[发明专利]一种二自由度滑翔太阳能水下航行器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体为一种二自由度滑翔太阳能水下航行器及其控制方法。

背景技术

无人水下航行器(UUV)作为一种水下无人智能移动平台，广泛应用于海洋环境研究、海洋资源探测开发、海底地形地貌勘探、海洋科学考察等领域。在海洋科学考察、环境研究中考虑到海底地形复杂，存在暗流、浪、涌的区域，要完成海洋参数测定、海底信息调查和定点作用等任务，UUV必须具有灵活性好、机动性高等优点。而随着近海域海洋资源的过度开采和利用，人们对较远海域的开发和考察就显得尤为重要，而远海考察和远洋资源运输就需要UUV同时具备低功耗和航程远等优点。此外，作为探测器使用的UUV，一旦遭遇敌情，必须能迅速做出反应逃离危险区，这就需要UUV具备短程内高速机动的优点。

发明专利CN101519113公开了一种基于波浪能的滑翔推进器，它采用在滑翔推进器机体内部布置框架、重锤及传动齿轮等部件的方式布置波浪能发电装置，受波浪作用后使重锤与内框架产生相对运动，从而实现波浪能的捕获，其结构比较复杂，占用较多内部空间。

发明专利201210439258.2中公开了一种“用于水下滑翔机的温差能和太阳能混合动力推进系统，它利用海洋温差能和太阳能作为动力推进，仅仅考虑了动力来源，其滑翔装置简单，翼的可行域受到限制，运动模式不够多样。

目前，大多种滑翔机采用单自由度滑翔，运动模式单一，机动性不高，并且需要携带大量沉重能源。

发明内容

为了实现使水下航行器不需要携带大量沉重的能源，能长时间工作，提高水下航行器在海底复杂环境的机动性、稳定性及改善噪声高等目的，本发明提出了一种二自由度滑翔太阳能水下航行器，通过独立控制左右对称的单翼并协调双翼一起运动，使航行器具有爆发力强、机动性高、稳定性好、噪声低等特点。同时将光伏板搭载在具有滑翔能力的水下航行器上，使机载蓄电池的电能得到持续的补充。载体结合了太阳能水下机器人SAUV和利用浮力驱动的水下滑翔机器人AUG的特点，相比国外SAUV有更大的能源优势，扩大其运行范围，并进一步增强了其续航能力，可应用于海洋参数测量、海地信息的调查和定点作业、军事侦察等领域。

本发明的技术方案为：

所述一种二自由度滑翔太阳能水下航行器，包括机身(9)、侧翼(7)、柔性尾翼(12)；柔性尾翼(12)通过尾翼连接件(11)连接在机身(9)后端的尾翼驱动舵机(10)上；侧翼(7)通过舵机连接部件安装在机身(9)两侧；

其特征在于：

所述舵机连接部件包括第一级舵机(1)、第二级舵机(5)；第一级舵机(1)固定安装在机身侧面，第一级舵机(1)的输出轴垂直于机身平面；第一级舵机(1)的输出轴通过第一舵盘(2)固定连接舵机连接件(3)；第二级舵机(5)固定安装在舵机连接件(3)上，第二级舵机(5)输出轴与第一级舵机(1)的输出轴垂直；第二级舵机(5)输出轴通过第二舵盘(6)与侧翼(7)翼根固定连接；

机身(9)内部安装有动力装置和沉浮装置；所述动力装置带动沉浮装置在水下航行器需要下潜时吸水，在水下航行器需要上浮时排水；

所述机身(9)和侧翼(7)上表面铺设有太阳能板(8)，太阳能板(8)与处于机身内部的蓄电池组成太阳能充电系统；太阳能充电系统给动力装置、尾翼驱动舵机(10)、第一级舵机(1)、第二级舵机(5)提供能源。

进一步的优选方案，所述一种二自由度滑翔太阳能水下航行器，其特征在于：所述沉浮装置包括储液腔和安装在储液腔内的活塞；当水下航行器需要下潜时，动力装置带动活塞运动，使储液腔吸水；当水下航行器需要上浮时，动力装置带动活塞运动，使储液腔排水。

进一步的优选方案，所述一种二自由度滑翔太阳能水下航行器，其特征在于：所述沉浮装置中还包括配重块；当水下航行器需要上浮时，配重块后移，使水下航行器产生抬头力矩；当水下航行器需要下潜时，配重块前移，使水下航行器产生低头力矩。

进一步的优选方案，所述一种二自由度滑翔太阳能水下航行器，其特征在于：机身(9)内部安装有压力传感器，根据压力传感器得到水下航行器的深度信息。

进一步的优选方案，所述一种二自由度滑翔太阳能水下航行器，其特征在于：机身(9)头部安装有照明灯(13)和摄像头(14)，太阳能充电系统给照明灯(13)和摄像头(14)提供能源。

所述一种二自由度滑翔太阳能水下航行器的控制方法，其特征在于：所述水下航行器具有滑翔运动和划水运动两种模式；