一种基于电磁流动控制的水下滑翔机流动控制装置的制作方法

本发明涉及主动流动控制技术领域，特别是涉及一种基于电磁流动控制的水下滑翔机流动控制装置。

背景技术：

水下滑翔机(underwaterglider，ug)是一种利用净浮力和姿态角调节获得推进力的新型水下航行器。相比于传统水下航行器，水下滑翔机具有航程远、持续工作能力强和经济性好等优点。水下滑翔机作为一种水下无人智能移动平台，在探索海洋资源、海洋科学考察和军事等领域有着广阔的应用前景和巨大的潜在价值。水下滑翔机按照外形可分为传统回转体式和翼身融合式两类。由于回转体壳体外形不能像水翼一样提供非常高的升力，所以传统回转体式滑翔机在加装高展弦比水翼下的最大升阻比也只能达到5左右。而翼身融合式水下滑翔机由于具有更大的水翼面积能显著提高升阻比。

水下滑翔机滑翔比是决定其航程和经济性的关键因素之一，而滑翔比主要取决于水下滑翔机的升阻比。因而，升阻比对滑翔机航程和经济性至关重要。目前，翼身融合水下滑翔机通过外形优化设计升阻比可达15～20，然而不管外形怎么优化，在航行过程中由于流动分离现象的存在，导致阻力系数增加和升力系数减小，限制其升阻比的进一步提升。而且，仅依靠外形优化来提升水下滑翔机的升阻比会使得滑翔机内部空间狭窄，削弱其探测能力或者工作时间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于电磁流动控制的水下滑翔机流动控制装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过在水下滑翔机不同部位布置电磁流动控制装置器形成主动流动控制系统，实现水下滑翔机上不同部位的流动控制目标。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于电磁流动控制的水下滑翔机流动控制装置，包括安装于水下滑翔机机翼处的电磁流动控制装置，所述电磁流动控制装置包括依次电连接的流场参数获取单元、控制单元和电磁流动控制作动器单元；所述电磁流动控制作动器单元包括安装于水下滑翔机机翼上表面的电磁激活板。

可选的，所述流场参数获取单元布置在水下滑翔机与电磁流动控制作动器单元相邻的位置；所述流场参数获取单元包括传感器，用于获取水下滑翔机上对应电磁流动控制作动器单元位置的流场参数并上传至控制单元。

可选的，所述控制单元包括信号接收单元、信号处理单元和策略库单元；所述信号接收单元用于接收各流场参数获取单元上传的流场参数并存储；信号处理单元调用信号接收单元存储的流场参数并处理，处理包括转码、计算等；策略库单元根据各控制数据输出电磁流动控制作动器单元的控制策略。

可选的，所述电磁激活板包括多个并列设置的电磁条，所述电磁条的磁极正负交替设置。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过在水下滑翔机不同部位布置电磁流动控制装置器形成主动流动控制系统，实现水下滑翔机上不同部位的流动控制目标；再通过控制系统实施多目标控制，使得飞行器上各部位电磁流动控制装置器协调工作并发挥最大效率，最终实现翼身融合水下滑翔机的流动控制，契合解决工程实际问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电磁激活板安装位置示意图；

图2为本发明电磁流动控制装置连接示意图；

图3为本发明电磁激活板结构示意图；

其中，1为水下滑翔机机翼、2为电磁激活板、3为流场参数获取单元、4为控制单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于电磁流动控制的水下滑翔机流动控制装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过在水下滑翔机不同部位布置电磁流动控制装置器形成主动流动控制系统，实现水下滑翔机上不同部位的流动控制目标。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

电磁流动控制通过电磁力改变流体边界层的结构，是主动流动控制方法之一。电磁流动控制采用电磁力来控制具有一定电导率的流体的流动，尤其是弱导电流体(如海水、弱电解质溶液等)的流场结构，通过对流体边界层结构的重构与调整，从而改善流场结构和动力学特性。而且由于电磁力具有体积力的结构传输特征，能够在不改变原来流场的边界条件、不需要向流场传输质量的情况下，比较方便地向流场传输动量、能量以及祸量，从而可以有效地改变和构造流体边界层与流场的结构。由于电磁流动控制装置可以有效地改变和构造流体边界层与流场的结构，因此被广泛应用于流体控制领域。

基于此，本发明提供一种基于电磁流动控制的水下滑翔机流动控制装置，如图1-图3所示，包括安装于水下滑翔机机翼1处的电磁流动控制装置，电磁流动控制装置包括依次电连接的流场参数获取单元3、控制单元4和电磁流动控制作动器单元；电磁流动控制作动器单元包括安装于水下滑翔机机翼上表面的电磁激活板2。流场参数获取单元3布置在水下滑翔机与电磁流动控制作动器单元相邻的位置；流场参数获取单元3包括各种类型的传感器，例如速度传感器、压力传感器等，用于获取水下滑翔机上对应电磁流动控制作动器单元位置的流场参数并上传至控制单元4。控制单元4包括信号接收单元、信号处理单元和策略库单元；信号接收单元用于接收各流场参数获取单元上传的流场参数并存储；信号处理单元调用信号接收单元存储的流场参数并处理，处理包括转码、计算等；策略库单元根据各控制数据输出电磁流动控制作动器单元的控制策略。电磁激活板包括多个并列设置的电磁条，电磁条的磁极正负交替设置；电磁激活板用于抑制边界层分离、消除涡街，达到减阻减振提升翼身融合水下滑翔机升阻特性的目的。电磁流动控制作动器单元，依靠大量数值计算及实验探究获得数据库，根据水下滑翔机的特征数据、水下滑翔机工况等匹配对应的控制策略，具体到飞行器上各个位置电磁流动控制作动器的电场强度、电场方向、磁场强度以及磁场方向等电磁流动控制参数。电磁激活板是电磁流动控制作动器的主要功能部件。将电磁激活板包覆于翼身融合水下滑翔机的表面。如图3电磁激活板示意图所示，通过电磁激活板施加电磁场，可在滑翔机表面附近的流体边界层内形成电磁体积力。当形成的电磁力方向平行于流体运动方向，可使流体加速，从而抑制边界层分离、消除涡街，达到减阻减振提升翼身融合水下滑翔机升阻特性的目的。

本发明根据控制策略将利用pod方法得到的水下滑翔机流场降阶模型rom结合水下滑翔机表面压力分布，基于水下滑翔机基本水动力特性研究所获取的流动分离和水动力特性的变化规律及变化机理，同时以设定流动分离和升阻比改善程度为设计判断条件，进行水下滑翔机闭环主动流动控制设计。采用电磁流动控制进行水下滑翔机主动流动控制设计，确定电磁激活板位置、布置数量、电场磁场作用强度及方向等参数。通过在水下滑翔机不同部位布置电磁流动控制装置器形成主动流动控制系统，实现水下滑翔机上不同部位的流动控制目标；再通过控制系统实施多目标控制，使得飞行器上各部位电磁流动控制装置器协调工作并发挥最大效率，最终实现翼身融合水下滑翔机的流动控制，契合解决工程实际问题。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。