一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机及其工作方法与流程

1.本发明涉及水下观测与探测设备技术领域，具体涉及一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机及其工作方法。


背景技术：

2.水下滑翔机(aug)作为自主式水下航行器(auv)的一个分支，是一种新型的海洋观测与探测平台，因为其体积小、长时序、大范围且高自治性的特点，而被广泛的应用于海洋信息观测以及海洋开发利用之中；尤其是采用滑翔运行，大部分运行过程中非常安静，非常适合作为声学传感器搭载平台。但是由于水下滑翔机平台的机动性能较差，在实际应用中受到一些限制，比如在海流较大海域的探测任务，无法实现定点保持，编队队形保持能力较差。
3.近来，也有一些研究人员尝试在水下滑翔机的尾部增加推进装置，通过推进装置提高水下滑翔机的航行速度，提高其机动性能。然而，由于水下滑翔机的机翼较大，当采用推进装置提高水下滑翔机的航行速度时，较大的机翼会使其在高航速下航行不稳定，同时迎流水阻力显著增加，能耗升高，降低续航。
4.并且，目前水下滑翔机主要搭载两种类型的水听器，一是矢量水听器，一般位于水下滑翔机前端；二是标量水听器，常见的搭载数量为1个至4个，搭载1个标量水听器主要用于海洋声背景场观测；搭载4个标量水听器，分别位于水听器前端、后端及机翼翼梢，组成四水听器阵用于水下目标探测。为了实现更远距离、更高精度的探测，上述矢量水听器及标量水听器阵的搭载方式，尚需进一步优化。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机。
6.进一步，本技术还提供一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机的工作方法。
7.本发明所采用的技术方案是：
8.一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，包括水下滑翔机主体以及安装在该水下滑翔机主体上的天线，还包括垂直舵、水平舵、推进器和水听器阵，所述垂直舵和水平舵呈十字状设置在所述水下滑翔机主体的尾部，所述推进器安装在所述水下滑翔机主体的尾部，所述水听器阵为两组，两组所述水听器阵分别对称安装在所述水下滑翔机主体的两侧、且均沿所述水下滑翔机主体长度方向安装。
9.进一步，所述天线采用板状天线，所述垂直舵包括上侧垂直舵和下侧垂直舵，所述上侧垂直舵与所述下侧垂直舵对称布置，所述板状天线安装在所述上侧垂直舵上。
10.进一步，所述板状天线为扁平状结构，其包括天线底座、天线保护罩和辐射体，所述天线保护罩连接在所述天线底座上，所述辐射体设置在所述天线底座与所述天线保护罩之间、且其上侧与所述天线保护罩紧密接触。
11.进一步，还包括温盐深传感器，该温盐深传感器安装在所述水下滑翔机主体的艏部。
12.进一步，还包括耐压版多普勒测速仪，该多普勒测速仪安装在所述水下滑翔机主体的尾部。
13.进一步，所述水听器阵为长条状，其内侧为与所述水下滑翔机外侧表面相适配的弧形。
14.进一步，所述水听器阵包括阵元主体、前置放大器和输出水密缆，所述阵元主体上布设有16个水听器，所述阵元主体与所述前置放大器连接，所述前置放大器与所述输出水密缆连接，所述输出水密缆与所述水下滑翔机连接。
15.进一步，本技术还提供一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机的工作方法，采用上述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，该滑翔机具有滑翔模式和快速推进模式；工作方法如下：
16.当推进器不参与工作时，水下滑翔机切换为滑翔模式，此时水听器阵开启工作；
17.当推进器参与工作时，水下滑翔机切换为快速推进模式，此时水听器阵关闭。
18.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
20.图1为本技术实施例所提供的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机的结构示意图；
21.图2为图1的俯视图；
22.图3为图1的右视图；
23.图4为本技术实施例所提供的水听器阵的结构示意图；
24.图5为本技术实施例所提供的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机的局部结构示意图；
25.图6为本技术实施例所提供的板状天线爆炸图；
26.图7为本技术实施例所提供的天线保护罩的结构示意图。
27.其中，水下滑翔机主体1、垂直舵2、水平舵3、推进器4、板状天线5、天线保护罩51、第一凹槽511、辐射体52、基体521、外凸部522、天线底座53、第二凹槽531、温盐深传感器6、多普勒测速仪7、水听器阵8、阵元主体9、前置放大器10、输出水密揽11。
具体实施方式
28.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
29.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
30.实施例1
31.参见图1～图7，本技术一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，包括水下滑翔机主体以及安装在该水下滑翔机主体上的天线1以及安装在所述水下滑翔机主体1上的天线，还包括垂直舵2、水平舵3、推进器4和水听器阵8，垂直舵2和水平舵3呈十字状设置在水下滑翔机主体1的尾部，推进器4安装在水下滑翔机主体1的尾部，水听器阵8为两组，两组水听器阵8分别对称安装在水下滑翔机主体1的两侧、且均沿水下滑翔机主体1长度方向安装。
32.本技术通过在水下滑翔机主体1的尾部分别设置垂直舵2、水平舵3和推进器4，使水下滑翔机兼具推进和滑翔两种工作模式，解决了水下滑翔机高航速运行不稳定、能耗高等问题；将水听器阵8对称安装在水下滑翔机主体1的两侧，该水听器布局方案，可使其探测距离更远，探测精度更高。
33.水下滑翔机主体1采用低阻力“myring”水动力外形，水下滑翔机主体1内具有俯仰姿态调节单元和浮力调节单元等常规单元模块，对水下滑翔机进行俯仰和浮力进行调节。水下滑翔机主体1的尾部布置垂直舵2，该垂直舵2竖向布置，包括布置在上侧的上侧垂直舵以及布置在下侧的下侧垂直舵，上侧垂直舵与下侧垂直舵对称布置；在水下滑翔机主体1的水平方向设置水平舵3，该水平舵3呈水平状左右布置，水平舵3与垂直舵2组合形成十字状结构，水平舵3可在水下滑翔机主体1在滑翔模式时起到水平翼的作用，不再需要在水下滑翔机主体1上另外设置水平翼。推进器4安装在水下滑翔机主体1的尾部。
34.采用上述结构，采用融合水平翼功能的水平舵3，使水下航行器在推进器4不工作时具有滑翔功能，在推进器4工作时，较小尺寸的水平舵3提高了水下滑翔机在高速航行时的稳定性，减小迎流水阻力，提高续航能力，保证了推进功能与滑翔功能的兼容性，具有续航时间长、航程远、机动性高以及运行安静等特点，可根据不同的使用条件在推进模式与滑翔模式之间灵活切换，以满足不同应用场景的需求。
35.为了减小水下滑翔机在运行方向上的截面积，天线采用板状天线5，该板状天线5安装在上侧垂直舵2上。
36.具体的，板状天线5为扁平状结构，其包括天线底座53、天线保护罩51和辐射体52，天线保护罩51连接在天线底座53上，辐射体52设置在天线底座53与天线保护罩51之间、且其上侧与天线保护罩51紧密接触。
37.辐射体52为扁平状结构，天线底座53与天线保护罩51均为与辐射体52相适配的扁平状结构。辐射体52采用硬质承压材料制成，参与耐压，对天线保护罩51起到支撑作用。辐射体52包括基体521以及凸出于基体521两侧的外凸部522，基体521和外凸部522均为矩形结构，外凸部522位于基体521的中部。
38.采用该辐射体52，可对天线保护罩51起到支撑作用，因此天线保护罩51的厚度可以设计得较薄，从而较小了天线的排水体积、重量和水下滑翔机运动方向上的截面积，在相同大小浮力的情况下，通讯时的信号稳定性更好，对水下滑翔机的阻力更小。
39.天线保护罩51位于辐射体52的上侧，其采用peek材料制成，信号衰减小。天线保护罩51的内侧设有与基体521配合的第一凹槽511，天线底座53的内侧以及第一凹槽511内分别设有与外凸部522相配合的第二凹槽531，基体521嵌设于第一凹槽511内，基体521两侧的外凸部522对应嵌设在第二凹槽531内，从而使得辐射体52填实在天线保护体内，与天线保护体紧密接触，支撑天线保护体承受海水压力。
40.沿天线保护罩51和天线底座53周向间隔设有多个连接孔，二者通过穿过该连接孔的螺钉连接，将辐射体52压紧，在天线保护罩51与天线底座53之间还设有o型密封圈，实现二者密封连接。
41.板状天线5可直接焊接在上侧垂直舵2上，也可以采用其他密封结构固定在上侧垂直舵2上。
42.为了对海洋环境及水下滑翔机状态进行检测，还包括温盐深传感器6、耐压版多普勒测速仪7(dvl)和高精度导航定位模块；温盐深传感器6安装在水下滑翔机主体1的艏部，用于实时连续测量海洋环境的温度、电导率、压力、盐度、深度、密度、声速等参数；耐压版多普勒测速仪7和高精度导航定位模块安装在水下滑翔机主体1的尾部。
43.水听器阵8为长条状，其内侧为与水下滑翔机外侧表面相适配的弧形，两侧的水听器阵8均沿水下滑翔机长度方向设置；水听器阵8在推进器4工作时关闭、且在推进器关闭时开启工作。
44.水听器阵8包括阵元主体9、前置放大器10和输出水密缆，阵元主体9上布设有16个水听器，组成16阵元，阵元主体9与前置放大器10连接，前置放大器10与输出水密缆连接，输出水密缆与水下滑翔机连接。
45.通过在水下滑翔机的双侧分别搭载16单元水听器阵8，双侧共搭载32单元，并将水听器阵8搭载到水下滑翔机的侧舷位置，避免了因机翼振动对水听器探测精度的影响，且双侧32单元水听器阵布局更为合理，探测距离更远，探测精度更高。
46.实施例2
47.本实施例提供一种搭载双侧水听器阵8的水下滑翔机的工作方法，该工作方法采用实施例1的搭载双侧水听器阵8的水下滑翔机，该滑翔机具有滑翔模式和快速推进模式；工作方法如下：
48.当推进器4不参与工作时，水下滑翔机切换为滑翔模式，此时水听器阵8开启工作。
49.当推进器4参与工作时，水下滑翔机切换为快速推进模式，此时水听器阵8关闭。
50.采用上述结构的水下滑翔机具有滑翔模式和快速推进模式两种模式；当推进器4不参与工作时，水下滑翔机通过其内部的浮力调节单元回油或排油、俯仰调节单元配重块前移或后移，使得水下滑翔机下潜或上浮，进行v形的滑翔运动，此时水下滑翔机工作时具有功耗低、自噪声小的特点。当推进器4参与工作时，水下滑翔机处于高速推进模式，可进行高速定深度的航行，此时水下滑翔机具有功耗低、机动性强的特点。
51.当双侧水听器阵8工作时，可将水下滑翔机切换为滑翔模式；当需要快速机动时，可关闭双侧水听器阵8，将水下滑翔机切换为推进模式，完成快速机动任务后再次切换为滑翔模式，开启双侧水听器阵8。
52.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技
术，以便不模糊对本说明书的理解。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
55.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，包括水下滑翔机主体以及安装在该水下滑翔机主体上的天线，其特征在于，还包括垂直舵、水平舵、推进器和水听器阵，所述垂直舵和水平舵呈十字状设置在所述水下滑翔机主体的尾部，所述推进器安装在所述水下滑翔机主体的尾部，所述水听器阵为两组，两组所述水听器阵分别对称安装在所述水下滑翔机主体的两侧、且均沿所述水下滑翔机主体长度方向安装。2.根据权利要求1所述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，其特征在于，所述天线采用板状天线，所述垂直舵包括上侧垂直舵和下侧垂直舵，所述上侧垂直舵与所述下侧垂直舵对称布置，所述板状天线安装在所述上侧垂直舵上。3.根据权利要求2所述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，其特征在于，所述板状天线为扁平状结构，其包括天线底座、天线保护罩和辐射体，所述天线保护罩连接在所述天线底座上，所述辐射体设置在所述天线底座与所述天线保护罩之间、且其上侧与所述天线保护罩紧密接触。4.根据权利要求1所述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，其特征在于，还包括温盐深传感器，该温盐深传感器安装在所述水下滑翔机主体的艏部。5.根据权利要求1所述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，其特征在于，还包括耐压版多普勒测速仪，该多普勒测速仪安装在所述水下滑翔机主体的尾部。6.根据权利要求1所述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，其特征在于，所述水听器阵为长条状，其内侧为与所述水下滑翔机外侧表面相适配的弧形。7.根据权利要求6所述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，其特征在于，所述水听器阵包括阵元主体、前置放大器和输出水密缆，所述阵元主体上布设有16个水听器，所述阵元主体与所述前置放大器连接，所述前置放大器与所述输出水密缆连接，所述输出水密缆与所述水下滑翔机连接。8.一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机的工作方法，其特征在于，采用权利要求1～7中任一项所述的搭载双侧水听器阵的水下滑翔机，该滑翔机具有滑翔模式和快速推进模式；工作方法如下：当推进器不参与工作时，水下滑翔机切换为滑翔模式，此时水听器阵开启工作；当推进器参与工作时，水下滑翔机切换为快速推进模式，此时水听器阵关闭。

技术总结
本发明公开了一种搭载双侧水听器阵的水下滑翔机及其工作方法，其中，水下滑翔机包括水下滑翔机主体以及安装在该水下滑翔机主体上的天线，还包括垂直舵、水平舵、推进器和水听器阵，垂直舵和水平舵呈十字状设置在水下滑翔机主体的尾部，推进器安装在水下滑翔机主体的尾部，水听器阵为两组，两组水听器阵分别对称安装在水下滑翔机主体的两侧、且均沿水下滑翔机主体长度方向安装；本申请通过在水下滑翔机主体的尾部分别设置垂直舵、水平舵和推进器，使水下滑翔机兼具推进和滑翔两种工作模式，解决了水下滑翔机高航速运行不稳定、能耗高等问题；将水听器阵对称安装在水下滑翔机主体的两侧，该水听器布局方案，可使其探测距离更远，探测精度更高。测精度更高。测精度更高。


技术研发人员：宋庆月 尹云龙 辛爱学 王士昌 吴显辉 李先宏 孙风凯
受保护的技术使用者：青岛蔚海明祥科技有限公司
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/5/16