本发明涉及无人潜航器领域，尤其涉及一种长鳍扭波推进仿生水下航行器及其运动方式。
背景技术：
鱼类经过长期的自然选择和进化拥有了非凡的水中巡游性能和机动性能，其运动的高效率、低噪声、高速度以及高机动性引起了各国学者的关注，使之成为水下机器人领域仿生研究的对象。在20世纪,水下机器人技术作为人类探索海洋的最主要手段，主要用于海洋环境的调查、勘探、监测，为海洋资源的开发和利用提供了很好的平台。同时，水下航行器(UUV)作为一种水下武器，已经受到普遍的重视。在未来海战中，UUV将占据越来越重要的地位，其中，仿生UUV在反恐跟踪、安全侦查和水下偷袭等海洋军事活动中将发挥特殊作用。
目前，水下航行器主要采用螺旋桨推进，但在低速或悬停状态下难以实现机动，此外，当螺旋桨作小幅运动调整时经常处于非全程旋转的工作状态，其效率显著降低，并且产生难以预期的脉冲力，运动控制精度降低；另一方面，螺旋桨推进的噪声和尾迹的控制目前尚存技术瓶颈。
技术实现要素：
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种长鳍扭波推进仿生水下航行器及其运动方式，其不仅能增强UUV的推进及操纵性能，尤其是零航速和甚低航速下的机动性能，同时还具有高效、低噪、伪装和隐蔽等优点，在未来水下战中将发挥别具特色的作用。
本发明所采用的技术方案如下：
一种长鳍扭波推进仿生水下航行器，包括主体，于所述主体两侧分别对称布置用于实现波动运动的波动鳍结构，各波动鳍结构均由运动控制系统控制摆动频率、幅度、中失面位置及波数；于所述主体尾部还设置尾鳍结构。
其进一步技术方案在于：
所述波动鳍结构包括设置于主体左侧前端的左侧前鳍、设置于主体左侧后端的左侧后鳍、设置于主体右侧前端的右侧前鳍及设置于主体右侧后端的的右侧后鳍；所述左侧前鳍、左侧后鳍、右侧前鳍、右侧后鳍均包括多根鳍条，各根鳍条均由一个舵机驱动控制，各相邻鳍条之间连接有鳍膜，各鳍条、鳍膜一体连接形成柔性长鳍。
所述尾鳍结构为分别设置于主体尾部左侧的尾部左舵、以及设置于主体尾部右侧的尾部右舵。
所述主体呈扁平状。
一种利用权利要求1所述长鳍扭波推进仿生水下航行器进行运动的运动方式，所述主体通过各舵机的规律运动来驱动控制各鳍条实现摆动运动，所述摆动运动包括零航速或甚低航速下的侧向平移运动、垂直带动力上升与下潜运动、零航速或甚低航速下的侧翻运动、零航速或甚低航速下的俯仰运动以及零航速或甚低航速下的水平面回转运动。
其进一步技术方案在于
在零航速或甚低航速下的侧向平移运动时，在扭波推进中失面与水平面夹角为0°，所述右侧前鳍、右侧前鳍静止不动，所述左侧前鳍、左侧后鳍在X方向波动传播方向相反，使左侧前鳍、左侧后鳍在X方向上的作用力抵消、左侧前鳍、左侧后鳍在Y方向的作用力共同向右，使主体接受的合力向右，实现主体的向右平移运动；相反的，在零航速或甚低航速下的侧向平移运动时，在扭波推进中失面与水平面夹角为0°，所述左侧前鳍、左侧后鳍静止不动，所述右侧前鳍、右侧后鳍在X方向波动传播方向相反，使右侧前鳍、右侧后鳍在X方向上的作用力抵消，右侧前鳍、右侧后鳍在Y方向的作用力共同向左，使主体接受的合力向左，实现主体的向左平移运动；
在垂直带动力上升与下潜运动中时，所述左侧前鳍、右侧前鳍在Y方向的作用力互为相反，所述左侧后鳍、右侧后鳍在Y方向的的作用力互为相反，使所述左侧前鳍、右侧前鳍之间、以及左侧后鳍、右侧后鳍之间在Y方向的作用力抵消；所述左侧前鳍、左侧后鳍在X方向的作用力互为相反，所述右侧前鳍、右侧后鳍在X方向的作用力互为相反，使所述左侧前鳍、左侧后鳍之间、以及右侧前鳍、右侧后鳍之间在X方向的作用力抵消；所述左侧前鳍、左侧后鳍、右侧前鳍、右侧后鳍在Z方向的分力方向相同，右侧前鳍、右侧后鳍扭波推进的中失面与水平面的交角为α，左侧前鳍、左侧后鳍扭波推进的中失面与水平面的交角为180°-α，实现下潜运动；反之，右侧前鳍、右侧后鳍扭波推进的中失面与水平面的交角为-α，左侧前鳍、左侧后鳍扭波推进的中失面与水平面的交角为180°+α，实现上升运动；
在零航速或甚低航速下的侧翻运动时，所述左侧前鳍、右侧前鳍在Y方向的作用力互为相反，所述左侧后鳍、右侧后鳍在Y方向的的作用力互为相反，使所述左侧前鳍、右侧前鳍之间、以及左侧后鳍、右侧后鳍之间在Y方向的作用力抵消；所述左侧前鳍、左侧后鳍在X方向的作用力互为相反，所述右侧前鳍、右侧后鳍在X方向的作用力互为相反，使所述左侧前鳍、左侧后鳍之间、以及右侧前鳍、右侧后鳍之间在X方向的作用力抵消；所述左侧前鳍、左侧后鳍在Z方向的分力与右侧前鳍、右侧后鳍在Z方向的分力方向相反，左侧前鳍、左侧后鳍扭波推进的中失面与水平面夹角为180°+α或180°-α，右侧前鳍、右侧后鳍扭波推进的中失面与水平面的夹角为α或-α，使左侧前鳍与右侧前鳍之间、以及左侧后鳍与右侧后鳍之间形成X方向的力偶，由此实现了主体向右或向左的侧翻运动；
在零航速或甚低航速下的俯仰运动时，所述左侧前鳍、右侧前鳍在Y方向的作用力互为相反，所述左侧后鳍、右侧后鳍在Y方向的的作用力互为相反，使所述左侧前鳍、右侧前鳍之间、以及左侧后鳍、右侧后鳍之间在Y方向的作用力抵消；所述左侧前鳍、左侧后鳍在X方向的作用力互为相反，所述右侧前鳍、右侧后鳍在X方向的作用力互为相反，使所述左侧前鳍、左侧后鳍之间、以及右侧前鳍、右侧后鳍之间在X方向的作用力抵消；右侧前鳍扭波推进的中失面与水平面交角为α、左侧前鳍扭波推进的中失面与水平面的交角为180°-α、左侧后鳍扭波推进的中失面与水平面交角为180°+α，右侧后鳍扭波推进的中失面与水平面交角为-α，左侧前鳍与右侧前鳍之间，左侧后鳍与右侧后鳍，之间形成差动运动，使左侧前鳍与右侧前鳍之间共同形成向下合力，左侧后鳍与右侧后鳍之间形成向上合力，从而形成Y方向力偶，实现主体头部降低尾部升高的俯仰运动；反之，若右侧前鳍扭波推进的中失面与水平面交角为-α，左侧前鳍扭波推进的中失面与水平面交角为180°+α、左侧后鳍扭波推进的中失面与水平面交角为180°-α，右侧后鳍扭波推进的中失面与水平面交角为α，左侧前鳍与左侧后鳍之间、以及右侧前鳍及右侧前鳍之间形成差动运动，使左侧前鳍与右侧前鳍之间共同形成向上合力，左侧后鳍与右侧后鳍之间形成向下合力，从而形成Y方向力偶，实现主体头部升高尾部降低的俯仰运动；
在零航速或甚低航速下的水平面回转运动时，扭波推进中失面与水平面夹角为0°，右侧前鳍与左侧后鳍保持静止不动，左侧前鳍，所述左侧前鳍与右侧后鳍在X方向的波动传播方向相反，所述左侧前鳍在Y方向的作用力与右侧后鳍在Y方向的作用力呈相反，所述左侧前鳍、右侧后鳍的推力和侧向力都产生了相同方向的力偶，实现了主体的顺时针旋转；反之，如果扭波推进中失面与水平面夹角为0°，左侧前鳍与右侧后鳍保持静止不动，所述右侧前鳍与左侧后鳍在X方向波动传播方向相反，所述右侧前鳍在Y方向的作用力与左侧后鳍在Y方向的作用力呈相反，右侧前鳍与左侧后鳍的推力和侧向力都产生了相同方向的力偶，实现了主体的逆时针旋转。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、使用方便，本发明通过主体两侧波动鳍结构运动方式来实现本发明进行零航速或甚低航速下的侧向平移运动、垂直带动力上升与下潜运动、零航速或甚低航速下的侧翻运动、零航速或甚低航速下的俯仰运动以及零航速或甚低航速下的水平面回转运动，利用各波动鳍结构之间的差动，可以实现本发明的特殊机动性能。
附图说明
图1为本发明结构的主视图。
图2为图1的侧视图。
图3为图1的前视图。
图4为在零航速或甚低航速下本发明侧向平移运动多鳍运动模式及受力示意图。
图5为零航速或甚低航速下本发明上升与下潜运动多鳍运动模式及受力示意图。
图6为零航速或甚低航速下的本发明侧翻运动多鳍运动模式及受力示意图。
图7为零航速或甚低航速下的本发明俯仰运动多鳍运动模式及受力示意图。
图8为零航速或甚低航速下的本发明回转运动多鳍运动模式及受力示意图。
其中：1、左侧前鳍；2、左侧后鳍；3、右侧前鳍；4、右侧后鳍；5、尾部左舵；6、尾部右舵；7、主体；8、鳍条；9、鳍膜。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2及图3所示，本发明所述的一种长鳍扭波推进仿生水下航行器，包括主体7，主体7呈扁平状。于主体7两侧分别对称布置用于实现波动运动的波动鳍结构，各波动鳍结构均由运动控制系统控制摆动频率、幅度、中失面位置及波数；于主体7尾部还设置尾鳍结构。
如图1、图2及图3所示，上述波动鳍结构包括设置于主体7左侧前端的左侧前鳍1、设置于主体7左侧后端的左侧后鳍2、设置于主体7右侧前端的右侧前鳍3及设置于主体7右侧后端的的右侧后鳍4；左侧前鳍1、左侧后鳍2、右侧前鳍3、右侧后鳍4均包括多根鳍条8，各根鳍条8均由一个舵机驱动控制，各相邻鳍条8之间连接有鳍膜9，各鳍条8、鳍膜9一体连接形成柔性长鳍。如图1、图2及图3所示，尾鳍结构为分别设置于主体7尾部左侧的尾部左舵5、以及设置于主体7尾部右侧的尾部右舵6。
采用上述一种长鳍扭波推进仿生水下航行器进行运动的运动方式如下：主体7通过各舵机的规律运动来驱动控制各鳍条8实现摆动运动，从而实现主体7的特殊运动，包括零航速或甚低航速下的侧向平移运动、垂直带动力上升与下潜运动、零航速或甚低航速下的侧翻运动、零航速或甚低航速下的俯仰运动以及零航速或甚低航速下的水平面回转运动。
本发明中左侧前鳍1在X方向上的作用力为FxL1，本发明中左侧前鳍1在Y方向上的作用力为FyL1，本发明中左侧后鳍2在X方向上的作用力为FxL2，本发明中左侧后鳍2在y方向上的作用力为FyL2，本发明中右侧前鳍3在X方向上的作用力为FxR1，本发明中右侧前鳍3在Y方向上的作用力为FyR1，本发明中右侧后鳍4在X方向上的作用力为FxR2，本发明中右侧后鳍4在Y方向上的作用力为FyR2。
如图4所示，在零航速或甚低航速下的侧向平移运动时，在扭波推进中失面与水平面夹角为0°，右侧前鳍3、右侧前鳍4静止不动，左侧前鳍1在X方向的作用力、左侧后鳍2在X方向的作用力呈相反方向传播，左侧前鳍1在Y方向的作用力、以及左侧后鳍2在Y方向的作用力共同向右，使主体7接受的合力向右，实现主体7的向右平移运动；相反的，在零航速或甚低航速下的侧向平移运动时，在扭波推进中失面与水平面夹角为0°，左侧前鳍1、左侧后鳍2静止不动，右侧前鳍3在X方向的作用力、右侧后鳍4在X方向的波动传播方向相反，右侧前鳍3在Y方向的作用力、以及右侧后鳍4在Y方向的作用力共同向左，使主体7接受的合力向左，实现主体7的向左平移运动。
在垂直带动力上升与下潜运动中时，左侧前鳍1、右侧前鳍3在Y方向的作用力互为相反，左侧后鳍2、右侧后鳍4在Y方向的的作用力互为相反，使左侧前鳍1、右侧前鳍3之间、以及左侧后鳍2、右侧后鳍4之间在Y方向的作用力抵消；左侧前鳍1、左侧后鳍2在X方向的作用力互为相反，右侧前鳍3、右侧后鳍4在X方向的作用力互为相反，使左侧前鳍1、左侧后鳍2之间、以及右侧前鳍3、右侧后鳍4之间在X方向的作用力抵消；左侧前鳍1、左侧后鳍2、右侧前鳍3、右侧后鳍4在Z方向的分力方向相同，右侧前鳍3、右侧后鳍4扭波推进的中失面与水平面的交角为α(α为锐角)，左侧前鳍1、左侧后鳍2扭波推进的中失面与水平面的交角为180°-α，实现下潜运动；反之，右侧前鳍3、右侧后鳍4扭波推进的中失面与水平面的交角为-α，左侧前鳍1、左侧后鳍2扭波推进的中失面与水平面的交角为180°+α，实现上升运动。
在零航速或甚低航速下的侧翻运动时，左侧前鳍1、右侧前鳍3在Y方向的作用力互为相反，左侧后鳍2、右侧后鳍4在Y方向的的作用力互为相反，使左侧前鳍1、右侧前鳍3之间、以及左侧后鳍2、右侧后鳍4之间在Y方向的作用力抵消；左侧前鳍1、左侧后鳍2在X方向的作用力互为相反，右侧前鳍3、右侧后鳍4在X方向的作用力互为相反，使左侧前鳍1、左侧后鳍2之间、以及右侧前鳍3、右侧后鳍4之间在X方向的作用力抵消；左侧前鳍1、左侧后鳍2在Z方向的分力与右侧前鳍3、右侧后鳍4在Z方向的分力方向呈相反，左侧前鳍1、左侧后鳍2扭波推进的中失面与水平面夹角为180°+α，右侧前鳍3、右侧后鳍4扭波推进的中失面与水平面的夹角为α，使左侧前鳍1与右侧前鳍3之间、以及左侧后鳍2与右侧后鳍4之间形成X方向的力偶，由此实现了向右侧翻运动。反之当左侧前鳍1、左侧后鳍2扭波推进的中失面与水平面夹角为180°-α，右侧前鳍3、右侧后鳍4扭波推进的中失面与水平面的夹角为-α时，实现的是向左侧翻运动。
在零航速或甚低航速下的俯仰运动时，左侧前鳍1、右侧前鳍3在Y方向的作用力互为相反，左侧后鳍2、右侧后鳍4在Y方向的的作用力互为相反，使左侧前鳍1、右侧前鳍3之间、以及左侧后鳍2、右侧后鳍4之间在Y方向的作用力抵消；左侧前鳍1、左侧后鳍2在X方向的作用力互为相反，右侧前鳍3、右侧后鳍4在X方向的作用力互为相反，使左侧前鳍1、左侧后鳍2之间、以及右侧前鳍3、右侧后鳍4之间在X方向的作用力抵消；右侧前鳍3扭波推进的中失面与水平面交角为α(α为锐角)、左侧前鳍1扭波推进的中失面与水平面的交角为180°-α、左侧后鳍2扭波推进的中失面与水平面交角为180°+α，右侧后鳍4扭波推进的中失面与水平面交角为-α，左侧前鳍1与左侧后鳍2之间、以及右侧前鳍3及右侧前鳍4之间形成差动运动，使左侧前鳍1与右侧前鳍3之间共同形成向下合力，左侧后鳍2与右侧后鳍4之间形成向上合力，从而形成Y负方向力偶，实现主体7头部降低尾部升高的俯仰运动；反之，若右侧前鳍3扭波推进的中失面与水平面交角为-α，左侧前鳍1扭波推进的中失面与水平面交角为180°+α、左侧后鳍2扭波推进的中失面与水平面交角为180°-α，右侧后鳍4扭波推进的中失面与水平面交角为α，，则形成Y正方向力偶，实现主体7头部升高尾部降低的俯仰运动。
在零航速或甚低航速下的水平面回转运动时，扭波推进中失面与水平面夹角为0°，右侧前鳍3与左侧后鳍2保持静止不动，左侧前鳍1与右侧后鳍4在X方向波动传播方向相反，左侧前鳍1与右侧后鳍4在X、Y方向的作用力方向相反，左侧前鳍1、右侧后鳍4的推力和侧向力都产生了相同方向的力偶，实现了主体7的顺时针旋转；反之，如果扭波推进中失面与水平面夹角为0°，左侧前鳍1与右侧后鳍4保持静止不动，右侧前鳍3在X方向的作用力与左侧后鳍2在X方向的作用力呈相反方向传播，右侧前鳍3在Y方向的作用力与左侧后鳍2在Y方向的作用力呈相反方向传播，右侧前鳍3与左侧后鳍2的推力和侧向力都产生了相同方向的力偶，实现了主体7的逆时针旋转。
本发明结构简单、使用方便，本发明通过主体两侧波动鳍结构及运动方式来实现本发明进行零航速或甚低航速下的侧向平移运动、垂直带动力上升与下潜运动、零航速或甚低航速下的侧翻运动、零航速或甚低航速下的俯仰运动以及零航速或甚低航速下的水平面回转运动，利用各波动鳍之间的差动，可以实现本发明的特殊机动性能。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。