[發明專利]仿生尾鰭與噴水一體化的復合式推進器

有效

• 申請號: 202210110165.9
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114516395B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 段慧玲;周旭;李宏源;呂鵬宇;曹禹凡
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63H11/04;B63H25/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開有關于一種仿生尾鰭與噴水一體化的復合式推進器，包括柔性仿生尾鰭、噴水推進系統和一體化控制系統，其中所述柔性仿生尾鰭與所述噴水推進系統采用一體化設計，所述柔性仿生尾鰭作為所述噴水推進系統的出水口和舵，同時實現快速移動和高效回轉；所述一體化控制系統，用于綜合處理任務信息和傳感器感知的流場信息，并根據綜合處理任務信息和傳感器感知的流場信息進行反饋，切換復合式推進器的推進模式及匹配速度，增強自主化航行性能。本公開的復合式推進器兼顧了仿生尾鰭推進和噴水推進的技術優勢，通過特殊的一體化組合設計，使其兼具聲隱蔽性和快速性，可應用于各類在水下和水面往復機動的跨介質航行器等，具有廣泛的應用場景。

技術領域

本公開涉及水中推進裝置，尤其涉及一種仿生尾鰭與噴水一體化的復合式推進器。

背景技術

現代螺旋槳被發明已有約200年，至今仍然是水面艦船、水下潛艇及其他各類涉水航行器最常用的推進方式。盡管螺旋槳設計技術在很多方面都已經逐漸成熟，但因受限于其推進形式本身，無可避免地會產生大量的機械能損耗，影響推進效率，且高速推進時會產生空化，產生巨大的噪聲。隨著對航行器性能要求的不斷提高，常規的螺旋槳推進器越來越無法滿足實際工程需求。

噴水推進是一種利用反沖作用力推進的新型推進形式。與螺旋槳相比，噴水推進抗空泡的能力強，且高航速時效率更高，是世界各國近年來爭先發展和應用的一種推進形式。然而，單獨的噴水推進形式在低航速時效率很低，且產生的推力矢量化程度低，轉彎等操作不靈敏，具有技術上的局限性。

隨著材料技術的不斷發展，利用柔性結構代替剛性結構實現推進成為可能。自然界中的大多數魚類，都是通過尾鰭擺動進行推進。這種推進方式具有效率高、噪聲低、回轉性好等優點，但高度航行所需要的擺動頻率過高，可靠性較差。

自主水下航行器(AUV)等多種無人水下航行器(UUV)、潛艇及水-空跨介質航行器等高性能海洋裝備因其各自不同的任務特性，往往需要在水下和水面往復機動，并兼顧快速性、聲隱蔽性和可操縱性，因此亟需發展新型高性能推進器。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本公開的主要目的在于提供仿生尾鰭與噴水一體化的復合式推進器。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本公開采用的技術解決方案如下：

一種仿生尾鰭與噴水一體化的復合式推進器，該復合式推進器包括柔性仿生尾鰭、噴水推進系統和一體化控制系統，其中：所述柔性仿生尾鰭與所述噴水推進系統采用一體化設計，所述柔性仿生尾鰭作為所述噴水推進系統的出水口和舵，同時實現快速移動和高效回轉；所述一體化控制系統，用于綜合處理任務信息和傳感器感知的流場信息，并根據綜合處理任務信息和傳感器感知的流場信息進行反饋，切換復合式推進器的推進模式及匹配速度，增強自主化航行性能。

上述方案中，所述柔性仿生尾鰭包括尾鰭1、剛性圓管2、流道3、傳動機構4和第一電動機5，其中：所述尾鰭1采用柔性材料，承接于所述剛性圓管2的后方，所述尾鰭1的中心設置所述流道3，且所述流道3與所述剛性圓管2連通，以供水流通過；所述剛性圓管2通過所述傳動機構4與所述第一電動機5相連接，所述剛性圓管2在所述第一電動機5的帶動下使所述尾鰭1往復擺動，所述尾鰭1通過往復擺動單獨為航行器提供推進動力以及控制方向。

上述方案中，所述柔性仿生尾鰭還包括尾部收縮段15，該尾部收縮段15采用柔性材料與所述尾鰭1相連接，但不會限制所述尾鰭1的擺動。