[发明专利]小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置

说明书

本发明提供一种小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置，其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；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。本装置其结构简单，活动部件少，低功耗，低噪声，易于控制。

技术领域

本发明涉及水下推进及水下流动控制领域，尤其涉及基于合成射流的水下仿生推力矢量产生与控制装置。

背景技术

随着科技的发展与时代的进步，对水下航行器的要求在不断提高。传统的“螺旋桨+舵”模式的水下航行器体积大、质量重、推进效率低、噪音大，而且对流体扰动作用明显，低速时机动性能较差，制约了其在实用化方面的进一步发展，水下仿生航行器便应运而生。

合成射流技术具有结构紧凑(无需流体和管路供应系统)、无旋转部件、能耗低、响应快和控制简单等优点，是主动流动控制领域最具潜力的流动控制技术之一。

目前，国外部分学者提出运用合成射流来实现小型无人水下航行器的推进、低速操纵、姿态控制。这种方案类似于乌贼、水母等生物利用脉动射流向前游动的方法。

传统水下推进方向控制使用螺旋桨等机构控制，机构越多，将对设备稳定性产生影响。

发明内容

针对水下航行器推进效率低、噪音大，对流体扰动作用明显，低速时机动性能较差，姿态难以精准控制，且姿态控制活动部件多，容易失效等的缺陷，本发明提供一种小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置，其结构简单，活动部件少，低功耗，低噪声，易于控制。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

小型化水下仿生推力矢量产生与控制装置，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。

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两射流出口平行设置。第一射流激励器射流出口和第二射流激励器射流出口的出口端面可以是为平面，也可以是曲面等任意形式。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。

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。中央控制系统的布置位置可在水下航行器任意位置。