一种单次使用的水下航行器水下锚泊驻留装置及方法

1.本发明属于自主水下航行器水下驻留技术领域，具体涉及一种单次使用的水下航行器水下锚泊驻留装置及方法。


背景技术：

2.随着世界各国对水下资源的开发利用越来越重视，auv是人类认识水下、探测水下资源的高效、安全的重要工具。而如何使auv在水下稳定驻留，从而实现定点监测或探测，是目前无人水下航行器研究的重要关键技术之一。
3.传统auv在承担定点监测或探测均存在缺陷，不能有效地完成相关任务。为解决这一问题，部分国家科研人员相继开展了可在水下驻留的auv研究，有提出采用由液压驱动臂、可收放锚杆和抓泥铲组成的驻留装置，或液压支撑腿，或类似直升机起落架方式的支撑架，以上方式均可完成auv的水下驻留，但由于这类驻留装置受auv尺寸限制，驻留时auv主体离海底或江河湖底距离比较近，考虑到auv驻留时的安全性，往往要求驻留区域较为平坦；同时，在江河中，由于长时驻留会造成泥沙对驻留装置的掩埋，而造成auv再次起动失败。
4.为此，如何在确保auv运动性能不受较大影响的前提下，设计出能够确保auv在一定水流情况下稳定驻留的同时，确保auv能够二次正常起动的驻留装置，对驻留auv具有重要意义。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题：
6.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种单次使用的水下航行器水下锚泊驻留装置及方法，由重力锚释放机构实现重力锚的释放，由锚绳释放机构解除重力锚对航行器的定位束缚；在一定水流作用下，auv能够在水下稳定驻留，并且确保auv水下驻留时的安全可靠。
7.本发明的技术方案是：一种单次使用的水下航行器水下锚泊驻留装置，包括壳体、重力锚释放机构、锚绳释放机构、锚绳缠绕器、重力锚；所述重力锚释放机构、锚绳释放机构、锚绳缠绕器通过安装支架固定于壳体内；
8.所述重力锚通过锚绳与锚绳缠绕器连接，并放置于固定架上；
9.通过所述重力锚释放机构实现重力锚的固定和释放；
10.通过所述锚绳释放机构实现锚绳的固定和解脱。
11.本发明的进一步技术方案是：所述壳体为安装于水下航行器的锚泊舱段内，以保持水下航行器的流体外形。
12.本发明的进一步技术方案是：所述重力锚释放机构包括重力锚释放电磁铁，当重力锚释放电磁铁通电时，重力锚被固定于固定架上；当重力锚释放电磁铁断电时，重力锚受自身重力影响脱离固定架。
13.本发明的进一步技术方案是：所述锚绳释放机构包括锚绳解脱电磁铁，当锚绳解脱电磁铁断电时，释放重力锚；当锚绳解脱电磁铁通电时，锚绳被解脱。
14.本发明的进一步技术方案是：所述驻留装置还包括电机，所述电机的输出轴与锚绳缠绕器的绕线轴传动连接，通过电机驱动缠绕轴转动，实现锚绳在绕线轴上的缠绕或释放。
15.本发明的进一步技术方案是：所述驻留装置还包括排线器，所述排线器设置于锚绳缠绕器的绕线轴下方，用于实现锚绳的均匀缠绕和匀速收放。
16.本发明的进一步技术方案是：所述驻留装置还包括auv主控中心，所述auv主控中心位于auv控制段部分，用于控制重力锚释放电磁铁和锚绳解脱电磁铁的通、断电。
17.本发明的进一步技术方案是：所述固定架与安装支架之间、安装支架与壳体之间均通过螺栓螺帽固定连接。
18.一种单次使用的水下航行器水下锚泊驻留装置的驻留方法，其特征在于：当auv需要在水下驻留时，auv主控中心对重力锚释放电磁铁、锚绳解脱电磁铁进行控制，实现重力锚的释放，在重力作用下，大抓力重力锚及锚绳通过锚释放窗口向水底坠落；auv主体此时在水下因正浮力而上浮，接近水底时通过电机控制锚绳缠绕器，进而控制重力锚的坠落速度；当重力锚着底且锚绳释放全部长度后，auv主体在水下处于悬停状态，实现auv水下稳定、安全驻留。
19.一种单次使用的水下航行器水下锚泊驻留装置的解除方法，其特征在于：当auv需要从水底二次起动时，auv主控中心通过控制锚绳解脱电磁铁实现锚绳的解脱，重力锚随锚绳与auv主体分离，auv主体起动航行，继续执行后续任务。
20.有益效果
21.本发明的有益效果在于：
22.(1)通过通电断电控制重力锚电磁铁释放重力锚，实现了重力锚的快速、高效释放；
23.(2)通过电机控制重力锚接近水底时的坠落速度，保证了auv平稳驻留的安全性；
24.(3)通过通电控制锚绳解脱电磁铁实现锚绳释放，锚绳解脱机构的结构简单，提高了重力锚释放和锚绳解脱的可靠性；
25.(4)通过释放大抓力重力锚，实现auv处于正浮力，使得auv可远离水底，显著提升了auv在驻留期间的安全性。
26.本发明可以实现auv水底安全驻留，提高auv在驻留时的安全性和可靠性，同时，驻留完成时可及时抛弃锚绳，提高auv二次起动的快速性。
附图说明
27.图1是auv水底锚泊驻留示意图；
28.图2是auv锚泊装置内部结构示意图1；
29.图3是auv锚泊装置内部结构示意图2；
30.附图标记说明：1-驻留舱段壳体；2-驻留安装支架；3-重力锚释放电磁铁；4-锚绳解脱电磁铁；5-锚绳缠绕器；6-重力锚；7-重力锚固定架。
具体实施方式
31.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.参照图2、3所示，本实施例一种单次使用的水下航行器水下锚泊驻留装置，包括壳体1、重力锚释放电磁铁3、锚绳解脱电磁铁4、锚绳缠绕器5、重力锚6；所述重力锚释放电磁铁3、锚绳解脱电磁铁4、锚绳缠绕器5通过安装支架固定于壳体1内；所述重力锚6通过锚绳与锚绳缠绕器5连接，并放置于固定架7上；通过所述重力锚释放电磁铁3实现重力锚6的固定和释放；通过所述锚绳解脱电磁铁4实现锚绳的固定和解脱。
34.所述驻留装置还包括电机和排线器；所述电机的输出轴与锚绳缠绕器的绕线轴传动连接，通过电机驱动缠绕轴转动，实现锚绳在绕线轴上的缠绕或释放；所述排线器设置于锚绳缠绕器的绕线轴下方，用于实现锚绳的均匀缠绕和匀速收放。
35.参照图1，图2和图3，本实施例中的auv单次锚泊驻留装置安装于auv驻留舱段壳体1内，当auv在正常航行过程中，由驻留安装支架2、auv主控中心断电控制重力锚电磁铁3、重力锚固定架7将重力锚6固定在auv体内；当auv航行到给定主流区域时，auv中控中心对重力锚电磁铁3进行断电动作，使电磁铁失去磁性释放重力锚6，重力锚6在自身重力作用下从auv体内下降而出，由压力感应器反馈得知接近水底时，电机控制重力锚坠落速度，因脱锚后auv上浮和重力锚6下沉，锚绳缠绕器5旋转将锚绳释放，当重力锚6着底，锚绳释放全部长度后，auv进入水底驻留状态实现auv水下稳定、安全驻留。
36.当auv驻留完成后需要从水底二次起动时，auv主控中心通过控制锚绳解脱电磁铁4上电解脱锚绳，锚绳及重力锚6与auv主体分离并被丢弃水底，auv上浮并重新起动航行。
37.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。