水下无人航行器

1.本实用新型涉及水下航行器技术领域，尤其涉及一种水下无人航行器。


背景技术：

2.水下无人航行器(unmanned underwater vehicle，以下简称uuv)是一种重要的用于水下勘探的机器人，同时也是用于检测的精密仪器，通过搭载传感器和不同任务模块，执行多种任务的水下自航行装备。uuv活跃在海洋科学、海洋工程、水下安防和水下作战等领域，可长期在水下自主航行并回收。
3.目前uuv根据其自主性等级可以分为遥控水下航行器(remotely-operated vehicle，rov)和自主水下航行器(autonomous underwater vehicle，auv)两种，其中，rov是通过光电缆与母船相连，用于接收母船的控制指令并进行能源供给，作业范围相对受限；auv是自带能源，采用自主控制模式，auv属于新型水下无人平台，可携带多种传感器和任务模块，具有自主性、隐蔽性、环境适应性、可部署性和高效费比等优点，作业范围更广。
4.对于自主水下航行器，一般通过电池提供电能，由于水下航行器的体积和重量有限，不能携带很大的电池，因此自主水下航行器续航能力不足。海域的工作条件变量较多，环境复杂，目前的海域研究向大范围、大深度发展，因水下航行器的续航能力有限，不能完全胜任在不同海域条件下的多项工作任务。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种水下无人航行器，以解决现有技术中存在的续航能力不足的技术问题。
6.如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：
7.一种水下无人航行器，包括：
8.机体，包括自前向后依次设置的头部、机身和尾部，所述头部设置有进水孔，所述机身的内部设置有与所述进水孔连通的水流通道，所述水流通道沿所述机身自前向后延伸；
9.泵喷推进器，设置于所述尾部，所述泵喷推进器的进口与所述水流通道连通，所述泵喷推进器的出口与外界连通；
10.发电组件，包括石墨烯衬底结构，所述石墨烯衬底结构设置于所述机身内且位于水流的流动路径上；
11.电池组件，设置于所述机身内，所述电池组件能够为所述泵喷推进器提供电能。
12.其中，沿自前向后方向，所述头部的横截面积逐渐增大。
13.其中，所述头部的外周面设置有若干个第一平衡器，若干个所述第一平衡器绕所述头部的周向均匀间隔分布。
14.其中，所述进水孔设置于相邻所述第一平衡器之间。
15.其中，所述第一平衡器设置有四个。
16.其中，所述尾部的外周面设置有若干个第二平衡器，若干个所述第二平衡器绕所述尾部的周向均匀间隔分布。
17.其中，所述第二平衡器设置有两个。
18.其中，所述泵喷推进器包括水泵和喷水管，所述水泵的进口与所述水流通道连通，所述水泵的出口与所述喷水管连通，所述喷水管与外界连通，所述喷水管内设置有涡流扇。
19.其中，所述喷水管设置有四个，所述水泵的出口与四个所述喷水管连通。
20.其中，所述机身的外表面设置有转向螺旋，所述转向螺旋包括多个振动板，多个所述振动板排布成两排。
21.本实用新型的有益效果：
22.本实用新型提出的水下无人航行器，在启动时，由电池组件为泵喷推进器提供电能，使得泵喷推进器驱动水流从进水孔进入水流通道并从泵喷推进器的出口喷出，水流从泵喷推进器喷出使得航行器获得反推力前进；水流在机身内流动过程中经过发电组件的石墨烯衬底结构产生电能，补偿航行器在航行过程中消耗的部分电能，提高航行器的续航能力。
附图说明
23.图1是本实用新型实施例提供的水下无人航行器的结构示意图一；
24.图2是本实用新型实施例提供的水下无人航行器的结构示意图二；
25.图3是本实用新型实施例提供的水下无人航行器的侧视图；
26.图4是图3的a-a向剖视图；
27.图5是图4的c处放大图；
28.图6是图3的b-b向剖视图。
29.图中：
30.10、机体；11、头部；111、进水孔；12、机身；121、水流通道；13、尾部；14、第一平衡器；15、第二平衡器；16、转向螺旋；
31.20、泵喷推进器；21、水泵；22、喷水管；
32.31、石墨烯衬底结构。
具体实施方式
33.下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
37.参见图1至图6，本实用新型实施例提供一种水下无人航行器，包括机体10、泵喷推进器20、发电组件和电池组件，机体10包括自前向后依次设置的头部11、机身12和尾部13，头部11设置有进水孔111，机身12的内部设置有与进水孔111连通的水流通道121，水流通道121沿机身12自前向后延伸；泵喷推进器20设置于尾部13，泵喷推进器20的进口与水流通道121连通，泵喷推进器20的出口与外界连通；发电组件包括石墨烯衬底结构31，石墨烯衬底结构31设置于机身12内且位于水流的流动路径上；电池组件设置于机身12内，电池组件能够为推进组件提供电能。
38.在启动时，由电池组件为泵喷推进器20提供电能，使得泵喷推进器20驱动水流从进水孔111进入水流通道121并从泵喷推进器20的出口喷出，水流从泵喷推进器20喷出使得航行器获得反推力前进；水流在机身12内流动过程中经过发电组件的石墨烯衬底结构31产生电能，补偿航行器在航行过程中消耗的部分电能，提高航行器的续航能力。
39.沿自前向后方向，头部11的横截面积逐渐增大，减少水流阻力。对于机体10，可以呈流线型，减少水流阻力。在本实施例中，机体10的形状仿乌贼设置，可以采用钛合金材料制成，耐腐蚀、抗高压和轻量化。机身12内部设置有多个安装腔，用于安装发电组件、电池组件和其他控制组件。具体地，机身12包括相互扣合的两个壳体，便于安装内部的部件。尾部13与机身12可拆卸连接，便于安装泵喷推进器20。
40.头部11的外周面设置有若干个第一平衡器14，若干个第一平衡器14绕头部11的周向均匀间隔分布，以保持平衡。进水孔111设置于相邻第一平衡器14之间，充分利用空间。具体地，进水孔111位于头部11靠近机身12的一端。在本实施例中，第一平衡器14设置有四个。第一平衡器14的形状为三角形，第一平衡器14与头部11接触的边长为0.885m。可以理解的是，第一平衡器14的厚度较小，减轻重量，减小阻力。
41.尾部13的外周面设置有若干个第二平衡器15，若干个第二平衡器15绕尾部13的周向均匀间隔分布，以保持平衡。在本实施例中，第二平衡器15设置有两个。第二平衡器15的形状为梯形，上底0.15m，下底0.4m，高0.75m，下底与尾部13连接。
42.其中，泵喷推进器20为现有结构，与螺旋桨相比，推进效率更高，可以实现航行器在水下的快速航行。具体地，泵喷推进器20包括水泵21和喷水管22，水泵21的进口与水流通道121连通，水泵21的出口与喷水管22连通，喷水管22与外界连通，喷水管22内设置有涡流扇。通过涡流扇导流，使得水流更加集中，能够喷出更远的距离，进而能够提供更大的推力。
43.在本实施例中，喷水管22设置有四个，水泵21的出口与四个喷水管22连通。
44.机身12的外表面设置有转向螺旋16，转向螺旋16包括多个振动板，多个振动板排布成两排。为了保证转向稳定，可以设置两排振动板相对于机身12的中心线对称布置。通过调节振动板的振动频率，实现转动。例如，当左侧的振动板的振动频率大于右侧的振动板的振动频率，则实现右转向。在转向过程中，通过第一平衡器14和第二平衡器15配合，保证机
体10转向稳定。
45.具体地，振动板与机身12之间通过转轴转动连接，振动板能够相对于机身12在设定角度范围内摆动。通过调节转轴的转动速度可以调节振动板的振动频率。转轴可以由电机驱动转动。可以针对每个振动板设置一个电机，在振动板的数量较多时，也可以几个振动板共用一个电机。
46.在本实施例中，每排设置十个振动板，相邻振动板之间间距0.2m，每两个振动板共用一个电机。
47.石墨烯衬底结构31设置于水流通道121内，因此在水流动过程中能够接触到石墨烯衬底结构31。石墨烯衬底结构31具体为石墨烯-聚合物衬底异质结构，例如石墨烯/ptfe结构，石墨烯/ptfe结构可以从液体的流动过程中获取电能，水持续地接触倾斜的石墨烯/ptfe结构并在表面流动时能产生一个连续的电压输出。石墨烯/ptfe异质结构的发电机理为现有机理，异质结构是指石墨烯和聚合物为不相同的两种物质。
48.在本实施例中，电池组件包括石墨烯电池。水流在机身12内流动过程中经过发电组件的石墨烯衬底结构31产生电能，电能能够储存进石墨烯电池中。
49.在航行器下水之间，电池组件自身储存有一定的电能，航行器在前进的过程中可以获得发电组件的电能，可以提升航行器的续航时间，使其执行任务的周期可以更长。
50.可以理解的是，在水下环境中，航行器通过自身携带的多个传感器来感知周围环境信息并获得检测参数，以保证航行安全。具体的传感器为现有结构，可以根据需要设置，传感器也会消耗电能。因此发电组件虽然能够提供电能，但是并不意味着航行器可以永久在海洋中航行，所以当航行器的电能储能不够时，需要回航。具体的回航控制过程为现有技术，在此不再赘述。
51.以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.水下无人航行器，其特征在于，包括：机体(10)，包括自前向后依次设置的头部(11)、机身(12)和尾部(13)，所述头部(11)设置有进水孔(111)，所述机身(12)的内部设置有与所述进水孔(111)连通的水流通道(121)，所述水流通道(121)沿所述机身(12)自前向后延伸；泵喷推进器(20)，设置于所述尾部(13)，所述泵喷推进器(20)的进口与所述水流通道(121)连通，所述泵喷推进器(20)的出口与外界连通；发电组件，包括石墨烯衬底结构(31)，所述石墨烯衬底结构(31)设置于所述机身(12)内且位于水流的流动路径上；电池组件，设置于所述机身(12)内，所述电池组件能够为所述泵喷推进器(20)提供电能。2.根据权利要求1所述的水下无人航行器，其特征在于，沿自前向后方向，所述头部(11)的横截面积逐渐增大。3.根据权利要求1所述的水下无人航行器，其特征在于，所述头部(11)的外周面设置有若干个第一平衡器(14)，若干个所述第一平衡器(14)绕所述头部(11)的周向均匀间隔分布。4.根据权利要求3所述的水下无人航行器，其特征在于，所述进水孔(111)设置于相邻所述第一平衡器(14)之间。5.根据权利要求3所述的水下无人航行器，其特征在于，所述第一平衡器(14)设置有四个。6.根据权利要求1所述的水下无人航行器，其特征在于，所述尾部(13)的外周面设置有若干个第二平衡器(15)，若干个所述第二平衡器(15)绕所述尾部(13)的周向均匀间隔分布。7.根据权利要求6所述的水下无人航行器，其特征在于，所述第二平衡器(15)设置有两个。8.根据权利要求1所述的水下无人航行器，其特征在于，所述泵喷推进器(20)包括水泵(21)和喷水管(22)，所述水泵(21)的进口与所述水流通道(121)连通，所述水泵(21)的出口与所述喷水管(22)连通，所述喷水管(22)与外界连通，所述喷水管(22)内设置有涡流扇。9.根据权利要求8所述的水下无人航行器，其特征在于，所述喷水管(22)设置有四个，所述水泵(21)的出口与四个所述喷水管(22)连通。10.根据权利要求1-9任一项所述的水下无人航行器，其特征在于，所述机身(12)的外表面设置有转向螺旋(16)，所述转向螺旋(16)包括多个振动板，多个所述振动板排布成两排。

技术总结
本实用新型公开了一种水下无人航行器，其属于水下航行器技术领域，包括机体、泵喷推进器、发电组件和电池组件，机体包括自前向后依次设置的头部、机身和尾部，头部设置有进水孔，机身的内部设置有与进水孔连通的水流通道，水流通道沿机身自前向后延伸；泵喷推进器设置于尾部，泵喷推进器的进口与水流通道连通，泵喷推进器的出口与外界连通；发电组件包括石墨烯衬底结构，石墨烯衬底结构设置于机身内且位于水流的流动路径上；电池组件设置于机身内，电池组件能够为泵喷推进器提供电能。水流在机身内流动过程中经过发电组件的石墨烯衬底结构产生电能，补偿航行器在航行过程中消耗的部分电能，提高航行器的续航能力。提高航行器的续航能力。提高航行器的续航能力。


技术研发人员：丁肖丹 王超群 董文彬 于馨 李海治 曹添骄
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/5/26