一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳的製作方法

2023-12-10 04:50:51 1

本發明涉及一種尾槳，更具體的說是一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳。

背景技術：

目前水面和水下航行器基本採用螺旋槳結構，槳葉曲率固定不變，是效能低的主要原因，會產生較大的噪音和尾渦。魚類和鯨類海洋動物的遊動方式是生物進化史的結晶，具有高效能、高速度、高靈活性，低噪聲各種優點。水面航行器和水下潛航器如果採用仿生魚尾水下推進技術，就可以做到高效能，靈活低噪的效果。

目前仿魚尾推進有多種方式，例如發明名稱為仿生機器魚的柔性推進機構申請號2004100536602，該專利採用兩個電機分別拉緊和放鬆魚尾鰭兩側的鋼絲繩來控制魚尾的柔性擺動。缺點是傳動剛性不足，力矩輸出羸弱，動作粗拙，難以控制，無法用於較大型艇體結構。

發明名稱為一種仿魚尾推進系統的機械傳動裝置申請號2005200205718，

該專利採用電機驅動蝸輪蝸杆副，繼而帶動偏心輪、滑動框架、拉杆，帶動l型擺杆擺動，同時固定半齒輪又迫使傳動齒輪組帶動擺杆轉動，擺杆末端有彈簧片和尾鰭，形成具有3個自由度絞鏈軸的柔性擺動。這種結構的缺點是擺動節點只有2個，剛性動作單一僵硬。

發明名稱為電磁驅動多關節仿生魚尾推進裝置申請號2007100726206)，該專利採用縱向骨材、橫向骨材，並分為多節，連接軸連接，這種結構的缺點是柔性有餘，剛性不足，很難用於實際應用；還有動力多節點結構，每個自由度節點安裝一個舵機，一般要3個以上自由度節點，安裝3個舵機，勢必造成結構複雜，動作協調難度提高的缺點。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳，能夠逼真地仿生海洋動物和魚類的遊動方式，提高傳動效率，降低噪音；並且扭簧串自由度節點的數量可以任意設計，不僅可以模擬金槍魚等鯵科模式的遊動機理，還可以模擬鰻魚等鰻鱺模式遊動機理；扭簧串結構極為簡單，易於加工製造。

為解決上述技術問題，本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳包括安裝板、扭力簧串、尾體和尾鰭，所述扭力簧串的一端固定連接在所述安裝板的一端，所述扭力簧串的另一端固定連接有所述尾鰭，所述扭力簧串包裹有所述尾體。

作為本發明的進一步優化，本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的扭簧串仿生魚尾槳還包括動力箱和驅動軸，所述動力箱由控制器、電源、電機和減速器組成，所述電源的輸出端連接著控制器和電機的電源端，所述電源給控制器和電機供電，所述控制器的輸出端連接著所述電機的輸入端，所述電機的輸出軸連接著所述減速器的輸入端，所述減速器的輸出端連接著所述驅動軸的一端，所述驅動軸的另一端與所述安裝板的另一端固定連接。

作為本發明的進一步優化，本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的扭力簧串由單根彈簧鋼絲或鋼管制成。

作為本發明的進一步優化，本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的扭力簧串由首段圓圈狀的安裝孔、多個扭簧節點和末段圓圈狀的安裝孔組成，所述首段圓圈狀的安裝孔固定在安裝板上，所述末段圓圈狀的安裝孔固定在尾鰭上，所述扭簧節點依次連接在首段圓圈狀的安裝孔和末段圓圈狀的安裝孔之間，從首段到末端，扭簧節點的扭簧直徑逐漸加大或者扭簧圈數逐漸增加，所述扭力簧串為一體結構。

作為本發明的進一步優化，本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的尾體由柔性材料製成。

本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳的有益效果為：

1.用扭簧串仿生魚尾槳取代現有船艇的螺旋槳推進方式，充分發揮船艇動力資源，高效能輸出力矩，逼真地仿生海洋動物和魚類的遊動方式，從而獲得魚類遊動的速度和效能；要達到魚類遊動效果，必須具有多個自由度節點，使用扭簧做為節點比較理想，相對於舵機作為節點，更為簡單可靠，扭簧可以儲存和釋放能量，產生鞭狀擺動動作，逼真地模擬了魚類的遊進動作。

2.本發明中採用了新穎的剛性呈梯度變化的扭簧串結構，扭簧串模仿出了魚腰魚尾的肌肉功能；本發明可根據船艇結構大小需要，設計任意多個扭簧節點，從扭簧串首段到末端每個扭簧節點剛度不同，遞減排列；動力輸出連接扭簧串首端，扭簧串末端連接尾鰭。

3.本發明採用的扭簧串結構優勢明顯，自由度節點的數量可以任意增減設計，不僅可以模擬金槍魚等鯵科模式的遊動機理，還可以模擬鰻魚等鰻鱺模式遊動機理；扭簧串使用單根任意截面的彈簧鋼絲或鋼管彎曲加工製造；扭簧串結構極為簡單，易於加工製造；扭簧串為純機械結構可以用於重載荷，大型船艇和潛器。

4.本發明採用的步進電機或伺服電機由電腦晶片編程控制，步進電機驅動扭簧串尾體往復擺動，實現仿真魚遊動時的折腰，甩尾，轉向動作；步進電機軸轉動時，由於整個尾體尾鰭收到水的阻力，扭簧串第一個扭簧節點受力最大，首先屈服達到一定角度時，第二個扭簧節點開始屈服，依次傳遞到各個扭簧節點，尾體呈現鞭狀運動，由於分布在尾體各個節點上扭簧的作用力，尾體各段都能產生推進力；控制軸擺動的速度和角度，就可以實現加速，減速，轉彎變向各種動作。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方法對本發明做進一步詳細的說明。

圖1為本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳的結構示意圖。

圖2為本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳的安裝板、扭力簧串和尾鰭的安裝示意圖。

圖3為本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳的工作示意圖。

圖4-9為本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳的工作過程示意圖。

圖10為本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳的動力箱的結構示意圖。

圖中：船艇1、動力箱2、驅動軸3、安裝板4、扭力簧串5、尾體6和尾鰭7。

具體實施方式

下面結合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10說明本實施方式，本發明一種適用於船艇的扭簧串仿生魚尾槳能夠逼真地仿生海洋動物和魚類的遊動方式，提高傳動效率，降低噪音；並且扭簧串自由度節點的數量可以任意設計，不僅可以模擬金槍魚等鯵科模式的遊動機理，還可以模擬鰻魚等鰻鱺模式遊動機理；扭簧串結構極為簡單，易於加工製造。

該扭簧串仿生魚尾槳包括安裝板4、扭力簧串5、尾體6和尾鰭7，所述扭力簧串5的一端通過焊接或螺栓連接等方式固定連接在所述安裝板4的一端，所述扭力簧串5的另一端通過焊接或螺栓連接等方式固定連接有所述尾鰭7，所述扭力簧串5包裹有所述尾體6。所述的尾體6由柔性材料製成，能夠彎曲，並且尾體6的面積可以影響推力的大小。

所述的扭簧串仿生魚尾槳還包括動力箱2和驅動軸3，所述動力箱2由控制器、電源、電機和減速器組成，所述電源的輸出端連接著控制器和電機的電源端，所述電源給控制器和電機供電。電源可以是電池，發電機或其他可以提供電力的設備。所述控制器的輸出端連接著所述電機的輸入端，所述電機的輸出軸通過聯軸器連接著所述減速器的輸入端，所述減速器的輸出端通過聯軸器連接著所述驅動軸3的一端，所述驅動軸3的另一端與所述安裝板4的另一端通過焊接或銷連接等方式固定連接。電機採用步進電機或伺服電機，電機驅動扭簧串尾體往復擺動。控制器用於控制電機的轉動狀態，包括轉速、轉向、啟停等，控制器可以根據電機型號選用市場上已有的步進電機控制器或伺服電機控制器。

所述的扭力簧串5由單根彈簧鋼絲或鋼管制成，扭力簧串5由首段圓圈狀的安裝孔、多個扭簧節點和末段圓圈狀的安裝孔組成，所述首段圓圈狀的安裝孔固定在安裝板4上，所述末段圓圈狀的安裝孔固定在尾鰭7上，所述扭簧節點依次連接在首段圓圈狀的安裝孔和末段圓圈狀的安裝孔之間，從首段到末端，扭簧節點的扭簧直徑逐漸加大或者扭簧圈數逐漸增加，形成扭簧串各節點扭力矩逐漸減小的排列，所述扭力簧串5為一體結構。

動力箱2可以直接外掛在船艇1後舷上，驅動軸3及整個魚尾槳置放後舷外水下。動力箱2控制扭力簧串5擺動，從而推動船艇1前進。

工作時，動力箱2的驅動軸3向一側轉動一定角度，由於扭力簧串的整體受水的阻力作用，靠近驅動軸3的第一個扭簧節點受力最大，首先屈服，節點彎曲一定角度，第一個扭簧儲能，隨後第二個扭簧節點開始屈服，節點彎曲一定角度，第二個扭簧儲能，依次第三、四、五個扭簧節點屈服，節點彎曲一定角度，第三、四、五個扭簧儲能，扭簧串魚尾彎成弓形轉動向後側方推水，產生反作用力，使船體獲得前進力。

參看圖4-9扭力簧串5工作順序示意圖，圖4顯示，動力箱2的驅動軸3向一側轉動一定角度後，停止並反向轉動，此時，圖5顯示，扭力簧串5第一個扭簧節點釋放彈簧能並反方向扭轉屈服，帶動第二個扭簧節點仍繼續按原方向轉動一定距離，然後第二個扭簧節點也釋放彈簧能並反方向扭轉屈服，帶動第三個扭簧節點仍繼續按原方向轉動一定距離，圖6顯示，然後第三個扭簧節點也釋放彈簧能並反方向扭轉屈服，依次類推圖7、8、9顯示下一組反轉動作，在水的阻力作用下，扭力簧串5整體呈現鞭狀運動狀態，驅動軸3反覆擺動，尾體6和尾鰭7反覆扭曲向側後方推水，產生反作用力，使船體獲得前進力；在連續遊進中，扭力簧串5沿正弦曲線軌跡運動，逼真地模擬了魚類的遊動方式。

當然，上述說明並非對本發明的限制，本發明也不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬於本發明的保護範圍。