一种稳定的水翼水运船艇，其包括：水运船艇基座构件；具有近端部分和远端部分的水翼桅杆，所述近端部分机械连接至所述水运船艇基座构件的所述底侧；机械连接至所述至少一个水翼桅杆的所述远端部分的机身；配置用于控制所述水运船艇的偏航角的方向舵；可围绕位于平行于所述水运船艇基座构件的平面中的轴线旋转的升降舵；以及稳定装置，所述稳定装置还包括至少一个配置用于检测所述水运船艇基座构件的3D方位的传感器、配置用于估计所述3D方位的估计器、用于操纵所述方向舵和所述升降舵的致动器，以及用于分析所估计的3D方位并控制所述致动器的控制器。响应于所述水运船艇的扰动横摇倾斜，所述控制器向方向舵致动器生成命令以补偿检测到的倾斜。偿检测到的倾斜。偿检测到的倾斜。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带全浸式水翼的水翼水运船艇用控制系统
[0001]本专利技术总体涉及一种用于以单个全浸式支柱对水翼水运船艇进行自动稳定的系统和方法。
技术介绍
[0002]水翼用于许多类型的商业水运船艇和海上游乐水运船艇，包括但不限于冲浪板、快艇、赛艇、载客船艇和海军舰船。水翼(其船壳在水面以上)使水运船艇能够比水面滑行水运船艇或排水水运船艇更有效地前行，从而减少了给定速度所需的推进能量。在游乐船艇领域，水翼引入了一种飞行的感觉，它带来了刺激，并受到用户的青睐。
[0003]在过去几年中，在游乐船艇中广泛采用了水翼用途，最值得注意的是水翼在美洲杯帆船赛、蛾级帆船赛中的使用，对于非限制性的示例，用于风筝推进水翼板(风筝推进板)，帆推进水翼板(帆推进板)和波浪推进水翼板(冲浪板)。
[0004]在一平行层面上，由于技术的进步，在过去十年中，在电动冲浪板领域取得了重大发展，使用了电力和汽油作为能源。将冲浪板与其他水运船艇区分开来的一个主要因素是，控制(速度和方向两者)是通过重量转移而不是通过活动面(例如方向舵)或推力矢量来实现的。实际上，其他交通方法(滑板和滑雪板)也严重依靠重量转移，并且这种控制方法对冲浪、滑雪和滑板体验是极为重要的。
[0005]世界知识产权组织(WIPO)专利申请公开号WO2019/091437公开了一种机动水翼装置，该机动水翼装置包括具有顶面和底面的帆板；第一水翼组件；附接至第二支撑单元的可枢转的第二水翼；以及推进系统。该水翼装置还包括一个或多个传感单元，该传感单元布置在第一支撑单元上的预定位置上，以与第二水翼可操作地通信，以自动生成对各种不稳定流体动力效应的校正响应，以稳定水翼装置。
[0006]然而，尽管WO2019/091437教导了用于俯仰和横摇控制的可调整水平控制面，但它既没有教导也没有建议用于偏航控制的可调整竖直控制面。其中教导的水平控制面需要大量动力来操作，减少了船艇在充电或更换电池之间的使用时间，并显著增加了阻力，从而既降低了船艇的最大速度又降低了它的机动性。
[0007]美国授权专利US9,359,044公开了一种被动稳定的私人水翼水运船艇，该水翼水运船艇具有漂浮设备，其中用户能够以俯卧姿、跪姿或立姿航行。该水运船艇包括支柱，支柱具有与漂浮设备互连的上端和与水翼连接的下端。该水翼大大降低了以更高速度行驶所需的动力。该水运船艇还包括连接至水翼的推进系统。该水运船艇的纵向控制和方向控制都是经由重量转移，消除了对任何活动面的需要。漂浮设备、支柱和水翼可以永久地互连，也可以是可拆卸的。
[0008]然而，US9,359,044的私人水翼水运船艇的机翼、方向舵和升降舵是完全固定的，仅通过用户的重量转移来操纵水运船艇。虽然建造用于被动稳定性，但需要一定的用户经验，以便控制船艇在水面以上的高度并调平其姿态，使其不适合完全没经验的驾乘者，并限制了除经验丰富的驾乘者外的所有驾乘者的使用。
[0009]美国授予专利US7,047,901公开了一种机动水翼水运船艇，该水翼水运船艇具有基本上水平布置的漂浮设备，该漂浮设备可以配置成接纳处于俯卧姿、坐姿或立姿的成年人。该船艇包括水翼、马达和转向机构。水翼可以具有各种配置并且是可拆卸的，而马达可以是电动的并且具有在使用时位于水下的相关电池。转向机构可以包括鸭翼并且配置为用于鸭翼的垂直运动。公开了几个实施例。
[0010]然而，尽管US7,047,901的机翼(翼片)的左半部和右半部可从竖直配置旋转到水平配置，但是随着水运船艇增加速度，响应于水与翼片之间的相互作用，该旋转以机械方式发生。没有对于翼片配置的处理器控制。水翼具有依靠机械感测和致动以保持正确飞航高度的升降舵，且方向舵与主支柱分开(这增加了复杂性)并且它由用户直接控制(这与之前的专利技术类似，用户需要经验以进行控制)。
[0011]因此，长期以来一直需要提供一种稳定水翼水运船艇的系统和方法，该系统和方法具有非被动的并且在机械上不依赖于水运船艇速度的稳定系统。
技术实现思路
[0012]本专利技术的目的是公开一种稳定的水翼水运船艇，该水翼水运船艇包括：(a)具有顶侧和底侧的水运船艇基座构件；(b)具有近端部分和远端部分的至少一个水翼桅杆，该近端部分机械连接至水运船艇基座构件的底侧；(c)具有主机翼的机身，该机身机械连接至所述至少一个水翼桅杆的远端部分；(d)配置用于控制水运船艇的偏航角的方向舵；(e)配置用于控制水运船艇的俯仰角的升降舵；(f)稳定装置，该稳定装置还包括至少一个配置用于检测水运船艇基座构件的3D方位的传感器，配置用于估计水运船艇基座构件在水平面上的高度以及偏航角、俯仰角和横摇角的估计器，配置用于操纵方向舵和升降舵的致动器，以及配置用于分析高度、偏航角、俯仰角及横摇角的估计值并控制致动器的控制器。
[0013]本专利技术的核心目的是提供上述控制器，响应于水运船艇的来自预定设定点的扰动横摇倾斜，该控制器配置用于向方向舵致动器生成命令用于旋转方向舵，使得方向舵引起横摇倾斜校正，补偿水运船艇的扰动横摇倾斜。
[0014]本专利技术的另一个目的是公开上述控制器，该控制器包括安装在其上并基于算法的软件装置，该算法选自由PID控制、线性二次型调节器(LQR)控制、模糊逻辑、机器学习、反馈线性化，以及它们的任何组合所组成的组。
[0015]本专利技术的另一个目的是公开配置用于从预定设定点补偿扰动俯仰倾斜和扰动偏航倾斜的控制器。
[0016]本专利技术的另一个目的是公开配置为控制水运船艇的移动的速度和方向中的至少一个的控制器。
[0017]本专利技术的另一个目的是公开自动或手动控制的横摇设定点、偏航设定点、俯仰设定点、速度设定点和方向设定点中的任何一个。
[0018]本专利技术的另一个目的是公开配置为感测用户相对于水运船艇的质心的软件装置。
[0019]本专利技术的另一个目的是公开该质心提供至少一个设定点，用于控制水运船艇的运动方向、水运船艇的速度和水运船艇的飞航高度中的至少一个。
[0020]本专利技术的另一个目的是公开稳定的水翼水运船艇，该稳定的水翼水运船艇包括用于手动控制横摇、偏航、俯仰、速度和方向的控制单元；控制效应器选自由舵柄、操纵杆、按
钮、舵轮、触发器、触摸屏、键盘、压力传感器、脚踏板、光学传感器、遥控器，以及它们的任何组合所组成的组。
[0021]本专利技术的另一个目的是公开稳定的水翼水运船艇，该稳定的水翼水运船艇包括用于自动控制横摇、偏航、俯仰、速度和方向的控制单元；控制效应器选自由倾斜感测(姿态)型控制设备、压力传感器、脚踏板、光学传感器、称重传感器、配置为分析升降舵偏转的处理器、遥控器，以及它们的任何组合所组成的组。
[0022]本专利技术的另一个目的是公开配置用于预设至少一条航线并遵循该至少一条航线的软件装置。
[0023]本专利技术的另一个目的是公开所述水翼桅杆的横截面的纵向轴线显著大于所述水翼桅杆的横向轴线。
[0024]本专利技术的另一个目的是公开包括至少一个活动襟翼的机翼，该至少一个活动襟翼可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种稳定的水翼水运船艇，包括：a.具有顶侧和底侧的水运船艇基座构件；b.具有近端部分和远端部分的至少一个水翼桅杆，所述近端部分机械连接至所述水运船艇基座构件的所述底侧；c.具有主机翼的机身，所述机身机械连接至所述至少一个水翼桅杆的所述远端部分；d.配置用于控制所述水运船艇的偏航角的方向舵；e.能围绕其轴线旋转的升降舵，所述轴线位于平行于所述水运船艇基座构件的平面中，所述升降舵配置用于控制所述水运船艇的俯仰角；以及f.稳定装置，所述稳定装置还包括至少一个配置用于检测所述水运船艇基座构件的3D方位的传感器，配置用于估计所述水运船艇基座构件在水平面上的高度以及偏航角、俯仰角和横摇角的估计器，配置用于操纵所述方向舵和所述升降舵的致动器，以及配置用于分析高度、偏航角、俯仰角和横摇角的估计值并控制所述致动器的控制器；其中，响应于所述水运船艇的来自预定设定点的扰动横摇倾斜，所述控制器配置用于向方向舵致动器生成命令用于旋转所述方向舵，使得所述方向舵引起横摇倾斜校正，补偿水运船艇的所述扰动横摇倾斜。2.如权利要求1所述的稳定的水翼水运船艇，其中，所述控制器包括安装在其上并基于算法的软件装置，所述算法选自由PID控制、线性二次型调节器(LQR)控制、模糊逻辑、机器学习、反馈线性化，以及它们的任何组合所组成的组。3.如权利要求1所述的稳定的水翼水运船艇，其中，所述控制器配置用于从预定设定点补偿所述扰动俯仰倾斜和扰动偏航倾斜。4.如权利要求1所述的系统稳定的水翼水运船艇，其中，所述控制器配置为控制所述水运船艇的移动的速度和方向中的至少一个。5.如权利要求1、3和4中任一项所述的稳定的水翼水运船艇，其中，所述横摇设定点、偏航设定点、俯仰设定点、速度设定点和方向设定点中的任何一个都是自动或手动控制的。6.如权利要求1所述的稳定的水翼水运船艇，其中，所述软件装置配置为感测用户相对于所述水运船艇的质心。7.如权利要求6所述的稳定的水翼水运船艇，其中，所述质心提供至少一个设定点，用于控制所述水运船艇的运动方向、所述水运船艇的速度和所述水运船艇的飞航高度中的至少一个。8.如权利要求5所述的稳定的水翼水运船艇，包括用于所述手动控制所述横摇、偏航、俯仰、速度和方向的控制设备单元；所述控制效应器选自由舵柄、操纵杆、按钮、舵轮、触发器、触摸屏、键盘、压力传感器、脚踏板、光学传感器、遥控器，以及它们的任何组合所组成的组。9.如权利要求5所述的稳定的水翼水运船艇，包括用于自动控制所述横摇、偏航、俯仰、速度和方向的控制单元；所述控制效应器选自由倾斜感测(姿态)型控制设备、压力传感器、脚踏板、光学传感器、称重传感器、配置为分析升降舵偏转的处理器、遥控器，以及它们的任何组合所组成的组。10.如权利要求1所述的稳定的水翼水运船艇，其中，软件装置配置用于预设至少一条航线并遵循所述至少一条航线。
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【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：莱弗尔水翼艇有限公司，
类型：发明
国别省市：
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