CN114162296A - 潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法，该潜航器推进和控制一体化装置，包括壳体、仿生胸鳍和驱动组件；壳体的轴向一端内设有驱动舱，壳体的轴向另一端为胸鳍连接段；仿生胸鳍的根部转动连接于胸鳍连接段，仿生胸鳍可扭转变形，仿生胸鳍为四片，四片仿生胸鳍环绕于壳体外周并呈十字形布置；驱动组件包括用于驱动仿生胸鳍绕根部摆动的摆动驱动件以及用于驱动仿生胸鳍扭转变形的扭转驱动件。该潜航器推进和控制一体化装置，推进效率高、控制机动灵活且静音隐蔽。

Description

潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法

技术领域

本发明属于潜航器技术领域，尤其涉及一种潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法。

背景技术

传统潜航器一般采用螺旋桨作为推进装置，采用舵作为机动控制装置，螺旋桨与舵系统配合航行的设计方案经过多年的迭代，性能指标已经趋于极限，优化空间不大。而且，螺旋桨和舵系统配合航行的方案仍存在一些装置本身的固有缺陷难以解决，例如：螺旋桨的推进效率最高在70％左右，并且只在特定的航速下有效，高于或低于该特定航速时，螺旋桨的效率将大打折扣；螺旋桨在潜航器尾部的不均匀流畅中高速转动产生振动，激励传动轴系、轴承、主机等相关结构和设备振动，形成水下辐射噪声源，使潜航器丧失隐蔽性；舵系统需要在一定的来流速度下才能产生舵效，当潜航器低速航行时，舵效降低，使潜航器丧失低速阶段的机动能力。

发明内容

针对现有潜航器推进装置和机动控制装置存在的上述不足之处，本发明提供了一种潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法，该潜航器推进和控制一体化装置的推进效率高、控制机动灵活且静音隐蔽。

本发明提供一种潜航器推进和控制一体化装置，包括：

壳体，壳体的轴向一端内设有驱动舱，壳体的轴向另一端为胸鳍连接段；

仿生胸鳍，仿生胸鳍的根部转动连接于胸鳍连接段，仿生胸鳍根部的转动轴线沿壳体的轴向设置，仿生胸鳍的稍部向外延伸，仿生胸鳍可扭转变形；仿生胸鳍为四片，四片仿生胸鳍具有相同结构，四片仿生胸鳍环绕于壳体外周并呈十字形布置；

驱动组件，包括用于驱动仿生胸鳍绕根部摆动的摆动驱动件，以及用于驱动仿生胸鳍扭转变形的扭转驱动件；摆动驱动件位于驱动舱内，摆动驱动件与仿生胸鳍数量相等，且摆动驱动件一一对应连接于仿生胸鳍的根部；扭转驱动件与仿生胸鳍数量相等，且扭转驱动件一一对应安装于仿生胸鳍上。

本技术方案通过设置的四片仿生胸鳍和附属驱动组件，可以模仿蝠鲼类海洋生物的胸鳍运动形式，产生相应的推进力和机动控制力，驱动潜航器前进航行和机动转弯，具有推进效率高、控制机动灵活、静音隐蔽等巨大优势。

在其中一些实施例中，壳体的胸鳍连接段外周设有环形凹槽，仿生胸鳍的根部转动连接于环形凹槽内。

在其中一些实施例中，仿生胸鳍包括：

胸鳍摆动轴，作为仿生胸鳍的根部，转动连接于胸鳍连接段，并连接于摆动驱动件；

胸鳍骨架，包括沿展向自根部至稍部依次设置的多级环框，环框的级数以靠近根部为第一级，第一级环框连接于胸鳍摆动轴；

蒙皮，包覆于胸鳍骨架外；

胸鳍扭转轴，作为仿生胸鳍扭转变形的轴线，胸鳍扭转轴沿仿生胸鳍的展向依次连接各级环框；

胸鳍曲轴，用于带动各级环框绕胸鳍扭转轴转动，胸鳍曲轴连接于扭转驱动件，并依次连接各级环框；胸鳍曲轴与胸鳍扭转轴之间的距离自仿生胸鳍根部至稍部逐渐增大，且胸鳍曲轴朝向靠近仿生胸鳍后缘方向弯曲。

本技术方案中，通过控制胸鳍摆动轴的转动即可控制仿生胸鳍的摆动运动，通过控制胸鳍曲轴的转动即可控制仿生胸鳍的扭转变形，便于操控，而且，其摆动运动和扭转变形方式与蝠鲼接近，推进效率更高、姿态控制更平稳。

在其中一些实施例中，胸鳍曲轴与第一级环框的连接处和胸鳍扭转轴与第一级环框的连接处靠在一起，胸鳍曲轴与最后一级环框的连接处靠近最后一级环框的后缘。这样设置胸鳍曲轴，可使仿生胸鳍鳍面可产生的扭转变形达到最大化，有利于提高推进效率。

在其中一些实施例中，摆动驱动件为摆动驱动电机，摆动驱动电机的输出轴连接于胸鳍摆动轴；扭转驱动件为扭转驱动电机，扭转驱动电机安装于胸鳍骨架上，扭转驱动电机的输出轴连接于胸鳍曲轴。

在其中一些实施例中，第一级环框通过安装架连接于胸鳍摆动轴，扭转驱动电机安装于安装架上。

本发明还提供了一种潜航器，包括上述任一项技术方案的潜航器推进和控制一体化装置。

除此，本发明还提供了一种潜航器的航行控制方法，采用上述潜航器推进和控制一体化装置控制潜航器的航行，其中，以位于潜航器航行前进方向上方的仿生胸鳍为上胸鳍，位于航行前进方向下方的仿生胸鳍为下胸鳍，位于航行前进方向左侧的仿生胸鳍为左胸鳍，位于航行前进方向右侧的仿生胸鳍为右胸鳍；不同航行条件下的控制方法如下：

在直线航行时，控制每片仿生胸鳍的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并使四片仿生胸鳍作用于潜航器的滚动力矩相互抵消；

在水平机动航行时，控制每片仿生胸鳍的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并控制上胸鳍和下胸鳍在扭转运动时叠加偏置角度以产生使潜航器水平转动的力矩；

在垂直机动航行时，控制每片仿生胸鳍的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并控制左胸鳍和右胸鳍在扭转运动时叠加偏置角度以产生使潜航器俯仰转动的力矩。

在其中一些实施例中，通过控制摆动驱动电机的输出角度控制仿生胸鳍的摆动角度按照关系式(1)的函数规律变化；通过控制扭转驱动电机的输出角度控制仿生胸鳍的最后一级环框的扭转角度按照关系式(2)的函数规律变化，从而控制仿生胸鳍的末端扭转角度；

关系式(1)的表达式如下：

θ_i(t)＝θ_maxsin(2πft+δ_i) (1)

式(1)中，θ_i(t)为第i个仿生胸鳍在t时刻的摆动角度，θ_max为仿生胸鳍的摆动角度幅值，f为仿生胸鳍的摆动频率，δ_i为第i个仿生胸鳍摆动角度的初始相位；以航行前进方向为仿生胸鳍摆动轴的正方向，当仿生胸鳍的摆动角度与摆动轴的正方向符合右手定则时，摆动角度为正；对于上胸鳍和下胸鳍，以其对称面处于垂直状态时为摆动角度的零位；对于左胸鳍和右胸鳍，以其对称面处于水平状态时为摆动角度的零位；

关系式(2)的表达式如下：

式(2)中，φ_i(t)为第i个仿生胸鳍的最后一级环框在t时刻的扭转角度，φ_max为最后一级环框的扭转角度幅值，f为仿生胸鳍的摆动频率，σ_i为第i个仿生胸鳍的最后一级环框转动角度的初始相位，

为第i个仿生胸鳍的最后一级环框转动角度的偏置；以每片仿生胸鳍的展向向外方向为该仿生胸鳍扭转轴的正方向，当该仿生胸鳍的扭转角度与扭转轴的正方向符合右手定则时，扭转角度为正；以仿生胸鳍无扭转状态时为扭转角度的零位；

式(1)和式(2)中，i＝1、2、3、4，上胸鳍编号为1，左胸鳍编号为2，下胸鳍编号为3，右胸鳍编号为4；

在不同航行条件下，按照表1控制关系式(1)和关系式(2)中的δ_i、σ_i和

表1δ_i、σ_i和

的取值表

表1中，α根据需要的机动性能确定；在水平机动航行条件下：当控制潜航器左转时，

中的符号“±”取负，符号

取正；当控制潜航器右转时，

中的符号“±”取正，符号

取负；在垂直机动航行条件下：当控制潜航器上浮时，

中的符号“±”取正，符号

取负；当控制潜航器下潜时，

中的符号“±”取负，符号

取正。

在其中一些实施例中，0<α≤π/4。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、相比于采用螺旋桨和舵相配合的传统推进和控制方式，本发明提供的潜航器推进和控制一体化装置具有推进效率高、控制机动灵活、静音隐蔽等巨大优势；

2、相比于采用水平布置的双胸鳍推进方式，本发明提供的潜航器推进和控制一体化装置采用四胸鳍“十”字形布局，在水平和垂直方向都具有极佳的机动航行能力；

3、本发明提供的潜航器推进和控制一体化装置，可用于潜航器的航行推进和机动控制，适用于水下探测、环境数据采集等作业任务；

4、本发明提供的潜航器具有推进效率高、控制机动灵活、静音隐蔽等巨大优势，适用于水下探测、环境数据采集等作业任务；

5、本发明提供的潜航器的航行控制方法，通过控制仿生胸鳍的摆动角度、扭转变形以及四片仿生胸鳍运动的相互配合，产生航行动力和机动控制力，控制简便；而且，在水平机动航行和垂直机动航行时，仿生胸鳍既作为推进部件又作为机动控制部件，控制效率高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的潜航器推进和控制一体化装置的主视图；

图2为本发明实施例提供的潜航器推进和控制一体化装置的侧视图；

图3为本发明实施例提供的潜航器推进和控制一体化装置的全剖侧视图；

图4为本发明实施例提供的潜航器推进和控制一体化装置中仿生胸鳍的结构示意图(未展示蒙皮和胸鳍摆动轴)；

图5为本发明实施例提供的处于扭转状态时的仿生胸鳍的结构示意图 (未展示蒙皮和胸鳍摆动轴)。

图中：

1、壳体；2、仿生胸鳍；3、驱动组件；

11、驱动舱；12、胸鳍连接段；121、环形凹槽；

21、胸鳍摆动轴；22、安装架；23、胸鳍骨架；231、环框；24、蒙皮； 25、胸鳍扭转轴；26、胸鳍曲轴；

201、上胸鳍；202、左胸鳍；203、下胸鳍；204、右胸鳍；

31、摆动驱动件；32、扭转驱动件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图1-3所示，本发明实施例提供了一种潜航器推进和控制一体化装置，包括壳体1、仿生胸鳍2和驱动组件3；壳体1的轴向一端内设有驱动舱 11，壳体1的轴向另一端为胸鳍连接段12；仿生胸鳍2的根部转动连接于胸鳍连接段12，仿生胸鳍2根部的转动轴线沿壳体1的轴向设置，仿生胸鳍2 的稍部向外延伸，仿生胸鳍2可扭转变形；仿生胸鳍2为四片，四片仿生胸鳍2具有相同结构，四片仿生胸鳍2环绕于壳体1外周并呈十字形布置；驱动组件3包括用于驱动仿生胸鳍2绕根部摆动的摆动驱动件31，以及用于驱动仿生胸鳍2扭转变形的扭转驱动件32；摆动驱动件31位于驱动舱11内，摆动驱动件31与仿生胸鳍2数量相等，且摆动驱动件31一一对应连接于仿生胸鳍2的根部；扭转驱动件32与仿生胸鳍2数量相等，且扭转驱动件32 一一对应安装于仿生胸鳍2上。

上述潜航器推进和控制一体化装置，通过设置的四片仿生胸鳍2和附属驱动组件3，可以模仿蝠鲼类海洋生物的胸鳍运动形式，产生相应的推进力和机动控制力，驱动潜航器前进航行和机动转弯。相比于采用螺旋桨和舵相配合的传统推进和控制方式，上述潜航器推进和控制一体化装置具有推进效率高、控制机动灵活、静音隐蔽等巨大优势。相比于采用水平布置的双胸鳍推进方式，上述潜航器推进和控制一体化装置采用四胸鳍“十”字形布局，在水平和垂直方向都具有极佳的机动航行能力。总之，上述潜航器推进和控制一体化装置，可用于潜航器的航行推进和机动控制，适用于水下探测、环境数据采集等作业任务。

为了便于安装仿生胸鳍2，如图3所示，壳体1的胸鳍连接段12外周设有环形凹槽121，仿生胸鳍2的根部转动连接于环形凹槽121内。

进一步的，如图3和图4所示，本实施例采用的仿生胸鳍2包括胸鳍摆动轴21、胸鳍骨架23、蒙皮24、胸鳍扭转轴25和胸鳍曲轴26；胸鳍摆动轴 21作为仿生胸鳍2的根部，转动连接于胸鳍连接段12，并连接于摆动驱动件 31；胸鳍骨架23包括沿展向自根部至稍部依次设置的多级环框231，环框231 的级数以靠近根部为第一级，第一级环框231连接于胸鳍摆动轴21；蒙皮24 包覆于胸鳍骨架23外；胸鳍扭转轴25作为仿生胸鳍2扭转变形的轴线，胸鳍扭转轴25沿仿生胸鳍2的展向依次连接各级环框231；胸鳍曲轴26用于带动各级环框231绕胸鳍扭转轴25转动，胸鳍曲轴26连接于扭转驱动件32，并依次连接各级环框231，胸鳍曲轴26与胸鳍扭转轴25之间的距离自仿生胸鳍2根部至稍部逐渐增大，且胸鳍曲轴26朝向靠近仿生胸鳍2后缘方向弯曲。这种结构的仿生胸鳍2，通过转动胸鳍摆动轴21，即可实现仿生胸鳍2的摆动运动；通过转动胸鳍曲轴26，可带动各级环框231绕胸鳍扭转轴25转动，且环框231转动角度自根部至稍部逐级增加，从而使仿生胸鳍2鳍面产生均匀的扭转变形。因而，本实施例采用的这种仿生胸鳍2，通过控制胸鳍摆动轴 21的转动即可控制仿生胸鳍2的摆动运动，通过控制胸鳍曲轴26的转动即可控制仿生胸鳍2的扭转变形，便于操控，而且，其摆动运动和扭转变形方式与蝠鲼接近，推进效率更高、姿态控制更平稳。可以理解的是，本领域技术人员也可采用其他结构的仿生胸鳍2，只要便于控制其摆动运动和扭转变形即可。优选的，胸鳍曲轴26与第一级环框231的连接处和胸鳍扭转轴25与第一级环框231的连接处靠在一起，胸鳍曲轴26与最后一级环框231的连接处靠近最后一级环框231的后缘。这样设置胸鳍曲轴26，可使仿生胸鳍2鳍面可产生的扭转变形达到最大化，有利于提高推进效率。

如图3所示，本实施例中，摆动驱动件31为摆动驱动电机，摆动驱动电机的输出轴连接于胸鳍摆动轴21；扭转驱动件32为扭转驱动电机，扭转驱动电机安装于胸鳍骨架23上，扭转驱动电机的输出轴连接于胸鳍曲轴26。进一步的，为了便于安装扭转驱动电机，如图3所示，第一级环框231通过安装架22连接于胸鳍摆动轴21，扭转驱动电机安装于安装架22上。

基于上述潜航器推进和控制一体化装置，本发明还提供一种潜航器，其包括上述潜航器推进和控制一体化装置。该潜航器具有推进效率高、控制机动灵活、静音隐蔽等巨大优势，适用于水下探测、环境数据采集等作业任务。本实施例中，具体的，驱动舱11位于壳体1的轴向前端，胸鳍连接段12位于壳体1的轴向后端，壳体1的轴向前端安装于潜航器的尾部。可以理解的是，驱动舱11也可以设置于壳体1的轴向后端，而胸鳍连接段12位于壳体1的轴向前端。

基于上述潜航器，本发明还提供了上述潜航器的航行控制方法，采用上述潜航器推进和控制一体化装置控制潜航器的航行，其中，以位于潜航器航行前进方向上方的仿生胸鳍2为上胸鳍201，位于航行前进方向下方的仿生胸鳍2为下胸鳍203，位于航行前进方向左侧的仿生胸鳍2为左胸鳍202，位于航行前进方向右侧的仿生胸鳍2为右胸鳍204；不同航行条件下的控制方法如下：

S1、在直线航行时，控制每片仿生胸鳍2的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并使四片仿生胸鳍2作用于潜航器的滚动力矩相互抵消；

S2、在水平机动航行时，控制每片仿生胸鳍2的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并控制上胸鳍201和下胸鳍203在扭转运动时叠加偏置角度以产生使潜航器水平转动的力矩；

S3、在垂直机动航行时，控制每片仿生胸鳍2的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并控制左胸鳍202和右胸鳍204在扭转运动时叠加偏置角度以产生使潜航器俯仰转动的力矩。

上述潜航器的航行控制方法，通过控制仿生胸鳍2的摆动角度、扭转变形以及四片仿生胸鳍2运动的相互配合，产生航行动力和机动控制力，控制简便；而且，在水平机动航行和垂直机动航行时，仿生胸鳍2既作为推进部件又作为机动控制部件，控制效率高。

具体的，本实施例中，通过控制摆动驱动电机的输出角度控制仿生胸鳍 2的摆动角度按照关系式(1)的函数规律变化；通过控制扭转驱动电机的输出角度控制仿生胸鳍2的最后一级环框231的扭转角度按照关系式(2)的函数规律变化，从而控制仿生胸鳍2的末端扭转角度；

关系式(1)的表达式如下：

θ_i(t)＝θ_maxsin(2πft+δ_i) (1)

式(1)中，θ_i(t)为第i个仿生胸鳍2在t时刻的摆动角度，θ_max为仿生胸鳍2的摆动角度幅值，f为仿生胸鳍2的摆动频率，δ_i为第i个仿生胸鳍2 摆动角度的初始相位；以航行前进方向为仿生胸鳍2摆动轴的正方向，当仿生胸鳍2的摆动角度与摆动轴的正方向符合右手定则时，摆动角度为正；对于上胸鳍201和下胸鳍203，以其对称面处于垂直状态时为摆动角度的零位；对于左胸鳍202和右胸鳍204，以其对称面处于水平状态时为摆动角度的零位；

关系式(2)的表达式如下：

式(2)中，φ_i(t)为第i个仿生胸鳍2的最后一级环框231在t时刻的扭转角度，φ_max为最后一级环框231的扭转角度幅值，f为仿生胸鳍2的摆动频率，σ_i为第i个仿生胸鳍2的最后一级环框231转动角度的初始相位，

为第 i个仿生胸鳍2的最后一级环框231转动角度的偏置；以每片仿生胸鳍2的展向向外方向为该仿生胸鳍2扭转轴的正方向，当该仿生胸鳍2的扭转角度与扭转轴的正方向符合右手定则时，扭转角度为正；以仿生胸鳍2无扭转状态时为扭转角度的零位；

式(1)和式(2)中，i＝1、2、3、4，上胸鳍201编号为1，左胸鳍202 编号为2，下胸鳍203编号为3，右胸鳍204编号为4；

在不同航行条件下，按照表1控制关系式(1)和关系式(2)中的δ_i、σ_i和

表2δ_i、σ_i和

的取值表

表1中，α根据需要的机动性能确定；在水平机动航行条件下：当控制潜航器左转时，

中的符号“±”取负，符号

取正；当控制潜航器右转时，

中的符号“±”取正，符号

取负；在垂直机动航行条件下：当控制潜航器上浮时，

中的符号“±”取正，符号

取负；当控制潜航器下潜时，

中的符号“±”取负，符号

取正。优选的，0<α≤π/4。

本实施例采用三角函数规律控制仿生胸鳍2的摆动运动和扭转变形，潜航器运动更平稳。可以理解的是，本领域技术人员也可以采用其他规律控制仿生胸鳍2的摆动运动和扭转变形。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.潜航器推进和控制一体化装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体的轴向一端内设有驱动舱，所述壳体的轴向另一端为胸鳍连接段；

仿生胸鳍，所述仿生胸鳍的根部转动连接于所述胸鳍连接段，所述仿生胸鳍根部的转动轴线沿所述壳体的轴向设置，所述仿生胸鳍的稍部向外延伸，所述仿生胸鳍可扭转变形；所述仿生胸鳍为四片，四片所述仿生胸鳍具有相同结构，四片所述仿生胸鳍环绕于所述壳体外周并呈十字形布置；

驱动组件，包括用于驱动所述仿生胸鳍绕根部摆动的摆动驱动件，以及用于驱动所述仿生胸鳍扭转变形的扭转驱动件；所述摆动驱动件位于所述驱动舱内，所述摆动驱动件与仿生胸鳍数量相等，且所述摆动驱动件一一对应连接于所述仿生胸鳍的根部；所述扭转驱动件与仿生胸鳍数量相等，且所述扭转驱动件一一对应安装于所述仿生胸鳍上。

2.根据权利要求1所述的潜航器推进和控制一体化装置，其特征在于，所述壳体的胸鳍连接段外周设有环形凹槽，所述仿生胸鳍的根部转动连接于所述环形凹槽内。

3.根据权利要求1或2所述的潜航器推进和控制一体化装置，其特征在于，所述仿生胸鳍包括：

胸鳍摆动轴，作为所述仿生胸鳍的根部，转动连接于所述胸鳍连接段，并连接于所述摆动驱动件；

胸鳍骨架，包括沿展向自根部至稍部依次设置的多级环框，所述环框的级数以靠近根部为第一级，第一级所述环框连接于所述胸鳍摆动轴；

蒙皮，包覆于所述胸鳍骨架外；

胸鳍扭转轴，作为所述仿生胸鳍扭转变形的轴线，所述胸鳍扭转轴沿所述仿生胸鳍的展向依次连接各级所述环框；

胸鳍曲轴，用于带动各级所述环框绕所述胸鳍扭转轴转动，所述胸鳍曲轴连接于所述扭转驱动件，并依次连接各级所述环框；所述胸鳍曲轴与胸鳍扭转轴之间的距离自所述仿生胸鳍根部至稍部逐渐增大，且所述胸鳍曲轴朝向靠近所述仿生胸鳍后缘方向弯曲。

4.根据权利要求3所述的潜航器推进和控制一体化装置，其特征在于，所述胸鳍曲轴与第一级所述环框的连接处和所述胸鳍扭转轴与第一级所述环框的连接处靠在一起，所述胸鳍曲轴与最后一级所述环框的连接处靠近最后一级所述环框的后缘。

5.根据权利要求3所述的潜航器推进和控制一体化装置，其特征在于，所述摆动驱动件为摆动驱动电机，所述摆动驱动电机的输出轴连接于所述胸鳍摆动轴；所述扭转驱动件为扭转驱动电机，所述扭转驱动电机安装于所述胸鳍骨架上，所述扭转驱动电机的输出轴连接于所述胸鳍曲轴。

6.根据权利要求5所述的潜航器推进和控制一体化装置，其特征在于，第一级所述环框通过安装架连接于所述胸鳍摆动轴，所述扭转驱动电机安装于所述安装架上。

7.潜航器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的潜航器推进和控制一体化装置。

8.权利要求7所述的潜航器的航行控制方法，其特征在于，采用所述潜航器推进和控制一体化装置控制潜航器的航行，其中，以位于潜航器航行前进方向上方的所述仿生胸鳍为上胸鳍，位于航行前进方向下方的所述仿生胸鳍为下胸鳍，位于航行前进方向左侧的所述仿生胸鳍为左胸鳍，位于航行前进方向右侧的所述仿生胸鳍为右胸鳍；不同航行条件下的控制方法如下：

在直线航行时，控制每片所述仿生胸鳍的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并使四片所述仿生胸鳍作用于潜航器的滚动力矩相互抵消；

在水平机动航行时，控制每片所述仿生胸鳍的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并控制所述上胸鳍和下胸鳍在扭转运动时叠加偏置角度以产生使潜航器水平转动的力矩；

在垂直机动航行时，控制每片所述仿生胸鳍的摆动角度和扭转变形以产生背离航行方向推水的作用力，并控制所述左胸鳍和右胸鳍在扭转运动时叠加偏置角度以产生使潜航器俯仰转动的力矩。

9.根据权利要求8所述的潜航器航行控制方法，其特征在于，通过控制所述摆动驱动电机的输出角度控制所述仿生胸鳍的摆动角度按照关系式(1)的函数规律变化；通过控制所述扭转驱动电机的输出角度控制所述仿生胸鳍的最后一级所述环框的扭转角度按照关系式(2)的函数规律变化，从而控制所述仿生胸鳍的末端扭转角度；

所述关系式(1)的表达式如下：

θ_i(t)＝θ_maxsin(2πft+δ_i) (1)

式(1)中，θ_i(t)为第i个所述仿生胸鳍在t时刻的摆动角度，θ_max为所述仿生胸鳍的摆动角度幅值，f为所述仿生胸鳍的摆动频率，δ_i为第i个所述仿生胸鳍摆动角度的初始相位；以航行前进方向为所述仿生胸鳍摆动轴的正方向，当所述仿生胸鳍的摆动角度与摆动轴的正方向符合右手定则时，摆动角度为正；对于所述上胸鳍和下胸鳍，以其对称面处于垂直状态时为摆动角度的零位；对于所述左胸鳍和右胸鳍，以其对称面处于水平状态时为摆动角度的零位；

所述关系式(2)的表达式如下：

式(2)中，φ_i(t)为第i个所述仿生胸鳍的最后一级所述环框在t时刻的扭转角度，φ_max为最后一级所述环框的扭转角度幅值，f为所述仿生胸鳍的摆动频率，σ_i为第i个所述仿生胸鳍的最后一级所述环框转动角度的初始相位，

为第i个所述仿生胸鳍的最后一级所述环框转动角度的偏置；以每片所述仿生胸鳍的展向向外方向为该仿生胸鳍扭转轴的正方向，当该仿生胸鳍的扭转角度与扭转轴的正方向符合右手定则时，扭转角度为正；以所述仿生胸鳍无扭转状态时为扭转角度的零位；

式(1)和式(2)中，i＝1、2、3、4，所述上胸鳍编号为1，所述左胸鳍编号为2，所述下胸鳍编号为3，所述右胸鳍编号为4；

在不同航行条件下，按照表1控制所述关系式(1)和关系式(2)中的δ_i、σ_i和

表1 δ_i、σ_i和

的取值表

表1中，α根据需要的机动性能确定；在水平机动航行条件下：当控制潜航器左转时，

中的符号“±”取负，符号

取正；当控制潜航器右转时，

中的符号“±”取正，符号

取负；在垂直机动航行条件下：当控制潜航器上浮时，

中的符号“±”取正，符号

取负；当控制潜航器下潜时，

中的符号“±”取负，符号

取正。

10.根据权利要求9所述的潜航器航行控制方法，其特征在于，0<α≤π/4。

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