基于仿生翼的潜器综合减摇技术研究

金鸿章，吉向敏，王晓伟
哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨

摘　　　要：为了满足日益增高的潜器稳定性的要求，探讨并应用新型仿生翼来替代舵控制潜器近水面的横摇、纵摇运动。对近水面海浪干扰力、力矩进行了数值计算，以某一小型潜器作为研究对象，建立潜器六自由度运动模型，并考虑了仿真的需要对模型进行了合理的简化。针对系统特性设计模糊自适应ＰＩＤ控制器，并对潜器近水面运动进行仿真，仿真结果显示该种姿态控制设计方法能很好解决潜器近水面姿态控制问题。

关　键　词：潜器；仿生翼；近水面运动；综合减摇

１　引　言
潜器在水面、近水面工作时受到海风、海浪及海流的影响，会产生较大的横摇、纵摇及升沉运动，严重地影响它的正常作业，甚至还会影响到安全性，所以迫切需要研究一种控制模式来解决潜器在水面、近水面的姿态控制问题。仿生翼－零航速减摇鳍不但能在高航速下减摇而且能够在零航速、低航速下减摇，性能明显优于其他减摇装置，本文以某潜器为例进行研究，提出了应用新型仿生翼－零航速减摇鳍来控制潜器的横摇、纵摇运动。仿生翼－零航速减摇鳍与普通减摇鳍的区别［１］主要体现在运动方式和外型上。在航行状态下，二者运动方式相同，通过调整减摇鳍的攻角大小来改变升力。当航速为零时，通过鳍在水平位置附近的上下振动来产生升力。为了产生足够的升力，零航速减摇鳍需要在外形方面进行改进，与普通减摇鳍相比，它的面积较大，展弦比较小，鳍轴位置更接近前缘。对于普通减摇鳍来说，它周围的流场是定常的，可以借鉴机翼的升力模型；而对零航速减摇鳍来说，流场是非定常的，所以它的受力情况比较复杂，无法完全用势流理论求解。普通减摇鳍处于定常流中，鳍上的流体作用力可分解为沿来流方向的阻力和垂直来流方向的升力。零航速减摇鳍在非定常流中的受力情况和仿生鱼尾鳍推进非常相似。目前已有学者对尾鳍推进装置的受力进行了分析，减摇鳍受到的流体阻力可以分为形状阻力、附加质量力和旋涡诱导力三部分。

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