CN113353219B - 自适应变面积尾舵及水下滑翔机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下机器人领域，尤其涉及一种在水下航行过程中转弯灵活的自适应变面积尾舵及水下滑翔机，自适应变面积尾舵包括：尾舵架，包括底座和安装部，所述安装部固定设置在所述底座的上方，所述底座与水下装置固定，所述安装部为框架结构；自适应装置，可转动的设置在所述安装部内部；所述自适应装置包括多个上下紧密排列的偏心叶片，直航时，所述偏心叶片均保持竖直状态；转向时，所述偏心叶片受到垂直于所述偏心叶片表面的水流的冲击发生转动；本发明的自适应变面积尾舵，结构简单、不涉及控制系统，自适应性通过叶片的偏心性来实现，解决了水下滑翔机转向过程中不灵活、功耗高的难题，可适应现代水下滑翔机的发展。

Description

自适应变面积尾舵及水下滑翔机
技术领域
本发明属于水下机器人领域，尤其涉及一种在水下航行过程中转弯灵活的自适应变面积尾舵及水下滑翔机。
背景技术
随着海洋技术迅速发展以及水下作业需求的增加，水下作业装备多种多样，包括无人无缆的，载人潜器等。其中，水下滑翔机(AUG)属于无人无缆深潜器，该概念最早在1989年由Stommel提出，其在水中作业处于滑翔状态，通过调节重心位置，重力、浮力来调节姿态，从而完成滑翔运动，滑翔覆盖广泛的海域面积，在滑翔的同时可以完成对区域水文信息采集、海底地貌探测、矿物勘探、军事侦察等工作。同时水下滑翔机(AUG)滑翔所消耗的能量极少，续航力在上千千米，且水下滑翔机制造成本低，可重复使用，因此可以大量投放，对大面积海域进行作业。因此水下滑翔机(AUG)在海洋探索、军事等领域具有广泛的应用场景。
水下滑翔机(AUG)的尾舵是用来加强其在直航状态下的保持航向能力的，但尾舵结构的加入对于水下滑翔机(AUG)水下转弯过程中的灵活度产生了一定的影响，这使得普通的平板尾舵不能满足现代水下滑翔机(AUG)的发展需求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种结构简单，无需控制系统的自适应变面积尾舵及水下滑翔机。
本发明提供一种自适应变面积尾舵，包括：
尾舵架，包括底座和安装部，所述安装部固定设置在所述底座的上方，所述底座与水下装置固定，所述安装部为框架结构；
自适应装置，可转动的设置在所述安装部内部；
其中，
所述自适应装置包括多个上下紧密排列的偏心叶片，直航时，所述偏心叶片均保持竖直状态；转向时，所述偏心叶片受到垂直于所述偏心叶片表面的水流的冲击发生转动。
本技术方案中，由于自适应装置中的偏心叶片在水流的冲击下可以转动，改变了尾舵的有效面积，降低了尾舵转弯时的阻力，提高了转弯的灵活度，无需增加额外的控制系统。
在其中一些实施例中，所述偏心叶片包括叶片本体，在所述叶片本体的内部靠上方的位置，沿水平方向设置有贯穿所述叶片本体长度的通孔，所述通孔内部设置转轴，所述转轴的两端固定在所述安装部上，所述偏心叶片可绕所述转轴发生转动；转向时，偏心叶片受到足够大的水流的冲击时，能够绕转轴发生偏转，提高转弯灵活性。
在其中一些实施例中，所述叶片本体内部设置有容纳腔，所述容纳腔内部放置可以改变所述偏心叶片的重心位置的配重件，使得所述偏心叶片在直航时，保持竖直状态，以提高所述自适应装置在不同海域、不同水流情况的适应能力。
在其中一些实施例中，所述叶片本体在侧立投影面的投影为NACA0012翼型形状，能够在较小的阻力情况下得到较大的操纵力矩，可以最大程度优化了整体尾舵的水动力参数。
在其中一些实施例中，所述容纳腔的一端封闭，另一端设置开口，所述开口位于所述叶片本体的一侧面上，所述容纳腔在侧立投影面的投影为倒三角形，容纳腔中可以按照需求可以放不同重量的配重件，改变叶片本体的偏心性，提高了尾舵在不同海域的自适应的能力。
在其中一些实施例中，所述安装部具有
迎流部，为倾斜的板状结构，其底端固定在所述底座的前端；
支撑部，与所述迎流部相对设置，其底端固定在所述固定座的后端；
连接部，设置于所述迎流部和所述支撑部之间，连接所述迎流部和所述支撑部的顶端；
所述自适应装置位于由所述迎流部、所述连接部、所述支撑部和所述底座围设的空间内，竖直状态下的所述偏心叶片与所述迎流部共面设置，所述转轴的两端分别固定在所述迎流部和所述支撑部上。
在其中一些实施例中，所述叶片本体在正立投影面上的投影为直角梯形，所述叶片本体的斜边与所述迎流部的倾斜角度相适配；所述安装部内所述叶片本体的面积，按自上而下的顺序逐渐增大，所述叶片本体保持竖直状态时，所述安装部、所述偏心叶片形成共面的整体，保持航向。
本发明还提供一种水下滑翔机，包括滑翔机本体，所述滑翔机本体具有后导流罩，所述后导流罩上设置有上述的自适应变面积尾舵。
在其中一些实施例中，所述自适应变面积尾舵垂直于所述滑翔机本体设置。
1.基于上述技术方案，本发明的自适应变面积尾舵，设置偏心叶片，直航时，偏心叶片处于竖直状态，具有保持航向的能力；转弯时，在水流的冲击下可以转动，改变了尾舵的有效面积，释放海流带来的负阻力作用，提高了水下滑翔机(AUG)转向过程中灵敏度；
2.设置容纳腔，可在其中加入不同质量的配重件，来改变偏心叶片的重心位置，改变其偏心度，以适应不同海域；
3.偏心叶片采用NACA0012翼型形状，最大程度优化了整体尾舵的水动力参数；安装部的迎流部保留了传统平面尾舵前端的迎流设计，保证了水下滑翔机在遇到复杂海况时保持航向的能力；
4.本发明的自适应变面积尾舵，结构简单、不涉及控制系统，自适应性通过叶片的偏心性来实现，解决了水下滑翔机(AUG)转向过程中不灵活、功耗高的难题，可适应现代水下滑翔机(AUG)的发展。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明自适应变面积尾舵的一个实施例的立体结构示意图；
图2为本发明自适应变面积尾舵的一个实施例的主视结构示意图；
图3为本发明自适应变面积尾舵的一个实施例的纵向剖面结构示意图；
图4为本发明自适应变面积尾舵的一个实施例的偏心叶片的立体结构示意图；
图5为本发明自适应变面积尾舵的一个实施例的叶片本体的右视结构示意图；
图6为本发明自适应变面积尾舵的一个实施例的叶片本体的左视结构示意图；
图7为本发明自适应变面积尾舵的一个实施例的底座的主视结构示意图；
图8为使用本发明自适应变面积尾舵的水下滑翔机的结构示意图。
图中：
10、尾舵架；11、底座；12、安装部；121、迎流部；122、支撑部；123、连接部；20、自适应装置；21、偏心叶片；211、叶片本体；212、通孔；213、容纳腔；2131、开口；22、转轴；30、滑翔机本体；31、后导流罩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图1～2所示，在本发明示例性实施例中，一种自适应变面积尾舵，包括：尾舵架10，包括底座11和安装部12，安装部12固定设置在底座的上方12，安装部12和底座11一体成型，底座11与水下装置固定，安装部12为框架结构；
尾舵还包括，可转动的设置在安装部12内部的自适应装置20；自适应装置20包括多个上下紧密排列的偏心叶片21，直航时，所有偏心叶片21均保持竖直状态；转向时，偏心叶片21会受到垂直于偏心叶片21表面的水流的冲击发生转动，海流从偏心叶片21之间的空隙中流出，从而释放海流带来的负阻力作用，以达到加强转向过程中灵敏度的作用。如图1-2所示，本实施例中，包括4个偏心叶片21，转弯时，自适应装置20中的4个偏心叶片21在水流的冲击下均可以转动，改变了尾舵的有效面积，降低了尾舵转弯时的阻力，提高了转弯的灵活度，且无需增加额外的控制系统。
如图3-4所示，偏心叶片21包括叶片本体211，在叶片本体211的内部靠上方的位置，沿水平方向设置有贯穿叶片本体211长度的通孔212，所述通孔212内部设置转轴22，转轴22的两端穿出叶片本体211并固定在安装部12上，偏心叶片21可绕转轴22发生转动；转向时，偏心叶片21受到足够大的水流的冲击时，能够绕转轴22发生偏转，释放一定的阻力，提高转弯灵活性。
如图4-5所示，在通孔212的下方，叶片本体211内部还设置有容纳腔213，容纳腔213内部放置能够改变偏心叶片21的重心位置的配重件，使得偏心叶片21在直航时，能够克服周围海流的影响，保持竖直状态，以提高自适应装置20在不同海域、不同水流情况的适应能力。
容纳腔213的一端封闭，另一端设置开口2131，开口2131位于叶片本体211的一侧面上，如图5所示，本申请的一个实施例中，开口2131位于叶片本体的右侧面上，左侧为封闭状态，且容纳腔213在侧立投影面的投影为倒三角形，容纳腔213中可以按照需求可以放不同重量的配重件，改变叶片本体的偏心性，提高了尾舵在不同海域的自适应的能力，本实施例中，选用钢丝为配重件，针对不同海域的海流情况，在容纳腔213中放置不同重量的钢丝。
如图5-6所示，叶片本体211在侧立投影面的投影为NACA0012翼型形状，使得偏心叶片能够在较小的阻力情况下得到较大的操纵力矩，可以最大程度优化了整体尾舵的水动力参数。
为了进一步说明偏心叶片20在安装件上的安装方式，如图7所示，安装部12包括迎流部121、支撑部122、和连接部123，其中，迎流部121为倾斜的板状结构，底端固定在底座11的前端；支撑部122与迎流部121相对设置，其底端固定在固定座11的后端；，迎流部121和支撑部122之间设置连接部123，连接部123连接迎流部121和支撑部123的顶端；自适应装置20位于由迎流部121、连接部123、支撑部122和底座11围设的空间内，该空间形状为直角梯形，迎流部121的内侧面上从上到下均匀设置有多个限位孔，支撑部122的内侧面相对应的也设置有多个安装孔，本实施例中限位孔为4个，相应的安装孔也为4个，转轴22的一端深入迎流部121侧的限位孔内，另一端深入支撑部122的安装孔内，安装孔为通孔，转轴22的一端穿出安装孔后，通过螺栓固定在支撑部上，实现转轴22固定在迎流部121和支撑部122之间，也就实现了将偏心叶片21固定在安装部上。
如图2所示，叶片本体211在正立投影面上的投影为直角梯形，叶片本体211的斜边与迎流部121的倾斜角度相适配，在安装部12内，叶片本体211的面积自上而下逐渐增大，直航时，全部叶片本体211均保持竖直状态时，安装部12、偏心叶片21形成整体，具有保持航向的作用。
如图8所示，本发明还提供一种水下滑翔机，包括滑翔机本体30，滑翔机本体30具有后导流罩31，后导流罩31上下对称设置有上述的自适应变面积尾舵，通过底座11上的固定孔将尾舵固定到后导流罩上，且自适应变面积尾舵垂直于滑翔机本体30，当直航时，偏心叶片21均保持竖直状态，安装部12、偏心叶片21形成整体，具有保持航向的作用；偏心叶片21的容纳腔213中可以放置不同重量的钢丝，或其他配重结构，以适应不同海域，提高尾舵的适应性，当转弯时，偏心叶片21受到水流的冲击时，能够绕转轴22发生偏转，释放一定的阻力，提高转弯灵活性。
最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种自适应变面积尾舵，其特征在于，包括：
尾舵架，包括底座和安装部，所述安装部固定设置在所述底座的上方，所述底座与水下装置固定，所述安装部为框架结构；
自适应装置，可转动的设置在所述安装部内部；
其中，
所述自适应装置包括多个上下紧密排列的偏心叶片，直航时，所述偏心叶片均保持竖直状态；转向时，所述偏心叶片受到垂直于所述偏心叶片表面的水流的冲击发生转动；
所述偏心叶片包括叶片本体，在所述叶片本体的内部靠上方的位置，沿水平方向设置有贯穿所述叶片本体长度的通孔，所述通孔内部设置转轴，所述转轴的两端固定在所述安装部上，所述偏心叶片绕所述转轴发生转动；
所述叶片本体内部设置有容纳腔，所述容纳腔内部放置改变所述偏心叶片的重心位置的配重件；
所述容纳腔的一端封闭，另一端设置开口，所述开口位于所述叶片本体的一侧面上，所述容纳腔在侧立投影面的投影为倒三角形，容纳腔中按照需求放不同重量的配重件；
所述安装部具有
迎流部，为倾斜的板状结构，其底端固定在所述底座的前端；
支撑部，与所述迎流部相对设置，其底端固定在所述底座的后端；
连接部，设置于所述迎流部和所述支撑部之间，连接所述迎流部和所述支撑部的顶端；
所述自适应装置位于由所述迎流部、所述连接部、所述支撑部和所述底座围设的空间内，竖直状态下的所述偏心叶片与所述迎流部共面设置，所述转轴的两端分别固定在所述迎流部和所述支撑部上；
所述叶片本体在正立投影面上的投影为直角梯形，所述叶片本体的斜边与所述迎流部的倾斜角度相适配；所述安装部内所述叶片本体的面积，按自上而下的顺序逐渐增大，所述叶片本体保持竖直状态时，所述安装部、所述偏心叶片形成共面设置的整体。
2.根据权利要求1所述的自适应变面积尾舵，其特征在于，所述叶片本体在侧立投影面的投影为NACA0012翼型形状。
3.一种水下滑翔机，包括滑翔机本体，所述滑翔机本体具有后导流罩，其特征在于，所述后导流罩上设置有权利要求1-2任一项所述的自适应变面积尾舵。
4.根据权利要求3所述的水下滑翔机，其特征在于，所述自适应变面积尾舵垂直于所述滑翔机本体设置。
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