本申請涉及航行體設計領域,具體涉及一種超空泡航行體空化器舵結構、航行體及控制方法。
背景技術:
1、目前,超空泡減阻技術可使航行體在水下高速航行時被超空泡完全包裹,大幅降低航行粘性阻力,突破常規水下航行體的速度瓶頸,是水下高速航行裝備領域的核心研發方向;隨著水下作業場景的應用深化,對超空泡航行體的姿態穩定控制精度、操縱可靠性與復雜環境適應性,提出了越來越高的工程需求。
2、相關技術中,超空泡航行體的俯仰、偏航姿態調控,普遍采用與空氣舵形式相近的尾舵結構作為核心操縱執行機構,也有部分方案將舵控功能集成于航行體前端的空化器,以適配超空泡航行體的流場特性與操縱控制需求。
3、但是,常規尾舵控制方案受超空泡航行體尾部氣-汽-液三相耦合復雜流場、空泡輪廓難以精準預示的限制,尾舵沾濕面積波動大且不可控,導致舵效不明晰、受力不穩定,不僅會給航行體引入額外的航行阻力,還會嚴重干擾尾部空泡流場,進一步加劇航行體受力的不確定性;而已有的空化器舵控方案,無法實現俯仰與偏航兩個通道的運動完全解耦,無法實現兩個通道的同步獨立操舵控制,難以滿足超空泡航行體復雜航行環境下的穩定直航與精準姿態調控需求。
技術實現思路
1、本申請提供一種超空泡航行體空化器舵結構,可以解決相關技術中超空泡航行體操縱機構舵效不穩定、流場干擾大、俯仰與偏航雙通道無法同步獨立控制的技術問題。
2、第一方面,本申請實施例提供一種超空泡航行體空化器舵結構,其包括:
3、空化器舵,其用于設置于航行體的前端,且其包括偏航舵主體和仰俯舵主體;
4、所述偏航舵主體經第一轉軸與所述仰俯舵主體轉動連接,以使所述偏航舵主體相對于所述仰俯舵主體水平偏航運動;
5、所述仰俯舵主體經第二轉軸用于與航行體轉動連接,以使所述仰俯舵主體相對于航行體仰俯運動;
6、驅動機構一,其一端活動連接于所述偏航舵主體,且其另一端用于連接于航行體,所述驅動機構一可驅動所述偏航舵主體水平偏航運動;
7、驅動機構二,其一端活動連接于所述偏航舵主體,且其另一端用于連接于航行體,所述驅動機構二可驅動所述仰俯舵主體仰俯運動。
8、結合第一方面,在一種實施方式中,所述驅動機構一包括:
9、連桿一,所述連桿一的一端與所述偏航舵主體轉動連接,其轉動軸線與所述第二轉軸同軸設置,且其另一端連接有伸縮組件一的伸縮端,所述伸縮組件一用于安裝于航行體。
10、結合第一方面,在一種實施方式中,所述伸縮組件一包括滑動式伸縮動力源、螺旋式伸縮動力源或?齒輪齒條式伸縮動力源。
11、結合第一方面,在一種實施方式中,所述驅動機構二包括:
12、連桿二,所述連桿二的一端與所述偏航舵主體轉動連接,其轉動軸線與所述第一轉軸同軸設置,且其另一端連接有伸縮組件二的伸縮端,所述伸縮組件二用于安裝于航行體。
13、第二方面,本申請實施例提供了一種航行體,其包括如以上一些實施例中所述的超空泡航行體空化器舵結構。
14、第三方面,本申請實施例提供了一種基于如以上一些實施例中所述的超空泡航行體空化器舵結構的控制方法,其包括以下步驟:
15、實時獲取航行體的航行姿態信息;
16、根據所述航行姿態信息,解算得到偏航控制指令;
17、根據偏航控制指令控制驅動機構一動作,以驅動偏航舵主體執行偏航運動。
18、結合第三方面,在一種實施方式中,所述偏航控制指令用于控制驅動機構一的伸縮位移,以調節偏航舵主體的偏航轉角大小,實現偏航方向的舵效控制。
19、結合第三方面,在一種實施方式中,還包括以下步驟:
20、根據所述航行姿態信息,解算得到俯仰控制指令;
21、根據俯仰控制指令控制驅動機構二動作,以驅動仰俯舵主體執行俯仰運動。
22、結合第三方面,在一種實施方式中,所述俯仰控制指令用于控制驅動機構二的伸縮位移,以調節仰俯舵主體的俯仰轉角大小,實現俯仰方向的舵效控制。
23、結合第三方面,在一種實施方式中,所述航行體的偏航運動與俯仰運動相互獨立解耦,可單獨執行偏航控制、單獨執行俯仰控制,或同時執行偏航與俯仰聯合控制。
24、本申請實施例提供的技術方案帶來的有益效果包括:
25、空化器舵設于航行體前端,迎流面全程沾濕,為航行體提供穩定明晰的操縱力矩;第一轉軸與第二轉軸正交布置,將空化器舵運動分解為獨立的偏航、俯仰兩個維度;驅動機構一?5、驅動機構二?6?分別獨立驅動對應通道,消除運動干擾,可單獨或同步執行操舵動作;該結構替代傳統尾舵,避免了尾部流場干擾與額外航行阻力。
1.一種超空泡航行體空化器舵結構,其特征在于,其包括:
2.如權利要求1所述的超空泡航行體空化器舵結構,其特征在于,
3.如權利要求2所述的超空泡航行體空化器舵結構,其特征在于,
4.如權利要求1所述的超空泡航行體空化器舵結構,其特征在于,
5.一種航行體,其特征在于,其包括如權利要求1-4任一項所述的超空泡航行體空化器舵結構。
6.一種基于如權利要求1-4任一項所述的超空泡航行體空化器舵結構的控制方法,其特征在于,其包括以下步驟:
7.如權利要求6所述的超空泡航行體空化器舵結構的控制方法,其特征在于,
8.如權利要求6所述的超空泡航行體空化器舵結構的控制方法,其特征在于,還包括以下步驟:
9.如權利要求8所述的超空泡航行體空化器舵結構的控制方法,其特征在于,
10.如權利要求8所述的超空泡航行體空化器舵結構的控制方法,其特征在于,