[发明专利]一种快速转向运动的仿生水下推进器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种推进器，具体地说是水下仿生推进器。

背景技术

随着海洋资源的开发力度的增加，水下装备的开发凸显出重要的研究意义，鉴于水下推进动力问题能够直接影响到装备的推进效能，现阶段，国内外相关学者对水下推进方式进行了广泛的的探索研究，并在诸多方面取得了许多研究成果。随着研究的深入发现，传统的电机驱动的螺旋桨的推进方式，日益暴露出噪声大、机械结构复杂等局限性，不适应水下驱动的应用；仿鱼鳍式水下推进方式能够满足节能环保的设计需要，具有低噪声、无污染优异性能，获得了学术界的一致肯定，然而，该推进方案无法满足高效能的应用理念，更重要的是，在众多的仿生水下推进器的设计方案中，未能解决推进器的转向运动问题或需要复杂的结构设计才能实现水下的转向运动问题，此问题是当前水下推进器设计需要解决的关键问题之一。智能材料的兴起，突破了传统电机驱动的轴向转动及复杂性，同时，在低电压下可以方便地实现直线驱动特性，在航天、仿生及医学方面具有重要应用前景，另一方面，仿生学对于工程实践具有重要的指导意义，利用仿生学原理，将心脏原型结构应用于推进器的开发，是一种重要的应用创新。因此，利用智能材料IPMC(离子聚合物金属复合材料)和SMA(形状记忆金属材料)的组合，结合生物心脏原理，设计一款能够实现快速转向运动的高效能水下推进器结构，具有重要研究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供能够解决传统水下推进机械常见缺陷的一种快速转向运动的仿生水下推进器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种快速转向运动的仿生水下推进器，其特征是：包括壳体、电极支撑架、叠加电极、弹性薄膜、第一喷水支架、第二喷水支架，壳体包括相连的半圆壳体和圆柱壳体，叠加电极包括电极单元，电极单元包括正电极、负电极，正电极和负电极上均安装第一-第三金属板，正电极的第二金属板与负电极的第一金属板之间设置第一绝缘层，正电极的第三金属板与负电极的第二金属板之间设置第二绝缘层，电极支撑架有两层，分别固定在壳体内壁上，电极单元之间并联安装在两层电极支撑架上，电极单元里安装IPMC肌肉条，两层电极支撑架旁各设置有第一弹性薄膜和第二弹性薄膜，第一弹性薄膜和第二弹性薄膜将壳体从上至下分割成上、中、下腔，IPMC肌肉条分别黏贴于第一弹性薄膜或第二弹性薄膜上，圆柱壳体里设置第一喷水支架和第二喷水支架，第一喷水支架将第一弹性薄膜和第二弹性薄膜均隔成左右两部分，第二喷水支架将第一弹性薄膜和第二弹性薄膜右部分的右端，第一喷水支架与半圆壳体、圆柱壳体形成储水腔，第二喷水支架与第一喷水支架、圆柱壳体形成喷水腔，第一喷水支架上设置膜瓣喷嘴，第二喷水支架上设置弯曲喷嘴，四片1/4的圆形的IPMC瓣膜依次连接组合，构成圆形的瓣膜喷嘴，弯曲喷嘴包括喷水鸭嘴、SMA丝、硅胶壳，硅胶壳为锥形，SMA丝包括4组，4组SMA丝对称布置在硅胶壳上，喷水鸭嘴安装在锥形硅胶壳的顶点处，半圆壳体上设置进水孔，液体从进水孔进入壳体后，依次通过膜瓣喷嘴和弯曲喷嘴后从壳体喷出，实现动力的输出。

本发明还可以包括：

1、所述的膜瓣喷嘴、弯曲喷嘴均有六个，且分别沿第一喷水支架和第二喷水支架的圆周均匀布置，两个膜瓣喷嘴和两个弯曲喷嘴位于上腔里，两个膜瓣喷嘴和两个弯曲喷嘴位于中腔里，两个膜瓣喷嘴和两个弯曲喷嘴位于下腔里。

2、所述的进水孔至少有三层，至少有一层进水孔位于上腔处，至少有一层进水孔位于中腔处，至少有一层进水孔位于下腔处。

本发明的优势在于：本发明采用SMA丝制作尾部的弯曲喷嘴，通过简单的结构设计解决了水下推进器的快速转向运动问题；通过三通道两腔室的结构设计，充分利用了内部空间，且各部分的协调配合，提高了水下推进器的工作效率；将仿生学的原理应用于工程实践，服务指导的实践应用，且扩宽仿生学的应用领域；利用智能材料解决了传统机械的常见缺陷，同时，改善了仿生鱼鳍式推进的水下推进效能。

附图说明

图1是水下推进器A-A剖视图；

图2a是叠加电极三视图a，图2b是叠加电极三视图b，图2c是叠加电极三视图c；

图3是水下推进器D-D剖视图；

图4是水下推进器B-B剖视图；

图5a是水下推进器弯曲喷嘴放大图a，图5b是水下推进器弯曲喷嘴放大图b；

图6是水下推进器C-C剖视图；

图7a是水下推进器喷水部分放大图a，图7b是水下推进器喷水部分放大图b；

图8是本发明的整体剖面图。

具体实施方式