一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统的制作方法

1.本发明属于水下无人航行器技术领域，具体涉及一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统。


背景技术：

2.在各型auv中，大多搭载有应急及自救系统，其搭载的应急方案各异，其典型的搭载方式有应急抛载装置、应急抛载装置和高压气泵、应急抛载装置与液压装置等。
3.应急抛载转载，即在auv的合适位置增加应急抛载重块，通过应急抛载重块的释放，改变auv自重，从而增加auv正浮力，实现快速上浮，使用该方式，具备抛载速度快、结构简单的优点；但auv受结构及自重影响，应急抛载重块的重量受限，且海底环境影响，容易造成应急抛载重块无法释放问题。
4.应急抛载装置和高压气泵，在应急抛载装置的基础上，加上了高压气泵，通过将auv内的高压泵入泵出，实现浮力改变的目的，其优点为：速度快；其主要缺点有：气体容易被压缩，在大潜深时，气体泵出较困难，无法在大潜深环境下使用。
5.应急抛载装置与液压装置，在应急抛载转载的基础上，增加液压装置，液压泵将液压油泵入泵出，实现auv浮力的调节；具备大潜深环境下使用、形变小、浮力控制精准、在非应急情况下调节恒重的多用途能力等优点；其主要缺点是在浮力调节时，会产生一定噪音，但在应急情况下，保全auv作为首要目的，产生的噪音也可忽略不计。
6.在应急策略与应急诊断处理机制方面，主要分为应急诊断与应急处理，在正常工况下，应急诊断获取全艇状态，应急监测、状态决策等；当出现应急情况后，将触发应急机制，并进行应急处理，保障auv的安全。
7.现有技术在使用时存在：1、auv在水下出现紧急情况时，auv紧急上浮速度较慢；
8.2、传统的auv应急功能缺乏独立性，容易被其他任务打乱；
9.3、针对水下复杂的环境，造成auv丢失问题；
10.4、针对auv应急情况下，应急措施存在失效问题，存在单一应急处理策略失效无法使用。


技术实现要素：

11.为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，具有可快速对紧急情况，减小丢失概率，快速上浮，多种应急方式选择的特点。
12.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，包括潜水器主体，所述潜水器主体的内部一端设置有应急抛载子系统，潜水器主体的内部中间位置设置有浮力调节子系统，潜水器主体的上端设置有应急通信子系统，应急通信子系统的侧边设置有水声通信子系统，潜水器主体的尾部设置有推进子系统，潜水器主体的尾部上下端设置有鳍舵子系统。
13.进一步的，所述应急抛载子系统包括应急电机组和应急重块，其中，应急电机组的底部设置有应急重块。
14.进一步的，所述浮力调节子系统包括浮力调节控制单元、容积测量传感器、油泵、油缸和油馕，油缸的一侧设置有浮力调节控制单元，油缸的另一侧设置有油泵，油缸的底部设置有油馕，油缸的上端设置有容积测量传感器。
15.进一步的，所述应急通信子系统包括数传电台和bds/gps模块，其中，应急通信子系统的上端设置有bds/gps模块，bds/gps模块的侧边设置有数传电台，水声通信子系统的内部设置有数传电台和bds/gps模块。
16.进一步的，所述鳍舵子系统包括舵机驱动和鳍舵，其中，潜水器主体的尾部上下端设置有鳍舵，潜水器主体的尾部内部设置有舵机驱动。
17.进一步的，所述推进子系统包括深水推进电机和螺旋桨，其中，潜水器主体的尾部设置有深水推进电机，深水推进电机的侧边设置有螺旋桨。
18.进一步的，所述应急及自救系统内的应急任务处理子系统运行于auv的中央控制单元硬件上，使用独立任务处理，其不断监测auv内各传感器状态。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1、本发明相较于传统auv，设置应急抛载子系统，制定了典型情况下的应急策略，可快速对紧急情况进行响应；
21.2、本发明通过设置应急通信子系统、水声通信子系统、鳍舵子系统和推进子系统，增强了auv的生存能力，减小了auv丢失概率；
22.3、本发明较于相同吨位的auv，通过设置浮力调节子系统，在大深度下，可实现快速上浮；
23.4、本发明较于相同吨位的auv，通过应急任务处理子系统运行于auv的中央控制单元硬件上，使用独立任务处理，其不断监测auv内各传感器状态，有多种应急方式选择，避免了单一应急方式造成的应急失败情况。
附图说明
24.图1为本发明的应急及自救装置结构示意图；
25.图2为本发明的应急抛载系统结构示意图；
26.图3为本发明的浮力调节系统结构示意图；
27.图4为本发明的动力及鳍舵结构示意图；
28.图中：1、应急抛载子系统；10、应急电机组；11、应急重块；2、浮力调节子系统；20、浮力调节控制单元；21、容积测量传感器；22、油泵；23、油缸；24、油馕；3、应急通信子系统；4、水声通信子系统；5、鳍舵子系统；50、舵机驱动；51、鳍舵；6、推进子系统；60、深水推进电机；61、螺旋桨；7、数传电台；8、bds/gps模块；9、潜水器主体。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-4，本发明提供以下技术方案：一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，包括潜水器主体9，潜水器主体9的内部一端设置有应急抛载子系统1，潜水器主体9的内部中间位置设置有浮力调节子系统2，潜水器主体9的上端设置有应急通信子系统3，应急通信子系统3的侧边设置有水声通信子系统4，潜水器主体9的尾部设置有推进子系统6，潜水器主体9的尾部上下端设置有鳍舵子系统5。
31.本发明中进一步的，应急抛载子系统1包括应急电机组10和应急重块11，其中，应急电机组10的底部设置有应急重块11。
32.通过采用上述技术方案，应急电机组10接收应急任务处理子系统的控制指令，当出现紧急情况时，触发应急任务处理子系统产生对应的应急动作，驱动应急电机组10转动，通过齿轮将啮合的应急重块11抛载掉，减轻auv前部重量，实现auv快速上浮；同时应急重块11内嵌入auv，与auv共形，在auv正常航行和作业时，应急重块11对auv无影响。
33.本发明中进一步的，浮力调节子系统2包括浮力调节控制单元20、容积测量传感器21、油泵22、油缸23和油馕24，油缸23的一侧设置有浮力调节控制单元20，油缸23的另一侧设置有油泵22，油缸23的底部设置有油馕24，油缸23的上端设置有容积测量传感器21。
34.通过采用上述技术方案，在auv出现紧急情况时，应急任务处理子系统发送所需调节浮力范围指令至浮力调节控制单元20，浮力调节控制单元20进行解算控制油泵22将油缸23的液压油送入油馕24或将油馕24内的液压油抽入油缸23，容积测量传感器21将测量的油缸23容积数据发送至浮力调节控制单元20，供浮力调节控制单元20精准的控制油缸23泵油的多少，以通过油馕24体积的变化，改变auv整体浮力，实现auv快速上浮。
35.本发明中进一步的，应急通信子系统3包括数传电台7和bds/gps模块8，其中，应急通信子系统3的上端设置有bds/gps模块8，bds/gps模块8的侧边设置有数传电台7，水声通信子系统4的内部设置有数传电台7和bds/gps模块8。
36.通过采用上述技术方案，应急通信子系统3和水声通信子系统4在auv无应急情况时，会定时向岸基/船基发送auv状态信息，与岸基/船基进行数据交互，在出现应急情况时，将被应急任务处理子系统接管，不再发送auv航行状态信息，而是不断向auv发送应急故障码，水下由水声通信子系统4进行应急信息发送，当auv浮出水面后，由数传电台7和bds/gps模块8发送应急故障码，直至auv被回收。
37.本发明中进一步的，鳍舵子系统5包括舵机驱动50和鳍舵51，其中，潜水器主体9的尾部上下端设置有鳍舵51，潜水器主体9的尾部内部设置有舵机驱动50。
38.通过采用上述技术方案，在出现应急情况时，无论何种意外情况，都需要鳍舵51中的深度舵机向上打最大的舵角，以确保在有海浪或洋流时，保证auv始终漂浮在水面。
39.本发明中进一步的，推进子系统6包括深水推进电机60和螺旋桨61，其中，潜水器主体9的尾部设置有深水推进电机60，深水推进电机60的侧边设置有螺旋桨61。
40.通过采用上述技术方案，在一些特定的紧急情况下，如漏水报警，此时需要auv快速上浮至水面，故使用深水推进电机60驱动螺旋桨61加速auv浮出水面。
41.本发明中进一步的，应急及自救系统内的应急任务处理子系统运行于auv的中央控制单元硬件上，使用独立任务处理，其不断监测auv内各传感器状态。
42.通过采用上述技术方案，应急任务处理子系统是auv内中央控制单元的一个任务
处理单元，在该子系统中存储应急处理策略，以及应急处理指令的下发。
43.本发明的工作原理及使用流程：本发明本发明使用时，应急抛载子系统1嵌入auv的前端，不影响auv造成航行，推进子系统6与鳍舵子系统5在auv正常航行时，驱动auv运行至目标区域，在应急情况下，将由应急任务处理子系统接管，用于控制执行快速上浮操作，浮力调节子系统2作为auv独立的舱段，增加auv浮力，应急通信子系统3与水声通信子系统4用于传输应急信息至岸基/船基，应急任务处理子系统是auv内中央控制单元的一个任务处理单元，在该子系统中存储应急处理策略，以及应急处理指令的下发；
44.应急电机组10接收应急任务处理子系统的控制指令，当出现紧急情况时，触发应急任务处理子系统产生对应的应急动作，驱动应急电机组10转动，通过齿轮将啮合的应急重块11抛载掉，减轻auv前部重量，实现auv快速上浮；同时应急重块11内嵌入auv，与auv共形，在auv正常航行和作业时，应急重块11对auv无影响；
45.在auv出现紧急情况时，应急任务处理子系统发送所需调节浮力范围指令至浮力调节控制单元20，浮力调节控制单元20进行解算控制油泵22将油缸23的液压油送入油馕24或将油馕24内的液压油抽入油缸23，容积测量传感器21将测量的油缸23容积数据发送至浮力调节控制单元20，供浮力调节控制单元20精准的控制油缸23泵油的多少，以通过油馕24体积的变化，改变auv整体浮力，实现auv快速上浮；
46.应急通信子系统3和水声通信子系统4在auv无应急情况时，会定时向岸基/船基发送auv状态信息，与岸基/船基进行数据交互，在出现应急情况时，将被应急任务处理子系统接管，不再发送auv航行状态信息，而是不断向auv发送应急故障码，水下由水声通信子系统4进行应急信息发送，当auv浮出水面后，由数传电台7和bds/gps模块8发送应急故障码，直至auv被回收；
47.在出现应急情况时，无论何种意外情况，都需要鳍舵51中的深度舵机向上打最大的舵角，以确保在有海浪或洋流时，保证auv始终漂浮在水面；
48.在一些特定的紧急情况下，如漏水报警，此时需要auv快速上浮至水面，故使用深水推进电机60驱动螺旋桨61加速auv浮出水面。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，包括潜水器主体，其特征在于：所述潜水器主体的内部一端设置有应急抛载子系统，潜水器主体的内部中间位置设置有浮力调节子系统，潜水器主体的上端设置有应急通信子系统，应急通信子系统的侧边设置有水声通信子系统，潜水器主体的尾部设置有推进子系统，潜水器主体的尾部上下端设置有鳍舵子系统。2.根据权利要求1所述的一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，其特征在于：所述应急抛载子系统包括应急电机组和应急重块，其中，应急电机组的底部设置有应急重块。3.根据权利要求1所述的一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，其特征在于：所述浮力调节子系统包括浮力调节控制单元、容积测量传感器、油泵、油缸和油馕，油缸的一侧设置有浮力调节控制单元，油缸的另一侧设置有油泵，油缸的底部设置有油馕，油缸的上端设置有容积测量传感器。4.根据权利要求1所述的一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，其特征在于：所述应急通信子系统包括数传电台和bds/gps模块，其中，应急通信子系统的上端设置有bds/gps模块，bds/gps模块的侧边设置有数传电台，水声通信子系统的内部设置有数传电台和bds/gps模块。5.根据权利要求1所述的一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，其特征在于：所述鳍舵子系统包括舵机驱动和鳍舵，其中，潜水器主体的尾部上下端设置有鳍舵，潜水器主体的尾部内部设置有舵机驱动。6.根据权利要求1所述的一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，其特征在于：所述推进子系统包括深水推进电机和螺旋桨，其中，潜水器主体的尾部设置有深水推进电机，深水推进电机的侧边设置有螺旋桨。7.根据权利要求1所述的一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，其特征在于：所述应急及自救系统内的应急任务处理子系统运行于auv的中央控制单元硬件上，使用独立任务处理，其不断监测auv内各传感器状态。

技术总结
本发明公开了一种长航程小型水下无人航行器应急及自救系统，属于水下无人航行器技术领域，包括潜水器主体，所述潜水器主体的内部一端设置有应急抛载子系统，潜水器主体的内部中间位置设置有浮力调节子系统，潜水器主体的上端设置有应急通信子系统，应急通信子系统的侧边设置有水声通信子系统，潜水器主体的尾部设置有推进子系统，潜水器主体的尾部上下端设置有鳍舵子系统，本发明相较于传统AUV，设置应急抛载子系统，制定了典型情况下的应急策略，可快速对紧急情况进行响应；本发明通过设置应急通信子系统、水声通信子系统、鳍舵子系统和推进子系统，增强了AUV的生存能力，减小了AUV丢失概率。丢失概率。丢失概率。


技术研发人员：郭春轩 宁波 喻博威 刘路 李小涛 巩玉振
受保护的技术使用者：武汉中科海讯电子科技有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/8