CN110155244A - 一种船长可变的波浪能航行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种船长可变的波浪能航行器。包括由船体、通过支架安装在船体下部的水翼、安装在船体尾部的舵组成的波浪能航行器，所述的船体由首段、中段和尾段三个部分组成，中段为伸缩段。本发明的船长可变的波浪能航行器，可以控制船在不同波浪中海况下的船长。相比于固定船长的波浪能航行器，船长适当的变化可以提高波浪能航行器的波浪能利用效率。在长波高海况时，增大船长可以增大船的纵摇以及升沉幅度，从而改善航行器的推进性能。在短波低海况时，减小船长，使得转动惯量变小，船体运动幅度变大，更为有效的利用波能推进。

Description

一种船长可变的波浪能航行器

技术领域

本发明涉及的是一种波浪能航行器，具体地说是一种船长可变的波浪能航行器。

背景技术

探索海洋数据对全球气候预测、海洋渔业、环境监测等方面都具有极为重要的价值与意义。采用传统的监测船搭载探测器或者传感器收集海洋信息的成本高昂。伴随着人工智能与自动控制技术的发展，采用无人船进行海洋科学考察的建造与维护成本可以大幅下降。由于无人船排水量小，无法装载过多的燃料，波浪能航行器利用波浪提供推力解决了这一问题，并已经取得一定程度的成功。但是现有的波浪能航行器在较低海况下航速较低的问题仍待解决。

波浪能航行器是一种利用波浪做为推进力来源的小型水面航行器，一般在船下安装水翼；船体在波浪中发生纵摇与升沉，带动船下水翼做升沉与纵摇运动，水翼产生推力从而推进船体前进。船体的摇荡运动幅度越大时水翼的摇荡幅度越大，水翼获取的波浪能量越多，产生更大的推力。为了实现在不同海况的波浪能高效利用，需要对波长船长比进行合理的设计来获得不同海况下较大的纵摇与垂荡幅度。一般船体迎浪时波长与船长比越大时垂荡幅值越大，一般波长船长比大于1会获得较大的垂荡运动幅值；波长与船长比在0.8-3之间可获得较大的纵摇幅值，在较长或较短的波浪中纵摇幅值有限，图5和图6显示了计算的船体运动随波长变化的曲线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够根据需要改变船的长度来获得不同海况下较大的纵摇与垂荡幅度的船长可变的波浪能航行器。

本发明的目的是这样实现的：包括由船体、通过支架安装在船体下部的水翼、安装在船体尾部的舵和舵机组成的波浪能航行器，所述的船体由首段、中段和尾段三个部分组成，中段为伸缩段。

本发明还可以包括：

1.所述的伸缩段由液压舱和伸缩舱组成，所述液压舱是由刚性材料围成的密闭舱，液压缸和液压泵固定安装在液压舱内，所述伸缩段是由柔性折叠包络网布围成的密闭舱，液压缸的缸杆伸入到伸缩段中并与首段或尾段连接，伸缩段中设置伸缩杆，所述伸缩杆的一端与液压舱连接、另一端与首段或尾段连接。

2.液压缸的缸杆与伸缩杆之间设置固定构件。

3.伸缩段中设置两根伸缩杆，两根伸缩杆和液压缸的缸杆成等边或等腰三角形布置。

4.液压缸与液压舱底部之间设置支撑结构。

5.所述的液压缸为多级液压缸。

6.所述的液压舱为对称的双舱结构，双舱结构的液压舱与首段和尾段之间各有一个伸缩舱。

本发明提供的是一种船长可变的波浪能航行器，其主要内容为船长控制机构。船长控制机构主要包括液压缸、伸缩杆、固定构件、折叠包络网、液压泵与电源。液压缸带动伸缩杆与首尾段船体向首、尾方向移动，进而使得船体长度发生改变。改变船长对于1-4级海况可以有效改变船体运动幅值，实现更好的波能利用。

本发明主要包括控制系统、电源、液压泵、多级液压缸、伸缩杆、固定构件、水密法兰、船体、水翼、支架、舵、柔性折叠包络网布等。船体由船首段、中段与尾段三个部分组成，船长的控制装置安装在船体的中段，船体中段舱壁在船首、尾方向分别固定液压杆，液压杆两端分别通过法兰固定在船体舱壁上。同时设置伸缩轴连接船体三个部分，伸缩轴随液压杆伸缩。当波浪能航行器在不同波高与波长的海浪中航行，可根据预先设计的程序，调整液压杆的伸缩，从而适应不同的海况，提高波浪能航行器的航行速度以及波浪能利用率。

本发明采用多级液压缸，多级液压缸通过法兰与船体的分段进行连接保证船体的水密，一般采用二级以及三级液压缸；固定构件保证多级液压缸伸缩时伸缩杆的同步伸缩；柔性折叠包络网布在船长最小时折叠在船体分段之间，当船长变长时柔性折叠包络网布构造一个相对平滑过渡，保证在不同船长时的阻力性能；舵通过销接固定在尾部支架上，有效控制航向。

本发明的船长可变的波浪能航行器，可以控制船在不同波浪中海况下的船长。相比于固定船长的波浪能航行器，船长适当的变化可以提高波浪能航行器的波浪能利用效率。在长波高海况时，增大船长可以增大船的纵摇以及升沉幅度，从而改善航行器的推进性能。在短波低海况时，减小船长，使得转动惯量变小，船体运动幅度变大，更为有效的利用波能推进。

附图说明

图1是船长可变的波浪能航行器总体图(原长)；

图2是船长可变的波浪能航行器总体图(最长)；

图3是船长可变的波浪能航行器剖视图(原长)；

图4是船长可变的波浪能航行器剖视图(最长)；

图5是船体在不同波长下升沉的幅度；

图6是船体在不同波长下纵摇的幅度。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

结合图1至图4，本发明的主体结构主要包括舵1、船体2、水翼3、支架4、柔性折叠包络网布5、舵机6、伸缩杆7、多级液压缸8、液压泵与电源9、法兰10、水密舱壁11、固定构件12、液压缸支撑构件13、液压缸安装底座14。船体包括三段，在船的中段中部舱壁11安装多级液压缸8，在电源与液压泵9的作用下，多级液压缸8伸缩，使得整个船长增大或减小；设置伸缩杆7及固定构件12，保证船体的强度；设置柔性折叠包络网布5，确保船体的阻力性能；船长根据波浪进行调节，提高不同的海况下的航速与波能利用效率。

船体包括三段，利用多级液压缸使船体长度变化，设置伸缩杆保证船体分段之间的连接强度，采用柔性折叠包络网布保证航行器的阻力性能。

多级液压缸布置在船体中间偏下的位置，采用二级或三级液压缸来改变船长，船长变为原来的1-2.5倍长。

三段船体间设置柔性折叠包络网布，网布由水密柔性材料支撑，内部有金属骨架保证其外表面形状，改善船体伸长后船体的流线型，减小阻力。

舵与船尾水下支架销接，从而保证舵的稳定性与舵效。

本发明的工作过程为：

航行器置于海洋中，船体2受到波浪的扰动发生摇荡运动，带动水翼3发生拍动运动而产生推力，为船提供推进动力。当航行器遭遇高海况长波时，控制系统控制多级液压缸8由粗到细逐级伸长，在固定构件12的作用下同时带动伸缩杆7同步伸长，最终使得船长增长，船体2的摇荡运动变大，水翼3产生的推力增大。柔性折叠包络网布5在船长改变时同步发生改变，保证船体3的阻力性能。当在较低海况时，控制系统控制多级液压缸8由细到粗逐级缩短，同时带动伸缩杆7同步缩短，船长缩短，转动惯量减小，船体的摇荡幅度增大，进而水翼3产生更大的推力。当船体需要进行转弯，则利用舵机6带动舵1旋转固定角度从而实现回转。

Claims (7)

1.一种船长可变的波浪能航行器，包括由船体、通过支架安装在船体下部的水翼、安装在船体尾部的舵组成的波浪能航行器，其特征是：所述的船体由首段、中段和尾段三个部分组成，中段为伸缩段。

2.根据权利要求1所述的船长可变的波浪能航行器，其特征是：所述的伸缩段由液压舱和伸缩舱组成，所述液压舱是由刚性材料围成的密闭舱，液压缸和液压泵固定安装在液压舱内，所述伸缩段是由柔性折叠包络网布围成的密闭舱，液压缸的缸杆伸入到伸缩段中并与首段或尾段连接，伸缩段中设置伸缩杆，所述伸缩杆的一端与液压舱连接、另一端与首段或尾段连接。

3.根据权利要求2所述的船长可变的波浪能航行器，其特征是：液压缸的缸杆与伸缩杆之间设置固定构件。

4.根据权利要求3所述的船长可变的波浪能航行器，其特征是：伸缩段中设置两根伸缩杆，两根伸缩杆和液压缸的缸杆成等边或等腰三角形布置。

5.根据权利要求4所述的船长可变的波浪能航行器，其特征是：液压缸与液压舱底部之间设置支撑结构。

6.根据权利要求5所述的船长可变的波浪能航行器，其特征是：所述的液压缸为多级液压缸。

7.根据权利要求2至6任何一项所述的船长可变的波浪能航行器，其特征是：所述的液压舱为对称的双舱结构，双舱结构的液压舱与首段和尾段之间各有一个伸缩舱。