[发明专利]基于气膜减阻技术的水下航行器姿态控制方法

说明书

本发明涉及一种基于气膜减阻技术的水下航行器姿态控制方法，属于水下航行器姿态控制技术领域，解决了现有技术鳍舵空化引起航行姿态不可控以及破坏气膜整体结构的问题。该方法包括如下步骤：在水下航行器的外表面，均匀布设多个沿轴向设置的出气控制区；根据水下航行器的实时姿态调整需求进行动力学解耦，获得各控制区需施加的摩擦阻力；基于上述各控制区需施加的摩擦阻力，确定水下航行器在每个控制区表面需输出的气体流量和所述气体对水下航行器表面应造成的压力；在每个控制区表面根据上述需输出的气体流量和所述气体对水下航行器表面应造成的压力输出气体，将水下航行器姿态调整到需求状态。该方法姿态调整准确性高、可控性好。

技术领域

本发明涉及水下航行器姿态控制技术领域，尤其涉及一种基于气膜减阻技术的水下航行器姿态控制方法。

背景技术

目前，针对水雷、鱼雷等水下航行器的姿态控制方法，常采用在航行器尾推进器前布置鳍舵的方法。

鳍舵一般采用流线翼型，在航行过程中产生控制力矩，操纵航行器改变姿态。鳍舵通过舵角产生控制力矩存在两个方面的不利影响，一方面在高超速航行状态下，鳍舵背流区将出现空化，引起控制力矩的非线性性，继而导致航行姿态的不可控性；另一方面布置的鳍舵突出于航行器表面，将破坏气膜整体结构，继而降低气膜减阻效率。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于气膜减阻技术的水下航行器姿态控制方法，用以解决现有技术鳍舵空化引起航行姿态不可控以及破坏气膜整体结构的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种基于气膜减阻技术的水下航行器姿态控制方法，包括如下步骤：

在水下航行器的外表面，均匀布设多个沿轴向设置的出气控制区；

根据水下航行器的实时姿态调整需求进行动力学解耦，获得各控制区需施加的摩擦阻力；

基于上述各控制区需施加的摩擦阻力，确定水下航行器在每个控制区表面需输出的气体流量和所述气体对水下航行器表面应造成的压力；

在每个控制区表面根据上述需输出的气体流量和所述气体对水下航行器表面应造成的压力输出气体，将水下航行器姿态调整到需求状态。

上述技术方案的有益效果如下：通过控制水下航行器表面上多个对称排布的控制区的摩擦阻力，产生需求的非对称力，继而产生控制力矩，实现水下航行器姿态的调整。通过上述改进方案可克服现有技术鳍舵空化引起不可控性及破坏气膜整体结构的缺点。

基于上述方法的进一步改进，所有控制区相对于轴线呈对称排布；

每个控制区内均具有独立的气体产生装置，其产生的气体以所述需输出的气体流量和所述气体对水下航行器表面应造成的压力从所述控制区表面输出至水中。

上述进一步改进方案的有益效果是：在每个控制区设置独立的气体产生装置，可实现对各个控制区域摩擦阻力的精准控制，继而精确控制水下航行器姿态。

进一步，所述控制区的数量大于等于3；

每个所述控制区均起始于水下航天器的肩部位置，终止于水下航天器的尾部位置；并且，每个控制区的形状、控制区域面积均相同。

上述进一步改进方案的有益效果是：控制区水动力特性不受水下航天器头部扰流影响，因此，控制力稳定、可控。

进一步，所述在水下航行器的外表面均匀布设多个沿轴向设置的出气控制区，包括如下步骤：

根据水下航行器静力及机动性要求的包络力矩，结合控制区数量、控制区设计弧度、水下航天器的半径，确定控制区长度；

根据所述控制区长度，确定各控制区的控制区域面积；