[发明专利]一种回转体型AUV水平鳍前向弹出增稳装置

说明书

本发明一种回转体型AUV水平鳍前向弹出增稳装置，属于流体力学、水下航行器操纵性及稳定性领域；包括AUV十字形鳍舵以及设置于AUV十字形鳍舵的水平鳍上的水平弹出活动鳍板机构，左、右水平弹出活动鳍板机构对称设置于两侧的水平鳍上；左水平弹出活动鳍板机构包括活动鳍板和液压弹出机构，活动鳍板的前端通过液压弹出机构安装于水平鳍的端面上，并通过液压弹出机构能够控制活动鳍板旋转，实现活动鳍板相对水平鳍向外弹出或收回的动作；液压弹出机构位于水平鳍前端。本发明通过弹出增稳装置可以快速实现减速效果，其减速效果增加了30％；同时操纵鳍板的面积增加了70％、鳍板的展长增加了460％。本发明在水平鳍弹出后增加了稳定鳍的沾湿面积。

技术领域

本发明属于流体力学、水下航行器操纵性及稳定性领域，具体涉及一种回转体型AUV水平鳍前向弹出增稳装置。

背景技术

随着人类社会的高速发展，对能源、食物等资源的需求大大增加，而陆地的资源已被人类消耗大半，覆盖了地表五分之四的海洋蕴含着丰富的资源，海洋是地球表面最大的自然地理单元因此二十一世纪是海洋世纪，海洋将成为国际发展的主要竞争领域，这其中更是包括以高新技术为向导的新经济竞争。如何勘探、开采海洋资源成为了本世纪最受欢迎的问题之一。在经济、政治和军事上具有举足轻重的战略意义无人水下航行器作为海上交通运输的主要工具，具有体积小、易操控、经济性高等特点，已成为海洋工程技术的热点，其设计研发价值也随之逐渐攀升。

自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)。AUV不因其在军事领域、民用领域都有广阔的应用前景，受到各国的重视。AUV作为一个水下的高度集成系统，需要自主航行到指定位置并需要自主完成各种水下作业，如定点悬停或定区域悬停、回旋作业、垂直上浮下潜等运动，自主航行时对AUV的稳定性有很高的要求，但是在进行水下作业时又要具有相当的机动性能，加之水下环境复杂，但海流、波浪等海洋环境对操纵性的影响是不容忽视的，以及AUV本身动力学模型的非线性和耦合性，因此，要求AUV自身具备良好的操纵性能。

AUV操纵性是指借助操舵机构或其它动力机构改变或保持运动姿态、航深和航向的性能。操纵性包括两个方面：一个是保持运动状态的能力，即稳定性；另一个就是改变运动状态的能力，即机动性。随着船舶操纵性理论的逐渐成熟和完善，潜艇、AUV等潜水器的操纵性也引起了广泛的关注。同时由于环境探测、信息收集及精准操纵类任务需求的出现，对AUV是水下航行稳定性提出了更高的要求。例如：当水下航行器进行水下回收或卧底潜伏工作时，要求AUV具有微速航行稳定性。现有航行器稳定性很难保障航行器在微速甚至零速作业运动，传统十字形鳍舵系统很难保持AUV在这种工作状态时航行的稳定。

现有技术中申请号为CN2019106949094的一种使用自带水平舵减小AUV横摇和纵摇的方法，对AUV遭受海浪干扰产生横摇和纵摇运动时的水平舵的受力和运动情况进行详细分析，根据对水平舵的在干扰下的受力分析，明确水平舵在横摇和纵摇周期内应采取的运动方式，并基于水平舵的升力模型，横摇和纵摇运动下的扶正力矩，对AUV进行横摇和纵摇控制。该项技术方案从控制模型角度提高了AUV的抗干扰能力。但是，该技术方案无法应对复杂海洋状况下的低速航行器稳定性问题。首先，当航行器处于低速状态下其流体受力情况将会产生明显变化，控制力及控制力矩无法满足稳定控制。其次，自然状况下的海洋环境更为复杂，受力情况具有明显时变性控制方案无法应对复杂海洋环境。最后，由于该项技术方案受机械结构影响，对航行器增稳能力受限，无法应对极端情况高稳定性要求。

现有技术中申请号为2018114046795的一种可变翼形双功能深海无人潜航器及其工作方法，该技术方案通过变形后的主、副翼板解决了直航阻力和动不稳定性问题，将潜航器大范围滑翔与高速直航双模式进行融合。但是，该技术方案由于需要加装主、副翼其内部空间及外形均发生较大变化无法适用于现有回转体AUV。其次，其滑翔与高速直航双模式航行与现有大部分依靠螺旋桨等动力系统的回转体AUV无法匹配，其适用性大大受限。同时，该技术方案是对高速直航动不稳定性提出的相关解决办法，无法有效解决3kn以下的低速或微速条件下的AUV低速航行失稳问题。