[发明专利]丝驱动柔性可变翼装置及水下航行器

说明书

本发明提出一种丝驱动柔性可变翼装置及水下航行器，属于可变机翼技术领域。丝驱动柔性可变翼装置包括机翼本体，以及至少两个间隔分布于所述机翼本体的驱动丝，所述机翼本体包括至少一个基体和尾体，所述驱动丝穿过所述基体连接至所述尾体，从所述基体到所述尾体之间串联有弹性件。所述水下航行器包括丝驱动柔性可变翼装置。本发明通过收放驱动丝实现机翼的变形及对后掠角和展弦比大小的控制，非常方便；同时避免了传统运动副在海水中快速锈蚀卡顿的现象，可靠性较高；可变翼装置体态轻盈有效降低了传动系统对阻力的影响，具有航行阻力小的优点，收卷驱动丝可以使得机翼收缩，便于航行器回收；模块化设计可以实现较大的后掠角和展弦比的变化范围。

技术领域

本发明属于可变机翼技术领域，尤其涉及一种丝驱动柔性可变翼装置及水下航行器。

背景技术

目前，能够实现海洋无人化观测的水下传感器搭载设备主要有AUV、ROV和AUG，而水下航行器凭借其低能耗、长时序、长航程的突出优势在海洋观测方面具有显著优势。但海洋环境复杂多变，使得水下航行器难以实现高精度航行和观测，特别是依靠浮力驱动的水下航行器，在强流、温度、盐度等干扰下，水下航行器的滑翔速度、角度等都会受到不同程度的影响，给传感器数据引入了不稳定参量。

为了提高带翼水下航行器的环境适应能力，可变翼水下航行器逐步引起学者的关注。以水下航行器为例，2009年，日本学者Arima设计了具有改变机翼攻角能力的可变翼水下航行器模型ALEX，通过运动仿真和水池试验，验证了可变机翼的优势。USM大学的Isa建立了拥有可变机翼的水下航行器动力学模型，并进行了运动仿真。西北工业大学对可变翼混合驱动水下航行器进行了建模与仿真，验证了其具有更强的转弯能力，即航行机动性较高。浙江大学对可变翼(变攻角和后掠角)水下航行器进行了建模与仿真，验证了其具有较高航行机动性。天津大学综合平面五杆机构和双平行四边形机构设计了水下航行器变翼机构。

但是，现有的可变翼装置主要依靠连杆机构或者电机直驱实现，而在实际应用中会使得机翼的体积臃肿、结构复杂，同时在海水中也十分容易腐蚀运动铰链，增加了水下航行器的航行阻力。考虑到水下航行器的机翼多为平板状，带翼型的机翼的宽厚比也较大，故本发明为克服传统可变翼装置的诸多弊端，将丝传动和模块化结构引入可变翼装置，设计了一种丝驱动柔性可变翼装置以及使用此种可变翼装置的水下航行器。

发明内容

本发明针对上述的技术问题，提出一种结构简单、适用于机翼扁平空间、易于驱动和控制的丝驱动柔性可变翼装置及水下航行器，具有可靠性高、成本低、后掠角和展弦比变化范围大、适用范围广、以及便于回收的优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

作为本发明的一个方面，提出一种丝驱动柔性可变翼装置，包括机翼本体，以及至少两个间隔分布于所述机翼本体的驱动丝，所述机翼本体包括至少一个基体和尾体，所述驱动丝穿过所述基体连接至所述尾体，从所述基体到所述尾体之间串联有弹性件。

作为优选，所述基体为多个，多个所述基体间隔穿设于所述驱动丝上，相邻的所述基体之间连接有所述弹性件。

作为优选，所述弹性件为弹簧，所述弹簧套设于所述驱动丝上。

作为优选，从所述基体到所述尾体之间串联有连接单元，所述连接单元包括至少一个移动副和至少一个转动副。

作为优选，所述连接单元包括具有滑槽的第一连杆，以及具有凸起的第二连杆，所述凸起卡设于所述滑槽并可相对所述滑槽移动和/或转动。

作为优选，所述驱动丝的材质为金属或者复合材料。

作为优选，所述机翼本体内填充有柔性颗粒填充物，所述机翼本体外覆盖有蒙皮，所述蒙皮为U型，其开口端与距离所述尾体最远的基体连接。

作为优选，所述蒙皮的材质为硅胶或者橡胶，所述柔性颗粒填充物为橡胶体、海绵或者泡沫。