限如此。

如图1-图7所示，一种多水翼迫沉水下拖曳体，包括主体结构1、升沉控制机构2以及纵倾控制机构3。

主体结构1包括升沉控制舱1-1、纵倾控制舱1-2、仪器舱1-3、固定水平翼1-4、翼型立柱1-5、翼型斜撑1-6、固定尾翼1-7以及缆线孔1-11；其中，仪器舱1-3为流线型空腔结构，三个仪器舱1-3并列间隔布置，两侧的仪器舱与中间的仪器舱通过两个固定水平翼1-4刚性连接；升沉控制舱1-1为类直角三棱柱结构；升沉控制舱1-1底部通过翼型立柱1-5与中间仪器舱1-3刚性连接，两个斜撑1-6分别连接升沉控制舱1-1与两侧的仪器舱1-3，形成三角状结构；板状的固定尾翼1-7刚性固定在三个仪器舱1-3尾部；纵倾控制舱1-2设置在升沉控制舱1-1的后端；缆线孔1-11设置升沉控制舱1-1的前端。纵倾控制舱1-2与升沉控制舱1-1由水密舱壁分隔。缆线孔1-11设置在升沉控制舱1-1的前端。

主体结构1还包括控制舱舱盖1-8、仪器舱舱盖1-9和艉舱舱盖1-10；控制舱舱盖1-8通过多个可拆卸的螺钉固定在升沉控制舱1-1左侧面上。仪器舱舱盖1-9设置外螺纹，通过外螺纹与仪器舱1-3螺纹连接，艉舱舱盖1-10通过多个可拆卸的螺钉固定在纵倾控制舱1-2上方；仪器舱舱盖1-9与仪器舱1-3之间设置水密垫圈；控制舱舱盖1-8与升沉控制舱1-1之间设置水密垫圈；纵倾控制舱舱盖1-10与纵倾控制舱1-2之间设置水密垫圈。

如图6所示，升沉控制机构2包括升沉控制水翼2-1、升沉导流板2-2、挡板2-3、升沉驱动轴2-4、摇杆2-5、多孔连杆2-6、直线电机推杆2-7以及直线电机2-8；其中，升沉控制水翼2-1为机翼状的实心结构，升沉控制水翼2-1翼面上均匀布置多个升沉导流板2-2，每个升沉控制水翼2-1与一根升沉驱动轴2-4连接；升沉驱动轴2-4有多根，每根升沉驱动轴2-4穿过控制舱1-1，多根升沉驱动轴2-4间隔、梯度穿过控制舱1-1，具体是指，从纵向投来看，多根升沉驱动轴从下到上间隔设置，从横向投影来看，多根升沉驱动轴从前到后间隔设置；每根升沉驱动轴2-4两端分别设有一个升沉控制水翼2-1，多个升沉控制水翼2-1间隔、梯度设置在控制舱1-1左右两侧；优选各升沉控制水翼2-1的外端与一片状挡板2-3连接；在每一升沉驱动轴2-4的中部刚性连一摇杆2-5；各摇杆2-5与多孔连杆2-6在相应孔位处铰接，从而实现各摇杆2-5同步转动；多孔连杆2-6一端与直线电机推杆2-7铰接，直线电机推杆2-7与直线电机2-8连接，从而将直线电机2-8产生的驱动力传递至升沉控制水翼2-1。摇杆2-5、多孔连杆2-6、直线电机推杆2-7、直线电机2-8设置在升沉控制舱1-1内部。

如图7所示，纵倾控制机构3包括纵倾控制水翼3-1、纵倾导流板3-2、纵倾驱动轴3-3、涡轮3-4、蜗杆3-5以及伺服电机3-6；其中纵倾控制水翼3-1设置在纵倾控制舱1-2上端左右两侧，涡轮3-3、蜗杆3-4、伺服电机3-5设置在纵倾控制舱1-2内部；纵倾控制水翼3-1为机翼状的实心结构，纵倾控制水翼3-1外端设置纵倾导流板3-2；纵倾控制舱1-2左右两侧的两纵倾控制水翼3-1通过穿越纵倾控制舱1-2的纵倾驱动轴3-3刚性连接，纵倾驱动轴3-3中部设有涡轮3-4；涡轮3-4齿面与蜗杆3-5齿面相互啮合且自锁，蜗杆3-5与伺服电机3-6连接，将伺服电机3-6的驱动力单向传递至纵倾控制水翼3-1。

本实用新型的具体工作方式如下：

(1)在仪器舱1-3内安装特定功能的探测仪器，对拖曳体进行配平；拖曳缆绳的一端固定在缆线孔1-11上，另一端与船舶、潜艇或直升飞机等航行器上的缆绳收放装置相连；将本实用新型的水下拖曳体放入海中适当深度，航行器以某一速度向前拖曳使本实用新型的水下拖曳体向前运动。

(2)拖航中，本实用新型的水下拖曳体低阻的外形有效减小了拖曳缆绳所需的拖曳力；与此同时，倒置机翼状的升沉控制水翼2-1以及纵倾控制水翼3-1产生向下的迫沉力抑制拖曳体上浮；本实用新型的外形、固定水平翼1-4、翼型立柱1-5、翼型斜撑1-6、固定尾翼1-7等结构在拖航中可以产生适当的抑制拖曳体航向变化的流体力，从而减小了拖航过程中拖曳体纵摇、横摇以及艏摇的幅值，使得拖曳体拥有良好的航向稳定性。

(3)拖航中，本实用新型进行升沉运动控制时，升沉控制机构2的直线电机2-7驱动直线电机推杆2-7并带动多孔连杆2-6，在多孔连杆2-6的推动下，摇杆2-5绕着并带动升沉驱动轴2-4转动，从而使得升沉控制水翼2-1攻角发生变化：当直线电机推杆2-7向前伸出时，升沉控制水翼2-1顺时针偏转并因海水流动作用获得向上的提升力，该提升力使得拖曳体上浮，而纵倾导流板3-2使得海水流动加强，上述提升力增大，拖曳体上浮加速度增大；反之，当直线电机推杆2-7向后收缩时，升沉控制水翼2-1逆时针偏转并因海水流动作用获得向下的迫沉力，该迫沉力使得拖曳体下沉，而纵倾导流板3-2使得海水流动加强，上述迫沉力增大，拖曳体下沉加速度增大。

(4)拖航中，本实用新型的水下拖曳体进行纵倾控制时：当拖曳体需要抬首时，纵倾控制机构3的伺服电机3-6正转并通过蜗杆3-5带动涡轮3-4逆时针转动，由于涡轮3-4通过纵倾驱动轴3-3与纵倾控制水翼3-1刚性连接，这就使得纵倾控制水翼3-1等逆时针转动并在海水流动作用下获得向下的迫沉力，此迫沉力诱导得拖曳体尾部下沉，而纵倾导流板3-2使得海水流动加强，上述迫沉力增大，拖曳体尾部下沉加速度增大，拖曳体抬首；相反地，当拖曳体需要埋首时，伺服电机3-6反转，纵倾控制水翼3-1等顺时针转动并在海水流动作用下获得向上的提升力，此提升力诱导拖曳体尾部上浮，而纵倾导流板3-2使得海水流动加强，上述提升力增大，拖曳体尾部上浮加速度增大，拖曳体埋首；由于蜗杆3-5与涡轮3-4自锁，上述控制过程中，纵倾控制机构3仅能单向传动，即某一攻角下的纵倾控制水翼3-1将被锁定而不必频繁控制维持纵倾控制水翼3-1攻角，减轻伺服电机3-6负担。

(5)在拖航的过程中，升沉控制机构2、纵倾控制机构3以及拖曳本实用新型的拖曳体缆绳协同作用，使得本实用新型的拖曳体完成指定的运动动作。

需要说明的是，本实用新型不受上述实施方式约束，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的替代方式，都包含在本发明的保护范围之内。