[發明專利]仿烏賊型水下探測器

有效

• 申請號: 201210181940.6
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102700694A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 金家楣;王亮;楊穎;張建輝
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種水下探測機器人，具體是一種仿烏賊型水下探測器。

背景技術

烏賊是一種軟體動物，依靠噴射和鰭波動的復合推進方式來實現巡游。在高速巡游狀態下，烏賊的推進方式以高推力噴射為主，鰭波動為輔，可實現快速加減速，并在受攻擊狀態下迅速逃脫；當處于低速游動狀態時，烏賊主要依靠鰭波動的推進方式，其中鰭波動推進方式可分為鰭尾緣動作曲線呈“~”形的基于阻力的推進和鰭尾緣動作曲線呈“∧”形的基于升力的推進，而基于阻力的推進方式在烏賊低速游動時效率最高。

烏賊特殊的復合游動方式對于人類探索未知的海洋世界具有重要的借鑒和引導意義。本發明模仿烏賊在低速巡游狀態下依靠基于阻力推進的鰭波動方式，提出一種在非軸對稱結構體上形成行波傳動的方法，設計一種仿烏賊型水下探測器。

發明內容:

本發明旨在發明一種仿烏賊型水下探測器，具有結構簡單、噪音低、重量輕、隱身效果好、效率高、運動靈活等特點。

本發明采用的技術方案是：

一種仿烏賊型水下探測器，包括骨架、蒙皮以及探測器件，所述的骨架包括至少5組振動梁，每組振動梁包括上梁、下梁、壓電疊堆以及固定螺栓，所述的壓電疊堆設置在上梁和下梁之間，在壓電疊堆兩側設置所述的固定螺栓用于固定連接所述的上梁和下梁；所述的蒙皮包括上表面蒙皮、下表面蒙皮和前端蒙皮，其中上表面橡膠蒙皮粘貼在上梁的上表面，下表面橡膠蒙皮粘貼在下梁的下表面，同時上表面蒙皮和下表蒙皮在前端位置與前端蒙皮粘貼在一起；所述的探測器件設置在骨架的前端振動梁上；在所述的每組振動梁的壓電疊堆上施加振幅和頻率相同的交流信號，且相鄰兩組振動梁上的交流信號相位差為90°。

所述的振動梁從前端向后端長度和截面面積依此遞減。

在所述的骨架的前端振動梁上設置有一功能裝置，所述的探測器件固定在所述的功能裝置上。

所述的骨架為非金屬材料制成。

本發明公開的仿烏賊型水下探測器，利用壓電疊堆的逆壓電效應產生伸縮變形激勵梁做彎曲振動，使得梁沿著長度方向的截面上的質點以截面中心線為原點作往復運動，不同長度處的截面質點的振幅不同。根據需要，調節壓電疊堆的激勵頻率可以實現梁的不同階數的彎曲振動。在壓電疊堆的變形方向設置上梁和下梁，充分利用壓電疊堆的軸向變形，實現單驅動、無固支、雙梁同步彎曲振動。將若干組長度和截面積依次遞減的雙梁結構依次排列一起構建與烏賊的外套膜形狀相似的水下探測器骨架，保證在每組雙梁結構上設置的壓電疊堆均能使上、下梁激勵出相同的振動模式。根據振動梁兩端自由的條件，它的固有振型和頻率與梁的長度、截面積相關，要保證任意一個梁組均具有相同的振動頻率和振型，應使梁的長度與截面積同時減小。將上、下表面橡膠蒙皮按照骨架的形狀設計并粘貼在骨架的上下表面，形成水下探測器的外套膜。以五組振動梁作為一個例子，分別施加sin、cos、-sin、-cos、sin的電信號，它們之間的相位差分別為90°，從骨架的兩端面觀測振動梁的運動呈現行波傳動，組成一個完整的行波。上、下表面橡膠蒙皮隨著振動梁的運動也做行波傳動，即一組又一組的行波接連不斷地在上、下表面橡膠蒙皮上運動，因此上、下表面橡膠蒙皮與水作用時，對水產生一個與行波傳動方向相同的力，因此水對上、下表面橡膠蒙皮產生一個反作用力推動著探測器向前運動。而烏賊的鰭推進方式與行波傳動相同，因此本發明的水下探測器的上、下表面橡膠蒙皮相當于烏賊的鰭。前端橡膠蒙皮采用流線型的結構并粘貼在前端振動梁的前側面，同時與上、下表面橡膠蒙皮粘貼在一起，最大程度的減少在水中運動所受的水的阻力。探測器件包括功能裝置和若干觸角，其中功能裝置安裝在前端橡膠蒙皮上，主要用來安裝驅動器、探測器和控制器；而觸角設置在功能裝置前端，包含工作需求的若干傳感器。

本發明具有以下特點：本發明利用壓電疊堆的共振或非共振模式來驅動振動梁彎曲振動，使上、下表面橡膠蒙皮沿著一個方向做行波運動，實現了非軸對稱結構上的行波傳動，并與烏賊依靠鰭低速游動的方式一致，具有結構簡單、噪音低、重量輕、效率高、運動靈活等優點；其次，利用非金屬材料作為結構件的材質，可以使得探測器在水中實現隱身效果。

附圖說明：

圖1是仿烏賊型水下探測器的示意圖。

圖2是單組梁的結構示意圖。

圖3是雙梁在一個周期內的振動情況。

圖4?是一組梁列的結構示意圖。

圖5是仿無賊型探測器的主體結構示意圖。

圖6是一組梁列的截面示意圖。