一种基于滑舌结构的一体化3D打印柔性舵变体机构

本发明属于仿生水下航行器，尤其涉及一种基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构。

背景技术：

1、舵叶是水下航行器的重要组成部分，通常通过复杂的传动系统控制整体舵叶偏转来实现方向控制，部分舵叶具有襟翼舵以实现复杂的舵面组合，但操作时容易引起噪声和震动，且舵面变形不连续产生的缝隙在某些情况下不仅不会改善流体动力，还会增加额外的阻力，面对复杂流场无法发挥作用，特别的，这些空隙会在潜航器高速航行时产生空泡导致无法使用。

2、传统连续变形舵叶采用离散设计，使用刚性连杆和刚性铰链外覆柔性蒙皮来实现舵叶的连续变形，但由于其驱动结构冗杂、结构所需体积大，一系列的问题造成难以小型化、无法实现主动抑制颤振及隐身性能差等问题。

3、与传统制造方法相比（如注塑、铣削等），3d打印能够支持更为复杂的设计，包括零件内部的复杂结构，这些在传统制造方法中往往难以或无法实现。利用多材料一体化3d打印技术，可以将舵叶作为整体打印，简化组装流程并减少结构冗余，同时缩小其体积。基于这一技术突破，为了解决水下航行器舵叶设计中存在的噪声、震动、流体动力效率低及高速时空泡生成等关键问题，并克服传统连续变形舵叶在小型化、颤振抑制及隐身性能上的局限，本发明提出一种基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，包括柔性舵结构、动力结构、蒙皮结构和支撑结构；

4、所述柔性舵结构采用多材料3d打印生成，由刚性树脂、pp和软胶三种材料构成，所述柔性舵结构包括刚性前缘、柔性后缘、滑舌结构和齿条；所述刚性前缘由刚性树脂构成，所述滑舌结构和柔性后缘均由软胶和pp材料交替构成，所述齿条由pp材料构成；

5、所述滑舌结构连接于柔性后缘，且所述滑舌结构与刚性前缘滑动连接；所述柔性后缘连接于刚性前缘，且连接点位于刚性前缘的上边缘；所述齿条固定设置在滑舌结构正中部分上方；

6、所述动力结构包括外侧嵌板、内侧嵌板、外滚动轴承、内传动杆、轴套、第一偏转齿轮、内滚动轴承、动力传输联轴组件、形变电机、偏转电机、传动杆、第二偏转齿轮和传动齿轮；

7、所述柔性舵结构的刚性前缘外表面固定嵌有外侧嵌板与内侧嵌板；所述支撑结构通过外滚动轴承与内侧嵌板连接，所述内侧嵌板通过螺纹结构与第一偏转齿轮固定连接；所述内传动杆通过内滚动轴承与内侧嵌板连接，所述内传动杆的末端延伸至柔性舵结构内并固定连接有传动齿轮，所述传动齿轮与齿条啮合连接；所述内传动杆通过动力传输联轴组件和形变电机连接；所述轴套通过内侧嵌板上螺母与第一偏转齿轮、外滚动轴承固定连接；所述第一偏转齿轮与第二偏转齿轮啮合连接；所述传动杆通过动力传输联轴组件和偏转电机连接，且所述传动杆通过螺纹结构与第二偏转齿轮固定连接；

8、所述蒙皮结构通过预张紧粘接于柔性舵结构的外表面；

9、所述支撑结构用于对动力结构进行支撑。

10、进一步的，所述刚性前缘内开设有滑舌槽，所述滑舌结构与滑舌槽滑动连接。

11、进一步的，所述动力传输联轴组件包括外联轴器和内联轴器，所述内传动杆通过外联轴器与内联轴器和形变电机连接；所述传动杆通过外联轴器与内联轴器和偏转电机连接。

12、进一步的，所述动力结构还包括紧固螺柱，所述外侧嵌板和内侧嵌板均通过紧固螺柱与柔性舵结构固定连接。

13、进一步的，所述蒙皮结构由软胶构成。

14、进一步的，所述蒙皮结构包括展向覆膜、侧向覆膜和内嵌覆膜；

15、所述展向覆膜通过预张紧粘接于柔性舵结构外表面及外侧嵌板和内侧嵌板的外边缘；所述侧向覆膜通过预张紧粘接于柔性后缘侧部及外侧嵌板和内侧嵌板的后边缘；所述外侧嵌板与刚性前缘侧部之间以及内侧嵌板与刚性前缘另一侧部之间均通过预张紧粘接有内嵌覆膜。

16、进一步的，所述支撑结构包括外安装板、内螺纹柱和内安装板；

17、所述形变电机和偏转电机均通过螺栓、螺母与内安装板固定连接；所述外安装板通过支撑孔与外滚动轴承连接，所述外安装板通过外滚动轴承与内侧嵌板连接；所述外安装板与内安装板通过内螺纹柱固定连接。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、1、噪声与震动降低：本发明通过采用多材料3d打印技术，结合刚性树脂、pp和软胶材料的巧妙组合，实现了柔性舵结构在变形过程中的平滑过渡，有效减少了因材料不匹配或结构突变导致的噪声和震动问题，从而提升了航行器的隐蔽性和乘坐舒适度。

20、2、流体动力效率提升：本发明的柔性舵结构能够模仿鱼类柔性鳍的运动，根据当前的流场改变自身朝向和形状以高效地利用流场，实现偏转和舵型变化两种运动，使得水下航行器在复杂水下流场环境中能够高效运动。

21、3、空泡抑制：本发明通过在高速航行时调整柔性舵结构的朝向和形状，有效减少了因水流冲击而产生的空泡现象，这不仅提高了航行稳定性，还延长了航行器的使用寿命。

22、4、小型化与颤振抑制：本发明通过一体化3d打印技术生成的柔性舵变体机构实现了高度集成和小型化，同时滑舌结构和多材料设计的结合有效抑制了颤振现象，确保了航行器在复杂流场中的稳定操控。

23、5、隐身性能提升：本发明采用预张紧的蒙皮结构，不仅增强了结构的整体性和密封性，还通过减少雷达反射面积和声音传播路径，显著提升了航行器的隐身性能。

技术特征：

1.一种基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，其特征在于，包括柔性舵结构、动力结构、蒙皮结构和支撑结构；

2.根据权利要求1所述的基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，其特征在于，所述刚性前缘内开设有滑舌槽，所述滑舌结构与滑舌槽滑动连接。

3.根据权利要求1所述的基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，其特征在于，所述动力传输联轴组件包括外联轴器和内联轴器，所述内传动杆通过外联轴器与内联轴器和形变电机连接；所述传动杆通过外联轴器与内联轴器和偏转电机连接。

4.根据权利要求1所述的基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，其特征在于，所述动力结构还包括紧固螺柱，所述外侧嵌板和内侧嵌板均通过紧固螺柱与柔性舵结构固定连接。

5.根据权利要求1所述的基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，其特征在于，所述蒙皮结构由软胶构成。

6.根据权利要求1所述的基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，其特征在于，所述蒙皮结构包括展向覆膜、侧向覆膜和内嵌覆膜；

7.根据权利要求1所述的基于滑舌结构的一体化3d打印柔性舵变体机构，其特征在于，所述支撑结构包括外安装板、内螺纹柱和内安装板；

技术总结本发明适用于仿生水下航行器技术领域，提供了一种基于滑舌结构的一体化3D打印柔性舵变体机构，包括柔性舵结构、动力结构、蒙皮结构和支撑结构。整个机构通过传动齿轮与齿条啮合的方式带动滑舌结构在刚性前缘下方的滑舌槽内滑动，当驱动力沿着柔性后缘施加时，柔性后缘向上偏转，当驱动力沿着刚性前缘施加时，柔性后缘向下偏转，从而实现柔性舵结构变形。第一偏转齿轮带动内侧嵌板转动，以带动柔性舵结构整体偏转。本发明克服了传统连续变形舵叶在小型化、颤振抑制及隐身性能上的局限，实现了偏转和舵型变化的双重功能，使得水下航行器在复杂水下流场环境中能够更高效、更稳定地运动，为深海探索、水下作业等领域提供了强有力的技术支持。技术研发人员：王坤阳,曹泳靖,任露泉,任雷,温佳成,张兢轩,高敏,王书鹏受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/12/23