一种具备弹射通信中继站的航行器

1.本发明涉及水下航行器，具体是涉及一种具备弹射通信中继站的航行器。


背景技术：

2.水下航行器通过自身携带能源以及各种探测设备完成海洋环境参数获取、海洋环境监测、水下侦察和通信、水中目标探测和识别定位、水下目标搜寻等海洋探测活动；也可作为武器发射平台、通信节点、侦察平台等。近年来随着传感器技术和信息技术的发展，水下航行器越来越受到各国重视，已经成为海洋工程的发展热点，更进一步促进了水下航行器向智能化、集成化、精细化发展。
3.对于尺寸和重量都受限的航行器来说，所安装的水声通信尺寸较小，传输带宽窄，传输速率低，海上高速数据稳定传输距离较近，因此远距离传输技术存在传输速率低和传输时延高的问题；船舶的高移动性、海洋复杂多变的环境以及潜在的高强度电磁干扰等问题都会影响通信链路质量，造成通信链路频繁中断甚至网络瘫痪。


技术实现要素：

4.发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种实现临时空中通信的具备弹射通信中继站的航行器。
5.技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种具备弹射通信中继站的航行器，包括主舱、用于驱动主舱在水中移动的推进装置，所述主舱内设置信号载体装置，信号载体装置安装于主舱内，信号载体装置底部设置弹射装置，弹射装置用于在主舱打开舱门后将信号载体装置弹射至空中，所述信号载体装置包括第一第一气囊、设置于第一气囊内的信号装载箱、设置于信号装载箱中的气体发生装置，所述气体发生装置用于在信号载体装置弹射时产生气体，所述信号装载箱箱盖设置通孔用于气体溢出至第一气囊，所述第一气囊充气增大体积后信号装载箱缓慢下落。
6.进一步的，所述信号载体装置包括定位部、充气部和信号装载箱，所述定位部包括设置于外侧的定位环和定位部底板，所述主舱内固定设置竖直延伸的定位柱，定位环套设于定位柱上，定位柱限制定位部在主舱内沿竖直方向移动，所述充气部包括第一气囊和充气部底板，所述第一气囊固定连接定位部底板和充气部底板，并形成容纳信号装载箱的密闭空腔，所述信号装载箱包括设置通孔的箱盖、封装有强氧化剂的薄膜层、位于薄膜层下方的密封板，所述薄膜层与密封板之间填充双氧水，所述密封板下方为信号装置容纳空间，所述定位部底板下方设置尖刺，信号载体装置弹射向上时，定位部底板惯性向下运动，尖刺穿过箱盖通孔扎破薄膜层，强氧化剂与双氧水接触产生氧气，氧气从箱盖通孔溢出充满第一气囊，第一气囊充气增大体积。所述主舱内设置夹持装置，夹持装置用于夹持定位信号载体装置的定位部，并在弹射信号载体装置时松开。
7.进一步的，所述夹持装置包括内部镂空的压电平台、设置于镂空部分的两个压电叠堆和两个l型夹持杆，两个l型夹持杆关于信号载体装置中心对称设置，每个l型夹持杆均
与压电平台及压电叠堆铰接，压电叠堆伸缩带动l型夹持杆靠近或远离信号载体装置，实现对信号载体装置的夹持或松开。
8.进一步的，所述弹射装置包括电磁装置和弹簧，所述电磁装置包括圆环形轨道、设置于圆环形轨道内的两个电磁滑块，所述圆环形轨道内径大于弹簧外径，圆环形轨道对称设置两个凹槽，凹槽沿圆环形轨道径向，凹槽内设置电磁铁，所述电磁滑块设置于凹槽外侧，并压缩弹簧，电磁铁得电时，吸附电磁滑块，电磁滑块沿凹槽移动，弹簧恢复形状弹射信号载体装置。
9.进一步的，所述推进装置采用仿生水母结构，所述推进装置包括仿生水母触手的若干摆页、连接杆、电动推杆，电动推杆输出端通过连接杆铰接摆页，摆页一端与主舱铰接，电动推杆伸缩驱动摆页摆动从而驱动主舱移动。通过模拟水母的运动方式，采用电动缸作为动力，仿水母航行器的触手采用的是蹼形结构驱动力强，效率高，仿生效果明显。
10.进一步的，该航行器还包括姿态调整装置，姿态调整装置包括均匀分布于主舱内侧壁的若干调整单元，所述调整单元包括调整电机和与调整电机输出轴连接的转轮，所述调整电机输出轴沿主舱径向，调整电机转速，通过不同的转速差控制移动方向。
11.进一步的，所述主舱与推进装置之间设置避险装置，避险装置包括若干第二气囊、充气装置，所述充气装置用于向第二气囊充气，第二气囊充气增大体积后位于主舱外侧。航行器主体底部配备六个压缩气囊可实现上浮与海上漂浮。紧急上浮时，六个气囊充气膨胀产生大浮力；充气后可在海上漂浮，到达节能目的。
12.有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是通过将航行器中装载信号的装置弹射至空中，漂浮型通信中继站短时间内可解决海上远距离通信的问题，可以在短时间内实现空中接收和发出救援信号，相较于海面通信，空中通信效果远比海面上的效果更好，可接收和发出信号的质量及范围远远高于海面通信，随后飘浮下来落于海面上从而实现多形式重复使用。该航行器结构较为简单，易于控制，可搭载相应的传感器或辅助设备可实现对复杂地形或环境的探测、救援、发射信号等功能。
附图说明
13.图1所示为本发明航行器的剖视图；
14.图2所示为本发明航行器的分解示意图；
15.图3所示为本发明中信号载体装置的剖视图；
16.图4所示为本发明中电磁装置的结构示意图；
17.图5所示为本发明中夹持装置的结构示意图；
18.图6所示为本发明中主舱的结构示意图；
19.图7所示为本发明中主舱的剖视图；
20.图8所示为本发明中紧急避险装置的结构示意图。
具体实施方式
21.如图1和图2所示，本实施例中一种具备弹射通信中继站的航行器，包括主舱8、主舱上端的舱门1、控制单元、推进装置、姿态调整装置5、紧急避险装置9、弹射装置、信号载体装置、夹持装置；舱门与主舱通过连接轴801铰接，信号载体装置设置于主舱内并通过夹持
装置夹持；推进装置驱动主舱8在水中移动，姿态调整装置控制航行器整体的移动方向；紧急避险装置9调整航行器姿态以躲避危险，或用于使航行器浮出水面；弹射装置将信号载体装置从主舱中弹射至空中；控制单元调节航行器推进速度、姿态以及控制其他设备的电源开关。
22.推进装置采用仿生水母结构，仿生水母具有灵活性高、控制简单的特点，可以满足复杂多变的场景需求，对环境的适应性高。仿生水下航行器以水母运动模式为仿生典型，其构型与控制较为简单，成本较低，同时具有较出色的平稳性，可用于复杂环境的探测、搜索、急救等场合；也可作为武器发射平台、通信节点、侦察平台等。推进装置包括若干蹼形结构的摆页11、连接杆12、电动推杆13，连接杆12的数量为n(n≥3)，电动缸的电动推杆13末端周向均匀铰接若干连接杆12的一端，连接杆12另一端铰接摆页11的页身，电动缸的缸体10的螺栓孔与舱室8下端连接部位807紧固，舱室8下端设置连接轴805，摆页11上端端部与主舱8下端的连接轴805铰接，通过控制单元控制电动缸的伸缩，电动缸伸缩动力传至连接杆12，促使蹼形结构摆页11进行上下摆动，从而推动主舱运动。
23.如图3所示，信号载体装置2包括整流罩201、定位部、气囊204、信号装载箱，定位部包括定位环202和定位部底板203，整流罩201固定设置于定位部前端，主舱8内固定设置竖直延伸的定位柱802，定位环套202设于定位柱802上，定位柱限制定位部在主舱内沿竖直方向移动，充气部包括第一气囊204和充气部底板210，第一气囊204固定连接定位部底板203和充气部底板210，并形成容纳信号装载箱的密闭空腔，信号装载箱包括设置通孔的箱盖205、封装有强氧化剂的薄膜层206、位于薄膜层下方的密封板207、箱体底板208，密封板207下方与箱体底板208之间为信号装置容纳空间，信号装载箱通过箱底的螺栓孔209与充气部底板210紧固连接，薄膜层与密封板之间填充双氧水，定位部底板203下方设置尖刺，信号载体装置2安装弹射装置，信号载体装置2弹射向上时，定位部底板203惯性向下运动，尖刺穿过箱盖205通孔扎破薄膜层206，强氧化剂与双氧水接触产生氧气，氧气从箱盖通孔溢出充满第一气囊204，第一气囊充气增大体积。第一气囊204需要有较强的延展性。
24.如图4所示，弹射装置包括电磁装置6和弹簧7，电磁装置6包括圆环形轨道、设置于圆环形轨道内的两个电磁滑块，圆环形轨道内径大于弹簧7外径，允许弹簧7伸出圆环形轨道，圆环形轨道对称设置两个凹槽，凹槽沿圆环形轨道径向，凹槽内设置电磁铁602，电磁滑块设置于凹槽外侧，并压缩弹簧7，电磁铁得电时，吸附电磁滑块，电磁滑块沿凹槽移动，弹簧7恢复形状弹射信号载体装置。
25.如图5所示，夹持装置包括内部镂空的压电平台401、设置于镂空部分的两个压电叠堆402和两个l型夹持杆，两个l型夹持杆关于信号载体装置2中心对称设置，每个l型夹持杆均与压电平台及压电叠堆402铰接，压电叠堆402伸缩带动l型夹持杆靠近或远离信号载体装置2，实现对信号载体装置2的夹持或松开，通过螺栓孔403与舱室8的上凸台803用螺栓紧固，将夹持装置固定于主舱内。
26.如图6和图7所示，主舱8底部设置容纳弹簧7的中心平台810，圆环形轨道固定设置于中心平台810顶部，主舱侧壁设置固定凸台上凸台803和下凸台804，主舱底部设置用于充气管道通过的气孔808，姿态调整装置5包括3组调整电机与转轮，调整电机输出轴沿主舱径向，转轮与调整电机输出轴连接，转轮以调整电机输出轴为中心轴转动，调整电机与舱室内部下凸台804紧固。当转轮旋转时，具有绕竖直轴的角动量，由于角动量守恒的存在，整个系
统需要沿与自旋相反的方向转动以维持平衡，之后分别将三个反作用矢量轮安装在航行器内壁的不同位置，通过分别调整矢量轮的转速来改变整个系统的姿态，每个电源开关控制一个电机的转速，通过不同的转速差控制航行器整体的移动方向。
27.如图8所示，紧急避险装置9包括若干第二气囊903，其安装孔901与舱室8底部孔809通过螺栓紧固，充气管通过气孔808后通过充气孔902对第二气囊903充气膨胀。第二气囊充气增大体积后位于主舱外侧，航行器主体底部配备六个压缩气囊可实现上浮与海上漂浮。紧急上浮时，六个气囊充气膨胀产生大浮力；充气后可在海上漂浮，到达节能目的。
28.控制单元包括电源、控制器、电动缸、气泵，电源有多个电源开关，分别控制舱门的开启与闭合，控制电动缸的伸缩快慢，控制3个姿态调整装置的电机转速，改变航行器的姿态，转速快的一方航行器便朝那一方倾斜，控制压电夹紧机构4、弹射装置电源的通断状况，断开时压电夹紧机构4处于夹紧状态，电磁装置6处于闭合状态，弹簧7处于缩紧状态，当电源通电时，压电402得电压电夹紧机构4处于松开状态，附着于电磁装置的电磁铁602通电将两端滑块601向凹槽端部移动，使得弹簧复位，动力弹簧复位从而带动装有通信中继站的装载器沿着定位杆弹射至空中。
29.上述航行器运行原理：借鉴水母运动方式，通过控制元件使得整个推进装置通过电动缸驱动推杆带动蹼形结构的摆页11上下摆动实现航行器在水下运动；分别将三个反作用矢量轮安装在航行器内壁的不同位置，通过分别调整矢量轮的转速来改变整个系统的姿态。在遇到紧急情况时，底部相应位置的气囊快速充满气体，及时调整航行器姿态以躲避危险；到达指定位置时，所有气囊充满气体，使航行器浮出水面，以此完成信号中继站发射的准备工作；平时将信号装载器放在弹射装置上，由压电夹紧机构与引导杆固定住其稳定。当发射时打开舱门，控制器发出信号启动弹射程序，使电磁铁装置移位后触发弹射装置，使装有信号装置的发射物弹到空中的同时由于惯性使得上下板层靠近的同时扎破薄膜层使得其上的催化剂进入双氧水中剧烈反应生成大量的氧气，使得周边的气囊迅速膨胀填充整个空间，在发射出一定高度呈降落伞形式缓慢降落，最终漂浮在海面上。

技术特征：
1.一种具备弹射通信中继站的航行器，其特征在于，包括主舱(8)、用于驱动主舱在水中移动的推进装置，所述主舱内设置信号载体装置(2)，信号载体装置(2)安装于主舱内，信号载体装置(2)底部设置弹射装置，弹射装置用于在主舱打开舱门后将信号载体装置(2)弹射至空中，所述信号载体装置(2)包括第一气囊(204)、设置于第一气囊内的信号装载箱、设置于信号装载箱中的气体发生装置，所述气体发生装置用于在信号载体装置(2)弹射时产生气体，所述信号装载箱箱盖设置通孔用于气体溢出至第一气囊，所述第一气囊充气增大体积后信号装载箱缓慢下落。2.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述信号载体装置(2)包括定位部、充气部和信号装载箱，所述定位部包括定位环和定位部底板，所述主舱内固定设置竖直延伸的定位柱，定位环套设于定位柱上，定位柱限制定位部在主舱内沿竖直方向移动，所述充气部包括第一气囊和充气部底板，所述第一气囊固定连接定位部底板和充气部底板，并形成容纳信号装载箱的密闭空腔，所述信号装载箱包括设置通孔的箱盖、封装有强氧化剂的薄膜层、位于薄膜层下方的密封板，所述薄膜层与密封板之间填充双氧水，所述密封板下方为信号装置容纳空间，所述定位部底板下方设置尖刺，信号载体装置(2)弹射向上时，定位部底板惯性向下运动，尖刺穿过箱盖通孔扎破薄膜层，强氧化剂与双氧水接触产生氧气，氧气从箱盖通孔溢出充满第一气囊，第一气囊充气增大体积。3.根据权利要求2所述的航行器，其特征在于，所述主舱内设置夹持装置，夹持装置用于夹持定位信号载体装置(2)的定位部，并在弹射信号载体装置时松开。4.根据权利要求3所述的航行器，其特征在于，所述夹持装置包括内部镂空的压电平台(401)、设置于镂空部分的两个压电叠堆(402)和两个l型夹持杆，两个l型夹持杆关于信号载体装置(2)中心对称设置，每个l型夹持杆均与压电平台及压电叠堆(402)铰接，压电叠堆(402)伸缩带动l型夹持杆靠近或远离信号载体装置(2)，实现对信号载体装置(2)的夹持或松开。5.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述弹射装置包括电磁装置(6)和弹簧(7)，所述电磁装置(6)包括圆环形轨道(603)、设置于圆环形轨道内的两个电磁滑块(601)，所述圆环形轨道内径大于弹簧(7)外径，圆环形轨道对称设置两个凹槽，凹槽沿圆环形轨道径向，凹槽内设置电磁铁(602)，所述电磁滑块设置于凹槽外侧，并压缩弹簧(7)，电磁铁得电时，吸附电磁滑块，电磁滑块沿凹槽移动，弹簧(7)恢复形状弹射信号载体装置(2)。6.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述推进装置采用仿生水母结构，所述推进装置包括仿生水母触手的若干摆页(11)、连接杆(12)、电动推杆(13)，电动推杆(13)输出端通过连接杆(12)铰接摆页(11)，摆页(11)一端与主舱铰接，电动推杆(13)伸缩驱动摆页(11)摆动从而驱动主舱移动。7.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，还包括姿态调整装置，姿态调整装置包括均匀分布于主舱内侧壁的若干调整单元，所述调整单元包括调整电机和与调整电机输出轴连接的转轮，所述调整电机输出轴沿主舱径向，调整电机转速，通过不同的转速差控制移动方向。8.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述主舱与推进装置之间设置避险装置(9)，避险装置(9)包括若干第二气囊、充气装置，所述充气装置用于向第二气囊充气，第二气囊充气增大体积后位于主舱外侧。

技术总结
本发明公开了一种具备弹射通信中继站的航行器，包括主舱、用于驱动主舱在水中移动的推进装置，信号载体装置底部设置弹射装置位于主舱内，弹射装置用于在主舱打开舱门后将信号载体装置弹射至空中，信号载体装置包括第一第一气囊、设置于第一气囊内的信号装载箱、设置于信号装载箱中的气体发生装置，气体发生装置用于在信号载体装置弹射时产生气体，信号装载箱箱盖设置通孔用于气体溢出至第一气囊，第一气囊充气增大体积后信号装载箱缓慢下落。弹射至空中的漂浮型通信中继站短时间内可解决海上远距离通信的问题，实现空中接收和发出救援信号，相较于海面通信，空中通信效果更好，可接收和发出信号的质量及范围更高，落于海面后实现多形式复用。现多形式复用。现多形式复用。


技术研发人员：方记文 赵久淳 李冲 王佳 吕明明
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/4/28