CN104309788A 说明 书 2/5页 [0008] 本发明是为解决现有水下航行器存在机械结构复杂以及仿生胸鳍推进式水下航 行器运动控制困难、运动形式单一和仿生效果与真实胸鳍推进有较大差别的问题，进而提 供一种双波动胸鳍协同推进的仿鳐鱼水下航行器。 [0009]本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的双波动胸鳍协同推进的仿鳐 鱼水下航行器包括供电及控制模块，它还包括腹腔组件和两套波动胸鳍组件：腹腔组件包 括腹腔底盘和腹腔顶盖； [0010]每套波动胸鳍组件包括柔性翼、第一压电纤维复合材料驱动关节、两个第二压电 纤维复合材料驱动关节和两个第三压电纤维复合材料驱动关节，柔性翼内嵌装有并列布置 的第一压电纤维复合材料驱动关节、两个第二压电纤维复合材料驱动关节和两个第三压电 纤维复合材料驱动关节，第一压电纤维复合材料驱动关节水平布置在柔性翼的中部，两个 第二压电纤维复合材料驱动关节和两个第三压电纤维复合材料驱动关节分别以第一压电 纤维复合材料驱动关节为对称轴对称布置，第二压电纤维复合材料驱动关节位于第一压电 纤维复合材料驱动关节和第三压电纤维复合材料驱动关节之间，第二压电纤维复合材料驱 动关节的长度小于第一压电纤维复合材料驱动关节的长度且第二压电纤维复合材料驱动 关节的长度大于第三压电纤维复合材料驱动关节的长度： [0011] 腹腔顶盖的开口端盖合在腹腔底盘的开口端上且二者可拆卸密封连接，两套波动 胸鳍组件以腹腔底盘的中心线为对称轴对称布置，每套波动胸鳍组件的柔性翼与腹腔底盘 可拆卸连接，供电及控制模块安装在腹腔顶盖与腹腔底盘构成的封闭空腔中，供电及控制 模块分别与每套波动胸鳍组件中的第一压电纤维复合材料驱动关节、两个第二压电纤维复 合材料驱动关节和两个第三压电纤维复合材料驱动关节电连接。 [0012]本发明的有益效果是：一、本发明的双波动胸鳍协同推进的仿鳐鱼水下航行器主 要通过内嵌于波动胸鳍组件的压电纤维复合材料(MFC)驱动关节的弯曲变形带动柔性翼 进行波动或者摆动运动，以模拟真实鳐鱼的鳍变形模式，实现有效运动。跟大多数参考文献 一致，本发明暂且规定压电纤维复合材料(FC)驱动关节长度方向为展向，腹腔底盘的长 度方向的中心线为弦向。由于鳐鱼的胸鳍一般呈不规则的几何形态，展向尺寸沿弦向一般 会有所变化，因此本发明的每个波动胸鳍内嵌有三组长度不同的压电纤维复合材料(MFC) 驱动关节，以最大限度地利用展向长度空间，使得运动执行效率更高。根据鳐鱼的水动力学 推进机理，其胸鳍弦向波动的波数、频率、波幅以及展向方向摆幅等运动学参数和形态参数 直接决定了整体的推进效率、推进速度的动力学性能。本发明根据这个原理，采用模块化设 计的理念将仿鳐鱼航行器分为腹腔组件和波动胸鳍组件等独立的模块，其中腹腔组件作为 航行器基体，而波动胸鳍组件则作为动作单元。由于压电纤维复合材料(F℃)驱动关节是 嵌入柔性翼的，引起其运动也会同步复现在柔性胸鳍的变形上。当压电纤维复合材料(MFC) 驱动关节的只有一侧延展时，便会带动柔性翼产生弯曲变形，在柔性胸鳍的运动形态上体 现出来的就是绕腹腔底盘的长度方向的中心线的偏摆，此时会有击水的效果；若合理控制 沿腹腔底盘的长度方向分布压电纤维复合材料(FC)驱动关节的摆动幅值，则可以让柔性 胸鳍呈现出波动形态或者扭转摆动形态。根据鳐鱼运动学特性合理地调节胸鳍的动作，即 可实现航行器的有效推进或者转弯等动作。 [0013]二、本发明的双波动胸鳍协同推进的仿鳐鱼水下航行器是通过控制压电纤维复合 材料(MFC)驱动关节两端的电压来实现运动的。根据压电纤维复合材料的力学特性，在其 4