CN108516069B - 一种电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置，包括固定翼，所述固定翼的结构为：包括电磁铁安装座，所述电磁铁安装座的上部开有弹簧安装孔，位于固定翼的顶面开有导向槽，所述固定翼顶部中间一侧开有单侧斜坡，所述固定翼的前端开有卡槽；所述固定翼的一端嵌入式安装有电磁铁和压缩弹簧，并将抛载翼安装在固定翼上，所述抛载翼与压缩弹簧、电磁铁均为面接触。便于在不同尺寸重量的水下航行器上安装使用，该装置还可以直接与水介质接触，便于总布置安装，使用安全灵活。

Description

一种电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置
技术领域
本发明涉及无人水下航行器技术领域，尤其是一种电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置。
背景技术
随着海洋经济的快速发展和海洋开发热潮的兴起，无人水下航行器因其在军民领域的重大研究价值,成为国内外众多机构的研究热点。无人水下航行器通过搭载不同作业任务的测量传感器，进行水下探测作业等，在海洋环境监测、海洋科学调查、水下搜救、海底勘察等方面发挥着举足轻重的作用。
无人水下航行器在水下航行作业时，一方面面临复杂作业环境的影响和考验，如温度跃层导致的密度突变、水草缠绕等，另一方面具有控制***故障、电源电量耗尽等自身安全可靠性问题，为保证无人水下航行器在水下航行时出现故障或紧急情况下能保证必要的安全性，进行应急安全***的设计，配置相应的应急处置预案十分必要。
目前，现有技术中水下航行器常用的应急安全***一般包括两种形式，一种是在水下航行器上安装压载，通过液压驱动***将压载与水下航行器的刚性连接剪断，将压载抛掉使水下航行器形成正浮力上浮，一种是通过***螺栓的形式，信号触发后***螺栓自动***将压载抛掉上浮。但这两种都有一定的使用缺陷，前者液压***尺寸重量比较大，导致这种应急抛载方式一般只能用于载人潜水器等大型水下航行器上；后者***螺栓使用时本身具有一定的安全隐患，同时***螺栓需要与水隔离放置于密封舱内，结构复杂，安装使用不灵活。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置，从而便于在不同尺寸重量的水下航行器上安装使用，该装置还可以直接与水介质接触，便于总布置安装，使用安全灵活。
本发明所采用的技术方案如下：
一种电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置，包括固定翼，所述固定翼的结构为：包括电磁铁安装座，所述电磁铁安装座的上部开有弹簧安装孔，位于固定翼的顶面开有导向槽，所述固定翼顶部中间一侧开有单侧斜坡，所述固定翼的前端开有卡槽；所述固定翼的一端嵌入式安装有电磁铁和压缩弹簧，并将抛载翼安装在固定翼上，所述抛载翼与压缩弹簧、电磁铁均为面接触。
其进一步技术方案在于：
所述固定翼的底部通过紧固件固定安装有底座，所述底座的一侧通过紧固件安装有透水舱，还包括导线，所述导线的一端穿过透水舱和底座与电磁铁连接，另一端通过水密穿舱件与耐压舱内部的电控部分相连。
所述电磁铁为常闭型，断电状态下具有磁性吸力，克服压缩弹簧的弹力将抛载翼牢牢吸住，通电时电磁铁失去磁力，压缩弹簧将抛载翼弹开。
所述固定翼采用铸铁材料制造。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过机械部分和电控部分配合工作，机械部分外置在水下航行器水密耐压舱外部，包括电磁铁、弹簧、抛载翼、固定翼等，水下航行器正常工作时电磁铁处于断电状态，此时吸附力较大，克服弹簧弹力或重力与抛载翼通过面接触吸附牢固，当有应急信号触发后，上电触发线路使电磁铁上电，磁力减弱，在弹簧弹力或重力的作用下电磁铁与抛载翼强制分离，抛载翼与固定翼通过滑道结构进行配合，滑道上设置单侧斜坡扰动结构，在弹簧弹力或重力作用下抛载翼沿滑道移动，在单侧斜坡扰动结构的作用下与固定翼脱离。电控部分内置在水下航行器水密耐压舱内部，为应急安全装置的故障识别和触发***，对水下航行器进行故障识别，当判断水下航行器处于紧急情况时通过上电触发线路对电磁铁上电，使电磁铁磁力减弱触发抛弃抛载翼。
同时，本发明还具备如下优点：
一、本发明采用抛载翼一体，体积小，重量轻，阻力小，安装使用方便；
本发明是将水下航行器的抛载翼作为抛载模块，应急上浮时将抛载翼抛掉，这样就无须增加额外负载作为抛载模块，同时利用电磁铁的吸附力和弹簧弹力做功，两者均可直接与水环境接触，无须耐压封装，同时电磁铁的安装外壳不受耐压深度的限制，可以做成流线型结构，从而确保了本发明具有体积小，重量轻，阻力小等优点，特别适用于无人水下航行器上安装使用。
采用电磁耦合的方式，正常工作时靠电磁铁吸力克服弹簧吸力或重力将抛载部分吸住，应急时电磁铁上电，磁力减弱，抛载部分在弹簧作用力下或自身重力作用下与水下航行器分离。
二、本发明可使水下航行器紧急情况下应急上浮，实现自救；
当水下航行器出现深度超限、控制***失灵、急剧下沉等各种故障模式时，本发明进行应急处置，紧急抛弃抛载翼，依靠抛载产生的浮力自动上浮，能够达到自救目的。
三、本发明功耗低，可靠性高；
本发明平时处于休眠状态，通过小电流维持工作，一旦接收到故障信息，则判断故障信息的优先级别，通过预设的触发机制决定是否紧急抛载自救，功耗比较低，可长时间工作。本发明自成独立体系，电路结构简单，采用模块化封装，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的应用图。
图3为本发明固定翼的结构示意图。
图4为本发明电控部分的原理图。
其中：1、抛载翼；2、压缩弹簧；3、电磁铁；4、固定翼；5、底座；6、导线；7、透水舱；8、水密穿舱件；9、耐压舱；10、电磁铁安装座；11、导向槽；12、单侧斜坡；13、卡槽；14、弹簧安装孔。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2和图3所示，本实施例的电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置，包括固定翼4，固定翼4的结构为：包括电磁铁安装座10，电磁铁安装座10的上部开有弹簧安装孔14，位于固定翼4的顶面开有导向槽11，固定翼4顶部中间一侧开有单侧斜坡12，固定翼4的前端开有卡槽13；固定翼4的一端嵌入式安装有电磁铁3和压缩弹簧2，并将抛载翼1安装在固定翼4上，抛载翼1与压缩弹簧2、电磁铁3均为面接触。
固定翼4的底部通过紧固件固定安装有底座5，底座5的一侧通过紧固件安装有透水舱7，还包括导线6，导线6的一端穿过透水舱7和底座5与电磁铁3连接，另一端通过水密穿舱件8与耐压舱9内部的电控部分相连。
电磁铁3为常闭型，断电状态下具有磁性吸力，克服压缩弹簧2的弹力将抛载翼1牢牢吸住，通电时电磁铁3失去磁力，压缩弹簧2将抛载翼1弹开。
固定翼4采用铸铁材料制造。
如图1和图2所示，本发明的具体结构为：抛载翼1安装在固定翼4上，为铸铁材料制作而成，压缩弹簧2和电磁铁3嵌入式安装在固定翼4中，同时抛载翼1与压缩弹簧2、电磁铁3均为面接触。电磁铁3为常闭型，断电状态下具有磁性吸力，克服压缩弹簧2的弹力将抛载翼1牢牢吸住，通电时电磁铁3失去磁力，压缩弹簧2将抛载翼1弹开。
如图3所示，其中电磁铁安装座10外形呈流线型，以减少航行器航行时的阻力，内部为圆形中空结构，便于安装电磁铁3，导向槽11和卡槽13设置在顶部，在抛载翼1抛载时，一方面可以发挥向后的导向作用，另一方面可以承受侧向力以及一定的侧向弯矩，当航行器在航行过程中受到侧向扰动或撞击时，依然可以保证可靠性，避免误抛载。同时顶部还设置单侧斜坡12，当抛载翼1沿导向槽11向后弹出时，单侧斜坡12一方面使抛载翼1与固定翼4脱开，另一方面使抛载翼1产生一个侧向弯矩，确保抛载翼1能够可靠抛掉，增加了装置的可靠性。
见图1和图3，固定翼4通过螺栓与底座5相连，底座5通过螺栓与透水舱7相连，导线6一端与电磁铁3相连，当抛载信号触发时为电磁铁3提供电流，通过内部线圈形成反向磁场，使电磁铁3磁力消失或减小，使抛载翼1在压缩弹簧2弹力的作用下弹出抛掉。导线6的另一端通过水密穿舱件8与耐压舱9内部的电控部分相连。
如图4所示，本发明的信号输入包含压力传感器信号和航行控制器信号两种。水下航行器上搭载的压力传感器将测得的压力信号传输给本发明的故障识别和触发***，经过阻抗匹配、信号调理后，与设定深度的信号幅度进行比较，当判断输入深度信号正常时，后级电路维持常态处于自锁；当输入深度信号超过设定深度信号幅度时，信号传入后级电路，进行故障优先级识别和判断，此部分电路由电压5V的第一电池提供电能，为微功耗电路。当判断需要抛载上浮时驱动模块电路工作形成回路，电压12V的第二电池给本发明应急安全装置机械部分供电触发抛载，水下航行器形成正浮力实现上浮，同时第二电池给水下航行器的通讯***供电，通讯***回发卫星定位信息，便于通过母船对水下航行器回收。同时故障识别和触发***与航行控制器进行信号交互，当航行控制器发生故障时，故障识别和触发***同样触发抛载上浮。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (1)

1.一种电磁耦合的无人水下航行器应急安全装置，其特征在于：包括固定翼(4)，所述固定翼(4)的结构为：包括电磁铁安装座(10)，所述电磁铁安装座(10)的上部开有弹簧安装孔(14)，位于固定翼(4)的顶面开有导向槽(11)，所述固定翼(4)顶部中间一侧开有单侧斜坡(12)，所述固定翼(4)的前端开有卡槽(13)；所述固定翼(4)的一端嵌入式安装有电磁铁(3)和压缩弹簧(2)，并将抛载翼(1)安装在固定翼(4)上，所述抛载翼(1)与压缩弹簧(2)、电磁铁(3)均为面接触；所述固定翼(4)的底部通过紧固件固定安装有底座(5)，所述底座(5)的一侧通过紧固件安装有透水舱(7)，还包括导线(6)，所述导线(6)的一端穿过透水舱(7)和底座(5)与电磁铁(3)连接，另一端通过水密穿舱件(8)与耐压舱(9)内部的电控部分相连；所述电磁铁(3)为常闭型，断电状态下具有磁性吸力，克服压缩弹簧(2)的弹力将抛载翼(1)牢牢吸住，通电时电磁铁(3)失去磁力，压缩弹簧(2)将抛载翼(1)弹开；所述固定翼(4)采用铸铁材料制造。
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