一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统及回收方法与流程

1.本发明涉及一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统及回收方法，属于水下航行器海上试验回收技术领域。


背景技术：

2.随着国家对海洋环境监测以及海洋资源开发的重视程度越来越高，科技工作者开始致力于水下航行器的研究和应用。目前主流的水下航行器动力为电动力，当完成任务需要回收时，航行器通过动力推进系统使其漂浮在海面，利用卫星天线将位置发送给打捞船进行回收打捞。
3.水下火箭动力航行器不同于电动力航行器，其海上回收存在以下难题：1)航行器为火箭动力，具有航速高，控制难度大的特点，存在出水过高损坏航行器的危险；2)航行器的火箭动力持续时间短，当动力消失后，航行器为负浮力，需要抛载附件实现正浮力；3)海上环境复杂，水下火箭动力航行器失去动力后无法控位，需要快速指示方位进行回收。因此，需要设计一种海上试验回收方法，实现水下火箭动力航行器的快速回收。


技术实现要素：

4.针对水下火箭动力航行器海上回收存在的技术难题，本发明提供一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统及回收方法，在回收辅助系统的作用下，不仅能使水下火箭动力航行器保持正浮力，还能有效降低水下火箭动力航行器出水过高的风险，并且能够在海上快速定位火箭动力航行器进行回收；基于该回收辅助系统的回收操作简便，回收可靠度高，具有很好的应用前景。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
6.一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统，包括抛载作动机构、降落伞弹射装置、发烟装置、卫星示位装置、传感器组件以及回收控制模块；相应地，在火箭动力航行器接近其头部的一段壳体上，由头部至尾部方向依次划分成可抛头段、回收示位段以及回收控制段；
7.所述抛载作动机构安装在可抛头段与回收示位段连接处，在接收到回收控制模块下发的抛载指令后，用于将可抛头段与回收示位段分离以实现可抛头段的抛载，可抛头段抛载后能够使水下火箭动力航行器由负浮力变为正浮力；
8.所述降落伞弹射装置安装在回收示位段内，在接收到回收控制模块下发的弹射指令后，用于将其内部的降落伞弹射出回收示位段使降落伞打开，从而能够有效降低水下火箭动力航行器出水过高的风险；
9.所述发烟装置安装在回收示位段内，在接收到回收控制模块下发的发烟指令后，用于发射便于识别的烟雾，能够在海上快速定位火箭动力航行器；
10.所述卫星示位装置安装在回收示位段内，在接收到回收控制模块下发的启动指令后，用于定位火箭动力航行器在海上的位置，能够在海上快速定位火箭动力航行器；
11.所述传感器组件安装在回收控制段内，用于获取火箭动力航行器的水深、速度及姿态信息并将其传输给回收控制模块；
12.所述回收控制模块安装在回收控制段内，根据传感器组件反馈的信息，对抛载作动机构、降落伞弹射装置、发烟装置以及卫星示位装置下发相应的指令。
13.进一步地，抛载作动机构包含爆炸螺栓和弹簧作动机构；
14.所述爆炸螺栓的柱体上设有连接法兰，通过连接法兰连接可抛头段和回收示位段；
15.所述弹簧作动机构安装在可抛头段和回收示位段的连接处，爆炸螺栓爆炸后，在弹簧的作用力下将可抛头段和回收示位段分离。
16.进一步地，传感器组件包含压力传感器和惯性传感器，压力传感器用于获取火箭动力航行器的水深信息，惯性传感器用于获取火箭动力航行器的速度及姿态信息。
17.其中，惯性传感器的原点位于火箭动力航行器浮心所在横截面几何中心，坐标系为大地坐标系平移到火箭动力航行器浮心的平移坐标系，x轴铅垂向上，当惯性传感器对准完成后时记录当前水深h，火箭动力航行器x轴位移减去水深h即为火箭动力航行器的出水高度。
18.进一步地，所述回收辅助系统适用于航速超过80节的负浮力水下火箭动力航行器的快速回收。
19.基于本发明所述回收辅助系统回收水下火箭动力航行器的方法，具体包括以下步骤：
20.(1)若传感器组件反馈的信息达到回收控制模块中预设的水深阈值、航速阈值以及俯仰角阈值中的任一阈值，回收控制模块对抛载作动机构下发抛载指令，使可抛头段与回收示位段分离；
21.(2)可抛头段抛载后，基于传感器组件反馈的水深信息计算的火箭动力航行器出水高度值，若达到回收控制模块预设的出水高度阈值，则回收控制模块对降落伞弹射装置下发弹射指令，将降落伞弹射出去并使其打开；若未达到出水高度阈值，则回收过程中不需要打开降落伞；
22.(3)若传感器组件在大于2s的时间内连续反馈的水深均在0～2m范围内，则回收控制模块对发烟装置下发发烟指令以及对卫星示位装置下发启动指令，则根据发射的烟雾以及定位信息，可以在海上快速定位火箭动力航行器进行回收。
23.进一步地，水深阈值是水下火箭动力航行器的水深小于10m，航速阈值是水下火箭动力航行器的航速低于25节，俯仰角阈值是水下火箭动力航行器的俯仰角大于80
°
，出水高度阈值是水下火箭动力航行器的出水高度大于10m。
24.进一步地，所述回收控制模块还具有计时功能，相应地在回收控制模块内预设抛载最大等待时间以及定位最大等待时间；
25.在步骤(1)中，若回收控制模块计时时间达到抛载最大等待时间时，回收控制模块也会对抛载作动机构下发抛载指令，避免传感器组件出现错误而导致不能及时抛载可抛头段；
26.在步骤(3)中，若回收控制模块计时时间达到定位最大等待时间时，回收控制模块也会对发烟装置下发发烟指令以及对卫星示位装置下发启动指令，避免传感器组件出现错
误而导致不能及时发烟以及定位。
27.有益效果：
28.(1)本发明将火箭动力航行器的头段作为可抛载附件，在水下火箭动力航行器处于工作任务剖面时，保证了火箭动力航行器的流线型外形，而在水下火箭动力航行器处于回收任务剖面时，可抛头段抛载后，火箭动力航行器的流线型外形破坏，水下阻力变大，能够使水下火箭动力航行器由负浮力变为正浮力，而且还能有效降低火箭动力航行器出水过高的风险。
29.(2)采用水深、航速、俯仰角以及基于理论计算的抛载最大等待时间中的任意一个条件作为可抛头段的抛载条件，充分考虑了火箭动力航行器完成任务的最小水深和航速、航行角度异常带来的撞毁风险以及外围传感器异常导致前三项条件始终满足不了带来的沉底风险，确保航行器的可靠回收；
30.(3)本发明在火箭动力航行器内安装降落伞弹射装置，可以在火箭动力航行器出水过高时打开降落伞，从而有效降低火箭动力航行器出水过高的风险。
31.(4)本发明在火箭动力航行器内同时设置发烟装置和卫星示位装置，能够通过具有辨识度的烟雾以及定位信息，在海上快速定位火箭动力航行器进行回收。
32.(5)基于本发明所述的回收辅助系统能够实现航速超过80节的负浮力水下火箭动力航行器的快速回收，而且充分考虑了水下火箭动力航行器海上回收的各类难题，冗余措施多，回收可靠度高，为水下航行器的海上试验回收提供新设计思路。
附图说明
33.图1为实施例中所述回收辅助系统的结构示意图。
34.图2为实施例中回收水下火箭动力航行器的流程示意图。
35.其中，1-可抛头段，2-回收示位段，3-发烟装置，4-卫星示位装置，5-回收控制段，6-mems惯性传感器，7-壳体，8-回收控制模块，9-压力传感器，10-降落伞弹射装置，11-抛载作动机构。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
37.实施例1
38.如图1所示，一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统，包括抛载作动机构11、降落伞弹射装置10、发烟装置3、卫星示位装置4、传感器组件以及回收控制模块8；相应地，在火箭动力航行器接近其头部的一段壳体上，由头部至尾部方向依次划分成可抛头段1、回收示位段2以及回收控制段5；
39.所述抛载作动机构11包含爆炸螺栓和弹簧作动机构，其中爆炸螺栓的柱体上设有连接法兰；
40.所述传感器组件包含压力传感器9和mems惯性传感器6，其中，压力传感器9用于获取火箭动力航行器的水深信息，mems惯性传感器6用于获取火箭动力航行器的速度及姿态信息；
41.所述发烟装置3用于发射橘黄色烟雾；
42.所述回收控制模块8用于对抛载作动机构11、降落伞弹射装置10、发烟装置3以及卫星示位装置4下发相应的指令，同时还具有数据处理以及计时功能；
43.如图1所示，各部件的装配关系如下：抛载作动机构11中的弹簧作动机构安装在可抛头段1和回收示位段2的连接处，通过爆炸螺栓上的连接法兰连接可抛头段1和回收示位段2；降落伞弹射装置10、发烟装置3以及卫星示位装置4均安装在回收示位段2；回收控制模块8和传感器组件均安装在回收控制段内5；抛载作动机构11、降落伞弹射装置10、发烟装置3、卫星示位装置4以及传感器组件分别与回收控制模块8电性连接；
44.如图2所示，基于所述回收辅助系统回收水下火箭动力航行器的操作如下：
45.(1)通过传感器组件获取水下火箭动力航行器所处水深、航速以及航行姿态信息，以及回收控制模块8计时的时间，若满足回收控制模块8内预设的四个抛载条件之一时，回收控制模块8对抛载作动机构11下发抛载指令，则抛载作动机构11中的爆炸螺栓发生爆炸，且爆炸后在弹簧作用力下将可抛头段1和回收示位段2分离，实现可抛头段1的抛载，可抛头段1抛载后能够使水下火箭动力航行器由负浮力变为正浮力；
46.其中，回收控制模块8内预设的四个抛载条件为：1)火箭动力航行器的水深小于10m；2)水下火箭动力航行器的航速低于25节；3)水下火箭动力航行器的俯仰角大于80
°
；4)抛载最大等待时间到；
47.(2)可抛头段1抛载后，基于传感器组件反馈的水深信息计算的火箭动力航行器出水高度值，若达到回收控制模块8预设的出水高度阈值(即出水高度大于10m)，则回收控制模块8对降落伞弹射装置10下发弹射指令，将降落伞弹射出去并使其打开，从而能够有效降低水下火箭动力航行器出水过高的风险；
48.(3)根据回收控制模块8计时的时间，以及通过传感器组件获取的水深信息，若传感器组件在大于2s的时间内连续反馈的水深均在0～2m范围内，或者计时达到回收控制模块8内预设的定位最大等待时间，则回收控制模块8对发烟装置3下发发烟指令以及对卫星示位装置4下发启动指令，则根据发射的橘黄色烟雾以及定位信息，可以在海上快速定位火箭动力航行器进行回收；
49.其中，回收控制模块8是从水下火箭动力航行器工作任务结束后进入回收任务时开始计时。
50.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

技术特征：
1.一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统，其特征在于：包括抛载作动机构、降落伞弹射装置、发烟装置、卫星示位装置、传感器组件以及回收控制模块；相应地，在火箭动力航行器接近其头部的一段壳体上，由头部至尾部方向依次划分成可抛头段、回收示位段以及回收控制段；抛载作动机构安装在可抛头段与回收示位段连接处，降落伞弹射装置、发烟装置及卫星示位装置均安装在回收示位段内，传感器组件和回收控制模块均安装在回收控制段内；所述抛载作动机构，用于将可抛头段与回收示位段分离以实现可抛头段的抛载；所述降落伞弹射装置，用于将其内部的降落伞弹射出回收示位段使降落伞打开；所述发烟装置，用于发射便于识别的烟雾；所述卫星示位装置，用于定位火箭动力航行器在海上的位置；所述传感器组件，用于获取火箭动力航行器的水深、速度及姿态信息并将其传输给回收控制模块；所述回收控制模块，用于对抛载作动机构、降落伞弹射装置、发烟装置及卫星示位装置下发相应的指令。2.根据权利要求1所述的一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统，其特征在于：抛载作动机构包含爆炸螺栓和弹簧作动机构；所述爆炸螺栓的柱体上设有连接法兰，通过连接法兰连接可抛头段和回收示位段；所述弹簧作动机构安装在可抛头段和回收示位段的连接处，爆炸螺栓爆炸后，在弹簧作动机构的弹簧作用力下将可抛头段和回收示位段分离。3.根据权利要求1所述的一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统，其特征在于：传感器组件包含压力传感器和惯性传感器，压力传感器用于获取火箭动力航行器的水深信息，惯性传感器用于获取火箭动力航行器的速度及姿态信息。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统，其特征在于：所述回收辅助系统适用于航速超过80节的负浮力水下火箭动力航行器的快速回收。5.基于权利要求1至4任一项所述回收辅助系统回收水下火箭动力航行器的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)若传感器组件反馈的信息达到回收控制模块中预设的水深阈值、航速阈值以及俯仰角阈值中的任一阈值，回收控制模块对抛载作动机构下发抛载指令，使可抛头段与回收示位段分离；(2)可抛头段抛载后，基于传感器组件反馈的水深信息计算的火箭动力航行器出水高度值，若达到回收控制模块预设的出水高度阈值，则回收控制模块对降落伞弹射装置下发弹射指令，将降落伞弹射出去并使其打开；(3)若传感器组件在大于2s的时间内连续反馈的水深均在0～2m范围内，则回收控制模块对发烟装置下发发烟指令以及对卫星示位装置下发启动指令，则根据发射的烟雾以及定位信息，可以在海上快速定位火箭动力航行器进行回收。6.根据权利要求5所述回收水下火箭动力航行器的方法，其特征在于：水深阈值是水下火箭动力航行器的水深小于10m，航速阈值是水下火箭动力航行器的航速低于25节，俯仰角阈值是水下火箭动力航行器的俯仰角大于80
°
，出水高度阈值是水下火箭动力航行器的出水高度大于10m。
7.根据权利要求5所述回收水下火箭动力航行器的方法，其特征在于：所述回收控制模块还具有计时功能，相应地在回收控制模块内预设抛载最大等待时间以及定位最大等待时间；在步骤(1)中，若回收控制模块计时时间达到抛载最大等待时间时，回收控制模块也会对抛载作动机构下发抛载指令；在步骤(3)中，若回收控制模块计时时间达到定位最大等待时间时，回收控制模块也会对发烟装置下发发烟指令以及对卫星示位装置下发启动指令。

技术总结
本发明涉及一种水下火箭动力航行器的回收辅助系统及回收方法，属于水下航行器海上试验回收技术领域。该系统包括用于将可抛头段与回收示位段分离以实现可抛头段抛载的抛载作动机构，用于将其内部的降落伞弹射出回收示位段使降落伞打开的降落伞弹射装置，用于发射便于识别烟雾的发烟装置，用于定位火箭动力航行器在海上位置的卫星示位装置，用于获取火箭动力航行器的水深、速度及姿态信息并将其传输给控制模块的传感器组件，以及基于传感器组件反馈的信息对抛载作动机构、降落伞弹射装置、发烟装置及卫星示位装置下发相应指令的回收控制模块，基于该系统能实现航速超过80节的负浮力水下火箭动力航行器的快速回收，而且回收可靠度高。靠度高。靠度高。


技术研发人员：杨光 班伟 黄楠 曹振宇 王伟
受保护的技术使用者：宜昌测试技术研究所
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/5/23