[发明专利]一种螺旋桨扰流式可控环形涡发生器

说明书

技术领域

本发明涉及到一种螺旋桨扰流式可控环形涡发生器，属于仿生水下推进系统领域。

背景技术

仿生推进理论与技术是一门归属于仿生学范畴的新兴综合性交叉学科，涵盖了生物力学、精密机电、生命科学等研究内容，目的是将自然界中生物运动的机理用机器人系统的形式进行复现和推广。仿生游动机器人是近几年来在仿生机器学中一个较受关注的研究方向，人们希望能够通过观察、实验等手段科学地解释经过长期进化而来的水生生物是如何通过躯体运动来利用流场能量进行高效且优雅地运动，以寻求开发出适应性好、效率高的无人水下运载系统。仿生水下推进系统在这几年受到了越来越多的关注。相比于传统的波状游动鱼类，水母具备了较高的运动灵活性、环境适应性和目标隐蔽性，同时还具有高效的流场能量利用机制，特别适合作为海洋深潜、洋流观测、目标侦查以及武器运载等水下机器的仿生原型。

从流体物理的角度而言，自然环境中的水母是通过躯体扰动尾流产生推力涡环实现自主推进的。根据尾涡的形态，可以将水母的推进模式大体分为划桨和喷射两种模式，对应的躯体形态则分别为扁圆形和椭圆形。尽管躯体形态有所区别，但他们都是依靠径向肌肉纤维的收缩和伸长来带动柔性壳体实现收缩和舒张，通过这种运动队壳体内腔所包裹的流体产生扰动，由壳体原型边缘喷出，获取发作用的推进力，实现自主游动。因此水母推进的本质是通过有效控制尾流环形涡的产生和运动来实现自主推进。目前的仿生水母机器人大多数着眼于形态相似性和运动相似性，因此基本上是采用智能材料或者特殊机构来驱动柔性壳体的收缩和舒张。

公开日为2010年9月15日、公开号为CN101391650B、发明名称为“形状记忆合金驱动的仿生机器水母”的专利申请，它提出了一种采用U型形状记忆合金条驱动弹性金属片的设计，通过形状记忆合金的收缩和放松来实现弧形金属弹簧片的弯曲和放松，进而带动柔性外壳实现喷水和吸水的动作，所述的装置结构简单，在形态上与真实水母较为相近，但运动幅度较小，所能产生的射流动力有限，与真实水母的推进行为相差较大。

发明内容

本发明为解决现有仿生水下推进系统存在的结构复杂、制造难度大、不易进行运动控制等问题。进而提供了一种螺旋桨扰流式可控环形涡发生器。

本发明的技术方案是：一种螺旋桨扰流式可控环形涡发生器，包括驱动电机底座1、驱动电机组件2、筒形隔离腔3、螺旋桨组件4和造涡端盖5，螺旋桨组件4包括传动轴4-1、进水涡轮叶片4-2、推水螺旋桨叶片4-3和轴端挡板4-4，进水涡轮叶片4-2套接在传动轴4-1上，轴端挡板4-4将推水螺旋桨叶片4-3固定在传动轴4-1顶端，驱动电机底座1包括出线口1-1和密封槽1-2，筒形隔离腔3内部开设有扰流腔3-3；驱动电机底座1与造涡端盖5分别设于筒形隔离腔3两端且相互固接，驱动电机组件2底端通过紧定螺钉固定在驱动电机底座1上；筒形隔离腔3底端与驱动电机底座1固接，螺旋桨组件4的底端与驱动电机组件2的驱动轴连接，筒形隔离腔3内设有一隔板，该隔板中部开有与传动轴4-1密封的螺旋孔3-2。

本发明有益效果如下：本发明的活塞振子扰流式仿生涡环发生器，具有结构设计灵活，运动控制简单，系统集成度高的优点。通过涡轮叶片与螺旋桨叶片的同步伺服控制，以简练的结构实现了可控环形涡的产生。本发明可用作研究水母等海洋生物尾涡控制推进机理的实验平台，也可用教学展示、于仿生矢量推进器的设计等领域。

附图说明

图1是本发明所述的螺旋桨扰流式可控环形涡发生器的剖面示意图，图2是本发明所述的螺旋桨扰流式可控环形涡发生器的立体结构示意图，图3是本发明所用驱动电机底座的立体结构示意图，图4是本发明所用筒形隔离腔的立体结构示意图，图5是本发明所用造涡端盖的立体结构示意图，图6螺旋桨组件的立体结构示意图，图7是本发明所述螺旋桨扰流式可控环形涡发生器的造涡原理图。

具体实施方式