[发明专利]一种四螺旋桨水下航行器及其控制方法

说明书

本发明提出一种四螺旋桨水下航行器及其控制方法，航行器的舱体采用流体动力外形，并在舱体四周以“正方形”布置的方式固定安装有四个电动螺旋桨推进器。可以利用舱体四周的四个螺旋桨产生向上或向下的推力，利用四个螺旋桨不同转速和旋转方向产生的推力差和扭力差形成控制力矩，进行航行器整体的姿态控制，实现航行器在水中的垂直升降和自由航行以及在航行过程中在任意位置的定点悬停；并能有效克服水流与水密度改变对航行器的影响。该航行器无需使用任何其它辅助航行的压载、浮力、翼面、舵面和动力装置，大幅提高航行器的有效载荷水平、航行速度和灵活稳定性并减小航行器的体积、重量、航行阻力、制造和使用成本。

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程技术装备领域，特别是涉及一种四螺旋桨水下航行器及其控制方法。

背景技术

随着人类渔业、水产养殖的发展以及人类对于开发、探索水下资源需求的增长，水下航行器具有巨大的应用前景。现有的水下航行器有多种形式：一是采用压水舱实现垂直升降，这种方式存在体积重量庞大，载荷水平低，航行不稳定且升降缓慢等问题：二是采用翼面、舵面和航行器本身外形在水平航行时实现垂直升降，这种方式存在结构复杂，操纵控制繁琐，不能在水中悬停等缺陷：三是采用垂直方向的推进器控制垂直升降，采用水平方向的的推进器控制水平航行，这种方式存在需要浮体或压载辅助平衡自身及载荷重量，外形结构复杂，航行阻力大，抗水流扰动能力差等缺点。因此，突破现有水下航行器的技术限制，创新发展适合于水下航行器的航行控制方式是实现水下航行技术获得突破的关键。

发明内容

为了克服现有水下航行器中普遍存在的外形结构复杂、体积重量庞大、航行缓慢、灵活稳定性差、水动效率低、制造和使用成本高昂等问题，本发明首次提出一种四螺旋桨水下航行器及其控制方法。

航行器的舱体采用流体动力外形，并在舱体四周以“正方形”布置的方式固定安装有四个电动螺旋桨推进器。可以利用舱体四周的四个螺旋桨产生向上或向下的推力，利用四个螺旋桨不同转速和旋转方向产生的推力差和扭力差形成控制力矩，实行航行器整体的姿态控制，实现航行器在水中的垂直升降和自由航行以及在航行过程中在任意位置的定点悬停；并能有效克服水流与水密度改变对航行器的影响。该航行器无需使用任何其它辅助航行的压载、浮力、翼面、舵面和动力装置，大幅提高航行器的有效载荷水平、航行速度和灵活稳定性并减小航行器的体积、重量、航行阻力、制造和使用成本。

本发明的技术方案为：

所述一种四螺旋桨水下航行器，包括左前侧螺旋桨推进器（1）、右前侧螺旋桨推进器（2）、右后侧螺旋桨推进器（3）、左后侧螺旋桨推进器（4）、左前侧支架（5）、右前侧支架（6）、右后侧支架（7）、左后侧支架（8）和航行器舱体(9)，所述左前侧螺旋桨推进器（1）垂直固定安装在左前侧支架（5）的外端，右前侧螺旋桨推进器（2）垂直固定安装在右前侧支架（6）的外端，右后侧螺旋桨推进器（3）垂直固定安装在右后侧支架（7）的外端，左后侧螺旋桨推进器（4）垂直固定安装在左后侧支架（8）的外端；所述左前侧支架（5）固定安装在航行器舱体(9)中部左前侧，右前侧支架（6）固定安装在航行器舱体(9)中部右前侧，右后侧支架（7）固定安装在航行器舱体(9)中部右后侧，左后侧支架（8）固定安装在航行器舱体(9)中部左后侧；左前侧螺旋桨推进器（1）、右前侧螺旋桨推进器（2）、右后侧螺旋桨推进器（3）、左后侧螺旋桨推进器（4）分别位于一个以航行器舱体(9)的重心为中心的虚拟“正方形”的4个顶点位置。

进一步的优选方案，所述的四螺旋桨水下航行器，其特征在于：所述左前侧螺旋桨推进器（1）、右前侧螺旋桨推进器（2）、右后侧螺旋桨推进器（3）、左后侧螺旋桨推进器（4）为电力驱动水下螺旋桨推进器。

进一步的优选方案，所述的四螺旋桨水下航行器，其特征在于：所述左前侧螺旋桨推进器（1）、右前侧螺旋桨推进器（2）、右后侧螺旋桨推进器（3）、左后侧螺旋桨推进器（4）均可以向正反两个方向以各种速度旋转。