CN111703562B - 可折展波浪能自给水下航行器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可折展波浪能自给水下航行器，包括：航行器本体(1)、十字方向舵(2)、螺旋桨(3)、连接部件以及折展机构(5)；所述十字方向舵(2)、螺旋桨(3)设置于航行器本体(1)上；所述折展机构(5)通过连接部件与航行器本体(1)相连接；所述折展机构(5)采用以下任一种状态：‑折起状态；‑展开状态；所述螺旋桨(3)能够提供推进力。本发明所提供的可折展波浪能自给水下航行器，可通过波浪能发电为航行器提供能源，而且可以改变形态减小航行阻力。

Description

可折展波浪能自给水下航行器
技术领域
本发明涉及水下航行器技术领域，具体地，涉及一种可折展波浪能自给水下航行器。
背景技术
目前大多数水下航行器采用电缆外部供电或自身携带蓄电池，有限的电缆长度和蓄电池存储容量大大限制了航行器的运动范围、续航和负载能力。而具有波浪能收集能力的水下航行器由于波浪能收集机构的尺寸，其航行阻力大大增加，严重降低了能量的利用效率。
专利文献CN107428401A公开了包括保持有六个推进器(12)的结构体(11)，每个推进器限定推力向量。所述六个推进器(12)中的每个推进器的推力向量如下述方式定向：第一推力向量和第二推力向量布置在相应的第一平面和第二平面上，所述第一平面和所述第二平面彼此平行；第三推力向量和第四推力向量布置在相应的第三平面和第四平面上，所述第三平面和所述第四平面彼此平行且垂直于所述第一平面和所述第二平面；并且第五推力向量和第六推力向量布置在相应的第五平面和第六平面上，所述第五平面和所述第六平面彼此平行且垂直于所述第一平面、所述第二平面、所述第三平面和所述第四平面，使得航行器能够以在其6个空间自由度上受控的方式移动。一种包括水下航行器和控制中心的系统，航行器通过该控制中心控制。该专利在结构和性能上仍然有待提高的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可折展波浪能自给水下航行器。
根据本发明提供的一种可折展波浪能自给水下航行器，包括：航行器本体1、十字方向舵2、螺旋桨3、连接部件以及折展机构5；所述十字方向舵2、螺旋桨3设置于航行器本体1上；所述折展机构5通过连接部件与航行器本体1相连接；所述折展机构5采用以下任一种状态：-折起状态；-展开状态；所述螺旋桨3能够提供推进力。
优选地，连接部件包括：第一铰链4；所述第一铰链4能够随折展机构5做双向的转动；所述第一铰链4采用滑动铰链。
优选地，连接部件包括：第二铰链6；所述第二铰链6能够随折展机构5做双向的转动。
优选地，所述螺旋桨3采用四叶螺旋桨。
优选地，还包括：舵机21；所述十字方向舵2与舵机21相连。
优选地，所述折展机构5包括：防水薄膜51、注水槽52；所述防水薄膜51设置于折展机构5的表面。
优选地，所述折展机构5采用展开状态时，注水槽52的容积增大。航行器本体1、十字方向舵2、螺旋桨3、滑动铰链4、折展机构5，航行器尾部的螺旋桨3为航行器提供推进力，十字方向舵2受舵机21控制，调整航行器的运动方向。航行器收集波浪能时，折展机构5保持展开状态，防水薄膜51可防止机构受到水的侵蚀，在折展机构5展开时，注水槽52的容积增大，将海水吸入从而增加折展机构5的质量，提高波浪能收集效率。
优选地，还包括：传动齿轮8；所述传动齿轮8与第一铰链4相连。
优选地，所述传动齿轮8包括：主动轮81、第一齿轮82、第二齿轮83、第三齿轮84、第四齿轮85、第五齿轮86以及第六齿轮87；所述第一齿轮82与主动轮81、第三齿轮84相连；所述第二齿轮83与第四齿轮85、主动轮81分别相连；所述第六齿轮87与第五齿轮86、第四齿轮85相连；还包括：无刷直流电机31、直流发电机7；所述无刷直流电机31设置于航行器本体1的内部；所述直流发电机7与第六齿轮87相连。展开后的机构5受到波浪的激励产生双向的摆动，铰链6和滑动铰链4随机构5做双向的转动，铰链4连接传动齿轮8。传动齿轮具体结构如图6所示，当主动轮81顺时针转动时，第一齿轮82受径向力沿滑槽移动直到第三齿轮84与第五齿轮86啮合，第二齿轮83受径向力作用沿滑槽移动，此时第四齿轮85与第六齿轮87不会啮合，而第五齿轮86将带动输出轴第六齿轮87逆时针转动；当输入轴齿轮81逆时针转动时，第一齿轮82受径向力沿滑槽移动，第三齿轮84与第五齿轮86不会啮合，第二齿轮83受径向力沿滑槽移动，第四齿轮85与第六齿轮87啮合，第六齿轮87仍沿逆时针转动，因此输出轴的运动是一种单向转动。第六齿轮87所在输出轴连接直流发电机7使发电机7发电供航行器使用，实现波浪能发电。
优选地，所述航行器本体1包括：推力轴承11、圆柱导轨12、丝杠13、螺母14、挡板15以及步进电机16；所述步进电机16与丝杠13相连；所述螺母14与丝杠13、挡板15相连；所述第一铰链4与圆柱导轨12相连接；所述挡板15与第一铰链4之间采用推力轴承11。步进电机16连接丝杠13，螺母14可沿丝杠13移动，螺母14带动固连的挡板15移动，挡板15与铰链4之间用推力轴承11连接，铰链4可绕圆柱导轨12转动，也可随螺母14沿丝杠13方向移动，形成圆柱副。步进电机驱动丝杠13旋转，带动螺母14移动，最终驱动滑动铰链4沿导轨12移动，当滑动铰链4沿导轨12向下移动时，折展机构5将收缩至如图3或图5所示的形态，注水槽中的水受挤压被排出，收缩后的折展机构5减小了航行器的航行阻力，提高了能量的利用效率。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所提供的可折展波浪能自给水下航行器，可通过波浪能发电为航行器提供能源，而且可以改变形态减小航行阻力；
2、本发明中，该水下航行器具有波浪能利用效率高，航行阻力小，续航能力强的优点；
3、本发明的结构合理，使用方便，克服了现有技术缺陷。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中的装置吸收波浪能时的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中的装置吸收波浪能时的立体结构俯视示意图；
图3为本发明实施例中的航行时将所述折展机构折叠后的立体结构示意图；
图4为本发明实施例中的航行器内部结构示意图；
图5为本发明实施例中的航行器将所述折展机构折叠后的内部结构示意图；
图6为本发明实施例中的传动齿轮结构示意图；
图7为本发明实施例中的航行器尾部结构示意图。
图中：
航行器本体1 防水薄膜51
推力轴承11 注水槽52
圆柱导轨12 第二铰链6
丝杠13 直流发电机7
螺母14 传动齿轮8
挡板15 主动轮81
步进电机16 第一齿轮82
十字方向舵2 第二齿轮83
舵机21 第三齿轮84
螺旋桨3 第四齿轮85
无刷直流电机31 第五齿轮86
第一铰链4 第六齿轮87
折展机构5
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有折展波浪和自给水下功能的水下航行器。
如图1-7所示，根据本发明提供的一种具有折展波浪和自给水下功能的水下航行器，包括：航行器本体1、十字方向舵2、螺旋桨3、连接部件以及折展机构5；所述十字方向舵2、螺旋桨3设置于航行器本体1上；所述折展机构5通过连接部件与航行器本体1相连接；所述折展机构5采用以下任一种状态：-折起状态；-展开状态；所述螺旋桨3能够提供推进力。
优选地，连接部件包括：第一铰链4；所述第一铰链4能够随折展机构5做双向的转动；所述第一铰链4采用滑动铰链。
优选地，连接部件包括：第二铰链6；所述第二铰链6能够随折展机构5做双向的转动。
优选地，所述螺旋桨3采用四叶螺旋桨。
优选地，还包括：舵机21；所述十字方向舵2与舵机21相连。
优选地，所述折展机构5包括：防水薄膜51、注水槽52；所述防水薄膜51设置于折展机构5的表面。
优选地，所述折展机构5采用展开状态时，注水槽52的容积增大。航行器本体1、十字方向舵2、螺旋桨3、滑动铰链4、折展机构5，航行器尾部的螺旋桨3为航行器提供推进力，十字方向舵2受舵机21控制，调整航行器的运动方向。航行器收集波浪能时，折展机构5保持展开状态，防水薄膜51可防止机构受到水的侵蚀，在折展机构5展开时，注水槽52的容积增大，将海水吸入从而增加折展机构5的质量，提高波浪能收集效率。
优选地，还包括：传动齿轮8；所述传动齿轮8与第一铰链4相连。
优选地，所述传动齿轮8包括：主动轮81、第一齿轮82、第二齿轮83、第三齿轮84、第四齿轮85、第五齿轮86以及第六齿轮87；所述第一齿轮82与主动轮81、第三齿轮84相连；所述第二齿轮83与第四齿轮85、主动轮81分别相连；所述第六齿轮87与第五齿轮86、第四齿轮85相连；还包括：无刷直流电机31、直流发电机7；所述无刷直流电机31设置于航行器本体1的内部；所述直流发电机7与第六齿轮87相连。展开后的机构5受到波浪的激励产生双向的摆动，铰链6和滑动铰链4随机构5做双向的转动，铰链4连接传动齿轮8。传动齿轮具体结构如图6所示，当主动轮81顺时针转动时，第一齿轮82受径向力沿滑槽移动直到第三齿轮84与第五齿轮86啮合，第二齿轮83受径向力作用沿滑槽移动，此时第四齿轮85与第六齿轮87不会啮合，而第五齿轮86将带动输出轴第六齿轮87逆时针转动；当输入轴齿轮81逆时针转动时，第一齿轮82受径向力沿滑槽移动，第三齿轮84与第五齿轮86不会啮合，第二齿轮83受径向力沿滑槽移动，第四齿轮85与第六齿轮87啮合，第六齿轮87仍沿逆时针转动，因此输出轴的运动是一种单向转动。第六齿轮87所在输出轴连接直流发电机7使发电机7发电供航行器使用，实现波浪能发电。
优选地，所述航行器本体1包括：推力轴承11、圆柱导轨12、丝杠13、螺母14、挡板15以及步进电机16；所述步进电机16与丝杠13相连；所述螺母14与丝杠13、挡板15相连；所述第一铰链4与圆柱导轨12相连接；所述挡板15与第一铰链4之间采用推力轴承11。步进电机16连接丝杠13，螺母14可沿丝杠13移动，螺母14带动固连的挡板15移动，挡板15与铰链4之间用推力轴承11连接，铰链4可绕圆柱导轨12转动，也可随螺母14沿丝杠13方向移动，形成圆柱副。步进电机驱动丝杠13旋转，带动螺母14移动，最终驱动滑动铰链4沿导轨12移动，当滑动铰链4沿导轨12向下移动时，折展机构5将收缩至如图3或图5所示的形态，注水槽中的水受挤压被排出，收缩后的折展机构5减小了航行器的航行阻力，提高了能量的利用效率。
具体地，在一个实施例中，一种可折展波浪能自给水下航行器，包括折展机构、航行器本体、齿轮传动、发电机、螺旋桨、十字方向舵，其中，所述折展机构由六根铰接的连杆构成，所述航行器本体与所述折展机构通过铰接和圆柱形导轨连接，所述铰链通过所述传动齿轮连接到发电机，所述螺旋桨由无刷直流电机驱动，所述十字方向舵由四个舵机调整角度控制航行器航行方向，所述折展机构在波浪激励力作用下实现往复摆动，通过所述铰链和所述齿轮传动输出单向转动并带动直流发电机工作，实现波浪能发电，所述航行器航行时，所述折展机构折叠成最小体积形态以减少航行阻力。
优选的，所述折展机构与所述航行器本体通过航行器上端和下端铰链连接，所述下端铰链由一圆柱形导轨支撑从而形成圆柱副，所述圆柱副与丝杠螺母相连接，所述丝杠螺母由步进电机驱动，通过改变所述下端铰链在导轨上的位置实现折展机构的展开和收缩。
优选的，所述丝杠螺母副与两块挡板通过螺栓固连，所述挡板放置在所述圆柱副两侧，通过推力轴承连接。
优选的，所述齿轮传动由7个齿轮组成，所述齿轮中，与主动轮相啮合的两个齿轮的齿轮轴放置在圆弧形滑槽中，实现离合的作用，最终将双向的旋转转换成单向的旋转。
优选的，所述直流发电机位于航行器内部上端的两侧，通过电缆与尾部的直流电机和舵机相连接。
优选的，所述折展机构由防水薄膜包裹，所述防水薄膜未覆盖折展机构连杆处带有注水槽，以增加折展机构展开的质量从而与波况相匹配，增加波浪能收集效率。
本发明所提供的可折展波浪能自给水下航行器，不仅可通过波浪能发电为航行器提供能源，而且可以改变形态减小航行阻力。该水下航行器具有波浪能利用效率高，航行阻力小，续航能力强的优点。
具体地，在一个实施例中，如图1、图2和图3所示，本发明提供的可折展波浪能自给水下航行器，包括航行器本体1、十字方向舵2、螺旋桨3、滑动铰链4、折展机构5，航行器尾部的螺旋桨3为航行器提供推进力，十字方向舵2受舵机21控制，调整航行器的运动方向。航行器收集波浪能时，折展机构5保持展开状态，防水薄膜51可防止机构受到水的侵蚀，在折展机构5展开时，注水槽52的容积增大，将海水吸入从而增加折展机构5的质量，提高波浪能收集效率。
具体实施的波浪能转换原理如下：展开后的机构5受到波浪的激励产生双向的摆动，铰链6和滑动铰链4随机构5做双向的转动，铰链4连接传动齿轮8。传动齿轮具体结构如图6所示，当主动轮81顺时针转动时，第一齿轮82受径向力沿滑槽移动直到第三齿轮84与第五齿轮86啮合，第二齿轮83受径向力作用沿滑槽移动，此时第四齿轮85与第六齿轮87不会啮合，而第五齿轮86将带动输出轴第六齿轮87逆时针转动；当输入轴齿轮81逆时针转动时，第一齿轮82受径向力沿滑槽移动，第三齿轮84与第五齿轮86不会啮合，第二齿轮83受径向力沿滑槽移动，第四齿轮85与第六齿轮87啮合，第六齿轮87仍沿逆时针转动，因此输出轴的运动是一种单向转动。第六齿轮87所在输出轴连接直流发电机7使发电机7发电供航行器使用，实现波浪能发电。
航行器航行时折展机构收缩实现过程如下：步进电机16连接丝杠13，螺母14可沿丝杠13移动，螺母14带动固连的挡板15移动，挡板15与铰链4之间用推力轴承11连接，铰链4可绕圆柱导轨12转动，也可随螺母14沿丝杠13方向移动，形成圆柱副。步进电机驱动丝杠13旋转，带动螺母14移动，最终驱动滑动铰链4沿导轨12移动，当滑动铰链4沿导轨12向下移动时，折展机构5将收缩至如图3或图5所示的形态，注水槽中的水受挤压被排出，收缩后的折展机构5减小了航行器的航行阻力，提高了能量的利用效率。
本发明所提供的可折展波浪能自给水下航行器，可通过波浪能发电为航行器提供能源，而且可以改变形态减小航行阻力；本发明中，该水下航行器具有波浪能利用效率高，航行阻力小，续航能力强的优点；本发明的结构合理，使用方便，克服了现有技术缺陷。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种可折展波浪能自给水下航行器，其特征在于，包括：航行器本体(1)、十字方向舵(2)、螺旋桨(3)、连接部件以及折展机构(5)；
所述十字方向舵(2)、螺旋桨(3)设置于航行器本体(1)上；
所述折展机构(5)通过连接部件与航行器本体(1)相连接；
所述折展机构(5)采用以下任一种状态：
-折起状态；
-展开状态；
所述螺旋桨(3)能够提供推进力；
连接部件包括：第一铰链(4)；
所述第一铰链(4)能够随折展机构(5)做双向的转动；
所述第一铰链(4)采用滑动铰链；
连接部件包括：第二铰链(6)；
所述第二铰链(6)能够随折展机构(5)做双向的转动；
所述螺旋桨(3)采用四叶螺旋桨；
还包括：舵机(21)；
所述十字方向舵(2)与舵机(21)相连；
所述折展机构(5)包括：防水薄膜(51)、注水槽(52)；
所述防水薄膜(51)设置于折展机构(5)的表面；
所述折展机构(5)采用展开状态时，注水槽(52)的容积增大，将海水吸入从而增加折展机构(5)的质量，提高波浪能收集效率。
2.根据权利要求1所述的可折展波浪能自给水下航行器，其特征在于，还包括：传动齿轮(8)；
所述传动齿轮(8)与第二铰链(6)相连。
3.根据权利要求2所述的可折展波浪能自给水下航行器，其特征在于，所述传动齿轮(8)包括：主动轮(81)、第一齿轮(82)、第二齿轮(83)、第三齿轮(84)、第四齿轮(85)、第五齿轮(86)以及第六齿轮(87)；
所述第一齿轮(82)与主动轮(81)、第三齿轮(84)相连；
所述第二齿轮(83)与第四齿轮(85)、主动轮(81)分别相连；
所述第六齿轮(87)与第五齿轮(86)、第四齿轮(85)相连；
还包括：无刷直流电机(31)、直流发电机(7)；
所述无刷直流电机(31)设置于航行器本体(1)的内部；
所述直流发电机(7)与第六齿轮(87)相连。
4.根据权利要求1所述的可折展波浪能自给水下航行器，其特征在于，所述航行器本体(1)包括：推力轴承(11)、圆柱导轨(12)、丝杠(13)、螺母(14)、挡板(15)以及步进电机(16)；
所述步进电机(16)与丝杠(13)相连；
所述螺母(14)与丝杠(13)、挡板(15)相连；
所述第一铰链(4)与圆柱导轨(12)相连接；
所述挡板(15)与第一铰链(4)之间采用推力轴承(11)。
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