一种具有稳心高调节功能的AUV导流罩机构的制作方法

背景技术：

1、海洋是人类社会可持续发展的宝贵财富和可拓展空间，海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，世界各国都在加快进入海洋、探索海洋、开发海洋的步伐。在无人与智能化的热潮下，水下无人航行器(autonomous underwater vehicle,auv)受到了广泛关注，得到了快速发展，在海洋资源可持续利用方面发挥着越来越重要的作用。随着auv作业任务的多样化和复杂化，对auv的操纵能力提出了新的要求，不仅能够在长距离航行时保持一定的稳定性，还能够在小区域水下作业时具有一定的灵活性。稳心高(浮心与重心之间的垂向距离)作为auv的重要总体性能指标之一，其大小直接与auv的操纵能力相关，稳心高越大，恢复力矩越大、运动状态越不容易被改变，稳定性越好；稳心高越小，恢复力矩越小，运动状态越容易被改变，灵活性越强。当auv长距离航行或外界环境扰动较大时，需要稳心高具有一个较大的值，保证其航行具有较高的稳定性；当auv进行小区域水下作业或外界环境扰动较小时，需要稳心高具有一个较小的值，使其在作业时具有一定的灵活性，能够快速机动。

2、目前大部分auv在使用时，其稳心高均已固化，不具备稳心高大小的调节能力，无法根据作业需求的转换而调节稳心高的大小，限制了auv执行不同任务的能力。同时，即便具有稳心高调节功能，也是依靠垂向移动重物或设备改变稳心高的大小，由于auv空间紧凑，导致其调节能力十分有限，且集成度不高、占用布置空间大，不利于auv的小型化和轻量化。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，从而巧妙地将导流罩融入到稳心高调节功能中，在不占用内部布置空间的情况下，通过导流罩之间的重量、排水体积匹配关系，并与转动机构配合，可根据作业任务的需求或外界环境干扰的强弱，快速、准确、可控地调节稳心高的大小，使auv在长航程航行稳定性和小区域机动灵活性之间自由切换，有效提高了auv执行任务的多样性和稳定性。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，包括载体框架，所述载体框架的中部和端部均设置有支撑环，从艏部至艉部的方向依次在支撑环上安装1#转动环、2#转动环、3#转动环和4#转动环，单个转动环与支撑环之间的安装结构为：所述支撑环上设置有凹槽，凹槽中设有轴承滚珠，转动环与支撑环上的凹槽以及轴承滚珠共同构成转动轴承，实现转动环与支撑环上的固定以及绕auv纵轴的转动；

4、还包括位于载体框架上方的1#导流罩和2#导流罩，1#导流罩安装在1#转动环和2#转动环之间，同时，1#导流罩的两端分别通过紧固件固定在1#转动环和2#转动环之间，2#导流罩安装在3#转动环和4#转动环之间，同时，2#导流罩的两端分别通过紧固件固定在3#转动环和4#转动环之间；

5、还包括位于载体框架下方的3#导流罩和4#导流罩，3#导流罩与1#导流罩相对设置且安装结构相同，4#导流罩与2#导流罩相对设置，且安装结构相同；

6、还包括固定在载体框架上的驱动电机，所述驱动电机的输出端安装主动齿轮，所述2#转动环和3#转动环的内圈均设置有被动齿，所述主动齿轮同时与两个被动齿啮合。

7、其进一步技术方案在于：

8、所述1#导流罩、2#导流罩、3#导流罩和4#导流罩共同构成了auv的局部流线型外形。

9、所述1#导流罩、2#导流罩、3#导流罩和4#导流罩的形状相同，均呈内凹圆弧形结构。

10、各个导流罩满足：

11、m1#＝m2#＝m1、m3#＝m4#＝m2、v1#＝v2#＝v3#＝v4#、m1<<m2，

12、其中：

13、m1#为1#导流罩的重量，

14、v1#为1#导流罩的排水体积，

15、m2#为2#导流罩的重量，

16、v2#为2#导流罩的排水体积，

17、m3#为3#导流罩的重量，

18、v3#为3#导流罩的排水体积，

19、m4#为4#导流罩的重量，

20、v4#为4#导流罩的排水体积。

21、2#转动环和3#转动环反向转动。

22、所述载体框架采用分体式结构。

23、所述载体框架中部为圆柱体结构，两端为圆台式结构。

24、本发明的有益效果如下：

25、本发明结构紧凑、合理，操作方便，巧妙地将导流罩融入到稳心高调节功能中，在不占用内部布置空间的情况下，通过导流罩之间的重量、排水体积匹配关系，并与转动机构配合，可根据作业任务的需求或外界环境干扰的强弱，快速、准确、可控地调节稳心高的大小，使auv在长航程航行稳定性和小区域机动灵活性之间自由切换，有效提高了auv执行任务的多样性和稳定性。

26、同时，本发明还具备如下优点：

27、(1)本发明将通过导流罩和转动机构之间的配合，利用导流罩之间的重量与排水体积匹配关系，根据作业任务的需求，快速、准确、可控地调节稳心高的大小，使auv在稳定性和灵活性之间自由切换，有效提高了auv的运动能力和执行任务的多样性；

28、(2)本发明可实现最小稳心高到最大稳心高之间任意大小的调节，可根据外界环境干扰的复杂性调节稳心高的大小，在提高auv灵活性的同时，保证auv在作业过程中的稳定性，环境适应能力更强，有效平衡了auv的灵活性和作业稳定性；

29、(3)本发明将导流罩融入到稳心高调节中，不会增加额外载荷和布置空间需求，有利于auv的轻量化和小型化；

30、(4)本发明采用导流罩对称转动思想，在改变稳心高的同时，不会对auv的姿态造成影响。

技术特征：

1.一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，其特征在于：包括载体框架(1)，所述载体框架(1)的中部和端部均设置有支撑环，从艏部至艉部的方向依次在支撑环上安装1#转动环(2)、2#转动环(4)、3#转动环(9)和4#转动环(6)，单个转动环与支撑环之间的安装结构为：所述支撑环上设置有凹槽，凹槽中设有轴承滚珠(7)，转动环与支撑环上的凹槽以及轴承滚珠(7)共同构成转动轴承，实现转动环与支撑环上的固定以及绕auv纵轴的转动；

2.如权利要求1所述的一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，其特征在于：所述1#导流罩(3)、2#导流罩(5)、3#导流罩(12)和4#导流罩(8)共同构成了auv的局部流线型外形。

3.如权利要求1所述的一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，其特征在于：所述1#导流罩(3)、2#导流罩(5)、3#导流罩(12)和4#导流罩(8)的形状相同，均呈内凹圆弧形结构。

4.如权利要求1所述的一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，其特征在于：各个导流罩满足：

5.如权利要求1所述的一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，其特征在于：2#转动环(4)和3#转动环(9)反向转动。

6.如权利要求1所述的一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，其特征在于：所述载体框架(1)采用分体式结构。

7.如权利要求1所述的一种具有稳心高调节功能的auv导流罩机构，其特征在于：所述载体框架(1)中部为圆柱体结构，两端为圆台式结构。

技术总结
一种具有稳心高调节功能的AUV导流罩机构，包括转动环、导流罩、转动轴承、驱动电机和转动齿轮，转动环与载体框架的支撑环通过轴承滚珠构成转动轴承，驱动电机固定在载体框架上，其输出端设有主动齿轮，与被动齿啮合，即可实现2#转动环和3#转动环的可控对称同步转动；各个导流罩分别通过螺栓固定在转动环上，巧妙地将导流罩融入到稳心高调节功能中，在不占用内部布置空间的情况下，通过导流罩之间的重量、排水体积匹配关系，并与转动机构配合，可根据作业任务的需求或外界环境干扰的强弱，快速、准确、可控地调节稳心高的大小，使AUV在长航程航行稳定性和小区域机动灵活性之间自由切换，有效提高了AUV执行任务的多样性和稳定性。

技术研发人员：胡中惠,邢丹,万江龙,姜磊,刘帅,曲文新,王瑶
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13