[发明专利]一种回转体型AUV变形稳定环增稳装置

说明书

本发明一种回转体型AUV变形稳定环增稳装置，属于流体力学、水下航行器操纵性及稳定性领域；包括变形增稳环机构与后置稳定环连接件；所述变形增稳环机构为能够沿轴向伸缩的圆环机构；所示后置稳定环连接件为条形片状结构，四个后置稳定环连接件沿周向均布，一端分别固定于AUV十字形鳍舵的四个鳍板外缘，另一端分别固定于变形增稳环机构内周面。本发明一方面通过增加航行器沾湿面积提高了航行器在微速状态的控制力和控制力矩，通过稳定环变形增加了稳定环的轴向长度和稳定环片的展示面积。另一方面可对流经十字舵的水流进行整流，降低来流对航行器尾流的影响，对水下航行器尾流起到了束流作用有效降低了尾流对航行器稳定的影响。

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变形稳定环增稳装置。

背景技术

回转型水下航行体决定其运动性能的稳定面和操纵面，通常布置在尾部。就航行体的横倾运动来说，尾翼既可产生控制力矩和恢复力矩，也可产生干扰力矩。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工作时，要求AUV具有微速航行稳定性，使AUV在低速对接过程中保持良好姿态以完成对接任务。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。

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201811404679.5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。

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工作时，要求AUV在3kn以下具有微速航行稳定性，使AUV在低速回收对接过程中保持良好姿态以完成对接任务。现有航行器稳定性很难保障航行器在在3kn以下的微速甚至零速作业运动。回转体型AUV在低航速条件下，传统AUV稳定装置传统十字形鳍舵系统由于低速失稳现象流体动力减小所以难以提供稳定的恢复力矩，保持AUV航行稳定。因此有必要提供一种机构结构紧凑，不影响航行器的整体外形布局的新型AUV增稳装置，从而提升回转体型AUV的稳定性，使AUV更好的适应低航速等各种不同工况对操纵性及稳定性的要求。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种回转体型AUV变形稳定环增稳装置，通过在回转体AUV尾部加装可伸缩变形稳定环伸缩增稳机构，为3kn以下的低速或微速条件下的AUV提供稳定的恢复力矩从而增加稳定性。使其能够在动力定位系统作用的低航速条件下，对回转体型AUV进行稳定航行。