一种水下自浮式无人机群运载装置及工作过程的制作方法

本发明涉及海洋工程系统与装配，尤其是一种水下自浮式无人机群运载装置及工作过程。

背景技术：

1、无人机是一种没有机组人员搭载的飞行器，可以通过遥控或预设的航行计划来执行飞行任务。小型化的无人机作为一种有效的侦查手段，已经广泛应用于军用及民用领域，具备技术成熟、体量小、价格低等优势。

2、近年来，海军也将目光投向小型化的无人机装备，以作为一种远海侦查力量，为实现此目的，需解决无人机无法远距离飞行的问题。一种有效的方式是，通过母船携带无人机集群进行发射，但此种方式存在应召响应速度慢的问题。另一种方式为设计一种水下无人机运载装置，提前布设于任务海域，当有需要时，无人机运载装置可以快速响应，以实现无人机的水下驻留、水面发射。

3、为实现无人机的远海应用，实现快速响应。现主要问题及难点在于：

4、一、可靠性问题。传统的快速上浮方式主要通过推进器控制上浮速度，但对于水下长时存在的无人机运载装置，很难满足长期可靠性的要求。

5、二、发射效率问题。无人机执行侦察任务通常需要多机合作，单筒单无人机的布设方式存在不经济的问题，综合利用效率低。

6、三、发射保障问题，为满足快速响应能力，运载器上浮速度较快，可能会直接冲出水面，筒体姿态失去控制，影响无人机发射。

7、此外，无人机水面发射对运载装置在水面的姿态要求较高，尤其是多机贯序发射，需要抵消无人机发射后坐力，防止筒体进水，以保障后续无人机发射。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下自浮式无人机群运载装置及工作过程，从而有利于实现无人机群的快速可靠运载上浮、多机水面稳定发射，保证工作的可靠性。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种水下自浮式无人机群运载装置，包括从上至下依次连接的顶盖、气囊舱、主体段、尾段和减速伞舱，所述顶盖、主体段和尾段外部均包裹有深海浮力材料；位于主体段内部设置有运载装置，运载装置包括无人机舱、电池舱和控制舱，无人机舱搭载无人机系统以保障水面发射，电池舱和控制舱位于无人机舱下方，电池舱用于全流程供能，控制舱用于控制装置运动及收发信号，运载装置底部为固定环，用于连接声学释放器及重力锚；

4、主体段包括碳纤维耐压壳体，碳纤维耐压壳体的外部包裹主体段浮力材料；

5、气囊舱的结构为：包括气囊壳体、气囊舱开盖系统、卡槽、盖板顶推系统、燃气型充气装置、气囊，整个气囊舱安装于碳纤维耐压壳体上部；气囊舱开盖系统由气囊盖板、盖板c型安装座组成，盖板顶推系统由推杆导向支架、推杆弹簧、顶盖推杆组成，盖板顶推系统及燃气型充气装置各为两套，对称布置于气囊壳体两侧，并位于气囊盖板内部；

6、顶盖的结构为：包括顶盖浮力材料、顶盖耐压球封头、c型卡座、一号爆炸螺栓、螺母，顶盖浮力材料与顶盖耐压球封头胶粘，c型卡座安装于气囊壳体上，顶盖耐压球封头通过封头转轴扣在c型卡座内，一号爆炸螺栓固连顶盖耐压球封头另一端；

7、尾段的周向均匀布置四个尾翼及一型深度计，尾翼与碳纤维耐压壳体焊接连接。

8、其进一步技术方案在于：

9、气囊舱开盖系统包含多个，周向布置于气囊壳体外侧。

10、气囊壳体与碳纤维耐压壳体固连，气囊壳体上部焊接盖板c型安装座，下部安装卡槽用于气囊盖板限位；气囊壳体顶部安装推杆导向支架，并为顶盖推杆留通孔，用于伸出顶推顶盖；水下驻留时，气囊处于未充气状态，气囊盖板上部盖板转轴卡在盖板c型安装座凹槽内，下部受卡槽限位；气囊盖板下部为盖板撕裂部，当气囊充气后，盖板撕裂部断开，气囊盖板可打开，此时盖板转轴从盖板c型安装座凹槽内脱落，气囊盖板完成脱落。

11、盖板顶推系统安装于气囊上部，顶盖推杆受推杆导向支架限制，沿竖直方向运动，顶盖推杆受推杆弹簧作用悬于气囊舱内部。

12、减速伞舱的结构为：包括减速伞外壳、减速伞、减速伞端盖和二号爆炸螺栓，减速伞外壳与尾翼焊接，减速伞安装于减速伞外壳内部，减速伞端盖通过二号爆炸螺栓安装于减速伞外壳端部。

13、无人机舱的结构为：包括无人机安装底座及周向布置的四个无人机发射筒，无人机发射筒由内部放置的折叠翼无人机、活塞、压缩氮气存储罐、剪切销、发射筒端盖组成，折叠翼无人机的机翼弹射至空中后可自主展开。

14、一种水下自浮式无人机群运载装置的工作过程，包括如下操作流程：

15、s1：解脱上浮；

16、当控制舱接收到上浮指令后，与固定环连接的声学释放器解脱，运载装置实现快速上浮；

17、s2：减速上浮；

18、运载装置底部的深度计实时测量运载装置所处深度，检测到运载装置上浮到接近水面时，控制尾部的二号爆炸螺栓解脱，减速伞端盖受重力作用下落，减速伞端盖本身作为牵引机构引导减速伞打开，运载装置上浮速度迅速降低；

19、s3：漂浮开盖；

20、运载装置上浮至水面后，控制舱接收深度计信号，燃气型充气装置释放气体，使气囊快速充气，同时顶盖处爆炸螺栓爆炸解锁，气囊顶起顶盖推杆沿推杆导向支架移动，顶盖推杆作用于顶盖上，使顶盖绕封头转轴转动，封头转轴从c型卡座脱落，顶盖在重力及顶盖推杆支撑作用下斜向下滑落入水；

21、同时，气囊充气后，气囊盖板下部的盖板撕裂部受力断开，盖板转轴从盖板c型安装座凹槽内脱落，气囊盖板脱落，气囊完全展开，支持运载装置漂浮于水面；

22、s4：载荷发射；

23、控制舱接收到岸基发射信号后，折叠翼无人机上电，搜星、任务装订，控制舱内陀螺仪检测筒体姿态满足发射要求后，无人机发射筒内压缩氮气存储罐触发，推动活塞，活塞顶推折叠翼无人机出筒；折叠翼无人机出筒时首先撞击发射筒端盖，发射筒端盖上易断剪切销受冲撞力断裂，发射筒端盖被顶开，折叠翼无人机发射出筒，随后，其余无人机发射筒可贯序发射内部折叠翼无人机，折叠翼无人机的机翼弹射至空中后可自主展开，执行飞行任务。

24、本发明的有益效果如下：

25、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过顶盖、气囊舱、主体段、尾段及减速伞舱等部件之间的互相配合工作，可以方便的完成无人机群的快速可靠运载上浮、多机水面稳定发射，有效的解决现有技术中的各项问题与难点。

26、同时，本发明还具备如下优点：

27、(1)本发明采用浮力材料外壳，设计适于快速上浮的水动力线型，配合轻质的碳纤维耐压壳及尾翼，实现快速上浮响应，具有上浮速度快，无动力上浮运动可靠性高的优点。

28、(2)本发明上浮至水面后，触发气囊，以提供较大的正浮力，可以抵消无人机发射时的后坐力，保持运载器的水面姿态稳定，防止筒体倾斜进水，可保障后续多无人机贯序发射或齐射。

29、(3)本发明开盖方式为通过气囊推动推杆，推杆顶推顶盖实现开盖，且开盖机构处通过设置c型卡座，有效减少了火工动作装置的使用，具有安全可靠、经济环保的优点。

30、(4)无人机发射筒端盖处通过易断剪切销固定，无人机弹射出筒时剪切销断裂，端盖被顶开，完成无人机发射。端盖及易断剪切销的设置可以有效防止发射时外部水花等进入无人机发射筒内，作为防止无人机进水的第二道保护手段，可以最大程度上保护无人机的安全发射环境。利于保持无人机发射前的干式状态，提高装备可靠性。

31、(5)本发明通过设置上浮减速伞舱，防止无人机群运载装置在上浮过程中因为正浮力大、上浮速度过快，导致出水高度过大，无法控制出水姿态的问题。可以减小系统风险，保障后续工作流程顺利执行。此外，减速伞舱直接打开减速伞进行减速，通过端盖本身作为牵引机构引导减速伞打开，以代替推射机构，降低系统复杂性，可靠性高。