超大型水下无人航行器船坞湿式回收牵引车的制作方法

1.本实用新型属于水下航行器技术领域，具体涉及一种超大型水下无人航行器船坞湿式回收牵引车。


背景技术：

2.常规水下无人航行器(unmanned underwater vehicle，简称uuv)的回收方式主要有吊钩起吊、渔网捕捞、船尾滑轨式布放牵引等，但这些布放回收方式大大限制了uuv的尺寸和负载能力，同时也限制了uuv的总体性能。针对搭载复杂多传感器、具备大航程的超大型uuv(通常指排水量100吨以上或无法利用常规起吊方式转运的uuv)，上述布放回收方法或装置无法满足其要求。利用两栖登陆舰形式船坞湿式回收是超大型uuv的良好布放回收方式之一。但该种方式又对进坞舱内部的装备的吃水深度提出了较高的要求，而uuv通常为微正浮力，即uuv平台几乎全部在水面以下。如果储备大量的浮力调节能力，则浪费了宝贵的负载空间。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种超大型水下无人航行器船坞湿式回收牵引车，包括通过牵引设备与坞舱连接的牵引车平台总体，所述牵引车平台总体包括牵引车平直甲板，所述牵引车平直甲板的顶面成型为与无人航行器形状匹配的弧面，所述牵引车平直甲板的底面设有若干加强负重轮；所述牵引车平直甲板的一端开放设置，所述牵引车平直甲板的另一端设有导流罩；
4.所述牵引车平直甲板上还设有水下控制系统、紧固装置系统和高精度动力系统，所述水下控制系统用于母船控制指令的解析下发，所述紧固装置系统用于将无人航行器紧固在所述牵引车平直甲板上，所述高精度动力系统用于为牵引车提供高精度六自由度水下机动能力。
5.进一步的，所述导流罩包括牵引车导流上外壳和牵引车导流下外壳，所述牵引车导流上外壳和所述牵引车导流下外壳通过螺钉固定在牵引车平直甲板上工字钢组成的结构钢架上。
6.进一步的，所述导流罩上开设有线缆接口，所述水下控制系统包括设于牵引车导流上外壳内部的本体，所述本体与所述线缆接口及其他执行机构相连接，所述本体通过线缆接口接收母船的能源供给、控制指令以及将相关数据回传牵引车。
7.进一步的，所述线缆接口包括负责能源和控制信号的电缆接口以及负责承接拉力的钢缆接口，所述电缆接口的数量为一个且位于所述导流罩的头部的中心，所述钢缆接口的数量为两个且分布于所述电缆接口的两侧，所述钢缆接口通过钢缆与牵引设备连接；
8.每两对所述加强负重轮为一组，所述加强负重轮自身不具备动力且每个所述加强负重轮都具有独立减震装置。
9.进一步的，所述紧固装置包括柔性紧固带和紧固调节装置，所述柔性紧固带具有
一定张力强度；所述紧固调节装置包括自锁电机，所述柔性紧固带的端部固定连接在所述自锁电机的输出轴上。
10.进一步的，所述高精度动力系统包括若干按照xyz三坐标轴布置的推进器，具体包括：
11.两台艏部轴向推进器，安装于所述导流罩的头部且朝向沿所述牵引车平台总体的轴向布置，所述艏部轴向推进器正反转用于控制所述牵引车平台总体的前进和后退；
12.两台艏部横向辅助推进器，安装于所述导流罩的头部且朝向垂直于所述牵引车平台总体的轴向布置，所述艏部横向辅助推进器正反转用于控制所述牵引车平台总体的头部左摆或右摆；
13.两台艏部垂向推进器，安装于所述牵引车平直甲板靠近导流罩一端的顶面上且垂直于所述牵引车平台总体的轴向布置，所述艏部垂向推进器正反转用于控制所述牵引车平台总体的头部抬起或下降；
14.两台艉部垂向辅助推进器，安装于所述牵引车平直甲板远离导流罩一端的顶面上且垂直于所述牵引车平台总体的轴向布置，所述艉部垂向辅助推进器正反转用于控制所述牵引车平台总体的尾部抬起或下降；
15.两台艉部横向辅助推进器，安装于所述牵引车平直甲板远离导流罩一端的两侧且垂直于所述牵引车平台总体的轴向布置，所述艉部横向辅助推进器正反转用于控制所述牵引车平台总体的尾部左摆或右摆。
16.进一步的，所述牵引车平直甲板上还设有浮力调节系统，所述浮力调节系统包括若干独立的浮力调节单元，所述浮力调节单元均匀地布置于所述牵引车平直甲板的底面和两侧，若干所述浮力调节单元能够调节牵引车的浮力状态及牵引车的平衡状态。
17.进一步的，所述牵引车平直甲板上还设有对接导引系统，所述对接导引系统包括声学导引组件以及光学导引组件：
18.所述声学导引组件包括艏部后视导引声呐，安装于所述导流罩的尾部，所述声学导引组件用于辅助uuv的远程导引；
19.所述光学导引组件包括艉部后视led灯、艉部后视高清摄像机、艏部后视高清云台摄像机和导引灯阵列，所述艉部后视led灯和艉部后视高清摄像机安装于所述牵引车平直甲板的尾端，所述艏部后视高清云台摄像机安装于所述导流罩的尾部，所述导引灯阵列安装于所述牵引车平直甲板的顶面的两侧；所述学导引组件用于辅助uuv的中近程导引。
20.本实用新型的有益效果在于：
21.1、实现了超大型uuv从坞舱内部湿式布放和回收过程：由于超大型uuv的转运和保障都非常的困难，其吨位和尺寸也限制了其布放和回收方式，本技术克服了传统布放回收方式的限制及约束。
22.2、有效地降低了外部环境对uuv回收过程的影响：由于船坞湿式回收牵引车与uuv的对接与紧固是在水下完成，从而避免了海面及近海面的海浪干扰，同时也避免了回收过程中母船周边的尾流及水流等。
23.3、增大uuv的有效任务载荷空间：本实用新型专利通过将调节uuv布放回收过程中的储备浮力到牵引车上，降低了储备浮力所占用的内部负载空间，从而大大增加了uuv的任务载荷搭载能力。
24.4、降低uuv回坞的吃水深度：在本实用新型专利中牵引车的辅助下超大型uuv的吃水深度可以大大降低，在吃水深度不变的情况下增加了可回收uuv的吨位和尺寸限制，大大提高了uuv的执行任务能力。
25.5、在回收过程中对uuv平台提供良好的保护：在回收过程中，uuv与母船之间会产生相对运动，存在相互碰撞和刮蹭的风险；并且在回坞过程中，由于受外力较大且不均匀，容易造成uuv的结构损坏；本技术利用牵引车加强结构和平直甲板可以有效解决受力不均匀、碰撞等风险；同时由于牵引车下的负重轮的作用，可以减少uuv与母船船坞甲板之间的静摩擦。
26.6、简化了超大型uuv水下对接过程：在水下的扰动较小，利用两个平台之间的协同控制和导引，实现自主对接和紧固操作。从而避免了母船保障人员进行挂钩及甲板作业等。大大降低了uuv布放回收的安全性和经济性。
附图说明
27.图1为本实用新型的结构示意图，
28.图2为本实用新型的左视图，
29.图3为本实用新型的右视图，
30.图4为本实用新型的主视图，
31.图5为本实用新型的俯视图，
32.图6为本实用新型的仰视图，
33.图7为本实用新型的工作状态示意图。
34.附图序号及名称：1、牵引车平直甲板，2、艏部轴向推进器，3、线缆接口，4、艏部横向辅助推进器、5、艏部垂向推进器，6、加强负重轮，7、独立浮力储备单元，8、尾部后视led，9、尾部后视高清摄像机，10、尾部垂向辅助推进器，11、柔性紧固带，12、紧固调节装置，13、艏部后视导引声呐，14、艏部后视高清云台摄像机，15、导引灯阵列，16、尾部横向辅助推进器，17、牵引车导流上外壳，18、牵引车导流下外壳。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述，下列实施例仅用于解释本实用新型的实用新型内容，不用于限定本实用新型的保护范围。
36.如图1所示，本实用新型提出的一种超大型水下无人航行器船坞湿式回收牵引车，其主体结构由牵引车平台总体、水下控制系统、高精度动力系统、浮力调节系统、对接导引系统，紧固装置系统6大部分组成。各系统中详细的设备及装置包含：1牵引车平直甲板；2艏部轴向推进器；3线缆接口；4艏部横向辅助推进器；5艏部垂向推进器；6加强负重轮；7独立浮力储备单元；8尾部后视led灯；9尾部后视高清摄像机；10尾部垂向辅助推进器；11柔性紧固带；12紧固调节装置；13艏部后视导引声呐；14艏部后视高清云台摄像机；15导引灯阵列；16尾部横向辅助推进器；17牵引车导流上外壳；18牵引车导流下外壳；
37.牵引车的平台总体，即牵引车平台的外形结构，主要由牵引车平直甲板1、线缆接口3、加强负重轮6、牵引车导流上外壳17、牵引车导流下外壳18构成，各部分通过紧固螺钉进行紧固。且内部由工字钢作为承压结构，形成两横两纵主承重结构以及多个辅助承重结
构钢架，负责牵引车的主要承重设备以及结构强度。其他设备都通过紧固装置固定在承重结构钢架上。牵引车导流上外壳17与牵引车导流下外壳18通过螺钉固定在工字钢组成的结构钢架上，从而形成牵引车迎水面的导流外形，并利用螺钉固定在承重结构钢架上。
38.加强平直甲板1位于牵引车导流上外壳17的后部且延伸到导流上外壳包围的内部空间。主要负责进坞舱过程中为超大型uuv提供均匀承载力，保护uuv。加强平直甲板利用螺钉紧固在主要负责承重结构的工字钢上。平直甲板的尾部具有半径300mm的倒角，便于牵引车与uuv水下对接。平直甲板延伸至导流上外壳包围的内部空间，形成可保护uuv头部的封闭保护壳体。同时，可以起到卡住uuv的作用。
39.如图2所示，线缆接口3包含两部分结构：负责能源和控制信号的电缆接口黑色实心圆以及负责承接拉力的钢缆接口黑色空心圆。其中，钢缆接口分为两个，位于电缆的两侧，分别与钢缆连接，在牵引车驮载uuv回坞舱的过程中，母船利用牵引电机对钢缆进行拉伸从而对牵引车提供足够的牵引拉力。拉力被分配到两个钢缆接口上。
40.如图3和图4所示，加强负重轮6位于牵引车平直甲板1底部，两对负重轮为一组。每个负重轮都具有独立减震装置，可避免回收过程中海浪及母船的扰动导致牵引车与船坞甲板的碰撞，负重轮自身不具备动力牵引能力，减少机构复杂性，增加可靠性，有效化解不平整路面造成的牵引车受力不均的问题。
41.水下控制系统主要位于牵引车导流上外壳17内部，密封在铝合金耐压舱内部。与线缆接口3及其他执行机构相连接。通过线缆接口3接收母船的能源攻击以及控制指令。水下控制系统主要负责母船控制指令的解析下发，对执行结构的执行以及相关信号的处理及传输。
42.浮力调节系统是由多个独立的浮力调节单元组成。位于牵引车平直甲板1的下部及两侧；由不同个数的浮力调节单元组成一组，共用同一压力调节装置。压力调节装置通过牵引车艏部的高压空气罐中的高压气体来调节浮力调节单元中的水位以及不同浮力调节单元之间的水位差，从而实现调节牵引车的浮力状态及牵引车的平衡状态的效果。
43.如图5所示，对接导引系统主要包含声学导引装置以及光学导引装置。其中声学导引装置包括艏部后视导引声呐13，位于牵引车导流上外壳17的后部；起到对uuv进行远程导引定位的作用。光学导引装置主要包括尾部后视led灯8、尾部后视高清摄像机9、艏部后视高清云台摄像机14、导引灯阵列15。尾部后视led灯8位于牵引车平直甲板1的后部，主要负责中近程光学粗导引以及辅助尾部后视高清摄像机9照明两个作用；尾部后视高清摄像机9位于牵引车平直甲板1的后部，尾部后视led灯8的上部，主要负责在对接导引过程中的近距离视频采集，以便母船操作人员对牵引车实时操控；艏部后视高清云台摄像机14位于牵引车导流上外壳17的后部，主要负责在对接导引过程中的全局视频采集，云台摄像机具备2自由度转动；导引灯阵列15位于牵引车平直甲板1两侧的上部，分成两排共12个led等组成，主要负责在近距离高精度相对位置导引指示作用。
44.高精度动力系统主要包含2台艏部轴向推进器2；1台艏部横向辅助推进器4；2台艏部垂向推进器5；2台尾部垂向辅助推进器10；2台尾部横向辅助推进器16；各推进器均具备正反转以及差动功能，从而形成转动力矩。艏部轴向推进器2主要提供牵引车的航行推进动力；其他推进器则为牵引车提供高精度6自由度水下机动能力。
45.紧固装置系统主要包括柔性紧固带11和紧固调节装置12，其中，柔性紧固带11具
有一定张力强度、可确保张开时不受海流及自身的重力和浮力改变其形状；同时，柔性紧固带11可被紧固调节装置12的电机卷起，从而缩小柔性紧固带11的张开尺寸。紧固调节装置12依靠内部的转动电机实现对柔性紧固带11的调节作用，其自身具有定位锁定能力，确保紧固装置系统可以将uuv紧固在牵引车上。
46.本实用新型专利中利用牵引车回收超大型uuv的具体方法如下：
47.首先，牵引车从母船船坞后甲板进入水中，利用自身的动力系统，即两部轴向推进装置向uuv的方向航行，其能源由母船通过脐带缆进行提供，同时进行控制指令下发与感知信息的交互。
48.其次，在航行过程中，牵引车对uuv进行声学导航，uuv可根据牵引车的指引进行抵近航行。在进入到回收对接的作业范围后，牵引车与uuv进行低速航行，uuv主要负责进行定深、定速的直线慢速航行。牵引车利用自身的多个推进器进行姿态调整，结合uuv的航行姿态，实现同轴相向的对接。
49.再次，当uuv的头部顶入到牵引车的前部导流罩内的空间内时，紧固装置系统的紧固调节装置开始转动并收紧柔性紧固带。直至将uuv与牵引车紧固固定。
50.最后，牵引车利用自身的推进器以及uuv的推进器航行器母船船坞甲板的后方，牵引车调节自身的储备浮力，将驮载uuv的牵引车的吃水深度降低，满足坞舱的吃水深度要求。坞舱内牵引电机进行转动并收紧钢缆，直至拖拽驮载uuv的牵引车完全进入船坞。
51.综上，仅为本实用新型之较佳实施例，不以此限定本实用新型的保护范围，凡依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本实用新型专利涵盖的范围之内。