CN205076019U - 一种两自由度仿生尾鳍 - Google Patents
一种两自由度仿生尾鳍 Download PDFInfo
- Publication number
- CN205076019U CN205076019U CN201520797615.1U CN201520797615U CN205076019U CN 205076019 U CN205076019 U CN 205076019U CN 201520797615 U CN201520797615 U CN 201520797615U CN 205076019 U CN205076019 U CN 205076019U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oar
- frame
- blade
- oar frame
- hull
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
本实用新型提供一种两自由度仿生尾鳍,包括桨框槽、桨框、叶片和传动齿轮四部分。叶片上的叶片轴插入桨框上的叶片轴孔内,叶片以百叶窗式结构与桨框连接,叶片可以在桨框内做绕轴转动。桨框在桨框槽内做往复运动。桨框槽的深度略低于桨框上边框的宽度。桨框的上边框“隐藏”桨框槽内,避免桨框受到正面水流的冲击,从而直接减小了推进过程中桨框结构所受的水阻力。本实用新型具体实现时可以采用单桨、双桨、多桨桨组等方式实现,具有高效率推进,船体控制,减小水动力噪声,减轻空泡效应,船体隐蔽等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种船体推进装置,尤其涉及一种两自由度仿生尾鳍,属于船桨结构技术领域。
背景技术
现阶段,各类大小船只所采用的推进方式中,无论哪种推进方式,都具有一定的缺点。以螺旋桨推进方式为例:螺旋桨具有不可忽视的轴向面积,当螺旋桨的转速极大的时候,其推进效率反而会下降。螺旋桨是采用轴系连接的。螺旋桨在进行快速推进过程中,所产生的水动力噪声也是很大的。螺旋桨还具有空泡效应,即螺旋桨转速达到一定值时,桨叶的吸水面上出现汽泡溢出的现象。螺旋桨转速越大,空泡效应越严重。螺旋桨的空泡效应不仅会使水流发生畸变,使桨叶空转,降低桨叶的推进效能,还可能导致强冲击波的出现,并引起桨叶表层的腐蚀。而对于潜艇而言,更为严重的是大量空泡的产生,使航行中的潜艇拖着一条尾迹,并产生非常大的空泡噪声,很容易暴露潜艇的位置。传统木划桨做往复运动,在到达极限位置向反方向回复的时候,水会有和推进力同样大的阻力,克服回复力做的功也非常多,所以木划桨只能用于小型的个人用船艇上。
本实用新型吸收了仿生推进方式,船桨的运动模仿鱼类尾部推进时的往复运动方式,机械结构简单易实现。这种运动方式减小了水流与桨在船运动方向上的相对面积,从而减小阻力。并且本实用新型装置对桨的形状结构进行了突破性改进,采用了与船体相依附的桨框结构,桨框中有叶片,叶片采用百叶窗式结构。该结构能够有效减少船桨回复阻力。本翼桨能够实现船桨高效率的水下推进,有效的减轻空泡效应,降低水动力噪声。采用多组船桨方案,可以使船桨具有舵的导航作用和减摇鳍的减摇作用。在网上检索与本实用新型较为相近的是《一种变结构船用翼桨》的专利。我们突出性的对这篇专利的船桨结构和运动方式做了改进。首先突破性的使用了桨槽结构,将叶片变的上半部分隐藏在桨槽内。这样能减小船桨正面的冲击面积,从而减小船运动是水的阻力。将桨框合二为一后,桨框的结构更为简单,也更为坚固,同时桨框的回复阻力也有了大幅度减小。本实用新型的相较前人的发明更具突破创新性。
发明内容
本实用新型的目的是为了改进桨的结构而提供一种两自由度仿生尾鳍。
本实用新型的目的是这样实现的:包括设置在船体上的扇形桨框槽、安装在扇形桨框槽中的桨框、叶片和传动齿轮,所述桨框内部是中空式结构,所述桨框的相对的两个边上分别对称设置有一列叶片轴孔,一对叶片轴孔对应一个叶片和一个叶片轴,所述叶片安装在叶片轴上,叶片轴的两端安装在一对叶片轴孔中且叶片轴的两端设置有链轮,所述桨框内设置有与两根链条,两根链条分别于叶片轴两端的两轮配合,所述桨框的端部与转轴固连,转轴上安装有传动齿轮,且所述传动齿轮位于船体内部。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:本实用新型装置采用可开合叶片结构,使桨在往复运动过程中既能够实现正常的推进,又能大大减小桨在回复过程中的反向阻力。往复式的推进方式,在提高工作效率的同时,减小水动力噪声。本实用新型装置采用模仿鱼类鳍部推进的仿生原理,使桨的推进方式只需要做简单地往复运动,方便操作,易于实现,结构简单合理,设计可行性非常高。本实用新型装置最重要的设计是采用可变结构船桨来减小浆的回复力。在船桨结构上吸收了仿生推进方式,采用模仿鱼鳍的往复运动方式,机械结构简单,方便操作,易于实现,设计可行性非常高。桨框2内的叶片3连接采用了百叶窗的结构,船桨做推进运动时,船桨控制叶片3关闭,此时桨面不透水;船桨做回复运动时,船桨控制叶片3打开,此时桨面透水,从而减小了船桨复位时的回复力。这样在不影响船桨总体的推进作用下,能够实现船桨推进效率的提高。船体采用扇形桨框槽1的结构,通过减小船桨在回复过程中的反向阻力,减少了船桨做回复运动时克服水阻力所做的无用功,从而提高了船桨的整体推进效率。具体实施时,可以在船体安装多组船桨,通过控制船桨来控制船体的运动状态,起到舵和减摇鳍的作用。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构示意图;
图2是船桨总体结构图;对应桨工作的三个工作上方临界位置(以单桨工作为例)。
图3是船桨总体结构图;对应桨工作的三个工作中间临界位置(以单桨工作为例)
图4是船桨总体结构图;对应桨工作的三个工作下方临界位置(以单桨工作为例)
图5是本实用新型的桨面结构示意图;
图6是本实用新型的桨面及叶片的结构示意图;
图7是本实用新型的桨框的结构示意图;
图8是本实用新型的叶片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
结合图1至图8,本实用新型由桨框槽1、桨框2、叶片3、传动齿轮4四部分组成。
桨框槽1的形状为扇形。其形状是根据桨框2做往复运动的扇形轨迹而设计的。桨框槽1的深度略低于桨框2上边框的宽度。这样的设计,一方面可以将桨框2上边框隐藏在桨框槽1内,减少了桨框2上边框在水中的阻力;另一方面可以减轻桨框2轴根部所受到的水冲击力,对桨轴的机械结构起到一定的保护作用。
桨框2与船体相依附,其工作模式直观上类似于鱼鳍。桨框2依靠一条轴带动,做往复运动。桨框2内部为中空式结构,内部为叶片3轴上齿轮与框内链条啮合的空间。在桨框2上有叶片轴孔6。桨框2位于桨框槽1中。
叶片3上的叶片轴插入桨框2上的叶片轴孔6,以百叶窗式结构与桨框2连接,叶片3可以在桨框2内做绕轴转动。船桨通过链条链齿5结构主动控制实现叶片3的开与合与绕轴转动。在船桨的往复运动过程中,在船桨的推进状态中,船桨控制叶片3关闭,使桨面不透水,并通过两条链齿5结构驱动圆弧挡板,增加桨前端的兜水能力,产生强劲的推动力,实现船桨的推进作用;在船桨的回复状态中船桨控制叶片3打开,此时桨面透水,从而极大的减小了桨在回复过程中的反向阻力,叶片3形状为长方形,截面为流线型,当船桨在回复状态更有利于减小阻力。桨框2为内空结构,叶片3的轴两侧插入桨框2内,叶片3轴上的链齿5与桨框2内部的链条链齿结构相连。船桨通过控制桨框2内部的链条链齿结构,主动地控制叶片3在桨框2内做绕轴转动,并可以控制叶片3的翻转的周期,幅度等。由于船桨是主动的控制叶片3翻转运动,所以桨的工作更稳定。应用时,人们可以通过精确地建模和计算得出叶片3的翻转程度,从而使桨适应不同环境下的推进。本实用新型装置与传统船用推进装置相比提高了工作效率,同时降低水动力噪声,有助于船舶的隐蔽。
叶片3根据实际应用中桨的大小,来调整其数量,一般不需要过多片。叶片3较多时有利于缩短回复时间,减小叶片3的旋转力矩;但是叶片3过多则会增加桨面整体回复阻力,且不利于桨框2的力学特性。桨面各部分的整体压强基本相同,面积较小的叶片3上分得的压力较小,几乎不可能对叶片3造成机械结构上的损坏。
传动齿轮4位于船体内部。传动齿轮4连接船内的动力装置,来提供桨摆动的动力。
链齿5提供叶片3翻转的主要驱动力,船桨通过链条带动链齿5来控制叶片3的翻转,所以链齿5结构是实现百叶窗式船桨的重要基础。
如图5、图6所示:叶片2通过叶片轴和叶片轴孔6连接在桨框2上。通过链齿5的带动,可以使叶片3处于“打开”和“闭合”两种状态。链齿结构由船内步进电机进行精确控制,以保证对叶片状态准确调整。如图2和图4所示,叶片处在“闭合”状态,这时候桨面处于全封闭结构。这种状态下,桨在摆动时桨面不透水,此时桨起到划水的作用。如图3所示,桨面处于“打开”状态。这种工作状态下,此时水流能够流过桨面。当桨回复时,桨的这种“打开”状态能够大大减小回复力。
在船体上具体实施时,本实用新型可以采用单桨、双桨、多桨等多种工作方式。如图2、图3、图4所示的三种情况,是在船只尾部安装单只桨作为主推进装置时的三个临界位置。桨从两端的临界位置向中间划的时候,叶片“闭合”,此时桨起到划水的作用。当桨由一端运动过中间位置时,链齿结构控制叶片“打开”,让水流通过桨面,如图3所示。桨从中间位置回复到两端位置后,桨面上的叶片由“打开”状态再回到“闭合”状态,准备进行下一次划水。这样,桨完成了一个从划水到回复的运动周期。
显然,如上所述的单桨工作方式在桨划水的过程中,船体除了受到向后的力,还受到向侧面的力。正如鱼在水中游的时候,与身体也有左右摆动一样。我们的解决方案有很多种,比如采取控制舵的方向的方式。但是如果采用运动方向相反的两只这样的桨作为一组桨组的方式,就可以完美解决该问题。两只桨横向的推力相互抵消,并且可以船体获得向后的两倍的推动力。通过控制桨组中两只桨的差速度,还可以实现船体行进方向的控制。采用多组这样的桨组不仅获得的推动力非常大,还能保证船体平稳。就算船只的一组桨受到破坏性攻击或者停用,另外一组桨的工作状态也丝毫不会收到影响。
在具体应用时,我们还可以把桨横置于船体两侧,利用桨的前后摆动来获得船体的推动力。这种工作方式类似于传统的手动木桨。但是这种桨可以有效减小船桨的回复力,完全不必像手划桨那样把桨抬出水面来避免回复力。所以这种桨更适用于机械实现和控制。
本实用新型最重大的突破,是对于桨框槽1的设计。水流从船体边流过。桨框2的上边框“隐藏”桨框槽1内,避免桨框2受到正面水流的冲击,从而直接减小了推进过程中桨框结构所受的水阻力。否则,桨框在水中克服往复阻力所耗费的能量累计起来相当巨大。桨面沿着扇形轨迹做往复运动,这种运动状态模仿了鱼类的鱼鳍的摆动方式。这种往复式结构,只需要进行简单的往复运动,就可以实现很快速的推进。这种推进方式在提高了效率的同时,还能够减小水动力噪声,减轻空泡效应。
本实用新型涉及一种船体推进装置,能够实现高效的推进效率。本实用新型装置对桨的形状结构进行了突破性设计,并发明了可隐藏桨框的桨框槽结构。本实用新型装置利用仿生学原理,采用模仿鱼类尾部推进的往复运动方式,机械结构简单易实现。船桨设计共包括桨框槽、桨框、叶片和传动齿轮四部分。叶片上的叶片轴插入桨框上的叶片轴孔内,叶片以百叶窗式结构与桨框连接,叶片可以在桨框内做绕轴转动。桨框在桨框槽内做往复运动。桨框槽的深度略低于桨框上边框的宽度。桨框的上边框“隐藏”桨框槽内,避免桨框受到正面水流的冲击,从而直接减小了推进过程中桨框结构所受的水阻力。本实用新型具体实现时可以采用单桨、双桨、多桨桨组等方式实现,具有高效率推进,船体控制,减小水动力噪声,减轻空泡效应,船体隐蔽等优点。
本实用新型由叶片3,传动齿轮4,桨框2和船体上的桨框槽1四部分组成。叶片3上的叶片轴插入桨框上的叶片轴孔6内,叶片3以百叶窗式结构与桨框2连接,叶片3可以在桨框2内绕轴转动。船桨通过链条链齿结构主动控制叶片,实现叶片的“打开”和“闭合”。叶片通过链齿结构驱动,当船桨做往复运动时,船体主动控制叶片的“打开”和“关闭”。桨框的运动方式为往复摆动式,机械结构简单易实现;船体下方有桨框槽,桨框的上边框“隐藏”在桨框槽中,而起推进作用的叶片能够露在外面。这样的设计,一方面可以将桨框2上边框隐藏在桨框槽1内,减少了桨框2上边框在水中的阻力;另一方面可以减轻桨框2轴根部所受到的水冲击力,对桨轴的机械结构起到一定的保护作用,可以在船体两侧多个安装本实用新型,使船桨起到舵的导航作用和减摇鳍的减摇作用。
Claims (1)
1.一种两自由度仿生尾鳍,其特征在于:包括设置在船体上的扇形桨框槽、安装在扇形桨框槽中的桨框、叶片和传动齿轮,所述桨框内部是中空式结构,所述桨框的相对的两个边上分别对称设置有一列叶片轴孔,一对叶片轴孔对应一个叶片和一个叶片轴,所述叶片安装在叶片轴上,叶片轴的两端安装在一对叶片轴孔中且叶片轴的两端设置有链轮,所述桨框内设置有与两根链条,两根链条分别于叶片轴两端的两轮配合,所述桨框的端部与转轴固连,转轴上安装有传动齿轮,且所述传动齿轮位于船体内部。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201520797615.1U CN205076019U (zh) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | 一种两自由度仿生尾鳍 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201520797615.1U CN205076019U (zh) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | 一种两自由度仿生尾鳍 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN205076019U true CN205076019U (zh) | 2016-03-09 |
Family
ID=55428442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201520797615.1U Expired - Fee Related CN205076019U (zh) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | 一种两自由度仿生尾鳍 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN205076019U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105173044A (zh) * | 2015-10-15 | 2015-12-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种两自由度仿生尾鳍 |
-
2015
- 2015-10-15 CN CN201520797615.1U patent/CN205076019U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105173044A (zh) * | 2015-10-15 | 2015-12-23 | 哈尔滨工程大学 | 一种两自由度仿生尾鳍 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100569585C (zh) | 一种水下仿水翼推进装置 | |
CN110435861B (zh) | 一种实现海洋无人航行器多航态、低能耗航行的水翼装置 | |
CN104527957B (zh) | 船用喷水t型水翼舵 | |
US20130000537A1 (en) | Paddle wheel yacht | |
CN100418847C (zh) | 双尾仿生尾推进器 | |
CN104443332A (zh) | 一种由主动关节和被动关节联合驱动的仿生机器鱼 | |
CN106585936A (zh) | 一种水下航行器的仿生推进装置 | |
CN100360378C (zh) | 仿生平板船舶推进器 | |
CN204096071U (zh) | 螺旋桨助推器 | |
CN104192287B (zh) | 一种变结构船用翼桨 | |
CN105173044A (zh) | 一种两自由度仿生尾鳍 | |
CN205076019U (zh) | 一种两自由度仿生尾鳍 | |
CN104670449B (zh) | 横开式仿生双尾桨 | |
CN201525494U (zh) | 垂直轴自调桨叶角阻力型船舶推进器 | |
CN109835455B (zh) | 一种连杆机构驱动柔性仿尾鳍推进器 | |
CN202609066U (zh) | 船舶用高压喷水驱动装置 | |
CN205203322U (zh) | 一种悬挂式结构船桨 | |
CN204173147U (zh) | 一种变结构船用翼桨 | |
CN104443330A (zh) | 一种双发平划平板桨叶机动船 | |
CN202879777U (zh) | 一种折叠蹼式船用推进器 | |
CN108146600B (zh) | 一种长鳍扭波推进仿生水下航行器及其运动方式 | |
EP1970302B1 (en) | Oscillating hydrofoil propulsion and steering system | |
CN203889039U (zh) | 船用复合鼓动喷水推进器 | |
CN204548459U (zh) | 横开式仿生双尾桨 | |
CN105197218B (zh) | 一种悬挂式结构船桨 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160309 Termination date: 20211015 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |