一种海下多能源交叉供能无人机发射平台

一种海下多能源交叉供能无人机发射平台
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技术领域
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本发明涉及自主海上无人机发射领域，特别涉及获取多能源驱动海上无人机发射平台装置。


背景技术：

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现有的潜射无人机、鱼雷都需要经过有人搭载的水下航行器(如潜艇)来进行发射，由于其造价较高，数量较少，无法长时间在远洋待命和携带的无人机数量较少，导致无法在任意时间在远洋对敌方进行侦查或攻击。
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随着海洋智能设备的不断进步于发展，深海自主水下航行器关键技术在不断的发展和突破。深海自主水下航行器的研制需要众多技术的突破，其中动力能源技术、导航定位技术、水下通信技术、自主任务控制技术最为关键。由于在深海作业，自主水下航行器的动力能源方面要求较高，需要能量密度高、按全性好、易于维护、成本低、甚至需要电池承受深海水压等条件。也因此，通常用电池作为航行器的能源载体。导航定位技术中普遍采用惯导和计程仪导航组合的方式进行导航，而深海自主水下航行器无法实时浮出水面对惯导进行校准，也因此这项技术成为了深海水下航行器的关键。水下通信技术主要是通过水下唯一的水声传导，也因此受到各方面的限制也不得不加大力度研发更加高效的传导技术。自主任务控制技术既是深海自主水下航行器的关键技术，也同时是核心技术，该技术包含了对作业任务的管理，智能规划，自主状态检查和自主故障处理，自主避开障碍物和自主航行，实现航行器的自主性。如今许多国家已经拥有自主研发的自主水下航行器，并用于军事行动或者科学研究。例如美国的remus6000、美国的bluefin— 21、挪威的hugin、加拿大的探索者等等。
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大多数自主式水下航行器在远海和深海执行任务的时间有限，为了增加续航时间就得不断扩大其体积换取更大的电池容量。例如美国的remus6000，为了测量海水特性，如电导率、温度、化学成分，并且通过测探、声纳侧扫、磁学、重力学以及照相术绘制成像海底，将其主要的参数设计成直径71cm，航行器长度3.96m，航行器空气中重量865kg，最大工作深度6000m，续航能力22h，航速最大4.5kn。其中续航时间已经长达22小时。再者，美国的bluefin-21是一款高度模块化的自主水下无人航行器，可以携带多种传感器和有效载荷。其中的一个特点是电量容量大，即使在极限水深的情况下也可以长期工作，并且可以为各种应急传播操作使用。其主要的技术参数有：航行器直径533mm，长度4930mm，空气中质量750kg，最大工作深度4500m；续航能力：标准有效载荷3kn时为25h；航速4.5kn。还有就是国内首个可以进行深远海搜救的海神6000，由于任务要求，搭载了usbl、飞机黑匣子搜索声纳阵、深海测深侧扫声纳、水下相机、ctd、深海声通机、前式声纳等多个探测仪器。其相关参数为：最大工作深度6000m，直径880mm，长度7.5m，最大航行速度5kn，最大续航能力24h。上述
的三种航行器各有不同，设计的参数虽然都不一样，不过都相差无几，要达到将近一天的续航能力也就不得不牺牲航行器的空间，将更大的电池安装进航行器中。


技术实现要素：

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本发明公开了一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，该平台具有搭载和发射无人机功能，可通过自主从外界自然环境吸收能量，具有自给自足式的远海长期执行任务的能力，降低了远海长期执行任务的难度，为无人机的海上长期隐蔽和海上快速发射提供了保障。
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为了实现远海的长期工作，该无人机发射平台提供了了两种不同获取能源的方式，第一种是通过海洋中最常见的海流能获取能源——海流充电系统，获取海流能装置安装于多能源供能装置前端，由桨叶、升降装置、转动轴、齿轮加速装置、制动装置、联轴器和电机组成。另外一种是运用比较成熟的太阳能装置——太阳能充电系统，其由太阳能电池板、控制器和太阳能升降装置组成。两种获取能源方法构成了整个多能源供能装置，由于在两种能源获取需要的环境条件不同，因此该系统可以在不同的环境下选择适宜的方法进行能源获取，为设备顺利获取能源提供了保障。
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本发明具有以下有益效果：
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1.海下多能源交叉供能无人机发射平台可搭载和快速发射无人机；
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2.海下多能源交叉供能无人机发射平台搭载多能源供能装置，利用海流能和太阳能作为发射平台能量来源，使其能够自主长时间潜伏于海水中；
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3.海下多能源交叉供能无人机发射平台搭载多能源供能装置在执行任务期间可随时接收并执行无人机侦察和打击指令。
附图说明
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图1为本发明整体结构示意图。多能源供能装置从收纳仓中伸出，准备为无人机发射平台功能；
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图2为多能源供能装置收回状态示意图；
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图3为多能源供能装置局部视图；
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图4为海流能充电示意图；
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图5为太阳能充电示意图；
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图6为无人机发射示意图。
具体实施方式
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为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施实例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]
在本发明方案中，为了实现无人机长时间海上隐藏和快速起飞的要求，本发明设计了一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，该发明提供了海流能充电和太阳能充电结合的办法，使得发射平台能够摆脱电池容量有限导致需要不断充电的困扰。并且两种充电方式可以根据当前环境条件相互补充，保证充电的顺利进行。
[0021]
参照图1-图2，无人机发射平台前端设置有控制装置1，负责接收指令及控制各个系统协同工作；中部舱内设置有无人机起飞滑轨10及无人机9，负责储存无人机及快速发射无人机；后端舱内自上而下分别设置有多能源供能装置7及其舱室8、储能装置3和驱动装置4，分别负责能源供给、保护能源供给系统、储存电能和驱动；底部设置沉浮仓2，尾部安装螺旋桨5，负责无人机发射平台的运动。当无人机发射平台需要额外能量时，多能源供能装置7会通过与其连接的伸缩杆6的伸长从舱内伸出，实现能量的补充；当能量充足或需要快速航行时，多能源供能装置7会返回舱内，从而减小阻力，实现快速机动。
[0022]
参照图3-图5，海下多能源供能装置7主要由海流能充电系统和太阳能充电系统组成，海流能充电系统位于多能源供能装置7前部，从而减小设备外形对海流来流的影响。该系统的桨叶11和升降装置16连接在一起，内部又和传动轴15连接，传动轴15和齿轮加速装置12相连，与齿轮加速装置12后方相连的是制动装置13，随后通过联轴器17和发电机14相连接。桨叶升降装置11和传动轴15与其他部分隔开以防止海水进入其中。太阳能系统安装于艉部单独的一个舱室之中，太阳能充电系统是由立于舱室内太阳能升降装置19，与太阳能升降装置两侧折叠紧贴的太阳能电池板18和固定在太阳能升降装置下侧的控制器 20组成。
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海流能充电系统通过升降装置将桨叶伸出设备外部，利用海流带动桨叶转动，进而通过与其连接的传动轴带动齿轮加速装置，提高发电机轴转速，利用发电机将海水的机械能转化为发射平台所需的电能。制动装置则控制传动轴转速，防止转速过快导致设备损坏。在利用海流能充电过程中，为进一步增加充电速度，可将无人机发射平台锚定在海床上，用尽可能少的能量调整平台姿态，使其与海流具有最大相对速度，从而提高桨叶转速，使发电机功率最大化。
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太阳能充电系统通过太阳能升降装置将两侧的太阳能电池板上升至海面上，随后太阳能电池板向上旋转展开成太阳能电池板阵列，太阳能电池板吸收太阳能并将其转换为电能，电能则进一步通过控制器进行调控，以此来保证太阳能充电系统的稳定安全运行。
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海洋流充电系统和太阳能充电系统构成了无人机发射平台的供能系统，两种供能系统安装在多能源供能装置内部，保证供能系统外部形状合理，充分减小无人机发射平台水下行动的阻力。并且在可能进水的部分(如桨叶升降部位和太阳能电池板处)进行空间隔离，防止海水渗入带来腐蚀和损伤。
[0026]
参照图6，当无人机发射平台接收到发射无人机信号时，舱门盖板会自动打开，固定有无人机的发射轨道转至发射位置，随后发射无人机。发射完成后，发射轨道和舱门盖板回到初始位置，从而继续执行其他任务。

技术特征：
1.一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，其特征在于：无人机发射平台前端设置有控制装置1，负责接收指令及控制各个系统协同工作；中部舱内设置有无人机起飞滑轨10及无人机9，负责储存无人机及快速发射无人机；后端舱内自上而下分别设置有多能源供能装置7及其舱室8、储能装置3和驱动装置4，分别负责能源供给、保护能源供给系统、储存电能和驱动；底部设置沉浮仓2，尾部安装螺旋桨5，负责无人机发射平台的运动，当无人机发射平台需要额外能量时，多能源供能装置7会通过与其连接的伸缩杆6的伸长从舱内伸出，实现能量的补充；当能量充足或需要快速航行时，多能源供能装置7会返回舱内，从而减小阻力，实现快速机动。2.根据权利要求1所述的一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，其特征在于：海下多能源供能装置7主要由海流能充电系统和太阳能充电系统组成，海流能充电系统位于多能源供能装置7前部，从而减小设备外形对海流来流的影响，该系统的桨叶11和升降装置16连接在一起，内部又和传动轴15连接，传动轴15和齿轮加速装置12相连，与齿轮加速装置12后方相连的是制动装置13，随后通过联轴器17和发电机14相连接；桨叶升降装置11和传动轴15与其他部分隔开以防止海水进入其中；太阳能系统安装于艉部单独的一个舱室之中，太阳能充电系统是由立于舱室内太阳能升降装置19，与太阳能升降装置两侧折叠紧贴的太阳能电池板18和固定在太阳能升降装置下侧的控制器20组成。3.根据权利要求2所述的一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，其特征在于：海流能充电系统通过升降装置16将桨叶11伸出设备外部，利用海流带动桨叶11转动，进而通过与其连接的传动轴15带动齿轮加速装置12，提高发电机轴转速，利用发电机14将海水的机械能转化为发射平台所需的电能，制动装置13则控制传动轴15转速，防止转速过快导致设备损坏。4.根据权利要求2所述的一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，其特征在于：太阳能充电系统通过太阳能升降装置19将两侧的太阳能电池板18上升至海面上，随后太阳能电池板18向上旋转展开成太阳能电池板阵列，太阳能电池板18吸收太阳能并将其转换为电能，电能则进一步通过控制器20进行调控，以此来保证太阳能充电系统的稳定安全运行。5.根据权利要求2所述的一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，其特征在于：海洋流充电系统和太阳能充电系统构成了无人机发射平台的供能系统，两种供能系统安装在多能源供能装置7内部，保证供能系统外部形状合理，充分减小无人机发射平台水下行动的阻力。6.根据权利要求1所述的一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，其特征在于：当无人机发射平台接收到发射无人机信号时，舱门盖板会自动打开，固定有无人机的发射轨道10转至发射位置，随后发射无人机。

技术总结
本发明公开了一种海下多能源交叉供能无人机发射平台，主要包括无人机起飞滑轨、驱动装置、螺旋桨和多能源供能装置。无人机起飞滑轨负责快速起飞无人机，驱动装置和螺旋桨负责无人机发射平台的运动。多能源供能装置由海流能充电系统和太阳能充电系统组成，海流能充电系统系统通过将桨叶伸出到海水中，将海洋能转化为电能，而太阳能充电系统则通过将太阳能电池板伸出海面获取太阳能，从而将太阳能转化为电能。这两种充电方式不仅足够隐蔽，而且能够持续为无人机发射平台功能，扩大了无人机发射平台任务半径，加强了远海无人机侦察和打击的能力。能力。能力。


技术研发人员：吕胜利 董博
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.11.29
技术公布日：2023/3/28