電機驅動水翼仿生推進器的製作方法

2023-05-20 20:04:26

專利名稱：電機驅動水翼仿生推進器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於船舶或其它水上交通工具的推進裝置，特別 涉及一種能將水艙內水體晃蕩激勵轉換為水翼推進力的仿生推進裝置。
背景技術：
在海洋運輸、海洋環境調査、海底資源勘探、海洋軍事，乃至未來深海 空間站等眾多工程技術領域，都需要高效、性能優異的水上及水下航行器。 而魚類擺尾式推進模式具有推進效率高、對環境擾動小、噪音低等優異性能， 是目前各式推進系統所無法比擬的，為高效率、低噪聲、高機動性、高穩定 性和易隱蔽的航行器的推進系統提供新的思路。
本申請人在2006200780748的專利文件中已公開了一種人力推進仿生水 翼航行器，它包括航行器艙體、航行器艙體中的激勵水艙、後垂直支柱、前 垂直支柱，後水翼、前水翼，還包括前、後水翼的彈性阻尼迴轉復位裝置。 航行器啟動時，站在甲板上的操縱者只需輕搖一下航行器，給激勵水艙內液 體一個初始擾動，然後操縱者只要隨著液艙的晃動周期不斷搖晃就可以保持 對液艙的一個周期性激勵，帶動前、後水翼作上下運動，通過水翼的升沉和 縱搖運動來產生推力，推動水翼航行器前進。
但是，該人力推進仿生水翼航行器的前、後水翼的復位是依靠扭簧的彈 性力，由於扭簧的彈性力的關係導致前後水翼變換的自身的攻角不大，該航 行器所獲得的推力不是很大，此外，完全依靠人力推進，水翼航行器前進的 動力較小。 實用新型內容針對現有的人力推進仿生水翼航行器前後水翼變換的自身攻角不大，人 力推進動力較小的缺陷，本實用新型提出一種電動-激勵水艙聯合驅動水翼擺 動的仿生推進裝置。
本實用新型通過以下技術方案予以實現
一種電機驅動水翼仿生推進器，包括底板、電機減速裝置、曲柄滑塊裝 置、激勵水艙、水翼裝置、水艙支架、水艙水翼連接裝置、船體、外罩；所 述底板位於船體的上部；所述電機減速裝置包括電機、減速箱，該電機減速 裝置設置在底板上，所述減速箱通過帶傳動與電機軸銜接；所述曲柄滑塊裝 置包括曲柄、滑塊，所述曲柄的一端與減速箱的輸出軸固定連接，另一端與 滑塊鉸接；所述激勵水艙位於底板的上方，該激勵水艙為密封水艙，其縱剖 面為U形；所述水翼裝置設置在船體的下方；該水翼裝置包括前水翼和後水 翼，所述前水翼和後水翼各由三塊水翼板縱向首尾相接組成；第1心軸沿所 述前水翼的縱向，第2心軸沿所述後水翼的縱向，各自依次穿過前水翼、後 水翼的前端，並與其固定連接；第3心軸沿所述前水翼的縱向，第4心軸沿 所述後水翼的縱向，各自依次穿過前水翼、後水翼的後端，並與其固定連接; 所述水艙支架固定在激勵水艙的底部；所述水艙水翼連接裝置上下連接水艙 框架和水翼裝置。
本實用新型的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現。 所述水艙框架包括位於兩軸承座內側的兩裡縱杆、位於兩軸承座外側的 兩外縱杆、橫杆、滑槽、中心橫杆；所述兩裡縱杆、兩外縱杆與橫杆、滑槽 的兩端固定連接構成一個矩形框架，所述中心橫杆的兩端與所述兩裡縱杆、 兩外縱杆的中點固定連接，該中心橫杆通過軸承與固定在底板中央的兩側的 軸承座鉸接。所述水艙水翼連接裝置，包括兩根前水翼前支杆、兩根後水翼前支杆、 兩根前水翼擺動支杆、兩根後水翼擺動支杆；所述兩根前水翼前支杆和兩根 後水翼前支杆各自的上端與底板固定連接，兩根前水翼前支杆的下端通過軸 承與第1心軸鉸接，兩根後水翼前支杆的下端通過軸承與第2心軸鉸接；所 述兩根前水翼擺動支杆和兩根後水翼擺動支杆各自的上端分別與兩外縱杆的 兩端鉸接，兩根前水翼擺動支杆的下端分別與第3心軸鉸接，兩根後水翼擺 動支杆的下端分別與第4心軸鉸接。
所述滑塊與水艙支架的滑槽構成移動副。
所述前水翼和所述後水翼擺動的頻率為20 40次/分。
與現有的人力推進仿生水翼航行器相比，本實用新型通過電機減速裝置 驅動曲柄旋轉，帶動滑塊在滑槽內來回滑動，從而帶動激勵水艙周期性地縱 搖，再通過水艙水翼連接裝置帶動前、後水翼擺動，利用水翼作周期性地擺 動和激勵水艙的縱搖耦合運動來產生向前的推進力，當水箱內水的運動周期 與水翼升沉縱搖運動的周期一致時，前後兩個水翼能夠產生最大的推進力。 本實用新型結構簡單、傳動效率高、性能可靠，在航行器的啟動、推進效率、 人力消耗等方面創新的效果顯著。
本實用新型的優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明進行 圖示和解釋，這些實施例，是參照附圖僅作為例子給出的。

圖1是本實用新型的結構示意圖。
圖2是圖1的俯視結構示意圖。
圖3是本實用新型的A向放大的結構示意圖。
圖4是水翼擺動的示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1-圖4所示的為本實用新型的一個實施例。
圖1以全剖視的方式展示了本實用新型的結構示意圖，圖2為圖1拆去 外罩9後的俯視結構示意圖。
本實用新型的電機驅動水翼仿生推進器包括底板l、電機減速裝置2、曲 柄滑塊裝置3、激勵水艙4、水翼裝置5、水艙支架6、水艙水翼連接裝置7、 船體8、外罩9。底板1位於船體8的上方，電機減速裝置2設置在底板1的 後部，它包括電機21、減速箱22，該減速箱22通過帶傳動與電機軸銜接。 激勵水艙4位於底板的上方，該激勵水艙4為密封水艙，其縱剖面為U形。 水翼裝置5包括前水翼51和後水翼52，設置在船體6的下方。前水翼51和 後水翼52各由三塊水翼板511縱向首尾相接組成。第1心軸512沿前水翼51 的縱向，第2心軸513沿所述後水翼52的縱向，各自依次穿過前水翼51、後 水翼52的前端，並與其固定連接。第3心軸514沿前水翼51的縱向，第4 心軸515沿所述後水翼52的縱向，各自依次穿過前水翼51、後水翼52的後
端，並與其固定連接。
水艙框架6固定在激勵水艙4的底部，該水艙框架6包括位於兩軸承座 11內側的兩裡縱杆61、 62、位於兩軸承座11外側的兩外縱杆66、 67、橫杆 63、滑槽64、中心橫杆65;兩裡縱杆61、 62、兩外縱杆66、 67與橫杆63、 滑槽64的兩端固定連接構成一個矩形框架，該水艙框架6固定在激勵水艙4 的底部，中心橫杆65的兩端與兩裡縱杆61、 62、兩外縱杆66、 67的中點固 定連接，該中心橫杆65通過軸承68與固定在底板1中央的兩側的軸承座11鉸接。
水艙水翼連接裝置7上下連接水艙支架6和水翼裝置5。水艙水翼連接裝 置7的兩根前水翼前支杆71和兩根後水翼前支杆72各自的上端與底板1固 定連接，兩根前水翼前支杆71的下端通過軸承與第1心軸512鉸接，兩根後 水翼前支杆72的下端分別與第2心軸513鉸接。兩根前水翼擺動支杆73和 兩根後水翼擺動支杆74各自的上端分別與兩外縱杆66、 67的兩端鉸接，兩 根前水翼擺動支杆73的下端分別與第3心軸514鉸接，兩根後水翼擺動支杆 74的下端分別與第4心軸515鉸接。
圖3所示的曲柄滑塊裝置3的曲柄31的一端與減速箱22的輸出軸固定 連接，曲柄31的另一端與滑塊32鉸接，滑塊32與水艙支架6的滑槽64構 成移動副。滑塊32中心與減速箱22的輸出軸中心距離的2倍等於滑槽64上 下擺動的距離。
圖4所示本實用新型的激勵水艙4處於處於船首一端上升，船尾一端下 降的傾斜狀態，此時曲柄滑塊裝置3的曲柄31運轉到下死點的位置。
在圖4中，電機減速裝置2的電機21通過帶傳動驅動減速箱22運轉， 減速箱22的輸出軸帶動曲柄31旋轉，由於曲柄31的另一端與滑塊32鉸接， 因此滑塊32帶動滑槽64下移，固定在激勵水艙4底部的水艙支架6繞軸承 座ll鉸接中心順時針轉動，激勵水艙4處於船首一端上升，船尾一端下降的 傾斜狀態。前水翼擺動支杆73隨著船首一端的激勵水艙4上升，使得前水翼 51繞第1心軸512的軸心逆時針轉動；同時，後水翼擺動支杆74也隨著船尾 一端的激勵水艙4下降，使得後水翼52繞第2心軸513的軸心順時針轉動。 這樣，在電機減速裝置2的驅動下，前水翼51和後水翼52作周期性地相對 擺動，同時，激勵水艙4也作作周期性地縱向傾斜擺動，通過控制前、後的水翼擺動升沉和激勵水艙4縱搖耦合運動提供的激勵力來產生向前的推進力， 在本實施例中，前水翼51和所述後水翼52的擺動的頻率為30次/分。
本實用新型的電機驅動水翼仿生推進器，採用了從魚類尾鰭擺動式推進 模式中抽象出來的水翼升沉縱搖運動作為推進運動，利用U形激勵水艙內液 體晃動所產生的周期性激勵產生的搖蕩力矩和電機驅動的前後水翼的周期性 擺動，帶動水翼進行升沉和縱搖運動，通過水翼的升沉和縱搖運動產生的推 力。
除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式，凡採用等同替換 或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範圍內。
權利要求1.一種電機驅動水翼仿生推進器，包括底板(1)、電機減速裝置(2)、曲柄滑塊裝置(3)、激勵水艙(4)、水翼裝置(5)、水艙框架(6)、水艙水翼連接裝置(7)、船體(8)、外罩(9)；所述底板(1)位於船體(8)的上部；所述電機減速裝置(2)包括電機(21)、減速箱(22)，該電機減速裝置(2)設置在底板(1)上，所述減速箱(22)通過帶傳動與電機軸銜接；所述曲柄滑塊裝置(3)包括曲柄(31)、滑塊(32)，所述曲柄(31)的一端與減速箱(22)的輸出軸固定連接，另一端與滑塊(32)鉸接；所述激勵水艙(4)位於底板(1)的上方，該激勵水艙(4)為密封水艙，其縱剖面為U形；所述水翼裝置(5)設置在船體(6)的下方；該水翼裝置(5)包括前水翼(51)和後水翼(52)，所述前水翼(51)和後水翼(52)各由三塊水翼板(511)縱向首尾相接組成；其特徵在於，第1心軸(512)沿所述前水翼(51)的縱向，第2心軸(513)沿所述後水翼(52)的縱向，各自依次穿過前水翼(51)、後水翼(52)的前端，並與其固定連接；第3心軸(514)沿所述前水翼(51)的縱向，第4心軸(515)沿所述後水翼(52)的縱向，各自依次穿過前水翼(51)、後水翼(52)的後端，並與其固定連接；所述水艙框架(6)固定在激勵水艙(4)的底部，所述水艙水翼連接裝置(7)上下連接水艙框架(6)和水翼裝置(5)。
2. 根據權利要求l所述的電機驅動水翼仿生推進器，其特徵在於，所述水 艙框架(6)，包括位於兩軸承座(11)內側的兩裡縱杆(61、 62)、位於兩軸承 座(11)外側的兩外縱杆(66、 67)、橫杆(63)、滑槽(64)、中心橫杆(65); 所述兩裡縱杆(61、 62)、兩外縱杆(66、 67)與橫杆(63)、滑槽(64)的兩 端固定連接構成一個矩形框架，所述中心橫杆(65)的兩端與所述兩裡縱杆(61、62)、兩外縱杆(66、 67)的中點固定連接，該中心橫杆(65)通過軸承(68) 與固定在底板(1)中央的兩側的軸承座(11)鉸接。
3.根據權利要求l所述的電機驅動水翼仿生推進器，其特徵在於，所述 水艙水翼連接裝置(7)，包括兩根前水翼前支杆(71)、兩根後水翼前支杆(72)、 兩根前水翼擺動支杆(73)、兩根後水翼擺動支杆(74);所述兩根前水翼前支 杆(71)和兩根後水翼前支杆(72)各自的上端與底板(1)固定連接，兩根前 水翼前支杆(71)的下端分別與第1心軸(512)鉸接，兩根後水翼前支杆(72) 的下端分別與第2心軸(513)鉸接；所述兩根前水翼擺動支杆(73)和兩根後 水翼擺動支杆(74)各自的上端分別與兩外縱杆(66、 67)的兩端鉸接，兩根 前水翼擺動支杆(73)的下端分別與第3心軸(514)鉸接，兩根後水翼擺動支 杆(74)的下端分別與第4心軸(515)鉸接。
4. 根據權利要求2所述的電機驅動水翼仿生推進器，其特徵在於，所述滑 塊(32)與水艙支架(6)的滑槽(64)構成移動副。
5. 根據權利要求l所述的電機驅動水翼仿生推進器，其特徵在於，所述前 水翼(51)和所述後水翼(52)擺動的頻率為20 40次/分。
專利摘要本實用新型公開了一種電機驅動水翼仿生推進器，它包括底板、電機減速裝置、曲柄滑塊裝置、激勵水艙、水翼裝置、水艙支架、水艙水翼連接裝置、船體。底板位於船體的上部，激勵水艙位於底板的上方，水艙框架固定在激勵水艙的底部，水翼裝置設置在船體的下方，水艙水翼連接裝置上下連接水艙框架和水翼裝置。本實用新型通過電機減速裝置驅動曲柄旋轉，帶動滑塊在滑槽內來回滑動，從而帶動激勵水艙周期性地縱搖，再通過水艙水翼連接裝置帶動前、後水翼擺動，利用水翼作周期性地擺動和激勵水艙的縱搖耦合運動來產生向前的推進力，本實用新型結構簡單、傳動效率高、性能可靠，在航行器的啟動、推進效率、人力消耗等方面創新的效果顯著。
文檔編號B63B1/28GK201148207SQ20072004202
公開日2008年11月12日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者張振山, 張曉慶, 王志東, 翔 蔣, 趙俊傑, 裴 陳 申請人:江蘇科技大學