CN109703705B - 一种半潜式无人平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种半潜式平台。该装备大部分结构位于水下，具有较强抗风抗浪能力，也具备水面水下同时作业的能力。本发明相对无人艇来说水面以上尺寸更小，具有更强的隐蔽性及抗风浪能力。本发明通过主动式浮态调节机构保证该半潜式平台的水上作业平台始终处于水面以上，具备水面探测、通讯等功能，能够完成要求在液面以上完成的作业任务。浮体结构采用双体结构的外形，可以有效缓解由于浪、流航态的影响，增加稳定性。这种半潜平台结构结构简单，制造成本低，作业范围广，兼具水下水面无人平台作业能力，可以广泛应用于河流湖泊水文监测、港口船舶监测等，是颇有发展前景的装置。

Description

一种半潜式无人平台

技术领域

本发明属于无人航行器技术领域，具体涉及一种半潜式无人平台。

背景技术

无人水面装备随着技术的成熟在不断发展，目前无人水面装备的研究仍以小型高速艇为主。而随着船舶行业的发展，以高速艇为主的研究是不能满足需求的。比如在港口中，船舶靠岸需要检测其排水量及水下的状态，若仅用水面艇就无法探知船舶水下状况，若使用ROV或AUV则不具备在水面稳定工作的能力，所以就需要一种在水面低速下有良好机动性和操作性、又具有一定深度作业能力的无人装备来完成特定的任务，代替过去繁杂而高成本的作业方式。半潜平台是一种特殊的船舶设计方式，它一般拥有比较深的吃水，但又不似潜水舰艇一般完全隐没于水中，而是有部分船体或结构露出在水面之上。通常，由于隐藏在水下的比例比较高，所以半潜平台受到风、浪的干扰比水面舰艇而言要小得多，能够保持良好的稳定性而作为水面平台使用。

近年来，人们对海洋资源开发、海洋运输的重视程度进一步加深，对各种海洋装备的需求也不断增多，无人水面装备随着技术在不断发展，但目前无人水面装备的研究仍以小型高速艇为主。而随着船舶行业的发展，以高速为主要标准的半潜器是不能满足需求的。比如在港口中，船舶靠岸需要检测其排水量及水下的状态，若仅用水面艇就无法探知船舶水下状况，若使用ROV或AUV则不具备在水面稳定工作的能力，所以就需要一种在水面低速下有良好机动性和操作性、又具有一定深度作业能力的无人装备来完成特定的任务，代替过去繁杂而高成本的作业方式，半潜式无人平台作为一种行之有效的方案有着良好的发展前景。

在目前能得知的发明思路中，半潜式的概念已经应用到了不同领域，如水产养殖、海景观光、波浪发电等。在与本方案类似设计中，有一种半潜式无人艇，其工作环境仍以近水面为主，艇体大部分结构能够潜到自由液面以下，比起常规水面无人艇拥有更高的隐蔽性，但无法完成更深水域的工作，也无法根据实际任务需要自由调节水下部分的工作深度，缺乏纵向的灵活性。

发明内容

本发明目的在于提供了一种同时进行水面及水下两种环境的作业，具有较强抗风抗浪能力半潜式无人平台，且能自由调节水下部分的工作深度的半潜式无人平台。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种半潜式无人平台，包括水上平台部分和水下部分，所述的水上平台部分与水下部分通过主动式浮态调节机构相连；所述的主动式浮态调节机构包括升降杆、浮体安装平台24与升降驱动电机；所述的升降驱动电机安装在半潜式无人平台的水下部分；所述的浮体安装平台24安装有浮体；所述的升降杆下端与升降驱动电机相连，升降杆上端穿过浮体安装平台24并固定在水上平台部分。

本发明还可以包括：

所述的升降杆包括螺旋升降杆17及两根中空的支撑杆18；所述的浮体安装平台24设有螺旋孔和限位孔；所述的螺旋升降杆17穿过螺旋孔，所述的支撑杆18穿过限位孔；所述的支撑杆上设有限位器。

所述的水下部分为流线型封闭舱体结构；所述的流线型封闭舱体的外壳水密，内部包括仪器舱1、首部压载水舱4、主控舱6、电池舱7、尾部压载水舱8和尾部推进器，除首部压载水舱4和尾部压载水舱8外，其他舱室相通；所述的首部压载水舱4与尾部压载水舱8分别通过首部阀门5和尾部阀门9与外部环境相连。

所述的尾部推进器包括内部的主推进电机13和外部的尾翼、方向舵16及螺旋桨12；所述的尾翼包括水平尾翼14和垂直尾翼15；所述的水平尾翼14为固定尾翼，水平尾翼14与垂直尾翼15呈十字交叉布置；所述的方向舵16安装在垂直尾翼15的后半部分；所述的流线型封闭舱体内部末端的位置安装有转向舵机11，转向舵机11与方向舵16相连；所述的螺旋桨12安装在整个流线型封闭舱体外部末端的位置，螺旋桨12与主推进电机13相连。

所述的流线型封闭舱体上横向布置有首部侧推进器3与尾部侧推进器10；所述的仪器舱1位于流线型封闭舱体的首端位置，仪器舱1外部安装有探测仪器2。

所述的浮体安装平台24下部左右分别安装有一对浮体。

所述的水上平台部分包括水上作业平台28，水上作业平台28上安装有摄像头25、警示灯27与通信天线26；顶端平台上的仪器通过支撑杆18中布置的线组与流线型封闭舱体中的主控舱6与电池舱7相连。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种半潜式无人平台，可由人进行远程操控，同时进行水面及水下两种环境的作业，具有较强抗风抗浪能力，浮体结构采用双体结构的外形，可以有效缓解由于浪、流航态的影响，增加稳定性，这种半潜平台结构结构简单，制造成本低，作业范围广，兼具水下水面无人平台作业能力，可以广泛应用于河流湖泊水文监测、港口船舶监测等，是颇有发展前景的装置。

附图说明

图1为一种半潜式无人平台的水下流线型封闭舱体结构图。

图2为一种半潜式无人平台的水上部分结构图。

图3为一种半潜式无人平台的整体结构图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

一种半潜式无人平台，包括水上平台部分和水下部分，所述的水上平台部分与水下部分通过主动式浮态调节机构相连；所述的主动式浮态调节机构包括升降杆、浮体安装平台24与升降驱动电机；所述的升降驱动电机安装在半潜式无人平台的水下部分；所述的浮体安装平台24下部安装有浮体；所述的升降杆下端与升降驱动电机相连，升降杆上端穿过浮体安装平台24并固定在水上平台部分。

本发明还可以包括：

所述的升降杆包括螺旋升降杆17及两根中空的支撑杆18；所述的浮体安装平台24设有螺旋孔和限位孔；所述的螺旋升降杆17穿过螺旋孔，所述的支撑杆18穿过限位孔；所述的支撑杆上设有限位器。

所述的水下部分为流线型封闭舱体结构；所述的流线型封闭舱体的外壳水密，内部包括仪器舱1、首部压载水舱4、主控舱6、电池舱7、尾部压载水舱8和尾部推进器，除首部压载水舱4和尾部压载水舱8外，其他舱室相通；所述的首部压载水舱4与尾部压载水舱8分别通过首部阀门5和尾部阀门9与外部环境相连。

所述的尾部推进器包括内部的主推进电机13和外部的尾翼、方向舵16及螺旋桨12；所述的尾翼包括水平尾翼14和垂直尾翼15；所述的水平尾翼14为固定尾翼，水平尾翼14与垂直尾翼15呈十字交叉布置；所述的方向舵16安装在垂直尾翼15的后半部分；所述的流线型封闭舱体内部末端的位置安装有转向舵机11，转向舵机11与方向舵16相连；所述的螺旋桨12安装在整个流线型封闭舱体外部末端的位置，螺旋桨12与主推进电机13相连。

所述的流线型封闭舱体上横向布置有首部侧推进器3与尾部侧推进器10；所述的仪器舱1位于流线型封闭舱体的首端位置，仪器舱1外部安装有探测仪器2。

所述的浮体安装平台24下部左右分别安装有一对浮体23。

所述的水上平台部分包括水上作业平台28，水上作业平台28上安装有摄像头25、警示灯27与通信天线26；顶端平台上的仪器通过支撑杆18中布置的线组与流线型封闭舱体中的主控舱6与电池舱7相连。

本发明涉及的是一种半潜式平台。该装备大部分结构位于水下，具有较强抗风抗浪能力，也具备水面水下同时作业的能力。该装备起到上述作用的原理在于，通过利用具有一定浮力的浮体沿与水下艇体相固连的螺杆上下移动，控制水下艇体在波浪/静水中始终能与液面保持所需高度差，从而调整装备整体重心，调节吃水并保证稳定性。该半潜式平台相对无人艇来说水面以上尺寸更小，具有更强的隐蔽性及抗风浪能力。相对水下潜器，由螺旋升降杆17、支撑杆18、浮体23、浮体安装平台24、升降驱动电机19、限位器20组成的主动式浮态调节机构能够保证该半潜式平台的水上作业平台28始终处于水面以上，具备水面探测、通讯等功能，能够完成要求在液面以上完成的作业任务。浮体结构采用双体结构的外形，可以有效缓解由于浪、流航态的影响，增加稳定性。这种半潜平台结构结构简单，制造成本低，作业范围广，兼具水下水面无人平台作业能力，可以广泛应用于河流湖泊水文监测、港口船舶监测等，是颇有发展前景的装置。

本发明为一种半潜式无人平台，主体分为水面和水下两大部分。

水下部分的艇体及其带有的所有结构与装置(旋转升降杆与支撑杆除外)在工作状态一直处于水下，并由推进器提供前进动力，方向舵与侧推进器配合改变航行方向，通过阀门进水或排水可调整艇体浮态；水面部分的浮体安装平台设有旋转升降杆可以安装的螺旋孔与支撑杆可穿过的限位孔，通过升降驱动电机带动升降杆达到浮体平台整体可以相对艇体上下移动的目的，同时，支撑杆上的限位器会限制浮体平台的活动范围，安装在平台下部的浮体为平台提供浮力，并采用左右对称的布置，可调节吃水，也可提高平台的横稳性；位于支撑杆顶部的小平台用于安装监测设备及通信天线。

由旋转升降杆、支撑杆、限位器、升降驱动电机、浮体安装平台、浮体组成的主动式升降机构的升降方式不限于螺杆方式，也可以是能够实现升降功能的液压、气压方式。

浮体23的结构形式不限于两个船体，也可以是机翼、水滴等浮体结构形式

本发明是一种新型的半潜式无人平台，可由人进行远程操控，同时进行水面及水下两种环境的作业。在工作状态，半潜式无人平台的水下部分是一个流线型的封闭艇体，是安装动力装置、转向装置及电源的部分，也安装如盐度检测仪、温度检测仪等需要的工作仪器。此外，水下艇体安装大扭矩升降驱动电机，电机连接着带螺纹的旋转升降杆，垂直于水平面延伸到水上。半潜式无人平台的水上体积很小，因此具有较好的抗风浪能力。水面的浮体平台部分主要在下部对称安装浮体，平台中间的螺纹孔可安装到螺纹长杆上。在螺纹长杆周围前后布局安装两根中空无螺纹的支撑杆，在水面平台也设置孔让其穿过，由此达到平台相对水下艇体相对移动的目的。顶部小平台安装监测设备与通信天线，其与水下艇体的走线可在支撑杆内部布置。

实施例1：

水下部分的流线型封闭舱体由前向后的布局分别是：仪器舱1、首部侧推进器3、首部压载水舱4、主控舱6、电池舱7、尾部压载水舱8、尾部侧推进器10、主推进电机13及外部的水平尾翼14、垂直尾翼15、方向舵16及螺旋桨12。舱体中部上方设置舱室用于安装升降驱动电机19、螺旋升降杆17及两根无螺纹且中空的支撑杆18，升降驱动电机19可带动螺旋升降杆17旋转。整个艇体外壳水密，内部除首压载水舱4和尾压载水舱8是单独水密的以外，其他舱室相通。两个压载水舱通过首部阀门5和尾部阀门9直接与外部环境相连，并根据操作控制舱内水量，来调整装备整体的重心、浮态。首部仪器舱可安装水下摄像头、深度传感器、盐度传感器等探测仪器2，根据需要在于艇体连接处做水密处理。首尾两部侧推进器横向布置，主要用于升降驱动电机19工作时提供抵消自身旋转的扭矩，也可配合方向舵16进行转向机动及平移机动。尾部尾翼呈十字交叉布置，水平尾翼14为固定尾翼，垂直尾翼15后半部分安装方向舵16，由布置于艇体内部接近末端的转向舵机11拉动方向舵轴控制，用于改变航向。

水上部分以一块形状规则的浮体安装平台24为基础，居中设置有螺纹孔21，用于安装螺旋升降杆17，沿艇长方向在螺纹孔前后对称布置一个不带螺纹的光滑孔22，让无螺纹中空的支撑杆18穿过。平板下方左右对称安装一对船型浮体23，用于调节吃水及提高稳性。在升降驱动电机19工作时，螺旋升降杆17旋转带动浮体平台24一起运动，两个支撑杆18限制住平台的旋转运动，让平台只能沿垂直方向上下运动，实现浮体平台相对水下艇体相对运动的目的。支撑杆18在靠近艇体的位置安装限位器20，防止浮体平台与水下艇体发生碰撞。安装于支撑杆顶部的小平台28本身也有限制器的功能，防止浮体平台脱离支撑杆。小平台上可安装摄像头25、警示灯27与通信天线26，走线布置于支撑杆中，由水下艇体中的主控舱6与电池舱7控制与供电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种半潜式无人平台，包括水上平台部分和水下部分，其特征在于：所述的水上平台部分与水下部分通过主动式浮态调节机构相连；所述的主动式浮态调节机构包括升降杆、浮体安装平台(24)与升降驱动电机；所述的升降驱动电机安装在半潜式无人平台的水下部分；所述的浮体安装平台(24)安装有浮体；所述的升降杆下端与升降驱动电机相连，升降杆上端穿过浮体安装平台(24)并固定在水上平台部分；所述的升降杆包括螺旋升降杆(17)及两根中空的支撑杆(18)；所述的浮体安装平台(24)设有螺旋孔和限位孔；所述的螺旋升降杆(17)穿过螺旋孔，所述的支撑杆(18)穿过限位孔；所述的支撑杆上设有限位器。

2.根据权利要求1所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的水下部分为流线型封闭舱体结构；所述的流线型封闭舱体的外壳水密，内部包括仪器舱(1)、首部压载水舱(4)、主控舱(6)、电池舱(7)、尾部压载水舱(8)和尾部推进器，除首部压载水舱(4)和尾部压载水舱(8)外，其他舱室相通；所述的首部压载水舱(4)与尾部压载水舱(8)分别通过首部阀门(5)和尾部阀门(9)与外部环境相连。

3.根据权利要求2所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的尾部推进器包括内部的主推进电机(13)和外部的尾翼、方向舵(16)及螺旋桨(12)；所述的尾翼包括水平尾翼(14)和垂直尾翼(15)；所述的水平尾翼(14)为固定尾翼，水平尾翼(14)与垂直尾翼(15)呈十字交叉布置；所述的方向舵(16)安装在垂直尾翼(15)的后半部分；所述的流线型封闭舱体内部末端的位置安装有转向舵机(11)，转向舵机(11)与方向舵(16)相连；所述的螺旋桨(12)安装在整个流线型封闭舱体外部末端的位置，螺旋桨(12)与主推进电机(13)相连。

4.根据权利要求2所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的流线型封闭舱体上横向布置有首部侧推进器(3)与尾部侧推进器(10)；所述的仪器舱(1)位于流线型封闭舱体的首端位置，仪器舱(1)外部安装有探测仪器(2)。

5.根据权利要求3所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的流线型封闭舱体上横向布置有首部侧推进器(3)与尾部侧推进器(10)；所述的仪器舱(1)位于流线型封闭舱体的首端位置，仪器舱(1)外部安装有探测仪器(2)。

6.根据权利要求1或2所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的浮体安装平台(24)下部左右分别安装有一对浮体。

7.根据权利要求3所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的浮体安装平台(24)下部左右分别安装有一对浮体。

8.根据权利要求5所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的浮体安装平台(24)下部左右分别安装有一对浮体。

9.根据权利要求8所述的一种半潜式无人平台，其特征在于：所述的水上平台部分包括水上作业平台(28)，水上作业平台(28)上安装有摄像头(25)、警示灯(27)与通信天线(26)；顶端平台上的仪器通过支撑杆(18)中布置的线组与流线型封闭舱体中的主控舱(6)与电池舱(7)相连。

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