[發(fā)明專利]一種回轉體型AUV水平鰭側向彈出增穩(wěn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110661643.0
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113212714B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 杜曉旭;潘光;宋保維;劉鑫;王鵬
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: B63G8/18
• 分類號: B63G8/18
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

本發(fā)明一種回轉體型AUV水平鰭側向彈出增穩(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側向彈出的活動鰭板機構，左、右側向彈出的活動鰭板機構對稱設置于兩側的水平鰭上；側向彈出的活動鰭板機構包括活動鰭板和鰭彈出收回機構，所述活動鰭板的中部通過鰭彈出收回機構安裝于水平鰭的端面上，并通過鰭彈出收回機構能夠控制活動鰭板沿垂直于AUV軸向的直線做往復運動，實現(xiàn)活動鰭板相對水平鰭向外彈出或收回的動作；所述鰭彈出收回機構位于水平鰭中部；此機構結構緊湊，不影響航行器的整體外形布局，可用于回轉體型AUV操縱系統(tǒng)。

技術領域

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

背景技術

隨著人類社會的高速發(fā)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(fā)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(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、經濟性高等特點，已成為海洋工程技術的熱點，其設計研發(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(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或其它動力機構(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注。

由于環(huán)境探測、信息收集及精準操縱類任務需求的出現(xiàn)，回轉體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，對AUV是水下航行穩(wěn)定性提出了更高的要求。例如：當水下航行器進行水下回收工作時，要求AUV具有微速航行穩(wěn)定性，使AUV在低速對接過程中保持良好姿態(tài)以完成對接任務。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(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(huán)境。最后，由于該項技術方案受機械結構影響，對航行器增穩(wěn)能力受限，無法應對極端情況高穩(wěn)定性要求。