一种面向探隐融合大尺度伸缩式的水下无人潜航器的制作方法

本发明属于水下探测领域，涉及一种水下探测设备，具体涉及一种面向探隐融合大尺度伸缩式的水下无人潜航器。

背景技术：

1、探隐融合是研究在舰艇研制与使用过程中，在平台总体资源、体系协同、攻防对抗和海洋环境等多要素耦合约束下，潜艇综合隐身与水下探测感知之间的相互关系、变动规律、运行模式、数据支持及整体优化的一门交叉学科。

2、大尺度探测是海洋研究的重要内容，比如低频水声探测、涡的探测等，都需要数百至数千米的平台尺度需求。目前常采用的方式主要为拖曳线列阵，通过水面或者水下平台的布放实现大尺度信号的探测。但是拖曳线列阵所依赖的水面或水下平台均较为昂贵，且1艘仅能布防1到2条线列阵，大范围长期探测成本高昂。采用无人潜航器实现拖曳线列阵是目前新兴的技术方向，但是目前单个无人潜航器平台较小，难以实现百米以上尺度的布防需求。

3、现有技术cn112357020a公开了一种基于水下列车的无人潜航器编队及控制方法，，包括线导无人潜航器、多个工作无人潜航器、收放缆装置和连接器，收放缆装置包括拖曳缆、拖曳缆固定机构和收放绞车，线导无人潜航器通过拖曳缆与母艇相连，多个工作无人潜航器及线导无人潜航器分别通过连接器相互连接，收放绞车安设于母艇内，拖曳缆绕设于收放绞车上。本发明实现大规模中小型无人潜航器的集约型水下远程高效投送、回收以及作业控制，同时有效提高无人潜航器远距离搭载过程中的使用效能。该技术必须借助于母艇，利用母艇收放绞车释放拖曳缆，实现水下监测，并且在水下工作时，各个工作无人潜航器通过连接器相连或者散开，散开时只能进行集群探测，无法形成线性阵列的大尺度探测，如果强行进行大尺度线性排列，极易导致潜航器失控丢失，因为其他必须母艇，也无法进行小尺度隐藏，因此无法通过多形态变换实现大尺度探测和小尺度隐藏目的。

技术实现思路

1、本发明的目的是基于目前海洋探测的低成本和大尺度需求，本发明提出一种面向探隐融合大尺度伸缩式的水下无人潜航器技术方面，目前国内外均未见相关研究和报道，该水下蛇形无人潜航器组建灵活、布放和回收便捷，可低成本、长时间在水下支撑实现海洋数百米至数千米尺度的探测。本发明通过伸缩和舱段位姿变换，实现既能大尺度的探测，又能小尺度的隐身。大尺度的探测，通过线缆连接各部分无人潜航器舱段实现；小尺度隐身通过舱段内的动力卷盘收放线缆实现。本发明主要由中间舱段、端部舱段、中心舱段和线缆四部分组成。中间舱段主要负责线缆长度的拓展，端部舱段主要负责端部的锚泊，中心舱段主要负责无人潜航器的航行控制和信息处理，线缆负责水下探测和舱段间数据传输。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种面向探隐融合大尺度伸缩式的水下无人潜航器，包括

4、多个舱段，至少包括中心舱段、端部舱段和若干中间舱段；

5、航行动力机构，设置于每个舱段上，驱动每个舱段独立运动；

6、控制中心，设于中心舱段内，用于控制每个舱段运动及信息采集处理；

7、锚链机构，设置于端部舱段，能将整个水下无人潜航器锚固在海底；

8、线缆，用于连接相邻的舱段，并在相邻舱段之间进行信息传输；以及

9、线缆收放机构，用于驱动相邻舱段之间的线缆收放；

10、通过航行动力机构驱动每个舱段在水下独立运动，配合线缆收放机构对线缆收放改变多个舱段的相对位姿和间距，使得水下无人潜航器处于展开的大尺度工作形态或者小尺度隐身形态，通过改变舱段数量能实现水下无人潜航器的尺度变换范围。

11、通过航行动力机构和线缆收放机构配合，使得多个舱段间距变大（整体长达几百米或者几千米时），并且处于设计姿态的大尺度工作形态时，能够携带拖曳线列阵声呐或者其他水下探测设备，进行水下探测工作；当多个舱段之间间距变小（整体在百米内或者更小时），处于隐身状态，能避免被反向探测发现。

12、本发明通过线缆收放机构的收放，使得单个舱体能够在长度上实现1-10倍尺度变换，比如，1个中心舱段、1个端部舱段和1个中间舱段组成的水下无人潜航器，每个舱段长度为2.5m，那么改水下无人潜航器整体长度能够实现7.5米左右到75米左右的尺度变换。

13、在投入水下之前，通过改变中间舱段数量，可以进一步调整大小尺度变化，实现数百米至千米级的最大尺度调整。，投入水下使用后，通过航行动力机构驱动每个舱段在水下独立运动，配合线缆收放机构对线缆收放改变多个舱段的相对位姿和间距，使得无人潜航器在长度上进行大尺度伸缩变换和姿态变换。

14、优选的，所述端部舱有两个，两个端部舱位于中心舱两端，所述若干中间舱分别位于端部舱和中心舱之间。

15、优选的，所述线缆为柔性线缆，线缆内设有用于舱段之间信息传输和交换的通讯线缆。

16、优选的，所述动力机构包括包括设置于舱段外部的若干水下推进器，通过水下推进器控制每个舱段在水下独立运动。

17、优选的，所述水下推进器通过回转机构安装在舱段上，通过回转机构调整推进器的推荐方向，从而实现水下全向推进。

18、优选的，所述水下推进器有两组，每组4个，周向均布在舱段四周。

19、优选的，每个舱段内还设有能源模块、运动控制模块和计算存储模块，所述能源模块用于提供能源动力，所述运动控制模块用于控制航行动力机构，计算存储模块用于计算和存储每个舱段的控制信息和采集信息；

20、其中，所述中心舱段内还设置有中央控制模块和中央存储模块，所述中央控制模块控制端部舱段和所有中间舱段的运动及信息采集，所述中央存储模块用于储存控制指令和采集数据。

21、优选的，每个舱段端均设有用于检测其位姿的九轴传感器。

22、优选的，所述线缆收放机构包括两个平行设置的动力卷盘，所述线缆固定在其中一个动力卷盘上后缠绕在两个动力卷盘上，并且线缆的端部与数据总线相连。

23、优选的，所述能源模块包括储能模块和发电模块，所述发电模块与水下推进器相连，利用洋流推动推进器反向转动发电。

24、优选的，所述锚链机构包括固定锚、锚链和锚链卷盘，所述固定锚通过锚链与锚链卷盘相连，通过锚链卷盘的卷收实现固定锚的释放和收锚。

25、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

26、本发明为一种面向探隐融合大尺度伸缩式的水下无人潜航器，通过伸缩，实现既能大尺度的探测，又能小尺度的隐身。大尺度的探测通过线缆连接各部分无人潜航器舱段实现；小尺度隐身通过舱段内的动力卷盘收放线缆实现。目前国内外无本发明相关公开报道。

27、本发明主要由中间舱段、端部舱段、中心舱段和线缆四部分组成。中间舱段主要负责线缆长度的拓展，端部舱段主要负责端部的锚泊，中心舱段主要负责无人潜航器的航行控制和信息处理，线缆负责水下探测和舱段间数据传输。中间舱段由1个卷盘区域、2个动力区域、2个控制区域组成，端部舱段由在中间舱段的基础上，在一端增加1个锚链区域，中心舱段将卷板区域替换成中控区域。

28、本发明可通过增加和减少中间舱段实现最大和最小尺度的变化，单个舱段采用首尾呈“十”字的4个可90°旋转的动力螺旋式实现前进后退、上浮下潜以及左右横移。

29、本发明采用微正浮力设计，通过水平方向两侧动力螺旋桨控制在水中的上浮、下潜以及悬停。当锚泊时，水平方向两侧动力螺旋桨调整转向，通过微正浮力拉紧锚链，实现锚泊状态下的充电。