[发明专利]潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法

说明书

本发明涉及一种潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法，该潜航器推进和控制一体化装置，包括壳体、仿生胸鳍和驱动组件；壳体的轴向一端内设有驱动舱，壳体的轴向另一端为胸鳍连接段；仿生胸鳍的根部转动连接于胸鳍连接段，仿生胸鳍可扭转变形，仿生胸鳍为四片，四片仿生胸鳍环绕于壳体外周并呈十字形布置；驱动组件包括用于驱动仿生胸鳍绕根部摆动的摆动驱动件以及用于驱动仿生胸鳍扭转变形的扭转驱动件。该潜航器推进和控制一体化装置，推进效率高、控制机动灵活且静音隐蔽。

技术领域

本发明属于潜航器技术领域，尤其涉及一种潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法。

背景技术

传统潜航器一般采用螺旋桨作为推进装置，采用舵作为机动控制装置，螺旋桨与舵系统配合航行的设计方案经过多年的迭代，性能指标已经趋于极限，优化空间不大。而且，螺旋桨和舵系统配合航行的方案仍存在一些装置本身的固有缺陷难以解决，例如：螺旋桨的推进效率最高在70％左右，并且只在特定的航速下有效，高于或低于该特定航速时，螺旋桨的效率将大打折扣；螺旋桨在潜航器尾部的不均匀流畅中高速转动产生振动，激励传动轴系、轴承、主机等相关结构和设备振动，形成水下辐射噪声源，使潜航器丧失隐蔽性；舵系统需要在一定的来流速度下才能产生舵效，当潜航器低速航行时，舵效降低，使潜航器丧失低速阶段的机动能力。

发明内容

针对现有潜航器推进装置和机动控制装置存在的上述不足之处，本发明提供了一种潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法，该潜航器推进和控制一体化装置的推进效率高、控制机动灵活且静音隐蔽。

本发明提供一种潜航器推进和控制一体化装置，包括：

壳体，壳体的轴向一端内设有驱动舱，壳体的轴向另一端为胸鳍连接段；

仿生胸鳍，仿生胸鳍的根部转动连接于胸鳍连接段，仿生胸鳍根部的转动轴线沿壳体的轴向设置，仿生胸鳍的稍部向外延伸，仿生胸鳍可扭转变形；仿生胸鳍为四片，四片仿生胸鳍具有相同结构，四片仿生胸鳍环绕于壳体外周并呈十字形布置；

驱动组件，包括用于驱动仿生胸鳍绕根部摆动的摆动驱动件，以及用于驱动仿生胸鳍扭转变形的扭转驱动件；摆动驱动件位于驱动舱内，摆动驱动件与仿生胸鳍数量相等，且摆动驱动件一一对应连接于仿生胸鳍的根部；扭转驱动件与仿生胸鳍数量相等，且扭转驱动件一一对应安装于仿生胸鳍上。

本技术方案通过设置的四片仿生胸鳍和附属驱动组件，可以模仿蝠鲼类海洋生物的胸鳍运动形式，产生相应的推进力和机动控制力，驱动潜航器前进航行和机动转弯，具有推进效率高、控制机动灵活、静音隐蔽等巨大优势。

在其中一些实施例中，壳体的胸鳍连接段外周设有环形凹槽，仿生胸鳍的根部转动连接于环形凹槽内。

在其中一些实施例中，仿生胸鳍包括：

胸鳍摆动轴，作为仿生胸鳍的根部，转动连接于胸鳍连接段，并连接于摆动驱动件；

胸鳍骨架，包括沿展向自根部至稍部依次设置的多级环框，环框的级数以靠近根部为第一级，第一级环框连接于胸鳍摆动轴；

蒙皮，包覆于胸鳍骨架外；

胸鳍扭转轴，作为仿生胸鳍扭转变形的轴线，胸鳍扭转轴沿仿生胸鳍的展向依次连接各级环框；

胸鳍曲轴，用于带动各级环框绕胸鳍扭转轴转动，胸鳍曲轴连接于扭转驱动件，并依次连接各级环框；胸鳍曲轴与胸鳍扭转轴之间的距离自仿生胸鳍根部至稍部逐渐增大，且胸鳍曲轴朝向靠近仿生胸鳍后缘方向弯曲。

本技术方案中，通过控制胸鳍摆动轴的转动即可控制仿生胸鳍的摆动运动，通过控制胸鳍曲轴的转动即可控制仿生胸鳍的扭转变形，便于操控，而且，其摆动运动和扭转变形方式与蝠鲼接近，推进效率更高、姿态控制更平稳。