一種無人自動定位搭載浮體及實現方法與流程

本發明涉及無人自動定位搭載浮體及實現方法，屬于新型海洋結構物領域。

背景技術：

我國海洋疆域遼闊，海洋資源豐富，大陸海岸線長18000公里，大陸架面積將近110萬平方公里，管轄海域共約300萬平方公里。我國作為發展中的海洋大國，海洋必然是決定我國經濟實力和政治地位的極其重要的因素。因此，海洋經濟的開發、海洋管理、環境保護、捍衛國家海洋權益都迫切需要海洋監測能力作為保障。

小型搭載浮體在民用和軍用方面都有涉及，應用廣泛。它作為新型的海洋監測工具是一種無人值守的、能夠自動、定點、定時、連續對海上各種環境要素進行遙測的監測系統。它與海監飛機、衛星、海洋調查船和潛水器等，構成了立體的海洋監測系統。它可以在各種復雜的海洋環境中提供長期、連續、實時、可靠的海洋觀測數據,是海洋觀測技術中最可靠、最有效、最重要的手段之一。

鑒于小型浮體布放之后只能在固定坐標點開展觀測，得到該坐標附近的海洋觀測要素，如果重新定位布放需要消耗大量船只、人員以及時間。然而建立自主控制的移動海洋監測平臺是海洋學家深入研究海洋環境的迫切需求。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種無人自動定位搭載浮體及實現方法，經過合理的總布置設計，充分利用空間，合理分配配重，使本發明具備了普通浮標良好的穩性、耐波性等性能，同時能在水上航行和自動定位的特點，適合普通浮標所無法監測的區域，從而保證深淵海溝、島礁、寫湖等區域的情報資料的完整性。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種無人自動定位搭載浮體，括主體、位于主體上的上層建筑和主體下方配重，在主體內安裝有直流電機，直流電機的輸出端連接電磁離合，電磁離合通過齒輪軸承連接全回轉舵槳，電磁離合同時還連接噴水推進器，噴水推進器內設有葉輪，噴水推進器的噴嘴與環形出水管道連接，噴水推進器同時與進水管連接，環形出水管道內安裝有單向閥，在環形出水管道上圓周均勻分布有若干個噴管，在噴管上安裝有電動調速閥；所述電動調速閥和電磁離合均與中央主控模塊連接，在主體上設有通信發射模塊、環境參考系統和定位裝置，環境參考系統和定位裝置將主體的位置和環境參數通過通信發射模塊反饋給中央主控模塊。

作為優選，所述環形出水管道上圓周均勻分布有三個噴管。

作為優選，所述配重為一鋼制支架，鋼制支架包含環狀實心鋼管和3根鋼管，環狀實心鋼管通過鋼管與主體連接，作為剛性支架使用，焊接于浮體底部，方便浮體回收維護的擺放問題。

作為優選，所述環形出水管道安裝有安全閥，安全閥通過管道與外界連通。

一種上述的無人自動定位搭載浮體的實現方法，包括以下步驟：

(1)中央主控模塊通過定位裝置和環境參考系統獲取主體的位置信息和主體的環境信息，計算出相應位置的偏差方向和距離；

(2)中央主控模塊驅動直流電機工作，中央主控模塊切換直流電機輸出端的電磁離合，驅動全回轉舵槳工作，控制推力和方向角；

(3)當定位裝置檢測到到達指定區域后，中央主控模塊根據環境參考系統獲取環境參數，中央主控模塊控制直流電機的輸出端的電磁離合，切換至噴水推進器，噴水推進器從進水管吸水，經過葉輪產生的離心力加速水流速度，經過單向閥只能進入環形出水管道的一側，再到達各個噴管內，水流到達各個噴管，中央主控模塊調節電動調速閥，控制水流的流量及流速，保證推力分配達到和風浪載荷能夠達到一個動態平衡。

在本發明中，直流電機通過高能可充電鋰電池帶動，直流電機的輸出端驅動全回轉舵槳和噴水推進器的工作，鋰電池供電，經過主控設備的功率控制輸出相應功率給直流電機，直流電機輸出端驅動全回轉舵槳的工作，從而推動浮體向前行進，由于在低速情況下螺旋槳的推進效率比噴水推進高，所以主推進器選擇全回轉舵槳。所述浮體底部帶有噴水定位裝置，和全回轉動力裝置共享動力，由電磁離合操控。所述噴水定位推進裝置固定在浮體側部，呈正三角形布置，吸水孔位于浮體底部。鋰電池連接主控裝置，主控裝置與直流電機連接，直流電機和噴水推進器相連接，通過電動調速閥和安全閥等，使其噴射出一定壓力的水反作用于浮體，可以有效控制噴水推進裝置的噴量和推力。所述搭載浮體主控模塊采用雙模操控，分別為手動無線電機動模式和按既定程序自動巡航模式。所述搭載浮體主控模塊采用雙模操控，分別為手動無線電機動模式和按既定程序自動巡航模式。所述搭載浮體無錨泊系統，浮體內設有水密空艙，全回轉舵槳和鋼制支架可作為浮體配重使用，使整個浮體重心降低至浮心以下，噴水管系和電池的環狀設計，合理的分配了壓重問題。同時為了保證搭載浮體的重心位于其浮心以下，所述配重創造性的使用環形鋼制支架既調節配重又解決了浮體回收維護時在母船甲板擺放問題。

本發明的一種無人自動定位搭載浮體，用于在海溝、深淵海溝、島礁、寫湖等區域的短時間內的情報收集工作,也可作為臨時的航道警示浮標，在海域封鎖、警戒中起配合作用，在軍用民用領域都有涉及。本發明打破浮體只能錨泊或者只能漂流的定向思維，在浮體上配備全回轉電力推進舵槳裝置和噴水推進裝置，確保浮體能夠在低速下高效自主航行，并能通過噴水口進行較精確的動力定位。

本發明具有結構簡單，控制方便，維護方便的特性，可以有效的彌補浮體定位之后無法移動監測的尷尬。使其在固定區域內浮動漂流，超出區域回復定位，實現在一定精度范圍內的自動定位，使其具有浮標的一系列特性，卻完成一般浮標所不能完成的工作。由于我國對深海浮體研究較少，對深海甚至深淵系泊的技術要求高，現有技術短時間內完全無法攻克這一技術難題。本發明巧妙避開這一問題，從而減少了一系列錨泊技術上的瓶頸，可讓浮體定位于適合無限水深的位置。同樣的，它也適合淺水區域作業，適合島礁周圍環境的考察，收集各種情報。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)本發明的一種無人自動定位搭載浮體，具有良好的穩性和耐波性，具有波浪中較小的自身加速度，水動力性能優良；

(2)本發明的一種無人自動定位搭載浮體采用可充電式鋰電池作為能源，使用單個直流無刷電機，用電磁離合來切換全回轉舵槳和噴水定位裝置的工作，就可以完全解決航行和動力定位問題，節約成本，降低能耗；

(3)本發明的一種無人自動定位搭載浮體是無人的小型化的，采用全回轉舵槳作為主推進器，讓浮體在低速航行過程中得到較高的推進效率。采用3噴口噴水定位裝置，考慮到噴口的固定性和噴射流量的可控性，三力平衡原理使得無人搭載浮體能夠快速精準的進行定位，使得浮體收集數據更加精準；

(4)本發明的一種無人自動定位搭載浮體的自動定位功能讓浮標的回收變得簡單方便，同時優化配重方案基本解決回收后的擺放問題，為實現無人回收布放打下基礎。

附圖說明

圖1為本發明的外觀示意圖。

圖2為本發明內部結構框圖。

圖3為本發明外底部結構示意圖。

圖4為本發明主要設備剖面布置圖。

圖5為本發明主要設備俯視布置圖。

圖6為本發明噴水定位裝置原理圖。

圖7為本發明自動定位原理圖。

具體實施方式

如圖1至圖7所示，本發明的一種無人自動定位搭載浮體，括主體2、位于主體2上的上層建筑6和位于主體2下的鋼制支架5，在主體2內安裝有直流電機10，直流電機10的輸出端連接電磁離合11，電磁離合11通過齒輪軸承連接全回轉舵槳4，電磁離合11同時還連接噴水推進器12，噴水推進器12內設有葉輪13，噴水推進器12的噴嘴與環形出水管道16連接，噴水推進器12同時與進水管20連接，所述進水管20的端部設有過濾網14，環形出水管道16內安裝有單向閥18，在環形出水管道16上圓周均勻分布有三個噴管3，在噴管3上安裝有電動調速閥15；所述電動調速閥15和電磁離合10均與中央主控模塊9連接，在主體2上設有通信發射模塊、環境參考系統和定位裝置，環境參考系統和定位裝置將主體2的位置和環境參數通過通信發射模塊反饋給中央主控模塊9，所述主體2上設有視頻監測裝置1，視頻監測裝置1與中央主控模塊9連接。所述主體2下方的鋼制支架5通過焊接的形式和主體2連接。

在本發明中，所述搭載浮體無錨泊系統，浮體內無設備處均可設為水密空艙，各設備布置滿足浮體正浮要求，壓重得當。外部殼體均采用輕型耐腐蝕金屬材料，上下殼板均水密。散熱形式采用海水-外殼-設備熱傳導式。本發明中噴水推進器12的出水環狀管道16首端裝有安全閥19，通過管道17連接到外界，當環形出水管道16內壓力過大時，通過安全閥19泄壓，安全閥19也即為溢流閥，形成壓力循環，起到減壓保證推進泵12能夠安全工作。主體下方設有控制系統鋰電池組7，主體周圍設有動力系統鋰電池組8，作為主體的動力能源。

本發明所述的一種無人自動定位搭載浮體，在使用時，母船可以將其拖至某海域，在某范圍(半徑M)內自動定位，即在半徑M內呈漂流狀態，超出范圍動力加持至該點，到達該點某范圍內(半徑N<半徑M)則撤去動力，用噴水泵來平衡風浪負載來保持漂流狀態。本發明可隨工作時間的長短調整鋰電池的容量，一般工作時間在24小時以上，保證臨時的賽道航道標記和暗礁提醒，在寫湖和島礁區域的監控偵查能力強，同時本發明的類似浮標的設計，有較強的隱蔽性，形成較好的偽裝。

一種上述的無人自動定位搭載浮體的實現方法，包括以下步驟：

(1)中央主控模塊9通過定位裝置和環境參考系統獲取主體2的位置信息和主體2的環境信息，計算出相應位置的偏差方向和距離；

(2)中央主控模塊9驅動直流電機10工作，中央主控模塊9切換直流電機10輸出端的電磁離合11，驅動全回轉舵槳4工作，控制推力輸出并控制方向角；

(3)當定位裝置檢測到到達指定區域后，中央主控模塊9根據環境參考系統獲取環境參數，中央主控模塊9控制直流電機10的輸出端的電磁離合11，切換至噴水推進器12，噴水推進器12從進水管20吸水，經過葉輪13產生的離心力加速水流速度，經過單向閥18只能進入環形出水管道16的一側，再到達各個噴管內，水流到達各個噴管，中央主控模塊9調節電動調速閥15，控制水流的流量及流速，保證推力分配達到和風浪載荷能夠達到一個動態平衡。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。