本发明专利技术涉及船舶的一种结构，特别是涉及船舶航行的推进方式的革新。仿生机器鱼船舶推进结构，包括仿生机器鱼，其特征在于；在外船体的底部，排列配置多个仿生机器鱼。所述多个仿生机器鱼，其中位于左右两侧的为转向仿生机器鱼(1)，其余位于中间的为推进仿生机器鱼(2)。所述推进仿生机器鱼(2)为鱼尾(a)部分可左右两侧来回摆动的推进结构，中部有两个上下中空的连接体(b)与船体连接；所述转向仿生机器鱼(1)是在推进仿生机器鱼(2)的尾部配置可旋转360度的螺旋桨(e)结构，中部有一个连接体(b)与船体连接，尾部多关节不摆动。本发明专利技术颠覆了传统螺旋桨推进方式，利用仿鱼尾摆动方式推进，具有水下多体推进、噪声低、环保、对海洋生物无危害等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶的一种结构，特别是涉及船舶航行的推进方式的革新。
技术介绍
鱼类和鲸类等哺乳动物的游动方式具有高速、高效、灵活、低噪等特点，既可以在持久游速下保持低能耗、高效率，也可以在拉力游速或爆发游速下实现高机动性。依靠尾和鳍的协调摆动，一方面，普通鱼类的游动推进效率可达80%以上，鱼参科鱼类的推进效 率超过90%，而普通的推进器的平均效率只有40 50%;另一方面，海豚可轻易地以20节的速度跟随船只游弋，黄鳍鲔鱼的速度可达40节，接近每小时80公里；而梭子鱼更可以用20g的加速度迅速起动来掠取猎物。鱼类在水中运动的完美性吸引生物学家研究鱼类的运动机理，机器人学者则希望制造出和真鱼一样的人工机器鱼。近年来仿生水下机器人技术已经成为重要研究方向之一，它基于仿生学原理，通过对鱼类游动机理的研究，利用机械结构、电子设备和功能材料来卡发模仿鱼类的操纵和推进方式，并将其应用于水下机器人。对水下机器人的研究主要分两个方面，一是对机器鱼本身的研究，主要是其推进及摆动方式研究；二是对机器鱼的水动力研究。对机器鱼的推进及摆动方式研究已有较大成果，例如摆动式柔性关节的仿生机器鱼(申请号200520068383. 2)，波动仿生机器鱼(申请号200610051785. 0)，仿鱼尾推进系统的机械传动装置(申请号200520020571. 8)，这些装置的动力源均为电机，需要使用运动机构，因此带来振动、噪声机械损耗等问题，同时不可避免密封的问题。还有一种技术为电磁驱动多关节仿生鱼尾推进装置(申请号200710072620. 6)，这种推进装置不需要电机，而采用永磁体产生的电磁场使鱼尾摆动，它具有结构简单、噪声低、震动小，不需要动密封等优点。对机器鱼研究的另外一个方向是水动力性能研究，对于以鱼参科模型和月牙尾推进的情形，波状摆动主要集中于后体，而后体段逐渐缩小形成尾柄，然后连接展长较大的尾鳍，波幅剧烈增大.基于线化理论的解体方法已不能处理，研究主要用实验方法.典型的工作是MIT的Traintafyllow等有关水翼(二维翼剖面)作的摆动的实验，表明在一定的频率、振幅等参数组合下，推进效率可以接近90%;他们还用物体在摆动水翼前产生尾涡以模拟鱼身的尾迹，表明了摆动尾鳍可利用这些旋涡，进一步提高推力和推进效率，使得人们对鱼类的高效推进机理的认识提高了一大步。对于急剧激动，如爆发启动、快速转弯的鱼类，也有了一些研究Wolfgang等人1999年用DPIV方法的流动显示方法，显示了产生快速机动时伴随有体涡与尾鳍的相互作用。1996年MIT的Barrett等对摆动鱼体的减阻进行了研究，他们对自行研制的一条实验用的6由度仿生机器鱼在水槽中进行了拖曳实验。测试了阻力降低的效果对于五个参数(即相位角，波长，冲击角，尾迹宽度，Strouhal数)的变化所受的影响，证明阻力降低对两个因素敏感，一个是身体的波动速度超过运动速度U ;另一个是Stixmhal数只能在一定范围内(0.12 — 0.35)运动。在一定条件下，阻力最大可以降低约70%。他们同时运用数字仿真对流场进行了仿真，得到许多有用的结果，对鱼体游动机理的实验和理论研究有着非常重要的意义。船舶通常使用常规螺旋桨作为推进方式，常规螺旋桨存在能耗高、综合效率低、噪音大等缺点，对于豪华邮轮等对舒适性要求较高的船舶，这样的缺陷尤为突出，使得船舶的推进方式急需改进，如何将仿生鱼的先进技术应用在船舶上，是摆在船舶科技工作者面前富有挑战性的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是将仿生先进技术应用在船舶上，提供一种仿生机器鱼的船舶推进结构，以增大船舶在水中的推进力，加快行速，减少和节省能耗。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现 仿生机器鱼船舶推进结构，包括由前部为燃料舱，中部为连接系统，尾部为多关节鱼尾推进系统三部分组成的仿生机器鱼，其特征在于； 在外船体的底部，排列配置多个仿生机器鱼。进一步，所述多个仿生机器鱼，其中位于左右两侧的为转向仿生机器鱼，其余位于 中间的为推进仿生机器鱼。进一步，在外船体的底部排列配置大于8个仿生机器鱼，其中位于左右两侧，前后各I个，合计4个为转向仿生机器鱼，其余位于中间大于4个的为推进仿生机器鱼。再进一步，所述推进仿生机器鱼为鱼尾部分可左右两侧来回摆动的推进结构，中部有两个上下中空的连接体与船体连接； 所述转向仿生机器鱼是在推进仿生机器鱼的尾部配置可旋转360度的螺旋桨结构，中部有一个上下中空的连接体与船体连接，尾部多关节不摆动。再进一步，各推进仿生机器鱼位于外船体底部的菱形网格交点，菱形的前后夹角为40至20度，菱形的边长为I一3个推进仿生机器鱼长度。再进一步，转向仿生机器鱼的长度为推进仿生机器鱼长度的0. 5-0. 8倍。再进一步，所述推进仿生机器鱼的长度为55米，最宽处宽度为12. 5米，最高处高度为9米； 所述转向仿生机器鱼的长度为27米，最宽处宽度为6米，最高处高度为4. 5米。再进一步，所述转向仿生机器鱼的外侧有可伸缩的减摇鳍。采用本专利技术技术方案仿生机器鱼船舶推进结构，多个推进仿生机器鱼由鱼尾作为推进系统，通过鱼尾的摆动为船舶提供前进动力；两侧的转向仿生机器鱼尾部装有螺旋桨，可360度回转，能为船舶倒驶、转向提供动力；各仿生机器鱼与水面以上船体连接部分，每个推进仿生机器鱼有两个中空连接体与船体连接，每个转向仿生机器鱼有一个中空连接体与船体连接，可保证连接线路以及人员的上下走动，同时保证了刚性强度；仿生机器鱼群驱动可用智能控制系统进行控制，用于驱动鱼尾摆动，并根据鱼体表明的感应体传达的波压发出控制指令，使鱼群的摆动有条不紊。推进仿生机器鱼鱼体的尺寸一致，两侧转向仿生机器鱼鱼体的尺寸一致，转向仿生机器鱼鱼体的长度尺寸、体积小于推进仿生机器鱼的鱼体，所有仿生机器鱼鱼体的总排水量足以提供水面以上的船体所需的浮力。多个推进仿生机器鱼以菱形风格的形式错开分布，按本专利技术限定的几何长度距离配置，根据研究和试验表明，这样的分布有利于减小仿生机器鱼群的阻力，提高推进效率。推进仿生机器鱼的鱼尾为仿生鱼尾，由多关节结构组成，各关节段部可以·装磁铁，通过永磁体的磁极变化使其左右摆动，端部为月牙形尾鳍，前2/3部分为刚体，内部放置驱动鱼尾摆动的永磁体，可参照电磁驱动多关节仿生鱼尾推进装置(申请号200710072620. 6)，从而使鱼尾的摆动幅度和频率得到调节。转向仿生机器鱼的内部，即配置成本专利技术的多个鱼群所处一侧的外侧有可伸缩的减摇鳍，内有驱动螺旋桨的电机，当船舶需要较好的平衡时，减摇鳍伸出，当船舶在平静海域航行时，减摇鳍可收回。本专利技术根据鱼群减阻的仿生学原理，对船舶水下部分采用多体鱼推进方式，这种水下多体鱼群推进系统，包括水下部分推进仿生机器鱼和两侧的转向仿生机器鱼，鱼体通过刚性中空链接结构与水面以上船体链接，通过位于水面以上甲板内的鱼群控制驱动系统进行驱动控制鱼群的游动。如今的计算机控制技术，根据航行需要和海面情况控制推进仿生机器鱼和转向仿生机器鱼的动作已是一项很成熟的可行技术了。本专利技术的有益效果是本专利技术颠覆了传统螺旋桨推进方式，利用仿鱼尾摆动方式推进，对以往研究成果进行组合基础上进行创新设计，使其可用于大型船舶，具有高效率、噪声低、环保、对海洋生物无本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.仿生机器鱼船舶推进结构，包括由前部(d)为燃料舱，中部(c)为连接系统，尾部(a)为多关节鱼尾推进系统三部分组成的仿生机器鱼，其特征在于；在外船体的底部，排列配置多个仿生机器鱼。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周妍，张桂湘，李俊，刘亿，
申请(专利权)人：上海船舶研究设计院浦东中试基地，
类型：发明
国别省市：
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