CN110053745A - 一种仿生潜艇 - Google Patents

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周海峰
张桂玲
邱晨
王荣杰
陈景锋
陈雨菡
林忠华
吴金地
卢其炎
雷慧
蔡彦
陈虹宇
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Jimei University
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Jimei University
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
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    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/40—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by diminishing wave resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B63H1/30—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • B63H1/36—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type swinging sideways, e.g. fishtail type
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Abstract

本发明涉及一种仿生潜艇，包括艇身，所述艇身前端设有仿旗鱼剑状上颌的艇艏，所述艇身后端设有仿旗鱼鱼尾的艇尾，所述艇身中部左、右两侧设有仿座头鲸凹凸状胸鳍的减摇鳍。该仿生潜艇有利于降低潜艇航行受到的阻力，提高潜艇的适航性。

Description

一种仿生潜艇
技术领域
本发明涉及潜艇设计制造技术领域，特别涉及一种仿生潜艇。
背景技术
在现有技术中，大部分将鱼类通过仿生学与工程相结合，主要是以鱼尾结构为主，如专利201610265514.0、201210578963.0、201710333680.2，都是通过模仿金枪鱼的复杂游动过程，实现传动效率高且噪音低的尾鳍推动模式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生潜艇，该仿生潜艇有利于降低潜艇航行受到的阻力，提高潜艇的适航性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种仿生潜艇，包括艇身，所述艇身前端设有仿旗鱼剑状上颌的艇艏，所述艇身后端设有仿旗鱼鱼尾的艇尾，所述艇身中部左、右两侧设有仿座头鲸凹凸状胸鳍的减摇鳍。
进一步地，所述艇艏长度为艇身长度的一半，所述艇艏为圆锥形结构且其后端部与艇身之间以较小的曲率过渡连接。
进一步地，所述艇艏为多段可伸缩式结构，以当潜艇在水面航行时将艇艏收合为最小结构。
进一步地，所述减摇鳍主体为椭圆形结构，所述椭圆形结构的外缘具有按正弦曲线起伏变化的外凸结构。
进一步地，所述外凸结构按最小正周期为12π的正弦曲线制造，所述正弦曲线的幅值为所述椭圆形结构长半轴长度的1/5。
进一步地，设于艇身左、右两侧的减摇鳍可以不同频率分别转动。
进一步地，所述艇身后端与一尾柄一端连接，所述尾柄另一端连接所述艇尾，所述艇尾竖向设置，即与水平面垂直，所述艇尾以其与尾柄的连接轴为中心轴左右摆动，左右摆动的角度范围为-60~60°。
进一步地，所述艇尾由伺服电机驱动，所述伺服电机经中间传动机构驱动所述艇尾的左右摆动。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：基于仿生学原理，设计了一种结合仿旗鱼上颌的艇艏、仿座头鲸胸鳍的减摇鳍以及仿旗鱼鱼尾的艇尾的仿生潜艇，该仿生潜艇通过将旗鱼剑状上颌运用到潜艇中，使潜艇在航行的过程中能降低阻力，提高其航行速度，同时以座头鲸带有凹凸结构的鳍状肢为仿生原型，将其运用到潜艇的减摇鳍上，使减摇鳍能产生更大的升力，提升其在恶劣环境下的适航性，而潜艇模仿旗鱼尾部的艇尾结构，可以在实现较高传动效率的同时减小噪音，提高潜艇的隐蔽性。
附图说明
图1是本发明实施例的结构俯视示意图。
图2是本发明实施例的结构前视示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供一种仿生潜艇，包括艇身2，艇身2前端设有仿旗鱼剑状上颌的艇艏1，艇身2后端设有仿旗鱼鱼尾的艇尾3，艇身2中部左、右两侧设有仿座头鲸凹凸状胸鳍的减摇鳍4。
在本实施例中，艇艏1为仿旗鱼上颌结构。旗鱼是短距离内游泳速度最快的鱼类，它的一个标志性特征就是拥有一个剑状上颌，而就是该剑状上颌将水很快地向两旁分开，使其所受水的阻力减小。因此，艇艏1长度为艇身2长度的一半，艇艏1为圆锥形结构且其后端部与艇身2之间以较小的曲率过渡连接。艇艏1为多段可伸缩式结构（本实施例中为五段），以当潜艇在水面航行时将艇艏1收合为最小结构，并可以收入艇内。艇艏材料采用钛合金。
减摇鳍4为仿座头鲸胸鳍结构。凹凸结构的鳍状肢能够使座头鲸虽然拥有庞大的身躯却能在高速游动时拥有极好的回转性，其鳍状肢能够增推减阻，研究表明推力提升8%的同时阻力降低了32%，故本发明从其中得到启发，将座头鲸鳍状肢前缘上不规则分布的瘤状凹凸结构运用到原有减摇鳍上。提出具有凹凸结构的仿生减摇鳍。减摇鳍4主体为椭圆形结构，椭圆形结构的外缘具有按正弦曲线起伏变化的外凸结构。考虑到制造的难易程度，为方便制造，外凸结构采用六个周期的正弦曲线，即按最小正周期为12π的正弦曲线制造，正弦曲线的幅值为椭圆形结构长半轴长度的1/5，从而提高减摇鳍所能提供的升力，使潜艇在水面航行时拥有更好的适航性。设于艇身2左、右两侧的减摇鳍4可以不同频率分别转动。当潜艇左右摇荡严重时，通过模糊控制实现左右两侧减摇鳍以不同频率绕轴转动，以减轻潜艇的左右摇晃现象，同时减摇鳍能以连杆为轴以一定的角度转动，以便容易轻松地实现潜艇的上浮和下潜。
艇尾3为仿旗鱼尾部结构。艇尾形状模仿旗鱼尾部形状，尾鳍分叉较深。艇身2后端与一尾柄5一端连接，尾柄5另一端连接艇尾3，艇尾3竖向设置，即与水平面垂直，艇尾3以其与尾柄5的连接轴为中心轴左右摆动，左右摆动的角度范围为-60~60°。艇尾3由伺服电机驱动，伺服电机经中间传动机构驱动艇尾3的左右摆动。本实施例通过换向齿轮轴换向，实现艇尾的摆动。艇尾的左右摆动不仅能灵活实现潜艇的的左右转向运动，同时其对水的作用力在潜艇运动方向上的分量，能够增加潜艇的推进动力，故也能提高潜艇航行速度。
本发明充分利用了仿生学原理，将多种生物体自身在某一方面的卓越特性运用到具体的工程实际中，提出了一种新型仿生潜艇。首先，以水中“游泳冠军”旗鱼尾部为仿生对象，运用到潜艇中作为船舶的推动力。由于旗鱼呈剑状的上颌与其高速游动的奇特性能有巨大的关系，故本发明还将旗鱼长剑状的上颌运用到潜艇中，使潜艇在航行的过程中能降低阻力，提高其航行速度。同时此发明还以座头鲸带有凹凸结构的鳍状肢为仿生原型，将其运用到潜艇的减摇鳍上，使减摇鳍能产生更大的升力，提升其在恶劣环境下的适航性能。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种仿生潜艇，包括艇身，其特征在于，所述艇身前端设有仿旗鱼剑状上颌的艇艏，所述艇身后端设有仿旗鱼鱼尾的艇尾，所述艇身中部左、右两侧设有仿座头鲸凹凸状胸鳍的减摇鳍。
2.根据权利要求1所述的一种仿生潜艇，其特征在于，所述艇艏长度为艇身长度的一半，所述艇艏为圆锥形结构且其后端部与艇身之间以较小的曲率过渡连接。
3.根据权利要求1所述的一种仿生潜艇，其特征在于，所述艇艏为多段可伸缩式结构，以当潜艇在水面航行时将艇艏收合为最小结构。
4.根据权利要求1所述的一种仿生潜艇，其特征在于，所述减摇鳍主体为椭圆形结构，所述椭圆形结构的外缘具有按正弦曲线起伏变化的外凸结构。
5.根据权利要求4所述的一种仿生潜艇，其特征在于，所述外凸结构按最小正周期为12π的正弦曲线制造，所述正弦曲线的幅值为所述椭圆形结构长半轴长度的1/5。
6.根据权利要求1所述的一种仿生潜艇，其特征在于，设于艇身左、右两侧的减摇鳍可以不同频率分别转动。
7.根据权利要求1所述的一种仿生潜艇，其特征在于，所述艇身后端与一尾柄一端连接，所述尾柄另一端连接所述艇尾，所述艇尾竖向设置，即与水平面垂直，所述艇尾以其与尾柄的连接轴为中心轴左右摆动，左右摆动的角度范围为-60~60°。
8.根据权利要求7所述的一种仿生潜艇，其特征在于，所述艇尾由伺服电机驱动，所述伺服电机经中间传动机构驱动所述艇尾的左右摆动。
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