[發明專利]一種舵翼可變具有寬航速域的324毫米直徑水下滑翔機

有效

• 申請號: 202110653489.2
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113277044B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 楊亞楠;李博;王樹新;趙海侗;張宏偉;劉玉紅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B63G8/00
• 分類號: B63G8/00;B63G8/14;B63G8/22;B63G8/18;B63B11/00;H01Q1/12;H01Q1/34
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種舵翼可變具有寬航速域的324毫米直徑水下滑翔機，包括頭部透水艙、前段耐壓艙、中段透水艙、后段耐壓艙、尾部透水艙、通訊天線桿、尾部螺旋槳、可變后掠角機翼組件。采用標準系列324毫米直徑機體提升水下滑翔機負載能力。采用可動舵翼、尾部螺旋槳提升水下滑翔機的可用航速范圍。本發明水下滑翔機具備慢速剖面滑翔(10°小后掠角機翼，航速0.4節至1節)、快速剖面滑翔(40°大后掠角機翼狀態，航速1節至2節)、高速剖面滑翔(40°大后掠角機翼，螺旋槳啟動，航速2節至4節)三種航行模式。垂直尾舵、水平尾舵對水下滑翔機航向與滑翔姿態角實施高頻、快速、精確調控，提升水下滑翔機的姿態穩定性與滑翔軌跡精度。

技術領域

本發明屬于新型海洋無人航行器技術領域，具體涉及一種使用可變尾舵與可變后掠機翼實現寬航速范圍的324毫米標準直徑水下滑翔機。

背景技術

水下滑翔機是一種依靠垂向浮性狀態變化實現在海水中的升沉運動，同時利用機翼將浮力轉變為水平驅動力，采用重心調節法改變自身運動姿態與航向，在海洋中以“鋸齒形”軌跡運動的低速無人水下航行器，其具有功耗低、自持力強、效費比高等優點，適用于開展大范圍、長時序的水下觀測、探測、偵測工作，在水下空間具有廣闊的應用前景。

當前，商用水下滑翔機，如Slocum，Petrel-II，Seawing等型號，廣泛采用220mm直徑機體，重量通常在50kg至70kg范圍內，屬于輕型無人水下航行器，但負載能力極其有限約為5kg。多數的水下商用任務傳感器均無法在220mm直徑水下滑翔機中搭載使用，任務載荷傳感器供應商需為水下滑翔機開發專用的小型化產品，如溫鹽深傳感器Seabird GPCTD，海流計Nortek AD2CP等。因此，220mm直徑機體限制了水下滑翔機平臺的應用范圍。

商用水下滑翔機因采用低功耗浮力驅動技術及滑翔運動方式，其設計巡航滑翔速度約為0.6節，設計最大航速約為1節，可用航速范圍0.4節至1節。上述航速指標尚無法應對強流惡劣海況、黑潮逆流航行、快速潛浮剖面、水下目標跟蹤等任務。面對多樣化的任務需求與不確定的水文海況條件，需進一步提升水下滑翔機的航速范圍，Slocum水下滑翔機增設了尾部輔助推進螺旋槳單元以提升航速。然而，螺旋槳運行導致水下滑翔機在高航速下出現俯仰姿態抖動問題，航行穩定性降低，同時迎流水阻力顯著增加，水下滑翔機能耗經濟性下降。因此，水下滑翔機螺旋槳輔助推進方式仍需克服諸多技術壁壘。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種舵翼可變具有寬航速域的324毫米直徑水下滑翔機。本發明采用無人水下航行器標準系列的324mm直徑機體構建水下滑翔機，提升了水下滑翔機主機體尺寸并具備20kg負載能力。本發明采用可變尾舵與可變后掠機翼，將水下滑翔機可用的穩定航行速度范圍擴展到0.4節至4節，同時降低了高速航行階段的水阻力。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種舵翼可變具有寬航速域的324毫米直徑水下滑翔機，包括頭部透水艙、前段耐壓艙、中段透水艙、后段耐壓艙、尾部透水艙、通訊天線桿、尾部螺旋槳、可變后掠角機翼組件。所述頭部透水艙、前段耐壓艙、中段透水艙、后段耐壓艙、尾部透水艙，沿X軸線方向依次連接構成水下滑翔機的主體部分，主機體直徑324mm，長度約4m，主體部分呈回轉魚雷體外形。

所述頭部透水艙包括頭部導流罩、外膜保護罩、頭部卡箍。頭部導流罩頂端設計有法蘭安裝平面用于并與通訊天線桿固連。頭部導流罩為密度1.42g/ml聚甲醛樹脂制成的薄殼，為半橢圓外形，長短軸比為2:1，頭部導流罩與前段耐壓艙由頭部卡箍抱緊固連。頭部導流罩在回轉圓周向預留有透水孔。外膜保護罩置于頭部透水艙內部并安裝在前段耐壓艙端面處。通訊天線桿為輕量化的玻璃纖維桿，在通訊天線桿端部固連衛星通訊天線，通訊天線依托衛星通訊系統實現水下滑翔機與岸站間雙向數據的接受與發送。