一种水陆两栖车增升减摇装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种水陆两栖车增升减摇装置及控制方法，属于两栖车增升减摇水动力自适应控制领域

【技术实现步骤摘要】
一种水陆两栖车增升减摇装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种针对两栖车增升减摇的装置及控制方法，属于两栖车增升减摇水动力自适应控制领域
。

技术介绍

[0002]水陆两栖车是指既能在陆地上使用车轮或履带行走，也能在水中依靠大功率推进器实现航行的运载工具，集陆上和水中机动能力于一体，在国防和民生领域均有重要应用价值，在水面航行时的高速性和耐波性是保障其作战能力和生存能力的核心战技指标
。
两栖车属于钝体结构物，具有吃水深
、
体积大
、
流线型较差，方形系数大的特点，在海面航行时耐波性差，波浪中车体姿态难以控制，可能出现纵倾或侧倾过大导致车体倾覆
、
吃水深导致车体的航行阻力较大等现象，一旦海浪过大，其发生倾覆的概率就会猛增，无法实现波浪中的高速航行
。
由于两栖车在陆上行驶时需具备高机动性且车内
、
车外空间有限，船舶领域常用的减摇装置无法直接运用在两栖车上
。
两栖车目前采用的减摇手段主要有安装首滑板
、
尾翼板，这种方法减摇效果有限，无法实现波浪中增升减摇的功能，两栖车难以满足在浅水激浪区高速稳定航行的需求
。

技术实现思路

[0003]为了解决两栖车在复杂海况下姿态不稳
、
耐波性差的问题，本专利技术的主要目的是提供针对高速两栖车增升减摇的装置及控制方法，通过安装在车体上的各类传感器实时获得车体速度
、
姿态/>、
吃水深度及周围环境的反馈，基于车体两侧对称安装的四个附体提供的充足升力，抵抗由波浪
、
海流引起的横摇
、
纵摇运动，形成基于环境感知
、
姿态控制以及航速反馈的闭环控制，在不影响两栖车正常作业的情况下使两栖车在波浪环境中实现抗浪增稳的效果
。
[0004]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0005]本专利技术公开一种水陆两栖车增升减摇的装置，包括附体
、
电性连接杆
、
旋转底座和爆炸螺栓
。
结合车体上安装的控制器和各类传感器实时感知环境和车体姿态，形成主动调节的闭环控制，调节车体的姿态角和吃水深度
。
所述附体包括左附体和右附体，左附体和右附体对称安装在两栖车的两侧
。
所述电性连接杆一端与附体活动连接，驱动附体实现纵向
、
横向和垂向运动
。
电性连接杆另一端通过爆炸螺栓与两栖车侧面连接，当两栖车登陆时，爆炸螺栓经过电激发将附体和车辆分离
。
[0006]所述两栖车上安装有各类传感器，用于实时监测车体速度
、
姿态
、
吃水深度及周围环境，当车体吃水深度或姿态角超过安全阈值后，所述控制器根据传感器回传数据调整附体位置；当海浪汹涌时，所述附体会向外展开辅助抗摇，当车体需要高速航行时，所述附体收回两侧减阻；所述防水相机用于识别周围环境，当车体由水面过渡到陆地时，激发爆炸螺栓炸掉两侧附体完成登陆
。
[0007]作为优选，电性连接杆的总长度
l
＝
1.5m
，车体左侧和右侧分别安装两个电性连接
杆，两杆之间的距离为
4m
，距离车首和车尾的距离均为
2.05m
，附体的前端和尾端都采用流线减阻外型，中部形状接近于圆柱体能够充分利用其排水体积，附体内部为中空以减小整个附体的质量，单个附体的长度为
1m
，体积为
0.8m3，最大能够提供的升力为
7840N
，两侧四个附体总共提供的升力为
31392N。
[0008]本专利技术还公开一种控制方法，用于针对性调整附体位置，包括如下步骤：
[0009]步骤一
、
两栖车上安装有各类型传感器实时获取车体姿态角
、
吃水深度
、
航速以及海况信息的数据，当监测量超过安全阈值时，闭环控制器根据反馈的监测量和两栖车的六自由度运动方程调节两侧附体的位置，使得监测量降低至安全阈值以内
。
所述两栖车的六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：
[0010][0011][0012][0013][0014][0015][0016]力
{X,Y,Z}
和力矩
{K,M,N}
表示作用在车体上的各种外力的合力和力矩，式中的下标
H、P、S、W
分别代表车体
、
推进器
、
附体以及海浪外界环境条件下的力和力矩，
I
表示转动惯量，
p、q、r
分别表示车体相对于
x、y、z
轴的旋转角速度，
u、v、w
分别表示车体相对于
x、y、z
轴的线速度；
[0017]步骤二
、
所述车体的吃水深度以及姿态的调整方法分别为：
(1)
吃水深度的调整：两栖车由于吨位重吃水深度大，所受航行阻力大进一步导致提速困难，在控制器6中提前设置两栖车最大吃水深度不超过车体高度一半，当吃水深度超过安全范围后，控制器驱动两侧附体展开后向水面以下移动，以增大附体排水体积，为车体提供更大的升力；当车体需要紧急制动时，附体向水面以上抬起，增加车体吃水深度，为车体紧急制动提供更大阻力
。
附体垂向移动的距离根据公式
h
s
＝
F
浮
/(
ρ
·
g
·
A
·
s)
确认，其中
F
浮
为单个附体所提供的浮力，
A
为修正系数，
s
为车体底面积
。(2)
纵倾角的调整：两栖车的耐波性较差，当海面上出现波浪或纵向来流时，两栖车经常会出现剧烈的纵摇运动影响航行稳定性，当车体的纵倾角超过事先设置的安全阈值，控制器驱动附体改变位置；当车体艏倾角超过安全范围时，车体前端两个附体展开，形成一定的复原力矩，改善车体艏倾，附体位置和角度可根据公式：
M
y
＝
(F1·
(lcos
β
+2)+F9·
(lcos
δ
+2))
确定，其中
δ
和
β
表示电性连接杆与车体形成的夹角，
F1
和
F9表示前端两个附体所提供的升力；当车体艉倾超过安全范围时，后端两个附体展开后位置统一靠近车尾，在车尾处提供额外的升力，改善车体艉倾，附体位置和展开角度可根据公式：
M
y
＝
F4(l
·
sin
α
+2)+F8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水陆两栖车增升减摇的装置，其特征在于：包括附体
、
电性连接杆
、
旋转底座和爆炸螺栓；结合车体上安装的控制器和各类传感器实时感知环境和车体姿态，形成主动调节的闭环控制，调节车体的姿态角和吃水深度；所述附体包括左附体和右附体，左附体和右附体对称安装在两栖车的两侧；所述电性连接杆一端与附体活动连接，驱动附体实现纵向
、
横向和垂向运动；电性连接杆另一端通过爆炸螺栓与两栖车侧面连接，当两栖车登陆时，爆炸螺栓经过电激发将附体和车辆分离；所述两栖车上安装有各类传感器，用于实时监测车体速度
、
姿态
、
吃水深度及周围环境，当车体吃水深度或姿态角超过安全阈值后，所述控制器根据传感器回传数据调整附体位置；当海浪汹涌时，所述附体会向外展开辅助抗摇，当车体需要高速航行时，所述附体收回两侧减阻；所述防水相机用于识别周围环境，当车体由水面过渡到陆地时，激发爆炸螺栓炸掉两侧附体完成登陆
。2.
如权利要求1所述的一种水陆两栖车增升减摇的装置，其特征在于：电性连接杆的总长度
l
＝
1.5m
，车体左侧和右侧分别安装两个电性连接杆，两杆之间的距离为
4m
，距离车首和车尾的距离均为
2.05m
，附体的前端和尾端都采用流线减阻外型，中部形状接近于圆柱体能够充分利用其排水体积，附体内部为中空以减小整个附体的质量，单个附体的长度为
1m
，体积为
0.8m3
，最大能够提供的升力为
7840N
，两侧四个附体总共提供的升力为
31392N。3.
一种两栖车控制方法，用于如权利要求
1、2
所述的一种水陆两栖车增升减摇的装置，用于针对性调整附体位置，其特征在于：包括如下步骤，步骤一
、
两栖车上安装有各类型传感器实时获取车体姿态角
、
吃水深度
、
航速以及海况信息的数据，当监测量超过安全阈值时，闭环控制器根据反馈的监测量和两栖车的六自由度运动方程调节两侧附体的位置，使得监测量降低至安全阈值以内；所述两栖车的六自由度运动方程在惯性坐标系表示为：度运动方程在惯性坐标系表示为：度运动方程在惯性坐标系表示为：度运动方程在惯性坐标系表示为：度运动方程在惯性坐标系表示为：度运动方程在惯性坐标系表示为：力
{X,Y,Z}
和力矩
{K,M,N}
表示作用在车体上的各种外力的合力和力矩，式中的下标
H、P、S、W
分别代表车体
、
推进器
、
附体以及海浪外界环境条件下的力和力矩，
I
表示转动惯量，
p、q、r
分别表示车体相对于
x、y、z
轴的旋转角速度，
u、v、w
分别表示车体相对于
x、y、z
轴的线速度；步骤二
、
所述车体的吃水深度以及姿态的调整方法分别为：
(1)
吃水深度的调整：在控制器6中提前设置两栖车最大吃水深度不超过车体高度一半，当吃水深度超过安全范围后，控制器驱动两侧附体展开后向水面以下移动，以增大附体排水体积，为车体提供更大的升力；当车体需要紧急制动时，附体向水面以上抬起，增加车体吃水深度，为车体紧急制动提供更大阻力；附体垂向移动的距离根据公式
h
s
＝
F
浮
/(
ρ
·
g
·
A
·
s)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彪，关义童，陈泰然，徐彬，王国玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：