CN117002706A - 一种水面水下航行器及其航行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水面水下航行器，包括设置在船体内部的浮力调节机构；位于船体底面分别靠近船体头部和尾部并以船体的纵向中心轴方向对称设置的两对抬升稳定水翼；通过分布在船体头部和尾部的两个立杆与船体底面连接的两对推进抬升水翼，每对推进抬升水翼通过转轴连接，并经与转轴固定的弹簧与立杆铰接，转轴通过锥齿轮连接有驱动电机；船体尾部立杆上设置有推进器。通过浮力调节机构切换水面水下两个航态，推进抬升水翼通过弹簧与立杆铰接可被动改变流体对水面水下航行器的作用方向，直接将流体作用力转换为对其向前或向上的推力，抬升稳定水翼提供竖直向上的升力和保持船体纵向、横向稳定性的拉力，能量转换过程简单、耗损少，可以连续推进。
Description
技术领域
本发明涉及航行器技术领域，尤其涉及一种水面水下航行器及其航行控制方法。
背景技术
近年来海洋无人航行器呈井喷式发展，研制出各种外形、推进方式、机构原理的无人航行器，虽种类繁多，但是受技术限制，现有绝大部分海洋无人航行器仅能在水面或水下单一环境中航行，无法满足未来海洋水面、水下多空间立体、联合观测的需求随着海洋装备全方位快速发展，因此，水面水下无人航行器逐渐走入人们的视野。
水面水下无人航行器通过浮力调节机构切换航行器水面航行和水下航行状态，实现其在水面或水下的连续工作。该类航行器基于其不同航行状态，利用自身携带的多种探测设备，能长期、隐蔽、自主地在海洋中执行使命任务，具备对水面/水下海洋环境的立体、持续感知能力，也可完成水下－水面通信中继与导航的任务，同时该类无人航行器作为一个无人海洋运载平台，可以在海洋中承担长期、自主、灵活、低廉的作业任务。因此，该类航行器在民用领域具有非常广阔的应用前景，如海洋测绘与科学调查、环境监测、水文调查、气象预报等。
现有的以风能或波浪能推动无人航行器，只能在低速下航行，同时含有大量的变型机构，机构复杂，可靠性降低。因此，研制一款在水面与水下两种航态下均可实现低能耗、连续推进航行或高速航行、高机动性，且机构简单可靠性高的无人航行器，具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种水面水下航行器，以解决机构简单的无人航行器能在水面及水下两种航态均可实现低能耗、连续推进航行或高速航行、高机动性的技术问题。
本发明提供了一种水面水下航行器，其包括：
船体；
浮力调节机构，其设置在所述船体内部，以用于改变所述航行器的浮力；
抬升稳定水翼，设置有两对，位于所述船体的底面并分别靠近所述船体的头部和尾部，且每对所述抬升稳定水翼以所述船体的纵向中心轴方向对称设置；
推进抬升水翼，设置有两对，每对所述推进抬升水翼分别通过两个立杆与所述船体的底面连接，两个所述立杆垂直所述船体的纵向中心轴并分布在所述船体的头部和尾部的底面，两对所述抬升稳定水翼位于两个所述立杆之间；其中，每对所述推进抬升水翼之间通过垂直穿设于所述立杆的转轴连接，所述转轴可绕所述立杆转动，所述转轴的轴向中心设置有弹簧，所述弹簧的一端固定于所述转轴的轴向中心孔，所述弹簧的另一端与所述立杆滑动铰接；
驱动电机，其设置在所述立杆上，并通过锥齿轮与所述推进抬升水翼的所述转轴连接；
推进器，其安装在位于所述船体的尾部的所述立杆上。
可选地，所述水面水下航行器还包括所述船体上的船舵，以用于控制所述船体上下左右方向的偏转。
可选地，所述船舵包括竖直舵和水平舵；所述竖直舵设置在所述船体的尾部的所述立杆上；所述水平舵设置有两个，其位于在所述船体的尾部的顶面并以所述船体的纵向中心轴方向对称设置。
可选地，所述船体和所述立杆为固定连接。
可选地，所述船体和所述立杆为铰接式连接，以使得所述立杆可收回至所述船体的底面。
可选地，所述水面水下航行器还包括设置在所述船体的顶面的太阳能面板。
可选地，所述推进器为螺旋桨。
可选地，所述船体内包括耐压舱和传感仪。
本申请还提供了一种水面水下航行器的航行控制方法，所述航行控制方法用于实现所述水面水下航行器在水面低速或水面高速和水下低速或水下高速四种工况的切换：
需在水面低速航行时，通过所述浮力调节机构使得所述船体部分露出水面，所述推进抬升水翼随所述船体在波浪作用下进行升沉和俯仰运动；当波峰来临时，所述船体在波浪作用下做抬艏和上升运动，带动所述船体头部的所述推进抬升水翼逆时针转动，而所述船体尾部的所述推进抬升水翼顺时针转动，所述推进抬升水翼与水流速度形成一定攻角，在升力和阻力的作用下产生一个前进方向的驱动力；当波谷来临时，所述船体在自重作用下做下摆和下降运动，带动所述船体头部的所述推进抬升水翼顺时针转动，而所述船体尾部的所述推进抬升水翼逆时针转动，所述推进抬升水翼和水流速度形成一定攻角，在升力和阻力的作用下产生一个前进方向的驱动力；使得在波浪的作用下，所述水面水下航行器可以连续低速推进，再配合所述船舵改变航向；
需在水面高速航行时，通过所述浮力调节机构使得所述船体大部分露出水面；再启动所述推进器，使所述船体在所述推进器的推力下向前运动，所述驱动电机工作，配合所述驱动电机内的编码器可以驱动所述推进抬升水翼通过所述转轴转动至任意角度，根据所述船体的稳定性和航速通过所述驱动电机主动控制所述推进抬升水翼调节至合适的角度，使得所述推进抬升水翼受到的流体作用力分解为向后的阻力和向上的升力；当航速越大，所述推进抬升水翼受到的流体作用力分解后产生向上的升力越大，所述船体所需的浮力越小，露出水面的部分越大，同时，沿纵向中心轴对称设置的所述抬升稳定水翼产生向外的水动力，每对所述抬升稳定水翼相互作用使得所述船体保持横向稳定性，而前后布置的两对所述抬升稳定水翼用于保持所述船体纵向稳定性，配合所述船舵改变航向；
需在水下低速滑翔时，通过所述浮力调节机构使得所述船体全部浸没水中，再继续微调浮力使得所述水面水下航行器的重力略大于浮力的同时，调节浮力作用点以使得所述船体以头下尾上的姿势在水中下沉，所述推进抬升水翼和所述水平舵控制所述船体的姿势，产生向前的分力，从而将下沉运动变成向前运动；当所述船体的重力略小于浮力时，调节浮力作用点以使得所述船体以头上尾下的姿势在上浮，所述推进抬升水翼和所述水平舵控制所述船体的姿势，产生向前的分力，从而将上浮运动变成向前运动；再通过所述竖直舵改变航向；
需在水下高速航行时，通过所述浮力调节机构使得所述船体全部浸没水中，使得所述水面水下航行器的重力等于浮力，启动所述推进器向前推进所述船体，所述推进抬升水翼和所述水平舵控制所述船体的姿态，所述竖直舵改变航向。
可选地，所述浮力调节机构通过将水排出所述船体内控制所述船体下沉，通过将水抽进所述船体内控制所述船体上浮。
与现有技术相比，本发明提供了一种水面水下航行器，包括船体、浮力调节机构、抬升稳定水翼、推进抬升水翼、驱动电机和推进器。其中，所述浮力调节机构设置在所述船体内部，以用于改变所述水面水下航行器的浮力；所述抬升稳定水翼设置有两对，位于所述船体的底面并分别靠近所述船体的头部和尾部，且每对所述抬升稳定水翼以所述船体的纵向中心轴方向对称设置；所述推进抬升水翼设置有两对，每对所述推进抬升水翼分别通过两个立杆与所述船体的底面连接，两个所述立杆垂直所述船体的纵向中心轴并分布在所述船体的头部和尾部的底面，两对所述抬升稳定水翼位于两个所述立杆之间；每对所述推进抬升水翼之间通过垂直穿设于所述立杆的转轴连接，所述转轴可绕所述立杆转动，所述转轴的轴向中心设置有弹簧，所述弹簧的一端固定于所述转轴的轴向中心孔，所述弹簧的另一端与所述立杆滑动铰接；所述驱动电机设置在所述立杆上，并通过锥齿轮与所述推进抬升水翼的所述转轴连接；所述推进器安装在位于所述船体的尾部的所述立杆上。通过所述浮力调节机构使所述水面水下航行器在水面和水下两个航态进行切换，所述推进抬升水翼通过所述弹簧与所述立杆铰接可被动改变流体对所述水面水下航行器的作用方向，直接将流体作用力转换为对所述水面水下航行器向前或向上的推力，所述抬升稳定水翼同时对所述水面水下航行器提供竖直向上的升力和保持所述船体纵向、横向稳定性的拉力，能量转换过程简单、耗损少，具有较高的转换效率。本申请通过将抬升推进功能集成在水翼一体，兼具波浪动力船和水翼船的优点，在水面阶段由波浪能推进，在水下阶段依靠浮力驱动，在高速和低速状态切换，显著地降低了所述水面水下航行器自身的电池能量消耗，使得所述水面水下航行器可以连续推进，延长所述水面水下航行器的在位时长、续航里程和机动性。
附图说明
图1是本发明提供的水面水下航行器的整体结构示意图。
图2是本发明提供的水面水下航行器中推进抬升水翼与立柱连接的结构示意图。
图3是本发明提供的水面水下航行器水面低速航行工作原理。
图4是本发明提供的水面水下航行器水面高速航行工作原理。
图5是本发明提供的水面水下航行器水下低速航行工作原理。
附图标记说明如下：
100、水面水下航行器；10、船体；20、浮力调节机构；30、抬升稳定水翼；40、推进抬升水翼；41、转轴；42、驱动电机；43、弹簧；44、锥齿轮；50、立杆；60、螺旋桨；70、竖直舵；80、水平舵；90、太阳能面板。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“纵向”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
请参阅图1，本申请提供了一种水面水下航行器100，包括船体10、浮力调节机构20、抬升稳定水翼30、推进抬升水翼40、推进器和船舵。其中，所述浮力调节机构20置在所述船体10内部，所述抬升稳定水翼30设置在所述船体10的底面，所述推进抬升水翼40通过立杆50与所述船体10的底面连接，所述推进器设置在所述立杆50上，所述船舵设置在所述船体10上。
所述船体10为所述水面水下航行器100的主体部分，其设计为类似梭形，前后分别为头部和尾部。船体10内包括浮力调节机构20、耐压仓、传感仪和电池等。
所述浮力调节机构20设置在所述船体10的内部，其用于往所述船体10内注水或将水排出所述船体10内，以使得整个所述水面水下航行器100的浮力发生改变，从而使得所述水面水下航行器100可以在水面和水下航态进行切换。
所述抬升稳定水翼30设置有两对，分别位于所述船体10的底面并靠近所述船体10的头部和尾部，且每对所述抬升稳定水翼30以所述船体10的纵向中心轴方向对称设置。所述抬升稳定水翼30可提供竖直向上的升力，并保持所述船体10纵向、横向稳定性的拉力，使得所述水面水下航行器100可以在水面高速稳定航行。
所述推进抬升水翼40设置有两对，每对所述推进抬升水翼40分别通过两个所述立杆50与所述船体10的底面连接，两个所述立杆50垂直所述船体10的纵向中心轴并分布在所述船体10的头部和尾部的底面，两对所述抬升稳定水翼30位于两个所述立杆50之间。请参阅图2，具体地在本实施中，每对所述推进抬升水翼40之间通过垂直穿设于所述立杆50的转轴41连接，所述立杆50开设有与所述转轴41相配适的预留孔，所述转轴41穿过所述立杆50的预留孔与所述立杆50的侧面贴合以实现所述转轴41的轴向固定同时能够绕所述立杆50的预留孔转动，进而使得所述推进抬升水翼40与所述立杆50铰接实现所述推进抬升水翼40的转动；所述转轴41的轴向中心孔固定有一根弹簧43，优选地，所述弹簧43采用超弹性记忆合金材料制作，所述弹簧43的一端固定于转轴41的轴向中心孔，所述弹簧43的另一端与所述立杆50滑动铰接以实现其相对所述立杆50上下滑动，在洋流的作用下，所述推进抬升水翼40转动时，所述推进抬升水翼40通过所述弹簧43可以自动回弹。当所述船体10受波浪推动运动时，所述推进抬升水翼40随所述船体10做升沉和俯仰运动，同时所述推进抬升水翼40将其受到的波浪作用力转化分解为向前或向后和向上或向下的力。
可以理解地，所述立杆50可以固定连接于所述船体10，还可以通过弹簧链与所述船体10铰接以实现所述立杆50可收回至所述船体10，或者可抛弃式连接。
所述立杆50的侧面安装有带编码器的驱动电机42。所述驱动电机42通过锥齿轮44与所述转轴41连接。所述驱动电机42不工作时，所述推进抬升水翼转轴40可以受洋流作用自由转动；所述驱动电机42工作时，配合编码器可以驱动所述转轴41转动进而带动所述推进抬升水翼40转动至任意角度。
所述推进器安装在位于所述船体10的尾部的所述立杆50上，用于推动所述船体10向前运动。具体地在本实施例中，所述推进器为螺旋桨60，在其他的一些实施例子，所述推进器还可以为喷水推进装置。
所述船舵包括竖直舵70和水平舵80；所述竖直舵70设置在所述船体10的尾部的所述立杆50上，具体地在本实施例中，所述竖直舵70位于所述螺旋桨60上方；所述水平舵80设置有两个，其位于在所述船体10的尾部的顶面并以所述船体10的纵向中心轴方向对称设置。所述竖直舵70用于控制所述船体10向左或向右偏转，从而使所述水面水下航行器100在水面和水下的场景中能改变航行方向；所述水平舵80用于控制所述船体10向上或者向下偏转，使得所述水面水下航行器100保持纵向稳定性。
进一步地，所述船体10的顶面设置有太阳能面板90，当所述水面水下航行器100处于水面状态时，所述太阳能面板90能吸收太阳能，为设置在所述船体10内的电池充电，以提供所述水面水下航行器100更强的续航能力。
此外，本申请还提供了所述水面水下航行器100的航行控制方法，所述航行控制方法用于实现所述水面水下航行器100在水面低速或水面高速和水下低速或水下高速四种工况的切换，具体地：
请参阅图3，需当在水面低速航行时，所述船体10内的所述浮力调节机构20将所述水面水下航行器100内部的水排到外部，以增大浮力，使得所述船体10的部分体积露出水面；所述船体10在波浪的推动作用下进行升沉和俯仰运动，带动所述推进抬升水翼40进行同样的升沉和俯仰运动。当波峰来临时，所述船体10在波浪作用下做抬艏和上升运动，带动所述船体10头部的所述推进抬升水翼40逆时针转动，而所述船体10尾部的所述推进抬升水翼40顺时针转动，所述推进抬升水翼40与水流速度V形成一定攻角αe，在升力FT和阻力FN的作用下产生一个前进方向的驱动力；当波谷来临时，所述船体10在自重作用下做下摆和下降运动，带动所述船体10头部的所述推进抬升水翼40顺时针转动，而所述船体10尾部的所述推进抬升水翼40逆时针转动，所述推进抬升水翼40和水流速度V形成一定攻角αe，在升力FT和阻力FN的作用下产生一个前进方向的驱动力；使得在波浪的作用下，所述水面水下航行器100可以连续低速推进，并通过所述竖直舵70改变航向。
请参阅图4，需要在水面高速航行时，所述船体10内的所述浮力调节机构20将所述水面水下航行器100内部的水排到外部，以增大浮力，使得船体10的最大部分可以露出水面；启动所述螺旋桨60，使得所述船体10在所述螺旋桨60推力下向前运动，所述驱动电机42工作，配合所述驱动电机42内的编码器可以驱动所述推进抬升水翼40通过所述转轴41转动至任意角度。根据所述船体10的稳定性和航速通过驱动电机42主动控制所述推进抬升水翼40将其调节至合适的角度，使得所述推进抬升水翼40受到流体作用力可以分解为向后的阻力和向上的升力；当航速越大，所述推进抬升水翼40受到的流体作用力分解后产生向上的升力越大，所述船体10所需的浮力越小，露出水面的部分越大，同时，沿纵向中心轴对称设置的所述抬升稳定水翼30产生向外的水动力，每对所述抬升稳定水翼30相互作用使得所述船体10保持横向稳定性，而前后布置的两对所述抬升稳定水翼30用于保持所述船体10纵向稳定性，通过所述推进抬升水翼40和所述抬升稳定水翼30的配合，使得所述水面水下航行器100高速稳定航行，再通过所述竖直舵70改变航向。
请参阅图5，需要在水下低速滑翔时，通过所述船体10内的所述浮力调节机构20将外部的水抽进所述水面水下航行器100内，浮力减小后，所述船体10全部浸没水中，再继续微调所述浮力调节机构20，使得所述水面水下航行器100的重力Gs略大于浮力BS.，调节浮力作用点，将所述水面水下航行器100的重心移动靠近所述船体10的头部，使得所述船体10以头下尾上的姿势在水中下沉，通过所述推进抬升水翼40和所述水平舵80控制所述船体10的姿势(包括俯仰角θs)，水流速度U与所述水面水下航行器100轴线之间存在攻角αs，水流流经所述水面水下航行器100时产生阻力Ds与升力Ls，阻力Ds与升力Ls水平方向分力推动所述水面水下航行器100以滑翔角γs向前运动；当所述船体10的重力略小于浮力时，调节浮力作用点，使所述水面水下航行器100的重心移动靠近所述船体10的尾部，进而使得所述船体10以头上尾下的姿势在上浮，所述推进抬升水翼40和所述水平舵80控制所述船体10的姿势，产生向前的分力，从而将上浮运动变成向前运动；再通过所述竖直舵70改变航向。
需要在水下高速航行时，通过所述船体10内的所述浮力调节机构20将外部的水抽进所述水面水下航行器100内，使所述船体10全部浸没水中，使得所述水面水下航行器100的重力等于浮力，所述水面水下航行器100保持零浮力，启动所述螺旋桨60向前推进所述水面水下航行器100向前运动，所述推进抬升水翼40和所述水平舵80控制所述船体10的姿态，所述竖直舵70改变航向。
本申请提供了一种水面水下航行器100，包括船体10、浮力调节机构20、抬升稳定水翼30、推进抬升水翼40、推进器和船舵。其中，所述浮力调节机构设置20在所述船体10内部，以用于改变所述水面水下航行器100的浮力；所述抬升稳定水翼30设置有两对，位于所述船体10的底面并分别靠近所述船体10的头部和尾部，且每对所述抬升稳定水翼30以所述船体10的纵向中心轴方向对称设置；所述推进抬升水翼40设置有两对，每对所述推进抬升水翼40分别通过两个立杆50与所述船体10的底面连接，两个所述立杆50垂直所述船体10的纵向中心轴并分布在所述船体10的头部和尾部的底面，两对所述抬升稳定水翼30位于两个所述立杆50之间；每对所述推进抬升水翼40之间通过垂直穿设于所述立杆50的转轴41连接，所述转轴41可绕所述立杆41转动，所述转轴41的轴向中心设置有弹簧43，所述弹簧43的一端固定于所述转轴41的轴向中心孔，所述弹簧43的另一端与所述立杆41滑动铰接；所述驱动电机42设置在所述立杆50上，并通过锥齿轮44与所述推进抬升水翼40的所述转轴41连接；所述推进器安装在位于所述船体10的尾部的所述立杆50上。通过所述浮力调节机构20使所述水面水下航行器100在水面和水下两个航态进行切换，所述推进抬升水翼40通过所述弹簧43与所述立杆50铰接可被动改变流体对所述水面水下航行器100的作用方向，直接将流体作用力转换为对所述水面水下航行器100向前或向上的推力，所述抬升稳定水翼30同时对所述水面水下航行器100提供竖直向上的升力和保持所述船体10纵向、横向稳定性的拉力，能量转换过程简单、耗损少，具有较高的转换效率。本申请通过将抬升推进功能集成在水翼一体，兼具波浪动力船和水翼船的优点，在水面阶段由波浪能推进，在水下阶段依靠浮力驱动，在高速和低速状态切换，显著地降低了所述水面水下航行器自身的电池能量消耗，使得所述水面水下航行器可以连续推进，延长所述水面水下航行器的在位时长、续航里程和机动性。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水面水下航行器，其特征在于，包括：
船体；
浮力调节机构，其设置在所述船体内部，以用于改变所述航行器的浮力；
抬升稳定水翼，设置有两对，位于所述船体的底面并分别靠近所述船体的头部和尾部，且每对所述抬升稳定水翼以所述船体的纵向中心轴方向对称设置；
推进抬升水翼，设置有两对，每对所述推进抬升水翼分别通过两个立杆与所述船体的底面连接，两个所述立杆垂直所述船体的纵向中心轴并分布在所述船体的头部和尾部的底面，两对所述抬升稳定水翼位于两个所述立杆之间；其中，每对所述推进抬升水翼之间通过垂直穿设于所述立杆的转轴连接，所述转轴可绕所述立杆转动，所述转轴的轴向中心设置有弹簧，所述弹簧的一端固定于所述转轴的轴向中心孔，所述弹簧的另一端与所述立杆滑动铰接；
驱动电机，其设置在所述立杆上，并通过锥齿轮与所述推进抬升水翼的所述转轴连接；
推进器，其安装在位于所述船体的尾部的所述立杆上。
2.根据权利要求1所述的水面水下航行器，其特征在于，还包括所述船体上的船舵，以用于控制所述船体上下左右方向的偏转。
3.根据权利要求2所述的水面水下航行器，其特征在于，所述船舵包括竖直舵和水平舵；所述竖直舵设置在所述船体的尾部的所述立杆上；所述水平舵设置有两个，其位于在所述船体的尾部的顶面并以所述船体的纵向中心轴方向对称设置。
4.根据权利要求3所述的水面水下航行器，其特征在于，所述船体和所述立杆为固定连接。
5.根据权利要求3所述的水面水下航行器，其特征在于，所述船体和所述立杆为铰接式连接，以使得所述立杆可收回至所述船体的底面。
6.根据权利要求3所述的水面水下航行器，其特征在于，还包括设置在所述船体的顶面的太阳能面板。
7.根据权利要求1所述的水面水下航行器，其特征在于，所述推进器为螺旋桨。
8.根据权利要求1所述的水面水下航行器，其特征在于，所述船体内包括耐压舱和传感仪。
9.根据权利要求3至6任一项所述的水面水下航行器的航行控制方法，其特征在于，所述航行控制方法用于实现所述水面水下航行器在水面低速或水面高速和水下低速或水下高速四种工况的切换：
需在水面低速航行时，通过所述浮力调节机构使得所述船体部分露出水面；所述推进抬升水翼随所述船体在波浪作用下进行升沉和俯仰运动；当波峰来临时，所述船体在波浪作用下做抬艏和上升运动，带动所述船体头部的所述推进抬升水翼逆时针转动，而所述船体尾部的所述推进抬升水翼顺时针转动，所述推进抬升水翼与水流速度形成一定攻角，在升力和阻力的作用下产生一个前进方向的驱动力；当波谷来临时，所述船体在自重作用下做下摆和下降运动，带动所述船体头部的所述推进抬升水翼顺时针转动，而所述船体尾部的所述推进抬升水翼逆时针转动，所述推进抬升水翼和水流速度形成一定攻角，在升力和阻力的作用下产生一个前进方向的驱动力；使得波浪的作用下，所述水面水下航行器可以连续低速推进，再配合所述船舵改变航向；
需在水面高速航行时，通过所述浮力调节机构使得所述船体大部分露出水面；再启动所述推进器，使所述船体在所述推进器的推力下向前运动，所述驱动电机工作，配合所述驱动电机内的编码器可以驱动所述推进抬升水翼通过所述转轴转动至任意角度，根据所述船体的稳定性和航速通过所述驱动电机主动控制所述推进抬升水翼调节至合适的角度，使得所述推进抬升水翼受到的流体作用力分解为向后的阻力和向上的升力；当航速越大，所述推进抬升水翼受到的流体作用力分解后产生向上的升力越大，所述船体所需的浮力越小，露出水面的部分越大，同时，沿纵向中心轴对称设置的所述抬升稳定水翼产生向外的水动力，每对所述抬升稳定水翼相互作用使得所述船体保持横向稳定性，而前后布置的两对所述抬升稳定水翼用于保持所述船体纵向稳定性，配合所述船舵改变航向；
需在水下低速滑翔时，通过所述浮力调节机构使得所述船体全部浸没水中，再继续微调浮力使得所述水面水下航行器的重力略大于浮力的同时，调节浮力作用点以使得所述船体以头下尾上的姿势在水中下沉，所述推进抬升水翼和所述水平舵控制所述船体的姿势，产生向前的分力，从而将下沉运动变成向前运动；当所述船体的重力略小于浮力时，调节浮力作用点以使得所述船体以头上尾下的姿势在上浮，所述推进抬升水翼和所述水平舵控制所述船体的姿势，产生向前的分力，从而将上浮运动变成向前运动；再通过所述竖直舵改变航向；
需在水下高速航行时，通过所述浮力调节机构使得所述船体全部浸没水中，使得所述水面水下航行器的重力等于浮力，启动所述推进器向前推进所述船体，所述推进抬升水翼和所述水平舵控制所述船体的姿态，所述竖直舵改变航向。
10.根据权利要9所述的航行控制方法，其特征在于，所述浮力调节机构通过将水排出所述船体内控制所述船体下沉，通过将水抽进所述船体内控制所述船体上浮。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311033627.2A CN117002706A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种水面水下航行器及其航行控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311033627.2A CN117002706A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种水面水下航行器及其航行控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117002706A true CN117002706A (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=88576137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311033627.2A Pending CN117002706A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种水面水下航行器及其航行控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117002706A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117657374A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-03-08 | 青岛鹏晟海洋装备有限公司 | 一种自适应水面水下航行器 |
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2023
- 2023-08-16 CN CN202311033627.2A patent/CN117002706A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117657374A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-03-08 | 青岛鹏晟海洋装备有限公司 | 一种自适应水面水下航行器 |
| CN117657374B (zh) * | 2024-01-31 | 2024-04-16 | 青岛鹏晟海洋装备有限公司 | 一种自适应水面水下航行器 |
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