1.本发明属于水下航行器，具体为一种基于气舱控制浮潜的水下航行器。


背景技术：

2.海洋资源开采是海洋强国战略的重要部分，随着人们对海洋资源的开发与利用程度的深入，遇到的问题越来越复杂，仅靠人力进行海洋信息采集和信息开采显然不实际。在此大背景下，水下航行器应运而生，日益成为开发海洋的重要工具，其应用领域也在不断扩大。
3.常规航行器通常在入水前计算重心和浮心位置，再根据所计算的重心和浮心位置进行配重，使航行器运动平衡。然而，这种方式并不能使航行器良好地适应不同水况，在暗流或者大波浪水况中很容易发生失衡，这极大地限制了航行器的正常工作。
4.因此，亟需开发一种更佳的浮力调节方式，使航行器在不同水况中能及时调整浮态，增加航行器工作的适应性；同时，航行器的浮力调节方式的开发应当遵循调节灵活及时，设计简约、成本低的原则。


技术实现要素：

5.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种调节灵活、水况适应性好、平稳运行的基于气舱控制浮潜的水下航行器。
6.技术方案：本发明所述的一种基于气舱控制浮潜的水下航行器，包括主舱体，主舱体上分别设置左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置和尾部螺旋桨推进装置，主舱体包括外壳、密封舱、气孔一、气舱单元和导轨，外壳上设置气孔一，密封舱设置在外壳内，导轨上设置通过位置移动以控制浮力分布的气舱单元，气孔一与气舱单元相联通。
7.进一步地，气舱单元包括气孔二、固定轴、活塞盖、托架和滑轮，气孔二通过气管与气孔一相连，并延伸至水面，活塞盖沿固定轴上下滑动，对气体进行吸入和压出，从而调节浮力大小，托架分别与固定轴、滑轮相连。气舱单元通过活塞盖进行浮力调节，能够灵活利用浮力，增加航行器在不同水况下的适应能力，使航行器稳定工作。滑轮可在导轨上灵活运动，初始时，导轨的前后左右各有一气舱，当航行器在复杂水况中发生浮力失衡时，四个气舱可以独立移动进行浮力补偿。
8.进一步地，密封舱内设置控制系统和蓄电池，控制系统与左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置、尾部螺旋桨推进装置和气舱单元相连。控制系统为单片机，使用软件进行编程，通过单片机引脚实现对外部设备的控制，航行器具备信号接收、处理、发送的功能，将简单处理的信息发送到另一块人为操控的接收数据的上位机。控制系统对托架控制为独立控制，其可以单独对任一托架进行移动，也可根据实时水况，自主分析浮力分布，一键使四个托架移动至最优点。当航行器出现浮力简单失衡时，可通过遥控移动内部气舱单元，主动调节浮力分布。当浮力失衡时，船艏的感应系统可自主分析浮力分布，一键使四个气舱单元移动至最优点。
9.进一步地，导轨为环形，导轨用于滑轮的滑动。
10.进一步地，左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置的结构完全相同，左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置用于推动主舱体旋转。左螺旋桨推进装置包括桨叶一、桨轴一、保护罩一、连接杆一、电机一、保护壳和连接杆二，桨叶一通过桨轴一与电机一相连，保护罩一通过连接杆一与桨轴一相连，保护壳的一端与主舱体相连，另一端与电机一相连，保护壳通过连接杆二与主舱体相连。为了保证主舱体左右的左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置在推进进行方向调节时能有足够的结构强度，三根连接杆一均贯穿保护罩一，从而形成稳定的三角结构。另一方面，保护罩使螺旋桨产生的动力聚焦收敛，增加了桨叶一的动力利用率。
11.进一步地，保护罩一内设置转动装置，转动装置可以灵活控制推力，便于航行器方向操纵，在不同水况环境可做到环境勘察，监视等工作，能耗低，运动灵活。转动装置包括电机连接器、联动杆一、横向转动轴、联动杆二、纵向转动轴和连接杆三，电机连接器与联动杆一相连，横向转动轴分别与联动杆一、联动杆二相连，纵向转动轴分别与联动杆二、连接杆三相连，连接杆三与连接杆二相连。联动杆一为l型。
12.进一步地，尾部螺旋桨推进装置包括桨叶二、桨轴二、保护罩二、连接杆四和电机二，桨叶二通过桨轴二与电机二相连，保护罩二通过连接杆四与桨轴二相连。
13.工作原理：当航行器处于纵向浮潜运动时，左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置的推进方向为纵向；航行器下潜时，左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置由初始位置施加一个向下的推力。航行器上浮时，左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置的通过纵向转动轴由初始位置纵向旋转180
°
，从而施加一个向上的推力。当航行器处于横向变向运动过程中，左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置的通过纵向转动轴转动至水平方向，再通过横向转动轴左右45
°
摆动改变推力方向，使航行器完成变向。当航行器进行浮潜需要动力补偿时，左螺旋桨推进装置、右螺旋桨推进装置通过转动装置可纵向旋转改变推力方向，给航行器纵向推力。
14.有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：主舱体内部的导轨配合四个可独立控制的气舱单元，使浮力分布的调节更灵活，增加了航行器在不同水况下的适应程度；航行器外形流线型，减少了阻力，能在水中自由移动，灵活完成浮潜，转向，翻滚，悬停等动作；浮力供给来源空气，清洁高效；转动装置由双转动轴组成，更灵活机动地转动。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图；
16.图2是本发明主舱体1的剖视图；
17.图3是本发明主舱体1的立体图；
18.图4是本发明气舱单元14的剖视图；
19.图5是本发明左螺旋桨推进装置2的结构示意图；
20.图6是本发明转动装置28的第一种工作状态示意图；
21.图7是本发明转动装置28的第二种工作状态示意图
22.图8是本发明尾部螺旋桨推进装置4的结构示意图。
具体实施方式
23.以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。
24.如图1，水下航行器的主舱体1左右两侧分别有左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3，尾部有尾部螺旋桨推进装置4。左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3在转动装置28的辅助下可以提供向上或向下的推力以及水平方向纵向轴左右45度范围的推力。在此基础上，主舱体1左右的左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3可以使航行器进行自由转向，也可在航行器浮潜运动时，进行向上或者向下的动力补偿。
25.如图2～4，主舱体1包括外壳11、密封舱12、气孔一13、气舱单元14和导轨15。环形的导轨15铺设于外壳11和密封舱12之间的空间底部，气舱单元14在环形的导轨15上灵活运动。外壳11上固设有气孔一13，密封舱12在外壳11内。气舱单元14包括气孔二141、固定轴142、活塞盖143、托架144和滑轮145，气孔二141通过气管与气孔一13相连，并延伸至水面。活塞盖143沿固定轴142上下滑动，对气体进行吸入和压出，从而调节浮力大小，托架144与滑轮145固定连接，并与固定轴14作空心连接。
26.密封舱12内设有控制系统和蓄电池，控制系统与左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3、尾部螺旋桨推进装置4和气舱单元14相连。控制系统为单片机，使用软件进行编程，用编程软件写好程序之后，下载到单片机，通过单片机引脚实现对外部设备的控制，航行器具备信号接收、处理、发送的功能，将简单处理的信息发送到另一块人为操控的接收数据的上位机，供操作人参考。控制系统对托架144控制为独立控制，其可以单独对任一托架144进行移动。初始时，导轨15的前后左右各有一气舱单元14，当航行器在复杂水况中发生浮力失衡时，四个气舱单元14可以独立沿导轨15移动进行浮力分布控制，控制系统可自主分析浮力分布，一键使四个气舱移动至最优点。
27.如图5，左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3的结构完全相同，左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3用于推动主舱体1旋转。左螺旋桨推进装置2包括桨叶一21、桨轴一22、圆形的保护罩一23、连接杆一24、电机一25、保护壳26和连接杆二27，桨叶一21通过桨轴一22、减速器与电机一25相连，保护罩一23通过三根连接杆一24与桨轴一22固连，形成稳定的三角结构，保证主舱体1左右的左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3在推进进行方向调节时能有足够的结构强度。此外，保护罩使螺旋桨产生的动力聚焦收敛，增加了桨叶一21的动力利用率。保护壳26的一端与主舱体1固连，另一端与电机一25转动连接，保护壳26通过连接杆二27与主舱体1固连。
28.如图6～7，保护罩一23内设置转动装置28，转动装置28包括电机连接器281、l型的联动杆一282、横向转动轴283、联动杆二284、纵向转动轴285和连接杆三286。电机连接器281与联动杆一282固定连接，横向转动轴283分别与l型的联动杆一282、联动杆二284转动连接，纵向转动轴285分别与联动杆二284、连接杆三286转动连接，连接杆三286与连接杆二27固定连接。初始状态如图6所示，当航行器处于纵向浮潜运动过程中时，主舱体1左右的左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3方向也为纵向；航行器下潜时，主舱体1左右的左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3由初始位置施加一个向下的推力；当航行器上浮时，左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3通过纵向转动轴285由初始位置纵向旋转180
°
，从而施加一个向上的推力。当航行器处于横向变向运动过程中，左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3通过纵向转动轴285转动至水平方向，如图7所示，再通过横向转动轴283左右45
°
摆动改变推力方向，使航行器完成变向。
29.如图8，尾部螺旋桨推进装置4包括桨叶二41、桨轴二42、圆形的保护罩二43、连接杆四44和电机二45，桨叶二41通过桨轴二42与电机二45相连，桨轴二42通过电机二45带动桨叶二41旋转，保护罩二43通过三根连接杆四44与桨轴二42相连。由于此处尾部螺旋桨推进装置4不需要转动，不需要左螺旋桨推进装置2、右螺旋桨推进装置3那么高的强度，因此，连接杆四44无需贯穿圆形的保护罩二43。