專利名稱：一種波浪推進器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水下航行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種波浪推進器。
背景技術(shù)：
水下推進器是一種新型自治式水下航行器，可用作海洋測量傳感器的搭載平臺，是獲取海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要裝備，對海洋環(huán)境監(jiān)測、能源、交通、漁業(yè)管理、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域具有重要的作用。水下推進器具有作業(yè)范圍廣、連續(xù)作業(yè)時間長、能耗低、作業(yè)費用少等特點，成為當前水下推進器技術(shù)領(lǐng)域的一個研究熱點。在現(xiàn)有技術(shù)中，水下推進器一般采用螺旋槳推進，具有較高的航跡定位精度和較快的航速，且可以做任意軌跡的航行。然而由于功耗大且受能源的制約，其航程較短，一般 在幾十千米到幾百千米，無法滿足更遠水域作業(yè)的需求。目前，水下推進器的能源供給問題已成為制約其應(yīng)用向深入發(fā)展的技術(shù)瓶頸，如何充分利用海洋巨大的能源，解決水下推進器的能源供給問題，也成為該技術(shù)領(lǐng)域的研究重點。

實用新型內(nèi)容本實用新型實施例針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種波浪推進器，以充分利用海洋能源，提高其續(xù)航能力，滿足各種水域范圍的作業(yè)需求。為此，本實用新型實施例提供如下技術(shù)方案—種波浪推進器，包括通過連接裝置相連的水下行進裝置及水面隨動裝置，所述水下行進裝置包括支架和成對槳翼，所述成對槳翼通過固定軸對稱固定在所述支架兩側(cè)，并可繞所述固定軸同步轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，所述成對槳翼有多對，通過固定在所述支架上的聯(lián)動桿相連。優(yōu)選地，所述水下行進裝置還包括穩(wěn)定構(gòu)件，設(shè)置在所述支架的下方，并與所述支架的兩端懸接，用于降低所述水下行進裝置的重心。優(yōu)選地,所述穩(wěn)定構(gòu)件為弓形。優(yōu)選地，所述水下行進裝置還包括緩沖裝置，固定在所述支架上，并與所述連接裝置相連，用于吸收沖擊能量。優(yōu)選地，所述緩沖裝置為耐腐蝕的不銹鋼板彈簧、或空氣彈簧、或橡膠彈簧。優(yōu)選地，所述連接裝置包括第一纜索和兩根第二纜索，所述第一纜索的一端連接所述水面隨動裝置，另一端與所述兩根第二纜索的一端相連，所述兩根第二纜索的另一端分別與所述支架相連。優(yōu)選地，所述纜索為鋼纜或凱芙拉纜。優(yōu)選地，所述第一纜索和兩根第二纜索連接后的垂直長度為7 8米。優(yōu)選地，所述波浪推進器還包括分別設(shè)置在所述水下行進裝置和所述水面隨動裝置上的方位指示儀、舵、步進電機，以及設(shè)置在所述水面隨動裝置上的步進電機驅(qū)動器、控制器；所述方位指示儀，用于指示方位數(shù)據(jù)；所述步進電機，用于驅(qū)動所述步進電機所在裝置上的舵轉(zhuǎn)動；所述控制器，用于在兩個方位指示儀指示的方位數(shù)據(jù)不同時，根據(jù)所述兩個方位指示儀指示的方位數(shù)據(jù)的差異，控制所述步進電機驅(qū)動器驅(qū)動所述步進電機，使所述水下行進裝置和所述水面隨動裝置方位保持一致。本實用新型實施例提供的波浪推進器，通過連接裝置將水面隨動裝置與水下行進 裝置相連，利用波浪運動的能量，水面隨動裝置隨著波浪產(chǎn)生升沉運動，通過這一升沉運動，使水下行進裝置上固定在支架兩側(cè)的成對槳翼繞固定軸同步轉(zhuǎn)動。波浪推進器向上升起時，槳翼隨邊向下轉(zhuǎn)動，波浪推進器滑向波谷時，槳翼隨邊向上轉(zhuǎn)動。在波浪推動水面隨動裝置升沉作用下，槳翼轉(zhuǎn)動形成的功角產(chǎn)生了向前滑翔的動力，拖動水面隨動裝置前進，從而有效地利用了海洋能源，提高其續(xù)航能力，滿足各種水域范圍的作業(yè)需求。

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本實用新型實施例波浪推進器的主視圖；圖2是本實用新型實施例波浪推進器的俯視圖；圖3是本實用新型實施例波浪推進器的側(cè)視圖；圖4是本實用新型實施例波浪推進器的行進示意圖。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型實施例的方案，
以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明。本實用新型實施例波浪推進器，通過連接裝置將水面隨動裝置與水下行進裝置相連，水下行進裝置包括支架和成對槳翼，所述成對槳翼通過固定軸對稱固定在所述支架兩偵牝并可繞所述固定軸同步轉(zhuǎn)動。該波浪推進器利用波浪運動的能量，水面隨動裝置隨著波浪產(chǎn)生升沉運動，這一升沉運動也促使了水下行進裝置的槳翼轉(zhuǎn)動。波浪推進器向上升起時，槳翼隨邊向下轉(zhuǎn)動，波浪推進器滑向波谷時，槳翼隨邊向上轉(zhuǎn)動。槳翼的轉(zhuǎn)動與沉運動的方向形成一個預(yù)設(shè)的夾角，即翼形領(lǐng)域中所稱的攻角，使槳翼產(chǎn)生向前行進的動力。也就是說，水下行進裝置可以看作是水面隨動裝置的前進的動力來源。當波浪推進器到達平靜的水域，可以漂浮在水面。下面同時參照圖I、圖2和圖3對本實用新型實施例波浪推進器做進一步詳細說明。其中，圖I是本實用新型實施例波浪推進器的主視圖；圖2是本實用新型實施例波浪推進器的俯視圖；圖3是本實用新型實施例波浪推進器的側(cè)視圖。在該實施例中，所述波浪推進器包括通過連接裝置11相連的水下行進裝置12及水面隨動裝置13。其中，水下行進裝置12包括支架121和成對槳翼122，所述成對槳翼122通過固定軸123對稱固定在所述支架121兩側(cè)，并可繞所述固定軸123同步轉(zhuǎn)動。下面結(jié)合海浪特性進一步說明本實用新型實施例波浪推進器的運動性能。海浪是極不規(guī)則的，不但主風(fēng)向上的波浪要素和形狀多種多樣，而且波浪前進的方向由主風(fēng)向朝外向擴散，形成一個復(fù)雜的不規(guī)則波場。僅存在于主風(fēng)向方向上且有著無窮長單向的、不同間距的波峰彼此保持平行的二因次不規(guī)則波，稱為長峰不規(guī)則波。涌可近似地視為長峰波。但通常可以假定二因次不規(guī)則波是由無數(shù)不同波幅和波長的單規(guī)則波即簡諧波線性迭加而成的。波浪的水質(zhì)點以近似于圓形的軌跡作圓周運動，無限水深情況下波動沿水深方向 以指數(shù)規(guī)律衰減。水質(zhì)點的振幅公式為aekz(z < O)；其中，a為波幅，a0為表面波幅；k為波數(shù)，k = 2 X λ ；λ為波長。根據(jù)上述公式可知當水深Z =-2 /k= λ /2 時,水質(zhì)點的振幅為ha = a0/e11 = 4. 3% a0 ；當水深z = -2 π /k = λ 時,水質(zhì)點的振幅為ha = a0/e2π = O. 019% a0?？梢?，當水深為波長的一半時，水質(zhì)點的運動已經(jīng)非常小，表明該處的流體幾乎不動了，可以忽略不計。因此當水底深度大于半個波長時，底面對波動的影響很小，即使流體域是有限深度的，但波動與無限深水域的情況已沒有差別。例如中浪波長為30米，水下振幅是水面振幅的O. 2倍處的水深為7. 6米，兩處振幅的絕對差值為I米。中浪波長為90米，水下振幅是水面振幅的O. 6倍處的水深為7. 3米，兩處振幅的絕對差值亦為I米。由上述推導(dǎo)可知，水下振幅小于水面振幅，表面波水分子和水下一定深度處水分子垂向運動產(chǎn)生速度差，從而使波浪推進器水下行進裝置的槳翼轉(zhuǎn)動，獲得向前運動的動力。如圖4所示，是本實用新型實施例波浪推進器的行進示意圖。波浪推進器由波谷向波峰爬升時，由水上隨動裝置提供的浮力拖動水下行進裝置向上運動，因此水下行進裝置上的槳翼所產(chǎn)生的動力與波浪的波高、水分子垂直面內(nèi)加速度有關(guān)。波浪推進器由波峰滑向波谷時，槳翼滑行的動力來自水下行進裝置本身的重力。在實際應(yīng)用中，可以設(shè)計多對上述成對槳翼，如圖I所示，這些成對槳翼通過固定在支架121上的聯(lián)動桿124相連，從而可以使這些成對槳翼各自圍繞自己的固定轉(zhuǎn)同步轉(zhuǎn)動的同時保持聯(lián)動。所述成對槳翼的攻角可以根據(jù)實際應(yīng)用需要來設(shè)定，比如為30度?？梢?，本實用新型實施例提供的波浪推進器，通過連接裝置將水面隨動裝置與水下行進裝置相連，利用波浪運動的能量，水面隨動裝置隨著波浪產(chǎn)生升沉運動，通過這一升沉運動水下行進裝置上固定在支架兩側(cè)的成對槳翼繞固定軸同步轉(zhuǎn)動。波浪推進器向上升起時，槳翼隨邊向下轉(zhuǎn)動，波浪推進器滑向波谷時，槳翼隨邊向上轉(zhuǎn)動，從而有效地利用了海洋能源，使波浪推進器向前滑翔運動，提高其續(xù)航能力。波浪推進器的運動方向不受風(fēng)向的限制，可以順浪、橫浪、逆浪前進，滿足各種水域范圍的作業(yè)需求。為了更好地保持所述波浪推進器中水下行時裝置行進的平穩(wěn)性，如圖I所示，在本實用新型實施例中，水下行進裝置12還可進一歩包括穩(wěn)定構(gòu)件125，設(shè)置在支架121的下方，并與支架121的兩端懸接，用于降低所述水下行進裝置的重心，提高穩(wěn)定性，也可用作安裝測量儀器的支架，還能提高水下行進裝置的航向穩(wěn)定性。另外，為了使水面隨動裝置13與水下行進裝置12的連接更牢固，如圖I所示，還可以進一歩在水下行進裝置12上設(shè)置緩沖裝置126，該緩沖裝置126固定在支架121上，并與連接裝置11相連，以吸收沖擊能量。具體地，所述緩沖裝置126可以是耐腐蝕的不銹鋼板彈簧，其它耐腐蝕材料制作
的空氣彈簧、橡膠彈簧等。在本實用新型實施例中，所述連接裝置11與緩沖裝置126的連接方式可以有多種，比如單點連接、雙點連接等方式。圖I中示出了ー種具體的雙點連接方式，其中，緩沖裝置126由第一纜索111和兩 根第二纜索112組成，第一纜索111的一端連接水面隨動裝置13，另一端與所述兩根第二纜索112的一端相連，所述兩根第二纜索112的另一端分別連接到緩沖裝置126的不同位置。當然，如果沒有緩沖裝置126，所述兩根第二纜索112的另一端也可以分別連接到支架121上的不同位置。上述纜索可以采用免扭轉(zhuǎn)不銹鋼纜或者是凱芙拉纜，以保證其在實際應(yīng)用環(huán)境中具有抗拉、耐腐蝕的性能。上述纜索的長度不宣太長。由于水下行進裝置在上下運動時將受到慣性カ和垂直方向的流體阻力，太長的纜索形成的緩沖可能會造成水下行進裝置與表面波運動不一致，在下滑時造成遲后現(xiàn)象，影響水下部分吸收波能的效果。但是纜索太短，水下行進裝置會離水面太近，水質(zhì)點的運動速度衰減不大，同樣不利于水下行進裝置吸收波能的效果。為此，在實際應(yīng)用中，可以設(shè)計第一纜索和兩根第二纜索連接后的垂直長度可以設(shè)計為7 8米。當然，在另ー種雙點連接方式中，也可以僅使用兩根纜索，將這兩根纜索的一端一起連接到水面搭載裝置13，這兩根纜索的另一端分別連接到水下行進裝置12的不同位置。需要說明的是，纜索與水下行進裝置和水面隨動裝置的連接可以通過鎖環(huán)來實現(xiàn)。在本實用新型實施例中，水面隨動裝置13可以設(shè)計為ー只微型的水密小船，以搭載不同的業(yè)務(wù)處理平臺或設(shè)備。為了更有效利用波能，船長可以小于1/4波長，以避免發(fā)生跨浪現(xiàn)象，影響波能的利用率。以ー級涌浪波長小于10米計，則船長應(yīng)小于2. 5米。比如，設(shè)計船長2. 4米，船寬
O.6米，長寬比為4。設(shè)定船的吃水為O. 21m，干舷O. 09m，排水量=O. 18m3。如果通過柔性纜索連接水面隨動裝置13和水下行進裝置12，則在外力的作用下，上下兩部分的方位可能會產(chǎn)生不一致。為了使該波浪推進器能按要求的方向前進，無論是順浪、還是逆浪、或者橫浪，需要使水面隨動裝置13和水下行進裝置12的航向保持一致。為此，可以分別在水下行進裝置12和水面隨動裝置13上設(shè)置方位指示儀(比如三維電子羅盤)、舵、步進電機，并且在水面隨動裝置13上設(shè)置步進電機驅(qū)動器、控制器。其中，所述方位指示儀用于指示方位數(shù)據(jù)，也就是說，水下行進裝置12和水面隨動裝置13均通過各自的方位指示儀顯示各自的方位數(shù)據(jù)。所述步進電機用于驅(qū)動所在裝置上的舵轉(zhuǎn)動。當兩個方位指示儀指示的方位不一致時，由所述控制器根據(jù)所述兩個方位指示儀指示的方位數(shù)據(jù)的差異，控制所述步進電機驅(qū)動器驅(qū)動所述步進電機，使水下行進裝置12和水面隨動裝置13方位保持一致。具體地，可以通過變換步進電機驅(qū)動器的控制方式來分別控制或同步控制水面隨動裝置和水下行進裝置上的步進電機，驅(qū)動舵轉(zhuǎn)動，最終使上下
方位一致。為了制造方便，水面隨動裝置和水下行進裝置可以采用尺寸相同的舵，當然，也可以采用不同的舵，對此本實用新型實施例不做限定。波浪推進器上需要的電源可來自于太陽能光伏電池。因此，波浪推進器充分利用了大自然提供的能量，綠色環(huán)保，而且可以長期在海上航行。另外，需要說明的是，本實用新型實施例并不限定上述通過纜索實現(xiàn)的連接裝置， 還可以采用其它方式實現(xiàn)的連接裝置，具體可以根據(jù)波浪推進器所應(yīng)用的具體環(huán)境來確定。以上對本實用新型實施例進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體實施方式
對本實用新型進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的設(shè)備；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種波浪推進器，其特征在于，包括通過連接裝置相連的水下行進裝置及水面隨動裝置，所述水下行進裝置包括支架和成對槳翼，所述成對槳翼通過固定軸對稱固定在所述支架兩側(cè)，并可繞所述固定軸同步轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波浪推進器，其特征在于，所述成對槳翼有多對，通過固定在所述支架上的聯(lián)動桿相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波浪推進器，其特征在于，所述水下行進裝置還包括 穩(wěn)定構(gòu)件，設(shè)置在所述支架的下方，并與所述支架的兩端懸接，用于降低所述水下行進裝置的重心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波浪推進器，其特征在于，所述穩(wěn)定構(gòu)件為弓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項所述的波浪推進器，其特征在于，所述水下行進裝置還包括 緩沖裝置，固定在所述支架上，并與所述連接裝置相連，用于吸收沖擊能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波浪推進器，其特征在于，所述緩沖裝置為耐腐蝕的不銹鋼板彈簧、或空氣彈簧、或橡膠彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波浪推進器，其特征在于，所述連接裝置包括第一纜索和兩根第二纜索，所述第一纜索的一端連接所述水面隨動裝置，另一端與所述兩根第二纜索的一端相連，所述兩根第二纜索的另一端分別與所述支架相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波浪推進器，其特征在于，所述纜索為鋼纜或凱芙拉纜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波浪推進器，其特征在于，所述第一纜索和兩根第二纜索連接后的垂直長度為7 8米。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的波浪推進器，其特征在于，還包括分別設(shè)置在所述水下行進裝置和所述水面隨動裝置上的方位指示儀、舵、步進電機，以及設(shè)置在所述水面隨動裝置上的步進電機驅(qū)動器、控制器； 所述方位指示儀，用于指示方位數(shù)據(jù)； 所述步進電機，用于驅(qū)動所述步進電機所在裝置上的舵轉(zhuǎn)動； 所述控制器，用于在兩個方位指示儀指示的方位數(shù)據(jù)不同時，根據(jù)所述兩個方位指示儀指示的方位數(shù)據(jù)的差異，控制所述步進電機驅(qū)動器驅(qū)動所述步進電機，使所述水下行進裝置和所述水面隨動裝置方位保持一致。
專利摘要本實用新型涉及水下航行器技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種波浪推進器。該波浪推進器包括通過連接裝置相連的水下行進裝置及水面隨動裝置，所述水下行進裝置包括支架和成對槳翼，所述成對槳翼通過固定軸對稱固定在所述支架兩側(cè)，并可繞所述固定軸同步轉(zhuǎn)動。本實用新型波浪推進器可以充分利用海洋能源，提高其續(xù)航能力，滿足各種水域范圍的作業(yè)需求。
文檔編號B63H19/02GK202593842SQ20122008352
公開日2012年12月12日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者蔣金良, 高偉麗 申請人:北京南風(fēng)科創(chuàng)應(yīng)用技術(shù)有限公司