[发明专利]一种自适应攻角摆翼推进器及设计方法

说明书

本发明涉及仿生推进器技术领域，具体地说是一种自适应攻角摆翼推进器及设计方法，设有航行器筒体，其特征在于所述的航行器筒体尾部设有摆翼推进组件，所述的摆翼推进组件由驱动电机、减速机、驱动齿轮组、驱动横轴、摆翼支架、摆翼组成，所述的摆翼支架与摆翼之间设有自适应弹簧组件，通过摆翼与摆翼支架之间的自适应弹簧组件使摆翼绕摆翼支架摆动，设计方法步骤为：确定设计目的，确定进速系数J分别与效率η、推力系数KT、摆翼相对摆翼支架摆角β、弹簧弹性系数比k’的数值关系公式和表达式，确定摆翼及摆翼支架参数，确定弹簧的技术参数，确定驱动电机参数和减速比，具有结构简单、推进效率高、机动性高、单自由度、启动推力大等优点。

技术领域

本发明涉及仿生推进器技术领域，具体地说是一种结构简单、推进效率高、机动性高、单自由度、启动推力大的自适应攻角摆翼推进器及设计方法。

背景技术

众所周知，摆翼推进器是仿生推进器的一种。目前，大多数的仿生推进器不利于工程实现，一部分采用复杂的机械结构及控制机构来实现，可靠性和耐久性较差；另一部分通过特殊材料和复杂的控制方式来实现，难以实现大型化，且工作区间有限。而摆翼推进器同时具有推进效率高、机动性高、噪声低等性能上的优势，以及机构自由度低、易于工程实现等结构上的优势，非常具有发展潜力。

目前，摆翼推进器按机构自由度来分主要可分为两种，分别为单自由摆翼和两自由度摆翼。其中，两自由度摆翼同时控制摆动和转动，可以实现高精度控制，但机构实现较困难；单自由度摆翼仅控制摆动，虽然其机构容易实现，但在性能上较难控制以适应不同的工况。从机构实现难易度上来看，显然优选的应该为单自由度摆翼。单自由度摆翼在一定前进速度时能够产生明显的推力，但在静止状态下推力较小。柔性材料摆翼也是一种单自由度摆翼，类似鱼的游动，当柔性翼左右摆动而在水动力作用下发生变形时，即能够产生推力，其启动推力也较大，但对材料的要求较高。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、推进效率高、机动性高、单自由度、启动推力大的自适应攻角摆翼推进器及设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自适应攻角摆翼推进器，设有航行器筒体，其特征在于所述的航行器筒体尾部设有摆翼推进组件，所述的摆翼推进组件由驱动电机、减速机、驱动齿轮组、驱动横轴、摆翼支架、摆翼组成，所述的驱动电机设在航行器筒体内部并固定在航行器筒体上，所述的驱动电机的输出轴经减速机与驱动齿轮组相连接，所述的驱动齿轮组与驱动横轴相连接，通过驱动齿轮组将驱动电机的轴向转动换成驱动横轴的横向转动，所述的驱动横轴的两端分别设有摆翼支架，摆翼支架的一端与驱动横轴固定连接，摆翼支架的另一端伸出航行器筒体与摆翼转动连接，所述的摆翼设为板形，板形的摆翼的两侧分别经密封轴承与摆翼支架相连接，所述的摆翼支架与摆翼之间设有自适应弹簧组件，通过摆翼与摆翼支架之间的自适应弹簧组件使摆翼绕摆翼支架摆动，使摆翼能够抵抗水动力力矩，从而在启动状态下获得较大推力。

本发明所述的自适应弹簧组件由摆臂、横梁和拉力弹簧组成，所述的摆臂设在摆翼的前端中部，所述的摆臂的一端与摆翼前端中部固定连接，摆臂的另一端设有连接孔，所述的拉力弹簧的一端钩在连接孔内与摆臂相连接，拉力弹簧的另一端钩在横梁中部与横梁相连接。

本发明所述的自适应弹簧组件设为扭转弹簧，所述的扭转弹簧分别设在摆翼两侧的摆翼与摆翼支架转动连接处，两个连接处各安装一对扭转弹簧，以保证在不受外力情况下摆翼与摆翼支架在一个平面内。

本发明所述的驱动齿轮组设有两个锥形齿轮，其中一个锥形齿轮与减速机的输出轴相连接，另一个锥形齿轮与横轴相连接，两个锥形齿轮之间相互啮合，通过两个锥形齿轮将驱动电机的轴向转动换成驱动横轴的横向转动。

本发明所述的摆翼设为两端导圆的平板或对称型翼型。