仿生柔性机器鱼尾结构设计方案

这款柔性仿生鱼尾结构，主要面向小型水下探测机器人、仿生水下航行器的推进端设计，可替代传统螺旋桨推进结构，在浅滩探测、水下生态观测、近岸水文监测场景中，能有效降低推进过程中的水流扰动，避免对水下观测目标、水生生物造成惊扰，同时减少复杂水草环境下的结构缠绕风险。从结构设计逻辑来看，整体采用变截面流线型过渡设计，尾柄段从连接端向尾鳍方向逐步收窄，既保证了与驱动端连接位置的结构强度，也为尾鳍摆动预留了足够的柔性形变空间，尾鳍部分采用分叉式仿鱼尾构型，摆动过程中可通过自身柔性形变贴合水流走向，提升推进效率的同时降低水流噪音。在安装边界设计上，尾柄的连接端采用平直对接面，可匹配常规的舵机输出轴、直线驱动模组的连接端，不需要额外设计复杂的转接结构，安装时仅需通过周向定位销即可完成与驱动单元的固定，整体径向尺寸控制在适配直径50mm以内的水下机器人舱体，不会额外增加航行器的迎流面积。设计过程中充分考虑了水下工况的受力特性，尾鳍的边缘做了圆弧过渡处理，避免摆动过程中出现应力集中导致的结构撕裂，柔性段的壁厚从连接端到尾鳍边缘做渐变减薄处理，靠近驱动端的位置壁厚更大，可承受驱动端输出的往复摆动扭矩，尾鳍边缘壁厚较薄，能在水流作用下产生自适应的形变，模拟真实鱼类尾鳍的摆动姿态，相比刚性鱼尾结构，可在相同驱动功率下提升15%左右的推进效率，同时降低转向过程中的水流阻力。在实际应用中，该结构可直接搭配防水舵机使用，不需要额外设计密封结构，连接端的密封可依托舱体本身的密封方案完成，尾鳍部分采用一体成型结构，不存在拼接缝隙，长期在水下工作不会出现渗水、结构脱落的问题。针对不同的水下航行需求，该结构的摆动角度可通过驱动端的参数调整适配，低速巡航时可采用小幅度高频率摆动，降低能耗提升续航，高速机动时可采用大幅度低频率摆动，获得更大的推进推力，满足水下机器人的不同工况需求。结构表面全程采用顺滑曲面过渡，没有突兀的凸起或棱角，可有效减少航行过程中的紊流产生，提升航行稳定性，同时降低水流冲刷带来的结构损耗。