[发明专利]多活塞驱动式合成射流水下推进器

说明书

本发明提供了多活塞驱动式合成射流水下推进器，属于水下推进器技术领域，该多活塞驱动式合成射流水下推进器具有外壳、射流激励器、喷嘴以及三角连接杆，射流激励器为活塞式合成射流激励器，用于提供激励信号；外壳中密封包裹有3个射流激励器，3个射流激励器相互独立，用于提供不同的激励信号来获取不同的射流速度及压强，在三维空间上对该水下推进器进行矢量上的控制；外壳的顶部设置有3个通孔，通孔分别与3个射流激励器相对应；喷嘴也为3个，分别固定设置在外壳顶部对应通孔上，分别与射流激励器的顶部紧密连接；该水下推进器具有空间矢量控制功能，可以产生较大的推动力，能够实现水下机器人的移动和转向。

技术领域

本发明属于水下推进器技术领域，具体而言，涉及多活塞驱动式合成射流水下推进器。

背景技术

合成射流是一种利用非连续性射流进行流动控制的技术，具有仅对外输出动量而输出质量为零的特征，与连续性射流相比具有更高的推进效率，目前已有学者证明合成射流驱动方式可以在较长时间内密切跟踪缓慢移动的水下生物，并且不会对其造成伤害。国外研究人员从头足类生物身上获得灵感，提出了一种具有柔韧性身体结构的水下机器人，通过改变内部体积与横截面积实现可重复的射流推进，实验结果表明：该机器人可产生0.19N的最大推力和0.94body lengths/s的最大推进速度[C.Christianson,Y.Cui,M.Ishida,X.Bi,Q.Zhu,G.Pawlak,M.T.Tolley,Cephalopod-inspired robot capable ofcyclic jet propulsion through shape change,Bioinspir Biomim,16(2021)016014.]。国防科技大学邓雄等人设计了一款具有平面二维矢量控制功能的单振动片双腔式合成射流激励器，通过调整振动膜片的激励信号与腔体尺寸改变两相邻孔口流体的速度与压强，使其具有二维平面矢量控制能力[邓雄,夏智勋,罗振兵,王林.合成双射流矢量特性影响因素分析[J].推进技术,2014,35(08):1131-1138.]。

上述技术虽能产生有效推力，并可以在二维平面上实现矢量控制，但其产生的推力非常小，且无法在水下三维空间运动；对于柔韧性身体结构的水下机器人来说，需要不断更换不同形状的喷嘴才可以实现方向与姿态地控制，这在真实应用场景下是难以实现的，对于单振动片双腔式合成射流激励器来说，其只能实现二维平面的推力矢量控制，而振动片可以产生的推力非常小，无法称为有效的推进装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多活塞驱动式合成射流水下推进器，能够解决其他推进装置推力较小，需要更换不同形状的喷嘴才可以实现方向与姿态地控制，实用价值低的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供多活塞驱动式合成射流水下推进器，其中，具有外壳、射流激励器、喷嘴以及三角连接杆，所述射流激励器为活塞式合成射流激励器，用于提供激励信号；所述外壳中密封包裹有3个所述射流激励器，3个所述射流激励器相互独立，用于提供不同的激励信号来获取不同的射流速度及压强，在三维空间上对该水下推进器进行矢量上的控制；所述外壳的顶部设置有3个通孔，所述通孔分别与3个所述射流激励器相对应；所述喷嘴也为3个，分别固定设置在所述外壳顶部对应所述通孔上，分别与所述射流激励器的顶部紧密连接；所述三角连接杆设置在所述外壳的底部，所述三角连接杆的一端穿过所述外壳同时与3个所述射流激励器的底部固定连接，所述三角连接杆用于将该水下推进器与水下机器人其他装置部分连接。

3个射流激励器分别提供频率不同、幅值不同以及信号不对称度等不同的激励信号来获取不同的射流速度和压强，在三维合成射流卷吸作用与合力矩的共同作用下实现三维空间上推力的矢量控制；