本發(fā)明屬于仿生水下航行器，尤其涉及一種基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、舵葉是水下航行器的重要組成部分，通常通過復(fù)雜的傳動系統(tǒng)控制整體舵葉偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)方向控制，部分舵葉具有襟翼舵以實現(xiàn)復(fù)雜的舵面組合，但操作時容易引起噪聲和震動，且舵面變形不連續(xù)產(chǎn)生的縫隙在某些情況下不僅不會改善流體動力，還會增加額外的阻力，面對復(fù)雜流場無法發(fā)揮作用，特別的，這些空隙會在潛航器高速航行時產(chǎn)生空泡導(dǎo)致無法使用。

2、傳統(tǒng)連續(xù)變形舵葉采用離散設(shè)計，使用剛性連桿和剛性鉸鏈外覆柔性蒙皮來實現(xiàn)舵葉的連續(xù)變形，但由于其驅(qū)動結(jié)構(gòu)冗雜、結(jié)構(gòu)所需體積大，一系列的問題造成難以小型化、無法實現(xiàn)主動抑制顫振及隱身性能差等問題。

3、與傳統(tǒng)制造方法相比（如注塑、銑削等），3d打印能夠支持更為復(fù)雜的設(shè)計，包括零件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這些在傳統(tǒng)制造方法中往往難以或無法實現(xiàn)。利用多材料一體化3d打印技術(shù)，可以將舵葉作為整體打印，簡化組裝流程并減少結(jié)構(gòu)冗余，同時縮小其體積?；谶@一技術(shù)突破，為了解決水下航行器舵葉設(shè)計中存在的噪聲、震動、流體動力效率低及高速時空泡生成等關(guān)鍵問題，并克服傳統(tǒng)連續(xù)變形舵葉在小型化、顫振抑制及隱身性能上的局限，本發(fā)明提出一種基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，包括柔性舵結(jié)構(gòu)、動力結(jié)構(gòu)、蒙皮結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)；

4、所述柔性舵結(jié)構(gòu)采用多材料3d打印生成，由剛性樹脂、pp和軟膠三種材料構(gòu)成，所述柔性舵結(jié)構(gòu)包括剛性前緣、柔性后緣、滑舌結(jié)構(gòu)和齒條；所述剛性前緣由剛性樹脂構(gòu)成，所述滑舌結(jié)構(gòu)和柔性后緣均由軟膠和pp材料交替構(gòu)成，所述齒條由pp材料構(gòu)成；

5、所述滑舌結(jié)構(gòu)連接于柔性后緣，且所述滑舌結(jié)構(gòu)與剛性前緣滑動連接；所述柔性后緣連接于剛性前緣，且連接點位于剛性前緣的上邊緣；所述齒條固定設(shè)置在滑舌結(jié)構(gòu)正中部分上方；

6、所述動力結(jié)構(gòu)包括外側(cè)嵌板、內(nèi)側(cè)嵌板、外滾動軸承、內(nèi)傳動桿、軸套、第一偏轉(zhuǎn)齒輪、內(nèi)滾動軸承、動力傳輸聯(lián)軸組件、形變電機(jī)、偏轉(zhuǎn)電機(jī)、傳動桿、第二偏轉(zhuǎn)齒輪和傳動齒輪；

7、所述柔性舵結(jié)構(gòu)的剛性前緣外表面固定嵌有外側(cè)嵌板與內(nèi)側(cè)嵌板；所述支撐結(jié)構(gòu)通過外滾動軸承與內(nèi)側(cè)嵌板連接，所述內(nèi)側(cè)嵌板通過螺紋結(jié)構(gòu)與第一偏轉(zhuǎn)齒輪固定連接；所述內(nèi)傳動桿通過內(nèi)滾動軸承與內(nèi)側(cè)嵌板連接，所述內(nèi)傳動桿的末端延伸至柔性舵結(jié)構(gòu)內(nèi)并固定連接有傳動齒輪，所述傳動齒輪與齒條嚙合連接；所述內(nèi)傳動桿通過動力傳輸聯(lián)軸組件和形變電機(jī)連接；所述軸套通過內(nèi)側(cè)嵌板上螺母與第一偏轉(zhuǎn)齒輪、外滾動軸承固定連接；所述第一偏轉(zhuǎn)齒輪與第二偏轉(zhuǎn)齒輪嚙合連接；所述傳動桿通過動力傳輸聯(lián)軸組件和偏轉(zhuǎn)電機(jī)連接，且所述傳動桿通過螺紋結(jié)構(gòu)與第二偏轉(zhuǎn)齒輪固定連接；

8、所述蒙皮結(jié)構(gòu)通過預(yù)張緊粘接于柔性舵結(jié)構(gòu)的外表面；

9、所述支撐結(jié)構(gòu)用于對動力結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。

10、進(jìn)一步的，所述剛性前緣內(nèi)開設(shè)有滑舌槽，所述滑舌結(jié)構(gòu)與滑舌槽滑動連接。

11、進(jìn)一步的，所述動力傳輸聯(lián)軸組件包括外聯(lián)軸器和內(nèi)聯(lián)軸器，所述內(nèi)傳動桿通過外聯(lián)軸器與內(nèi)聯(lián)軸器和形變電機(jī)連接；所述傳動桿通過外聯(lián)軸器與內(nèi)聯(lián)軸器和偏轉(zhuǎn)電機(jī)連接。

12、進(jìn)一步的，所述動力結(jié)構(gòu)還包括緊固螺柱，所述外側(cè)嵌板和內(nèi)側(cè)嵌板均通過緊固螺柱與柔性舵結(jié)構(gòu)固定連接。

13、進(jìn)一步的，所述蒙皮結(jié)構(gòu)由軟膠構(gòu)成。

14、進(jìn)一步的，所述蒙皮結(jié)構(gòu)包括展向覆膜、側(cè)向覆膜和內(nèi)嵌覆膜；

15、所述展向覆膜通過預(yù)張緊粘接于柔性舵結(jié)構(gòu)外表面及外側(cè)嵌板和內(nèi)側(cè)嵌板的外邊緣；所述側(cè)向覆膜通過預(yù)張緊粘接于柔性后緣側(cè)部及外側(cè)嵌板和內(nèi)側(cè)嵌板的后邊緣；所述外側(cè)嵌板與剛性前緣側(cè)部之間以及內(nèi)側(cè)嵌板與剛性前緣另一側(cè)部之間均通過預(yù)張緊粘接有內(nèi)嵌覆膜。

16、進(jìn)一步的，所述支撐結(jié)構(gòu)包括外安裝板、內(nèi)螺紋柱和內(nèi)安裝板；

17、所述形變電機(jī)和偏轉(zhuǎn)電機(jī)均通過螺栓、螺母與內(nèi)安裝板固定連接；所述外安裝板通過支撐孔與外滾動軸承連接，所述外安裝板通過外滾動軸承與內(nèi)側(cè)嵌板連接；所述外安裝板與內(nèi)安裝板通過內(nèi)螺紋柱固定連接。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、1、噪聲與震動降低：本發(fā)明通過采用多材料3d打印技術(shù)，結(jié)合剛性樹脂、pp和軟膠材料的巧妙組合，實現(xiàn)了柔性舵結(jié)構(gòu)在變形過程中的平滑過渡，有效減少了因材料不匹配或結(jié)構(gòu)突變導(dǎo)致的噪聲和震動問題，從而提升了航行器的隱蔽性和乘坐舒適度。

20、2、流體動力效率提升：本發(fā)明的柔性舵結(jié)構(gòu)能夠模仿魚類柔性鰭的運動，根據(jù)當(dāng)前的流場改變自身朝向和形狀以高效地利用流場，實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和舵型變化兩種運動，使得水下航行器在復(fù)雜水下流場環(huán)境中能夠高效運動。

21、3、空泡抑制：本發(fā)明通過在高速航行時調(diào)整柔性舵結(jié)構(gòu)的朝向和形狀，有效減少了因水流沖擊而產(chǎn)生的空泡現(xiàn)象，這不僅提高了航行穩(wěn)定性，還延長了航行器的使用壽命。

22、4、小型化與顫振抑制：本發(fā)明通過一體化3d打印技術(shù)生成的柔性舵變體機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了高度集成和小型化，同時滑舌結(jié)構(gòu)和多材料設(shè)計的結(jié)合有效抑制了顫振現(xiàn)象，確保了航行器在復(fù)雜流場中的穩(wěn)定操控。

23、5、隱身性能提升：本發(fā)明采用預(yù)張緊的蒙皮結(jié)構(gòu)，不僅增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性和密封性，還通過減少雷達(dá)反射面積和聲音傳播路徑，顯著提升了航行器的隱身性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括柔性舵結(jié)構(gòu)、動力結(jié)構(gòu)、蒙皮結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述剛性前緣內(nèi)開設(shè)有滑舌槽，所述滑舌結(jié)構(gòu)與滑舌槽滑動連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述動力傳輸聯(lián)軸組件包括外聯(lián)軸器和內(nèi)聯(lián)軸器，所述內(nèi)傳動桿通過外聯(lián)軸器與內(nèi)聯(lián)軸器和形變電機(jī)連接；所述傳動桿通過外聯(lián)軸器與內(nèi)聯(lián)軸器和偏轉(zhuǎn)電機(jī)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述動力結(jié)構(gòu)還包括緊固螺柱，所述外側(cè)嵌板和內(nèi)側(cè)嵌板均通過緊固螺柱與柔性舵結(jié)構(gòu)固定連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述蒙皮結(jié)構(gòu)由軟膠構(gòu)成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述蒙皮結(jié)構(gòu)包括展向覆膜、側(cè)向覆膜和內(nèi)嵌覆膜；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3d打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)包括外安裝板、內(nèi)螺紋柱和內(nèi)安裝板；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于仿生水下航行器技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于滑舌結(jié)構(gòu)的一體化3D打印柔性舵變體機(jī)構(gòu)，包括柔性舵結(jié)構(gòu)、動力結(jié)構(gòu)、蒙皮結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)。整個機(jī)構(gòu)通過傳動齒輪與齒條嚙合的方式帶動滑舌結(jié)構(gòu)在剛性前緣下方的滑舌槽內(nèi)滑動，當(dāng)驅(qū)動力沿著柔性后緣施加時，柔性后緣向上偏轉(zhuǎn)，當(dāng)驅(qū)動力沿著剛性前緣施加時，柔性后緣向下偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)柔性舵結(jié)構(gòu)變形。第一偏轉(zhuǎn)齒輪帶動內(nèi)側(cè)嵌板轉(zhuǎn)動，以帶動柔性舵結(jié)構(gòu)整體偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)連續(xù)變形舵葉在小型化、顫振抑制及隱身性能上的局限，實現(xiàn)了偏轉(zhuǎn)和舵型變化的雙重功能，使得水下航行器在復(fù)雜水下流場環(huán)境中能夠更高效、更穩(wěn)定地運動，為深海探索、水下作業(yè)等領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

技術(shù)研發(fā)人員：王坤陽,曹泳靖,任露泉,任雷,溫佳成,張兢軒,高敏,王書鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23