[發明專利]一種低速運動的高穩定性水下航行器流體動力布局

有效

• 申請號: 201910553370.0
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110316340B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 宋保維;潘光;姜軍;王鵬;曹永輝;胡海豹;張克涵
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B63G8/00
• 分類號: B63G8/00;G06F30/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種低速運動的高穩定性水下航行器流體動力布局，包括主體、舵和推進裝置，所述的主體為回轉體形結構，在主體尾段安裝有全動舵，在主體尾段端面安裝有螺旋槳作為推進裝置；所述全動舵的弦長和展長分別為b和l，滿足約束條件的目標函數minC_xS(l,b,χ)。本發明適用于回轉體形低速航行器的流體動力布局設計，采用本發明設計完成的50公斤級無人水下航行器和1500公斤無人水下航行器實航驗證，流體動力布局確保了航行器在低速航行時具有良好的定深和定向能力，完全滿足設計指標要求。

技術領域

本發明屬于機械工程領域，涉及一種水下航行器流體動力布局設計。

背景技術

回轉體形無人水下航行器作為一種海洋裝備已被已廣泛應用于海洋國防建設和海洋經濟發展，在面向海洋經濟發展，越來越多需要可以低速(速度約3節)運動的無人水下航行器。而在低速航行狀態下，需要無人水下航行器保持良好的航行狀態和穩定的姿態，否則無人水下航行器將不能完成海底勘探、海洋信息采集、航路規劃以及海底搜救等任務。目前國內外比較成熟的無人水下航行器實際航行速度都超過4節，為穩定航行采用矢量推進或“鰭+舵”的流體動力布局。因此，需要設計一種高穩定性低速運動的無人水下航行器流體動力布局，以使得回轉體形無人水下航行器能夠滿足低速運動的姿態穩定的航行要求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種低速運動高穩定性的無人水下航行器流體動力布局設計，以實現無人水下航行器在低速航行狀態下的高穩定性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種低速運動的高穩定性水下航行器，包括主體、舵和推進裝置，所述的主體為回轉體形結構，在主體尾段安裝有全動舵，在主體尾段端面安裝有螺旋槳作為推進裝置；所述全動舵的弦長和展長分別為b和l，滿足約束條件為的目標函數minC_xS(l,b,χ)，式中，C_xS為無人水下航行器的阻力系數，Gy為無人水下航行器的縱向運動穩定裕度，Gz為無人水下航行器的橫向運動穩定裕度，χ為全動舵前緣后掠角，D為無人水下航行器本體最大直徑。

所述的全動舵采用翼型全動舵，呈十字型布局在主體尾段。

所述的推進裝置采用單螺旋槳結構。

本發明的有益效果是：適用于回轉體形低速航行器的流體動力布局設計，采用本發明設計完成的50公斤級無人水下航行器和1500公斤無人水下航行器實航驗證，流體動力布局確保了航行器在低速(3～5節)航行時具有良好的定深和定向能力，完全滿足設計指標要求。

附圖說明

圖1是回轉體外形尺寸示意圖；

圖2是流體動力布局示意圖；

圖3是1500無人水下航行器流體動力布局；

圖4是1500全動舵平面尺寸；

圖中，1-無人水下航行器航行器主體外形，2-升降(水平)全動舵，3-方向(垂直)全動舵，4-螺旋槳。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

本發明提供一種高穩定性低速運動的無人水下航行器流體動力布局設計，涉及過程如下：

步驟1：結合尾部流線型外形，采用“主體+翼型全動舵+單螺旋槳”，其中翼型全動舵采用經典的十字型布局；

步驟2：根據螺旋槳的安裝基本要求，確定全動舵的后緣位置，給出全動舵的弦長和展長初值，分別為b和l。

步驟3：完成全動舵的幾何尺寸優化設計，設計模型如下：

目標函數：minC_xS(l,b,χ)