一种仿生水母的涡环推进式航行器制造技术

本发明专利技术公开了一种仿生水母的涡环推进式航行器，包括航行器本体和安装于航行器本体尾部的喷水推进模块，喷水推进模块包括固定支撑板、移动喷水板、环形分布设置于固定支撑板和移动喷水板之间的若干弹性片、包裹在所有弹性片外的弹性膜以及压缩装置，弹性膜两端分别与固定支撑板、移动喷水板密封相连形成可变体积弹性腔，固定支撑板中部设有喷水口；压缩装置用于驱动移动喷水板靠近固定支撑板挤压弹性片，使得可变体积弹性腔中部径向向外膨胀，从而增大腔体体积，从喷水口吸水；压缩装置停止时，在弹性片和弹性膜的恢复弹力作用下可变体积弹性腔内的水快速挤压，从喷水口喷出，产生涡流环，实现喷水推进。本发明专利技术结构简单、使用方便、推进效率高。推进效率高。推进效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生水母的涡环推进式航行器


[0001]本专利技术属于机械领域，设计一种水下作业机器人，具体涉及一种仿生水母的涡环推进式航行器。

技术介绍

[0002]目前，现有的水下机器人常以螺旋桨推进或喷水推进作为动力源，但往往存在着效率低，噪音大等问题。而随着对水下作业要求的提高亟需一种新型的进行高效推进方式。
[0003]水母，乌贼等生物，依靠喷水推进这一功能特点在水下移动，喷水推进是一种特殊的推进方式，相较于螺旋桨推进具有噪声小，适应工况能力强，机械结构简单寿命长，抗空泡性能良好，周围流场稳定，高速工况下推进效率较高等优点，在一些领域已得到应用。虽然其相对于螺旋桨推进有诸多优势，但仍存在低速工况下推进效率不足的问题；
[0004]涡环是一种常见的流体现象，如烟圈或者水中的气泡等，是一片旋转的流体区域在相同或不同的周围流体中运动形成的一种圆环状的涡流。科学家观测到许多水中生物游动时，后面会形成一系列的涡环，这些涡环在它们的推进机理中起着重要的作用。水中生物是将自身能量传递给周围的水引起的反冲作用实现推进的，而为了达到推进的最高效，周围的水都会以涡环结构形式存在，以尽可能多的带走水的质量和冲量。实验表明，涡环对质量和动量的输送能力要大于等量的直流液体。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于经过研究水母产生涡环的原理，提出一种仿生的水下推进器，以提高现有喷水推进器的效率，降低能耗。
[0006]本项目涉及到水母产生涡环的原理
[0007]研究表明，水母体腔内的水向后喷出时并不是直线喷射，而是在周围流体的作用下形成涡环结构，其形态为漩涡向后翻卷成的一个三维环状结构，当水母的伞体收缩时，会形成一个环状的启动涡环，其周围的流体受到诱导一起运动，带动水母向前推进。而当收缩动作完全发生之后，涡环充分发展，从水母身体边缘脱离。而在舒张的过程中则形成相反方向的停滞涡环。而在下一次收缩开始的时候，停滞涡环诱导水流流入水母腔体内，其中部分于启动涡环合并侧向喷出，从而在反作用下使水母被推动前进。
[0008]涡流环对质量和动量的输送作用要大于等量的直线射流液体，涡流环形态的不同将会影响其推进效率。当水母在静止流场喷水时，对涡环结构造成影响的是涡环形成数L/D，其中L为喷射流体长度，D为喷口直径。当涡环形成数较大时，会在主涡环后形成一系列二次涡流，而当涡环形成数较少时，会形成单个环量较大的主涡环，此涡环推进效率较高，喷射获得的推进力也较大。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种仿生水母的涡环推进式航行器，其特征在于：包括
[0011]航行器本体，为整个航行器的承载构件；
[0012]喷水推进模块，设于航行器本体尾部，用于提供航行动力；
[0013]所述喷水推进模块包括固定支撑板、移动喷水板、环形分布设置于固定支撑板和移动喷水板之间的若干弹性片、包裹在所有弹性片外的弹性膜以及用于改变固定支撑板、移动喷水板之间距离的压缩装置，所述弹性膜两端分别与固定支撑板、移动喷水板密封相连以形成可变体积弹性腔，所述固定支撑板中部设有与可变体积弹性腔内连通的喷水口；
[0014]所述压缩装置启动时用于驱动移动喷水板以轴向线性运动方式靠近固定支撑板，环形分布的弹性片两端受到挤压后中部径向向外挤压弹性膜，使得可变体积弹性腔中部径向向外膨胀，从而增大腔体体积，从喷水口吸水；
[0015]所述压缩装置停止时，在弹性片和弹性膜的恢复弹力作用下可变体积弹性腔内的水快速挤压，从喷水口喷出，产生涡流环，实现喷水推进。
[0016]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0017]本专利技术为仿生水母的水下涡环推进式航行器，通过动力机械的方式模拟水母喷水动作，开辟了新的喷水推进器工作模式，大大提高了喷水式推进器的推进效率。相比于传统螺旋桨推进噪音更小，无空泡，能量利用率更低，能够在水下特种作业。
附图说明
[0018]图1是本专利技术仿生水母的涡环推进式航行器总体图。
[0019]图2是去掉部分弹性膜的喷水推进模块示意图。
[0020]图3是去掉部分弹性膜和弹性片的推进模块示意图。
[0021]图4是去掉喷水推进模块的涡环推进式航行器示意图。
[0022]1‑
航行器本体，101
‑
主承力板，102
‑
侧板，103
‑
缺口，104
‑
角钢连接件，105
‑
防水仓固定件，106
‑
推进模块连接件，2
‑
喷水推进模块，21
‑
固定支撑板，211
‑
支撑悬臂，22
‑
移动喷水板，221
‑
喷水口，222
‑
支撑臂，23
‑
弹性片，24
‑
压缩装置，241
‑
压缩电机，242
‑
齿条，243
‑
齿轮，244
‑
滑槽，245
‑
滑条，246
‑
电机固定套筒，25
‑
弹性膜，3
‑
方向控制模块，301
‑
鱼鳍板，302
‑
舵机，4
‑
主控模块，5
‑
浮力舱，6
‑
防水仓。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0026]如图1所示，一种仿生水母的涡环推进式航行器，包括
[0027]航行器本体1，为整个航行器的承载构件；
[0028]喷水推进模块2，设于航行器本体1尾部，用于提供航行动力；
[0029]所述喷水推进模块2包括固定支撑板21、移动喷水板22、环形分布设置于固定支撑板21和移动喷水板22之间的若干弹性片23、包裹在所有弹性片2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生水母的涡环推进式航行器，其特征在于：包括航行器本体，为整个航行器的承载构件；喷水推进模块，设于航行器本体尾部，用于提供航行动力；所述喷水推进模块包括固定支撑板、移动喷水板、环形分布设置于固定支撑板和移动喷水板之间的若干弹性片、包裹在所有弹性片外的弹性膜以及用于改变固定支撑板、移动喷水板之间距离的压缩装置，所述弹性膜两端分别与固定支撑板、移动喷水板密封相连以形成可变体积弹性腔，所述固定支撑板中部设有与可变体积弹性腔内连通的喷水口；所述压缩装置启动时用于驱动移动喷水板以轴向线性运动方式靠近固定支撑板，环形分布的弹性片两端受到挤压后中部径向向外挤压弹性膜，使得可变体积弹性腔中部径向向外膨胀，从而增大腔体体积，从喷水口吸水；所述压缩装置停止时，在弹性片和弹性膜的恢复弹力作用下可变体积弹性腔内的水快速挤压，从喷水口喷出，产生涡流环，实现喷水推进。2.根据权利要求1所述的涡环推进式航行器，其特征在于：所述可变体积弹性腔中部截面大于两端的截面，使得所述可变体积水腔的初始状态为橄榄型腔。3.根据权利要求2所述的涡环推进式航行器，其特征在于：所述喷水推进模块的涡环形成数E为2
‑
5，涡环形成数E＝(4V)/(πD3)，D为移动喷水板上喷水口直径D，V为喷水推进模块每次动作时喷出水的体积。4.根据权利要求3所述的涡环推进式航行器，其特征在于：所述弹性片为弹性钢片或者环氧树脂弹性片。5.根据权利要求3所述的涡环推进式航行器，其特征在于：所述压缩装置为线性运动机构，为气缸、电动推杆、丝杆螺母机构、齿轮齿条机构中的任意一种。6.根据权利要求5所述的涡环推进式航行器，其特征在于：所述压缩装置为齿轮齿条机构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李益兵，王智博，黄鑫同，邢家琦，周霖，余景乐，龚艺潇，刘冰瑾，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：