水下航行器的供能系统及其供能方法技术方案

本发明专利技术提供一种水下航行器的供能系统及其供能方法，供能系统包括控制系统、均安装在水下移动设备上的激光发射系统、激光传输系统和安装于水下航行器上的光电转换系统；激光传输系统具有激光输入端和激光输出端，控制系统控制激光输出端与光电转换系统之间的距离在预设范围内；激光发射系统提供的激光入射至激光输入端后进入激光传输系统，经激光输出端传输至光电转换系统；光电转换系统将接收的激光转换为电能。通过高功率激光，利用其定向传输的特点，通过设计激光传输系统和光电转换系统，缩短激光在海水中的传输距离，提高激光利用效率，利用海水的冷却性能实现高效散热，提高光伏接收器的转换效率和稳定工作能力。高光伏接收器的转换效率和稳定工作能力。高光伏接收器的转换效率和稳定工作能力。

【技术实现步骤摘要】
水下航行器的供能系统及其供能方法


[0001]本专利技术涉及到水下航行器领域，特别涉及水下航行器的供能系统及其供能方法。

技术介绍

[0002]水下无人航行器广泛应用于海洋环境监测、海底勘测、水下生物监测等领域。但是，受限于水下无人航行器自身供能系统限制，目前水下无人航行器面临航行距离短、执行任务时间有限等技术难题，限制了其进一步应用。因此，如何为水下无人航行器进行供能，提高其续航能力，成为水下无人航行器需要解决的重要问题。
[0003]针对此问题，为水下无人航行器供能的技术研究受到重视，并得到相应发展。例如：水下无人航行器微波电充电技术等。但受限于海洋环境的复杂性，相关技术均处于探索研究中。
[0004]随着激光技术发展，激光传能也成为领域的研究热点。由于激光的相干性好，适合远距离传输，国内外已经开展了激光对无人飞行器的传能技术研究。通过激光发射站发射高功率激光，无人机接收激光，将光能转换为无人机系统电能，延长了无人机的滞空时间。但受限于激光发射角度、大气衰减、光电转换效率及产生的废热散除技术等影响，该技术还有待完善和成熟。
[0005]与对无人飞行器的传能不同，对水下无人航行器供能可在较近的距离下进行，但是海水对激光的衰减效应明显，因此本专利技术专利提出了一种基于激光的水下小型无人航行器供能方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述问题，本专利技术的目的在于适用于近距离对水下无人航行器的无线供能系统和方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0008]水下航行器的供能系统，包括控制系统、均安装在水下移动设备上的激光发射系统、激光传输系统和安装于水下航行器上的光电转换系统；
[0009]激光传输系统具有激光输入端和激光输出端，激光输入端与激光发射系统固定连接；控制系统对激光传输系统的长度进行控制，改变激光输出端与光电转换系统之间的距离；
[0010]激光发射系统发出的激光入射至激光输入端后进入激光传输系统，经激光输出端传输至光电转换系统；光电转换系统将接收到的激光转换为电能。
[0011]进一步的，激光传输系统包括密闭的腔体，腔体的长度可伸缩；腔体的两端分别为激光输入端和激光输出端；激光输出端安装有光学镜片，光学镜片供激光传输。
[0012]进一步的，腔体存有用于传输激光的纯净气体。
[0013]进一步的，纯净气体为氮气。
[0014]进一步的，光电转换系统包括壳体、光学聚焦结构、光伏接收器和散热结构；
[0015]壳体提供密闭空间，光学聚焦结构和光伏接收器置于密闭空间内；
[0016]光学聚焦结构将激光发射系统传输的激光聚焦后入射至光伏接收器；
[0017]散热结构安装在壳体上，散热结构用以对壳体散热。
[0018]进一步的，光伏接收器为汇聚式结构或光伏眼结构，光伏接收器将接收的激光会聚于光伏电池上。
[0019]进一步的，散热结构包括固定在光伏接收器的外表面的散热翅片。
[0020]进一步的，散热结构包括布置在光伏接收器的外表面的水管，水管具有进水口和出水口，海水从进水口进入并从出水口流出水管。
[0021]进一步的，壳体充有氮气。
[0022]进一步的，激光发射系统使用波长在蓝绿光谱的激光器作为激光源。
[0023]水下航行器的供能方法，激光发射系统提供的激光入射至激光输入端后进入激光传输系统，激光经激光输出端传输至光电转换系统，光电转换系统将接收的激光转换为电能；控制系统对激光传输系统的长度进行控制使激光输出端与光电转换系统之间的距离在预设范围内。
[0024]进一步的，水下航行器携带的探测装置发送水下航行器的水下位置信息至控制系统；控制系统根据水下位置信息，控制水下航行器运动至激光传输系统的有效传输范围。
[0025]本专利技术能够取得以下技术效果：
[0026]通过高功率激光，利用其定向传输的特点，通过设计激光传输系统和光电转换系统，缩短激光在海水中的传输距离，提高激光利用效率，利用海水的冷却性能实现高效散热，提高光伏接收器的转换效率和稳定工作能力。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例公开的水下航行器的供能系统的结构示意图。
[0028]附图标记：
[0029]激光发射系统1、激光传输系统2、光电转换系统3、光学聚焦结构31、光伏接收器32、散热翅片33、进水口341、出水口342、水下航行器4。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0031]如图1所示的水下航行器的供能系统，包括激光发射系统1、激光传输系统2和光电转换系统3。其中激光发射系统1、激光传输系统2安装在水下移动设备上，具有高转换效率光电转换系统3安装于水下航行器4上，水下移动设备紧随水下航行器移动。水下移动设备可为船舰或船艇。激光传输系统2具有激光输入端和激光输出端，控制系统控制这两者的长度，从而控制系统控制激光输出端与光电转换系统3之间的距离在预设范围内；激光发射系统1提供的激光入射至激光输入端后进入激光传输系统2，经激光输出端传输至光电转换系统3；光电转换系统3将接收的激光转换为电能。其中，激光水中传输过程衰减严重，一般呈现指数级衰减。预设范围根据拟供电的水下航行器、供电用激光器功率等有关，理论上是越
短越好。
[0032]基于激光的水下小型无人航行器的供能系统或供能方法是利用激光方向性好、传输能量高的特点，通过激光照射无人航行器上的光电转换系统3，将激光的光能转换为电能，为无人航行器进行供电。受限于现阶段高功率激光、光伏设备的技术水平，该方案适用于电能需求较低的小型无人航行器，可为水下小型无人航行器应急供能、续航提升等典型应用等提供技术支撑。
[0033]其中，高功率激光发射系统1优选在海水环境中传输性能较好、激光器技术较成熟的波长为532nm的固体激光器作为激光光源，可通过多台激光器空间合束后获得高功率激光；或优选在水中传播性能较好的波长在蓝绿光谱的激光器，并且要求该激光器具有较高的功率体积比，可以在较小的体积时输出较高功率的激光。将激光整形成预置参数(至少包括光斑尺寸、发散角)后发射进入激光传输系统2。激光发散角与光斑尺寸直接影响激光经腔体传输后的光斑尺寸，例如，光斑尺寸为20mm，激光发散角为5mrad，腔体长度为20m，输出端激光光斑为20mm+5*20＝120mm。
[0034]其中，激光传输系统2为可伸长/缩短的密闭光学传输腔体，腔体的两端分别为激光输入端和激光输出端。腔体充纯净气体介质，优选氮气。腔体内充氮气等纯净气体，即可以避免水压力使腔体发生变形，同时保证激光在腔内传输时衰减较小。腔体用于传输激光，通过腔体内充纯净气体，使激光在腔体内传输损失较小。该系统一端与高功率激光发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下航行器的供能系统，其特征在于，包括控制系统、均安装在水下移动设备上的激光发射系统、激光传输系统和安装于水下航行器上的光电转换系统；所述激光传输系统具有激光输入端和激光输出端，所述激光输入端与所述激光发射系统固定连接；所述控制系统对所述激光传输系统的长度进行控制，改变所述激光输出端与所述光电转换系统之间的距离；所述激光发射系统发出的激光入射至所述激光输入端后进入所述激光传输系统，经所述激光输出端传输至所述光电转换系统；所述光电转换系统将接收到的激光转换为电能。2.根据权利要求1所述的水下航行器的供能系统，其特征在于，所述激光传输系统包括密闭的腔体，所述腔体的长度可伸缩；所述腔体的两端分别为所述激光输入端和所述激光输出端；所述激光输出端安装有光学镜片，所述光学镜片供所述激光通过传输。3.根据权利要求2所述的水下航行器的供能系统，其特征在于，所述腔体存有用于传输激光的纯净气体。4.根据权利要求3所述的水下航行器的供能系统，其特征在于，所述纯净气体为氮气。5.根据权利要求1所述的水下航行器的供能系统，其特征在于，所述光电转换系统包括壳体、光学聚焦结构、光伏接收器和散热结构；所述壳体提供密闭空间，所述光学聚焦结构和所述光伏接收器置于所述密闭空间内；所述光学聚焦结构用于将接收到的激光聚焦后入射至所述光伏接收器；所述光伏接收器用于光电转换；所述散热结构安装在所述壳体上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阔，陈飞，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：