[發(fā)明專利]一種回轉(zhuǎn)體型AUV水平鰭后向彈出增穩(wěn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110661625.2
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113247223B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜曉旭;宋保維;潘光;劉鑫;王鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: B63G8/18
• 分類號: B63G8/18
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)體型AUV水平鰭后向彈出增穩(wěn)裝置，屬于流體力學、水下航行器操縱性及穩(wěn)定性領(lǐng)域；包括AUV十字形鰭舵以及設(shè)置于AUV十字形鰭舵的水平鰭上的水平彈出活動鰭板機構(gòu)，左、右水平彈出活動鰭板機構(gòu)對稱設(shè)置于兩側(cè)的水平鰭上；左水平彈出活動鰭板機構(gòu)包括活動鰭板和鰭彈出機構(gòu)，所述活動鰭板的后端通過鰭彈出機構(gòu)安裝于水平鰭的端面上，并通過鰭彈出機構(gòu)能夠控制活動鰭板旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)活動鰭板相對水平鰭向外彈出或收回的動作；所述鰭彈出機構(gòu)位于水平鰭尾端，即靠近AUV螺旋槳一端。此機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，不影響航行器的整體外形布局，可用于回轉(zhuǎn)體型AUV操縱系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流體力學、水下航行器操縱性及穩(wěn)定性領(lǐng)域，具體涉及一種回轉(zhuǎn)體型AUV水平鰭后向彈出增穩(wěn)裝置。

背景技術(shù)

海洋是人類生存和可持續(xù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，海洋的開發(fā)和利用已成為決定國家興衰的基本因素之一。海洋將成為國際發(fā)展的主要競爭領(lǐng)域，這其中更是包括以高新技術(shù)為向?qū)У男陆?jīng)濟競爭。如何勘探、開采海洋資源成為了本世紀最受歡迎的問題之一。在經(jīng)濟、政治和軍事上具有舉足輕重的戰(zhàn)略意義無人水下航行器作為海上交通運輸?shù)闹饕ぞ撸哂畜w積小、易操控、經(jīng)濟性高等特點，已成為海洋工程技術(shù)的熱點，其設(shè)計研發(fā)價值也隨之逐漸攀升。

自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，簡稱AUV)。AUV不因其在軍事領(lǐng)域、民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，受到各國的重視。AUV作為一個水下的高度集成系統(tǒng)，需要自主航行到指定位置并需要自主完成各種水下作業(yè)，如定點懸停或定區(qū)域懸停、回旋作業(yè)、垂直上浮下潛等運動，自主航行時對AUV的穩(wěn)定性有很高的要求，但是在進行水下作業(yè)時又要具有相當?shù)臋C動性能，加之水下環(huán)境復(fù)雜，但海流、波浪等海洋環(huán)境對操縱性的影響是不容忽視的，以及AUV本身動力學模型的非線性和耦合性，因此，要求AUV自身具備良好的操縱性能。

AUV操縱性是指借助操舵機構(gòu)或其它動力機構(gòu)(比如動力定位系統(tǒng)，即一系列推進器)改變或保持運動姿態(tài)、航深和航向的性能。操縱性包括兩個方面：一個是保持運動狀態(tài)的能力，即穩(wěn)定性；另一個就是改變運動狀態(tài)的能力，即機動性。隨著船舶操縱性理論的逐漸成熟和完善，潛艇、AUV等潛水器的操縱性也引起了廣泛的關(guān)注。

回轉(zhuǎn)體AUV在水下不可避免的需要進行各種微速甚至零速作業(yè)運動，傳統(tǒng)十字形鰭舵系統(tǒng)很難保持AUV在這種工作狀態(tài)時航行的穩(wěn)定。

現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)枮镃N2019106949094的一種使用自帶水平舵減小AUV橫搖和縱搖的方法，對AUV遭受海浪干擾產(chǎn)生橫搖和縱搖運動時的水平舵的受力和運動情況進行詳細分析，根據(jù)對水平舵的在干擾下的受力分析，明確水平舵在橫搖和縱搖周期內(nèi)應(yīng)采取的運動方式，并基于水平舵的升力模型，橫搖和縱搖運動下的扶正力矩，對AUV進行橫搖和縱搖控制。該項技術(shù)方案從控制模型角度提高了AUV的抗干擾能力。但是，該技術(shù)方案無法應(yīng)對復(fù)雜海洋狀況下的低速航行器穩(wěn)定性問題。首先，當航行器處于低速狀態(tài)下其流體受力情況將會產(chǎn)生明顯變化，控制力及控制力矩無法滿足穩(wěn)定控制。其次，自然狀況下的海洋環(huán)境更為復(fù)雜，受力情況具有明顯時變性控制方案無法應(yīng)對復(fù)雜海洋環(huán)境。最后，由于該項技術(shù)方案受機械結(jié)構(gòu)影響，對航行器增穩(wěn)能力受限，無法應(yīng)對極端情況高穩(wěn)定性要求。

現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)枮?018114046795的一種可變翼形雙功能深海無人潛航器及其工作方法，該技術(shù)方案通過變形后的主、副翼板解決了直航阻力和動不穩(wěn)定性問題，將潛航器大范圍滑翔與高速直航雙模式進行融合。但是，該技術(shù)方案由于需要加裝主、副翼其內(nèi)部空間及外形均發(fā)生較大變化無法適用于現(xiàn)有回轉(zhuǎn)體AUV。其次，其滑翔與高速直航雙模式航行與現(xiàn)有大部分依靠螺旋槳等動力系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)體AUV無法匹配，其適用性大大受限。同時，該技術(shù)方案是對高速直航動不穩(wěn)定性提出的相關(guān)解決辦法，無法有效解決3kn以下的低速或微速條件下的AUV低速航行失穩(wěn)問題。

因此有必要提供一種機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，不影響航行器的整體外形布局的新型鰭舵裝置。提升回轉(zhuǎn)體型AUV的穩(wěn)定性，使AUV更好的適應(yīng)低航速等各種不同工況對操縱性及穩(wěn)定性的要求。

發(fā)明內(nèi)容