Chinese Journal of Ship Research
船舶动力装置智能诊断系统设计
AUV沙的强度未知，故 受到的粘着力也无法预AUV 6测。 的离底受力分析如图 所示，其中P为土壤粘着力的均布载荷。 AUV正常情况下， 依靠艏、艉浮力调节单元即可成功离底。大量着陆试验证明，浮力调节系统所提供的浮力完全能够克服土壤的粘着力。若2依靠浮力调节无法离底，则可以选择 种离底方AUV式：一种是根据纵倾角数值， 选择正转或反转主推进器来摆脱土壤粘着力；另一种是抛掉应AUV急压铁，减小 的重力。
2.2 航行下潜控制浮力垂直着陆策略
AUV后，AUV母船吊放 将以一定的航行速度和攻角下潜至一定深度，并通过阶跃式定深不断8m增加航行深度，最终在着陆点上方 处定高悬浮。随后螺旋桨关闭，同时开启浮力调节系统，令AUV 7以良好的姿态实现着陆，如图 所示。 AUV本试验选用的 较长且质量较大，为避免AUV因惯性太大而发生触底，宜采用阶跃式定深30m 40m 8m下潜：定深 —定深 —定高 悬浮—着陆，该下潜方式实际上借鉴了飞机的着陆过程：下降—初步接近—最终接近—着陆。在下潜过程AUV中， 的速度由推进器提供（定速航行速度可3kn AUV达 ），可在很大程度上缩短 的着陆时间。为避免实际着陆点与目标点发生较大偏离，可以视情对目标点进行修正。AUV航行下潜着陆过程主要分为航行下潜阶段和定深悬浮阶段。在航行下潜阶段，AUV可以 依靠艏浮力调节系统进行纵倾角调整，当到达指定深度时再依靠水平舵进行调整，由此及时修正8m目标点，最终在目标点上方 处悬浮。在定深悬浮阶段，AUV可以依靠艏、艉浮力调节系统调节自身姿态，并基于式（3）调节下潜速度，实现平稳着陆。除导航系统的微小误差可能导致目标点偏离之外，在定深悬浮—着陆的垂直下潜阶段，受水流作用影响，AUV的实际着陆点与目标点也将发生一定偏离。
3 湖上试验验证
2017 6年 月，在千岛湖开展了湖上试验验证工作，AUV 8下潜深度的变化曲线如图 所示。由此可知，AUV 2基于上述 种着陆控制策略均可成功实现水下着陆。 AUV水下着陆的目的是长期潜伏和定点观测，故其着陆后的姿态对观测设备的影响较大，即AUV着陆后应保持良好的纵倾角和横倾角度。9 AUV 2图 所示为 基于 种控制策略着陆后的纵倾9可知，AUV角和横倾角变化曲线。由图 着陆后，其纵倾角基本保持不变，横倾角仅在小幅度范围内波动，满足使用需求。
3.1 着陆速度对比验证
2 AUV 8m后对 种控制策略而言， 均在定高最终着陆，故最终着陆速度在理论上应完全相10 2同。试验结果如图 所示。由图可知 种控制策AUV AUV略下的 着陆速度相差无几。实测的 垂AUV向速度存在小幅波动，这是因为 的湿表面积较大，故垂直下降时受到的水动力也较大，易与重力、自身浮力、艏艉浮力调节单元提供的浮力达到近似平衡的状态，但艏艉浮力调节单元提供的浮AUV力一直处于变化状态，因此 的垂向速度也存在一定的波动，不过其波动幅值在合理范围内，不AUV会对 本身和观测设备造成损坏。
3.2 目标点偏离对比验证
2种控制策略下，AUV在 的目标点与实际着11陆点均会发生偏移，试验结果如图 所示。 由试验结果可知，在控制浮力垂直下潜策略下，AUV 191 m；目标点与实际着陆点的偏离距离为而航行下潜控制浮力垂直着陆策略下的偏移距离7m 2为 ，可见第 种控制策略的准确度更高，可为 后期海上试验提供一定的参考。
3.3 AUV着陆后的离底验证
AUV完成水下着陆后，将依靠浮力调节系统AUV进行离底，必须让 获得最大正浮力以克服土壤粘着力。试验结果表明，AUV能够成功离底上浮，AUV 12离底深度变化曲线如图 所示。
3.4 着陆能耗对比分析
2在 种着陆方式下，着陆所需时间不同、主要工作设备不同、设备的工作电压和电流各不相同、相同设备在不同工作环境下的电流也不尽相同， 2综合各种影响因素，种着陆方式下的工作能耗必然存在一定的差别。控制浮力垂直着陆过程中，主要耗能设备为2.23 A艏、艉浮力调节单元，其电流均值分别为 和4.75 A，则工作能耗为0.915 kW·h。航行下潜着陆过程中，航行阶段主推进器和7.86 A 0.08 A，定高阶舵机的电流均值分别为 和 2.48 A段艏、艉浮力调节单元的电流均值分别为4.57 A，则工作能耗为0.837 kW·h。和 因此，航行下潜控制浮力垂直着陆策略更节省能源，更符合未来海上实际应用需求。
4结语
AUV为实现 长时间定点观测，本文设计了一套油囊式浮力调节系统，着重介绍了基于浮力调2节系统的 种水下着陆控制策略。通过对比分析2种水下着陆控制策略的着陆速度、目标点偏离距离和能耗等可知，航行下潜控制浮力垂直着陆策略能够更快、更准确地完成水下着陆，且更节省能源，故该控制策略更符合实际应用需求。AUV在实际应用中，观测设备对 的姿态有一
定的要求。鉴于未知的海底地形状况，需要研制AUV一套调节装置，用以在 着陆后调整其纵倾角和横倾角，从而满足观测设备要求。同时，应针对水下土壤强度的测量方法开展研究，以便选择较好的着陆目标点。
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