便攜式水下海洋環境監測滑翔機制造技術

本發明專利技術公開了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。外部型線結構采用的是流線型外殼；滑翔機翼和垂直尾翼采用的是經過簡單處理的透明薄板：滑翔機翼對稱布置在重心后約1～2cm處，并具有10°的后掠角；垂直尾翼對稱布置在尾部，并同滑翔機翼垂直。重心調節機構布置在水下滑翔機艏部，降低監測系統姿態改變時的調節時間，降低水下滑翔機的控制成本，增大航程。本發明專利技術能夠大范圍，長時間對海洋環境進行監測；制造和應用成本都非常低，在海洋環境監測方面具有非常廣泛的用處。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于海洋環境監測
，具體是一種便攜式水下海洋環境監測滑翔機。
技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術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。本專利技術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；所述垂直穩定翼與艦部整流罩固定連接；所述中間耐壓殼體通過中間隔板分為臘部艙室、腫部艙室和艉部艙室，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I 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O. 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。所述電源模塊固定設置在舯部艙室的上艙室，包括鋰電池以及用于電力分配的電源分配板。所述主控制系統設置在艉部艙室的上艙室，在包括微型計算機、GPS定位模塊、主控制電路板以及傳感器組件，所述傳感器組件與主控制電路板相連接，所述主控制電路板與微型計算機相連接，其中-微型計算機，固連在固定在搭載平臺上的主控制電路板上，用于存儲及處理傳感器組件獲得的數據，生成控制信號；-GPS定位模塊，固定設置在艉部艙室的上艙室，用于在滑翔機露出水面時定位運載器的位置；-傳感器組件，包括三軸加速度傳感器、三軸角加速度傳感器以及姿態傳感器，用于測量滑翔機在水下的運動姿態和運動情況，進而控制滑翔機的運動。本專利技術具有的實質性優點本專利技術本專利技術利用靜浮力驅動的水下滑翔機，其續航能力高，活動范圍廣，簡單可靠，能夠實現低成本，大范圍，長時間的對指定區域進行海洋環境進行監測和數據采集。具體來說，主要具有以下優點本專利技術不攜帶外部驅動設備，依靠凈浮力驅動，外部為流體性能比較優異的流線外殼，流體阻力比較小，總的功耗比較低，續航力比較久，活動范圍比較廣。相比于其他海洋環境監測和采樣手段，本專利技術加工成本和作業成本低廉，作業操作方面，易于大量加工制造，能夠廣泛應用于海洋環境監測領域。本專利技術的顯著特點是采用保持浮力不變，改變整體重量的方法生成驅動運載器的驅動力，這樣的設計能夠很大程度上減小水壓力對驅動力產生的影響，增強運載器的易控性。同時，本專利技術將浮力調節機構的水囊放置在艏部，有利于降低水下滑翔機姿態改變時系統地調節時間，增強系統穩定性，進而減小控制能耗，增強續航力。本專利技術是一種將傳統的浮標，潛標和AUV技術融合在一起新型技術，實現了可控制，移動式，長時間監測和采集海洋水質數據的目的，具有很強的機動性和可控性。附圖說明圖I為本專利技術結構示意圖；圖2為本專利技術俯視圖； 圖3為本專利技術穩定滑翔示意圖；圖中，I為艉部整流罩，2為垂直穩定翼，3為水平滑翔翼，4為中間耐壓殼體，5為艏部整流罩，6為浮力調節機構，7為重心調節機構，8為電源模塊，9為主控制系統，10為深度傳感器，11為天線，12為傳感器組件,13為圓柱形筒體,14為首部密封蓋,15為尾部密封蓋，16為緊固件，17為密封件，18為水泵，19為水泵固定架，20為水泵控制器，21為水囊，22為水囊壓力傳感器，23為步進電機，24為滾珠絲桿，25為絲桿固定架，26為步進電機驅動器，27為步進電機控制器，28為滑動質量塊，29為搭載平臺，30為鋰電池，31為電源分配板，32為微型計算機，33為GPS定位模塊，34為三軸加速度傳感器，35為三軸角加速度傳感器，36為姿態傳感器。具體實施例方式下面對本專利技術的實施例作詳細說明本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I和2所示，本實施例包括外部型線結構，設置在外部型線結構外部的天線11，以及設置在外部型線結構內部的重心調節機構7、浮力調節機構6、電源模塊8、主本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種便攜式水下海洋環境監測滑翔機，其特征在于，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。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉效偉，付斌，劉純虎，曹俊亮，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：