一种子母集群式水下无人潜航器

1.本发明属于水下无人潜航器技术领域，尤其涉及一种子母集群式水下无人潜航器。


背景技术：

2.随着无人潜航器技术的逐步发展，其在军事侦察、地质勘探、水文观测等领域已经得到了广泛的应用。但是大多数无人潜航器尺寸小、航速低，单位时间机动范围小，探测和水声通信距离短，且单无人潜航器的续航力不足、探寻搜索范围有限已成为限制其进一步发展的短板，少量无人潜航器通过扩容增量，提高能源储备等方式来解决上述问题，但此类潜航设备通常体型较大，目标较为明显，在执行军事侦察等特定任务时，极易被发现，降低隐蔽侦察任务的成功率。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种基于子母式结构，用于利用母体潜航器携带子体潜航器航行至目标海域，减少子体潜航器投放能耗，增加子体潜航器有效任务执行时间，并可利用母体潜航器作为中继平台，提高任务作业距离和整体续航能力的子母集群式水下无人潜航器。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
5.一种子母集群式水下无人潜航器，包括至少一个母体潜航器和若干个子体潜航器，子体潜航器位于母体潜航器内部；
6.子体潜航器呈筒体形状，子体潜航器上设置有用于驱动的推进器；
7.母体潜航器包括自前向后依次连接的控制舱、回收舱、引导舱；
8.控制舱包括：位于最前端的半球形的防撞壳10，连接在防撞壳10后呈筒状的防水壳体11，连接在防水壳体11后端的封水件12以及驱动控制组件；
9.防撞壳10和防水壳体11围成头部蓄水腔1a，防撞壳10、防水壳体11和封水件12水密连接并围成安装腔1b；
10.驱动控制组件包括设置于安装腔1b内的电源模块101、伺服电机102、无线收发模块104、舵机107、摆臂108以及设置于安装腔1a下侧的推进器103；
11.推进器103的主轴穿透防水壳体11后与伺服电机102的电机轴传动连接；摆臂108连接在舵机107的输出轴上并可在舵机驱动下沿前后方向运动，摆臂108上设置有第一条形孔，第一条形孔内设有滑动件109；蓄水腔1a底部通过管道及电磁阀与一个双向水泵连通，双向水泵的一个进出口连通至防水壳体11外部空间；
12.封水件12上设置有连接至回收舱的连接孔道12a和第一过孔12b；第一过孔12b内设置有操作杆110，操作杆110前端与滑动件109连接；
13.回收舱内设置有容纳腔2a和中部蓄水腔2b，容纳腔2a后端开口，回收舱上设置有连通至容纳腔2a前端的前泄水孔2d；中部蓄水腔2b通过管道及电磁阀与双向水泵连通；
14.引导舱内设有与容纳腔2a后端开口连通的引导通道3a，引导舱上设置有分别连通至引导通道3a前后端的后泄水孔3c；
15.还包括翻盖4，翻盖4通过连杆结构与操作杆110的后端连接；
16.滑动件109在摆臂108摆动过程随之前后运动并带动操作杆110前后滑动，操作杆110前后运动时通过连杆结构使翻盖4打开或者关闭。
17.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，防水壳体11为筒状壳体结构，封水件12为外径与防水壳体11外径一致的圆柱体结构，封水件12的前后端分别设置有柱形连接部，封水件12前端的柱形连接部插入防水壳体11后端开口中；
18.回收舱包括筒状壳体结构的前连接壳20和主舱体；
19.前连接壳20外径与防水壳体11外径一致，封水件12后端的柱形连接部插入前连接壳20前端开口中；
20.封水件12的后端面设置有定位连接槽12c；
21.主舱体21由前后两段同轴设置的筒体连接构成，前后两段筒体的内径一致，后段筒体外径与防水壳体11外径一致；前段筒体插入定位连接槽12c中，后段筒体与前连接壳20同轴连接，前后两段筒体的内壁与定位连接槽12c围成容纳腔2a；
22.前泄水孔2d从前连接壳20和前段筒体上挖出，前连接壳20内壁和前段筒体外壁之间形成前消涡腔20a；中部蓄水腔2b从后段筒体的筒壁中挖出。
23.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，引导舱包括筒状结构且同轴设置的后连接壳30和内连接壳31；
24.后连接壳30外径与防水壳体11外径一致，内连接壳31内径与主舱体21内径一致；引导通道3a由内连接壳31内壁围成；
25.后泄水孔3c从后连接壳30和内连接壳31上挖出，后连接壳30内壁和内连接壳31外壁之间围成后消涡腔30a；
26.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，后连接壳30的后端设置有喇叭形引导壳体32，引导壳体32的大口朝后且边缘与后连接壳30的后边缘连接，小口超前且与内连接壳31的后边缘连接。
27.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，翻盖4为喇叭形引导壳体32的一部分；内连接壳31的外壁上图设置有突出的支撑部31a，支撑部1a上设有用于支撑操作杆110的通孔。
28.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，消涡腔30a内设置有可套在内连接壳31上的环形配重体33；
29.防撞壳10和防水壳体11的左右侧对称设置有若干沉孔状的平衡腔9a；平衡腔9a内设置有可拆卸的配重件9c。
30.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，平衡腔9a的腔底设置有定位柱9b，平衡腔9a的开口处该设有盖板9d，盖板9d外表面与相邻的防撞壳10或防水壳体11外表面顺滑连接，配重件9c由多个可套接在定位柱9b上的环形定位块组成。
31.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，连杆结构包括c形连杆50、中间杆51和摆杆52；内连接壳31后端外壁上设置有定位台；c形连杆50的后端紧贴在翻盖4前侧，前端通过转轴铰接在定位台上，摆杆52的中部通过转轴铰接在定位台
上，两端分别与操作杆110的后端以及c形连杆50中部铰接。
32.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，母体潜航器设置有进出水口分别设置在母体潜航器左右侧的转向水泵。
33.对前述子母集群式水下无人潜航器的进一步改进或者优选实施方案，母体潜航器和个子体潜航器上分别配有用于提供航行姿态反馈的hcm365全姿态三维电子罗盘、用于实现无线通讯的无线通讯终端。
34.其有益效果在于：
35.本技术的子母集群式水下无人潜航器结构紧凑合理，制造和使用成本低，控制维护方便，具有控制效率高，平衡性好的特点，通过子母集群式组合方案，能够发挥母体潜航器续航能力好，维持稳定性高，子体潜航器使用灵活隐蔽性好的特点，在进行远程投递，多任务连续作业以及远距离跟踪和近距离实施侦查等方面具有良好应用前景，其结构简单、控制方便的回收和装载结构，有利于提高作业效率。
附图说明
36.图1是子母集群式水下无人潜航的正视图；
37.图2是子母集群式水下无人潜航的正视角剖视图；
38.图3是子母集群式水下无人潜航的俯视角剖视图；
39.图4是子母集群式水下无人潜航的斜视角剖视图；
40.图5是子母集群式水下无人潜航的内层结构图。
具体实施方式
41.以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
42.本技术的子母集群式水下无人潜航器，可由母体潜航器分离释放出多个子体潜航器，执行军事侦察、地质勘探等任务，可显著增大潜航器作业半径，提高工作效率。
43.如图1～图5所示，子母集群式水下无人潜航器，包括至少一个母体潜航器和若干个子体潜航器，子体潜航器位于母体潜航器内部；
44.子体潜航器呈筒体形状，子体潜航器上设置有用于驱动的推进器；
45.母体潜航器包括自前向后依次连接的控制舱、回收舱、引导舱；
46.控制舱包括：位于最前端的半球形的防撞壳10，连接在防撞壳10后呈筒状的防水壳体11，连接在防水壳体11后端的封水件12以及驱动控制组件；防撞壳10和防水壳体11围成头部蓄水腔1a，防撞壳10、防水壳体11和封水件12水密连接并围成安装腔1b；
47.半球形防撞壳10构成水滴形结构，有利于减小水阻同时作为保护结构，蓄水腔设置于最前端，通过蓄水腔内注水排水来控制母体潜航器前端自重，进而快速调节控制母体潜航器的俯仰角。
48.在实际使用过程中，根据作业任务类型或续航需求的差异或者所携带子体潜航器数量的不同，可能需要对母体潜航器以及子体潜航器内搭载的设备或结构进行灵活组合，为保证能够在配置改变后能够快速调整潜航器自身重力平衡和分配，在防撞壳10和防水壳体11的左右侧对称设置有若干沉孔状的平衡腔9a；平衡腔9a内设置有可拆卸的配重件9c，可拆卸的配重件能够更灵活的改变前后以及左右不同方向的重力分布。
49.特别的，为保证潜航器在运动过程中前述配重件保持稳定，本实施例中，在平衡腔9a的腔底设置有定位柱9b，平衡腔9a的开口处该设有盖板9d，盖板9d外表面与相邻的防撞壳10或防水壳体11外表面顺滑连接，配重件9c由多个可套接在定位柱9b上的环形定位块组成。
50.其中驱动控制组件包括设置于安装腔1b内的电源模块101、伺服电机102、无线收发模块104、舵机107、摆臂108以及设置于安装腔1a下侧的推进器103；其中电源模块一般是指直流蓄电模块，其中无人潜航器等无人控制装备的控制系统以及模块已经十分成熟，包括母体潜航器中还设有用于支持前述模块或设备使用的电路、固定结构等常见常用设备或结构，其控制系统结构与传统无人潜航器等一致，属于本领域都熟知的，因此本技术中对此不予赘述。
51.本技术主要在于潜航器的主体结构，其中，推进器103的主轴穿透防水壳体11后与伺服电机102的电机轴传动连接；根据伺服电机类型的不同，可能还需要配置减速机或直角齿轮传动结构等用于改善驱动传递比或传递方向的设备。
52.摆臂108连接在舵机107的输出轴上并可在舵机驱动下沿前后方向运动，摆臂108上设置有第一条形孔108a，第一条形孔内设有滑动件109；蓄水腔1a底部通过管道及电磁阀与一个双向水泵连通，双向水泵的一个进出口连通至防水壳体11外部空间；
53.封水件12上设置有连接至回收舱的连接孔道12a和第一过孔12b；第一过孔12b内设置有操作杆110，操作杆110前端与滑动件109连接；
54.其中摆臂108用于控制操作杆110运动，利用操作杆110来实现回收舱的打开关闭，进而在母体潜航器运动过程中，防止处于停机状态的子体潜航器从母体中意外脱离。
55.其中无线收发模块主要用于潜航器之间以及潜航器与控制台之间的数据指令的无线传输，为便于使用，在潜航器外表上可能还设置有用于固定或安装无线传输天线等附件的结构或孔槽，如图5所示，在本实施例中，防水壳体11的顶部设置有用于安装天线8a的孔，作为基本常识，易知的，为保证防水壳体11内部的水密封性能，这些孔包括壳体各处缝隙还应当进行必要的密封处理，包括但不限于使用密封圈或密封胶等。
56.特别的，为使潜航器更加轻量化，更便于使用，本实施例中，防水壳体11为筒状壳体结构，封水件12为外径与防水壳体11外径一致的圆柱体结构，封水件12的前后端分别设置有柱形连接部，封水件12前端的柱形连接部插入防水壳体11后端开口中；采用柱形壳体结构与前侧半球形壳体形成水滴形流线结构有利于减小潜航器前侧反射面积以及水阻，提高灵活性。
57.其中，回收舱主要用于容纳保护子体潜航器，保证在母体潜航器投放过程中，子体潜航器能够顺利进入母体并安全停留，回收舱内设置有容纳腔2a和中部蓄水腔2b，容纳腔2a后端开口，回收舱上设置有连通至容纳腔2a前端的前泄水孔2d；中部蓄水腔2b通过管道及电磁阀与双向水泵连通；前泄水孔2d从前连接壳20和前段筒体上挖出，前连接壳20内壁和前段筒体外壁之间形成前消涡腔20a；
58.本实施例中，回收舱包括筒状壳体结构的前连接壳20和主舱体21；
59.前连接壳20外径与防水壳体11外径一致，封水件12后端的柱形连接部插入前连接壳20前端开口中；
60.封水件12的后端面设置有定位连接槽12c；
61.主舱体21由前后两段同轴设置的筒体连接构成，前后两段筒体的内径一致，后段筒体外径与防水壳体11外径一致；前段筒体插入定位连接槽12c中，后段筒体与前连接壳20同轴连接，前后两段筒体的内壁与定位连接槽12c围成容纳腔2a；中部蓄水腔2b从后段筒体的筒壁中挖出。
62.因为子体潜航器在进出母体潜航器的过程中，会引起母体潜航器自重的分配变化，通过设置主舱体21及其内部的中部蓄水腔2b，可以利用水泵更好的控制母体潜航器自重，更加灵活自由的进行作业。
63.引导舱内设有与容纳腔2a后端开口连通的引导通道3a，引导舱上设置有分别连通至引导通道3a前后端的后泄水孔3c；
64.本实施例中，引导舱包括筒状结构且同轴设置的后连接壳30和内连接壳31；后连接壳30外径与防水壳体11外径一致，内连接壳31内径与主舱体21内径一致；引导通道3a由内连接壳31内壁围成；后泄水孔3c从后连接壳30和内连接壳31上挖出，后连接壳30内壁和内连接壳31外壁之间围成后消涡腔30a；为提高控制性能，在消涡腔30a内设置有可套在内连接壳31上的环形配重体33；
65.为便于子体潜航器找正定位，便于回收，在后连接壳30的后端设置有喇叭形引导壳体32，引导壳体32的大口朝后且边缘与后连接壳30的后边缘连接，小口超前且与内连接壳31的后边缘连接。
66.使用过程中子体潜航器从后侧进入引导通道和容纳腔内进行停留，本技术中容纳腔和引导通道为半封闭式结构，以减小排水量，提高控制性能，潜航器运动过程中腔内存在液体，为避免子体潜航器回收或释放过程中液体产生负压以及涡流，通过前述壳体分离结构以及泄水孔道，可以保证母体潜航器腔道内外水流通畅，维持内外水压，保持平衡。
67.还包括翻盖4，翻盖4通过连杆结构与操作杆110的后端连接；
68.滑动件109在摆臂108摆动过程随之前后运动并带动操作杆110前后滑动，操作杆110前后运动时通过连杆结构使翻盖4打开或者关闭。
69.本实施例中，翻盖4为喇叭形引导壳体32的一部分；内连接壳31的外壁上图设置有突出的支撑部31a，支撑部1a上设有用于支撑操作杆110的通孔。
70.作为一种优选方案，本实施例中，连杆结构包括c形连杆50、中间杆51和摆杆52；内连接壳31后端外壁上设置有定位台；c形连杆50的后端紧贴在翻盖4前侧，前端通过转轴铰接在定位台上，摆杆52的中部通过转轴铰接在定位台上，两端分别与操作杆110的后端以及c形连杆50中部铰接。
71.作为一种优选的潜航器角度控制装置，在母体潜航器上设置有进出水口分别设置在母体潜航器左右侧的转向水泵。
72.作为潜航器功能需求的补充，在必要时，母体潜航器和个子体潜航器上可分别配用于提供航行姿态反馈的hcm365全姿态三维电子罗盘、用于实现无线通讯的无线通讯终端。
73.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种子母集群式水下无人航行器，包括至少一个母体潜航器和若干个子体潜航器，其特征在于，所述子体潜航器位于母体潜航器内部；子体潜航器呈筒体形状，子体潜航器上设置有用于驱动的推进器；母体潜航器包括自前向后依次连接的控制舱、回收舱、引导舱；控制舱包括：位于最前端的半球形的防撞壳(10)，连接在防撞壳(10)后呈筒状的防水壳体(11)，连接在防水壳体(11)后端的封水件(12)以及驱动控制组件；防撞壳(10)和防水壳体(11)围成头部蓄水腔(1a)，防撞壳(10)、防水壳体(11)和封水件(12)水密连接并围成安装腔(1b)；驱动控制组件包括设置于安装腔(1b)内的电源模块(101)、伺服电机(102)、无线收发模块(104)、舵机(107)、摆臂(108)以及设置于安装腔(1a)下侧的推进器(103)；所述推进器(103)的主轴穿透防水壳体(11)后与伺服电机(102)的电机轴传动连接；所述摆臂(108)连接在舵机(107)的输出轴上并可在舵机驱动下沿前后方向运动，摆臂(108)上设置有第一条形孔(108a)，第一条形孔内设有滑动件(109)；所述蓄水腔(1a)底部通过管道及电磁阀与一个双向水泵连通，双向水泵的一个进出口连通至防水壳体(11)外部空间；封水件(12)上设置有连接至回收舱的连接孔道(12a)和第一过孔(12b)；第一过孔(12b)内设置有操作杆(110)，操作杆(110)前端与滑动件(109)连接；回收舱内设置有容纳腔(2a)和中部蓄水腔(2b)，容纳腔(2a)后端开口，回收舱上设置有连通至容纳腔(2a)前端的前泄水孔(2d)；中部蓄水腔(2b)通过管道及电磁阀与双向水泵连通；所述引导舱内设有与容纳腔(2a)后端开口连通的引导通道(3a)，引导舱上设置有分别连通至引导通道(3a)前后端的后泄水孔(3c)；还包括翻盖(4)，翻盖(4)通过连杆结构与操作杆(110)的后端连接；所述滑动件(109)在摆臂(108)摆动过程随之前后运动并带动操作杆(110)前后滑动，操作杆(110)前后运动时通过连杆结构使翻盖(4)打开或者关闭。2.根据权利要求1所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述防水壳体(11)为筒状壳体结构，所述封水件(12)为外径与防水壳体(11)外径一致的圆柱体结构，封水件(12)的前后端分别设置有柱形连接部，封水件(12)前端的柱形连接部插入防水壳体(11)后端开口中；所述回收舱包括筒状壳体结构的前连接壳(20)和主舱体(21)；所述前连接壳(20)外径与防水壳体(11)外径一致，封水件(12)后端的柱形连接部插入前连接壳(20)前端开口中；封水件(12)的后端面设置有定位连接槽(12c)；所述主舱体(21)由前后两段同轴设置的筒体连接构成，前后两段筒体的内径一致，后段筒体外径与防水壳体(11)外径一致；前段筒体插入定位连接槽(12c)中，后段筒体与前连接壳(20)同轴连接，前后两段筒体的内壁与定位连接槽(12c)围成容纳腔(2a)；前泄水孔(2d)从前连接壳(20)和前段筒体上挖出，前连接壳(20)内壁和前段筒体外壁之间形成前消涡腔(20a)；中部蓄水腔(2b)从后段筒体的筒壁中挖出。3.根据权利要求2所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述引导舱包括筒状结构且同轴设置的后连接壳(30)和内连接壳(31)；
所述后连接壳(30)外径与防水壳体(11)外径一致，内连接壳(31)内径与主舱体(21)内径一致；引导通道(3a)由内连接壳(31)内壁围成；后泄水孔(3c)从后连接壳(30)和内连接壳(31)上挖出，后连接壳(30)内壁和内连接壳(31)外壁之间围成后消涡腔(30a)。4.根据权利要求3所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述后连接壳(30)的后端设置有喇叭形引导壳体(32)，引导壳体(32)的大口朝后且边缘与后连接壳(30)的后边缘连接，小口超前且与内连接壳(31)的后边缘连接。5.根据权利要求3所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述翻盖(4)为喇叭形引导壳体(32)的一部分；所述内连接壳(31)的外壁上图设置有突出的支撑部(31a)，支撑部(1a)上设有用于支撑操作杆(110)的通孔。6.根据权利要求3所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述消涡腔(30a)内设置有可套在内连接壳(31)上的环形配重体(33)；所述防撞壳(10)和防水壳体(11)的左右侧对称设置有若干沉孔状的平衡腔(9a)；平衡腔(9a)内设置有可拆卸的配重件(9c)。7.根据权利要求6所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述平衡腔(9a)的腔底设置有定位柱(9b)，平衡腔(9a)的开口处该设有盖板(9d)，盖板(9d)外表面与相邻的防撞壳(10)或防水壳体(11)外表面顺滑连接，所述配重件(9c)由多个可套接在定位柱(9b)上的环形定位块组成。8.根据权利要求3所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述连杆结构包括c形连杆(50)、中间杆(51)和摆杆(52)；所述内连接壳(31)后端外壁上设置有定位台；所述c形连杆(50)的后端紧贴在翻盖(4)前侧，前端通过转轴铰接在定位台上，摆杆(52)的中部通过转轴铰接在定位台上，两端分别与操作杆(110)的后端以及c形连杆(50)中部铰接。9.根据权利要求1所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述母体潜航器上设置有进出水口，分别设置在母体潜航器左右侧的转向水泵。10.根据权利要求1所述的子母集群式水下无人航行器，其特征在于，所述母体潜航器和子体潜航器上分别配有用于提供航行姿态反馈的hcm365全姿态三维电子罗盘、用于实现无线通讯的无线通讯终端。

技术总结
本发明属于水下无人潜航器技术领域，尤其涉及一种子母集群式水下无人潜航器。包括至少一个母体潜航器和若干个子体潜航器，子体潜航器位于母体潜航器内部；子体潜航器上设置有用于驱动的推进器；母体潜航器包括自前向后依次连接的控制舱、回收舱、引导舱；本申请的子母集群式水下无人潜航器结构紧凑合理，制造和使用成本低，控制维护方便，具有控制效率高，平衡性好的特点，通过子母集群式组合方案，能够发挥母体潜航器续航能力好，维持稳定性高，子体潜航器使用灵活、隐蔽性好的特点，在进行远程投递，多任务连续作业以及远距离跟踪和近距离侦查等方面具有良好应用前景，其结构简单、控制方便的回收和装载结构，有利于提高作业效率。有利于提高作业效率。有利于提高作业效率。


技术研发人员：陈佳宝 潘炜 彭利坤 吕帮俊 罗松沐 黄斌 陈佳 何曦光 宋飞
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/4/5