船舶污底清洗水下飞行器

技术领域

本发明涉及船底清洗领域，具体涉及一种船舶污底清洗水下飞行器。

背景技术

船舶长期与海水接触，会导致大量细菌粘附在其材料表面，形成一层生物调节膜。初代浮游生物的幼虫、孢子纷纷着落在该生物调节膜上，分泌出增强附着力的粘液，并通过化学键合、静电作用、机械联锁、扩散联锁中的一种或几种协同作用，进行强力粘附，不断繁殖。老一代生物死亡后，部分不会自动脱落，新一代又会重新附着在其表面，最终形成大规模的生物群。

一般说来，受水体盐度、水域流速等环境因素的影响，船体附着生物会出现死亡，并自动脱落。而实际上，贝类硬壳等海生物在淡水中一周左右会死亡，但其死亡后因强力粘附作用并不会自动脱落，这样就会成为新一轮生物附着的基础。

船舶在航行过程中，水的相对流速较大，对生物附着与生长能起到抑制作用，但仍有生物可能附着在船舶上，主要附着部位为船体表面、螺旋桨、桨轴、声呐仓、海底门等；附着物不断积累和侵蚀，不但会使船舶航行速度下降，消耗能量增加，甚至还会使船舶水下设施的腐蚀和破坏加剧，缩短使用寿命，最终造成船舶污损。

目前船底主要用喷砂技术清洗，占市场百分之八十以上，然而这项传统的清淤方式污染性非常强，会产生粗颗粒、粉尘等污染物。空化射流是一种在射流中自然产生空化气泡的连续射流，空泡或采用空气或采用淹没方式产生，采用多种方法在流体中形成一个压力低于当地蒸汽压力的区域，这样也就激发了空化核的生长(流体中的气泡)，这些气泡被卷入射流进一步生长，直到它们接近被清洗或切割的表面由于受阻滞而引起破裂。在破裂过程中，产生非常高的压力和微射流，靶面应力高于大多数材料的抗拉强度。虽然单独的空泡破裂造成的破坏程度较小，但持续渐增的此类现象使得材料的失效延展扩大。

公开号为CN111634417A公开了一种船舶污底清洗飞行器，该飞行器清洗喷头作用面积小；边缘防撞机构阻力大、保护范围小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种船舶污底清洗水下飞行器，该飞行器能够代替人工作业，清洗船舶污底。

为实现上述目的，本发明所设计一种船舶污底清洗水下飞行器，包括

清洗装置，用于产生清洗船舶污底的射流；

运行装置，用于根据控制端发送的控制指令，携带清洗装置实现水平移动和垂直移动；

所述清洗装置安装在运行装置上。

进一步地，还包括：防撞机构，用于避免运行装置与船舶碰撞，与运行装置固定相连。

再进一步地，所述清洗装置包括

空化射流喷洗器，用于利用空化射流技术产生连续射流以清洗船舶污底。

玻璃罩，其结构呈碗状，空化射流喷洗器安装在玻璃罩内，用于保护空化射流喷洗器；

折叠式机械臂，用于使空化射流喷洗器与船身之间处于最佳清洗距离；

再进一步地，所述空化射流喷洗器包括安装在玻璃罩上的中心旋转轴和安装在中心旋转轴上“Z”字型喷洗器，所述“Z”字型喷洗器两端为喷嘴。

再进一步地，所述折叠式机械臂为二自由度机械臂，在两个折叠处分别设置有一个防水舵机；

所述防水舵机与控制端无线相连；

所述折叠式机械臂的底端固定在运行装置上；

所述防水舵机根据控制端发送的控制指令控制折叠式机械臂的伸展和收缩：

当飞行器进行清洗作业时，折叠式机械臂伸展；

当飞行器转移时，折叠式机械臂收缩。

再进一步地，所述运行装置，包括：运行支架、支撑盖板、水平推进器和主控舱和垂直推进器；

所述支撑盖板配合设置在运行支架上，用于保护水平推进器和主控舱，支撑清洗装置和防撞机构；

所述主控舱安装在运行支架中部上，与控制端无线相连；

所述水平推进器有四个，分别安装在运行支架的四角处，并分别面向四个方向；

所述垂直推进器有两个，对称设置在主控舱两侧的运行支架的腰部处侧壁上；

所述主控舱内设置有控制面板，用于接收控制指令后分别控制四个水平推进器和两个垂直推进器的开闭和转速；

所述主控舱内还设置有水平电池，用于为控制面板、四个水平推进器和两个垂直推进器提供电力。

再进一步地，所述防撞机构，包括：四个安装座和橡胶圈；

四个安装座分别安装于运行支架的四角上表面；安装座上设置有U型卡槽，

橡胶圈安装在U型卡槽上。

本发明的设计原理：

1.机体边缘防撞设计

考虑到机器作业环境的特殊，机器侧身可能与船底、船侧身、水下的暗石、水生物等发生碰撞，本发明设计了机体边缘防撞机构。机体边缘防撞机构由安装座、卡槽和橡胶圈组成；橡胶圈为机器的最外圈，保护机身，机身撞击时可以起到减震作用，卡槽将橡胶圈与安装座相连，安装座与机器主体相连。

2.垂直推进器

选用两个个水下推进器作为推进动力，电机为直流无刷电机，使用3s动力锂电池，40A无刷电调(均设置在主控舱内)。

垂直运动包括上升、下降和悬停。垂直运动中机体的两个螺旋桨转速相同，当两个旋桨产生的升力与水的浮力之和大于机体重力时，即可实现上升运动。反之，降低转速，当升力与浮力之和小于机体重力时，即可完成下降运动。当升力与浮力之和等于机体重力时，即可实现悬停。

3.水平推进设计

为使水下飞行器在工作时能更平稳地实现水平运动，采用如图推进器布置。通过控制各推进器，可以使机体产生水平直线运动和转向运动；控制原理：

(1)前进后退运动

当机体处于水平运动状态，1号推进器和2号推进器的螺旋桨转动且转速相同，垂直于机身纵向的推力会相互抵消，而3号推进器和4号推进器的螺旋桨停止，机体会受到向前的推力从而完成前进运动。同理，3号推进器和4号推进器的螺旋桨转动，1号推进器和2号推进器的螺旋桨停止时完成后退动作。

(2)左右运动

当机体处于水平运动状态，2号推进器和4号推进器的螺旋桨转动且转速相同，沿机身纵向的推力会相互抵消，而1号推进器和3号推进器的螺旋桨停止，机体会受到向左的推力从而向左运动。同理，1号推进器和3号推进器的螺旋桨转动，2号推进器和4号推进器的螺旋桨停止时机体向右运动。

(3)偏航运动

当飞行器处于水平运动状态，1号推进器和4号推进器的螺旋桨转动且转速相同，2号推进器和3号推进器的螺旋桨停止，机体会受到逆时针方向的力矩从而绕着Z轴产生逆时针运动。同理，2号推进器和3号推进器的螺旋桨转动，1号推进器和4号推进器的螺旋桨停止时，机体会顺时针运动。

4.清洗装置设计

清洗装置由空化射流喷头和可折叠二自由度机械臂组成。机器转移作业地点时，机械臂折叠以减小阻力，而在清洗螺旋桨等机器不易靠近的部位时，机械臂可伸展开，以保证喷头与船身之间处于最佳清洗距离。机械臂的折叠与展开由两个防水舵机控制。喷洗器成Z字形布置，当两个喷嘴工作时其产生的后坐力可使两个喷嘴绕中心轴旋转，可以增加射流的作用面积。

本发明的有益效果：

本发明使用射流来清洗船舶污底，这样就避免了船体表面损伤，而且还能够有效对船舶污底进行清理。另外，本发明中的运行装置，能够携带清洗装置自由移动，由此可以摆脱依靠人工进行清理，不仅提高了清洗效率，还降低了清洗成本、射清洗节能环保。

附图说明

图1为船舶污底清洗水下飞行器的立体图；

图2为折叠式机械臂展开的飞行器立体图；

图3为船舶污底清洗水下飞行器的主视图；

图4为船舶污底清洗水下飞行器的左视图；

图5为船舶污底清洗水下飞行器的俯视图；

图6为防撞机构的立体图；

图7为清洗装置的主视图；

图8为清洗装置的左视图；

图9为防撞机构的俯视图；

图10为清洗装置的立体图

图中，清洗装置1、空化射流喷洗器11、中心旋转轴111、喷洗器112、玻璃罩12、折叠式机械臂13、防水舵机14、运行装置2、运行支架21、支撑盖板22、水平推进器23、推进器231、推进器232、推进器233、推进器234、主控舱24、垂直推进器25、防撞机构3、安装座31、U型卡槽311、橡胶圈32。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

如图1～4所示的船舶污底清洗水下飞行器，包括

清洗装置1，用于产生清洗船舶污底的射流；

运行装置2，用于根据控制端发送的控制指令，携带清洗装置1实现水平移动和垂直移动；清洗装置1安装在运行装置2上。

在本实施例中，使用射流来清洗船舶污底，这样就避免了船体表面损伤，而且还能够有效对船舶污底进行清理。另外，本发明中的运行装置，能够携带清洗装置自由移动，由此可以摆脱依靠人工进行清理，不仅提高了清洗效率，还降低了清洗成本。

防撞机构3，用于避免运行装置2与船舶碰撞，与运行装置2固定相连(图6)。

在本实施例中，运行装置2安装在防撞机构3下方，被防撞机构3保护；清洗装置1在防撞机构3内；

防撞机构3，包括：四个安装座31和橡胶圈32；

四个安装座31分别安装于运行支架21的四角上表面；安装座31上设置有U型卡槽311，橡胶圈32安装在U型卡槽311上。

在本实施例中，控制指令由控制端发送；控制端可以指控制室，也可以是服务器。当实时控制时，工作人员可以通过控制端对飞行器发出指令；当自动控制时，工作人员提前通过控制端写好控制程序后，控制端根据控制程序对飞行器进行自动控制。

如图7～10所示：清洗装置1包括

空化射流喷洗器11，用于利用空化射流技术产生连续射流以清洗船舶污底；空化射流喷洗器11包括安装在玻璃罩12上的中心旋转轴111和安装在中心旋转轴111上“Z”字型喷洗器112，“Z”字型喷洗器112两端为喷嘴；

玻璃罩12，其结构呈碗状，空化射流喷洗器11安装在玻璃罩12内，用于保护空化射流喷洗器；

折叠式机械臂13，用于使空化射流喷洗器11与船身之间处于最佳清洗距离；

空化射流是一种在射流中自然产生空化气泡的连续射流。空化射流通过空泡或采用空气或采用淹没方式产生，采用多种方法在流体中形成一个压力低于当地蒸汽压力的区域。这样也就激发了空化核的生长流体中的气泡，这些气泡被卷入射流进一步生长，直到它们接近被清洗或切割的表面由于受阻滞而引起破裂。在破裂过程中，产生非常高的压力和微射流，靶面应力高于大多数材料的抗拉强度。虽然单独的空泡破裂造成的破坏程度较小，但持续渐增的此类现象使得材料的失效延展扩大。在本实施例中，运用空化射流技术来清洗船舶污底，能够有效提高清洗效率。

在本实施例中，Z”字型喷洗器112的喷头型号可根据作业对象更换。

折叠式机械臂13为二自由度机械臂，在两个折叠处分别设置有一个防水舵机14；

防水舵机14与控制端无线相连；

折叠式机械臂13的底端固定在运行装置2上；

防水舵机14根据控制端发送的控制指令控制折叠式机械臂13的伸展和收缩：

当飞行器进行清洗作业时，折叠式机械臂13伸展；

当飞行器转移时，折叠式机械臂13收缩。

两个防水舵机13位于折叠式机械臂13的折叠处，能够分别控制折叠式机械臂13两个折叠处的开合角度，从而在飞行器运行至预定位置后，进一步地精确控制空化射流喷头11与船体之间的距离。当飞行器转移时，折叠式机械臂13折叠收缩以减小阻力；而当飞行器进行清洗作业时，遇到船体上飞行器不易靠近的部位时，折叠式机械臂13可伸展开，以保证空化射流喷头11与船身之间处于最佳清洗距离。

如图5所示，运行装置2，包括：运行支架21、支撑盖板22、水平推进器23和主控舱24和垂直推进器25；

支撑盖板22配合设置在运行支架21上，用于保护水平推进器23和主控舱24，支撑清洗装置1和防撞机构3；

主控舱24安装在运行支架21中部上，与控制端无线相连；

水平推进器23有四个，分别安装在运行支架21的四角处，并分别面向四个方向；

垂直推进器25有两个，对称设置在主控舱24两侧的运行支架21的腰部处侧壁上；

主控舱24内设置有控制面板，用于接收控制指令后分别控制四个水平推进器23和两个垂直推进器25的开闭和转速；

主控舱24内还设置有水平电池，用于为控制面板、四个水平推进器23和两个垂直推进器25提供电力。

在本实施例中，四个水平推进器23，分别为：推进器231、推进器232、推进器233和推进器234；具体运动操作如下：

(1)前进后退运动

当机体处于水平运动状态，推进器231和推进器232的螺旋桨转动且转速相同，垂直于机身纵向的推力会相互抵消，而推进器233和推进器234的螺旋桨停止，机体会受到向前的推力从而完成前进运动。同理，推进器233和推进器234的螺旋桨转动，推进器231和推进器232的螺旋桨停止时完成后退动作。

(2)左右运动

当机体处于水平运动状态，推进器232和推进器234的螺旋桨转动且转速相同，沿机身纵向的推力会相互抵消，而推进器231和推进器233的螺旋桨停止，机体会受到向左的推力从而向左运动。同理，推进器231和推进器233的螺旋桨转动，推进器232和推进器234的螺旋桨停止时机体向右运动。

(3)偏航运动

当飞行器处于水平运动状态，推进器231和推进器234的螺旋桨转动且转速相同，推进器232和推进器233的螺旋桨停止，机体会受到逆时针方向的力矩从而绕着Z轴产生逆时针运动。同理，推进器232和推进器233的螺旋桨转动，推进器231和推进器234的螺旋桨停止时，机体会顺时针运动。

在本实施例中，四个水平推进器23的转速和启停都受到主控舱24的控制面板控制。主控舱24的控制面板与控制端无线相连，接收控制指令，并且还能够将反馈信息发送至控制端。

两个垂直推进器32的转速相同，产生推力的方向平行于Z轴且都指向上。垂直运动中，两个垂直推进器32的螺旋桨转速相同，当两个垂直推进器32的升力与飞行器浮力之和大于机体重力时，即可实现上升运动。

反之，降低转速，当两个垂直推进器32的升力与飞行器浮力之和和小于机体重力时，即可完成下降运动。

当两个垂直推进器32的升力与飞行器浮力之和等于机体重力时，即可实现悬停。

在本实施例中，两个垂直推进器32的转速和启停都受到主控舱24的控制面板控制。控制面板与控制端无线相连，接收控制指令，并且还能够将反馈信息发送至控制端。

垂直推进器参数

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。