用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置及方法

本发明属于水下任务载荷投放领域，具体地说是一种用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置及方法，可用于探究水下无人航行器与任务载荷的安全分离条件。

背景技术：

1、近年来，水下无人航行器作为一种创新型运载工具，被广泛应用于携带、运输和释放各类任务载荷。通过水下无人航行器作为运输载体具有隐蔽性好，安全性高，不受海况和气候影响等特点，同时海底任务载荷具有工作深度大，任务样式多，运载难度大的特点。而水下无人航行器与任务载荷分离的结束状态正是任务载荷下潜的初始状态，如果不能以安全的方式分离，就有可能导致任务载荷与水下无人航行器发生碰撞，同时不能保证任务载荷以准确的姿态着陆到指定区域。因此，研究初始分离条件对水下无人航行器投放任务载荷安全性的影响，观测不同分离条件下任务载荷的姿态和位置，设计探究水下无人航行器与任务载荷安全分离条件的试验装置，规范水下无人航行器与任务载荷安全分离条件试验的试验方法就具十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置及方法。该试验装置通过导流罩和投放段生成水下航行器航行时在周围产生的特征液流，以空压机为动力源，由气缸驱动折叠臂带动拨叉释放或回收任务载荷，通过调节空压机输出压力，输出不同的释放初速度；通过调节三通阀位置可以调节两个气缸的压力分配实现不同初始角速度释放；通过任务载荷内部的姿态、位置监控盒收集数据，分析水下无人航行器与任务载荷的分离条件对分离安全的影响。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明的试验装置包括外部壳体、投放机构及任务载荷，其中外部壳体上开设有投放口，所述投放机构包括安装架b及分别位于外部壳体内的气缸、折叠臂、连接件，所述安装架b固接在外部壳体上，所述气缸固定在安装架b上、并外接气源，所述气缸的活塞与连接件相连，所述气缸的左右两侧对称设有折叠臂，每侧所述折叠臂的两端分别与安装架b及连接件铰接，两侧所述折叠臂的下端分别向下延伸形成拨叉，所述折叠臂在气缸的作用下带动拨叉伸缩；所述任务载荷当装置在水中静止及拖曳状态时位于外部壳体内，所述任务载荷包括特征外壳及锁紧机构，所述特征外壳上开设有安装口b，所述安装口b处安装有位于特征外壳内部的锁紧机构，所述拨叉由安装口b插入、并通过所述锁紧机构锁紧。

4、其中：所述锁紧机构包括压板、弹簧及支撑架c，所述支撑架c安装于安装口b处，所述压板位于支撑架c内，在所述压板与支撑架c底部之间设有弹簧，所述拨叉在插入安装口b后与压板抵接，当所述气缸的活塞缩回时，所述拨叉在弹簧的弹力作用下被压板锁紧，当所述气缸的活塞伸出时，所述任务载荷与投放机构分离，并由所述投放口投放。

5、所述安装架c的底部设有导向杆，所述弹簧套设在导向杆上，所述压板上对应导向杆的位置开设有供导向杆穿过的孔。

6、所述特征外壳为圆角矩形截面的钝体，所述特征外壳内设有姿态监控盒，所述特征外壳的尾部设有用于连接回收绳的回收环。

7、所述外部壳体上开设有安装口a，所述气缸及折叠臂由安装口a插入，所述安装架b通过安装孔口a限位、并固接在外部壳体上。

8、所述投放机构中的气缸为两个，两个所述气缸分别通过软管与三通阀的两个接口相连通，所述三通阀的第三个接口与气源相连通。

9、所述外部壳体包括导流罩及投放段，所述投放段的一端与导流罩光滑连接、形成水下无人航行器流线型的外部轮廓，所述投放段的另一端为开放结构，所述投放段的顶部开设有安装口a、腹部开设有投放口；所述投放段的内部安装有浮力块。

10、所述投放段内分别设有支撑架a及加强筋，所述投放段通过支撑架a、加强筋及浮力块的布置形成稳定牢固的壳体。

11、所述折叠臂包括铰接臂a及铰接臂b，所述铰接臂a的一端与安装架b铰接，所述铰接臂a的另一端与铰接臂b的一端铰接，所述铰接臂b的另一端与连接件铰接。

12、本发明用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

13、步骤a，通过气源使所述气缸带动折叠臂同步运动，所述气缸的活塞伸出，所述折叠臂为折叠状态；

14、步骤b，将所述锁紧机构插入特征外壳上的安装口b，所述拨叉由安装口b插入，通过气源使所述气缸带动折叠臂同步运动，所述气缸的活塞缩回，所述折叠臂为打开状态，所述拨叉被锁紧机构锁紧，所述任务载荷通过锁紧机构被锁紧至外部壳体中，完成安装；

15、步骤c，所述试验装置入水，调节所述试验装置至水平，保持设定时间后，检查管路气密性；

16、步骤d，由拖曳机构拖曳所述试验装置，达到预设条件后，重复步骤a，推动所述锁紧机构，所述拨叉与锁紧机构脱离后由安装口b移出，所述任务载荷与投放机构分离，并由所述投放口放出；

17、步骤e，所述任务载荷上预留有回收绳，所述回收绳的另一端连接拖曳机构固定位置，释放设定时间后回收任务载荷，然后翻转所述试验装置进行二次安装或结束试验。

18、本发明的优点与积极效果为：

19、1.本发明结构简单，稳定性好，作为试验平台能够配合拖曳水池或拖曳船只模拟多种条件的水下无人航行器与任务载荷的分离条件。

20、2.本发明在实现试验装置在水中静止和拖曳时保持水平姿态，任务载荷容易装入试验装置，同时在释放后通过回收绳快速回收任务载荷，增加工作效率。

21、3.本发明设计了锁紧机构，既能在气缸收紧时锁紧拨叉，同时能够在气缸伸出时，在弹簧作用下加速任务载荷分离。

22、4.本发明的浮力块安装在外部壳体内部，相比于外部挂载浮力材料的方式，实现了试验装置在水中翻转，使任务载荷容易二次安装。

23、5.本发明外部壳体采用2mm薄钢板结合内部加强筋和支撑架的结构，内部结构安装架采用铝型材结合方钢管，在保证整体刚度的情况下，大大减少了重量，使平台操作方便。

24、6.本发明将气缸、折叠臂、拨叉结合，设计了一款模拟分离的新型分离试验装置，同时规范试验方法，提高工作效率。

技术特征：

1.一种用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：包括外部壳体(1)、投放机构(2)及任务载荷(3)，其中外部壳体(1)上开设有投放口(24)，所述投放机构(2)包括安装架b(15)及分别位于外部壳体(1)内的气缸(10)、折叠臂(13)、连接件(6)，所述安装架b(15)固接在外部壳体(1)上，所述气缸(10)固定在安装架b(15)上、并外接气源，所述气缸(10)的活塞与连接件(6)相连，所述气缸(10)的左右两侧对称设有折叠臂(13)，每侧所述折叠臂(13)的两端分别与安装架b(15)及连接件(6)铰接，两侧所述折叠臂(13)的下端分别向下延伸形成拨叉(14)，所述折叠臂(13)在气缸(10)的作用下带动拨叉(14)伸缩；所述任务载荷(3)当装置在水中静止及拖曳状态时位于外部壳体(1)内，所述任务载荷(3)包括特征外壳(16)及锁紧机构(19)，所述特征外壳(16)上开设有安装口b(26)，所述安装口b(26)处安装有位于特征外壳(16)内部的锁紧机构(19)，所述拨叉(14)由安装口b(26)插入、并通过所述锁紧机构(19)锁紧。

2.根据权利要求1所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述锁紧机构(19)包括压板(20)、弹簧(21)及支撑架c(23)，所述支撑架c(23)安装于安装口b(26)处，所述压板(20)位于支撑架c(23)内，在所述压板(20)与支撑架c(23)底部之间设有弹簧(21)，所述拨叉(14)在插入安装口b(26)后与压板(20)抵接，当所述气缸(10)的活塞缩回时，所述拨叉(14)在弹簧(21)的弹力作用下被压板(20)锁紧，当所述气缸(10)的活塞伸出时，所述任务载荷(3)与投放机构(2)分离，并由所述投放口(24)投放。

3.根据权利要求2所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述安装架c(23)的底部设有导向杆(22)，所述弹簧(21)套设在导向杆(22)上，所述压板(20)上对应导向杆(22)的位置开设有供导向杆(22)穿过的孔。

4.根据权利要求1所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述特征外壳(16)为圆角矩形截面的钝体，所述特征外壳(16)内设有姿态监控盒(18)，所述特征外壳(16)的尾部设有用于连接回收绳的回收环(17)。

5.根据权利要求1所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述外部壳体(1)上开设有安装口a(25)，所述气缸(10)及折叠臂(13)由安装口a(25)插入，所述安装架b(15)通过安装孔口a(25)限位、并固接在外部壳体(1)上。

6.根据权利要求1所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述投放机构(2)中的气缸(10)为两个，两个所述气缸(10)分别通过软管(11)与三通阀(12)的两个接口相连通，所述三通阀(12)的第三个接口与气源相连通。

7.根据权利要求1所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述外部壳体(1)包括导流罩(4)及投放段(5)，所述投放段(5)的一端与导流罩(4)光滑连接、形成水下无人航行器流线型的外部轮廓，所述投放段(5)的另一端为开放结构，所述投放段(5)的顶部开设有安装口a(25)、腹部开设有投放口(24)；所述投放段(5)的内部安装有浮力块(9)。

8.根据权利要求7所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述投放段(5)内分别设有支撑架a(7)及加强筋(8)，所述投放段(5)通过支撑架a(7)、加强筋(8)及浮力块(9)的布置形成稳定牢固的壳体。

9.根据权利要求1所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置，其特征在于：所述折叠臂(13)包括铰接臂a及铰接臂b，所述铰接臂a的一端与安装架b(15)铰接，所述铰接臂a的另一端与铰接臂b的一端铰接，所述铰接臂b的另一端与连接件(6)铰接。

10.一种权利要求1至9任一权利要求所述用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤

技术总结本发明属于水下任务载荷投放领域，具体地说是一种用于模拟水下无人航行器与任务载荷分离的试验装置及方法，试验装置包括外部壳体、投放机构及任务载荷，外部壳体包括导流罩、投放段、浮力块，投放机构包括气缸、软管、三通阀、折叠臂、拨叉、安装架B，任务载荷包括特征外壳、锁紧机构、姿态监控盒、回收环；气缸伸缩带动折叠臂工作，通过调节气压大小控制气缸伸缩速度从而控制任务载荷释放的初始下降速度，通过调节三通阀位置调节两个气缸的速度，从而实现任务载荷以不同姿态入水。本发明实现了采用试验装置模拟任务载荷分离，试验装置水中能够实现翻转，方便释放后的任务载荷回收和二次安装，试验装置具有很好的安全性、可靠性和经济性。技术研发人员：谷海涛,王正伟,张发年受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18