本發明屬于海洋機器人技術領域，具體地說是一種升力型高速海洋機器人。

背景技術：

海洋機器人(Unmanned Maritime Vehicles，UMV)包括水下機器人(Unmanned Underwater Vehicles，UUV)、水面機器人(Unmanned Sur face Vehicles，USV)以及混合型海洋機器人(Hybrid Unmanned Maritime Vehicles，HUMV)。其中，水下機器人還可分為自主水下機器人(Autonomous Underwater Vehicles，AUV)與遙控水下機器人(Remotely Operated Vehicles，ROV)。混合型海洋機器人被稱為“第四代”海洋機器人，包括自主水下機器人(AUV)與遙控水下機器人(ROV)的混合、水面機器人(USV)和水下機器人(UUV)的混合等，代表了當前海洋機器人的重要發展趨勢。兼具水下機器人水下隱蔽作業和水面機器人高速遠程等優點、擁有更優性能指標、更強作業能力和更高智能自主水平的混合型海洋機器人能夠執行遠距離載荷投送或運輸、水下搜救、海洋科考等使命任務，從而能夠大幅度提高海洋工程、科學考察、海洋軍事等領域無人化裝備的技術水平。可以預見，更加先進的混合型海洋機器人將成為海洋機器人領域未來的主要發展方向和重要組成部分。

從水下機器人操縱性的角度來看，傳統的水下機器人的主體等大部分結構對水下機器人的操縱控制幾乎沒有貢獻，水下機器人的操縱幾乎完全依靠舵提供操縱面，并設置穩定翼作為水下機器人航行穩定性的必要輔助措施。這種傳統的水下機器人操縱系統最大的缺點是沒有充分利用占水下機器人絕大部分體積重量的主體來提供輔助操縱能力，從而導致水下機器人的操縱性能和機動性能出現瓶頸。尤其在下潛速度方面，傳統水下機器人在操作性能方面的瓶頸導致其下潛速度較慢。

從水下機器人的負載能力及方式來看，傳統的水下機器人負載能力很小，并且依賴于配重來實現衡重平衡并保持微正浮力。這種傳統的水下機器人對衡重參數要求嚴格，航行過程中必須嚴格保證重心與浮心的相對位置，一旦出現海水密度變化較大等情況導致浮力不夠或者衡重參數發生較大變化，則必須依靠拋載等被動方式來重新調整。這導致水下機器人無法適應不同海深、不同海域的海水密度變化，且負載能力有限，限制了水下機器人未來的發展及大范圍應用。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種升力型高速海洋機器人。該系統屬于混合型海洋機器人，可實現水面航行和水下航行兩種狀態，具有對自身衡重要求不高、可儲備較大浮力、上浮或下潛速度快、機動性能好等特點，并具有良好的環境適應能力和載荷攜帶能力，可執行載荷運輸或投送、深海科考等任務。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種升力型高速海洋機器人，包括主體、可折疊前翼、可折疊后翼、附體、主推進裝置及側推進裝置，其中主體的兩側對稱設有兩個附體，兩側附體通過可折疊前翼和可折疊后翼與主體連接，所述主體的艉部設有主推進裝置，兩側附體的艉部均設有側推進裝置，通過可折疊前翼和可折疊后翼的同步折疊和展開實現海洋機器人的水面航行和水下航行狀態的切換。

所述主體和附體采用回轉體構型，所述可折疊前翼和可折疊后翼的剖面為倒置水翼型結構。

所述可折疊前翼和可折疊后翼為可折疊機構；在水面航行時，可折疊前翼和可折疊后翼向主體的下部折疊，呈八字形布置；在水下航行時，可折疊前翼和可折疊后翼展開，與主體呈水平布置。

所述主體的內部設有熱動力艙及位于熱動力艙前、后端的監測儀器容置倉和聲學電子艙，所述主體的艉部設有艉舵，所述主體的腹部設有側掃聲納，所述側掃聲納的外側設有與主體連接的整流罩，所述整流罩為V型結構。

所述監測儀器容置倉內設有前視聲納、側掃聲納、光纖陀螺、無線網橋、無線電臺、多普勒計程儀、深度計、北斗/GPS及控制計算機。

在低速航行時，所述熱動力艙為電池組充電；在高速航行時，所述熱動力艙和電池組分別為主推進裝置和側推進裝置提供電力。

所述熱動力艙采用Li/SF₆燃料，可通過閉式燃燒發電。

所述主體艏部與艉部分別設有前軸流泵和后軸流泵，所述前軸流泵和后軸流泵用于在低速航行狀態下通過向上噴射提供下壓力。

所述可折疊前翼內設有前舵，所述可折疊后翼內設有后舵。

所述附體內設有電池控制器及與電池控制器連接的電池組。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.本發明可實現水面和水下兩種航行狀態，集成了水下機器人技術與水面機器人技術的雙重特性，可在水面航行狀態下布放、航渡和回收，在水下航行狀態下執行預定任務。

2.本發明的可折疊前后翼采用機翼形，可使航行體具有較大正浮力，相對常規水下機器人的微正浮力設計，不僅可降低航行體由于故障而沉沒的風險，同時通過前后翼在航行過程中產生的下沉力可提高適應海洋環境作用力變化的能力。

3.本發明主體艏部和艉部各有一套軸流泵，可在低速航行狀態下向上噴射提供下壓力，抵消航行體的浮力，解決抵消航行時舵效差的問題。

4.本發明主體和附體后部均有推進裝置，可通過不同推進裝置的差速實現水平面大機動能力。

5.本發明采用混合動力方式，低速航行時電池組向推進裝置供電，熱動力艙通過閉式燃燒發電并向電池組充電；高速航行時電池組和熱動力艙一起向推進裝置供電。

附圖說明

圖1為本發明的透視圖；

圖2為本發明水下航行狀態的軸測圖；

圖3為本發明水下航行狀態的俯視圖；

圖4為本發明水下航行狀態的正視圖；

圖5為本發明水面航行狀態的軸測圖；

圖6為本發明水面航行狀態的俯視圖；

圖7為本發明水面航行狀態的正視圖。

其中：1為主體，2為可折疊前翼，3為可折疊后翼，4為附體，5為前舵，6為后舵，7為艉舵，8為主推進裝置，9為前視聲納，10為側掃聲納，11為前軸流泵，12為光纖陀螺，13為無線網橋，14為無線電臺，15為多普勒計程儀，16為深度計，17為北斗/GPS，18為控制計算機，19為熱動力艙，20為后軸流泵，21為電池控制器，22為電池組，23為聲學電子艙，24為側推進裝置。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。

如圖1-7所示，本發明提供的一種升力型高速海洋機器人，包括主體1、可折疊前翼2、可折疊后翼3、附體4、主推進裝置8及側推進裝置24，其中主體1的兩側對稱設有兩個附體4，兩側附體4通過可折疊前翼2和可折疊后翼3與主體1連接，所述主體1的艉部設有主推進裝置8，兩側附體4的艉部均設有側推進裝置24，通過可折疊前翼2和可折疊后翼3的同步折疊和展開實現海洋機器人的水面航行和水下航行狀態的切換。

所述主體1和附體4采用魚雷形的回轉體構型，所述可折疊前翼2和可折疊后翼3的剖面為倒置水翼型結構。

所述可折疊前翼2和可折疊后翼3為可折疊機構；在水面航行時，可折疊前翼2和可折疊后翼3向主體1的下部折疊，呈八字形布置；在水下航行時，可折疊前翼2和可折疊后翼3展開，與主體1呈水平布置。

如圖1所示，所述主體1的內部設有熱動力艙19及位于熱動力艙19前、后端的監測儀器容置倉和聲學電子艙20，所述主體1的艉部設有艉舵7，所述主體1的腹部設有側掃聲納10，所述側掃聲納10的外側設有與主體1連接的整流罩，所述整流罩為V型結構。

所述監測儀器容置倉內設有前視聲納9、側掃聲納10、光纖陀螺12、無線網橋13、無線電臺14、多普勒計程儀15、深度計16、北斗/GPS17及控制計算機18。

在低速航行時，所述熱動力艙19為電池組22充電；在高速航行時，所述熱動力艙19和電池組22分別為主推進裝置8和側推進裝置24提供電力。

所述熱動力艙19采用Li/SF₆燃料，可通過閉式燃燒發電。

所述主體1的艏部與艉部分別設有前軸流泵11和后軸流泵20，所述前軸流泵11和后軸流泵20用于在低速航行狀態下通過向上噴射提供下壓力。所述可折疊前翼2內設有前舵5，所述可折疊后翼3內設有后舵6。所述附體4內設有電池控制器21及與電池控制器21連接的電池組22。所述主體1和附體4均為耐壓殼體結構。

本發明在構型設計方面，采用主體+雙側附體+倒置水翼的設計方案，整體呈大正浮力設計。所述主體1和附體4采用魚雷形回轉體構型，可折疊前翼2、可折疊后翼3的剖面為倒置水翼形。

如圖2-4所示，本發明處于水下航行狀態時，可折疊前翼2和可折疊后翼3展開，附體4與主體1處于同一平面。倒置水翼在水下航行時可產生向下的壓力，用以平衡預留的大正浮力。這種升力原理可以有效克服密度、壓力等變化倒置的浮力變化，水翼產生的下壓力隨航速提高逐漸增大。

如圖5-7所示，本發明處于水面航行狀態時，可折疊前翼2和可折疊后翼3折疊，呈八字形布置。升力型高速海洋機器人變為類似小水線面雙體船(SWATH)的結構形式，保證水面航行的耐波性，從而能大幅降低升力型高速海洋機器人布放和回收的風險。

在推進器和操縱面布局方面，本發明采用了主體1和兩側附體4三部推進裝置組成分布式推進，強化機動性的同時可以減小推進裝置的尺度。可折疊前翼2和可折疊后翼3上分別有前舵5和后舵6，在水下航行時強化了垂直面機動能力，而在水面航行時變結構前后翼折疊后，前后舵演變為方向舵，強化了舵向控制能力。在水下低速航行狀態時，本發明主體1艏部和艉部各有一套軸流泵，可在低速航行狀態下向上噴射提供下壓力，抵消航行體的浮力，強化垂直面機動能力。通過這種射流+舵的新型操縱技術，減少航行體受航速的影響，解決傳統的槽道推進器隨航速的增加效率急劇下降，而低速情況下舵效較差的問題，確保本發明在低中高航速下具有較高機動性。

在能源動力方面，本發明采用電池組+熱動力的混合動力模式，其中熱動力采用Li/SF₆燃料可以在水下通過閉式燃燒發電。本發明低速巡航時采用電池組供電，熱動力為電池組充電，保障了航續航力；高速巡航時采用熱動力和電池組一同供電，保證了大功率推進需要。熱動力與電池組全部滿功率輸出時即可達到最大航速。

綜上所述，本發明提供的升力型高速海洋機器人可通過水翼和軸流泵提供較大下壓力，增強機器人的垂直面機動性能，并能夠通過高速航行實現快速下潛；升力型高速海洋機器人可通過主體和附體上的推進裝置差速實現水平面的機動性能，從而得到更好的操縱性能和機動性能。

升力型高速海洋機器人可在航行過程中通過調整航行速度和前后舵來調整水翼產生的下壓力，從而滿足航行過程中的衡重要求；此外，在低速航行時，升力型高速海洋機器人還可通過軸流泵向上噴射水流產生下壓力。因此升力型高速海洋機器人可具有較大的負載能力，并可適應較大的海水密度變化。

以上所述僅為本發明的實施方式，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進、擴展等，均包含在本發明的保護范圍內。