面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇制造技术

本发明专利技术属于无人艇技术领域，具体涉及一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇。本发明专利技术不仅能够充分捕获海洋环境中的风能、太阳能与波浪能，而且具备可变结构的能力，即一方面能够根据海况等级而调整波浪拍动串列水翼的入水与出水，保证高海况下对波浪能充分吸收、低海况下艇体阻力性能良好；另一方面当无人艇靠泊时能够降下太阳能风帆，并收起艇体舷侧外的太阳能板，避免风帆与太阳能板在无人艇靠泊时受到磕碰，具有较好的安全性与可靠性。与可靠性。与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇


[0001]本专利技术属于无人艇
，具体涉及一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇。

技术介绍

[0002]无人艇是一种新型无人海洋探测平台，具有较高的自主控制和导航能力，如今受到了越来越多研究学者的关注，尤其是依靠海洋自然能源驱动的无人艇，已经成为无人艇领域的发展热点之一。
[0003]海洋自然能源驱动的无人艇是一种利用海洋自然能源，包括风能、太阳能与海洋波浪能混合驱动的新型海洋航行器。在海洋环境中，波浪能存在最普遍，它和风能相互依存，海况越恶劣，波浪能和风能就越强。而太阳能作为一种永恒能源，其储量丰富，洁净安全，广泛存在，且目前利用太阳能发电的技术也日臻成熟。这三种能源均是取之不尽用之不竭的可持续利用的再生能源，因此，依靠这三种能源混合驱动的无人艇能够随时捕获海洋自然能源作为动力，具有无限续航力、自主、灵活、零排放、经济性等突出等优点。与使用常规的化石能源驱动的海洋航行器相比，该型无人艇摆脱了动力能源与海洋环境的约束，能够大范围、长航时地对海洋环境进行探测。
[0004]目前，在船舶领域，对于波浪能的利用形式有两种：利用波浪发电与利用波浪拍动水翼产生驱动力，对于无人艇而言，受其尺寸限制，利用波浪拍动水翼产生驱动力更适合无人艇；而计算流体力学CFD的计算结果表面，使用若干对小弦长水翼前后串联布置的串列结构形式能够产生比单个大弦长水翼更大的推力。对于风能的利用形式同样有两种：利用风能发电与利用风作驱动力。海洋试验表面，对于无人艇这类小型海洋航行器而言，其搭载的风力发电设备较小，普遍存在发电量过低的缺陷，因此利用风帆捕获风能作为驱动力的形式更适合无人艇。
[0005]通过调查分析目前现有的依靠海洋自然能源驱动的无人艇，以及其在实际工程应用中的使用效果，表明研发一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇意义重大。
[0006]齐占峰等人提出的《一种利用波浪推进的无人船》(公开号：CN108423118A)中在利用波浪能方面采用了船艏和船艉各安装一对大弦长拍动水翼的方案，虽然能够依靠自身摆动产生推力，但是与船艏的拍动水翼相比，船艉的水翼产生的推力极其有限，并且采用单个大弦长水翼的效果不如多个串列水翼，且无法根据海况调整水翼的入水与出水。本专利技术采用多个小弦长水翼前后串联的串列形式，同时增加了驱动水翼入水与出水的液压—曲柄滑块机构，既提高了无人艇对于波浪能的捕获利用，又能够保证无人艇在静水中航行时水翼不会产生阻力。
[0007]林友根提出的《减轻船舶摇动并能产生正反推力的可收放装置》(CN201151481Y)中采用了横剖面呈机翼形状的舷侧减摇水翼安装在船舶左右两侧，从而减弱船舶在靠泊时的横摇运动，并在船舶迎浪航行时能够受波浪作用摆动而产生推力，间接起到推进作用。同
时，在船舶两侧布置液压机构，用来回收减摇水翼，将减摇水翼由横向布置变为垂向，但是水翼仍有一部分位于水下。这与本专利技术提出的驱动串列水翼出水机构是不同的，本专利技术设计驱动水翼出水机构的目的是为了无人艇减阻，即无人艇在静水中航行时，避免串列水翼在水下产生阻力。另外，本专利技术设计的串列水翼是为了捕获波浪能，而不是为了减弱横摇，因为本专利技术涉及的无人艇是双体船结构，与单体船结构相比，横摇本就弱。
[0008]邱守强等人提出的《船用折叠伸缩和智能追光太阳能发电板及风帆推进装置》(CN109774906A)中采用了可折叠伸缩的太阳能板，太阳能板通过两旋转自由度串联驱动装置安装在无人艇两侧，并根据风速风向调节太阳能板抬起实现风帆推进的功能。但是在回收太阳能板时，是艇体两侧的驱动装置将太阳能板折叠收缩起来，太阳能板依旧位于艇体两侧的舷侧以外，在无人艇靠泊时依旧存在太阳能板磕碰的问题。本专利技术采用的齿轮组机构能够将舷侧以外的太阳能板直接旋转到舷侧以内，完全避免了无人艇靠泊时太阳能板与其他船只发生碰撞的可能，且齿轮组机构结构简单可靠，易于实现；而且本专利技术的无人艇采用双体船结构，甲板上铺设的太阳能板更多，对太阳能捕获的能力更强。
[0009]李冬琴等人提出的《横向可折叠自动收放翼型帆》(CN104890845A)中采用液压升降杆为动力带动风帆自动展开与收起的方式，并设计了多节式主桅杆，通过液压升降杆驱动多节桅杆向上与向下运动，从而使拉索通过3个定滑轮带动帆体支撑架运动，带动帆体支撑架的展开与折叠，从而完成自动展帆与收帆过程。这与本专利技术采用的机构形式不同，一方面本专利技术采用的风帆安装了太阳能电池片，属于能够同时捕获风能与太阳能的太阳能风帆；另一方面，本专利技术采用的是液压—齿轮组—摆动导杆机构驱动太阳能风帆的升降，机械结构简单可靠，易于实现。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇。
[0011]一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇，包括艇体、水翼、水翼驱动机构、风帆、风帆驱动机构、舷侧外太阳能板、舷侧外太阳能板驱动机构、螺旋桨推进器；所述艇体采用双体船结构，在艇体的甲板上布置有太阳能板；所述水翼包括水翼支撑机构、左侧水翼和右侧水翼；所述左侧水翼和右侧水翼均为串联布置的波浪拍动串列水翼；所述水翼支撑机构包括六根竖直连杆，六根竖直连杆下端分别通过旋转铰链与左侧水翼左侧前后两端、右侧水翼的右侧前后两端、左侧水翼与右侧水翼前端之间的前后两端连接，六根竖直连杆上端通过旋转铰链与水平连杆连接，形成框架结构；所述水翼驱动机构包括油泵、第一油缸、滑道；所述第一油缸中设有第一活塞，第一活塞将第一油缸中的空间分为前后两部分；所述油泵通过管道分别与第一油缸的后端前部、后部空间连接，与第一油缸后部空间连接的管道上设有下端输油阀，与第一油缸前部空间连接的管道上设有上端输油阀；所述第一活塞通过第一连杆与滑块连接，滑块布置在所述滑道上，滑块通过旋转铰链与第二连杆的后端连接，第二连杆的前端通过曲柄与水翼支撑机构连接。
[0012]进一步地，当无人艇所处海洋环境为静水时，打开下端输油阀，关闭上端输油阀，油泵将油从第一油缸的尾部输入，在油压的作用下推动活塞，进而带动滑块沿滑道向艇体艏部平移，进而带动曲柄向前平移与旋转，从而带动水翼绕首部与尾部旋转铰链向上旋转，
直至完全出水，水翼不再产生阻力；当无人艇所处环境存在波浪时，打开上端输油阀，关闭下端输油阀，油泵将油从第一油缸的首部输入，在油压的作用下拉动活塞，进而带动滑块沿滑道向艇体艉部平移，进而带动曲柄向后平移与旋转，从而带动水翼绕首部与尾部旋转铰链向下旋转，直至回到水下最初位置，而后水翼在艇体运动的作用下往复拍动，从而产生推力。
[0013]进一步地，所述风帆为可折叠式太阳能风帆，包括上层风帆和下层风帆，下层风帆与艇体之间通过第一连接铰链连接，上层风帆和下层风帆之间通过第二连接铰链连接；所述上层风帆背部设有两条圆柱形滑道，在圆柱形滑道上布置有管状滑块；所述风帆驱动机构包括第二油缸和两根摆动导杆；所述第二油缸中布置有第二活塞和第三活塞，第二活塞和第三活本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇，其特征在于：包括艇体(1)、水翼(2)、水翼驱动机构、风帆(4)、风帆驱动机构、舷侧外太阳能板(5)、舷侧外太阳能板驱动机构、螺旋桨推进器(6)；所述艇体(1)采用双体船结构，在艇体(1)的甲板上布置有太阳能板(3)；所述水翼(2)包括水翼支撑机构、左侧水翼和右侧水翼；所述左侧水翼和右侧水翼均为串联布置的波浪拍动串列水翼；所述水翼支撑机构包括六根竖直连杆，六根竖直连杆下端分别通过旋转铰链与左侧水翼左侧前后两端、右侧水翼的右侧前后两端、左侧水翼与右侧水翼前端之间的前后两端连接，六根竖直连杆上端通过旋转铰链与水平连杆连接，形成框架结构；所述水翼驱动机构包括油泵(7)、第一油缸(8)、滑道(13)；所述第一油缸(8)中设有第一活塞，第一活塞将第一油缸(8)中的空间分为前后两部分；所述油泵(7)通过管道分别与第一油缸(8)的后端前部、后部空间连接，与第一油缸(8)后部空间连接的管道上设有下端输油阀(9)，与第一油缸(8)前部空间连接的管道上设有上端输油阀(10)；所述第一活塞通过第一连杆与滑块(11)连接，滑块(11)布置在所述滑道(13)上，滑块(11)通过旋转铰链与第二连杆的后端连接，第二连杆的前端通过曲柄(12)与水翼支撑机构连接。2.根据权利要求1所述的一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇，其特征在于：当无人艇所处海洋环境为静水时，打开下端输油阀(9)，关闭上端输油阀(10)，油泵(7)将油从第一油缸(8)的尾部输入，在油压的作用下推动活塞，进而带动滑块(11)沿滑道(13)向艇体(1)艏部平移，进而带动曲柄(12)向前平移与旋转，从而带动水翼(2)绕首部与尾部旋转铰链向上旋转，直至完全出水，水翼(2)不再产生阻力；当无人艇所处环境存在波浪时，打开上端输油阀(10)，关闭下端输油阀(9)，油泵(7)将油从第一油缸(8)的首部输入，在油压的作用下拉动活塞，进而带动滑块(11)沿滑道(13)向艇体(1)艉部平移，进而带动曲柄(12)向后平移与旋转，从而带动水翼(2)绕首部与尾部旋转铰链向下旋转，直至回到水下最初位置，而后水翼(2)在艇体(1)运动的作用下往复拍动，从而产生推力。3.根据权利要求1所述的一种面向减阻与避碰的可变结构型风光波浪能混合驱动无人艇，其特征在于：所述风帆(4)为可折叠式太阳能风帆，包括上层风帆和下层风帆，下层风帆与艇体(1)之间通过第一连接铰链(28)连接，上层风帆和下层风帆之间通过第二连接铰链(29)连接；所述上层风帆背部设有两条圆柱形滑道(30)，在圆柱形滑道(30)上布置有管状滑块(31)；所述风帆驱动机构包括第二油缸(22)和两根摆动导杆(27)；所述第二油缸(22)中布置有第二活塞和第三活塞，第二活塞和第三活塞将第二油缸(22)中的空间分为前、中、后三部分；所述油泵(7)通过管道分别与第二油缸(22)的前部、中部、后部三部分空间连接，与第二油缸(22)前部空间连接的管道上设有左侧输油阀，与第二油缸(22)中部空间连接的管道上设有中部输油阀(24)，与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蔚欣，李晔，廖煜雷，王博，姜言清，贾琪，徐培鸿，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：