[發明專利]便攜式水下海洋環境監測滑翔機

有效

• 申請號: 201210487518.3
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102963514A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 葉效偉;付斌;劉純虎;曹俊亮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B63G8/14
• 分類號: B63G8/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明屬于海洋環境監測技術領域，具體是一種便攜式水下海洋環境監測滑翔機。技術背景

目前，海洋環境監測和數據采集比較常用的技術手段有：用于長期監測的浮標，用于短期連續監測的自主式水下運載器(AUV)及遠距離遙控機器人(ROV)，海洋調查船等。但是這些技術各有優缺點：浮標能夠大范圍監測采樣海洋環境，但是不具有動力源，其觀測區域不受控制；自主式水下運載器(AUV)可以根據需求監測任意區域的海洋環境，但是受搭載能力的限制，只能攜帶有限的能量進行航行，作業周期短，不能夠勝任時間上的連續海洋環境監測和水質數據采集任務；遠距離遙控機器人(ROV)可以通過臍帶纜由母船向運載器輸送能量和通訊，可以長時間用于水下環境的監測和采樣，但是受母船限制，其活動范圍有限，并且使用成本高，隱蔽性差。利用海洋調查船能夠在時間上和空間上連續監測和采樣海洋環境，但是需要消耗大量的物力，人力和財力，作業費用比較昂貴。鑒于以上海洋環境監測和水質數據采集技術手段的限制，還不能實現時間和空間上連續的海洋環境監測。

鑒于當前國際海洋環境污染逐漸加劇的情況，發展一種能夠在時間和空間連續的海洋環境監測和數據采集，并且應用費用比較低廉的水下運載器，提高人類了解和保護海洋環境的能力成為一種必然。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種能夠在空間和時間上連續監測海洋環境，采集水質數據，依靠凈浮力驅動的便攜式水下海洋環境監測滑翔機。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種便攜式水下海洋環境監測滑翔機，包括外部型線結構，設置在外部型線結構外部的天線，以及設置在外部型線結構內部的重心調節機構、浮力調節機構、電源模塊、主控制系統以及深度傳感器，其中：

-天線，用于傳輸采集到的海洋水質數據及接受各種控制命令；

-重心調節機構，用于調節重心，產生下潛上浮運動中相應的姿態角，進而產生向前運動的動力；

-浮力調節機構，用于改變凈浮力的大小，產生驅動滑翔機下潛上浮的動力；

-主控制系統，用來生成改變運動狀態的命令；

-深度傳感器，用于測量滑翔機在海水中深度；

-電源模塊，用于對上述各部分的電力分配。

所述外部型線結構包括：艉部整流罩、垂直穩定翼、水平滑翔翼、中間耐壓殼體以及艏部整流罩，其中，所述艉部整流罩、中間耐壓殼體和艏部整流罩通過緊固件固定連接，所述艏部整流罩開多個有進水孔；所述水平滑翔翼與中間耐壓殼體固定連接；所述垂直穩定翼與艉部整流罩固定連接；所述中間耐壓殼體通過中間隔板分為艏部艙室、舯部艙室和艉部艙室，其中，所述舯部艙室和艉部艙室通過搭載平臺分別分成上下兩部分艙室，中間隔板和搭載平臺通過絲桿固定連接；所述天線設置在垂直穩定翼的尾側。

所述水平滑翔翼升力中心位于重心后1～2cm處，并具有10°的后掠角。

所述中間耐壓殼體包括圓柱形筒體、首部密封蓋和尾部密封蓋，其中，所述首部密封蓋和尾部密封蓋通過緊固件與圓柱形筒體固定連接，并通過密封件密封；所述深度傳感器設置在尾部密封蓋的內側上。

所述中間耐壓殼體優選為流線型、長徑比為6～7的壓力筒；所述水平滑翔翼和垂向穩定翼優選為采用的0.4cm的薄板加工而成；所述密封件優選為O型密封圈。

所述艉部整流罩為圓錐臺型；所述艏部整流罩為半橢球型。

所述浮心調節機構包括水泵、水泵固定架、水泵控制器、水囊和水囊壓力傳感器，所述水泵通過水泵固定架固定設置在艏部艙室，并與水泵控制器、電源模塊和主控制系統相連接，所述水囊與水囊壓力傳感器設置在舯部艙室的下艙室，其中：

-水泵，為微型雙向水泵，通過電磁閥和軟管同艏部整流罩相連接，其正轉時向水囊吸水，增加運載器總重量；其反轉時排水，減輕運載器總重量；

-水泵控制器，用于控制水泵轉動；

-水囊，用于水泵轉動時吸水或排水；

-水囊壓力傳感器，用于當水囊達到一定的壓力時直接停止水泵的工作。

所述重心調節機構固定設置在艉部艙室的下艙室并與電源模塊和主控制系統相連接，包括步進電機、滾珠絲桿、絲桿固定架、步進電機驅動器、步進電機控制器以及滑動質量塊，其中，所述步進電機與絲桿固定架固連；所述絲桿固定架通過固定件與搭載平臺固連；所述滑動質量塊安裝在滾珠絲桿上。重心調節機構改變滑塊的位置調節滑翔機的重心，是滑翔機產生下潛上浮運動中相應的姿態角，進而產生向前運動的動力。