一种机械式抛载装置及水下航行器的制作方法

本发明属于水下航行器抛载，具体涉及一种机械式抛载装置及水下航行器。

背景技术：

1、水下航行器及机器人在执行下潜、上浮、任务载荷投放或应急抛载时，通常需要设置浮力重量调节系统或装置。对于小型水下航行器和机器人，受安装空间和承载能力的限制，大多采用抛出固体压载的方式实现重量改变，以完成上浮或紧急避险。目前，水下航行器常用的抛载方式主要包括电化学腐蚀触发式、电磁铁吸合式和液压驱动式等几类。

2、电化学腐蚀触发式抛载装置依靠通电加速金属腐蚀断裂来释放压载物，其结构简单、无运动部件，但触发时间受水温、盐度、溶解氧含量等环境因素影响较大，释放延迟不可控，且每次使用后均需更换腐蚀件，维护成本高，难以满足快速响应和重复使用的要求。电磁铁吸合式抛载装置依靠电磁铁通电吸合保持压载物，断电后释放，其响应速度较快，但在深海高压环境下，电磁铁需承受巨大水压，密封结构复杂，且在大负载条件下容易因吸力不足导致误释放或无法释放，承载能力受到电磁吸力的直接限制。液压驱动式抛载装置通过液压缸、电磁阀、蓄能器等液压元件实现压载的锁定与释放，虽然能够承受较大负载，但其系统组成复杂，包含大量液压元器件和管路，体积和重量较大，难以适用于内部空间紧凑的小型水下航行器；同时，液压系统需要外部油源进行充油和调试，长期待机时存在液压油内漏、密封老化等可靠性隐患，且持续保压或多次动作会消耗较多电能，降低水下航行器的续航能力。

3、综上所述，现有抛载装置在小型化、低功耗、高可靠性、快速响应及大负载能力等方面仍存在不足。电化学腐蚀式触发延迟不可控且不可重复使用，电磁铁吸合式深海承载能力和密封性受限，液压驱动式系统复杂、体积重量大、维护成本高。因此，亟需一种结构简单、体积紧凑、纯机械传动、无需持续供电保持锁定、触发功耗低且能够承载大质量压载物的机械式抛载装置，以满足深海小型水下航行器对抛载可靠性、快速性和可重复使用性的严苛要求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种机械式抛载装置及水下航行器。通过驱动组件驱动侧向挡块滑动以解除对抛载承载块的止挡，使抛载物在自身重力力矩作用下带动抛载承载块自动转动并沿竖直方向脱离，实现驱动组件与抛载负载力学隔离、触发功耗极低、纯机械式高可靠的大负载抛载。

2、本发明提供一种机械式抛载装置，包括驱动组件、抛载承载块和侧向挡块；

3、所述抛载承载块可转动的设置在安装位置，用于挂载抛载物；

4、所述侧向挡块具有第一止挡部和第二止挡部，在挂载状态下，所述第一止挡部止挡所述抛载承载块的第一端，以限制所述抛载承载块在抛载物重力产生的旋转力矩作用下转动，并保持抛载物挂载；所述第二止挡部抵接所述抛载承载块的第二端或抛载物，以限制抛载物从抛载承载块第二端滑出；

5、抛载时，所述驱动组件工作，驱动所述侧向挡块的第一止挡部解除对所述抛载承载块第一端的止挡；所述抛载承载块在抛载物的重力力矩作用下自动转动，使抛载物在重力作用下脱离。

6、更进一步地，在挂载状态下，所述侧向挡块的第一止挡部抵接所述抛载承载块的第一端，所述第二止挡部抵接所述抛载承载块的第二端，所述侧向挡块与所述抛载承载块围合形成封闭空间；所述抛载物通过挂钩挂载于所述封闭空间内。

7、更进一步地，所述侧向挡块的第一止挡部和第二止挡部为相互垂直的直杆结构，所述抛载承载块的第一端和第二端为相互垂直的直杆部，两个所述直杆部之间为弧形过渡段。

8、更进一步地，所述驱动组件驱动所述侧向挡块移动的方向与所述第二止挡部的直杆延伸方向共线；

9、抛载时，所述第一止挡部随侧向挡块移动而解除对所述抛载承载块第一端的止挡，所述第二止挡部在移动过程中保持对所述抛载物的侧向限位；所述抛载承载块在抛载物重力作用下转动，直至所述抛载承载块的第二端与所述第二止挡部之间形成允许抛载物的挂钩通过的开口，所述抛载物沿竖直方向脱离。

10、更进一步地，还包括限位罩，所述限位罩设置于所述抛载物的外周，用于在抛载时对所述抛载物的下落路径进行导向，限制所述抛载物沿竖直方向脱离。

11、更进一步地，所述驱动组件包括驱动电机、齿轮和齿条，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿轮由所述驱动电机驱动旋转，所述侧向挡块与所述齿条连接并随所述齿条同步移动。

12、本发明还提供一种机械式抛载方法，使用机械式抛载装置，包括如下步骤：

13、将抛载物挂载于抛载承载块上，使侧向挡块的第一止挡部止挡抛载承载块的第一端，第二止挡部限制抛载物从抛载承载块第二端滑出；

14、控制驱动组件工作，驱动侧向挡块移动，使第一止挡部解除对抛载承载块第一端的止挡；

15、抛载承载块在抛载物重力力矩作用下绕安装位置自动转动；

16、抛载物在重力作用下脱离抛载承载块，完成抛载。

17、本发明还提供一种水下航行器，包括上述机械式抛载装置。

18、更进一步地，所述水下航行器为自主式水下航行器，所述机械式抛载装置设置于所述自主式水下航行器的头舱内，所述抛载承载块的安装位置位于所述头舱的底部或侧部。

19、更进一步地，所述抛载物为货物或配重块。

20、本发明所提供的机械式抛载装置，相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

21、本发明提供的机械式抛载装置采用重力自解锁原理，驱动组件不直接作用于抛载承载块，也不直接承受抛载物的重力载荷。在挂载状态下，抛载物的全部重量通过抛载承载块传递至侧向挡块的第一止挡部，由侧向挡块的滑动限位结构承担，驱动组件仅保持静止，不消耗任何能量，亦不承受持续载荷。因此，驱动组件的挂载负担被完全卸除，其额定输出力无需匹配抛载物的重量，只需满足克服侧向挡块滑动摩擦力的要求即可，极大降低了驱动组件的选型要求，使得装置整体体积更小、重量更轻、能耗更低。

22、在抛载触发阶段，驱动组件仅需输出一个很小的驱动力，推动侧向挡块沿滑动结构移动微小距离，使第一止挡部让开抛载承载块第一端的转动路径。由于侧向挡块采用滑动结构进行限位，其移动阻力主要来源于配合面间的摩擦力，远小于抛载物的重力。因此驱动组件在抛载瞬间的功耗极低，无需大功率电机或复杂传动机构，有利于节省自主式水下航行器宝贵的电池能量，延长水下工作时间。

23、此外，抛载承载块一旦失去第一止挡部的约束，便在抛载物自身重力产生的旋转力矩作用下自动、快速地绕安装位置转动，无需驱动组件继续提供任何动力。这一过程完全由重力驱动，动作干脆利落，不存在电气延迟或液压响应滞后的问题。整个抛载动作不依赖驱动组件的持续作动，驱动组件仅在解锁瞬间短暂工作，随后即可停止，进一步降低了系统能耗。

24、第二止挡部在抛载过程中发挥了关键的时序限位作用。在第一止挡部解除约束、抛载承载块开始转动的初始阶段，第二止挡部可仍保持与抛载物或抛载承载块第二端的限位接触，确保抛载物不会因约束突然释放而失去控制地侧向窜出。只有当抛载承载块转动至第二端与第二止挡部之间的开口足够大时，抛载物才能沿竖直方向脱离。这一时序配合使得抛载物的释放方向可控、释放过程有序，有效避免了抛载物与自主式水下航行器头舱内部结构发生干涉或卡滞的风险，提高了抛载动作的确定性和安全性。

25、另外，从承载能力角度看，由于驱动组件不参与挂载状态的受力，抛载物的重力全部由机械结构件中抛载承载块、侧向挡块及安装轴承担，承载上限取决于这些结构件的材料强度和尺寸，而非驱动组件的输出能力。因此本装置可通过加强机械结构轻松适应大质量抛载物，例如深海自主式水下航行器所需的重型压载块，承载能力远高于电磁式等依赖持续吸力的方案。

26、从可靠性角度看，纯机械式的滑动限位结构不受水深、压力、温度、盐度及电化学腐蚀等因素影响，侧向挡块的止挡与释放动作完全由机械运动实现，无电气触点或腐蚀元件的性能衰减问题。驱动组件仅需在抛载指令下完成一次小行程的滑动驱动，即使驱动组件在抛载后失效，也不会影响已经完成的释放动作，整个装置的安全性、可靠性和可重复使用性均得到显著提升。

27、综上所述，本实施例通过驱动组件与侧向挡块的滑动限位配合，实现了驱动组件与抛载承载块之间的力学隔离：挂载时驱动组件不承力，抛载时驱动组件仅需克服微小摩擦，重力自解锁完成释放；同时，第一止挡部与第二止挡部协同配合，分别承担转动锁定和侧向限位功能，确保挂载稳定、释放有序。该设计从负载、功耗、响应速度、承载能力、释放方向可控性及环境适应性等多个层面均表现出显著优势。