本公开有关于一种仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，包括柔性仿生尾鳍、喷水推进系统和一体化控制系统，其中所述柔性仿生尾鳍与所述喷水推进系统采用一体化设计，所述柔性仿生尾鳍作为所述喷水推进系统的出水口和舵，同时实现快速移动和高效回转；所述一体化控制系统，用于综合处理任务信息和传感器感知的流场信息，并根据综合处理任务信息和传感器感知的流场信息进行反馈，切换复合式推进器的推进模式及匹配速度，增强自主化航行性能。本公开的复合式推进器兼顾了仿生尾鳍推进和喷水推进的技术优势，通过特殊的一体化组合设计，使其兼具声隐蔽性和快速性，可应用于各类在水下和水面往复机动的跨介质航行器等，具有广泛的应用场景。应用场景。应用场景。
【技术实现步骤摘要】
仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器
[0001]本公开涉及水中推进装置，尤其涉及一种仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器。
技术介绍
[0002]现代螺旋桨被专利技术已有约200年，至今仍然是水面舰船、水下潜艇及其他各类涉水航行器最常用的推进方式。尽管螺旋桨设计技术在很多方面都已经逐渐成熟，但因受限于其推进形式本身，无可避免地会产生大量的机械能损耗，影响推进效率，且高速推进时会产生空化，产生巨大的噪声。随着对航行器性能要求的不断提高，常规的螺旋桨推进器越来越无法满足实际工程需求。
[0003]喷水推进是一种利用反冲作用力推进的新型推进形式。与螺旋桨相比，喷水推进抗空泡的能力强，且高航速时效率更高，是世界各国近年来争先发展和应用的一种推进形式。然而，单独的喷水推进形式在低航速时效率很低，且产生的推力矢量化程度低，转弯等操作不灵敏，具有技术上的局限性。
[0004]随着材料技术的不断发展，利用柔性结构代替刚性结构实现推进成为可能。自然界中的大多数鱼类，都是通过尾鳍摆动进行推进。这种推进方式具有效率高、噪声低、回转性好等优点，但高度航行所需要的摆动频率过高，可靠性较差。
[0005]自主水下航行器(AUV)等多种无人水下航行器(UUV)、潜艇及水
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空跨介质航行器等高性能海洋装备因其各自不同的任务特性，往往需要在水下和水面往复机动，并兼顾快速性、声隐蔽性和可操纵性，因此亟需发展新型高性能推进器。
技术实现思路
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]有鉴于此，本公开的主要目的在于提供仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器。
[0008](二)技术方案
[0009]为了达到上述目的，本公开采用的技术解决方案如下：
[0010]一种仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，该复合式推进器包括柔性仿生尾鳍、喷水推进系统和一体化控制系统，其中：所述柔性仿生尾鳍与所述喷水推进系统采用一体化设计，所述柔性仿生尾鳍作为所述喷水推进系统的出水口和舵，同时实现快速移动和高效回转；所述一体化控制系统，用于综合处理任务信息和传感器感知的流场信息，并根据综合处理任务信息和传感器感知的流场信息进行反馈，切换复合式推进器的推进模式及匹配速度，增强自主化航行性能。
[0011]上述方案中，所述柔性仿生尾鳍包括尾鳍1、刚性圆管2、流道3、传动机构4和第一电动机5，其中：所述尾鳍1采用柔性材料，承接于所述刚性圆管2的后方，所述尾鳍1的中心设置所述流道3，且所述流道3与所述刚性圆管2连通，以供水流通过；所述刚性圆管2通过所述传动机构4与所述第一电动机5相连接，所述刚性圆管2在所述第一电动机5的带动下使所
述尾鳍1往复摆动，所述尾鳍1通过往复摆动单独为航行器提供推进动力以及控制方向。
[0012]上述方案中，所述柔性仿生尾鳍还包括尾部收缩段15，该尾部收缩段15采用柔性材料与所述尾鳍1相连接，但不会限制所述尾鳍1的摆动。
[0013]上述方案中，所述喷水推进系统包括第二电动机6、进水口7、出水口8、管道9、传动轴11和喷水泵16，其中：所述进水口7在工作时保持浸没在水中，所述出水口8设置于所述尾鳍1中心的末端，所述进水口7与所述出水口8通过所述管道9连通；所述喷水泵16内部设置有叶轮10，所述叶轮10与所述第二电动机6之间通过所述传动轴11连接，由所述第二电动机6带动所述叶轮10旋转，从而将水从所述进水口7吸入，经过所述柔性仿生尾鳍中心的流道3，从所述出水口8向后排出，进而产生前进动力，并利用所述尾鳍1摆动作为舵调节方向。
[0014]上述方案中，所述叶轮10与所述电机6之间的所述传动轴11穿过所述管道9，贯穿处进一步通过一动密封构件12进行密封，防止所述管道9中的水进入舱体内部。
[0015]上述方案中，所述一体化控制系统包括传感器13和控制器14，其中：所述传感器13用于实时感知流场信息并传输给所述控制器14；所述控制器14采用反馈控制，用于根据所述传感器13感知和处理后的流场信息进行反馈，切换复合式推进器的推进模式及匹配速度，增强自主化航行性能。
[0016]上述方案中，在低速推进时，不开启所述喷水推进系统，即不启动所述第二电动机6，仅启动所述第一电动机5，通过所述传动机构4带动所述刚性圆管2往复摆动，进而带动包覆在所述刚性圆管2外的所述尾鳍1往复摆动。所述控制器14根据预设的任务信息以及所述传感器13采集的流场信息改变所述第一电动机5的转速和转向，借助所述传动机构4，调整所述刚性圆管2及所述尾鳍1的摆动频率和角度，实现变速和变向功能。
[0017]上述方案中，在高速推进时，开启所述喷水推进系统，同时启动所述第一电动机5和所述第二电动机6；所述第二电动机6在所述控制器14的控制下通过所述传动轴11带动所述喷水泵16内部的叶轮10转动，将水从所述进水口7吸入，流经所述管道9，通过叶轮10进入所述刚性圆管2中心的流道3，最终通过所述尾鳍1的出水口8排出，利用喷水的反作用力作为推进动力；在所述第二电动机6工作的同时，保持所述第一电动机5同步工作，借助所述传动机构4，调整所述刚性圆管2及所述尾鳍1的摆动角度，并根据回转需求转动至某一角度后固定，作为舵使用，实现推进方向的改变。所述第二电动机6在所述控制器14的控制下还用于改变所述叶轮10的转动速度，从而改变复合式推进器的推进速度。
[0018](三)有益效果
[0019]从上述技术方案可以看出，本公开提供的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器与现有技术相比，结构设置合理、功能性强，主要具有以下的有益效果：
[0020]1、本公开提供的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，通过将柔性仿生尾鳍与喷水推进系统进行一体化设计，柔性仿生尾鳍能够与喷水推进配合工作，作为喷水推进系统的出水口和舵使用，同时实现快速性和回转性，减少高速航行时因空化产生的噪声。
[0021]2、本公开提供的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，通过将柔性仿生尾鳍与喷水推进系统进行一体化设计，兼顾了仿生尾鳍推进和喷水推进的技术优势，使其兼具声隐蔽性和快速性，可应用于各类在水下和水面往复机动的跨介质航行器等，具有广泛的应用场景。
[0022]3、本公开提供的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，柔性仿生尾鳍也可以独
立工作，在不需要超高航速时可以不开启喷水推进，仅通过尾鳍摆动产生前进动力。
[0023]4、本公开提供的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，柔性仿生尾鳍采用柔性材料，大大提升了推进效率，特别是在低速航行时，同时也可提升声隐蔽性。
[0024]5、本公开提供的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，一体化控制系统采用反馈控制，配备传感器实时感知流场信息，可以根据感知和处理后的信息进行反馈，合理切换复合式推进器的推进模式及匹配速度。
附图说明
[0025]本公开的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，其特征在于，该复合式推进器包括柔性仿生尾鳍、喷水推进系统和一体化控制系统，其中：所述柔性仿生尾鳍与所述喷水推进系统采用一体化设计，所述柔性仿生尾鳍作为所述喷水推进系统的出水口和舵，同时实现快速移动和高效回转；所述一体化控制系统，用于综合处理任务信息和传感器感知的流场信息，并根据综合处理任务信息和传感器感知的流场信息进行反馈，切换复合式推进器的推进模式及匹配速度，增强自主化航行性能。2.根据权利要求1所述的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，其特征在于，所述柔性仿生尾鳍包括尾鳍(1)、刚性圆管(2)、流道(3)、传动机构(4)和第一电动机(5)，其中：所述尾鳍(1)采用柔性材料，承接于所述刚性圆管(2)的后方，所述尾鳍(1)的中心设置所述流道(3)，且所述流道(3)与所述刚性圆管(2)连通，以供水流通过；所述刚性圆管(2)通过所述传动机构(4)与所述第一电动机(5)相连接，所述刚性圆管(2)在所述第一电动机(5)的带动下使所述尾鳍(1)往复摆动，所述尾鳍(1)通过往复摆动单独为航行器提供推进动力以及控制方向。3.根据权利要求2所述的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，其特征在于，所述柔性仿生尾鳍还包括尾部收缩段(15)，该尾部收缩段(15)采用柔性材料与所述尾鳍(1)相连接，但不会限制所述尾鳍(1)的摆动。4.根据权利要求2所述的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，其特征在于，所述喷水推进系统包括第二电动机(6)、进水口(7)、出水口(8)、管道(9)、传动轴(11)和喷水泵(16)，其中：所述进水口(7)在工作时保持浸没在水中，所述出水口(8)设置于所述尾鳍(1)中心的末端，所述进水口(7)与所述出水口(8)通过所述管道(9)连通；所述喷水泵(16)内部设置有叶轮(10)，所述叶轮(10)与所述第二电动机(6)之间通过所述传动轴(11)连接，由所述第二电动机(6)带动所述叶轮(10)旋转，从而将水从所述进水口(7)吸入，经过所述柔性仿生尾鳍中心的流道(3)，从所述出水口(8)向后排出，进而产生前进动力，并利用所述尾鳍(1)摆动作为舵调节方向。5.根据权利要求4所述的仿生尾鳍与喷水一体化的复合式推进器，其特征在于，所述叶轮(10)与所述电机(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：段慧玲，周旭，李宏源，吕鹏宇，曹禹凡，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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