[发明专利]用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统

权利要求书

1.一种用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，包括水面浮体船(1)、柔性缆绳(2)和水下牵引机(3),水面浮体船和柔性缆绳连接，柔性缆绳和水下牵引机连接；

所述水下牵引机(3)包括水翼俯仰运动单元、刚度调节系统、速度感知单元和安装板架组件；

所述水翼俯仰运动单元包括水翼(301)、固定转轴(302)、运动轴(303)、弹簧(304)和弹簧连接销(305)，所述水翼(301)绕所述固定转轴(302)做俯仰运动，所述弹簧(304)提供俯仰运动的恢复力矩；

所述弹簧连接销(305)与所述刚度调节系统相连，所述刚度调节系统控制移位所述弹簧连接销(305)的位置，对弹簧(304)初始变形进行调节；

所述速度感知单元得到牵引机的运动速度和姿态，将获取的速度信息反馈给所述刚度调节系统的控制器，通过电机控制系统对水翼(301)进行刚度控制，对水下牵引机(3)进行综合性能控制；

当水翼转角θ为零时，水翼与弹簧共线，称之为初始状态；假定弹簧拉力与伸长量成线性关系，则在任意转角θ下，弹簧的伸长量与水翼做俯仰运动时的刚度的关系表示为：

F₀＝T₀+KΔx₀

其中M表示水翼俯仰运动时的等效刚度；K表示弹簧的刚度；θ为水翼转动角；x为任意水翼转动角θ时弹簧的长度；x₀为弹簧自然状态下原长；Δx₀为水翼与弹簧共线时θ＝0，弹簧初始变形；Δx表示因转动角θ，弹簧被额外拉伸的长度；F₀表示水翼与弹簧共线时弹簧的拉力，又称初始拉力，包括两部分：弹簧预紧力T₀和弹簧初始变形Δx₀引起的KΔx₀；r₁为水翼两个轴中心点的距离；r₂为水翼固定轴与弹簧固定端端点的距离；式中最后一个近似表示在θ＝0处取泰勒展开式一阶结果；

随着弹簧初始拉长量的增加，F₀将会增大，进而水翼做俯仰运动时的刚度会增大。

2.根据权利要求1所述的用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，所述弹簧连接销(305)安装在导向装置内，所述弹簧连接销(305)滑动设置在导向装置内。

3.根据权利要求1所述的用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，所述刚度调节系统包括驱动装置、控制器和传动机构。

4.根据权利要求3所述的用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，相邻所述弹簧(304)的活动端通过绳索或刚性连杆连接，所述驱动装置调节多个水翼(301)的俯仰刚度。

5.根据权利要求4所述的用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，所述绳索通过定滑轮(317)装置导向改变绳索牵引路径。

6.根据权利要求1所述的用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，所述电机(308)通过蜗轮蜗杆或丝杆螺母结构对弹簧(304)活动端位置进行线性调节。

7.根据权利要求1所述的用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，所述速度感知单元包括流速测量仪和惯性传感器(309)，所述流速测量仪和惯性传感器(309)获得实时的流速信息和牵引机位姿信息。

8.根据权利要求2所述的用于滑翔器的变扭转刚度水下牵引机水翼系统，其特征在于，所述导向装置固定在水下牵引机(3)安装板架上，所述导向装置包括导向槽配合连接销结构和直线轴承配合连接销结构。