[发明专利]水下航行器控制方法

说明书

本发明属于水声定位技术领域，涉及一种水下航行器控制方法及装置。一种水下航行器控制装置，包括：第一舵翼和第二舵翼，第一舵翼和第二舵翼设置在舵翼旋转机构上，所述舵翼旋转机构带动第一舵翼和第二舵翼实现旋转动作，所述第一舵翼和第二舵翼可分别绕自身的舵轴实现旋转动作。本发明提出一种水下航行器控制方法及装置，既可使水下航行器的灵活性得以大幅提高，也可以在必要时对其横摇实施主动控制，从而满足其进行水下作业的各种需求。

技术领域

本发明属于水下航行器技术领域，涉及一种水下航行器控制方法及装置。

背景技术

水下航行器是开发海洋的重要设备，广泛应用于海洋环境探测等领域。水下航行器包括载人水下航行器(如潜艇等)和无人水下航行器(如AUV、水下滑翔机等)。目前，对水下航行器的操控普遍依靠艏舵和尾舵。艏舵分为艏端艏舵和围壳舵；尾舵分为“十”、“X”、“H”、“木”和“Y”形等。不同的舵的类型给水下航行器带来的操纵性能和机动性能都有所不同，下面以尾舵为例分别予以简单介绍：

顾名思义，“十”形尾舵就是由一对水平和垂直布置的舵组成(如图1所示)。操控方式为：水平舵控制上浮和下潜运动，垂直舵控制左右航行方向，但对横滚运动不加控制。这种控制方式结构简单，伴流场均匀平顺，有利于减小了附体阻力，提高操纵效率，改善推进性能，现代潜艇大多采用这种布置方式。

“X”形尾舵的实质是“十”形尾舵的变形，是指四个尾翼呈“X”字型正交布置，舵轴中心线与艇的纵中对称成45°的操纵面。采用“X”这种方式布置有利于提高近海浅水中尾部的安全性，因为“X”形尾舵能满足不超宽和不超出基线的前提下，相对于“十”字形尾鳍有更大的展弦比，故此提高了操纵能力和效率。此外，“X”形控制面能有效减小回转时的横倾角，大大减少尾舵卡舵时造成的严重后果，提高了水下航行器的安全性和水下抗沉性。可见“X”形尾舵的机动性相对较好，尤其适用于在沿海多岛屿的浅水中活动的水下航行器。

上述两种基本的尾舵布置形式，均难以实施对横滚(或横摇)进行控制。“十”形尾舵的控制方式虽然结构简单，只利用水平舵控制上浮和下潜运动，垂直舵控制左右航行方向，但是，其每一对尾舵(即水平舵或垂直舵)只能作同步转动，因此无法实现对水下航行器的横滚(或横摇)运动进行控制。

“X”形尾舵虽然其机动性相对较好，但由于它与“十”形尾舵分别利用水平舵和垂直舵进行升潜和左右航向的控制方式不同，“X”形尾舵的每个舵都有着控制浮力与转向的功能，因此需要四套操舵系统，操纵起来较为复杂，相应的机械结构也较为复杂，造价较高；此外，其尾舵所产生的力和力矩对水下航行器的运动姿态影响十分复杂。

上述两种基本的尾舵布置形式，均难以对水下航行器的横滚(或横摇)实施控制。为了加大横摇阻尼，或出于减小高速转向时的横倾和横摇，在上述两种基本的尾舵形式上派生出了所谓的“H”和“木”形尾舵，试图以被动的方式加大水下航行器的横向稳定性。然而，这些派生出来的布置形式均大大增加了水下航行器的操控复杂度，造价更为昂贵；更重要的是，这些控制方式并不能彻底解决水下航行器的横摇问题，因为这样做只是出于加大横摇阻尼为目的，被动地加大水下航行器的横向稳定性，而没有对水下航行器实施主动的减摇控制。

实际上，对横滚(或横摇)加以控制有两个目的：第一，出于减摇为目的，产生相应的反横倾力矩以抑制水下航行器作横滚运动，确保水下航行器在水下巡航作业时保持稳定；第二，出于提高水下航行器灵活性为目的，专门创造横倾力矩，以控制水下航行器作翻滚等复杂的动作。很明显，上述所有的这些尾舵布置形式，既无法彻底解决水下航行器的横摇问题，也难以做到自由地、随意地操控水下航行器在水下作翻滚等复杂的空间运动，从而使水下航行器的灵活性大打折扣。

发明内容

本发明提出一种水下航行器控制方法及装置，既可使水下航行器的灵活性得以大幅提高，也可以在必要时对其横摇实施主动控制，从而满足其进行水下作业的各种需求。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种水下航行器控制装置，其特殊之处在于，包括：