一种波浪滑翔机制造技术

本发明专利技术涉及海洋无人航行器技术领域，具体是一种波浪滑翔机，包括水面艇、连接件和水下驱动单元，所述水下驱动单元包括水下中心体、翼片、发电装置和电动推进装置，所述水面艇通过连接件与水下中心体连接，所述翼片通过连接轴可摆动地安装在水下中心体上；所述发电装置包括发电机和联动机构，所述发电机安装在水下中心体上，所述翼片通过联动机构与发电机连接，所述电动推进装置用于为波浪滑翔机提供推进力。本发明专利技术通过翼片的摆动发电，既能够直接利用波浪能为波浪滑翔机提供推进力，又能够将一部分波浪能转换为电能，以使波浪滑翔机能够在风平浪静的情况下继续航行，并且提高波浪能的利用效率。的利用效率。的利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种波浪滑翔机


[0001]本专利技术涉及海洋无人航行器
，具体是一种波浪滑翔机。

技术介绍

[0002]随着海洋资源开发和海洋环境监测的需要越来越迫切，世界各国都在不断地开发新型的海洋监测手段来加强对海洋环境的监测能力。波浪滑翔机是近几年来出现的一种新型海洋无人潜航器，作为一种新型的无人海洋探测平台，波浪滑翔器将海洋的波浪能转化为自身的前进动力，同时依靠上甲板搭载的太阳能电池为各电气供电，解决了大范围、长航时的探测难题，还可作为中间站，与其它各类探测器进行指令和数据交换，有着十分广阔的发展前景。
[0003]CN104590496A公开了一种远距离无能耗自主航行的波浪滑翔机，包括浮体、柔性缆索和动力装置；浮体包括浮体连接板、第一浮子密封圆筒、第二浮子密封圆筒、GPS、单片机、太阳能电池板、蓄电池、控制器，动力装置包括侧板、固定螺杆、翼片、步进电机和舵片，柔性缆索设有两根，即第一柔性缆索和第二柔性缆索，第一浮子密封圆筒利用第一柔性缆索与动力装置对应侧的侧板连接，第二浮子密封圆筒利用第二柔性缆索与动力装置对应侧的侧板连接。该波浪滑翔机通过波浪滑翔机翼片与水流相互作用力，来驱动整个滑翔机前进，太阳能板产生的电能只需用来调整波浪滑翔机的转向，滑翔机的续航能力强。该波浪滑翔机存在以下缺点：(1)通过波浪滑翔机翼片与水流相互作用力来驱动整个滑翔机前进，导致波浪能的利用效率较低；(2)在风平浪静的情况下，该波浪滑翔机失去航行的动力，无法满足长距离航行的需求；(3)由于外侧翼片安装在竖直的侧板上，不但导致动力装置沉浮时的阻力较大，而且，在波浪能作用下，由于外侧翼片处的局部流速较小，因此还导致翼片所产生的推动力矩较小，影响对波浪能的利用效率；(4)为了保证太阳能电池板充分的吸收和储存太阳能，以满足其为海洋观察所需的仪器和长距离航行所需的设备提供电力的需求，需要太阳能电池板、蓄电池的体积较大，这就导致水面浮体没有足够的空间安装更多的海洋观察所需的仪器；而且，在夜晚、阴雨天气，太阳能电池板无法取得能源输入；(5)为了吸收太阳能，水面浮体必须浮出水面、目标较明显，容易被发现和受损。
[0004]CN110344996A公开了一种用于补给波浪滑翔器电能的装置，包括浮体船、发电机体、牵引机三部分；所述发电机体与浮体船及牵引机刚性连接，通过浮体船及牵引机的上下运动，带动发电机体内的磁铁棒与线圈发生切割磁感线运动进而发电。发电机体利用浮体船与牵引机的距离变化来产生电动势和电流。根据法拉第电磁感应定律，运动导体在磁场中切割磁力线而产生的电动势(E)，为磁场强度(B)，垂直于磁力线的导体长度分量(L)和导体运动速度(V)的乘积：E＝BLV。从上述公式中可以看出，要提高运动导体中的电动势，除了提高磁场强度、加长导体长度外，必须要提高导体的相对运动速度。在上述文献所公开的技术方案中，就是要当浮体船因波浪作用上下运动时，牵引机要尽可能“不动或慢动”，以保证导体的相对运动速度。如果这样，浮体船得到的上下波动的波浪能量就很少能通过牵引机上的翼片变为前进的动能了，而波浪能转化电能的过程以及电能的储存过程中必然存在更
多的能量损失，导致波浪能的利用效率低。
[0005]CN112373634A公开了一种波浪滑翔器的波浪能发电装置，包括水面浮体以及水下滑翔器，所述水面浮体上设置有驱动组件以及发电组件，所述水下滑翔器通过缆绳连接所述驱动组件，在波浪的驱使下，所述水下滑翔器通过缆绳使所述驱动组件能够驱使所述发电组件发电。该文献中公开的发电组件是利用水面浮体与水下滑翔器的距离变化来产生电动势和电流，与CN110344996A存在同样的问题，无法高效利用波浪能。另外，该文献中，水下滑翔器包括水下滑翔器支架、水翼以及螺旋桨，所述水翼、螺旋桨均安装所述水下滑翔器支架上，通过螺旋桨转动能够提供前行的动力。但是，使用螺旋桨驱动存在空泡、噪音的问题，不利于波浪滑翔器的隐蔽，而且，螺旋桨形成的旋涡轴线与螺旋桨转轴垂直，以至该旋涡不能提供前进动力，导致其推进效率低。
[0006]CN109110095B公开了一种张拉整体式摆动推进机构，包括头部、柔性躯干和尾部，头部通过柔性躯干和尾部连接，头部内设置有驱动系统，所述的柔性躯干包括多组张拉浮动式柔性关节，每组张拉浮动式柔性关节包括基础平台、从动平台和多组张力元件，所述的基础平台的上面结构与从动平台的下面结构通过多组水平的张力元件连接，所述的基础平台的上面结构与从动平台的上面结构件通过多组轴向的张力元件连接，从而能够悬浮支撑起从动平台，每组张拉浮动式柔性关节从而依次互相串联。张拉整体式摆动推进机构的动力源采用大扭矩的舵机，或者直流电机等来牵引绳动作，从而对机器鱼进行模态激励。舵机使用螺栓固定在第一平台上，舵机旋转带动其舵机自带的一字型摇臂，通过两根钢丝绳将驱动力矩传递到第六平台，即驱动平台上，以实现张拉整体式摆动推进机构的摆动。舵机的一字摇臂、两跟钢丝绳与需要驱动的平台构成一个平行四边形，舵机输出的转角就是驱动装置输出的转角。该方案通过改变冗余驱动内力(各个支腿的内力)而改变系统刚度，进而调整系统的固有频率，使系统的频率响应改变。但是，对刚性强迫振动而言，系统的主要运动参数如频率等则主要由外加的刚性强迫振动频率决定。频率比只影响波形的仿射变化系数。如果频率比相差较远，则系统的运动波形则主要由外加的刚性强迫振动决定。另外，该方案中只有一个舵机作为动力源，又不能在使用中调节原设置的刚度。因此，该方案无法做到让尾部按一定的波形、振幅和相位进行刚性强迫振动运动，即无法在试验中验证和优化尾部和尾鳍摆动时水流的惯性力矩、阻尼力矩等。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种波浪滑翔机，通过翼片的摆动发电，既能够直接利用波浪能为波浪滑翔机提供推进力，又能够将一部分波浪能转换为电能，以使波浪滑翔机能够在风平浪静的情况下继续航行，并且提高波浪能的利用效率。
[0008]所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种波浪滑翔机，包括水面艇、连接件和水下驱动单元，所述水下驱动单元包括水下中心体、翼片、发电装置和电动推进装置，所述水面艇通过连接件与水下中心体连接，所述翼片通过连接轴可摆动地安装在水下中心体上；所述发电装置包括发电机和联动机构，所述发电机安装在水下中心体上，所述翼片通过联动机构与发电机连接，所述电动推进装置用于为波浪滑翔机提供推进力。
[0009]相对于现有技术，本专利技术的波浪滑翔机的有益效果为：通过翼片可直接利用波浪
能为波浪滑翔机提供推进力，同时，翼片摆动时能够通过联动机构驱动发电机动作，以将一部分波浪能转换为电能，储存的电能可为电动推进装置供电，以使波浪滑翔机能够在风平浪静的情况下继续航行；相对于CN110344996A、CN109110095B这种利用浮体船与牵引机的距离变化来发电的方式，本专利技术中的水下驱动单元不需要相对于水面艇“不动或慢动”，水面艇将上下波动的波浪能通过翼片更多的转换为前进的动能，提高波浪能的利用效率。
[0010]本专利技术的技术方案还有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波浪滑翔机，包括水面艇(1)、连接件和水下驱动单元，所述水下驱动单元包括水下中心体(2)、翼片(3)，所述水面艇(1)通过连接件与水下中心体(2)连接，所述翼片(3)通过连接轴(5)可摆动地安装在水下中心体(2)上，其特征在于：所述水下驱动单元还包括发电装置和电动推进装置，所述发电装置包括发电机(4)和联动机构，所述发电机(4)安装在水下中心体(2)上，所述翼片(3)通过联动机构与发电机(4)连接，所述电动推进装置用于为波浪滑翔机提供推进力。2.根据权利要求1所述的波浪滑翔机，其特征在于，所述联动机构包括偏心轴(32)、正向棘爪(33)、反向棘爪(34)、正向棘轮(35)、反向棘轮(36)、第一主动齿轮(37)、第二主动齿轮(38)、惰轮(39)、第一从动齿轮(40)、第二从动齿轮(41)；所述连接轴(5)与翼片(3)固定连接，所述偏心轴(32)与连接轴(5)固定连接，所述正向棘爪(33)、反向棘爪(34)均可转动的安装在偏心轴(32)上；所述第一主动齿轮(37)、第二主动齿轮(38)、惰轮(39)分别可转动的安装在水下中心体(2)上，所述第一主动齿轮(37)、第二主动齿轮(38)均与连接轴(5)同轴，所述正向棘轮(35)与第一主动齿轮(37)同轴固定连接，所述反向棘轮(36)与第二主动齿轮(38)同轴固定连接，所述第一从动齿轮(40)和第二从动齿轮(41)均与发电机(4)的输入轴连接；所述正向棘爪(33)与正向棘轮(35)啮合，所述反向棘爪(34)与反向棘轮(36)啮合；所述惰轮(39)分别与第一主动齿轮(37)、第一从动齿轮(40)啮合，所述第二主动齿轮(38)与第二从动齿轮(41)啮合。3.根据权利要求1所述的波浪滑翔机，其特征在于，作垂直于水下中心体(2)中心轴线、并且包含所述翼片(3)与水下中心体(2)连接点的截面，在所述截面上，沿所述翼片(3)与水下中心体(2)连接点分别向上、向下延伸，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴中，陈庆江，张刚，史丙侦，
申请(专利权)人：日照坤仑智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：