本發(fā)明屬于波浪能的收集和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，特別涉及一種變海況自驅(qū)收放式波浪推進(jìn)翼。

背景技術(shù)：

常規(guī)移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)如科考船、無人艇、水下航行器等，一般采用燃油或電池作為動(dòng)力源，由于所攜帶的能源有限，導(dǎo)致其續(xù)航力較短，這對(duì)于長(zhǎng)期的海洋觀測(cè)來說成本高昂、經(jīng)濟(jì)性較差，并且容易造成環(huán)境污染。由于海洋蘊(yùn)含了極其豐富的綠色能源，人們對(duì)利用海洋能作為海洋運(yùn)載器的能量源表現(xiàn)出濃厚的興趣。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)海洋能推進(jìn)型海洋航行器技術(shù)開展了大量研究，主要集中在太陽(yáng)能推進(jìn)水下航行器或無人艇、溫差能推進(jìn)水下航行器、風(fēng)能或太陽(yáng)能推進(jìn)無人艇、波浪能推進(jìn)水下航行器等方面。

波浪滑翔器(unmannedwaveglider，uwg)作為一種新型波浪能推進(jìn)海洋無人航行器，具有超長(zhǎng)航時(shí)、自主、零排放、經(jīng)濟(jì)性等突出優(yōu)點(diǎn)。它能長(zhǎng)期、自主地執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文調(diào)查、氣象預(yù)報(bào)、生物追蹤、遠(yuǎn)程預(yù)警、通信中繼等作業(yè)任務(wù)，使得uwg在軍民領(lǐng)域皆具有廣泛的應(yīng)用前景。在這種背景下，近十年來uwg技術(shù)成為了國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

水面航行器可以利用水中的翼板，將波浪能直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)水面航行器的前向推力。此類水面航行器以長(zhǎng)航時(shí)作業(yè)為目標(biāo)，需要對(duì)航行器本身攜帶的能源加以節(jié)約、合理利用，因此需要盡量減少在作業(yè)過程中對(duì)能源的消耗。

水面航行器可以利用水中的翼板，將波浪能直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)水面航行器的前向推力。此類水面航行器以長(zhǎng)航時(shí)作業(yè)為目標(biāo)，需要對(duì)航行器本身攜帶的能源加以節(jié)約、合理利用，因此需要盡量減少在作業(yè)過程中對(duì)能源的消耗。

申請(qǐng)?zhí)枮?01520183626.0的專利公開了“一種雙翼波浪推進(jìn)遠(yuǎn)程水面航行器”，提供了一種利用固定于艇首和艇尾的推進(jìn)水翼實(shí)現(xiàn)水面航行器的波浪能推進(jìn)，大幅提高了水面航行器的續(xù)航能力。在波浪能充足的條件下，水面航行器下方布設(shè)的波浪推進(jìn)水翼可以有效地收集波浪能驅(qū)動(dòng)水面航行器航行，但在波浪能不充足時(shí)，波浪推進(jìn)水翼不能提供推力且受到水流的沖擊，成為了水面航行器航行的阻力，顯著增加水面航行器的能量消耗。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間受到水流沖擊，會(huì)導(dǎo)致波浪推進(jìn)水翼的疲勞損傷，從而影響水面航行器的使用壽命。

因此，波浪驅(qū)動(dòng)水面航行器迫切需要一種可以在海況等級(jí)較高(波浪能充足)環(huán)境下布放擺動(dòng)式水翼，而在海況等級(jí)較低(波浪能不足)環(huán)境下收起擺動(dòng)式水翼，同時(shí)耗能較少甚至不耗能的方式。

申請(qǐng)?zhí)枮?01610392011.8的專利公開了“一種可收放雙體水翼船”，提供了一種可轉(zhuǎn)動(dòng)水翼和一種可升降水翼，實(shí)現(xiàn)了水翼的布放與回收要求。但是收放過程由船上攜帶的電能提供能量，進(jìn)行控制回收與布放，消耗了水面航行器本身攜帶的電能，與節(jié)約水面航行器能源，以達(dá)到長(zhǎng)航時(shí)運(yùn)行的初衷相悖。同時(shí)，這種方式需要額外的控制裝置和人工干預(yù)，增加了耗能與人力投入。

觀察到利用擺動(dòng)式水翼驅(qū)動(dòng)的水面航行器，在隨波浪起伏運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)式水翼的翼板在慣性作用下，也將隨著水面航行器的起伏作上下擺動(dòng)，而翼板自身擺動(dòng)的動(dòng)能沒有被有效利用。同樣，翼板在水中時(shí)，只有產(chǎn)生的水平分力為水面航行器的航行供能，而翼板的垂直分力沒有被充分加以利用。因此，考慮利用翼板本身的運(yùn)動(dòng)特性，需要自動(dòng)驅(qū)使擺動(dòng)式水翼的布放和回收。

基于以上發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明旨在提供一種具有自驅(qū)動(dòng)布放回收、裝置無能耗、增加航行器的續(xù)航性、易于維護(hù)保養(yǎng)的變海況自驅(qū)收放式波浪推進(jìn)翼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)航時(shí)作業(yè)的水面航行器，自驅(qū)動(dòng)布放回收擺動(dòng)式水翼，整個(gè)過程無能耗的變海況自驅(qū)收放式波浪推進(jìn)翼。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案：

所述的變海況自驅(qū)收放式波浪推進(jìn)翼包括了擺動(dòng)式水翼、傳動(dòng)連桿、蓄氣裝置、儲(chǔ)氣罐、動(dòng)力輸出桿、收放套桿、固定在航行器下方的收放彈簧以及航行器上方的限位彈簧。

所述的傳動(dòng)連桿近水面端連接在擺動(dòng)式水翼的翼板末端，海況等級(jí)較低時(shí)，擺動(dòng)式水翼受固定在航行器支架下方的收放彈簧向上拉力，被拉離水面，靠近航行器下表面。

海況達(dá)到一定等級(jí)的時(shí)候，所述擺動(dòng)式水翼的翼板隨水面航行器的起伏上下擺動(dòng)，帶動(dòng)傳動(dòng)連桿上下運(yùn)動(dòng)。

所述傳動(dòng)連桿的運(yùn)動(dòng)驅(qū)使蓄氣裝置向儲(chǔ)氣罐中注入空氣，增加儲(chǔ)氣罐中的壓力。氣壓將推動(dòng)儲(chǔ)氣罐的活塞一向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)力輸出桿向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，擺動(dòng)式水翼克服收放彈簧的拉力向下運(yùn)動(dòng)，浸沒到水線面以下，收集波浪能驅(qū)動(dòng)水面航行器航行。

待海況等級(jí)降低，所述的蓄氣裝置不能提供足夠的氣壓，擺動(dòng)式水翼受收放彈簧的拉力作用重新被拉回到水面以上，完成不同海況的自驅(qū)動(dòng)布放和回收。

所述的蓄氣裝置固結(jié)在蓄氣罐中的動(dòng)力輸出桿上，當(dāng)儲(chǔ)氣罐中的活塞一被氣壓推動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，蓄氣裝置也將隨著動(dòng)力輸出桿向下運(yùn)動(dòng)，保證了擺動(dòng)式水翼的翼板與蓄氣裝置之間始終保持著相同的距離，使得擺動(dòng)式水翼的翼板的上下擺動(dòng)始終可以通過傳動(dòng)連桿驅(qū)動(dòng)蓄氣裝置。

所述的蓄氣裝置包括連桿機(jī)構(gòu)、活塞二、單向閥門、進(jìn)氣口、導(dǎo)氣管和氣壓緩釋閥門。

動(dòng)力輸入桿的向上運(yùn)動(dòng)，使所述的連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)活塞二向左運(yùn)動(dòng)，單向閥門通過導(dǎo)氣管向儲(chǔ)氣罐中壓入氣體。動(dòng)力輸入桿向下運(yùn)動(dòng)，將通過連桿機(jī)構(gòu)拉動(dòng)活塞二向右運(yùn)動(dòng)，蓄氣裝置通過進(jìn)氣口吸入空氣，為下一次注入氣體做準(zhǔn)備。

所述擺動(dòng)式水翼的翼板不能為蓄氣裝置持續(xù)提供壓力的時(shí)候，擺動(dòng)式水翼在收放彈簧的拉力作用下向初始位置運(yùn)動(dòng)，反向擠壓儲(chǔ)氣罐中的活塞一和蓄氣裝置，在導(dǎo)氣管的管壁上設(shè)置的氣壓緩釋閥門，在這個(gè)時(shí)候逐漸釋放出空氣，使擺動(dòng)式水翼可以順利回到原位。

本發(fā)明的有益效果在于：

自驅(qū)動(dòng)布放回收。在波浪能充足條件下布放擺動(dòng)式水翼，在波浪能不足的條件下受彈簧拉力主動(dòng)收起擺動(dòng)式水翼，無需人工干預(yù)。

裝置無能耗。裝置有效利用了擺動(dòng)式水翼翼板的運(yùn)動(dòng)的能量，不需要額外的對(duì)于擺動(dòng)式水翼收放進(jìn)行能源供給。

增加航行器的續(xù)航性。由于裝置利用波浪能，不需要消耗水面航行器本身攜帶的能源，將水面航行器本身攜帶收集的能源用于航行任務(wù)，同時(shí)減小了風(fēng)浪能較弱時(shí)水面航行器的航行阻力，為水面航行器提高了續(xù)航能力。

易于維護(hù)保養(yǎng)。所述波浪推進(jìn)翼的驅(qū)動(dòng)收放部分布設(shè)與水面航行器航行器上方，方便于維護(hù)保養(yǎng)，以及易于更換與拆卸。

附圖說明

圖1為一種變海況自驅(qū)收放式波浪推進(jìn)翼的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為擺動(dòng)式水翼收放裝置的蓄氣裝置部分的局部細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說明。

圖中要素說明：傳動(dòng)連桿1，蓄氣裝置2，儲(chǔ)氣罐3，動(dòng)力輸出桿4，收放套桿5，收放彈簧6，擺動(dòng)式水翼7，活塞一8，連桿機(jī)構(gòu)9，活塞二10，單向閥門11，進(jìn)氣口12，導(dǎo)氣管13，氣壓緩釋閥門14，限位彈簧15，活塞棒16。

一種變海況自驅(qū)收放式波浪推進(jìn)翼，由蓄氣裝置2，儲(chǔ)氣裝置，動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置組成，其特征在于：蓄氣裝置2位于儲(chǔ)氣裝置的內(nèi)部，蓄氣裝置2和儲(chǔ)氣裝置一端通過導(dǎo)氣管13連接，另一端通過動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置連接。

所述的蓄氣裝置2由外殼一，連桿機(jī)構(gòu)9，單向閥門11，進(jìn)氣口12，導(dǎo)氣管13，氣壓緩釋閥門14，限位彈簧15和活塞棒16組成；

外殼一是金屬薄板，圍成了圓柱體空腔，外殼一的外側(cè)面對(duì)稱分布著兩個(gè)孔洞，一側(cè)為進(jìn)氣口12，另一側(cè)孔洞內(nèi)插入連桿機(jī)構(gòu)9，外殼一上表面邊緣開有孔洞，通過單向閥門11與導(dǎo)氣管13相連；

連桿機(jī)構(gòu)9由一長(zhǎng)一短的兩段金屬桿和活塞二10組成，兩段金屬桿一端均連接在可轉(zhuǎn)動(dòng)的滾軸上，較短的金屬桿與活塞二10相連，活塞二10位于外殼一形成是空腔內(nèi)部，大小與空腔內(nèi)側(cè)的側(cè)面積相等且不固定連接；

限位彈簧15為一根直彈簧，一端與外殼一的下表面固定連接，另一端與活塞棒16固定連接；

活塞棒16為兩段直徑不同的金屬圓柱體固定連接而成，長(zhǎng)度為限位彈簧15自然伸長(zhǎng)時(shí)與航行器支架上表面的距離。

所述的儲(chǔ)氣裝置由儲(chǔ)氣罐3，動(dòng)力輸出桿4，收放套桿5，活塞一8組成；

儲(chǔ)氣罐3是由金屬薄板圍成的圓柱體空腔，儲(chǔ)氣罐3的上、下表面均開有孔洞，上表面的孔洞通過氣壓緩釋閥門14與導(dǎo)氣管13連接，下表面孔洞內(nèi)插入收放套桿5；動(dòng)力輸出桿4為剛性金屬圓柱棒，一端與活塞一8固定連接，另一端表面套有收放套桿5；

收放套桿5為2或3層大小依次增加的圓柱體金屬圓柱殼嵌套而成，彼此之間不固定連接；

活塞一8為圓柱體金屬塊，表面積與儲(chǔ)氣罐3內(nèi)側(cè)的側(cè)面積相等，與儲(chǔ)氣罐3內(nèi)側(cè)不固定連接。

所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置由傳動(dòng)連桿1，收放彈簧6和擺動(dòng)式水翼7組成；

傳動(dòng)連桿1由一長(zhǎng)一短的兩根金屬剛性的圓柱桿和可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸組成，兩根金屬桿的一端同時(shí)連接在可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸上，傳動(dòng)連桿1較短金屬桿的另一端與連桿機(jī)構(gòu)9中較長(zhǎng)金屬桿的一端固定連接，傳動(dòng)連桿1較長(zhǎng)金屬桿的另一端與擺動(dòng)式水翼7固定連接；

收放彈簧6一端與航行器支架下表面固定連接，另一端與擺動(dòng)式水翼7固定連接，收放彈簧6自然伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度等于擺動(dòng)式水翼7水平擺放時(shí)與航行器支架下表面的距離；

擺動(dòng)式水翼7為一端大一端小的菱形狀金屬柱體，較大一端與收放套桿5的最小一層固定連接，較小一端與傳動(dòng)連桿1較長(zhǎng)金屬桿的另一端固定連接，擺動(dòng)式水翼7中部與收放彈簧6的一端固定連接。

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種變海況自驅(qū)收放式波浪推進(jìn)翼包括了傳動(dòng)連桿1，蓄氣裝置2，儲(chǔ)氣罐3，動(dòng)力輸出桿4，收放套桿5，擺動(dòng)式水翼7，固定在航行器下方的收放彈簧6以及航行器上方的限位彈簧15。

所述的傳動(dòng)連桿1的近水面端連接在擺動(dòng)式水翼7的翼板末端，沒有風(fēng)浪時(shí)，擺動(dòng)式水翼7在固定在航行器支架下方的收放彈簧6的向上的拉力的作用下，被拉離水面，靠近航行器下表面。

水面航行器在波浪中起伏時(shí)，所述的擺動(dòng)式水翼7的翼板隨著水面航行器的起伏上下擺動(dòng)，帶動(dòng)傳動(dòng)連桿1上下運(yùn)動(dòng)。

所述的傳動(dòng)連桿1的運(yùn)動(dòng)使得蓄氣裝置2通過導(dǎo)氣管13向儲(chǔ)氣罐3中注入空氣，增加儲(chǔ)氣罐3中的壓力，推動(dòng)儲(chǔ)氣罐3中的活塞一8向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)動(dòng)力輸出桿4向下運(yùn)動(dòng)，再推動(dòng)收放套桿5克服收放彈簧6的拉力向下運(yùn)動(dòng)，使得擺動(dòng)式水翼7浸沒到水線面以下，收集波浪能驅(qū)動(dòng)水面航行器航行。

所述的蓄氣裝置2固結(jié)于儲(chǔ)氣罐3中的動(dòng)力輸出桿4，當(dāng)動(dòng)力輸出桿4向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，蓄氣裝置2同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，使蓄氣裝置2和水面下方的擺動(dòng)式水翼7始終保持著相同的距離，確保擺動(dòng)式水翼7翼板的運(yùn)動(dòng)始終可以通過傳動(dòng)連桿1把動(dòng)力傳遞到蓄氣裝置2中。

波浪減小，水面航行器的起伏減弱的時(shí)候，擺動(dòng)式水翼7的翼板的運(yùn)動(dòng)減弱，蓄氣裝置2不能為儲(chǔ)氣罐3提供足夠的氣壓來源，在收放彈簧6和限位彈簧15的共同作用下，推動(dòng)蓄氣裝置2和擺動(dòng)式水翼7向上運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)氣罐中3中的氣壓通過導(dǎo)氣管13上的氣壓緩釋閥門14逐漸釋放，活塞一8將逐漸回歸到初始位置，擺動(dòng)式水翼7也將被拉離水面，完成擺動(dòng)式水翼7的自動(dòng)回收。

所述的蓄氣裝置2和儲(chǔ)氣罐3包括連桿機(jī)構(gòu)9，活塞二10，單向閥門11，進(jìn)氣口12，導(dǎo)氣管13和氣壓緩釋閥門14。

所述的動(dòng)力輸入桿1的向上運(yùn)動(dòng)，使連桿機(jī)構(gòu)9推動(dòng)活塞二10向左運(yùn)動(dòng)，單向閥門11通過導(dǎo)氣管13向儲(chǔ)氣罐3中壓入氣體。

所述的動(dòng)力輸入桿1的向下運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)活塞二10向右運(yùn)動(dòng)，蓄氣裝置2通過進(jìn)氣口12吸入空氣，為下一次通過導(dǎo)氣管13向儲(chǔ)氣罐3中壓入氣體做準(zhǔn)備。

所述的擺動(dòng)式水翼7的翼板不能為蓄氣裝置2持續(xù)提供動(dòng)力的時(shí)候，擺動(dòng)式水翼7在收放彈簧6的作用下向初始位置運(yùn)動(dòng)，通過動(dòng)力輸出桿4反向擠壓蓄氣裝置2和和儲(chǔ)氣罐3中的活塞一8，導(dǎo)氣管13的管壁上設(shè)置的氣壓緩釋閥門14將逐漸釋放出空氣，減小其中氣體的壓力，擺動(dòng)式水翼7順利回到原位，完成不同海況下波浪推進(jìn)翼的自動(dòng)布放回收的整個(gè)過程。