一种水下双扑翼推进器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种水下推进器，具体地说，涉及一种水下双扑翼推进器;属于水下航行器推进技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，无人水下航行器在海洋环境研究、海洋资源探测和海洋资源开发，无论是在民用领域，还是在军用领域都具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值，吸引了人们极大的关注。
[0003]现有技术中无人水下航行器大多采用螺旋桨推进器，在低速近目标作业中存在性能不佳的问题。在自然界的水生动物中，除了鱼类外，还有一些动物具有独特的游动方式，经过自然界的选择和自身的进化，它们的游动方式变得愈加成熟和完美，如海洋动物的海龟、海狮、海豚、企鹅等;此类动物都长有鳍状肢体，游动方式与普通鱼类有明显不同。在水中游动时身体躯干不做大幅摆动，主要依靠扑翼的划水产生动力。尽管此类动物具有较大的体形，但是它们却具有爆发力强、启动快的特点，尤其在低速条件下具备良好的机动性和稳定性。因此，利用仿生学原理开发研制仿生海龟、海狮类动物的水下推进器，具有非常广阔的应用前景。扑翼推进器相对于传统的螺旋桨推进器有较多的优点，如其机动性好，转弯半径小，操纵性稳定，实现浆舵合一。无人驾驶水下扑翼航行器的运动性能较比传统的无人水下航行器的运动性能具有极大的提高，特别突出表现在低速近目标作业中。
[0004]扑翼推进器按自由度可分为单自由度扑翼推进器、双自由度扑翼推进器和三自由度扑翼推进器。双自由度扑翼推进器和三自由度扑翼推进器结构复杂，不易实现工程应用；单自由度扑翼推进器只能完成扑翼的拍水运动，但结构简单易实现。Duke大学与Nekton公司于2002年合作研制的单自由度扑翼推进器Nektor Actuator已经成功的完成了水下试验，并能很好的完成航行器的各种运动指标。
[0005]发明专利CN101003301A中公开了一种“水下仿水翼推进装置”，该推进装置采用两个电机+控制系统，实现水翼拍动和旋转运动的两个自由度的旋转。这种仿水翼推进装置结构复杂，并且需要精确的控制，须配置复杂的单片机控制系统。
【发明内容】
[0006]为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种水下双扑翼推进器，采用两个单自由度扑翼结合于独立的推进器中，通过控制双扑翼的拍水频率及幅度，实现航行器的直行、转弯、下潜、上浮、翻转运动;推进器结构简单，控制操纵性强，效率高。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括航行器，其特征在于还包括电机、电机套筒、联轴器、扑翼推进器安装板、扑翼、扑翼推进器，采用四组扑翼推进器依航行器中轴线两两对称安装在航行器上，每一组上下扑翼的转轴位于同一竖直线上，上下扑翼的转轴与航行器中心轴向平面之间夹角为±30度，电机通过电机套筒分别固定在扑翼推进器安装板上，电机输出轴与扑翼转轴通过联轴器连接，通过电机驱动扑翼；当航行器运动时，扑翼推进器的扑翼各自以相同的拍水频率、上下运动幅度和相反的相位角做对拍运动，实现水下航行器直行、转弯、上浮、下潜、翻转运动。
[0008]所述扑翼翼型为NACA0012低速翼型。
[0009]所述扑翼翼型采用环氧树脂材料。
[0010]有益效果
[0011]本发明提出的水下双扑翼推进器，由电机、扑翼、扑翼推进器和航行器本体组成；扑翼推进器可根据安装的水下航行器的不同形状和尺寸进行调节，具有适应性和灵活性，根据需求可更换翼型。水下双扑翼推进器结构对称，扑翼通过电机分别驱动，控制两个扑翼在各时刻的拍水频率、上下运动幅度和相反的相位角做对拍运动，不会互相干扰。推进器的扑翼上下拍水最大幅度为±30度，为了避免上下两扑翼在最大幅度对扇拍水运动中相撞，两扑翼轴之间的距离可根据所选用的不同翼型的弦长进行调整，保证两个扑翼在各种相位下不会出现碰撞现象。
[0012]本发明水下双扑翼推进器结构简单，与单自由度扑翼推进器相比推力更加稳定，能源利用率高，运动灵活，可实现水下航行器直行、转弯、上浮、下潜、翻转运动;具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和实施方式对本发明一种水下双扑翼推进器作进一步的详细说明。
[0014]图1为本发明水下双扑翼推进器的局部剖视图。
[0015]图2为本发明的扑翼推进器示意图。
[0016]图3为本发明水下双扑翼推进器俯视图的局部剖视图。
[0017]图中:
[0018]1.航行器2.扑翼推进器安装板3.电机套筒4.第四电机5.联轴器6.第四扑翼
7.第三扑翼8.第三电机9.第一扑翼10.第二扑翼11.第一双扑翼推进器12.第二双扑翼推进器13.第三双扑翼推进器14.第四双扑翼推进器
【具体实施方式】
[0019]本实施例是一种水下双扑翼推进器。
[0020]参阅图1?图3，本实施例水下双扑翼推进器，由扑翼推进器安装板2、电机套筒3、第四电机4、联轴器5、第四扑翼6、第三扑翼7、第三电机8、第一扑翼9、第二扑翼10、第一双扑翼推进器11、第二双扑翼推进器12、第三双扑翼推进器13、第四双扑翼推进器14和航行器I组成;扑翼翼型为NACA0012低速翼型，扑翼翼型采用环氧树脂材料。扑翼推进器可根据所安装的水下航行器的不同形状和尺寸进行调整。
[0021]本实施例中，第四电机4、第三电机8通过电机套筒3分别固定安装在扑翼推进器安装板2上，电机输出轴与扑翼推进器转轴通过联轴器连接。第一扑翼9、第二扑翼10、第三扑翼7和第四扑翼6位于航行器I密封壳体外部，通过控制电机驱动扑翼做拍水运动。扑翼推进器安装板2和电机套筒3采用不锈钢加工而成；扑翼翼型采用NACA0012，型面形状为长流线形的低速翼型，扑翼翼型采用环氧树脂材料。扑翼前缘端部有Φ4的通孔，联轴器的转轴与扑翼前缘端部的通孔过盈配合。
[0022]本实施例中，扑翼最大拍水幅度为±30度，即图中α角为30度;在水下航行器全速航行运动时，两扑翼在设定频率，设定幅度下做拍水运动，且扑翼的相位角相反，在这种情况下，不但每个扑翼能产生向前的推动力，而且，由于两个扑翼的拍水相位角相反，还会产生一个向后挤压水的运动，使水下航行器获得一个额外的、向前的反作用力，提高了扑翼推进器的效率。
[0023]本实施例中，采用四组相同的扑翼推进器依航行器中轴线两两对称安装在航行器上，每一组上下扑翼的转轴位于同一竖直线上，上下扑翼的转轴与航行器中心轴向平面之间夹角为±30度，电机通过电机套筒分别固定在扑翼推进器安装板上，电机输出轴与扑翼转轴通过联轴器连接，通过电机驱动扑翼。当水下航行器直线运动时，第一双扑翼推进器11，第二双扑翼推进器12，第三双扑翼推进器13，第四双扑翼推进器14的扑翼各自以相同的拍水频率、幅度和相反的相位角做对拍运动。当水下航行器向左转弯时，第一双扑翼推进器11和第二双扑翼推进器12的扑翼以较小的拍水频率和幅度做对拍运动，第三双扑翼推进器13和第四双扑翼推进器14的扑翼则以较大的拍水频率和幅度做对拍运动，此时，水下航行器左侧产生的推力比右侧产生的推力小，航行器向左转弯。当水下航行器向右转弯时，第三双扑翼推进器13和第四双扑翼推进器14中的扑翼以较小的拍水频率和幅度做对拍运动，第一双扑翼推进器11和第二双扑翼推进器12中的扑翼则以较大的拍水频率和幅度做对拍运动，此时，水下航行器右侧产生的推力比左侧产生的推力小，航行器向右转弯。当第三双扑翼推进器13和第二双扑翼推进器12的扑翼在做对拍运动时，将其所控制的扑翼的初始位置均向下旋转一定的角度，同时第四双扑翼推进器14和第一双扑翼推进器11所控制的扑翼的初始位置均向上旋转一定的角度，此时水下航行器前部受到向前下方的推力，尾部受到向前上方的推力，水下航行器下潜。当第三双扑翼推进器13和第二双扑翼推进器12的扑翼在做对拍运动时，将其所控制的扑翼的初始位置均向上旋转一定的角度，同时第四双扑翼推进器14和第一双扑翼推进器11所控制的扑翼的初始位置均向下旋转一定的角度，此时水下航行器前部受到向前上方的推力，尾部受到像前下方的推力，水下航行器上浮。当第四双扑翼推进器14和第三双扑翼推进器13所控制的扑翼的初始位置均向下旋转一定的角度，第一双扑翼推进器11和第二双扑翼推进器12所控制的扑翼的初始位置均向上旋转一定的角度时，水下航行器的左侧受到向前上方的力，右侧受到向前下方的力，水下航行器向右侧翻转。当第一双扑翼推进器11和第二双扑翼推进器12所控制的扑翼的初始位置均向下旋转一定的角度，第四双扑翼推进器14和第三双扑翼推进器13所控制的扑翼的初始位置均向上旋转一定的角度时，水下航行器的右侧受到向前上方的力，左侧受到向前下方的力，水下航行器向左侧翻转。
[0024]电机通过电机套筒分别固定在扑翼推进器安装板上，电机输出轴与扑翼转轴通过联轴器连接，电机由水密电缆进行通电，控制装置控制电机驱动扑翼。联轴器与航行器壳体之间采用密封件密封，保证联轴器与航行器壳体之间的水密性。控制装置将信号传输给电机，电机做出相应的调整，通过改变各扑翼推进器的扑翼的拍水频率、初始位置、上下运动幅度以及相位角，实现水下航行器的航行、转弯、上浮、下潜、翻转运动。
【主权项】
1.一种水下双扑翼推进器，包括航行器，其特征在于:还包括电机、电机套筒、联轴器、扑翼推进器安装板、扑翼、扑翼推进器，采用四组扑翼推进器依航行器中轴线两两对称安装在航行器上，每一组上下扑翼的转轴位于同一竖直线上，上下扑翼的转轴与航行器中心轴向平面之间夹角为±30度，电机通过电机套筒分别固定在扑翼推进器安装板上，电机输出轴与扑翼转轴通过联轴器连接，通过电机驱动扑翼；当航行器运动时，扑翼推进器的扑翼各自以相同的拍水频率、上下运动幅度和相反的相位角做对拍运动，实现水下航行器直行、转弯、上浮、下潜、翻转运动。2.根据权利要求1所述的水下双扑翼推进器，其特征在于:所述扑翼翼型为NACA0012低速翼型。3.根据权利要求1所述的水下双扑翼推进器，其特征在于:所述扑翼翼型采用环氧树脂材料。
【专利摘要】本发明公开了一种水下双扑翼推进器，由电机、扑翼、扑翼推进器和航行器本体组成；采用四组相同的扑翼推进器依中轴线两两对称安装在航行器上，每一组上下扑翼的转轴位于同一竖直线上，上下扑翼的转轴与航行器中心轴向平面之间夹角为±30度，电机通过电机套筒分别固定在扑翼推进器安装板上，电机输出轴与扑翼推进器转轴通过联轴器连接，通过电机驱动扑翼；当航行器运动时，扑翼推进器的扑翼各自以相同的拍水频率、上下运动幅度和相反的相位角做对拍运动，实现水下航行器直行、转弯、上浮、下潜、翻转运动。双扑翼推进器结构简单，运动灵活，产生的推力更加稳定，且能源利用率高，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】B63H1/36
【公开号】CN105584608
【申请号】CN201610104015
【发明人】曹永辉, 孟俊男, 赵红印, 朝黎明
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年2月25日