CN107031806B - 一种利用波浪能推进的水面航行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用波浪能推进的水面航行器，包括浮体、波浪能转换装置、发电装置和推进装置，波浪能转换装置由翼板、立柱、齿条和齿轮组成，立柱从浮体底部开孔中垂向贯穿浮体，底部与翼板固定连接，侧面安装齿条，齿条与齿轮啮合。波浪的起伏引起浮体与立柱的垂向运动，立柱和浮体的受力与运动存在幅值和相位差，相对运动通过齿轮的转动带动发电机发电；发电装置由变速齿轮箱、发电机、整流稳压装置和蓄电池组成，推进装置包括电机控制系统、电动机、曲轴机构和拍动翼，电动机轴和曲轴相连，连杆下端与拍动翼相连，电机运转带动曲轴转动，拍动翼上下往复运动产生推力，推动航行器前进。本发明有效地利用波浪能，践行零排放、无污染的环保理念。

Description

一种利用波浪能推进的水面航行器

技术领域

本发明涉及一种水面航行器，尤其涉及一种利用波浪能推进的水面航行器。

背景技术

海洋的探索、开发与利用对于人类的生存与发展具有十分重大的意义，其中对海洋环境的监测是这一过程中的重要环节。海洋环境的监测是一项高投入、高风险、长周期的工作。目前的监测手段有海洋观测船、浮标、潜标、高空遥感、无人艇、水下机器人等，这些方式都存在一定的局限性。海洋观测船、高空遥感、无人艇、无人机等方式前期需要大量的研发投入，后期也需要维护与管理，大规模使用是不太现实的；浮标、潜标虽然投入较少，但其观测能力有限；波浪能航行器是近年来研究比较多的观测设备，它的制造成本和维修费用都比较低，观测范围也比较广，能够在海洋中长时间大范围作业，但是它对于波浪能的利用效率较低。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种利用波浪能推进的水面航行器，将波浪能转化为电能，电能驱动拍动翼推进装置，推动航行器前进。

本发明的目的是这样实现的：在浮体上设置有方形通孔，立柱穿过所述方形通孔且立柱的上下两端分别伸出至浮体外部，立柱整体呈“凸”字形，立柱的下端安装有翼板，立柱具有凸起的侧面上设置有齿条，浮体内设置有齿轮轴，齿轮轴上安装有与齿条啮合的齿轮，浮体内设置有上下两个限位装置，所述齿轮轴的端部通过安装有单向传动轴承的联轴器与变速齿轮箱的输入端连接，变速齿轮箱的输出端与位于浮体内的发电机连接，发电机还通过整流稳压装置与蓄电池连接，所述浮体内还设置有拍动翼推进装置，所述拍动翼推进装置包括电动机、与电动机输出端连接的曲轴、设置在曲轴的两个连杆轴径上的两个连杆、设置在两个连杆下端间的拍动翼轴、设置在拍动翼轴上的拍动翼，所述拍动翼轴的两端分别设置在两个导轨中，两个导轨从浮体底部向下布置，所述电动机与蓄电池连接；所述浮体尾部还设置有尾舵，尾舵包括设置在浮体内的转舵机构、与转舵机构连接的舵杆、设置在舵杆下端的舵。

本发明还包括这样一些结构特征：

1浮体内设置有齿轮轴是指浮体内设置有两个齿轮轴支撑板，两个齿轮轴支撑板之间设置有齿轮轴；两齿轮轴支撑板之间还设置有两个滚轮轴，每个滚轮轴上设置有减小立柱阻力的滚轮，两个滚轮轴均位于立柱没有凸起的那一侧。

2.两个齿轮轴支撑板之间的两侧还设置有侧板。

3.所述限位装置是由两个限位板和两个限位弹簧组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的是一种波浪能推进的水面航行器，它将海洋中的波浪能吸收、转化为电能，然后利用电能推动航行器前进。和海洋观测船、高空遥感、无人艇、无人机相比，它的研发成本、维护管理费用低，经济适用；与浮标、潜标相比，它能够携带更多的观测设备，活动范围更广，记录更多的数据；与已有的波浪能航行器相比，它能更好、更高效地利用波浪能。拍动翼推进是目前研究比较热的新型推进方式，该推进方式借鉴了仿生学的思想。相对于传统螺旋桨相对固定的推进效率而言，拍动翼推进在较低航速时可以保持稳定高效的推进,可以更有效地利用波浪能，实现航行器性能的最优化。航行器上安装各类用于监测海洋环境的设备，实现其功能；安装电机控制系统、GPS定位系统和信号接收装置，让岸上的人员随时了解和操纵航行器的状态，接收监测到的各种数据。航行器上还可以安装太阳能电池板，和蓄电池一起为推进装置供电，确保航行器在风平浪静的时候也可以正常航行。

附图说明

图1是本发明的总体示意图；

图2是本发明的内部示意图(隐去浮体外壳)；

图3是本发明去除右边侧板后的结构图；

图4是本发明的齿轮齿条部分的具体结构图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的主体结构主要包括浮体、波浪能转换装置、发电装置、振动翼推进装置，具体包括浮体1、立柱2、翼板3、导轨4、连杆5、拍动翼6、舵7、舵杆8、转舵机构9、主轴支撑板10、曲柄臂11、主轴12、曲柄销颈13、主轴承14、蓄电池15、齿轮轴支撑板16、限位板17、侧板18、滚轮轴承19、齿轮轴轴承20、带单向传动轴承的联轴器21、变速齿轮箱22、发电机23、发电机底座24、整流稳压装置25、电缆26、电机控制系统27、拍动翼轴28、电动机29、电动机底座30、发电机轴31、滚轮轴32、滚轮33、齿轮34、齿条35、齿轮轴36、限位弹簧37。

浮体底部开方形孔，立柱通过孔垂向贯穿浮体，齿条安装在立柱上，齿轮安装在浮体上，齿条与齿轮啮合，齿轮轴和装有单向传递轴承的联轴器相连，联轴器输出端与变速齿轮箱连接，变速箱输出端连接发电机，可以把齿轮沿齿条上下运动时不同方向的回转运动转变为固定方向的转动，再经过变速齿轮箱的加速从而满足发电机的要求；同时发电机可以沿齿轮的两侧布置，这样不论齿轮上下运动时旋转方向如何都可以带动一个方向的发电机运转，达到充分利用波浪能的目的。发电机产生的电能经过整流稳压装置后储存在蓄电池中，蓄电池的电能带动拍动翼推进装置运转，推动航行器前进。

本发明在波浪能转换的周围四面设置挡板，可以为齿轮轴提供支撑，也可以作为密封装置防止海水进入浮体的其他部位。

本发明在挡板上设置与立柱接触的滚轮，起到固定限位作用，并减小立柱上下运动的阻力并且为立柱提供准确的定位。

本发明在立柱的下方固定连接翼板，为立柱的垂向运动提供阻尼，增大立柱与浮体之间的相对运动。

本发明在齿轮轴支撑板上安装上下限位装置，防止立柱运动幅度过大时与浮体脱落，同时起到缓冲作用减小齿条与浮体之间的碰撞，也能够调整立柱的姿态使其始终处于悬浮状态。限位装置是由两个限位板和两个限位弹簧组成；两个限位板分别与两个齿轮轴支撑板上下两端固定连接，中间开方形孔以便于立柱从中穿过；两个限位弹簧固定在限位板上且分别朝向立柱凸起的上下两个端面。

本发明的工作过程为：

航行器置于波浪起伏的水面上，浮体1和立柱2由于所受水动力的不同，使得它们在垂向存在相对运动，浮体沿垂向的运动速度比立柱快，其运动幅度比立柱大；齿条35安装在立柱2上，齿轮34由齿轮轴36、齿轮轴轴承20、齿轮轴支撑板16支撑，齿轮轴支撑板固定在浮体内部，齿轮与齿条啮合，浮体上下运动的同时，齿轮也沿着齿条上下运动并且转动，齿轮轴36连接装有单向传动轴承的联轴器21，联轴器输出端连接变速齿轮箱22，单向传动轴承把齿轮上下运动时不同方向的转动转变为沿固定方向的转动，变速箱把转速提高到发电机的工作转速进而带动发电机23产生电能；产生的电能先经过整流稳压装置25使电压和频率稳定，然后储存在蓄电池15中；蓄电池的电能经过电机控制系统27输送到电动机29，电动机带动曲轴机构(连杆5、曲柄臂11、主轴12，曲柄销颈13，主轴承14)运转，连杆下端连接拍动翼6，使拍动翼沿导轨4上下往复运动，同时产生推力推动航行器前进，航行器尾部的舵7(舵杆8，转舵机构9)控制其前进方向。

综上，本发明公开一种利用波浪能推进的水面航行器，主要包括浮体、波浪能转换装置、发电装置和推进装置。所述的波浪能转换装置由翼板、立柱、齿条和齿轮组成，浮体底部开孔，立柱从孔中垂向贯穿浮体，底部与翼板固定连接，侧面安装齿条；所述齿条与安装在浮体内部的齿轮啮合。波浪的起伏引起浮体与立柱的垂向运动，立柱和浮体的受力与运动存在幅值和相位差，此相对运动通过齿轮的转动带动发电机发电；所述的发电装置由变速齿轮箱、发电机、整流稳压装置和蓄电池组成，齿轮轴把回转运动经联轴器传递到变速齿轮箱再经过加速后带动发电机运转产生电能，再通过整流稳压装置把频率和电压不稳定的电能变为稳定的电能储存在蓄电池中；所述的推进装置包括电机控制系统、电动机、曲轴机构和拍动翼，电动机轴和曲轴相连，连杆下端与拍动翼相连；电机控制系统控制电动机的运转，电机运转带动曲轴机构转动，拍动翼上下往复运动，产生推力，推动航行器前进。本发明提供了一种将波浪能转化为电能进而采用较高效的拍动翼推进的新型水面航行器，有效地利用了波浪能，践行了零排放、无污染的环保理念。

Claims (4)

1.一种利用波浪能推进的水面航行器，其特征在于：在浮体上设置有方形通孔，立柱穿过所述方形通孔且立柱的上下两端分别伸出至浮体外部，立柱整体呈“凸”字形，立柱的下端安装有翼板，立柱具有凸起的侧面上设置有齿条，浮体内设置有齿轮轴，齿轮轴上安装有与齿条啮合的齿轮，浮体内设置有上下两个限位装置，所述齿轮轴的端部通过安装有单向传动轴承的联轴器与变速齿轮箱的输入端连接，变速齿轮箱的输出端与位于浮体内的发电机连接，发电机还通过整流稳压装置与蓄电池连接，所述浮体内还设置有拍动翼推进装置，所述拍动翼推进装置包括电动机、与电动机输出端连接的曲轴、设置在曲轴的两个连杆轴径上的两个连杆、设置在两个连杆下端间的拍动翼轴、设置在拍动翼轴上的拍动翼，所述拍动翼轴的两端分别设置在两个导轨中，两个导轨从浮体底部向下布置，所述电动机与蓄电池连接；所述浮体尾部还设置有尾舵，尾舵包括设置在浮体内的转舵机构、与转舵机构连接的舵杆、设置在舵杆下端的舵。

2.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进的水面航行器，其特征在于：浮体内设置有齿轮轴是指浮体内设置有两个齿轮轴支撑板，两个齿轮轴支撑板之间设置有齿轮轴；两齿轮轴支撑板之间还设置有两个滚轮轴，每个滚轮轴上设置有减小立柱阻力的滚轮，两个滚轮均位于立柱没有凸起的那一侧。

3.根据权利要求2所述的一种利用波浪能推进的水面航行器，其特征在于：两个齿轮轴支撑板之间的两侧还设置有侧板。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种利用波浪能推进的水面航行器，其特征在于：所述限位装置由限位板和限位弹簧组成。