CN100418847C

CN100418847C - 双尾仿生尾推进器

Info

Publication number: CN100418847C
Application number: CNB2006101511705A
Authority: CN
Inventors: 于凯; 黄胜
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: CN1986330A

Abstract

本发明提供了一种结构合理、安全可靠、节能、推进效率高、噪声低、对环境扰动小的双尾仿生尾推进器。它包括水下主体、设置在水下主体上的车体、设置在水下主体后侧的两个尾柄、尾鳍和安装在车体上的电机和传动机构，其特征在于所述的水下主体左右两组对称布置，后端与尾柄连接，尾柄和尾鳍联结，车体包括储备浮体和连接水下主体和储备浮体的支柱。本发明既利用并发挥仿鱼推进的优点，又克服了单尾推进存在的摇艏问题。由于仿生推进器的推进效率高、噪声低、对环境扰动小，使其具有广阔的应用前景。

Description

双尾仿生尾推进器

(一)技术领域

本发明涉及船舶与海洋结构物推进与操纵技术设备领域，特别涉及一种仿鱼尾推进的新型双尾仿生尾推进器。

(二)背景技术

目前国际上石油价格飞涨，能源严重短缺，各国开始竞相研究各种船舶节能措施。据统计，在一艘常规运输船的能耗中，主机约占65％，而主机的全部能耗中，有45％-50％的能量用于带动螺旋桨旋转、推动船舶前进，因此，船舶推进的节能尤为重要。为了提高推进效率，国内外都在研究有别于常规螺旋桨的各种新型高效的推进装置，如低转速大直径螺旋桨、适伴流调距桨、导管螺旋桨、无梢涡螺旋桨以及部分浸水螺旋桨等。另外，由于水生动物的推进模式具有高效、高速、高机动性、低噪声和隐蔽性强等优点，越来越受到人们的关注。

一、仿鱼摆尾推进模式的优点

1.仿鱼推进效率比传统螺旋桨的效率要高；

2.仿鱼推进器的来流与尾鳍的相对速度较螺旋桨的相对速度要低，这样防止了翼面的空泡和剥蚀问题；

3.由于仿鱼推进是尾翼小幅度摆动，不会缠绕水藻、鱼网等，避免了推进机构的损坏；

4.仿鱼推进器的噪音较低，隐蔽性较好；

5.仿鱼推进器的机动性好。

二、单尾鳍仿生推进器存在的问题

1.由于单尾鳍推进的机器鱼存在着摇首问题，这样势必增加机器鱼的航行阻力，降低机器鱼的前进速度；

2.单尾鳍推进的机器鱼航行轨迹不稳定，机器鱼前进路线的精确控制较难实现；

3.单尾鳍推进的机器鱼在水平面内的回转性较真实鱼类差很多，特别是关节数较少的机器鱼。

通过比较可以明显看出，正是由于仿鱼摆尾推进模式的种种优点使得船舶与海洋结构物推进与操纵技术设备领域的技术人员正逐步将推进器往仿鱼摆尾推进模式靠拢，但目前多数仅为单尾鳍仿生推进器，而单尾鳍推进的机器鱼存在着摇首等一系列问题，使得人们迫切希望可以有一种能够克服摇首等问题的安全可靠、节能、推进效率高、噪声低、对环境扰动小的推进器。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构合理、安全可靠、节能、推进效率高、噪声低、对环境扰动小的双尾仿生尾推进器。

本发明的目的是这样实现的：它包括水下主体、设置在水下主体上的车体、设置在水下主体后侧的两个尾柄、尾鳍和安装在车体上的电机和传动机构，其特征在于所述的水下主体左右两组对称布置，后端与尾柄连接，尾柄和尾鳍联结，车体包括储备浮体和连接水下主体和储备浮体的支柱。

本发明还有这样一些结构特征：

1、所述的水下主体的后端与尾柄前端通过轴承铰链连接，对接处呈一凹一凸的半圆形，水下主体、尾柄和尾鳍呈流线型；

2、所述的尾鳍为C形尾鳍，尾柄和C形尾鳍通过橡胶弹性联结；

3、所述的传动机构包括链轮副和曲柄连杆机构，链轮副包括前链轮、后链轮和链条，曲柄连杆机构包括连杆和固装在尾柄上的支杆，前链轮和电机通过链条连接后链轮，后链轮通过轴承安装在储备浮体的转轴上，连杆和链轮、支杆铰接，后链轮连接连杆和支杆与尾柄相连；

4、所述的储备浮体为长方形水密板，电机、传动机构中的转轴固定在其横向连接杆件上；

5、所述的支柱呈立式柱状，水平横断面为类似椭圆的流线形。

本发明处于水平状态的水下主体的后端与尾柄铰链连接，且刚性尾柄和C形尾鳍弹性联结。尾部在水平面内左右摆动，连接后的水下主体和尾部整体上具有类似海豚外形的流线型，且水下主体后端与尾柄前端的对接处采用一凹一凸的半圆形，使得这种流线型即便在尾鳍左右摆动的过程中也得到保持。储备浮体是一个长方形水密板，在其横向连接杆件上固装电机、传动机构中的链轮副，转轴等。支柱呈立式柱状，水平横断面为类似椭圆的流线形，用于连接纵向轴线相互平行的水下主体和储备浮体。水下主体、支柱均可采用轻质骨架和薄板蒙皮结构。传动机构由类似于电动自行车的链轮副外加曲柄连杆机构组成，两个后链轮固装在储备浮体上。于是，当电机链轮副带动后链轮转动时，后链轮圆盘借助连杆运动带动左右两个尾鳍左右摆动，且可以为任意相位差。

本发明双尾仿生推进器的设计特点：

1、双尾仿生推进器，两尾鳍反相摆动，抵消了尾鳍的侧向力，从而避免了机器鱼的摇艏运动，这样有利于开发出效率最佳、推力最大的仿鱼推进器，提高仿鱼推进器的推进功率；

2、推进器的尾鳍为C形刚性，尾柄也为刚性结构，这样的尾鳍易于加工，也避免了避免了柔性尾鳍摆动过程中的疲劳损坏和海水腐蚀问题，还可以将尾鳍表面进行仿生纹路处理，提高尾鳍的升阻比；

3、双尾仿生推进的航行体航向稳定，易于运动控制和定位控制，另外，双尾鳍可以实现一个尾鳍为舵，另一尾鳍摆动推进，水平面内的机动性能大大改善。

本发明仿生推进器设计成左右对称的双体结构且尾鳍左右摆动的相位差为180°时，可抵消侧向力，确保整个车体的纵向稳定性，充分发挥仿生推进高效、安静和机动性好特点。本发明提出的仿生推进的技术，是对现有传统推进原理的革新，由小水线面的主体和支柱组成的左右对称的双体结构以及借助链条和链轮副外加曲柄连杆机构推动尾鳍摆动，具有结构合理，安全可靠、节能高效等特点。本发明实验模型在大学内的水池进行了自航实验，效果非常理想。本发明既利用并发挥仿鱼推进的优点，又克服了单尾推进存在的摇艏问题。由于仿生推进器的推进效率高、噪声低、对环境扰动小，使其具有广阔的应用前景。

(四)附图说明

图1为本发明仿生推进器的侧视图；

图2为本发明仿生推进器的俯视图；

图3为本发明仿生推进器的主体和尾柄流线型连接示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

结合图1-3，本实施例设计成左右对称的双体结构，包括由两组对称布置的水下主体1、支柱2和储备浮体3刚性连接而成的车体、两个尾柄尾鳍5、6和一套传动机构。其中，处于水平状态的水下主体1的后端与尾柄5借助轴承铰链连接，且由于水下主体1后端与尾柄5前端的对接处采用一凹一凸的半圆形，使得这种流线型即便在尾柄5左右摆动的过程中也得到保持，尾柄5和尾鳍6弹性连接。储备浮体3是一个长方形水密板，在其横向连接杆件上固装电机4，传动机构中的链轮副7、9、13，在储备浮体上固装转轴11、15。支柱2呈立式柱状，水平横断面为类似椭圆的流线形，用于连接相互平行的水下主体1和储备浮体3。水下主体1和支柱2均可采用轻质骨架和薄板蒙皮结构。传动机构包括电机4、链轮副和曲柄连杆机构，链轮副包括前链轮7和后链轮9、13，转轴11、15、连杆10、14和支杆12、16组成曲柄连杆机构；连杆10、14和链轮9、13铰接，连杆10、14和支杆12、16也同样为铰接；前链轮7和电机4一起转动通过链条8带动后链轮9、13转动，利用连杆10、14和支杆12、16将后链轮9、13的转动转变为尾柄的左右摆动；改变连杆10、14和链轮9、13铰接位置可以调节尾柄的摆幅，改变电机的输入电压调节尾柄的摆动频率。

Claims

1. 一种双尾仿生尾推进器，它包括水下主体、设置在水下主体上的车体、设置在水下主体后侧的两个尾柄、尾鳍和安装在车体上的电机和传动机构，其特征在于所述的水下主体左右两组对称布置，后端与尾柄连接，尾柄和尾鳍联结，车体包括储备浮体和连接水下主体和储备浮体的支柱，储备浮体上固装转轴，传动机构包括链轮副和曲柄连杆机构，链轮副包括前链轮、后链轮和链条，曲柄连杆机构包括连杆和固装在尾柄上的支杆，前链轮和电机通过链条连接后链轮，后链轮通过轴承安装在储备浮体的转轴上，连杆和链轮、支杆铰接，后链轮连接连杆和支杆与尾柄相连，水下主体的后端与尾柄前端通过轴承铰链连接，对接处呈一凹一凸的半圆形，水下主体、尾柄和尾鳍呈流线型，尾鳍为C形尾鳍，尾柄和C形尾鳍通过橡胶弹性联结。