一种水下无人航行器多载荷水下布放装置和方法

1.本发明涉及水下无人航行器技术领域，尤其涉及一种水下无人航行器多载荷水下布放装置和方法。


背景技术：

2.随着海洋探索和开发技术的不断发展，水下无人航行器(unmanned underwater vehicle,uuv)取得广泛关注和研究，在军事、科学、经济领域发挥重要作用。为提升uuv工作效率，载体平台往往需要搭载尽可能多的设备载荷，并快速完成精准投放作业。但由于实海域环境和投放动作的复杂性，载荷投放存在快速性欠佳、安全性不足、多载荷投放精准度不够等问题。
3.现阶段，航行器载荷投放方法通常分为两类，第一类是外部挂载式，投放时可利用载荷自身负浮力或动力装置，使其与航行器载荷仓分离。第二类是内部发射方式，依靠载荷自身负浮力或发射装置实现与载荷舱的分离。根据载荷自身是否具有动力装置，载荷装置可分为带动力载荷与无动力载荷两种。带动力载荷可采用自航式布放方式，即通过载荷自身推进系统，与航行器实现分离，但这种投放方式一般适用于慢速航行器。无动力载荷需利用外部能源辅助，实现冲压式或弹射式布放，会对航行器产生一定的反向干扰。
4.在众多海洋探测和作业中，往往需要在有限的航行器舱室空间内尽可能多的布置功能载荷，对航行器载荷仓的空间优化设计提出了迫切需求；同时需要实现快速安全载荷投放，并精准控制各载荷之间的空间分布，这对多载荷的投放设计与精准控制技术提出较高要求。
5.因此，本领域的技术人员致力于开发一种水下无人航行器多载荷水下布放装置和方法，以快速高效投放多载荷。


技术实现要素：

6.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：外挂式载荷携带方式，载荷的存在改变了航行器原有的流线型机身，载荷投放前后航行器所受航行阻力将发生变化，影响航行体的航行性能与航行姿态；航行器舱室空间有限，急需空间优化设计；水下多载荷投放作业对快速性、稳定性和安全性的迫切需求。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种水下无人航行器多载荷水下布放装置，包括驱动单元以及内置多载荷的搭载舱，所述搭载舱包括纵向相连的至少两段，每段搭载舱纵向对齐各开设独立的舱门，每段搭载舱沿周向间隔均布多个载荷，不同段的搭载舱内的多个载荷相互错开，每段搭载舱内的多个载荷被分隔单元相互隔开，所述分隔单元可枢转连接在所述搭载舱的中心处，所述驱动单元被配置为驱动所述分隔单元旋转以使所述多个载荷中的一个能够对准其所在段搭载舱的舱门。
8.进一步地，所述不同段的搭载舱内的多个载荷的尺寸、数量均一致。
9.进一步地，所述不同段的搭载舱内的多个载荷相互错开的角度为所述每段搭载舱
内的相邻载荷之间角度和所述搭载舱的段数相除所得。
10.进一步地，所述分隔单元包括主轴和多个肋板，所述主轴可枢转连接在所述搭载舱的中心处，所述多个肋板沿所述搭载舱的纵向间隔开，并且沿所述搭载舱的周向间隔均布，使得所述多个沿所述搭载舱的周向间隔均布的载荷被所述多个肋板相互隔开。
11.进一步地，所述多个肋板与所述主轴固定连接，不与所述主轴发生相对转动。
12.进一步地，所述多个肋板沿所述搭载舱的纵向间隔的数量根据所述载荷的实际长度设置。
13.进一步地，还包括驱动舱，所述驱动舱和首段所述搭载舱相连接，所述驱动舱内置动力系统，用于驱动所述主轴旋转，使得所述多个载荷中的一个能够对准其所在段搭载舱的舱门。
14.进一步地，还包括舱门锁紧单元、载荷固定单元，当不需要布放对应的载荷时，所述舱门锁紧单元锁紧对应的舱门，所述载荷固定单元将所述对应的载荷固定在所述分隔单元上。
15.进一步地，还包括弹射单元，当需要布放对应的载荷时，所述舱门锁紧单元打开以弹出对应的舱门，所述载荷固定单元释放将所述对应的载荷松开，所述弹射单元向所述对应的载荷施加推冲作用，使得对应的载荷在自身重力和推冲作用下完成布放。
16.本发明还提供了一种水下无人航行器多载荷水下布放方法，包括以下步骤：
17.步骤1、驱动主轴转动使搭载舱内的对应的载荷对准舱门的位置；
18.步骤2、舱门锁紧单元打开将对应的舱门弹出，载荷固定单元释放将对应的载荷松开；
19.步骤3、弹射单元向对应的载荷施加推冲作用，使得对应的载荷在自身重力和推冲作用下完成布放；
20.步骤4、重复步骤1至3，使得主轴最终旋转一周，各段搭载舱交替布放内置的所有载荷。
21.与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：
22.(1)未改变航行器的流线型机身，减少了航行时的阻力，同时可携带并投放多枚载荷。
23.(2)通过控制主轴转速可实现多载荷投放时间间隔的精准控制。
24.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
25.图1是本发明的一个较佳实施例的水下无人航行器的结构示意图；
26.图2是本发明的一个较佳实施例的水下无人航行器两段搭载舱剖面示意图；
27.图3是本发明的一个较佳实施例的水下无人航行器的水下布放过程示意图。
28.其中，1-驱动舱，2-搭载舱，3-推进舱，4-载荷，5-舱门，6-主轴，7-肋板。
具体实施方式
29.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便
于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
30.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
31.本发明结合重力解脱和推冲投放的技术优点，提出具有多载荷航行器舱室优化设计以及载荷快速投放方法；根据投放多载荷的空间要求，提出适配性载荷舱舱门位置、数量和载荷舱结构设计；建立高速投放载荷的分离方法；建立多载荷次序出舱精准控制方法，实现多载荷之间投放时间间隔的精准控制。
32.如图1所示，水下无人航行器主要由驱动舱1、搭载舱2以及推进舱3构成。其中载荷4位于水下无人航行器纵向位置的中前部，搭载舱2分为两段，每段搭载舱2配有独立的舱门5，所携带载荷4均内藏于舱内，载荷4的存在不改变水下无人航行器的外壳体保持流线型，保证了水下无人航行器的水下性能；在水下无人航行器航行时舱门5通过舱门锁紧单元锁死，水下无人航行器进行投放作业时舱门5通过弹簧片弹射打开，其宽度尺寸为载荷的1.1倍，既保证了载荷4投放时顺利出舱又避免开口过大降低水下无人航行器的结构强度。
33.如图2所示，每一段搭载舱2内可携带三枚载荷4，三枚载荷4以主轴6为中心，成瓣状分布，各载荷4之间夹角为120度，各载荷4之间通过肋板7连接，肋板7在水下无人航行器平行于其横截面方向依据载荷4实际长度设置若干个，肋板7与主轴6固定，不与主轴6发生相对转动，在水下无人航行器前端驱动舱1内动力系统作用下，主轴6带动肋板7旋转，进而实现载荷4在搭载舱2内的转运，进入待投放位置。
34.如图3所示，uuv多载荷水下布放方法包括以下步骤：
35.步骤1：准备载荷布放，首先由主轴转动使首段搭载舱内的载荷(图3中实线示出)对准舱门的位置，由于六枚载荷存在60度相位差，第二段搭载舱内的载荷(图3中虚线示出)未对准第二段搭载舱的舱门。
36.步骤2：固定在主轴上的舱门锁紧单元打开，弹簧片将舱门弹出，载荷的保险开关打开，保险装置脱落。
37.步骤3：若干对夹爪与夹板释放载荷，搭载舱内的弹射单元对第一个舱段内的第一枚载荷施加推冲作用，载荷在自身重力和推冲作用下完成布放。
38.步骤4：投放完第一枚载荷后，主轴带动肋板旋转60度，将第二段舱室内载荷对准第二段搭载舱的舱门，重复步骤1、2、3，完成第二枚载荷布放。
39.步骤5：主轴最终旋转360度，前后舱段交替释放六枚载荷。通过控制主轴转速可实现多载荷投放时间间隔的精准控制。
40.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，所述装置包括驱动单元以及内置多载荷的搭载舱，所述搭载舱包括纵向相连的至少两段，每段搭载舱纵向对齐各开设独立的舱门，每段搭载舱沿周向间隔均布多个载荷，不同段的搭载舱内的多个载荷相互错开，每段搭载舱内的多个载荷被分隔单元相互隔开，所述分隔单元可枢转连接在所述搭载舱的中心处，所述驱动单元被配置为驱动所述分隔单元旋转以使所述多个载荷中的一个能够对准其所在段搭载舱的舱门。2.如权利要求1所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，所述不同段的搭载舱内的多个载荷的尺寸、数量均一致。3.如权利要求1所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，所述不同段的搭载舱内的多个载荷相互错开的角度为所述每段搭载舱内的相邻载荷之间角度和所述搭载舱的段数相除所得。4.如权利要求1所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，所述分隔单元包括主轴和多个肋板，所述主轴可枢转连接在所述搭载舱的中心处，所述多个肋板沿所述搭载舱的纵向间隔开，并且沿所述搭载舱的周向间隔均布，使得所述多个沿所述搭载舱的周向间隔均布的载荷被所述多个肋板相互隔开。5.如权利要求4所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，所述多个肋板与所述主轴固定连接，不与所述主轴发生相对转动。6.如权利要求4所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，所述多个肋板沿所述搭载舱的纵向间隔的数量根据所述载荷的实际长度设置。7.如权利要求4所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，所述驱动单元包括驱动舱，所述驱动舱和首段所述搭载舱相连接，所述驱动舱内置动力系统，用于驱动所述主轴旋转，使得所述多个载荷中的一个能够对准其所在段搭载舱的舱门。8.如权利要求1所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，还包括舱门锁紧单元、载荷固定单元，当不需要布放对应的载荷时，所述舱门锁紧单元锁紧对应的舱门，所述载荷固定单元将所述对应的载荷固定在所述分隔单元上。9.如权利要求8所述的水下无人航行器多载荷水下布放装置，其特征在于，还包括弹射单元，当需要布放对应的载荷时，所述舱门锁紧单元打开以弹出对应的舱门，所述载荷固定单元释放将所述对应的载荷松开，所述弹射单元向所述对应的载荷施加推冲作用，使得对应的载荷在自身重力和推冲作用下完成布放。10.一种水下无人航行器多载荷水下布放方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、驱动主轴转动使搭载舱内的对应的载荷对准舱门的位置；步骤2、舱门锁紧单元打开将对应的舱门弹出，载荷固定单元释放将对应的载荷松开；步骤3、弹射单元向对应的载荷施加推冲作用，使得对应的载荷在自身重力和推冲作用下完成布放；步骤4、重复步骤1至3，使得主轴最终旋转一周，各段搭载舱交替布放内置的所有载荷。

技术总结
本发明公开了一种水下无人航行器多载荷水下布放装置和方法，所述装置包括驱动单元以及内置多载荷的搭载舱，所述搭载舱包括纵向相连的至少两段，每段搭载舱纵向对齐各开设独立的舱门，每段搭载舱沿周向间隔均布多个载荷，不同段的搭载舱内的多个载荷相互错开，每段搭载舱内的多个载荷被分隔单元相互隔开，所述分隔单元可枢转连接在所述搭载舱的中心处，所述驱动单元驱动所述分隔单元旋转以使所述多个载荷中的一个能够对准其所在段搭载舱的舱门。本发明未改变航行器的流线型机身，减少了航行时的阻力，同时可携带并投放多枚载荷；通过控制主轴转速可实现多载荷投放时间间隔的精准控制。控制。控制。


技术研发人员：温斌荣 李昊辰 田新亮 唐一皓 吴夏 王鹏 刘磊
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/4