一种双模块多功能仿生水下无人航行器及操作方法技术

一种双模块多功能仿生水下无人航行器及操作方法，包括任务搭载模块和仿生推进模块，任务搭载模块的结构为：包括机体总成，其从头部至尾部依次分为机体头部结构、机体中部结构和机体尾部结构；仿生推进模块的结构为：包括四个仿生附体，一号仿生附体和二号仿生附体分布在机体中部结构的一侧位置，三号仿生附体和四号仿生附体分布在机体中部结构的另一侧位置，一号仿生附体和三号仿生附体对称设置，二号仿生附体和四号仿生附体对称设置；任务搭载模块和仿生推进模块之间通过连接轴进行连接，仿生推进模块产生的力亦由连接轴传递到机体总成上，从而带动整个航行器运动，通过合理设计仿生附体的布放位置和运动参数，从而提升能量利用率和推进性能。量利用率和推进性能。量利用率和推进性能。

A double module multifunctional Bionic Underwater Unmanned Vehicle and its operation method

【技术实现步骤摘要】
一种双模块多功能仿生水下无人航行器及操作方法


[0001]本专利技术涉及海岸工程和海洋工程
，尤其是一种双模块多功能仿生水下无人航行器及操作方法。

技术介绍

[0002]目前，为了获得探测、开发海洋资源以及在军事上取得制海权，各式各样的水下无人航行器被研制出用于开展各种活动。在科学和经济领域，它们在海洋科学调查、海底油井作业和电缆铺设与维修、海洋资源勘探、海洋测绘等方面发挥了举足轻重的作用；在军事领域，它们在军事信息侦察、情报搜集、水雷探测以及增加和扩大水下战斗空间方面扮演了越来越重要的角色。传统的水下无人航行器采用两套系统实现推进和操纵，即主要依靠桨(推进系统)和舵 (操纵系统)分别执行。由于螺旋桨工作时机体振动剧烈，噪声较大，使得其隐蔽性能有所降低，不符合水下无人航行器低噪声的发展趋势；同时传统的舵、翼操纵系统在航行器低速或悬停状态下难以实现快速机动，并且很容易出现卡舵等故障。鉴于此，很有必要研发新型仿生无人航行器以实现高效推进和高机动性的目的。
[0003]自然界中的生物已经进化出了多样的外形和各具特色的运动能力，它们的高推进效率、高机动性、完善的流体性能、低噪声、好的隐身性等，均是现有水下无人航行器所无法比拟的，鱼类更是其中的佼佼者。总体来看，鱼类享有同一个推进和操纵的来源，即忽略鱼鳍的作用，鱼身整体做波浪形摆动，简称行波板运动(或称为：波动运动)。这提供了一种与传统的水下无人航行器截然不同的运动模式。与传统水下无人航行器相比，优点为：(1)推进器与舵统一。精简了机构，节省了成本，同时增大了水下无人航行器有效容积和负荷能力，符合水下无人航行器推进操纵一体化的发展趋势；(2)机动性优良。传统的螺旋桨推进器存在瞬时响应滞后的问题，行波板运动可以降低航行器的回转半径，使得航行器更适合在狭窄、复杂和动态的水下环境中进行监测、搜索、勘探，扩大了应用范围；(3)噪声低、隐蔽性能好。行波板运动时产生的噪声较螺旋桨运行时的噪声低，不易为对方识别，有利于隐身和突防具有重要的军事价值。鉴于此，提出了一种仿生水下无人航行器概念设计方案。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种双模块多功能仿生水下无人航行器及操作方法，从而将水下无人航行器分为任务搭载模块和仿生运动模块，任务搭载模块用于储存CTD传感器、电机、驱动器、重心调节机构等，仿生运动模块用于实现航行器的高效推进和快速机动。多个仿生附体构成了航行器的仿生运动模块，通过合理设计仿生附体的布放位置和运动参数，从而提升能量利用率和推进性能。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种双模块多功能仿生水下无人航行器，包括任务搭载模块和仿生推进模块，
[0007]所述任务搭载模块的结构为：包括机体总成，所述机体总成从头部至尾部依次分为机体头部结构、机体中部结构和机体尾部结构；
[0008]所述仿生推进模块的结构为：包括四个仿生附体，分别为一号仿生附体、二号仿生附体、三号仿生附体和四号仿生附体，所述一号仿生附体和二号仿生附体分布在机体中部结构的一侧位置，并间隔分布，所述三号仿生附体和四号仿生附体分布在机体中部结构的另一侧位置，一号仿生附体和三号仿生附体对称设置，二号仿生附体和四号仿生附体对称设置；
[0009]任务搭载模块和仿生推进模块之间通过连接轴进行连接，仿生推进模块产生的力亦由连接轴传递到机体总成上，从而带动整个航行器运动。
[0010]其进一步技术方案在于：
[0011]所述机体头部结构采用椭球体结构。
[0012]所述机体头部结构的长度小于机体尾部结构的长度。
[0013]四个仿生附体的结构相同。
[0014]四个仿生附体独立工作。
[0015]一种双模块多功能仿生水下无人航行器的操作方法，操作过程如下：
[0016]当航行器需要直航前进时，四个仿生附体均开展正向行波推进运动，从而带动整个航行器向前运动；
[0017]当航行器需要倒车时，四个仿生附体均开展反向行波推进运动，从而带动整个航行器向后运动；
[0018]当航行器需要沿着顺时针方向偏航或者回转时，一号仿生附体和二号仿生附体开展负向行波运动，三号仿生附体和四号仿生附体开展正向行波运动；
[0019]当航行器需要沿着逆时针方向偏航或者回转时，一号仿生附体和二号仿生附体开展正向行波运动，三号仿生附体和四号仿生附体开展负向行波运动。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，该航行器由两个模块组成，分别为任务搭载模块和仿生运动模块。双模块设计的引入使得水下航行器既满足了传统航行器任务搭载的需求，又使得其具备了仿生推进的功能。与传统仿生机器鱼相比，避免了机体变形引起的搭载困难的弱点；与传统依靠螺旋桨推进的水下航行器相比，具备噪声低、续航力高、航行效率高等优点(公开发表文献显示，螺旋桨的敞水推进效率最大值不超过80％，而本专利技术航行器数值计算结果表明，其推进效率可达86％)。
[0022]另一方面，本专利技术仿生附体可开展两个方向的行波运动，即仿生附体既可以开展正向行波运动(即行波运动方向与前进方向相同)，亦可以开展反向行波运动(即行波运动方向与前进方向相反)。值得注意的是，与现有仿生水下航行器借助仿生附体运动幅值来实现机动的方式不同，本专利技术中仿生水下航行器则是借助仿生附体之间不同的运动方向来实现快速机动，机动能力较传统水下航行器大幅度提升。具体表现在，回转半径大幅减小，理论上可实现原地回转；回转速度大幅增加，数值模拟结果表明，回转速度可达到4s/圈。
[0023]本专利技术即适用于水下作业的无人航行器，也适用于水面状态作业的无人航行器，大大提高了模型的适用范围。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的结构示意图(箭头表示前进的方向)。
[0025]图2为本专利技术的俯视图。
[0026]其中：1、一号仿生附体；2、二号仿生附体；3、三号仿生附体；4、四号仿生附体；5、连接轴；6、机体总成；601、机体头部结构；602、机体中部结构；603、机体尾部结构。
具体实施方式
[0027]下面结合附图，说明本专利技术的具体实施方式。
[0028]如图1和图2所示，本实施例的双模块多功能仿生水下无人航行器，包括任务搭载模块和仿生推进模块，
[0029]任务搭载模块的结构为：包括机体总成6，机体总成6从头部至尾部依次分为机体头部结构601、机体中部结构602和机体尾部结构603；
[0030]仿生推进模块的结构为：包括四个仿生附体，分别为一号仿生附体1、二号仿生附体2、三号仿生附体3和四号仿生附体4，一号仿生附体1和二号仿生附体2分布在机体中部结构602的一侧位置，并间隔分布，三号仿生附体3和四号仿生附体4分布在机体中部结构602的另一侧位置，一号仿生附体1和三号仿生附体3对称设置，二号仿生附体2和四号仿生附体4对称设置；
[0031]任务搭载模块和仿生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双模块多功能仿生水下无人航行器，其特征在于：包括任务搭载模块和仿生推进模块，所述任务搭载模块的结构为：包括机体总成(6)，所述机体总成(6)从头部至尾部依次分为机体头部结构(601)、机体中部结构(602)和机体尾部结构(603)；所述仿生推进模块的结构为：包括四个仿生附体，分别为一号仿生附体(1)、二号仿生附体(2)、三号仿生附体(3)和四号仿生附体(4)，所述一号仿生附体(1)和二号仿生附体(2)分布在机体中部结构(602)的一侧位置，并间隔分布，所述三号仿生附体(3)和四号仿生附体(4)分布在机体中部结构(602)的另一侧位置，一号仿生附体(1)和三号仿生附体(3)对称设置，二号仿生附体(2)和四号仿生附体(4)对称设置；任务搭载模块和仿生推进模块之间通过连接轴(5)进行连接，仿生推进模块产生的力亦由连接轴(5)传递到机体总成(6)上，从而带动整个航行器运动。2.如权利要求1所述的一种双模块多功能仿生水下无人航行器，其特征在于：所述机体头部结构(601)采用椭球体结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永成，王小庆，肖冬林，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：