[发明专利]小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置

权利要求书

1.小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置，其特征在于：由设置在水下航行器上的水下仿生推力矢量产生组件及其控制系统构成，水下仿生推力矢量产生组件包括多个水下合成射流激励器，多个水下合成射流激励器设置在水下航行器的不同位置，各水下合成射流激励器的射流出口均朝外且与其安装位置处的水下航行器外侧的外界环境相通；

所述控制系统包括电源控制系统和中央控制系统，所述中央控制系统与电源控制系统连接，电源控制系统与各水下合成射流激励器连接，所述中央控制系统对电源控制系统进行控制，通过控制电源控制系统的输出电压进而控制各水下合成射流激励器的工作状态；所述电源控制系统在中央控制系统的控制下输出相应的输出电压为各水下合成射流激励器提供工作电源，控制各水下合成射流激励器产生水射流，进而产生水下矢量推力，控制水下航行器方向及姿态；

在水下航行器的尾端面、上侧面以及下侧面上均设置有水下合成射流激励器，或/和在水下航行器的左侧面以及右侧面上也设置有水下合成射流激励器，或/和在水下航行器的前端面设置水下合成射流激励器；

在水下航行器各个侧面上的水下合成射流激励器是呈组设置的，一组水下合成射流激励器包括两个或两个以上彼此间呈正交分布的水下合成射流激励器，即组成一组水下合成射流激励器的两个或两个以上水下合成射流激励器的射流出口是相互垂直的；

所述中央控制系统控制电源控制系统的输出对称周期性或者非对称周期性电压给同一个侧面或多个不同侧面上的水下合成射流激励器，同一个侧面或多个不同侧面上的水下合成射流激励器协同工作，形成组合矢量推力和力矩，从而实现水下航行器前进、后退、上浮、下潜、偏航或滚转；

所述中央控制系统通过控制电源控制系统的输出电压，进而控制输入不同电压到各水下合成射流激励器，改变各水下合成射流激励器其压电振动膜的振动幅度，控制射流的大小、频率以及方向，驱动各水下合成射流激励器形成不同偏转角度的水射流，进而实现水下矢量推力的控制；

在水下航行器的尾端面设置有两个以上射流出口彼此平行或者射流出口在同一直线上的第一水下合成射流激励器；

所述中央控制系统控制电源控制系统向水下航行器的尾端面上的所有第一水下合成射流激励器输入对称周期性电压时，水下航行器的尾端面上各第一水下合成射流激励器工作产生对称水射流，形成正向推力，驱动水下航行器前进；所述中央控制系统控制电源控制系统向水下航行器的尾端面上的所有第一水下合成射流激励器输入非对称周期性电压时，驱动第一水下合成射流激励器中的压电振动膜非对称往复运动，在第一水下合成射流激励器的两个腔体中振动幅度不同，从而改变两个腔体内两股水射流的动力，使得产生的低压区强度和面积发生变化，产生非对称的矢量水射流，形成水下推力矢量，产生侧向推力，实现水下航行器在水平方向偏航，改变水下航行器的行进方向。

2.根据权利要求1所述的小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置，其特征在于：所述水下合成射流激励器包括壳体，所述壳体内设有压电振动膜，压电振动膜将壳体内的腔体分隔为两个独立的腔体，分别为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体上方对应的壳体顶壁上设有第一射流激励器射流出口，第二腔体上方对应的壳体顶壁上设有第二射流激励器射流出口，第一射流激励器射流出口和第二射流激励器射流出口均为长方形且两射流出口平行设置；电源控制系统输出电压驱动水下合成射流激励器的压电振动膜在第一腔体和第二腔体间往复振动，使得水下合成射流激励器的两个腔体交替压缩和膨胀；其中，一腔体被压缩，则另一腔体膨胀，其中被压电振动膜压缩的腔体内的水高速喷出形成水射流，而外接的水将从另一膨胀腔体对应的射流出口进入到该膨胀的腔体内。

3.根据权利要求1所述的小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置，其特征在于：在水下航行器的尾端面上，相邻第一水下合成射流激励器之间设置有与第一水下合成射流激励器正交的第二水下合成射流激励器，第二水下合成射流激励器的射流出口与第一水下合成射流激励器的射流出口是相互垂直的；

所述中央控制系统控制电源控制系统向水下航行器的尾端面上的所有第二水下合成射流激励器输出非对称周期性电压，驱动第二水下合成射流激励器中的压电振动膜非对称往复运动，水下航行器的尾端面上各第二水下合成射流激励器工作产生非对称的水射流，实现水下航行器上仰前进及俯冲前进。