[发明专利]无人艇桨距-转速差动减摇增稳系统及方法

说明书

本发明提供一种无人艇桨距‑转速差动减摇增稳系统及方法，包括推进部、推进控制部、尾舵部和尾舵控制部四部分，推进部包括左变距螺旋桨、左驱动机构、右变距螺旋桨和右驱动机构，左变距螺旋桨和右变距螺旋桨转向相反，在产生推力同时，通过桨距‑转速差动产生滚转力矩；推进控制部包括滚转角速度陀螺、滚转角速度指令器和滚转角速度控制器，用于滚转增稳和控制；尾舵部包括左舵、左舵机、右舵和右舵机，左舵和右舵同步偏转，产生偏航力矩；尾舵控制部包括偏航角速度陀螺、偏航角速度指令器、偏航角速度控制器，用于偏航增稳和控制。本发明以双螺旋桨的桨距‑转速差动和双舵面同步偏转作为无人艇的减摇增稳方式，能够改善滚转‑偏航操纵品质。

技术领域

本发明涉及一种无人艇桨距-转速差动减摇增稳系统及方法，主要应用在无人艇控制技术领域，能够改善无人艇的操纵品质。

背景技术

作为一种无人海上运载平台，高速无人艇可在海洋中承担高航速、长航时、低成本、大范围、免维护的科学考察和军事任务。因此高速无人艇在军事和民用领域具有极其广泛的应用前景，如生物研究、水文观测、海图绘制、环境监测、通讯中继、资源勘探、领海巡逻、走私缉毒、潜艇跟踪、情报搜集和对舰攻击等任务。

为了减小高速无人艇的阻力，通常其艇身为细长体形。因此高速无人艇转动惯量小，横向稳定性差。不仅容易出现摇摆现象，影响平台稳定；而且容易在急弯和强风条件下发生侧翻，造成严重事故。

为改善高速无人艇的操纵品质，通常采用的减摇增稳措施包括：双体船、舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱和舵减摇等。双体船能够增强船舶的稳定性，但会显著增加无人艇的宽度，不利于母舰搭载；舭龙骨是广泛应用的简单被动减摇装置，不能提供主动减摇措施，而且会增加航行阻力；减摇鳍是一种主动减摇装置，需要在艇身外侧安装减摇鳍及其舵机，增加了制造成本和系统复杂度；减摇水舱通过在船身内部安装水舱实现减摇，但占地大、功耗高，现在已较少使用；舵减摇通过尾舵偏转产生附加的滚转力矩，因此在工作过程中会引入不必要的偏航力矩。

为了改善高速无人艇的操纵品质，提出了无人艇双螺旋桨减摇增稳系统及方法。本发明利用了双螺旋桨的反扭矩，通过桨距差动和转速差动，直接产生快速稳定的减摇力矩，实现滚转角速度增稳；通过调整桨距差动和转速差动的操纵增益，可组成多种时变的匹配控制方式；利用双尾舵产生偏航力矩，不仅克服双螺旋桨桨距差动和转速差动导致的偏航力矩，同时实现偏航角速度增稳。与传统的减摇增稳方法相比，本发明避免了减摇过程中产生的不必要偏航力矩，而且结构简单、重量轻、功耗低，便于高速无人艇搭载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中无人艇转动惯量小，横向稳定性差，易侧翻的不足，本发明提供一种无人艇桨距-转速差动减摇增稳系统及方法，改善了无人艇的操纵品质。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种无人艇桨距-转速差动减摇增稳系统，包括推进部、推进控制部、尾舵部和尾舵控制部，其中，

推进部包括左变距螺旋桨、左驱动机构、右变距螺旋桨和右驱动机构，并有：

所述左驱动机构驱动左变距螺旋桨，所述右驱动机构驱动右变距螺旋桨，所述左变距螺旋桨和右变距螺旋桨旋转方向相反，在产生推力的同时，通过桨距差动和转速差动产生滚转力矩；

优选地，根据发动机的油耗-功率曲线选择发动机的经济转速，以及对应的左变距螺旋桨与右变距螺旋桨的转速范围；

优选地，以桨距差动为主，转速差动为辅，通过对左变距螺旋桨与右变距螺旋桨的转速进行差动控制，辅助桨距差动进一步增强滚转力矩；

推进控制部包括滚转角速度陀螺、滚转角速度指令器和滚转角速度控制器，并有：滚转角速度指令器和滚转角速度控制器依次连接至推进部，滚转角速度陀螺连接至滚转角速度控制器；