本發(fā)明涉及一種尾槳，更具體的說是一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳。

背景技術(shù)：

目前水面和水下航行器基本采用螺旋槳結(jié)構(gòu)，槳葉曲率固定不變，是效能低的主要原因，會產(chǎn)生較大的噪音和尾渦。魚類和鯨類海洋動物的游動方式是生物進(jìn)化史的結(jié)晶，具有高效能、高速度、高靈活性，低噪聲各種優(yōu)點。水面航行器和水下潛航器如果采用仿生魚尾水下推進(jìn)技術(shù)，就可以做到高效能，靈活低噪的效果。

目前仿魚尾推進(jìn)有多種方式，例如發(fā)明名稱為仿生機器魚的柔性推進(jìn)機構(gòu)申請?zhí)?004100536602，該專利采用兩個電機分別拉緊和放松魚尾鰭兩側(cè)的鋼絲繩來控制魚尾的柔性擺動。缺點是傳動剛性不足，力矩輸出羸弱，動作粗拙，難以控制，無法用于較大型艇體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明名稱為一種仿魚尾推進(jìn)系統(tǒng)的機械傳動裝置申請?zhí)?005200205718，

該專利采用電機驅(qū)動蝸輪蝸桿副，繼而帶動偏心輪、滑動框架、拉桿，帶動l型擺桿擺動，同時固定半齒輪又迫使傳動齒輪組帶動擺桿轉(zhuǎn)動，擺桿末端有彈簧片和尾鰭，形成具有3個自由度絞鏈軸的柔性擺動。這種結(jié)構(gòu)的缺點是擺動節(jié)點只有2個，剛性動作單一僵硬。

發(fā)明名稱為電磁驅(qū)動多關(guān)節(jié)仿生魚尾推進(jìn)裝置申請?zhí)?007100726206)，該專利采用縱向骨材、橫向骨材，并分為多節(jié)，連接軸連接，這種結(jié)構(gòu)的缺點是柔性有余，剛性不足，很難用于實際應(yīng)用；還有動力多節(jié)點結(jié)構(gòu)，每個自由度節(jié)點安裝一個舵機，一般要3個以上自由度節(jié)點，安裝3個舵機，勢必造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動作協(xié)調(diào)難度提高的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳，能夠逼真地仿生海洋動物和魚類的游動方式，提高傳動效率，降低噪音；并且扭簧串自由度節(jié)點的數(shù)量可以任意設(shè)計，不僅可以模擬金槍魚等鯵科模式的游動機理，還可以模擬鰻魚等鰻鱺模式游動機理；扭簧串結(jié)構(gòu)極為簡單，易于加工制造。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳包括安裝板、扭力簧串、尾體和尾鰭，所述扭力簧串的一端固定連接在所述安裝板的一端，所述扭力簧串的另一端固定連接有所述尾鰭，所述扭力簧串包裹有所述尾體。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的扭簧串仿生魚尾槳還包括動力箱和驅(qū)動軸，所述動力箱由控制器、電源、電機和減速器組成，所述電源的輸出端連接著控制器和電機的電源端，所述電源給控制器和電機供電，所述控制器的輸出端連接著所述電機的輸入端，所述電機的輸出軸連接著所述減速器的輸入端，所述減速器的輸出端連接著所述驅(qū)動軸的一端，所述驅(qū)動軸的另一端與所述安裝板的另一端固定連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的扭力簧串由單根彈簧鋼絲或鋼管制成。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的扭力簧串由首段圓圈狀的安裝孔、多個扭簧節(jié)點和末段圓圈狀的安裝孔組成，所述首段圓圈狀的安裝孔固定在安裝板上，所述末段圓圈狀的安裝孔固定在尾鰭上，所述扭簧節(jié)點依次連接在首段圓圈狀的安裝孔和末段圓圈狀的安裝孔之間，從首段到末端，扭簧節(jié)點的扭簧直徑逐漸加大或者扭簧圈數(shù)逐漸增加，所述扭力簧串為一體結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳所述的尾體由柔性材料制成。

本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳的有益效果為：

1.用扭簧串仿生魚尾槳取代現(xiàn)有船艇的螺旋槳推進(jìn)方式，充分發(fā)揮船艇動力資源，高效能輸出力矩，逼真地仿生海洋動物和魚類的游動方式，從而獲得魚類游動的速度和效能；要達(dá)到魚類游動效果，必須具有多個自由度節(jié)點，使用扭簧做為節(jié)點比較理想，相對于舵機作為節(jié)點，更為簡單可靠，扭簧可以儲存和釋放能量，產(chǎn)生鞭狀擺動動作，逼真地模擬了魚類的游進(jìn)動作。

2.本發(fā)明中采用了新穎的剛性呈梯度變化的扭簧串結(jié)構(gòu)，扭簧串模仿出了魚腰魚尾的肌肉功能；本發(fā)明可根據(jù)船艇結(jié)構(gòu)大小需要，設(shè)計任意多個扭簧節(jié)點，從扭簧串首段到末端每個扭簧節(jié)點剛度不同，遞減排列；動力輸出連接扭簧串首端，扭簧串末端連接尾鰭。

3.本發(fā)明采用的扭簧串結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，自由度節(jié)點的數(shù)量可以任意增減設(shè)計，不僅可以模擬金槍魚等鯵科模式的游動機理，還可以模擬鰻魚等鰻鱺模式游動機理；扭簧串使用單根任意截面的彈簧鋼絲或鋼管彎曲加工制造；扭簧串結(jié)構(gòu)極為簡單，易于加工制造；扭簧串為純機械結(jié)構(gòu)可以用于重載荷，大型船艇和潛器。

4.本發(fā)明采用的步進(jìn)電機或伺服電機由電腦芯片編程控制，步進(jìn)電機驅(qū)動扭簧串尾體往復(fù)擺動，實現(xiàn)仿真魚游動時的折腰，甩尾，轉(zhuǎn)向動作；步進(jìn)電機軸轉(zhuǎn)動時，由于整個尾體尾鰭收到水的阻力，扭簧串第一個扭簧節(jié)點受力最大，首先屈服達(dá)到一定角度時，第二個扭簧節(jié)點開始屈服，依次傳遞到各個扭簧節(jié)點，尾體呈現(xiàn)鞭狀運動，由于分布在尾體各個節(jié)點上扭簧的作用力，尾體各段都能產(chǎn)生推進(jìn)力；控制軸擺動的速度和角度，就可以實現(xiàn)加速，減速，轉(zhuǎn)彎變向各種動作。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方法對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳的安裝板、扭力簧串和尾鰭的安裝示意圖。

圖3為本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳的工作示意圖。

圖4-9為本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳的工作過程示意圖。

圖10為本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳的動力箱的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：船艇1、動力箱2、驅(qū)動軸3、安裝板4、扭力簧串5、尾體6和尾鰭7。

具體實施方式

下面結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10說明本實施方式，本發(fā)明一種適用于船艇的扭簧串仿生魚尾槳能夠逼真地仿生海洋動物和魚類的游動方式，提高傳動效率，降低噪音；并且扭簧串自由度節(jié)點的數(shù)量可以任意設(shè)計，不僅可以模擬金槍魚等鯵科模式的游動機理，還可以模擬鰻魚等鰻鱺模式游動機理；扭簧串結(jié)構(gòu)極為簡單，易于加工制造。

該扭簧串仿生魚尾槳包括安裝板4、扭力簧串5、尾體6和尾鰭7，所述扭力簧串5的一端通過焊接或螺栓連接等方式固定連接在所述安裝板4的一端，所述扭力簧串5的另一端通過焊接或螺栓連接等方式固定連接有所述尾鰭7，所述扭力簧串5包裹有所述尾體6。所述的尾體6由柔性材料制成，能夠彎曲，并且尾體6的面積可以影響推力的大小。

所述的扭簧串仿生魚尾槳還包括動力箱2和驅(qū)動軸3，所述動力箱2由控制器、電源、電機和減速器組成，所述電源的輸出端連接著控制器和電機的電源端，所述電源給控制器和電機供電。電源可以是電池，發(fā)電機或其他可以提供電力的設(shè)備。所述控制器的輸出端連接著所述電機的輸入端，所述電機的輸出軸通過聯(lián)軸器連接著所述減速器的輸入端，所述減速器的輸出端通過聯(lián)軸器連接著所述驅(qū)動軸3的一端，所述驅(qū)動軸3的另一端與所述安裝板4的另一端通過焊接或銷連接等方式固定連接。電機采用步進(jìn)電機或伺服電機，電機驅(qū)動扭簧串尾體往復(fù)擺動?？刂破饔糜诳刂齐姍C的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、啟停等，控制器可以根據(jù)電機型號選用市場上已有的步進(jìn)電機控制器或伺服電機控制器。

所述的扭力簧串5由單根彈簧鋼絲或鋼管制成，扭力簧串5由首段圓圈狀的安裝孔、多個扭簧節(jié)點和末段圓圈狀的安裝孔組成，所述首段圓圈狀的安裝孔固定在安裝板4上，所述末段圓圈狀的安裝孔固定在尾鰭7上，所述扭簧節(jié)點依次連接在首段圓圈狀的安裝孔和末段圓圈狀的安裝孔之間，從首段到末端，扭簧節(jié)點的扭簧直徑逐漸加大或者扭簧圈數(shù)逐漸增加，形成扭簧串各節(jié)點扭力矩逐漸減小的排列，所述扭力簧串5為一體結(jié)構(gòu)。

動力箱2可以直接外掛在船艇1后舷上，驅(qū)動軸3及整個魚尾槳置放后舷外水下。動力箱2控制扭力簧串5擺動，從而推動船艇1前進(jìn)。

工作時，動力箱2的驅(qū)動軸3向一側(cè)轉(zhuǎn)動一定角度，由于扭力簧串的整體受水的阻力作用，靠近驅(qū)動軸3的第一個扭簧節(jié)點受力最大，首先屈服，節(jié)點彎曲一定角度，第一個扭簧儲能，隨后第二個扭簧節(jié)點開始屈服，節(jié)點彎曲一定角度，第二個扭簧儲能，依次第三、四、五個扭簧節(jié)點屈服，節(jié)點彎曲一定角度，第三、四、五個扭簧儲能，扭簧串魚尾彎成弓形轉(zhuǎn)動向后側(cè)方推水，產(chǎn)生反作用力，使船體獲得前進(jìn)力。

參看圖4-9扭力簧串5工作順序示意圖，圖4顯示，動力箱2的驅(qū)動軸3向一側(cè)轉(zhuǎn)動一定角度后，停止并反向轉(zhuǎn)動，此時，圖5顯示，扭力簧串5第一個扭簧節(jié)點釋放彈簧能并反方向扭轉(zhuǎn)屈服，帶動第二個扭簧節(jié)點仍繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動一定距離，然后第二個扭簧節(jié)點也釋放彈簧能并反方向扭轉(zhuǎn)屈服，帶動第三個扭簧節(jié)點仍繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動一定距離，圖6顯示，然后第三個扭簧節(jié)點也釋放彈簧能并反方向扭轉(zhuǎn)屈服，依次類推圖7、8、9顯示下一組反轉(zhuǎn)動作，在水的阻力作用下，扭力簧串5整體呈現(xiàn)鞭狀運動狀態(tài)，驅(qū)動軸3反復(fù)擺動，尾體6和尾鰭7反復(fù)扭曲向側(cè)后方推水，產(chǎn)生反作用力，使船體獲得前進(jìn)力；在連續(xù)游進(jìn)中，扭力簧串5沿正弦曲線軌跡運動，逼真地模擬了魚類的游動方式。

當(dāng)然，上述說明并非對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護范圍。