浮力驱动式水下滑翔机姿态调节机构研究.pdf

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1、第34卷第5期2012年5月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．34，No．5May，2012浮力驱动式水下滑翔机姿态调节机构研究邬明。孙善春(中国船舶重工集团公司第七一O研究所，湖北宜昌443003)摘要：浮力驱动式水下滑翔机对我国海洋勘探和围舫建殴有着重要的应用前景。本文介绍了水下滑翔机的工作机理。对某一滑翔机，重点设计了实现姿态调整的横滚控制组件和俯仲控制组件，同时提出总体布局的原则，并给出了滑翔机总体结构布局方案。对所设计的滑翔机的总体衡重参数和流体动力参数进行了计算，

2、初步验证了总体设计方案的可行性，可以满足设计指标要求。关键词：浮力驱动；滑翔机；机构设计；结构布局中图分类号：THl34文献标识码：B文章编号：1672-7649(2012)05-0058—04doi：10．3404／j．i8sn．1672-7649．2012．05．013ResearchonbuoyancydrivenunderwatergliderattitudeaajustingmachinewUMing，SUNShah-ehun’(The710ResearchInstituteofCSIC，Yicha

3、ng443003，China)Abstract：Buoyancydrivenunderwatergliderhasimportantapplicationprospeclsinoceanexploitationandnationaldefense．Thearticleintroducesmechanismofbuoyancydrivenunderwaterglider，accordingtooneglider，specificallydesignthediscretenessofrollandpitching

4、toachieveattitudecontrol，andputthestructurepositionoftheglider．Ultimately，computestheweightandhydrokineticparametersoftheglider，preliminaryverifyfeasibilityoftotaldesignscheme，ismeetdesignrequirementonmostofdesigntarget．Keywords：buoyancydriven；glider；struct

5、uraldesign；structurallayout0引言浮力驱动式水下滑翔机就是通过浮力驱动、翼型固定的自主水下装置。水下滑翔机最显著的特点是航行时不需要主动推进力，它在水下环境中作纵向运动的动力来自垂直运动的能量转换，而垂直运动的动力则来源于自身浮力的改变。它具有超常的续航能力，其续航时间以月记，且造价相对同等续航能力的舰船更为低廉。根据相关报道，美军已研制了一种“水下无人滑行艇”原理样机¨j，滑行速度可达5kn，续航期数月，航程数干英里，在水下执行侦查任务，收集军事与商业信息。远航程、低功耗、长航程将

6、是未来水中兵器的蘑要发展方向之一，也是我国海军急需的一种武器装备心1。目前，海军还没有类似的水下滑翔机。本文以某外形设计完成的滑翔机(图l所示)为基础，结合设计指标机身排水体积VB≤0．47m’、最大滑行速度3．5m／s、下潜深度H≥1000m，提出滑翔机姿态控制方案，设计实现姿态调整的横滚控制组件和俯仰控制组件，并给出滑翔机总体结构布局。1横滚控制当水下滑翔机在纵平面作上浮、下潜前进运动时．需要利用横滚控制来抑制扰动产生的横滚，保持滑翔机在纵平面内运动。当滑翔机需要转向或作回旋运动时，则需要通过横滚控制来发

7、动。如图l所示，其原理是：首先，调整可移内部俯仰质量块的位收稿日期：2011-08-26；修回日期：2011一(19一19作者简介：邬明(1985一)，男。工程师，主要从事水下滑翔机外形设计及流体力学研究。第5期邬明，等：浮力驱动式水下滑翔机姿态调节机构研究·59·置，使质心产生沿并方向的位移(机体坐标系坐标原点在弹体的浮心，石轴与弹轴重合指向机头，Y轴为横轴，与水平翼在同一个平面垂直石轴，z轴垂直与巧平面)∞】，使滑翔机机首朝下尾朝上(或反之)，进行下潜运动；然后使横滚控制质量块移动，使质心产生沿y方向的位

8、移。使得主载体姿态产生+z方向的横滚角。此水动力作用在载体水平翼上的升力，产生1个船平面的俯仰力分力和1个+y方向的回转力分力；水动力作用在尾翼上的升力产生1个船平面的俯仰分力和一，，方向的回转力分力，产生侧向运动，实现滑翔机的转向。如果保持滑翔机的侧向运动，则滑翔机做空间定常回转运动(等角速度绕z轴旋转，同时以等俯仰角下潜，)运动轨迹成螺旋线。通过控制横滚角的大小，可以控制滑翔机的回旋半径和下潜速