CN109763929A - 一种用于水下无人航行器的水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下无人航行领域，特别涉及一种用于水下无人航行器的水力发电装置。此发明是通过在水下无人航行器尾部安装一个水力发电装置来为水下无人航行器充电，海流会带动水力发电装置的叶片旋转，从而驱使发电机产生电能并储存在蓄电池中，完全满足航行器的工作需求，达到永久续航的目的。该水下无人航行器可以通过所加的水力发电装置满足远洋探测所需的电力；当水下无人航行器定点探测时，同时也可以利用水力发电装置进行充电；水力发电装置安装在航行器尾部，占据航行器内部空间很小；水力发电装置可以收缩叶片贴近航行器，使水力发电装置不影响水下无人航行器的航行及其航速。

Description

一种用于水下无人航行器的水力发电装置

技术领域

本发明属于水下无人航行领域，特别涉及一种用于水下无人航行器的水力发电装置。

背景技术

海洋占地球表面71％，面积广阔，蕴藏着丰富的海洋资源，但目前开发利用的程度还很低，因此探索海洋资源具有十分重要的意义。为了了解海洋资源分布，各国从20世纪50年代末相继对水下无人航行器进行了研究，并且水下无人航行器不仅可以探测海洋资源，而且还可以用于军事活动，比如情报收集、通信中继和水雷探测等方面。传统的水下无人航行器由于体积小，容量有限，造成电源系统能量有限，因而续航能力不强，不能长时间航行，若测量的目标地点过远，还需要用其它载具携带水下无人航行器至目标区域投放，十分不便。

为了解决水下无人航行器长时间航行的问题，许多专利都提出了具有建设性的方法，但它们或多或少的存在一些问题。对于专利申请号为201410450768.9，名称为“利用风能或水流能充电续航的螺旋桨”，如果利用风能充电，飞行器停泊位置，固定方法还需要解决，若是停在地面，风力很弱，发电量低，若是停在高处，风力很强，使飞行器无法固定；如果利用水流能充电，这种两叶片的螺旋桨结构的推进效果不好，同时水下发电效率很低。对于专利申请号为201710218259.7,名称为“一种用于水下航行器的流体动能收集装置”，其装置内置于水下航行器的舱体中，包括两个以上的振动舱和一个以上的水轮舱，这种装置工作时水流由一端流入，另一端流出，需要从航行器内部穿过才能满足需要，因此其占用航行器内部空间大，会影响航行器原有的内部结构。对于专利申请号为201610185853.6，名称为“一种用于小型海洋航行器的摆翼式波浪能收集装置”，对于安装这种装置的长期工作在海面以下的水下航行器，当需要充电时，航行器还需上浮到海面上才能发挥最大的作用，从而会使航行器相应的调节系统更加复杂。对于专利申请号为201610826041.5，名称为“一种基于海浪-光能互补发电的水下航行器感应充电系统”，如果水下航行器进行远距离探测时，这种充电方式需要布置大量的集洋面漂浮模块、海浪发电模块、光能发电模块、储能模块及水下非接触充电模块，这使得成本增加，并且也为其它在海面航行的船舶增加了安全隐患。对于专利申请号为201410592554.5，名称为“一种液压式的水下航行器垂直轴海流发电装置”，包括两个垂直轴海流发电装置，分别安装在航行器前段与航行器中段之间，航行器中段与航行器后段之间。这种装置将航行器分成三段，使前段、中段及后段之间的联系更加复杂，从而会影响航行器原有的内部构造，难以实现系统有机统一。每个垂直轴海流发电装置都有一套由液压油箱、柱塞泵、液压管路和旋转接头组成的液压系统，液压系统不仅占据了很多的航行器内部空间，而且液压系统一旦发生故障，将影响垂直轴海流能发电装置的发电效果及水下航行器运行性能和安全性。

发明内容

本发明的目的是在不影响水下无人航行器内部结构布局和航行性能的前提下，提供一种可以保证水下无人航行器永久续航的充电系统，即水力发电装置。

一种用于水下无人航行器的水力发电装置，该装置包括：推杆电机2、永磁发电机5、水轮机8和叶片，推杆电机2安装在水下无人航行器尾端的内侧，推杆电机2通过推杆伸出航行器尾端与永磁发电机5的一侧相连，永磁发电机5的另一侧与水轮机8相连，水轮机8上安装有叶片。

该装置还包括：舱室4、转轴6、步进电机舱7和叶片回收舱3；叶片回收舱3为长方体凹槽，叶片回收舱3安装在的水下无人航行器尾端的内侧，叶片回收舱3与推杆电机2在一条直线上，叶片回收舱3与推杆电机2的距离同永磁发电机5上圆柱面与第三叶片的垂直距离相同，舱室4轮廓为长方体，永磁发电机5固定在舱室4中，永磁发电机5通过舱室4与推杆电机2相连，舱室4外壳上固定有步进电机舱7，转轴6连接在永磁发电机5壳体上，永磁发电机5通过转轴6与步进电机舱7内部的步进电机相连。水下无人航行器采用锚泊装置为两根锚链1，水下无人航行器前段和后段部位各安装有一条锚链1。

有益效果：1.该水下无人航行器可以通过所加的水力发电装置满足远洋探测所需的电力；2.当水下无人航行器定点探测时，同时也可以利用水力发电装置进行充电；3.水力发电装置安装在航行器尾部，占据航行器内部空间很小；4.水力发电装置可以存放叶片于叶片回收舱内并贴近航行器，使水力发电装置不影响水下无人航行器的航行及其航速。

附图说明

图1为水下无人航行器的整体构造示意图。

图2为锚泊装置示意图。

图3为水下无人航行器尾端外侧的整体发电装置安装位置示意图。

图4为水下无人航行器尾端内侧的推杆电机和叶片回收舱的位置示意图。

图5为整体发电装置构造示意图。

图6为另一种实施方式的发电装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

本发明构造如下：

一种适用于具有永久续航能力的水下无人航行器的水力发电装置方案，如图1、2、3、4和5所示，包括锚链1、推杆电机2、叶片回收舱3、永磁发电机5、步进电机舱7和水轮机8。水下无人航行器整体构造如图1所示，其中整体发电装置安装在水下无人航行器尾端的外侧，减少了发电装置占据的航行器内部空间，不会改变航行器原有的内部结构。水下无人航行器采用的锚泊装置如图2所示，水下无人航行器通过其前段和后段部位共同抛出锚链1固定，相较于抛出单锚链方式，这种方式可使水下无人航行器的固定更加稳定。水下无人航行器航行时，发电装置紧贴在航行器尾端的外侧，如图3所示，控制发电装置伸缩的推杆电机2和存放叶片的叶片回收舱3安装在水下无人航行器尾端的内侧，如图4所示。其中推杆电机2通过推杆伸出航行器尾端与永磁发电机5的舱室4后侧固定，从而可以控制整体发电装置的伸缩，防止水轮机8在转动至发电位置过程中叶片9与航行器尾端两侧螺旋桨碰撞情况的发生，叶片回收舱3是用来存放水轮机8其中的一个叶片，即叶片9，以防水下无人航行器航行时水轮机8转动对航行产生影响。当水下无人航行器需要充电时，水下无人航行器先按照如图2的锚泊方式固定，然后整体发电装置运行至如图5所示的位置。在图5中，步进电机舱7与永磁发电机5的舱室4上端固定，步进电机舱7内部的步进电机通过转轴6与永磁发电机5连接，转轴6连接在永磁发电机5壳体上，不穿过永磁发电机5，从而可以实现永磁发电机5的旋转。

工作原理：此发明是通过在水下无人航行器尾部安装一个水力发电装置来为水下无人航行器的蓄电池充电，锚泊装置采用双锚链方式固定好航行器后，海流会带动水轮机的叶片旋转，从而驱使永磁发电机旋转产生电能并储存在蓄电池中，完全满足航行器的工作需求，达到永久续航的目的。

具体实施方式1：参见图1、图2、图3、图4和图5。

水下无人航行器航行时，整体发电装置安装在水下无人航行器尾端外侧的两个螺旋桨中间偏左侧区域，整体发电装置右侧有个长方体的叶片回收舱3，推杆电机2通过推杆伸出航行器尾端与永磁发电机5的舱体4后侧固定，舱体4紧贴航行器尾端外侧，水轮机8的叶片9存放在叶片回收舱3中，如图3和4所示。

水下无人航行器需要充电时，结合图2、3、4和5。首先水下无人航行器以图2的双锚链方式固定，然后推杆电机2的推杆伸出航行器尾端，推动整体发电装置至发电位置。接下来步进电机舱7内的步进电机通过转轴6驱动永磁发电机5顺时针旋转90°。最后松开发电装置的电磁抱闸，开始发电。当水轮机8受到海流冲击时便可转动，使永磁发电机5旋转产生电能并储存在蓄电池中。当水下无人航行器充电时，也可以实现定点检测的功能。

水下无人航行器充电完毕后，按照上述相反的步骤运行即可回到初始位置。首先闭合发电装置的电磁抱闸，停止充电，水轮机8停止转动时应使叶片9处于可以放进叶片回收舱3的位置，可以通过编码器实现。然后步进电机舱7内的步进电机通过转轴6驱动永磁发电机5逆时针旋转90°，接下来推杆电机2的推杆收缩进航行器尾端内部，带动整体发电装置回到航行时的位置，永磁发电机5的舱体4紧贴航行器尾端外侧。最后水下无人航行器收锚，继续航行。

具体实施方式2：参加图6。

水下无人航行器整体发电装置安装在航行器尾端的螺旋桨中间位置，叶片回收舱3在发电装置的上侧，永磁发电机5的舱体4与航行器尾端固定，步进电机舱7固定在舱体4左侧，如图6所示。发电装置的运行与具体方式1稍有不同，其无需控制整体发电装置的伸缩，如航行器充电时，只需使步进电机舱7中的步进电机驱使永磁发电机5从向上往向前旋转90°即可，其余过程一致。

Claims (3)

1.一种用于水下无人航行器的水力发电装置，其特征在于，该装置包括：推杆电机(2)、永磁发电机(5)、水轮机(8)和叶片，推杆电机(2)安装在水下无人航行器尾端的内侧，推杆电机(2)通过推杆伸出航行器尾端与永磁发电机(5)的一侧相连，永磁发电机(5)的另一侧与水轮机(8)相连，水轮机(8)上安装有叶片。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下无人航行器的水力发电装置，其特征在于，该装置还包括：舱室(4)、转轴(6)、步进电机舱(7)和叶片回收舱(3)；叶片回收舱(3)为长方体凹槽，叶片回收舱(3)安装在的水下无人航行器尾端的内侧，叶片回收舱(3)与推杆电机(2)在一条直线上，叶片回收舱(3)与推杆电机(2)的距离同永磁发电机(5)上圆柱面与第三叶片的垂直距离相同，舱室(4)轮廓为长方体，永磁发电机(5)固定在舱室(4)中，永磁发电机(5)通过舱室(4)与推杆电机(2)相连，舱室(4)外壳上固定有步进电机舱(7)，转轴(6)连接在永磁发电机(5)壳体上，转轴(6)不穿过永磁发电机(5)，永磁发电机(5)通过转轴(6)与步进电机舱(7)内部的步进电机相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于水下无人航行器的水力发电装置，其特征在于，水下无人航行器采用锚泊装置为两根锚链(1)，水下无人航行器前段和后段部位各安装有一条锚链(1)。