[发明专利]一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍

权利要求书

1.一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍，其特征在于，所述的仿墨鱼波动鳍包括支撑梁（3）以及支撑梁（3）上安装的若干根仿生鳍条（1）、仿生鳍面（2）；所述的仿墨鱼波动鳍为半柔性结构，其中仿生鳍条（1）、仿生鳍面（2）为柔性结构，支撑梁（3）为刚性结构；

所述的仿生鳍条（1）为宽边在内、窄边在外的船桨形状；仿生鳍条（1）为三层结构，中间为弹性基板（1.2），弹性基板（1.2）上下两侧对称粘贴MFC（1.1），形成压电层合板结构；

所述的MFC（1.1）在交流电信号的激励下发生伸缩变形，使弹性基板（1.2）上下两侧的MFC（1.1）分别发生伸长与缩短，从而带动仿生鳍条（1）的弯曲变形；弹性基板（1.2）呈船桨形状，沿长度方向分为宽段、过渡段和窄段三段，其中宽段与窄段俯视为矩形，分别用于粘贴不同型号的MFC（1.1），中间过渡段俯视为等腰梯形；弹性基板（1.2）通过宽段的端部固定在支撑梁（3）的凹槽内；

每片MFC（1.1）各在一端引出两根导线（1.3），导线紧贴在MFC（1.1）表面及支撑梁（3）表面，通过支撑梁（3）上的导线孔连通至仿生墨鱼体内，并由仿生鳍面（2）完整包覆住来密封，同时将导线（1.3）做绝缘处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍，其特征在于，其中沿仿生鳍条（1）的长度方向上的MFC（1.1）按仿生鳍条（1）的变形需求采用不同型号，上下两侧对称的MFC（1.1）采用同一型号；所述的仿墨鱼波动鳍上可安装5~10根仿生鳍条（1）；每片弹性基板（1.2）上对称粘贴4~8片MFC（1.1）。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍，其特征在于，所述的弹性基板（1.2）采用纤维增强材料，所述的弹性基板（1.2）的厚度应大于两侧MFC（1.1）厚度。

4.根据权利要求1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍，其特征在于，所述的仿生鳍面（2）为一侧带弧形的不规则矩形形状；仿生鳍面（2）包括上下两层的柔性蒙皮，上下两侧的柔性蒙皮互相粘贴在一起，将仿生鳍条（1）完整包覆住使仿墨鱼波动鳍表面光滑，仿生鳍条（1）在仿生鳍面（2）内部作为承力骨架驱动仿生鳍面（2）进行波动变形，两层柔性蒙皮均与支撑梁（3）粘贴在一起。

5.根据权利要求1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍，其特征在于，所述的刚性结构的支撑梁（3）用来支撑仿生鳍条（1）、仿生鳍面（2），并将仿墨鱼波动鳍固定在仿生墨鱼体上；所述的支撑梁（3）的截面为T字形，T字形支撑梁（3）的底板上伸出两片立板，底板上打圆孔及导线孔；仿生鳍条（1）通过弹性基板（1.2）的不粘贴MFC（1.1）的端部固定在支撑梁（3）的两片立板之间，仿生鳍面（2）的一侧也粘贴固定在支撑梁（3）立板上并包覆住立板，导线（1.3）通过支撑梁（3）上的导线孔连通至仿生墨鱼体内，支撑梁（3）通过其上的圆孔固定在仿生墨鱼体上。

6.跟据权利要求1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍，其特征在于，当仿生鳍面（2）外侧为弧形时，仿生鳍条（1）的长度从中间到两端依次减短，当仿生鳍面（2）外侧为与仿生鳍条（1）轴线垂直的直线时，仿生鳍条（1）的长度均一致；柔性的仿生鳍面（2）将仿生鳍条（1）完整包覆住，一侧固定在支撑梁（3）上，仿生鳍条（1）在仿生鳍面（2）内部作为承力骨架，驱动仿生鳍面（2）连续波动变形；支撑梁用于固定仿生鳍条（1）与仿生鳍面（2）并将仿墨鱼波动鳍固定在仿生墨鱼体上。

7.根据权利要求1~6任一所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的仿墨鱼波动鳍，其特征在于，所述的仿墨鱼波动鳍的工作过程为：

在仿墨鱼波动鳍工作时，每根仿生鳍条（1）只做在竖直平面内的周期性柔性弯曲摆动运动，摆动弯曲时的形状为圆弧形，每个仿生鳍条（1）摆动的周期都相同，摆动幅度为正弦规律；

所述的仿墨鱼波动鳍上安装五根仿生鳍条（1）时，对于五根仿生鳍条组成的仿墨鱼波动鳍，当相邻仿生鳍条（1）处的MFC施加的交流信号相差四分之一周期相位时，所有仿生鳍条（1）摆动端部的轨迹连线便形成连续的正弦波形；仿生鳍面（2）在仿生鳍条（1）的驱动下形成连续的正弦波形后，仿墨鱼波动鳍在波形连续变化的过程中产生推进力；

为实现仿生鳍条（1）的连续弯曲摆动，对每片MFC（1.1）施加周期一致的正弦交流电信号：其中弹性基板两侧的MFC（1.1）施加反相激励信号，同一根仿生鳍条（1）的同一侧MFC（1.1）施加相位一致的激励信号，关于弹性基板（1.2）对称的两侧MFC（1.1）施加相位相反的激励信号，不同仿生鳍条（1）上的MFC（1.1）则施加不同相位的激励信号；对于五根仿生鳍条组成的仿墨鱼波动鳍，每两根相邻仿生鳍条（1）上的MFC（1.1）所施加的激励信号的相位差为四分之一个周期。