一种应用于小型拖曳系统的横向漂移稳定器

技术领域

本发明涉及一种应用于小型拖曳系统的横向漂移稳定器。

背景技术

无人艇带动拖曳体进行海洋纵向界面的温盐深测量是实现物理参数时空变化剧烈区域实时高精度测量的重要手段。但由于无人艇的质量相对较小，如果在测量过程中突然受到横向力的作用，无人艇难以维持平衡，甚至出现倾覆的可能；另一方面，为了保证传感器的测量精度，整个系统的运行平稳性至关重要，综上就要求拖曳体具备抵抗海洋环境横向扰动的能力。海洋环境横向扰动的随机性，使采用主动控制方法实现托体横向运动稳定十分困难，况且主动控制方法需要专门的控制系统和额外的能量输入，这给无人艇带来附加的载荷负担。

搭载于无人艇的拖曳系统主要由拖曳缆、拖体、传感器等组成，是目前实现海洋物理和海洋地质机动探测的重要装备。由于无人艇本身质量轻、可以施予的拖曳力较小，所以要求所拖带的拖体必须是轻质的、小型化的。但托体的轻质和小型化带来了一个严重的问题，就是当托体在跟随无人艇实现纵向运动的过程中极易受到外部海洋环境的影响而出现横向的不稳定运动，一方面影响到传感设备的正常工作，另一方面，由此产生的横向不稳定水动力传递给无人艇后极大可能会导致无人艇运动的不可操控。

丹麦EIVA公司ScanFish系列ROTV水下拖曳勘测系统设备中具有类似的稳定器方案，由于该水下勘测系统设备相对尺寸较大，且由大型船只拖曳，对于托体的横向运动稳定性要求相对较低，故该拖曳体两侧的稳定器为平板型。

从流体力学角度来说，平板以很小的迎角运动时，其背面会出现分流流动和涡流，这样的分离流和涡流一般都是非定常变化的，伴随环境带来的横向扰动，给拖曳体的稳定带来消极的影响，采用在拖曳体两侧安装平板型稳定器的方式，可以使拖曳体回复到平衡位置。对于大型拖曳系统和大型拖船，横向扰动等带来的消极影响相对较小。但是对于无人艇和小型拖曳系统，影响不可忽略。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出一种应用于小型拖曳系统的横向漂移稳定器。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种应用于小型拖曳系统的横向漂移稳定器，包括拖曳主体，拖曳尾板，流线型稳定器，所述拖曳主体与拖曳尾板通过轴连接形成基本的拖曳系统，所述拖曳主体两侧分别与流线型稳定器连接，工作时，所述拖曳尾板可上下摆动。

进一步地，所述拖曳尾板分为3块，可沿着所述轴上下摆动，其中中间的一块板与拖曳主体相固定，旁边的2块在同一时间内摆动方向相同。

进一步地，所述拖曳主体采用流线型设计，这样可以减少系统在运动时受到的流体阻力，这种设计对于需要具有较长行程的情况下操作的拖曳系统尤其有用。

进一步地，所述流线型稳定器为机翼型。

进一步地，所述拖曳主体两侧分别通过螺钉与所述流线型稳定器连接。

进一步地，所述流线型稳定器基于NACA翼型的同时，仿鱼鳞设计，使用柔性材料制作，在水下随着拖曳系统前进而产生相应的运动。该流线型稳定器，可以帮助拖曳系统在水中获得额外的浮力，有助于其在水中保持平衡和漂浮。

本发明具有以下有益效果：

1.小型化：本发明的小型化设计使得拖曳系统具有更加灵活、便携的特点，能够应用于无人机、无人艇等领域，提高任务执行的效率和准确性。

2.稳定性：本发明的稳定装置设计可以保持阵列缆平直状态，在平衡横向力的同时，能够减少拖曳体在作业过程中的垂荡运动，翼型结构的设计避免运动中出现分离流动和涡流，提高了拖曳系统在运动过程中的稳定性和平衡性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构爆炸图；

图3为本发明的计算流程图。

图中1-流线型稳定器；2-螺钉；3-拖曳主体；4-轴；5-拖曳尾板；6-垫圈

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

如图1，2所示，本发明的一种应用于小型拖曳系统的横向漂移稳定器，包括流线型拖曳主体3，拖曳尾板5，流线型稳定器1，流线型拖曳主体3与拖曳尾板5通过轴4连接形成基本的拖曳系统，拖曳尾板5分为3块，可沿着轴4上下摆动，其中中间的一块板与拖曳主体3相固定，旁边的2块在同一时间内摆动方向相同，在工作的过程中，拖曳尾板5可以上下摆动，螺钉2与垫圈6相互配合后，流线型稳定器1与拖曳主体3通过螺钉2相互连接。其中，流线型稳定器1基于NACA翼型的同时，仿鱼鳞设计，使用柔性材料制作，在水下随着拖曳系统前进而产生相应的运动。该流线型稳定器，可以帮助拖曳系统在水中获得额外的浮力，有助于其在水中保持平衡和漂浮。

以下通过图3所示的流程图，对附加了稳定器的拖曳系统进行数值模拟。

本发明设计的一种被动型稳定器，将其用于无人艇上的小型拖曳系统，能在存在横向扰动的海洋环境中自适应地维持其横向运动的稳定性，同时具有良好的减阻作用。

由CFD计算结果表明，此被动型稳定器具有良好的绕流作用。在水下前进的过程中，系统受到来自左方(右方)的横向力时，将向顺时针(逆时针)方向旋转，此时稳定器受到相应的流体动力，机翼的形状改变机翼周围的流体速度，根据伯努利公式(1)，速度变化引起机翼周围压力的变化，会相应产生一个右方(左方)的横向力，确保了不出现大的流动分力和分离涡，使拖曳系统回到原有的横向平衡位置。在平衡横向力的同时，所采用的矩形主体具有较大的垂荡运动阻尼，能够减少拖曳体在作业过程中的垂荡运动，有利于拖曳体的运动稳定性。

在这个公式中，p代表压强，ρ代表密度，U代表速度。

与此同时，翼型稳定器具有较高的升阻比，能够产生较大的升力，并且在一定的攻角范围内保持较稳定的升力特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。