CN110481746B - 一种水翼转角幅值控制装置及带有该装置的波浪能航行器 - Google Patents

一种水翼转角幅值控制装置及带有该装置的波浪能航行器 Download PDF

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Abstract

本发明属于波浪能航行器领域，具体涉及一种水翼转角幅值控制装置及带有该装置的波浪能航行器。水翼转角幅值控制装置安装在船体相连的流线型支架中。船体首尾底部安装支架，水翼通过轴承与轴安装在支架上，可绕轴旋转，水翼旋转时通过限位装置限定转动角度幅值。转角控制装置通过电动推杆控制。控制系统依据感知的波浪运动给出需要的转角幅值，通过电动推杆的伸缩控制限位装置的旋转角度。当波浪能航行器在不同波高与波长的海浪中航行，根据预先设定的转角需要，调整水翼转动运动的限位角度幅值，可以适应不同海况，保证水翼在各种海况下提供推力，大幅提高波浪能的综合利用效率。

Description

一种水翼转角幅值控制装置及带有该装置的波浪能航行器
技术领域
本发明属于波浪能航行器领域，具体涉及一种水翼转角幅值控制装置及带有该装置的波浪能航行器。
背景技术
对于海洋科学研究，对海洋的基础气象水文参数的获取具有十分重大的意义，这一过程中的关键是对海洋环境的实时监测。对于海洋环境的监测是一项难度高，耗资大的工作。目前已有的监测方式都存在一定的局限性。大型设备如海洋观测船等方式前期需要大量的研发投入，后期维护管理的经费也不容小觑；浮标、潜标投入较少，但其仅能对固定位置进行观测，观测能力局限；波浪能航行器是近年来应用比较多的观测设备，它的制造成本较低，观测范围也比较广，能够在海洋中长时间大范围作业，但是现有的波浪能航行器对于波浪能的利用效率较低。
波浪能航行器是利用波浪能提供前进动力的小型水面航行器。船体在波浪中发生摇荡运动，带动水翼做升沉与纵摇运动，产生向前的推力推动船体前进。波浪能航行器是一种依靠波浪能推进的一种船型，一般在船底部安装水翼为船舶提供推力。船体与水翼采用刚性支架连接，可以有效传递推力，使得船体在大部分海况中都具有较好的航行速度。与海洋观测船，无人艇相比，它的成本较低，与浮标潜标相比，它的活动范围更广，可以记录更多的数据。
水翼转动运动为被动式，通过机械装置改变角度上限，为了实现在不同海况的波浪能推进高效率利用，同时为了适应不同浪向的要求，水翼的转动角度幅值有较大变化。已有的固定式转角限位机构很难兼顾不同海况和浪向。因此需要设计一种根据海况和浪向调整水翼转动角度幅值的机构，有效改善推进效率。
发明内容
本发明的目的在于提供可以调整水翼转动角度幅值的一种水翼转角幅值控制装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括外壳；所述的外壳内部安装有电动推杆和导轨；所述的电动推杆的输出端连接有滑块，滑块安装在导轨上；所述的外壳内部安装有旋转轴，旋转轴两端分别伸出外壳的两侧面，且在外壳的两侧面上还开有槽道；所述的旋转轴上安装有限位盘；所述的滑块通过连杆与限位盘连接。
本发明还可以包括：
所述的旋转轴上安装有两个限位盘；所述的限位盘为外缘处设有限位爪的圆盘；所述的滑块通过两根连杆分别与两个限位盘连接；所述的外壳上槽道位置与外壳内部限位盘上限位爪的位置相匹配。
本发明的目的还在于提供可以根据海况和浪向调整水翼转动角度幅值的一种带有水翼转角幅值控制装置的波浪能航行器。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：波浪能航行器的两片水翼分别安装在水翼转角幅值控制装置的旋转轴两端，且两片水翼之间还通过限位轴连接；所述的限位轴设置在水翼转角幅值控制装置外壳两侧面的槽道之间。
本发明的有益效果在于：
水翼转角幅值控制装置安装在船体相连的流线型支架中。船体首尾底部安装支架，水翼通过轴承与轴安装在支架上，可绕轴旋转，水翼旋转时通过限位装置限定转动角度幅值。转角控制装置通过电动推杆控制。控制系统依据感知的波浪运动给出需要的转角幅值，通过电动推杆的伸缩控制限位装置的旋转角度。当波浪能航行器在不同波高与波长的海浪中航行，根据预先设定的转角需要，调整水翼转动运动的限位角度幅值，可以适应不同海况，保证水翼在各种海况下提供推力，大幅提高波浪能的综合利用效率。
附图说明
图1为一种带有水翼转角幅值控制装置的波浪能航行器示意图。
图2为一种水翼转角幅值控制装置整体示意图。
图3为一种水翼转角幅值控制装置侧面剖视图。
图4为一种水翼转角幅值控制装置整体剖视图。
图5为高海况下水翼简谐运动获得推力系数与转动角度幅值变化关系曲线图。
图6为高海况下水翼简谐运动获得效率与转动角度幅值变化关系曲线图。
图7为低海况下水翼简谐运动获得推力系数与转动角度幅值变化关系曲线图。
图8为低海况下水翼简谐运动获得效率与转动角度幅值变化关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明为一种水翼转角幅值控制装置及带有该装置的波浪能航行器，主要包括电源、电动推杆、连杆机构、水翼、控制系统、支架、船体等。水翼转角幅值控制装置安装在船体相连的流线型支架中。船体首尾底部安装支架，水翼通过轴承与轴安装在支架上，可绕轴旋转，水翼旋转时通过限位装置限定转动角度幅值。转角控制装置通过电动推杆控制。控制系统依据感知的波浪运动给出需要的转角幅值，通过电动推杆的伸缩控制限位装置的旋转角度。当波浪能航行器在不同波高与波长的海浪中航行，根据预先设定的转角需要，调整水翼转动运动的限位角度幅值，可以适应不同海况，保证水翼在各种海况下提供推力，大幅提高波浪能的综合利用效率。
一种带有水翼转角幅值控制装置的波浪能航行器，包括船体3、外壳2、水翼1、轴承4、电动推杆5、连杆8、滑块6、导轨7、限位轴12、旋转轴13和限位盘9。在船体3底部安装外壳2，外壳2通过旋转轴13与轴承4安装水翼1，水翼1可以绕旋转轴13转动，同时通过限位轴12由限位盘9限定转角幅值。通过控制系统调整电动推杆5的伸缩长度，进而通过连杆8调整限位盘9的转动角度，从而改变水翼1的最大转动角度幅值；转角幅值控制装置可以根据波浪及航向调节，限定水翼的最大转角幅值。旋转轴上安装有两个限位盘；限位盘为外缘处设有限位爪的圆盘。
一种水翼转角幅值控制装置，包括外壳；所述的外壳内部安装有电动推杆和导轨；所述的电动推杆的输出端连接有滑块，滑块安装在导轨上；所述的外壳内部安装有旋转轴，旋转轴两端分别伸出外壳的两侧面，且在外壳的两侧面上还开有槽道；所述的旋转轴上安装有两个限位盘；所述的限位盘为外缘处设有限位爪的圆盘；所述的滑块通过两根连杆分别与两个限位盘连接；所述的外壳上槽道位置与外壳内部限位盘上限位爪的位置相匹配。
一种带有水翼转角幅值控制装置的波浪能航行器，波浪能航行器的两片水翼分别安装在水翼转角幅值控制装置的旋转轴两端，且两片水翼之间还通过限位轴连接；所述的限位轴设置在水翼转角幅值控制装置外壳两侧面的槽道之间。
航行器置于波浪起伏的水面上，船体3受到波浪扰动进行纵摇与升沉，同时水翼1在船体带动下发生拍动运动而产生推力，推进船体向前运动。在海况不同时，控制装置控制电动推杆5带动滑块6与连杆8沿导轨7上下运动，由于滑块通过两根连杆分别与两个限位盘连接，从而使限位盘上的两个限位爪间距离发生改变，从而使得限位轴12受到角度限制，限定水翼1的旋转角度范围。在不同的海况下能有效产生推力的水翼转动角度不同。较低海况与迎浪航行时，水翼在小限位角度范围时可以提供更大的推力；高海况及随浪航行时需要采取较大的转角幅值来获取推力。支架2包络整个机械结构使得整个结构拥有更好的阻力性能。
其中水翼旋转轴与限位盘同轴，限位角度根据海况及航行方向确定，限位装置将角度限制在0°到±20°之间。电动推杆通过电力提供动力，需要与船体内部供电装置相连接，电线可以通过在船底部进行打孔后密封实现。
水翼转角幅值控制装置用于保证在不同海况时的水翼与相对水流有合适的攻角，从而提供较大的推力。经过计算，水翼产生的推力在不同频率海浪下随转动角度幅值变化明显，如图5、图6、图7和图8结果所示，较高海况下推力系数随转角幅值的增大而减小；较低海况下推力系数随转角幅值增大而增大。并且推力系数与效率均变化较大，因而需要根据海况通过转角控制装置来调整转角幅值，来获得良好的波浪能利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种水翼转角幅值控制装置，其特征在于：包括外壳和限位轴；所述的外壳内部安装有电动推杆和导轨；所述的电动推杆的输出端连接有滑块，滑块安装在导轨上；所述的外壳内部安装有旋转轴，旋转轴两端分别伸出外壳的两侧面，且在外壳的两侧面上还开有槽道；所述的旋转轴上安装有两个限位盘；所述的限位盘为外缘处设有限位爪的圆盘；所述的滑块通过两根连杆分别与两个限位盘连接；所述的外壳上槽道位置与外壳内部限位盘上限位爪的位置相匹配；所述的限位轴设置在水翼转角幅值控制装置外壳两侧面的槽道之间；当滑块与连杆沿导轨上下运动时，由于滑块通过两根连杆分别与两个限位盘连接，从而使限位盘上的两个限位爪间距离发生改变，从而使得限位轴受到角度限制。
2.基于权利要求1所述的一种水翼转角幅值控制装置的带有水翼转角幅值控制装置的波浪能航行器，其特征在于：波浪能航行器的两片水翼分别安装在水翼转角幅值控制装置的旋转轴两端，且两片水翼之间还通过限位轴连接。
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