水下内波助推运载器的节能方法技术

本发明专利技术公开一种水下内波助推运载器的节能方法，将运载器下潜至内孤立波波面并在内孤立波推力作用下运动，判断运载器是否达到受力理想点状态，当为非理想点状态时，调节筏式下板的受力方向以达到理想点状态，使下板受到的内孤立波推力达到最大；运载器由内孤立波推动前进，当其速度不再增加时，通过尾部螺旋桨推动运载器行驶，当运载器速度与波速共速时，撤去尾部推力，调节压载水箱来调节浮力变化，以适应波面达到与内孤立波共速的平衡状态，并实时监测下板压力传感器的受力情况，保证运载器始终受到内孤立波的推力。本方案将深海的内孤立波能利用于驱动运载器于固定航线，以实现更高效、更高功率的节能减排，并有效提高波浪能利用率。利用率。利用率。

【技术实现步骤摘要】
水下内波助推运载器的节能方法


[0001]本专利技术属于水下运载器节能控制领域，具体涉及一种水下内波助推运载器的节能方法，用于借助海洋内部特殊的波浪能，实现高质量节能驱动。

技术介绍

[0002]水下运载器在海洋环境监测、海洋科学研究和海洋军事任务启到了不可或缺的作用。现有的水下运载器主要依靠自身电池供电，存在着运动距离不足和续航时间短等问题，难以开展长时间大范围的水下作业。海洋可再生能源有着无可比拟的作用，其中波浪能作为利用范围最高的海洋能，具有能量密度高、储量大、分布广、成本低等特点，是理想的能量捕获对象。
[0003]波浪能指海浪运动过程中产生动能和势能的总和，该能量具有能量密度大、储量高、可再生的特点，因此也产生了借助波浪能驱动的装置。目前，广泛运用于波浪能发电装置的驱动能量多为海面表层的风涌混合浪，但是，在波浪能中，人们常常忽略了一种发生于海洋内部的内孤立波。内孤立波是密度稳定层结的海水内部产生的波动，其具有能量高、运动规律、连续性强、大振幅、短周期的特点。特别是，我国南海北部是全球内孤立波高发区之一，并且具有传输能量最大、频率最高、振幅最强的内孤立波，是利用内孤立波能量驱动的最佳地点。其中内孤立波最大振幅可达到240m，水平波速2.5m/s。据观测数据显示，南海内孤立波平均每天可发生1次并且多个内孤立波每隔重现期后会路径相同特定道路。从南海北部东沙环礁西侧陆坡海域开始向西传播，穿越深水区和陆坡陆架区，最后在我国近岸处崩溃破碎；它的传播范围超过600公里。
[0004]结合内孤立波运动规律等特点，虽然目前尚未发现更多的内孤立波，等日后技术成熟后，探索到更多有固定路径的内孤立波将会形成一张内孤立波交通网。利用内孤立波驱动航行装置运载天然气水合物或深海多金属结核等矿产资源势必成为未来海底运输趋势，从南海北部沿内孤立波航线快速输送货物至东海北部。并后续可依照航线建立多个“海下地铁”站点，实现多站点的定向输送化和货物运输的便捷高效化。
[0005]因此，内孤立波航线的建立可促进实现陆地高速铁路网、海上快速航道网的海空双重交通枢纽布局，而如何基于内孤立波驱动水下运载器沿波航行亟待提上日程，如何利用其规律性的途径路线和垂向能量与水平向能量进行水下运载器的推动，构建一种波浪能推进水下航向器的新方式，并且能够提高水下运载器的运行速度和节能效率也逐渐成为现在研究的重点。

技术实现思路

[0006]本专利技术利用内孤立波特定航线、波速大、能量大、不变形水波的特征，提供一种利用内孤立波推动运载器加速并在随内孤立波特定航道航行的方法，驱动水下运载器的方法，并可有效提高运载器运行速度和节能效率。
[0007]本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种水下内波助推运载器的节能方法，所
述运载器包括航行载器、摆杆和多个通过铰接扣连接的筏式下板，筏式下板的下方设置有压力传感器和液体密度传感器，筏式下板上安装有受力角度调节组件，摆杆连接在航行载器和受力角度调节组件之间，受力角度调节组件固定在轻密度材料下板上，摆杆的上部与航行载器铰接连接，摆杆的下部固定连接受力角度调节组件，航行载器上设置有舷侧涡轮风扇发动机和尾部螺旋桨，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤A：监测内孤立波情况，确定运载器下潜位置，将运载器下潜至内孤立波波面；
[0009]步骤B：运载器仅在内孤立波推力作用下运动，判断运载器是否达到受力理想点状态；当受力角度调节组件监测的摆杆与筏式下板之间的角度为直角时为理想点状态，否则为非理想点状态；
[0010]步骤B1、若运载器为非理想点状态，此时运载器受到内孤立波波浪斜向上方向的推力，通过受力角度调节组件调节摆杆与筏式下板的角度，使下板受到的内孤立波推力达到最大，以达到理想点状态；
[0011]步骤B2、若运载器在理想点状态，运载器仅在内孤立波推力作用下加速前进，当运载器速度不再增加时，启动尾部螺旋桨，驱动运载器沿波面加速行驶；
[0012]步骤C、当运载器与波速共速时，撤去尾部螺旋桨推力，实时监测下板压力传感器的受力情况，使运载器达到受力平衡状态，保证运载器始终受到内孤立波的推力。
[0013]进一步的，所述步骤A中，通过浮标实时采集数据监测内孤立波，并结合水下摄像机和水下流速计测量内孤立波波面与运载器之间的距离和速度差，确定运载器下潜的位置及速度，启动舷侧涡轮发动机下潜至下板与内孤立波波面相接触，下潜至内孤立波波面后关闭弦侧涡轮发动机。
[0014]进一步的，根据辅助浮标内滤波器的设置好的内孤立波频率参数，同时结合筏式下板处液体密度传感器采集到海水密度变化以及压力传感器检测到压力数值，准确判断筏式下板是否正处在内孤立波界面处。
[0015]进一步的，所述步骤B中，将运载器整体看作质点时，运载器从初速度到搭载内孤立波共同达到共速的过程与运载器在内孤立波面位置无关，即无论在内孤立波面上任何地方，使运载器与内孤立波共速的整个过程中都存在0<t<t1内孤立波推力变小的第一阶段和t1<t<t2开启尾部螺旋桨加速的第二阶段，若监测到运载器仅在内孤立波推动下速度不再增加时，此刻为t1时刻，运载器与波速达到共速时，此刻为t2时刻，在理想点状态下调节时，具体采用以下方式：
[0016](1)在0<t<t1第一阶段，在水平方向下，运载器受到加速度减小的加速运动；竖直方向下，运载器通过调节压载腔浮力使其受力平衡，运载器在内孤立波推力逐渐减小的情况下一直加速运动，被内孤立波推着向前随波形运动；
[0017](2)t1时刻，运载器速度不再增加时，开启运载器尾部螺旋桨给运载器施加一个推进力，使运载器沿内孤立波继续加速运动；
[0018](3)在t1<t<t2第二阶段内，运载器在推进力的作用下加速至与内孤立波波速共速，在整个第二阶段内航向器被尾部螺旋桨推着向前随波形运动，在t2时刻时达到与内孤立波共速。
[0019]进一步的，所述步骤C中，在调节共速的过程中，调节运载器受力情况，使其达到受力平衡状态：
[0020]由于运载器受到内孤立波竖直向上分力，通过调节航行载器中的压载水舱水位来调节运载器垂直方向的浮力，使筏式下板的压力传感器采集的力信号为零，以达到受力平衡状态，筏式下板刚接触到内孤立波波面，两者不发生力的作用，此时运载器也不会受内孤立波推力，运载器会始终以波速向前运动。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0022]本方案提出一种全新的内孤立波驱动水下运载器的方法，将深海的内孤立波能利用于驱动运载器装置于固定航线，内孤立波资源丰富，通过反复利用可以实现更高效、更高功率的节能减排，并有效提高波浪能利用率；不仅降低了传统运载器所需的化学能源，减少了其二氧化碳和污染物质的排放，同时还没有对海洋和大气环境造成任何污染。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例所述运载器在内孤立波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水下内波助推运载器的节能方法，其特征在于，所述运载器包括航行载器(2)、摆杆(4)和多个通过铰接扣连接的筏式下板(5)，筏式下板(5)的下方设置有压力传感器和液体密度传感器，筏式下板(5)上安装有受力角度调节组件(6)，摆杆(4)连接在航行载器(2)和受力角度调节组件(6)之间，受力角度调节组件(6)固定在轻密度材料下板(5)上，摆杆(4)的上部与航行载器(2)铰接连接，摆杆(4)的下部固定连接受力角度调节组件(6)，航行载器(2)上设置有舷侧涡轮风扇发动机(3)和尾部螺旋桨(1)，所述方法包括以下步骤：步骤A：监测内孤立波情况，确定运载器下潜位置，将运载器下潜至内孤立波波面；步骤B：运载器仅在内孤立波推力作用下运动，判断运载器是否达到受力理想点状态；当受力角度调节组件监测的摆杆与筏式下板之间的角度为直角时为理想点状态，否则为非理想点状态；步骤B1、若运载器为非理想点状态，此时运载器受到内孤立波波浪斜向上方向的推力，通过受力角度调节组件调节摆杆与筏式下板的角度，使下板受到的内孤立波推力达到最大，以达到理想点状态；步骤B2、若运载器在理想点状态，运载器仅在内孤立波推力作用下加速前进，当运载器速度不再增加时，启动尾部螺旋桨，驱动运载器沿波面加速行驶；步骤C、当运载器与波速共速时，撤去尾部螺旋桨推力，实时监测下板压力传感器的受力情况，使运载器达到受力平衡状态，保证运载器始终受到内孤立波的推力。2.根据权利要求1所述的水下内波助推运载器的节能方法，其特征在于：所述步骤A中，通过浮标实时采集数据监测内孤立波，并结合水下摄像机和水下流速计测量内孤立波波面与运载器之间的距离和速度差，确定运载器下潜的位置及速度，启动舷侧涡轮发动机下潜至筏式下板与内孤立波波面相接触，下潜至内孤立波波面后关闭弦侧涡轮发动机。3.根据权利要求2所述的水下内波助推运载器的节能方法，其特征在于：所述步骤A中，根据辅助浮标内滤波器的设置好的内孤立波频率参数，同时结合筏式下板处液体密度传感器采集到海水密度变化以及压力传感器检测到压力数值，判断筏式下板是否正处在内孤立波界面处。4.根据权利要求1所述的水下内波助推运载器的节能方法，其特征在于：所述步骤B中，将运载器整体看作质点时，运载器从初速度到搭载内孤立波共同达到共速的过程与运载器在内孤立波面位置无关，即无论在内孤立波面上任何地方，使运载器与内孤立波共速的整个过程中都存在0<t<t1内孤立波推力变小的第一阶段和t1&lt...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭磊，王俊，孙治雷，刘晓磊，张喜林，薛钢，刘延俊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：