CN101973380A

CN101973380A - 仿生吊舱推进器

Info

Publication number: CN101973380A
Application number: CN2010105119396A
Authority: CN
Inventors: 于凯; 秦洪德; 郭春雨; 黄胜; 常欣; 华佳
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2011-02-16

Abstract

本发明提供的是一种仿生吊舱推进器。包括安装在吊舱内的驱动电机，驱动电机与曲轴相连，所述曲轴为四连杆轴曲轴其上连接四根连杆轴，两个相位差180°的连杆轴为一组，每组连杆轴相互成十字形垂直布置，每根连杆轴连接摇杆，每限摇杆通过尾柄与尾鳍相连。本发明通过简单的机构实现尾鳍的摆动，并将传动机构布置在吊舱内，有利于排进器高效推进，而且增加了推进系统的可靠性。

Description

仿生吊舱推进器

技术领域

本发明涉及的是一种船舶与海洋结构物推进与操纵装置，具体地说是一种吊舱式仿生推进器。

背景技术

当前无论是水面船舶还是水下的潜器，绝大多数采用传统的螺旋桨做为推进器。虽然这种推进器现今有其非常大的优势，但在一些特殊的环境下，存在着局限性。螺旋桨伴有较大的噪音和尾涡。螺旋桨推进器的这些问题不利于开发具有大范围转移能力和高机动性的水下机器鱼，为克服这些问题，适应未来水下机器鱼技术发展的要求，人们在开发新能源的同时，也在积极寻找性能更加优良的新型推进方式。如何设计和制造高性能的仿生推进的机器鱼，成为一个新兴的热点问题。

吊舱推进器是一种新型推进方式，它悬挂在船的下部集推进与操纵装置于一体，省去了传统的推进器轴系和舵，优化了水动力性能，可以节省船内大量的空间，增加了船舶设计、建造和使用的灵活性。吊舱推进器作为新型的船舶推进系统，其空间配置，可以节省舱容，简化安装，振动小，噪声低，极大的提高了船舶的操纵性和机动性，具有广阔的市场潜力和极高的应用价值。

由于海洋开发的需要，各主要海洋大国都十分重视新型推进船舶的开发与利用。传统船舶采用桨-舵作为推进和操纵系统，因而存在很多的局限性。利用仿生学原理，开发类似海豚或金枪鱼等鱼类的推进技术，以降低能耗和噪音、提高推进效率，是一个很有前途的研究方向之一。

结合仿生推进与吊舱推进两种新型的推进方式，开发一种仿生吊舱推进器，这种新型的仿生吊舱推进器有着广泛的应用前景。仿生学研究表明，仿鱼鳍推进模式具有高稳定性、优良的机动性和隐蔽性，是鱼类适应复杂的水下环境以及上亿年自然进化的结果。目前水下仿生技术研究方面，众多的研究主要集中于尾鳍的运动和鱼体的运动。用尾鳍摆动作为推进的方式，虽然与螺旋桨相比具有一定的优势，但是仍然具有不少缺点。例如在水中的灵活性不够，致使其在转弯和掉头的时候很不灵活；在机器鱼的前进过程中，产生摆艏的现象，姿态不稳定，头尾难以协调，不能一直沿着直线方向前进；仿生传动机构传动效率不高，致使其在工程应用中有很大的局限性。利用吊舱式推进方式和简单可靠的传动装置，将推进电机和摆动装置布置在吊舱内，实现多尾鳍摆动推进，很好的解决了单尾仿生推进存在的摆艏和传动机构效率较低的问题。同时，仿生吊舱推进器具有广阔的应用前景。

中国专利申请号为200510030439，名称为“仿鱼形吊舱推进器”的专利申请文件中公开了一种仿鱼流线型的吊舱，大它仍是以螺旋桨为推进装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较大的推进功率，保证仿生推进器具有良好的实际应用前景的仿生吊舱推进器。

本发明的目的是这样实现的：包括安装在吊舱内的驱动电机，驱动电机与曲轴相连，曲轴为四连杆轴曲轴其上连接四根连杆轴，两个相位差180°的连杆轴为一组，每组连杆轴相互成十字形垂直布置，每根连杆轴连接摇杆，每根摇杆通过尾柄与尾鳍相连。

本发明还可以包括：

1、驱动电机密封于电机舱中。

2、吊舱内有十字型布置的两条环形肋骨，两个十字形支架固定在肋骨上，一个支架安装电机舱，支架与肋骨连接处安装摇杆的交接点；另一个支架安装曲轴的轴承座。

3、尾鳍为刚性结构，尾鳍通过橡胶块与尾柄连接，橡胶块上均匀布置小金属块。

本发明是对现有传统推进方式的革新，主要包括球形吊舱、摆动推进机构、尾柄尾鳍等三部分。该推进器为吊舱式电力仿生推进系统，就是利用曲轴和连杆将电机的转动实现为尾鳍的摆动，从而制成一个独立的推进器，并吊挂在船体底部，该推进器可以通过转向电机和齿轮箱实现360°水平旋转(与吊舱推进器相同)，这样，推进的方位角可以人为地进行控制和调节，其直接结果就是取消了舵机系统及相应的操作机构。由于推进系统本身完全包含在吊舱内，所以船体上就省去了一些附属部分，如轴支架和常用的艉肋骨和舵，而且船内也没有艉轴和减速齿轮装置，船内电站的位置不再受原动机的限制。

此推进器分为水密和非水密两部分，水密部分为电机舱，其他部分均为非水密。十字型布置的两条环形肋骨，将推进器的整体框架撑起，外壳用玻璃钢制成，整体形成吊舱。两个十字形支架固定在肋骨上，一个支架安装电机舱，支架与肋骨连接处安装摇杆的交接点；另一个支架安装曲轴的轴承座。

本发明的推进器是利用尾鳍摆动实现推进的。所选的传动机构为曲轴连杆机构，出发点是把旋转运动转化为摆动。四个连杆与曲轴连杆轴相连，两个连杆轴一组，每组连杆轴相位差为180°，连杆与摇杆和尾柄连接，两组连杆轴的相位差为90°，这样，四个尾鳍将两个为一组实现以相位差为180°相向摆动，并且每组相位差为90°，从而保证推进器稳定的功率输出和传动机构的平稳运行。

附图说明

图1仿生推进器水平剖面示意图；

图2仿生推进器垂直剖面示意图；

图3仿生推进器尾柄与尾鳍连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

在图1-3中各符号的含义为：1.驱动电机、2.电机舱、3.连杆I、4.连杆II、5.曲轴、6.支架、7.摇杆I、8.摇杆II、9.连杆III、10.连杆IV、11.摇杆III、12.摇杆IV、13.尾柄、14.尾鳍、15.外壳。

仿生推进器采用四尾鳍推进，目的在于增加推进的功率。通过简单的机构实现尾鳍的摆动，并将传动机构布置在吊舱内，有利于推进器高效推进，而且增加了推进系统的可靠性。

如图1、2所示，仿生推进器驱动电机1通过曲轴5，利用连杆3、4，带动摇杆7、8在水平面内摆动，摇杆尾端连接尾柄和尾鳍；利用连杆9、10，带动摇杆11、12在垂直面内摆动，摇杆尾端连接尾柄和尾鳍。曲轴5为四连杆轴曲轴，两个相位差180°的连杆轴为一组，每组连杆轴相互成十字形垂直布置。这样，摇杆7和摇杆8相向开合摆动，摇杆11和摇杆12相向开合摆动，摇杆7、8和摇杆11、12开合摆动的相位差为90°，从而保证推进系统传动机构的平稳运行。

尾鳍14为刚性结构，利用橡胶块与尾柄13连接，如图3所示，橡胶块上均匀布置小金属块，这样，可以保证尾柄和尾鳍在摆动时有一定的相位差。

仿生推进器传动机构简单可靠，四尾鳍推进，具有较大的推进功率，保证仿生推进器在水面舰船和潜艇潜器上具有良好的实际应用前景。

Claims

1.一种仿生吊舱推进器，包括安装在吊舱内的驱动电机，驱动电机与曲轴相连，其特征是：所述曲轴为四连杆轴曲轴其上连接四根连杆轴，两个相位差180°的连杆轴为一组，每组连杆轴相互成十字形垂直布置，每根连杆轴连接摇杆，每根摇杆通过尾柄与尾鳍相连。

2.根据权利要求1所述的仿生吊舱推进器，其特征是：驱动电机密封于电机舱中。

3.根据权利要求1或2所述的仿生吊舱推进器，其特征是：吊舱内有十字型布置的两条环形肋骨，两个十字形支架固定在肋骨上，一个支架安装电机舱，支架与肋骨连接处安装摇杆的交接点；另一个支架安装曲轴的轴承座。

4.根据权利要求1或2所述的仿生吊舱推进器，其特征是：尾鳍为刚性结构，尾鳍通过橡胶块与尾柄连接，橡胶块上均匀布置小金属块。

5.根据权利要求3所述的仿生吊舱推进器，其特征是：尾鳍为刚性结构，尾鳍通过橡胶块与尾柄连接，橡胶块上均匀布置小金属块。