CN107600370B - 一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构；通过设计折叠式展开机构扩展太阳能水下滑翔机太阳能电池板的面积，有效地缩短了太阳能水下滑翔机在水面充电的时间，延长太阳能水下滑翔机的水下有效作业时间、提高滑翔机的航程。太阳能翼板展开机构由直流电机、齿轮组、传动轴、安装支架和多块太阳能翼板组成，直流电机通过齿轮组进行减速，通过传动轴将驱动力矩传到位于水下滑翔机两侧的太阳能翼板转轴上，向前后方向展开，有效地扩展了太阳能水下滑翔机的太阳能翼板的面积，使翼板面积大大增加；缩短了太阳能水下滑翔机在水面环境多变的海上漂浮充电的时间，提高滑翔机的安全可靠性，为远距离海洋航行提供技术支撑。

Description

一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构

技术领域

本发明涉及水下滑翔机领域，具体地说，涉及一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构。

背景技术

水下滑翔机(Autonomous Underwater Glider，AUG)是无人水下航行器的一种，由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航力大的特点。其与传统水下航行器相比，水下滑翔机具有作业时间长、航行距离远、作业费用低和对母船的依靠性小的特点。将水下滑翔机用于海洋环境监测与测量，有助于提高海洋环境观测的时间和空间密度，提高人类监测海洋环境的能力。

能源对于水下滑翔机的长时间水下连续工作和执行远程任务能力起着决定性的作用。为了进一步提高水下滑翔机的航程，达到上万公里甚至环球航行，需要滑翔机具有能源自持能力，因此，利用太阳能源的太阳能水下滑翔机应运而生。它自身携带太阳能电池板，将太阳能转化成电能，为太阳能水下滑翔机航行驱动、远程控制等系统提供能源。太阳能水下滑翔机解决了长时间水下作业引起的航行器补充能源频率过高的问题；但由于太阳能电池板的转换效率不高，实际应用的晶体硅太阳能电池板的效率不到20％，在太阳能电池板面积一定的情况下，导致太阳能水下滑翔机的水面充电时间较长，水下有效作业时间缩短。

日本研究人员研制了一款太阳能驱动的AUG原理样机“SORA”，该样机的机翼上装有成组的太阳能电池板，但是由于机翼面积有限，无法扩展太阳能电池板面积，导致充电时间较长。

在专利CN203780780U中公开了“一种太阳能水下机器人”，该机器人通过设置在机器人壳体表面的太阳能电池板为航行器提供能源，但是该机器人的壳体上端面面积较小，上浮到水面进行充电的时间过长，导致水下有效作业时间缩短。

为了缩短太阳能水下滑翔机的水面太阳能充电时间，增加水下有效航行时间，需要从提高太阳能电池自身转换效率和扩大水下滑翔机太阳能电池板面积着手。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服太阳能水下滑翔机水面充电时间长的问题，本发明提出一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构；通过设计折叠式展开机构扩展太阳能水下滑翔机太阳能电池板的面积，有效地缩短水下滑翔机在水面充电的时间，使滑翔机增加水下有效作业时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括传动机构、翼板展开机构、安装段、滑翔机主体，其特征在于所述传动机构包括安装支架、第一直流电机、第一齿轮、第二齿轮、第一传动轴、第三齿轮、第四齿轮、第二传动轴、第二直流电机、第五齿轮、第六齿轮、第三传动轴、第四传动轴、第七齿轮、第八齿轮，第一直流电机与第二直流电机位于安装支架内中间部位，第一齿轮与第一直流电机输出轴固连，第一齿轮位于安装支架一侧；第五齿轮与第二直流电机输出轴固连，第五齿轮位于安装支架另一侧；第一传动轴、第三传动轴分别通过轴承安装在安装支架上，且第一传动轴、第三传动轴位于同平面等间距安装，第一传动轴位于第一直流电机一侧，第三齿轮固定在第一传动轴中间部位，第二齿轮位于安装支架一侧与第一传动轴固连，且与第一齿轮啮合传动，实现第一级减速；第三传动轴位于第二直流电机一侧，第七齿轮固定在第三传动轴中间部位，第六齿轮位于安装支架另一侧与第三传动轴固连，且与第五齿轮啮合；第二传动轴、第四传动轴安装在安装支架上，且第二传动轴、第四传动轴分别位于第一传动轴一侧和第三传动轴一侧，第四齿轮固定在第二传动轴中间部位，且与第三齿轮啮合传动，实现第二级减速；第八齿轮固定在第四传动轴中间部位，且与第七齿轮啮合传动；安装支架通过螺栓固连在安装段的底座上；

所述翼板展开机构包括第一太阳能翼板、第二太阳能翼板、第三太阳能翼板、第四太阳能翼板、第五太阳能翼板、第六太阳能翼板，第二太阳能翼板和第五太阳能翼板分别固连在安装段的两侧，第二转动轴与第三太阳能翼板、第六太阳能翼板通过键连接以传递扭矩，第四传动轴与第一太阳能翼板、第四太阳能翼板通过键连接以传递扭矩，第一太阳能翼板、第二太阳能翼板、第三太阳能翼板之间均通过铰链连接，第四太阳能翼板、第五太阳能翼板、第六太阳能翼板之间均通过铰链连接，翼板安装在滑翔机主体的圆柱段上；第二转动轴和第四传动轴与安装段之间通过密封圈实现水下动密封。

所述太阳能翼板为多块。

所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴与两直流电机的输出轴位于同平面安装。

有益效果

本发明提出的一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构，通过设计折叠式展开机构扩展太阳能水下滑翔机太阳能电池板的面积，有效地缩短了太阳能水下滑翔机在水面充电的时间，延长了太阳能水下滑翔机的水下有效作业时间以及提高太阳能水下滑翔机的航程。太阳能翼板展开机构由直流电机、齿轮组、传动轴、安装支架和多块太阳能翼板组成，直流电机通过齿轮组进行减速，通过传动轴将驱动力矩传到位于水下滑翔机两侧的太阳能翼板转轴上，向前、后方向展开，有效扩展了太阳能水下滑翔机的太阳能翼板的面积，使太阳能翼板面积大大增加。

本发明折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构，由于展开后的太阳能翼板面积是展开前的3倍，可将原有面积的太阳能翼板的太阳能水下滑翔机充电时间缩短为原来的1/3，缩短了太阳能水下滑翔机在水面环境多变的海上漂浮充电的时间，提高太阳能水下滑翔机的安全性、可靠性，为太阳能水下滑翔机实现远距离海洋航行提供技术支撑。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构作进一步详细说明。

图1为本发明折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构示意图。

图2为本发明折叠式水下滑翔机太阳能翼板折叠收起状态示意图。

图3为本发明折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开状态示意图。

图4为本发明的展开机构折叠状态太阳能翼板位置示意图。

图5为本发明太阳能翼板展开机构展开过程太阳能翼板位置示意图。

图6为本发明太阳能翼板展开机构展开过程机构运动示意图。

图7为本发明太阳能翼板展开机构安装段结构示意图。

图8为本发明太阳能翼板展开机构安装段剖视图。

图9为本发明太阳能翼板展开机构安装支架结构图。

图10为本发明太阳能翼板展开机构展开状态单侧太阳能翼板示意图。

图中:

1.第一直流电机 2.第一齿轮 3.第二齿轮 4.第一传动轴 5.第三齿轮 6.第四齿轮 7.第二传动轴 8.第二直流电机 9.第五齿轮 10.第六齿轮 11.第三传动轴 12.第四传动轴 13.第七齿轮 14.安装支架 15.第八齿轮 16.第一太阳能翼板 17.第二太阳能翼板18.第三太阳能翼板 19.第四太阳能翼板 20.第五太阳能翼板 21.第六太阳能翼板 22.滑翔机主体 23.尾翼 24.安装段

具体实施方式

本实施例是一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构。

参阅图1～10，本实施例折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构，由传动机构、翼板展开机构、安装段24、滑翔机主体22、尾翼23组成，其中，传动机构包括安装支架14、第一直流电机1、第一齿轮2、第二齿轮3、第一传动轴4、第三齿轮5、第四齿轮6、第二传动轴7、第二直流电机8、第五齿轮9、第六齿轮10、第三传动轴11、第四传动轴12、第七齿轮13、第八齿轮15；第一直流电机1与第二直流电机8位于安装支架14内中间部位，第一齿轮2与第一直流电机1输出轴固连，第一齿轮2位于安装支架14一侧。第五齿轮9与第二直流电机8输出轴固连，第五齿轮9位于安装支架14另一侧；第一传动轴4、第三传动轴11分别通过轴承固定在安装支架14上，且第一传动轴4、第三传动轴11位于同一平面等间距安装。第一传动轴4位于第一直流电机1一侧，第三齿轮5固定在第一传动轴4中间部位，第二齿轮3位于安装支架14一侧与第一传动轴4固连且与第一齿轮2啮合传动，实现第一级减速。第三传动轴11位于第二直流电机8一侧，第七齿轮13固定在第三传动轴11中间部位，第六齿轮10位于安装支架14另一侧与第三传动轴11固连且与第五齿轮9啮合。第二传动轴7、第四传动轴12固定在安装支架14上，且第二传动轴7、第四传动轴12分别位于第一传动轴4一侧和第三传动轴11一侧，第四齿轮6固定在第二传动轴7中间部位，且与第三齿轮5啮合传动，实现第二级减速。第八齿轮15固定在第四传动轴12中间部位，且与第七齿轮13啮合传动；安装支架14通过螺栓固连在安装段24的底座上。第一传动轴4、第二传动轴7、第三传动轴11、第四传动轴12与两直流电机的输出轴位于同平面安装。

本实施例中，翼板展开机构包括第一太阳能翼板16、第二太阳能翼板17、第三太阳能翼板18、第四太阳能翼板19、第五太阳能翼板20、第六太阳能翼板21，第二太阳能翼板17和第五太阳能翼板20分别固连在安装段24的两侧；第二转动轴7与第三太阳能翼板18、第六太阳能翼板21通过键连接以传递扭矩。第四传动轴12与第一太阳能翼板16、第四太阳能翼板19通过键连接以传递扭矩。第一太阳能翼板16、第二太阳能翼板17、第三太阳能翼板18之间均通过铰链连接；第四太阳能翼板19、第五太阳能翼板20、第六太阳能翼板21之间均通过铰链连接；翼板安装在滑翔机主体22的圆柱段上；尾翼23固定在滑翔机主体22的尾部。第二转动轴7和第四传动轴12与安装段24之间通过密封圈实现水下动密封。

展开机构的不同状态:

本实施例中，折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构缩短了太阳能水下滑翔机在水面进行太阳能充电的时间，延长太阳能水下滑翔机的水下有效作业时间以及提高太阳能水下滑翔机的航程，并使得滑翔运动过程中太阳能翼板处于收起状态，滑翔机的水下滑翔过程不会受到展开机构的影响。每个太阳能翼板上固连有太阳能电池板的一面由于折叠起来而被保护，有效提高展开机构使用的可靠性。

扩展太阳能翼板收起状态:

当太阳能水下滑翔机在水下滑翔运动的过程中，扩展太阳能翼板处于收起状态。该状态下第一太阳能翼板16、第二太阳能翼板17、第三太阳能翼板18之间均通过铰链连接。收起状态下，第一太阳能翼板16、第二太阳能翼板17、第三太阳能翼板18外周轮廓为翼型曲线，保证了太阳能水下滑翔机在水下滑翔过程中具有较小的流体阻力。处于水下滑翔机右舷的第四太阳能翼板19、第五太阳能翼板20、第六太阳能翼板21之间的位置与左舷的第一太阳能翼板16、第二太阳能翼板17、第三太阳能翼板18之间的位置关系相同；并且，第一太阳能翼板16与第四太阳能翼板19、第三太阳能翼板18与第六太阳能翼板21均为同相位安装，运动过程保持同步。

扩展太阳能翼板展开过程:

当太阳能水下滑翔机在水下航行过程中，检测到自身所带的蓄电池的电量到一定安全许可值时，滑翔机滑翔上浮到水面，进行水面太阳能充电，此时折叠式扩展太阳能翼板开始展开。

太阳能水下滑翔机检测到其已经浮出水面后，滑翔机控制中心发出指令，首先接通第二直流电机8电路，第二直流电机8开始转动，旋转方向为逆时针方向，通过第五齿轮9、第六齿轮10、第七齿轮13、第八齿轮15的两级齿轮减速之后，扭矩放大，并被传递到第一太阳能翼板16和第四太阳能翼板19上，第一太阳能翼板16和第四太阳能翼板19沿逆时针方向旋转展开。当第一太阳能翼板16和第四太阳能翼板19完全开展后，关闭第二直流电机8，接通第一直流电机1电路，第一直流电机1开始旋转，旋转方向为顺时针方向，通过第一齿轮2、第二齿轮3、第三齿轮5、第四齿轮6的两级齿轮减速之后，扭矩放大，并被传递到第三太阳能翼板18和第六太阳能翼板21上，两个太阳能翼板沿顺时针方向旋转展开。当第一太阳能翼板16和第四太阳能翼板19先展开，随后第三太阳能翼板18和第六太阳能翼板21展开。

扩展太阳能翼板展开状态:

当太阳能水下滑翔机控制系统检测到展开机构已经完全展开后，第一直流电机1关闭，第一太阳能翼板16、第三太阳能翼板18、第四太阳能翼板19、第六太阳能翼板21的保持展开状态，此时，太阳能水下滑翔机开始在水面进行太阳能充电。由于展开后的太阳能翼板面积是展开前的三倍，因此，可将原有面积的太阳能翼板的太阳能水下滑翔机充电时间缩短为原来的1/3，缩短了太阳能水下滑翔机在水面环境多变的海上漂浮充电的时间，提高太阳能水下滑翔机的安全性、可靠性，为太阳能水下滑翔机实现远距离海洋航行提供技术支撑。

Claims (2)

1.一种折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构，包括传动机构、翼板展开机构、安装段、滑翔机主体，其特征在于:所述传动机构包括安装支架、第一直流电机、第一齿轮、第二齿轮、第一传动轴、第三齿轮、第四齿轮、第二传动轴、第二直流电机、第五齿轮、第六齿轮、第三传动轴、第四传动轴、第七齿轮、第八齿轮，第一直流电机与第二直流电机位于安装支架内中间部位，第一齿轮与第一直流电机输出轴固连，第一齿轮位于安装支架一侧；第五齿轮与第二直流电机输出轴固连，第五齿轮位于安装支架另一侧；第一传动轴、第三传动轴分别通过轴承安装在安装支架上，且第一传动轴、第三传动轴位于同平面等间距安装，第一传动轴位于第一直流电机一侧，第三齿轮固定在第一传动轴中间部位，第二齿轮位于安装支架一侧与第一传动轴固连，且与第一齿轮啮合传动，实现第一级减速；第三传动轴位于第二直流电机一侧，第七齿轮固定在第三传动轴中间部位，第六齿轮位于安装支架另一侧与第三传动轴固连，且与第五齿轮啮合；第二传动轴、第四传动轴安装在安装支架上，且第二传动轴、第四传动轴分别位于第一传动轴一侧和第三传动轴一侧，第四齿轮固定在第二传动轴中间部位，且与第三齿轮啮合传动，实现第二级减速；第八齿轮固定在第四传动轴中间部位，且与第七齿轮啮合传动；安装支架通过螺栓固连在安装段的底座上；

所述翼板展开机构包括第一太阳能翼板、第二太阳能翼板、第三太阳能翼板、第四太阳能翼板、第五太阳能翼板、第六太阳能翼板，第二太阳能翼板和第五太阳能翼板分别固连在安装段的两侧，第二转动轴与第三太阳能翼板、第六太阳能翼板通过键连接以传递扭矩，第四传动轴与第一太阳能翼板、第四太阳能翼板通过键连接以传递扭矩，第一太阳能翼板、第二太阳能翼板、第三太阳能翼板之间均通过铰链连接，第四太阳能翼板、第五太阳能翼板、第六太阳能翼板之间均通过铰链连接，翼板安装在滑翔机主体的圆柱段上；第二转动轴和第四传动轴与安装段之间通过密封圈实现水下动密封。

2.根据权利要求1所述的折叠式水下滑翔机太阳能翼板展开机构，其特征在于:所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴与两直流电机的输出轴位于同平面安装。