專利名稱：一種可控制水下拖曳體的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及海洋水下探測裝置的載體，具體是指一種可控制水下拖曳體。
背景技術：
可控制水下拖曳體是水下拖曳系統的關鍵組成部分，它通過拖曳纜繩由水面拖曳船拖曳而執行水下探測任務，其體內可根據不同的用途搭載營養鹽、PH值等各種水下化學元素探測傳感器或聲納、光學攝像頭等聲、光物理探測傳感器。拖曳船上的操作者可以通過一定的控制方式實施對拖曳體的軌跡與姿態控制來達到執行不同水下動態探測任務的目的。水下環境探測傳感器的工作性質要求拖曳體工作時姿態穩定、并具有快速靈活的姿態、軌跡調節與控制能力。如何按照水下拖曳軌跡要求實現對拖曳體的簡便、靈活、穩定操縱，是可控制拖曳體是否經濟實用、具有市場價值的關鍵。
現有的可控制水下拖曳體中，對于拖曳體的軌跡或深度控制主要由通過改變拖曳體控制面(迫沉水翼)攻角來實現。各種以改變拖曳體控制面攻角實現對拖曳體控制的結構形式中，具有代表性的是日本九州大學所開發的名稱為“Flying Fish”、“DELTA”的可控制水下拖曳體，這兩種拖曳體以一定的控制技術、通過改變拖曳體控制面攻角從而實現對拖曳體的深度和姿態(橫搖、縱傾)操縱Flying Fish拖曳體主要通過由攻角可控制的主水平控制面(迫沉水翼)產生的迫沉力實現其深度控制；通過調整不同的尾水平控制面攻角來實現其橫搖、縱傾等姿態控制；DELTA為一固定控制面的拖曳體，它通過遙控拖曳體內的螺桿機構調節其重心位置改變拖曳體控制面攻角而實現其深度控制。現有其它常規可控制水下拖曳體的軌跡操縱與控制方式基本上與Flying Fish和DELTA相似。
從外部形式看，目前世界各國所開發的可控制拖曳體基本上是仿照飛機的外形，以若干固定或可調攻角的控制面(迫沉水翼)加上裝載了水下探測儀器的柱形主體組成。如日本的Flying Fish、DELTA、加拿大的Aurora、烏克蘭的Towed Torpedo以及華南理工大學的旁視聲納水下拖曳體等均采用了這種形式。這類柱形主體形式拖曳體的主要缺陷是主體的縱、橫搖阻尼較小，導致拖曳過程中拖曳體的縱、橫搖角較大，為實現拖曳體軌跡與姿態的穩定控制以保證其正常工作，必須不斷地調節拖曳體控制面的攻角，或人為改變拖曳點位置。這需要復雜的控制機構和操縱動作，從而增大了拖曳體控制系統設計的復雜程度和使用者操縱的難度，使得這些拖曳體由于控制機構復雜、結構龐大或難以具有良好的姿態穩定能力而得不到推廣使用。另一方面，現有的一些輕便的拖曳體則由于控制動作單一、不易保證操作過程中拖曳體的穩定，難以在實際水下作業中得到滿意的使用。顯然，上述現有可控水下拖曳體的缺陷已成為制約可控制拖曳體向實用化方向發展的一大障礙。
發明內容
本實用新型的目的就是為了克服現有技術的缺點和問題，提供一種自我穩定能力強、控制機構簡單、通用性好并且具有較高實用價值和商業價值的可控制水下拖曳體。
本實用新型通過下述技術方案實現本可控制水下拖曳體包括主體、迫沉水翼、姿態穩定浮體，兩個所述迫沉水翼通過轉軸對稱設置在主體的連接支座兩側，所述姿態穩定浮體設置在主體的連接支座頂端，所述主體上設置有拖曳部件，主體內部設置有控制機構，所述轉軸與控制機構連接。其特征在于所述主體是翼型矩形主體，其兩側面對稱設置有邊板，尾部對稱設置有兩個螺旋槳推進器，所述螺旋槳推進器與所述控制機構電路連接，所述迫沉水翼為對稱或非對稱機翼型，姿態穩定浮體是對稱機翼型，兩個所述迫沉水翼的內、外端部分別設置有邊板。
所述主體的邊板高出主體的上表面20～60mm，所述迫沉水翼邊板尺寸比迫沉水翼的前、后兩端分別突出10～30mm，比迫沉水翼的最大厚度的上、下兩端分別突出10～30mm。這樣有利于分別在主體、迫沉水翼的上、下表面形成水流壓力差，從而產生有效的迫沉力以抵抗拖曳纜繩的阻尼力，實現對拖曳體的深度操縱。
所述主體上表面還固定設置有吊環，其用于所述可控水下拖曳體拖曳作業前的下水輔助操作。
所述拖曳部件是設有開孔的拖曳桿，其上、下端分別與所述吊環、連接支座固定連接。通過該設有多個開孔的拖曳桿，可以方便地調整纜繩的拖曳位置。
所述主體前后端下部按海洋探測任務的需要可設置海水進出口導管。
所述主體采用翼型矩形形狀的外形，利用它的機翼外形在拖曳作業中產生附加的向下迫沉力以抵抗纜繩的阻尼力；矩形外形具有較大的縱、橫搖阻尼因而可以減少拖曳體縱、橫搖運動的幅值；較之傳統的柱型主體它具有更充裕的體內空間來布置各種類型的海洋探測傳感器來執行不同的探測任務。為了增加主體的機翼效應和轉首操縱能力，在所述主體兩側設置了邊板。主體的基本功能是根據不同的海洋調查任務搭載不同類型的海洋物理、化學參數采樣傳感器如鹽度、氨氮、硝氨磷、PH值等海洋化學元素傳感器或聲納、光學攝像頭、壓力等聲、光物理傳感器。對于搭載了海洋化學元素傳感器或相關物理傳感器的主體，在主體上前后端下部設置的海水進出口導管可以引導海水穿過體內的傳感器以實現對相關海洋參數的采集。
所述迫沉水翼其攻角可由設在拖曳體內的控制機構調節，它主要起到對拖曳體產生迫沉力并作為誘導改變翼型矩形主體的來流攻角，進而改變拖曳體沉深的作用，其通過所述轉軸與控制機構連接，實現轉角操縱動作；所述迫沉水翼兩端設置邊板以達到增加迫沉水翼的有效展弦比、減少翼展從而達到使結構緊湊的目的。
所述姿態穩定浮體在拖曳過程中起到提供搖蕩回復力矩、增加拖曳體的橫縱搖阻尼、減少其搖蕩幅度的作用，同時其對稱的機翼型外形在直線拖曳作業中附加作為拖曳體的方向穩定機構。
所述螺旋槳推進器的主要作用是以勻速或變速啟動某一個螺旋槳推進器，或以相反轉向同時啟動兩個螺旋槳推進器，對拖曳體產生水平面上的回轉力矩、為拖曳體的橫蕩和轉首運動提供初始誘導力矩，從而在保持姿態穩定的前提下，達到以較少的控制動作，實現對拖曳體進行大范圍、多自由度操縱的目的。
本實用新型與現有技術相比，具有如下優點與有益效果(1)姿態穩定性好，本實用新型所述可控制水下拖曳體其縱、橫搖阻尼都較大，在拖曳過程中表現出了良好的姿態穩定特性，具有比較強的自主穩定能力，減少了使用者維持其姿態穩定所要求發出的控制動作，降低了控制系統的設計要求；(2)深度操縱效率高，本實用新型所述翼型矩形主體除了具有較大的縱橫搖阻尼、較充裕的空間在其體內布置傳感器的優點外，主體自身也具有迫沉水翼的功能，比傳統的園柱型主體具有更高的深度操縱效率；(3)操縱范圍大、自由度多，本實用新型所述主體的尾部設置螺旋槳推進器可以驅動本可控制水下拖曳體改變其首向角并誘導其在橫向方向的運動，從而擴大了拖曳體的觀測采樣方位角與空間。
圖1是本實用新型可控制水下拖曳體的外形結構側視示意圖；圖2是本實用新型可控制水下拖曳體的外形結構俯視示意圖；具體實施方式
下面結合實施例，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
圖1、2給出了本實用新型可控制水下拖曳體的具體結構，如圖1、2所示，本可控制水下拖曳體包括主體2、迫沉水翼7、姿態穩定浮體10，主體2是翼型矩形主體，其兩側面對稱設置有邊板3，邊板3高出主體的上表面約20～60mm；兩個迫沉水翼7通過轉軸8對稱設置在主體2的連接支座9兩側，姿態穩定浮體10設置在主體2的連接支座9上方，迫沉水翼7可以是對稱或非對稱機翼型、姿態穩定浮體10是對稱機翼型，兩個迫沉水翼7的內、外端部分別設置有邊板11，迫沉水翼邊板11的長度比迫沉水翼7的弦長大20～60mm，迫沉水翼7弦長是250mm，迫沉水翼邊板11比迫沉水翼7的前、后兩端分別突出10～30mm，迫沉水翼邊板11的高度比迫沉水翼7的最大厚度大20～60mm，迫沉水翼7的最大厚度是35mm，迫沉水翼邊板11比迫沉水翼7的最大厚度的上、下兩端分別突出10～30mm；主體2內部設置有控制機構，轉軸8與控制機構連接，主體2尾部對稱設置有兩個螺旋槳推進器12，螺旋槳推進器12與控制機構電路連接；主體2上表面設置有拖曳桿5，拖曳桿5設有5個開孔6，其上、下端分別與主體上表面的吊環4、連接支座9固定連接；主體2前后端下部可根據海洋調查任務的需要設置進出口導管1。
本實用新型可控制拖曳體的工作過程是(1)根據不同的探測任務，在翼型矩形主體2內布置相應類型的海洋探測傳感器，對于搭載了海洋化學元素傳感器或相關物理傳感器的主體，在主體上前后端設置的海水進出口導管1可以引導海水穿過體內的傳感器以實現對相關海洋參數的采集。(2)在拖曳桿5上選擇適當的開孔6通過纜繩與拖曳船連接，并通過吊環4將本拖曳體放置到海上。(3)在拖曳過程中，通過主體2翼型矩形形狀的外形，在拖曳作業中產生附加的向下迫沉力以抵抗纜繩的阻尼力，利用其較大的縱、橫搖阻尼減少拖曳體縱、橫搖運動的幅值；通過主體兩側設置的邊板3增加主體的機翼效應和轉首操縱能力；通過操縱設在拖曳體內的控制機構，調節迫沉水翼7的攻角，對拖曳體產生迫沉力并作為誘導改變翼型矩形主體2的來流攻角，進而改變拖曳體沉深，并通過迫沉水翼7兩端設置的邊板11，增加迫沉水翼7的有效展弦比、減少翼展；通過姿態穩定浮體10提供搖蕩回復力矩、增加拖曳體的橫縱搖阻尼、減少其搖蕩幅度，同時其對稱的機翼型外形在直線拖曳作業中附加作為拖曳體的方向穩定機構；通過以勻速或變速啟動某一個螺旋槳推進器12，或以相反轉向同時啟動兩個螺旋槳推進器12，對拖曳體產生水平面上的回轉力矩、為拖曳體的橫蕩和轉首運動提供初始誘導力矩，在保持姿態穩定的前提下，以較少的控制動作，實現對拖曳體進行大范圍、多自由度的操縱。
如上所述，便可較好地實現本實用新型。
權利要求1.一種可控制水下拖曳體，包括主體、迫沉水翼、姿態穩定浮體，兩個所述迫沉水翼通過轉軸對稱設置在主體的連接支座兩側，所述姿態穩定浮體設置在主體的連接支座上方，所述主體上設置有拖曳部件，主體內部設置有控制機構，所述轉軸與控制機構連接，其特征在于所述主體是翼型矩形主體，其兩側面對稱設置有邊板，尾部對稱設置有兩個螺旋槳推進器，所述螺旋槳推進器與所述控制機構進行電路連接，所述迫沉水翼為對稱或非對稱機翼型，所述姿態穩定浮體是對稱機翼型，兩個所述迫沉水翼的內、外端部分別設置有邊板。
2.按權利要求1所述一種可控制水下拖曳體，其特征在于所述主體的邊板高出主體的上表面20～60mm，所述迫沉水翼邊板尺寸比迫沉水翼的前、后兩端分別突出10～30mm，比迫沉水翼的最大厚度的上、下兩端分別突出10～30mm。
3.按權利要求1所述一種可控制水下拖曳體，其特征在于所述主體上表面還固定設置有吊環。
4.按權利要求1所述一種可控制水下拖曳體，其特征在于所述拖曳部件是設有開孔的拖曳桿，其上、下端分別與所述吊環、連接支座固定連接。
5.按權利要求1所述一種可控制水下拖曳體，其特征在于所述主體前后端下部設置有進出口導管。
專利摘要本實用新型提供一種可控制水下拖曳體，包括主體、迫沉水翼、姿態穩定浮體，兩個迫沉水翼通過轉軸對稱設置在主體的連接支座兩側，姿態穩定浮體設置在主體的連接支座上方，主體上設置有拖曳部件，主體內部設置有控制機構，轉軸與控制機構連接，主體是翼型矩形主體，其兩側面對稱設置有邊板，尾部對稱設置有兩個螺旋槳推進器，螺旋槳推進器與控制機構進行電路連接，迫沉水翼是對稱或非對稱機翼型，姿態穩定浮體是對稱機翼型，兩個迫沉水翼的內、外端部分別設置有邊板。本拖曳體姿態穩定性好，自主穩定能力強，深度操縱效率高，操縱范圍大、自由度多，控制機構簡單，具有較強的實用價值與商業價值。
文檔編號B63G8/14GK2767321SQ20052005425
公開日2006年3月29日 申請日期2005年1月31日 優先權日2005年1月31日
發明者吳家鳴, 葉家瑋 申請人:華南理工大學