具有混合供能系统和锚固装置的水下潜航器及控制方法与流程

本发明属于水下潜航器的供能控制系统、锚固装置，具体涉及具有混合供能系统和锚固装置的水下潜航器及控制方法。

背景技术：

1、水下潜航器，全称为自主式水下航行器（auv，autonomous underwater vehicle），是一类能够在水下自主导航和执行任务的机器人，广泛应用于海洋环境调查和海底资源勘测，有助于探索和利用海洋资源，如矿产、油气等。

2、在海底进行海洋环境调查或海底资源勘测等作业时，可能会有海流、波浪以及其他自然或人为的干扰，为了保持水下潜航器在水下的平衡和稳定，需要水下潜航器启动推进器，对抗海流和波浪的力量或克服自然或人为的干扰。

3、但是，现有的自主式水下航行器主要依赖携带的蓄电池组作为能源，这限制了其航行速度、续航能力、工作范围及负载设备承载能力，电池的有限电量对auv的性能和作业时间构成了显著限制。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供具有具有混合供能系统和锚固装置的水下潜航器及控制方法，以解决现有技术的自主式水下航行器主要依赖携带的蓄电池组作为能源，这限制了其航行速度、续航能力、工作范围及负载设备承载能力，电池的有限电量对auv的性能和作业时间构成了显著限制的问题。

2、本发明其中一方案提供了一种具有混合供能系统和锚固装置的水下潜航器，包括潜航器主体、混合供能系统、推进系统以及锚定系统；

3、所述混合供能系统设置于所述潜航器主体中部，所述混合供能系统包括燃料电池、蓄电池组，所述燃料电池通过逆变器与所述蓄电池组电连接，所述燃料电池和所述蓄电池组通过转换器接入电路总线，用于向所述推进系统供电；

4、所述推进系统设置于所述潜航器主体两侧，用于调整所述潜航器主体的运行状态；

5、所述锚定系统设置于所述潜航器主体的艏部；所述锚定系统与所述混合供能系统电连接；所述锚定系统包括卷扬模块、连接绳组和锚定钻头，所述卷扬模块固定设置在所述潜航器主体的内部，所述卷扬模块通过所述连接绳组连接所述锚定钻头，用于调整所述连接绳组的伸出长度进行所述锚定钻头的上下布设；

6、所述锚定钻头包括连接主体、钻头以及电机，所述连接主体的第一端用于连接所述连接绳组，所述连接主体的第二端可转动地设置有所述钻头；所述电机设置在所述连接主体内部，且所述电机的输出端与所述钻头传动连接；所述连接主体的外侧还设置有锚固增强叶片转动连接，所述电机通过传动模块与所述锚固增强叶片传动连接，用于使所述锚固增强叶片张开。

7、在本方案中，混合供能系统结合了燃料电池和蓄电池组，可以提供更持久的电能供应，增加潜航器的续航时间，使其能够在水下执行更长时间的任务；锚定系统的设计使得潜航器能够在特定位置进行定点作业，如海洋观测、采样或施工等，提高了作业的精确性和效率。

8、在其中一个方案中，还包括导航传感器系统，所述导航传感器系统包括信号收发器、定位传感器以及探测雷达，所述信号收发器设置于所述潜航器主体的顶部，且所述信号收发器分别与所述定位传感器和所述探测雷达电连接。

9、在本方案中，导航传感器系统为潜航器提供了更高级的导航、通信和探测能力，提升了其在复杂水下环境中的性能和应用范围。

10、在其中一个方案中，所述推进系统包括主推进器、艏部侧推进器以及艉部侧推进器；

11、所述主推进器设置于所述潜航器主体的中部两侧；

12、所述艏部侧推进器设置于所述潜航器主体的头部段两侧；

13、所述艉部侧推进器设置于所述潜航器主体的尾部段两侧；

14、所述锚定系统设置于所述艏部侧推进器与所述主推进器之间。

15、在本方案中，通过在潜航器主体的艏部和艉部设置侧推进器，可以提高潜航器的操控性和机动性，使其能够更精确地进行方向调整和姿态控制。

16、在其中一个方案中，所述燃料电池包括氢气储罐和氢燃料电池电堆，所述潜航器主体内部形成有相邻的第一空腔和第二空腔，所述氢气储罐设置于所述第一空腔，所述氢燃料电池电堆设置于所述第二空腔，所述氢气储罐通过供气管路向所述氢燃料电池电堆输送氢气；

17、所述蓄电池组包括动力电池和储能电池，所述潜航器主体内部形成有与所述第二空腔相邻的第三空腔，所述蓄电池组设置于所述第三空腔；所述第一空腔、所述第二空腔和所述第三空腔沿所述潜航器主体的轴向方向设置。

18、在本方案中，燃料电池产生的电能和蓄电池组中的锂电池存储的电能经过转化后输送给整机系统使用，增加了能量的利用效率，并为潜航器提供了额外的能源储备。

19、在其中一个方案中，所述传动模块包括齿轮离合器、传动齿轮以及蜗轮蜗杆；所述齿轮离合器设置与所述电机的端部，所述传动齿轮与所述齿轮离合器啮合连接，所述传动齿轮与所述蜗轮蜗杆传动连接，所述蜗轮蜗杆与所述锚固增强叶片传动连接。

20、在本方案中，齿轮离合器、传动齿轮和蜗轮蜗杆的组合能够将电机产生的动力有效传递给锚固增强叶片，同时，传动模块较为紧凑，适合在空间受限的水下潜航器内部使用，有助于节省空间，进而增强了锚定系统的性能，使其能够更好地适应复杂的水下作业环境。

21、在其中一个方案中，所述锚定钻头还包括高压喷水组件；所述高压喷水组件包括进水管、叶片泵、高压管路以及高压喷嘴，所述进水管的进水口设置于所述第一端，所述高压喷嘴设置于所述钻头的钻削面上，所述叶片泵与所述进水管连通，用于在所述叶片泵运行时通过所述高压管路向所述高压喷嘴输送高压水。

22、在本方案中，通过高压水流的辅助，可以减少钻头与被钻材料之间的直接接触，从而降低物理磨损，延长钻头的使用寿命；高压水流可以清理钻头周围的碎屑，减少钻孔过程中的摩擦和阻塞，提高钻进速度和效率。

23、在其中一个方案中，所述连接主体还包括防扭挂环，所述防扭挂环包括两个子挂环，所述子挂环设置于所述第一端，所述防扭挂环用于连接所述连接绳组；

24、和/或，所述连接主体还包括过滤器，所述过滤器位于所述第一端，所述过滤器设置于所述进水管的进水口，用于对进入所述进水管的水体进行过滤。

25、在其中一个方案中，还包括设置于所述潜航器主体内部的控制系统，所述控制系统分别与所述混合供能系统、所述推进系统和所述锚定系统电连接，所述控制系统用于通过控制所述混合供能系统、所述推进系统和所述锚定系统，以调整所述潜航器主体的运行状态；

26、所述潜航器主体的运行状态至少包括稳定运行状态、频繁启制动状态、短时加速状态和低能耗状态。

27、在其中一个方案中，还包括耐压壳，所述耐压壳设置于所述潜航器主体的外部，且所述耐压壳在所述锚定系统形成有预留的开口；

28、所述耐压壳还包括耐压壳头部段、耐压壳尾部段，所述耐压壳头部段和所述耐压壳尾部段分别设置于所述潜航器主体的首尾端；

29、所述耐压壳由浮体材料制造。

30、在其中一个方案中，还指出了一种控制方法，可用于以上方案中任意一个所述具有混合供能系统和锚固装置的水下潜航器，在水下潜航器的进行短时加速时，所述燃料电池和所述蓄电池组同时通过所述电路总线向所述推进系统供电，使所述推进系统以满额功率运行；

31、在所述水下潜航器的稳定运行时，所述燃料电池通过所述电路总线向所述推进系统供电，使所述推进系统以预设的稳定功率运行，同时所述燃料电池产生的剩余电能存入所述蓄电池组；

32、在所述水下潜航器的频繁启制动时，所述蓄电池组通过所述电路总线向所述推进系统供电，所述燃料电池停止运行；

33、在所述水下潜航器的低能耗状态，所述锚定系统启动将所述水下潜航器悬停在指定位置，所述蓄电池组通过所述电路总线向所述推进系统供电，所述燃料电池停止运行。

34、在本方案中，在水下潜航器的进行短时加速时，燃料电池和蓄电池组同时供电，能够迅速提供推进系统所需的满额功率，实现快速加速；确保了在需要快速改变潜航器速度或逃避障碍物时，能够提供足够的动力；在所述水下潜航器的稳定运行时，燃料电池提供稳定功率，同时将剩余电能存储于蓄电池组，优化了能源的使用效率；通过储存剩余电能，增加了潜航器的续航时间，适合长时间的水下作业；在所述水下潜航器的频繁启制动时，使用蓄电池组供电，燃料电池停止运行，提供了所需的机动性，使用蓄电池组可以减少系统的总体负荷；在所述水下潜航器的低能耗状态，在锚定悬停状态下，只使用蓄电池组供电，燃料电池停止运行，最大限度地节约能量，由于只使用蓄电池组，减少了燃料电池运行时可能产生的噪音，适合需要隐蔽性的作业。

35、附图说明

36、为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

37、图1表示本发明的具有混合供能系统和锚固装置的水下潜航器的结构示意图；

38、图2表示本发明的具有混合供能系统和锚固装置的水下潜航器的剖视结构示意图；

39、图3表示本发明的锚定系统的结构示意图；

40、图4表示本发明的锚定钻头的剖视结构示意图；

41、图5表示本发明的锚定钻头另一视角的立体剖视结构示意图；

42、图6表示图5的锚定钻头剖视结构示意图中a处的放大示意图。