本發(fā)明涉及水下航行器領(lǐng)域，具體為一種仿水母水下航行器。

背景技術(shù)：

我國(guó)海域遼闊，防御和偵察起來(lái)比較困難。近年來(lái)，由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，給西方某些國(guó)家造成了“中國(guó)威脅論”，于是他們想方設(shè)法遏制中國(guó)的發(fā)展。其中，對(duì)中國(guó)的領(lǐng)海挑釁愈演愈烈，諸如釣魚島、黃巖島、南海事件等，更是引發(fā)國(guó)人的憤慨。因此捍衛(wèi)我國(guó)的領(lǐng)海，大力發(fā)展航海事業(yè)顯得尤為重要。

同時(shí)，我國(guó)對(duì)海權(quán)的重視及對(duì)海洋資源利用程度的日益提高，我們?cè)絹?lái)越依賴于海洋。然而，現(xiàn)如今的水下航行器的運(yùn)動(dòng)原理并不是十全十美。因此，改變傳統(tǒng)水下航行器的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，研制出一種噪聲小，能耗低，又相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)的國(guó)防，戰(zhàn)略以及對(duì)海洋資源的利用至關(guān)重要。

如今的水下航行器推進(jìn)方式有噪聲大、效率低、湍流強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。本發(fā)明改變傳統(tǒng)水下航行器的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，模仿并改進(jìn)水母的運(yùn)動(dòng)原理，運(yùn)用簡(jiǎn)諧波的傳遞性，利用舵機(jī)、半月頭推桿、乳膠翼膜等裝置，提出一套噪聲小，能耗低，又相對(duì)穩(wěn)定的水下航行器。此航行器通過舵機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)半月頭推桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)翼膜做縱截面為簡(jiǎn)諧波、橫截面為大小可變的圓的運(yùn)動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)翼膜帶動(dòng)水向后移動(dòng)、推進(jìn)器向前運(yùn)動(dòng)的原理。其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在上面闡述過，因此仿水母水下航行器具有非凡的意義，而國(guó)內(nèi)公開對(duì)仿水母水下航行器的研究相當(dāng)少，制造更是少，因此，仿水母水下航行器雖然只是一臺(tái)原型機(jī)，但也是想法到實(shí)物的一個(gè)實(shí)踐創(chuàng)新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

實(shí)現(xiàn)仿水母水下航行器在水中能做到平穩(wěn)運(yùn)行，低噪聲，需要解決以下幾點(diǎn)，動(dòng)力問題便首當(dāng)其沖，如何降低噪聲，而平穩(wěn)運(yùn)行則是傳動(dòng)方案的優(yōu)化問題，理想情況下，一段簡(jiǎn)諧波是由無(wú)數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)組成，但本項(xiàng)目只能將簡(jiǎn)諧振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)(曲支撐桿)有限次的細(xì)分，讓這些簡(jiǎn)諧振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)周圍翼膜，使整個(gè)翼膜的縱截面呈現(xiàn)近似簡(jiǎn)諧波，同時(shí)為了運(yùn)動(dòng)效率的提高，需將支桿的安放位置優(yōu)化；由于支撐桿數(shù)量較多，使其穿過艙體的孔的密封技術(shù)顯得尤為重要；壓強(qiáng)差的問題，由于乳膠翼膜內(nèi)側(cè)水速快于外側(cè)，在高速航行時(shí)，翼膜會(huì)被水壓壓變形，很有可能會(huì)影響航行器的動(dòng)力系統(tǒng)的效率。

技術(shù)方案

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是：內(nèi)部是一個(gè)多層長(zhǎng)方形殼體，殼體材料采用亞克力，里面有均勻分布的六層動(dòng)力系統(tǒng)安裝板，殼體外部有半月頭推桿伸出，推桿的頭部是一個(gè)半月狀，每層長(zhǎng)方形殼體的兩邊各伸出一個(gè)，前一層與下一層的推桿伸出的方向垂直，殼體與半月頭推桿之間的密封采用在艙體和支撐桿間的縫隙中加裝密封圈，以及將有彈性的塑料薄膜(類似氣球的材質(zhì))的一段纏在支桿上，另一端粘在艙體上；外層采用了柔性乳膠翼膜模仿水母的表皮，推桿的頭部貼在乳膠翼膜上，將乳膠翼膜撐開，沿著長(zhǎng)方體的殼體展長(zhǎng)的方向有六組推桿，由內(nèi)部舵機(jī)不同的相位來(lái)控制推桿伸縮的原始位置，這些推桿的位置經(jīng)過優(yōu)化，相互垂直的推桿組成一個(gè)“十字型”，為一組，便用三組點(diǎn)來(lái)盡可能地模擬出正弦波，最大化實(shí)現(xiàn)吸排水的可能。

所述的舵機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由舵機(jī)、動(dòng)力系統(tǒng)安裝板、半月頭推桿、滑動(dòng)軸承以及齒輪齒條組成；考慮到齒輪齒條在高度以及水平方向的配合，需要提前計(jì)算好余量，將舵機(jī)的頭部穿過動(dòng)力系統(tǒng)安裝板，用螺絲螺母將其固定在安裝板上，舵機(jī)頭部原本的部件拆下?lián)Q成齒輪；之后將四個(gè)滑動(dòng)軸承用螺絲螺母固定在動(dòng)力系統(tǒng)安裝板，同樣要計(jì)算好位置，半月頭推桿的桿身穿過兩個(gè)滑動(dòng)軸承，兩個(gè)滑動(dòng)軸承之間的桿身上，齒條通過螺絲螺母固定在桿身上，桿身兩側(cè)事先留有余量，以防齒條與滑動(dòng)軸承相撞；在緊靠齒條的后側(cè)平行安裝上一顆擋桿螺絲，以防齒條和桿身發(fā)生橫滾；通過計(jì)算，讓桿身齒條與舵機(jī)頭部的齒輪在高度上與水平方向上配合，使齒輪能有力地作用在齒條上，從而對(duì)半月頭推桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

所述的舵機(jī)控制系統(tǒng)由電源、電源安裝架、單片機(jī)、單片機(jī)安裝架、舵機(jī)及控制開關(guān)組成；舵機(jī)與單片機(jī)通過一路電纜相連，單片機(jī)自身與電源相連，舵機(jī)與電源通過另一路電纜相連，其中一路電纜上接控制開關(guān)，由單片機(jī)直接供電，單片機(jī)由電源供電，電源安裝在電源安裝架上，電源模塊通過螺絲螺母固定在動(dòng)力系統(tǒng)控制板上；將舵機(jī)控制程序燒錄進(jìn)單片機(jī)，啟動(dòng)單片機(jī)開關(guān)，通過按下控制開關(guān)啟動(dòng)舵機(jī)，舵機(jī)的齒輪將做往復(fù)圓周運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒條，帶動(dòng)半月頭推桿進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，半月頭推桿頭部推動(dòng)外層乳膠翼膜進(jìn)行擴(kuò)張收縮，三層的推桿，通過舵機(jī)的初始角度不同，實(shí)現(xiàn)正弦波的運(yùn)動(dòng)，使航行器吸排水，從而模擬出水母的運(yùn)動(dòng)。

有益效果

相比較于傳統(tǒng)的水下航行器，所述水下航行器具有以下優(yōu)勢(shì)：

1.傳統(tǒng)的水下航行器多是用螺旋槳推進(jìn)，而螺旋槳容易發(fā)生湍流等缺陷，而本發(fā)明的航行器模仿并改進(jìn)水母的運(yùn)動(dòng)原理，運(yùn)用簡(jiǎn)諧波的傳遞性，噪聲相對(duì)小，能耗低，又相對(duì)穩(wěn)定。

2.本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)淺海航行器在極其安靜的環(huán)境下對(duì)敵水域的偵查，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)水下生物的仿真，監(jiān)控洄游魚類的動(dòng)向。

3.本發(fā)明還可以通過深入的分析和優(yōu)化，其新概念的動(dòng)力系統(tǒng)能充分合理地利用能量，屬綠色環(huán)保的創(chuàng)新。在實(shí)現(xiàn)航行器運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，還可對(duì)其升級(jí)，通過智能分析并利用控制器件實(shí)現(xiàn)自主前進(jìn)，沉浮，轉(zhuǎn)向，并可裝載多種傳感器、智能分析周圍水體的復(fù)雜情況。

附圖說明

圖1：仿水母水下航行器推桿單層結(jié)構(gòu)視圖；

圖2：仿水母水下航行器正視圖；

圖3：仿水母水下航行器D-D剖視圖；

圖中：1.亞克力側(cè)板；2.亞克力底板；3.控制開關(guān)；4.信號(hào)接收模塊；5.滑動(dòng)軸承；6.半月頭推桿；7.滑動(dòng)軸承固定螺栓螺母；8.主驅(qū)動(dòng)齒輪；9.擋桿螺絲；10.從動(dòng)齒條；11.從動(dòng)齒條與推桿固定螺栓螺母；12.舵機(jī)；13.舵機(jī)固定螺栓螺母；14.控制電纜；15.電源線；16.乳膠翼膜；17.亞克力蓋板；18.電源控制盒；19.單片機(jī)；20.電源；21.航行器單層動(dòng)力盒；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為：一種仿水母水下航行器，由仿生水母外層蒙皮殼體系統(tǒng)、舵機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)以及舵機(jī)控制系統(tǒng)組成。

(1)仿生水母外層蒙皮殼體系統(tǒng)

仿生水母外層蒙皮殼體系統(tǒng)，由乳膠翼膜16與六個(gè)航行器動(dòng)力模塊21共同組成，兩者之間僅僅只靠乳膠翼膜的張力包裹在半月頭推桿上，六個(gè)航行器單層動(dòng)力模塊21相鄰兩者推桿方向相互垂直，前一個(gè)單層動(dòng)力模塊21的底板是下一個(gè)單層動(dòng)力模塊21的蓋板，兩者之間用強(qiáng)力膠粘合，并在粘合處用水密膠密封，由于內(nèi)部的主驅(qū)動(dòng)齒輪8與半月頭推桿6上的從動(dòng)齒條10嚙合，由于舵機(jī)12有自鎖功能，所以在未通電的情況下，半月頭推桿6不會(huì)運(yùn)動(dòng)，能承受一定的壓力，乳膠翼膜16包覆在推桿上。

(2)舵機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

舵機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由舵機(jī)12、舵機(jī)固定螺栓螺母13、主驅(qū)動(dòng)齒輪8、從動(dòng)齒條10、擋桿螺絲9、滑動(dòng)軸承6、滑動(dòng)軸承固定螺栓螺母7、從動(dòng)齒條與推桿固定螺栓螺母11、亞克力底板2以及亞克力側(cè)板1組成。

舵機(jī)12的驅(qū)動(dòng)頭部穿過亞克力底板2，用舵機(jī)固定螺栓螺母13穿過亞克力底板2將舵機(jī)12固定，主驅(qū)動(dòng)齒輪8由過盈配合裝在舵機(jī)驅(qū)動(dòng)頭部，根據(jù)尺寸和安裝關(guān)系計(jì)算，將滑動(dòng)軸承6用滑動(dòng)軸承固定螺栓螺母7固定在亞克力底板2的相應(yīng)位置上，半月頭推桿6穿過亞克力側(cè)板1后穿過兩個(gè)滑動(dòng)軸承6，半月頭推桿6與亞克力側(cè)板1用可動(dòng)密封套密封，將從動(dòng)齒條10用螺栓螺母11固定在半月頭推桿6的桿身上，調(diào)整好舵機(jī)12的相位和從動(dòng)齒條10的嚙合位置，將擋桿螺絲9安裝在亞克力底板2上，防止半月頭推桿6的橫滾，從而帶動(dòng)從動(dòng)齒條10發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

(3)舵機(jī)控制系統(tǒng)

舵機(jī)控制系統(tǒng)由舵機(jī)12、控制線纜14、電源線15、單片機(jī)19、電源20、控制開關(guān)3、信號(hào)接收模塊4、亞克力底板2以及亞克力側(cè)板1組成。

確認(rèn)單片機(jī)19與舵機(jī)12功能無(wú)誤后，將單片機(jī)19和電源20用粘膠固定在亞克力底板2上，將4塊亞克力側(cè)板1垂直粘合亞克力底板2上，得到電源控制盒18，控制開關(guān)3為遙感控制器，信號(hào)接收模塊4接收到信號(hào)后，控制單片機(jī)19的啟動(dòng)，從而控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，每一塊亞克力底板2上開數(shù)個(gè)孔，控制線纜14進(jìn)行分線穿過前面每一層的亞克力底板2與舵機(jī)12相連，給予舵機(jī)12控制信號(hào)，電源線15同樣進(jìn)行分線并聯(lián)從一側(cè)穿過前面每一層的亞克力底板2與舵機(jī)12相連，為舵機(jī)12供電。