一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其与水面浮体分别设于柔性脐带缆的两端以构成波浪滑翔器，所述水下推进装置包括与柔性脐带缆连接的固定架，固定架的两侧分别设有柔性胸鳍，且柔性胸鳍为仿蝠鲼胸鳍结构。当水面浮体随波浪上浮时，柔性脐带缆拉拽水下推进装置上升，柔性胸鳍在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体随波浪下沉时，水下推进装置在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动。通过柔性胸鳍与水流的相互作用，驱动水下推进装置向前运动，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率。

A kind of underwater powered propulsion device driven by wave energy

The present invention relates to an underwater propulsion device driven by wave energy. The underwater propulsion device consists of a fixed frame connected with a flexible umbilical cord cable, two sides of which are respectively provided with flexible pectoral fins, and the flexible pectoral fins are like the pectoral fins of a manta mantis. Structure. When the floating body floats with the wave, the flexible umbilical cord cable pulls the underwater propulsion device to rise, and the flexible pectoral fin swings downward under the potential energy, which converts the upward motion into forward motion; when the floating body sinks with the wave, the underwater propulsion device submerges under its own gravity, and the flexible pectoral fin swings upward under the potential energy. The downward motion is converted into forward motion. The interaction between the flexible pectoral fin and the current drives the underwater propulsion device to move forward. Compared with the lower gliding mechanism of the existing wave glider, the interaction between the wing plates can be avoided and the wave energy conversion efficiency can be further improved.

【技术实现步骤摘要】
一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置
本专利技术涉及波浪能利用与仿生推进
，更具体地，涉及一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置。
技术介绍
海洋环境观测技术对于保护开发海洋环境与资源、维护国家海洋权益、增强国家海洋军事与科技实力具有重要的意义。目前应用于海洋水下观测的装备主要包括浮标、潜标、海床基、考察船以及螺旋桨推进的水下机器人和水下滑翔机。随着人类活动向深海、远海的深入，海洋环境观测技术也不断提出新的要求。无人水面机器人可用于执行危险以及不适合有人船只执行的任务，包括科研、探测、搜救、导航和勘察等。波浪滑翔器作为一种较新的无人水面机器人，利用波浪能向前推进，较传统的水面机器人具有能耗低，续航能力强，噪音小等优点。且经过多次实践应用，技术已经相对成熟，目前已被应用于监测海洋环境要素、海洋灾害预报、海洋科学研究等。1993年至2000年，美国麻省理工学院研制出名为ARTEMIS的小型无人水面机器人，并完成升级与水中测试。随后，无人水面机器人开始迅速发展。2005年，RogerHine成立LiquidRobotics公司开始民用与军用波浪滑翔器的研制，并已累计进行数万公里海试。其中下层滑翔机构的转动关节水翼阵列是最为关键的一个部件。理论上，翼板对数越多,下层滑翔机构的推进力越大，但翼板之间存在相互绕流影响,且不能忽略不计,翼板对数越多，翼板之间的相互绕流影响越严重，这大大限制了波浪能的转化效率，使得波浪滑翔器的应用很难突破原有设计波浪转化效率的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其与水面浮体分别设于柔性脐带缆的两端以构成波浪滑翔器，所述水下推进装置包括与柔性脐带缆连接的固定架，固定架的两侧分别设有柔性胸鳍，且柔性胸鳍为仿蝠鲼胸鳍结构。柔性胸鳍使用纯弹性材料制作，内部质量均匀分布。上述方案中，当水面浮体随波浪上浮时，柔性脐带缆拉拽水下推进装置上升，柔性胸鳍在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体随波浪下沉时，水下推进装置在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动。本专利技术通过柔性胸鳍与水流的相互作用，驱动水下推进装置向前运动，以实现滑翔，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率；且无需安装电机等主动驱动柔性胸鳍上下摆动的装置，极大地提高波浪滑翔器的续航能力。优选地，柔性胸鳍为硅胶结构或橡胶结构。可根据需求使用硬度不同的硅胶或橡胶材料，硬度较大的材料弹性形变较小，力学性能与耐腐蚀性能不同，可适应不同海况的需求。优选地，在柔性胸鳍的展向方向上，柔性胸鳍的纵向厚度逐渐变薄。展向为从固定架两侧向垂直于固定架长度方向延伸的方向；厚度的差异，使得内部质量均匀分布的柔性胸鳍可以在势能作用下，在展向产生大的弯曲形变，以使柔性胸鳍摆动更顺利地产生推力，进而使滑翔器更顺利地滑翔。优选地，柔性胸鳍在垂直于展向方向上的长度沿展向逐渐变小。这样设置通过逐渐减小在展向方向上的覆盖面，使得柔性胸鳍在势能作用下摆动更顺畅，进而使滑翔器更顺利地滑翔；另外，这样设置也能减少水流对滑翔器滑翔时的阻力。优选地，柔性胸鳍的形状可根据需要调整，模仿不同类型蝠鲼的几何外形。如萨宾河魟的胸鳍较薄，摆动时胸鳍径向产生扭摆，形成波动推进方式；大西洋牛鼻鲼的胸鳍较厚，摆动时胸鳍波动较小，近似于拍打推进方式。不同形状的柔性胸鳍形状的稳定性能存在一定差异，可适应不同探测需求。优选地，一对柔性胸鳍对称分布于固定架的两侧。这样设置使水下滑翔机结构对称，重心位于固定架上，便于提高滑翔时的稳定性。优选地，柔性胸鳍的尺寸可根据需要调整。尺寸较大的柔性胸鳍在势能作用下的摆动形变更为剧烈，产生的推力更大。优选地，柔性胸鳍与固定架连接的边缘为流线形结构，且该流线形结构凸向水面浮体方向。这样设置使得柔性胸鳍在固定架长度方向上的位置不在同一水平面，也呈流线形结构，便于在水流的作用下摆动更顺畅。优选地，柔性胸鳍在展向方向上的边缘为流线形结构。这样设置能减少水流对滑翔器滑翔时的阻力，提高波浪能转换效率。优选地，固定架上设有用于安装其他结构的缺口。该缺口的设置便于安装舵体、测量仪器等装置。优选地，连接结构与固定架连接。这样设置便于提高滑翔时的稳定性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，当水面浮体随波浪上浮时，柔性脐带缆拉拽水下推进装置上升，柔性胸鳍在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体随波浪下沉时，水下推进装置在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动，通过柔性胸鳍与水流的相互作用，驱动水下推进装置向前运动，以实现滑翔，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率；且无需安装电机等主动驱动柔性胸鳍上下摆动的装置，极大地提高波浪滑翔器的续航能力；柔性胸鳍采用纯弹性材料制作，耐海水腐蚀，制作成本低，更换容易。附图说明图1为本实施例一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置的结构示意图。图2为该滑翔器与水流作用时的推进原理图。图3为本实施例中柔性胸鳍受力时的结构变形模拟图，视角为侧视状态。图4为本实施例中柔性胸鳍受力时的结构变形模拟图，视角为俯视状态。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。实施例本实施例一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，如图1所示，其与水面浮体2分别设于柔性脐带缆1的两端以构成波浪滑翔器，所述水下推进装置3包括与柔性脐带缆1连接的固定架31，固定架31的两侧分别设有柔性胸鳍32，且柔性胸鳍32为仿蝠鲼胸鳍结构。本实施例中，柔性胸鳍32使用纯弹性材料制作，内部质量均匀分布。如推进原理图图2所示，当水面浮体2随波浪上浮时，柔性脐带缆1拉拽水下推进装置3上升，柔性胸鳍32在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体2随波浪下沉时，水下推进装置3在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍32在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动。本专利技术通过柔性胸鳍32与水流的相互作用，驱动水下推进装置3向前运动，以实现滑翔，相对于现有波浪滑翔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其与水面浮体（2）分别设于柔性脐带缆（1）的两端以构成波浪滑翔器，其特征在于，所述水下推进装置（3）包括与柔性脐带缆（1）连接的固定架（31），固定架（31）的两侧分别设有柔性胸鳍（32），且柔性胸鳍（32）为仿蝠鲼胸鳍结构。

【技术特征摘要】
1.一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其与水面浮体（2）分别设于柔性脐带缆（1）的两端以构成波浪滑翔器，其特征在于，所述水下推进装置（3）包括与柔性脐带缆（1）连接的固定架（31），固定架（31）的两侧分别设有柔性胸鳍（32），且柔性胸鳍（32）为仿蝠鲼胸鳍结构。2.根据权利要求1所述的一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其特征在于，柔性胸鳍（32）为硅胶结构或橡胶结构。3.根据权利要求1所述的一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其特征在于，在柔性胸鳍（32）的展向方向上，柔性胸鳍（32）的纵向厚度逐渐变薄。4.根据权利要求1所述的一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其特征在于，柔性胸鳍（32）在垂直于展向方向上的长度沿展向逐渐变小。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：龚也君，黄梓维，詹杰民，蔡文豪，胡文清，潘小殷，罗莹莹，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44