利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2022114015844
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,其特征在于,浮筒载具为长条形,沿其长度方向依次包括探头前端盖、浮力舱、近海面姿态稳定段、姿态调节段、探头搭载段和探头阻挡塞,所述浮力舱和姿态调节段为密封段,近海面姿态稳定段和探头搭载段为内外压平衡的开放式结构;

探头前端盖为半球形结构,所述浮力舱沿其长度方向依次包括前空腔、伸缩弹簧、第一端盖、浮心调节压杆和第二端盖,前空腔上设有伸缩弹簧固定凹槽,所述伸缩弹簧一端连接伸缩弹簧固定凹槽,另一端连接第一端盖,所述浮心调节压杆的两端分别连接第一端盖和第二端盖;

近海面姿态稳定段包括凸台拉杆和姿态稳定翼片,所述凸台拉杆连接所述第二端盖,姿态稳定翼片上设有沿其长度的半开放式矩形槽,凸台拉杆的杆体位于多个姿态稳定翼片之间,沿凸台拉杆的周向设有多个与半开放式矩形槽位置对应的凸台;

所述探头搭载段圆柱形线轴探头搭载段侧壁上设有圆形开孔;所述探头阻挡塞和探头搭载段之间设有弹簧机构,弹簧机构沿其长度方向依次包括金属圆台、复位弹簧、电磁铁安装凹槽、导线放置凹槽、压力开关放置孔和后端密封盖。

2.如权利要求1所述的一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,其特征在于,沿近海面姿态稳定段的周向均匀分布四个姿态稳定翼片。

3.如权利要求2所述的一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,其特征在于,所述第一端盖上设有用于平衡舱内气压的通气孔。

4.如权利要求3所述的一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,其特征在于,沿浮力舱内壁的周向均匀布设四个凸台挡板。

5.如权利要求4所述的一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,其特征在于,所述姿态调节段内部设有用于调节浮筒载具运动姿态的摆式调谐质量阻尼器。

6.如权利要求5所述的一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,其特征在于,金属圆台的宽底面朝向探头搭载段,窄底面连接复位弹簧的一端,复位弹簧的另一端连接弹簧机构的外壳上的弹簧固定凸台。

7.如权利要求6所述的一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,其特征在于,所述金属圆台四周设有弹性固定片,所述弹性固定片沿金属圆台轴向设置,弹簧机构的外壳的内壁上设有与弹性固定片配合的挡块。

8.一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具的使用方法,其特征在于,使用如权利要求7所述的一种可自修正姿态的水下无动力浮筒载具,包括:S1.发射前准备;

将温盐深测量仪探头放入探头搭载段内,将浮筒载具装载到潜航器的发射舱内,装载完毕后潜航器的发射舱体开始注水加压,与潜航器下潜深度等深的海水注入发射舱中,同时高压海水通过姿态稳定翼片上设置的透水孔进入近海面姿态稳定段中,第二端盖在海水压力作用下带动浮心调节压杆向载具顶部移动,抬高浮力舱内气室的浮心高度;

当第二端盖接触到凸台挡板时受到阻挡停止移动,凸台拉杆在浮心调节压杆的带动下向上运动,凸台进入半开放式矩形槽中,姿态稳定翼片被锁定;

当压力开关在深海压力作用下给电磁铁通电后,金属圆台在磁力作用下向电磁铁的方向移动,金属圆台移动过程中会使得弹性固定片受压变形,逐渐与挡块接触,以防止探头阻挡塞脱落;

S2.发射实施;

从潜航器的发射舱中将浮筒载具推出,圆柱形线轴上缠绕的信号传输细导线从圆形开孔中释放并与潜航器上搭载的信号接收端连接;

S3.建立与浮筒载具相关的坐标系统;

坐标系 :该坐标系的原点 位于浮筒载具的质心上; 轴正方向沿浮筒载具纵向方向指向浮筒载具头部; 轴垂直于 轴,在浮筒载具的对称面内;

轴与 轴和 轴垂直,并与 轴和 轴构成右手直角坐标系;

惯性坐标系 :该坐标系的原点 位于搭载平台的发射点; 轴位于发射点水平面内,指向发射方向; 轴垂直于 轴,正方向沿发射点处的铅垂线向上;

轴与 轴和 轴垂直,并与 轴和 轴构成右手直角坐标系;

S4.载具上升;

当浮筒载具由发射平台发射入水后,其运动状态视为自由运动,在运动过程中所受的力有重力、浮力、流体动力和附加力,在发射惯性系中,浮筒载具浮筒载具的质心平动和绕质心转动的动力学模型分别展开为:(1);

(2);

式(1)中m为浮筒载具和搭载探头的总质量; 为浮筒载具在各方向的倾动线速度; 为浮筒载具在各方向的倾动角速度; 、 、 为附加质量; 为附加力; 为流体动力;

为浮力; 为重力,式(2)中 为转动惯量; 、 、

为附加转动惯量; 为附加力矩; 为流体动力

矩; 为浮力矩,变量上方的 表示为该变量的一阶导数;

附加力和附加力矩展开为:

(3);

(4);

其中, 、 、 为附加质量; 、 为附加静力矩; 、 、 为附加转动惯量,浮筒载具为光滑的轴对称体,有: 、 、 ,式(3)和式(4)简化为:(5);

(6);

S5.近海面探头释放;

随着载具不断上升,近海面姿态稳定段中压力随着海水深度减小而不断减小,此时浮心调节压杆在伸缩弹簧的作用下开始逐渐向下移动,当到达临近海面的某一深度时浮心调节压杆恢复到初始位置,凸台在第二端盖的推动下从半开放式矩形槽中滑出,姿态稳定翼片在弹簧固定结构的作用下弹开实现上浮末端减速,稳定浮筒载具出水姿态;

随着浮心调节压杆的下移,浮力段中的气室也随之增大,当到达海面时探头阻挡塞底部密封端盖上安装的压力开关断开,电磁铁失去磁性,此时金属圆台在复位弹簧的推动下恢复到原位,弹性固定片和挡块脱离,探头阻挡塞弹开释放温盐深测量仪探头。