[發明專利]一種回轉體型AUV水平鰭前向彈出增穩裝置

有效

• 申請號: 202110661642.6
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113212680B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 杜曉旭;劉鑫;王鵬;潘光;宋保維
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B63B39/06
• 分類號: B63B39/06;B63C11/52
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

本發明一種回轉體型AUV水平鰭前向彈出增穩裝置，屬于流體力學、水下航行器操縱性及穩定性領域；包括AUV十字形鰭舵以及設置于AUV十字形鰭舵的水平鰭上的水平彈出活動鰭板機構，左、右水平彈出活動鰭板機構對稱設置于兩側的水平鰭上；左水平彈出活動鰭板機構包括活動鰭板和液壓彈出機構，活動鰭板的前端通過液壓彈出機構安裝于水平鰭的端面上，并通過液壓彈出機構能夠控制活動鰭板旋轉，實現活動鰭板相對水平鰭向外彈出或收回的動作；液壓彈出機構位于水平鰭前端。本發明通過彈出增穩裝置可以快速實現減速效果，其減速效果增加了30％；同時操縱鰭板的面積增加了70％、鰭板的展長增加了460％。本發明在水平鰭彈出后增加了穩定鰭的沾濕面積。

技術領域

本發明屬于流體力學、水下航行器操縱性及穩定性領域，具體涉及一種回轉體型AUV水平鰭前向彈出增穩裝置。

背景技術

隨著人類社會的高速發展，對能源、食物等資源的需求大大增加，而陸地的資源已被人類消耗大半，覆蓋了地表五分之四的海洋蘊含著豐富的資源，海洋是地球表面最大的自然地理單元因此二十一世紀是海洋世紀，海洋將成為國際發展的主要競爭領域，這其中更是包括以高新技術為向導的新經濟競爭。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。在經濟、政治和軍事上具有舉足輕重的戰略意義無人水下航行器作為海上交通運輸的主要工具，具有體積小、易操控、經濟性高等特點，已成為海洋工程技術的熱點，其設計研發價值也隨之逐漸攀升。

自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，簡稱AUV)。AUV不因其在軍事領域、民用領域都有廣闊的應用前景，受到各國的重視。AUV作為一個水下的高度集成系統，需要自主航行到指定位置并需要自主完成各種水下作業，如定點懸停或定區域懸停、回旋作業、垂直上浮下潛等運動，自主航行時對AUV的穩定性有很高的要求，但是在進行水下作業時又要具有相當的機動性能，加之水下環境復雜，但海流、波浪等海洋環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或其它動力機構改變或保持運動姿態、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的能力，即穩定性；另一個就是改變運動狀態的能力，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注。同時由于環境探測、信息收集及精準操縱類任務需求的出現，對AUV是水下航行穩定性提出了更高的要求。例如：當水下航行器進行水下回收或臥底潛伏工作時，要求AUV具有微速航行穩定性。現有航行器穩定性很難保障航行器在微速甚至零速作業運動，傳統十字形鰭舵系統很難保持AUV在這種工作狀態時航行的穩定。

現有技術中申請號為CN2019106949094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應采取的運動方式，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。該項技術方案從控制模型角度提高了AUV的抗干擾能力。但是，該技術方案無法應對復雜海洋狀況下的低速航行器穩定性問題。首先，當航行器處于低速狀態下其流體受力情況將會產生明顯變化，控制力及控制力矩無法滿足穩定控制。其次，自然狀況下的海洋環境更為復雜，受力情況具有明顯時變性控制方案無法應對復雜海洋環境。最后，由于該項技術方案受機械結構影響，對航行器增穩能力受限，無法應對極端情況高穩定性要求。

現有技術中申請號為2018114046795的一種可變翼形雙功能深海無人潛航器及其工作方法，該技術方案通過變形后的主、副翼板解決了直航阻力和動不穩定性問題，將潛航器大范圍滑翔與高速直航雙模式進行融合。但是，該技術方案由于需要加裝主、副翼其內部空間及外形均發生較大變化無法適用于現有回轉體AUV。其次，其滑翔與高速直航雙模式航行與現有大部分依靠螺旋槳等動力系統的回轉體AUV無法匹配，其適用性大大受限。同時，該技術方案是對高速直航動不穩定性提出的相關解決辦法，無法有效解決3kn以下的低速或微速條件下的AUV低速航行失穩問題。