具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机

本发明属于水下滑翔机，尤其涉及一种具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机。

背景技术：

1、水下滑翔机是一种新型移动式水下无人自主平台，大都是通过改变自身浮力完成潜-浮运动状态转换，借助姿态调节和作用在机翼上的水动力相互配合实现水平位移，完成“锯齿状”运动轨迹的剖面观测。由于特殊的工作模式，决定了水下滑翔机具有低功耗、长续航和弱噪声等性能优势，已被广泛应用在海洋广域长时序连续立体移动观探测的科学研究。

2、现有水下滑翔机运动过程的航向调节，通常采用尾舵航向调节和可动偏心质量块滚转航向调节这两种方式实现。

3、尾舵航向调节的实现方式如下：在水下滑翔机尾部安装一块由自锁舵机驱动的可转动尾翼，通过控制尾舵的偏转角度，改变作用于尾舵上的水动力，对平台浮心施加一个外部的偏航力矩，实现水下滑翔机的航向调节目的。尾舵航向调节具备响应速度快、调节能力强等优势。

4、可动偏心质量块滚转调节航向的实现方式如下：水下滑翔机借助内部可动质量块转动，改变整机横平面的力矩关系，使整机产生横摇，通过作用在机翼和尾翼上的水动力，对浮心位置施加一个外部的偏航力矩，实现水下滑翔机的航向调节目的。与尾舵航向调节方式相比，滚转航向调节方式的整套控制单元、执行单元都集成在水下滑翔机耐压舱体内部，不承受来自于海水压力、腐蚀等恶劣条件影响，具备更高的可靠性。同时，在水下滑翔机长周期运行中，可动偏心质量块滚转动作可以动态调整水下滑翔机的横摇零位，抑制由海洋环境等参数不确定性扰动导致的水下滑翔机横摇频繁调节问题，进一步提升平台运行的稳定性、可靠性和运行效率。

5、面向海域、跨季节的超长观测任务需求，水下滑翔机的航向调节需要同时具备应对强流环境下的快速调节能力、安静环境下的低功耗调节能力，以及长期运行横摇姿态动态调平能力，还需要保证其具备一定的航向调节冗余能力，提升平台可靠性。因此，设计一种具备双模航向调节能力的水下滑翔机，对于水下滑翔机的长期稳定可靠运行具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决目前现有技术中兼具尾舵调节航向和可动偏心调节航行功能的水下滑翔机的技术空白的具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机。

2、本发明是这样实现的，一种具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机，包括水下滑翔机主体，其特征在于：所述水下滑翔机主体的内部安装滚转航向调节单元，所述水下滑翔机主体的后部安装尾舵航向调节单元，所述滚转航向调节单元包括可动偏心质量块以及驱动所述可动偏心质量块移动并改变其在水下滑翔机主体内部周向位置的驱动器，所述尾舵航向调节单元包括可动尾翼和驱动所述可动尾翼翻转角度的舵机。

3、在上述技术方案中，优选地，所述滚转航向调节单元包括驱动电机、角度传感器、圆盘状挡圈、方型导轨、可动偏心质量块、肋环、大齿轮、轴承，所述圆盘状挡圈和肋环固定于所述水下滑翔机主体的内部，所述驱动电机、角度传感器和轴承安装于圆盘状挡圈，所述方型导轨通过轴承安装于圆盘状挡圈和肋环，所述可动偏心质量块和大齿轮安装于所述方型导轨，所述驱动电机与所述大齿轮连接并通过大齿轮驱动所述方型导轨回转。

4、在上述技术方案中，优选地，所述水下滑翔机本体的后部包括后导流罩，所述舵机固定于后导流罩内部，所述可动尾翼设于所述后导流罩外侧，所述舵机与所述可动尾翼通过联轴器连接。

5、本发明提出的具备双模航向调节能力的水下滑翔机兼备滚转航向调节单元和尾舵航向调节单元，两种具备不同优势的航向调节单元采用冗余设计的方式集成在水下滑翔机上，令水下航行机具备多优点和效果：

6、1、响应速度快：水下滑翔机具备双模航向调节能力后，可以通过单独调节或同时调节滚转航向调节单元和尾舵航向调节单元，实现更快速的航向调节响应。无论是应对突发的强流环境还是安静环境下的低功耗调节，水下滑翔机都能够迅速、准确地调整航向，保持稳定的运动轨迹。

7、2、调节能力强：双模航向调节系统使得水下滑翔机具备了更强大的航向调节能力。滚转航向调节单元和尾舵航向调节单元可以分别或同时进行调节，根据不同的海洋环境和任务需求灵活选择最合适的调节方式，确保水下滑翔机始终保持稳定的航向。

8、3、可靠性高：通过采用冗余设计，双模航向调节系统提高了水下滑翔机的可靠性。无论是滚转航向调节单元还是尾舵航向调节单元发生故障，系统都能够自动切换到正常工作的单元，保证水下滑翔机的航向稳定，避免任务中断或数据丢失的风险。

9、4、横摇中位动态调整能力：双模航向调节系统还使得水下滑翔机具备了横摇中位动态调整能力。通过滚转航向调节单元和尾舵航向调节单元的协同作用，水下滑翔机能够动态调整横摇中位，抑制由海洋环境等参数不确定性扰动导致的横摇频繁调节问题，进一步提升平台运行的稳定性和可靠性。

10、综上所述，具备双模航向调节能力的水下滑翔机具有响应速度快、调节能力强、可靠性高和横摇中位动态调整能力等诸多优点和效果，能够更好地应对复杂多变的海洋环境，确保长期稳定可靠地执行海洋观测任务。

技术特征：

1.一种具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机，包括水下滑翔机主体，其特征在于：所述水下滑翔机主体的内部安装滚转航向调节单元，所述水下滑翔机主体的后部安装尾舵航向调节单元，所述滚转航向调节单元包括可动偏心质量块以及驱动所述可动偏心质量块移动并改变其在水下滑翔机主体内部周向位置的驱动器，所述尾舵航向调节单元包括可动尾翼和驱动所述可动尾翼翻转角度的舵机。

2.根据权利要求1所述的具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机，其特征在于：所述滚转航向调节单元包括驱动电机、角度传感器、圆盘状挡圈、方型导轨、可动偏心质量块、肋环、大齿轮、轴承，所述圆盘状挡圈和肋环固定于所述水下滑翔机主体的内部，所述驱动电机、角度传感器和轴承安装于圆盘状挡圈，所述方型导轨通过轴承安装于圆盘状挡圈和肋环，所述可动偏心质量块和大齿轮安装于所述方型导轨，所述驱动电机与所述大齿轮连接并通过大齿轮驱动所述方型导轨回转。

3.根据权利要求1所述的具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机，其特征在于：所述水下滑翔机本体的后部包括后导流罩，所述舵机固定于后导流罩内部，所述可动尾翼设于所述后导流罩外侧，所述舵机与所述可动尾翼通过联轴器连接。

技术总结本发明公开了一种具备滚转和尾舵双模航向调节功能的水下滑翔机，属于水下滑翔机技术领域，包括水下滑翔机主体，其特征在于：所述水下滑翔机主体的内部安装滚转航向调节单元，所述水下滑翔机主体的后部安装尾舵航向调节单元，所述滚转航向调节单元包括可动偏心质量块以及驱动所述可动偏心质量块移动并改变其在水下滑翔机主体内部周向位置的驱动器，所述尾舵航向调节单元包括可动尾翼和驱动所述可动尾翼翻转角度的舵机。本水下滑翔机具有响应速度快、调节能力强、可靠性高和横摇中位动态调整能力等优点，能够更好地适应复杂多变的海洋环境，确保长期稳定可靠地执行观测任务。技术研发人员：王延辉,王成,杨明,杨绍琼,孙通帅,马伟,牛文栋受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18