[发明专利]一种基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置

权利要求书

1.一种基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于：包括AUV主体(1)，所述AUV主体(1)表面设有X轴流速传感器(6)、Y轴流速传感器(7)、Z轴流速传感器(8)，X轴流速传感器(6)安装在AUV主体(1)前端顶部位置，Y轴流速传感器(7)安装在AUV主体(1)中部顶部位置，Z轴流速传感器8安装在AUV主体(1)中部侧面位置；

AUV主体(1)侧面按对称布局排布设置有多个矢量推进器(9)，多个所述矢量推进器(9)与所述AUV主体(1)轴线在同一水平面，任一所述矢量推进器(9)具有在水平面180度和竖直面180度的调节范围；

AUV主体(1)的内部设有俯仰姿态调节装置，所述俯仰姿态调节装置包括陀螺仪(2)，所述陀螺仪(2)安装在AUV主体(1)内部前端，用于设定悬停角度并提供实时角度变化；

所述俯仰姿态调节装置还包括步进电机(3)、滑轨(4)和配重块(5)，所述配重块(5)安装在所述滑轨(4)上，在所述滑轨(4)的末端安装步进电机(3)，所述步进电机(3)安装于AUV主体1内部后端；所述步进电机(3)与所述矢量推进器(9)相互配合，能够实现对AUV进退、侧移、潜浮、摇艏、横倾和纵倾的六个自由度控制。

2.根据权利要求1所述的基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于：所述陀螺仪(2)与所述步进电机(3)配重平衡。

3.根据权利要求1所述的基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于：所述配重块(5)与所述滑轨(4)之间装有滑动装置以减小摩擦。

4.根据权利要求1所述的基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于：所述矢量推进器(9)按对称布局排布设置在AUV的侧面1/4、3/4处。

5.根据权利要求1所述的基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于：所述配重块(5)在正面反面应贴有防撞橡胶垫。

6.根据权利要求1所述的基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于，所述流场速度分解计算的方法，包括如下步骤：

步骤1、以AUV浮力重心为原点，AUV正向前进方向为X轴正方向，建立载体坐标系，把来流在X、Y、Z方向的分量表示出来，设定好AUV悬停时与在初始时刻载体坐标系下与轴的夹角θ_x、θ_y、θ_z；

步骤2、用势流叠加原理对AUV表面流动进行分析，进而得到流速在AUV表面的流速分布，由G-S方程，推算出AUV在不同方向上的压力分布，得到整体合力即AUV受力；

步骤3、将AUV主体受力合力求出后，由矢量推进器施加反向推力对进退、滑移、潜浮、横倾、摇艏的五个自由度进行控制；采用陀螺仪与步进电机互相搭配实现纵倾自由度的控制。

7.根据权利要求6所述的基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于：所述步骤2还包括：

步骤201、在计算侧面受力时，由于侧面绕流类似于圆柱绕流，其尾部负压区流动状态复杂，进行实时计算时间较长，为了使AUV迅速根据侧面的来流求解受力情况，应提前在AUV测试时由不同的u_θ∞下得到负压力的节点数据并做平滑处理，在计算侧面受力情况时直接调用数据，以保证计算的精确性。

8.根据权利要求6所述的基于流场速度分解方法的AUV稳定悬停装置，其特征在于，所述步骤2还包括：

步骤202、在设定好的AUV的X轴的偏转角度θ_x后，利用AUV重力矩等于矢量推进器对X轴取矩得到矢量推进器的推力变化ΔF_τx，根据设定好的AUV的Z轴的偏转角度θ_z后，通过矩运算得到推力变化ΔF_τz。