CN113002713B - 一种波浪滑翔器缓冲结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波浪滑翔器结构设计领域，公开了一种波浪滑翔器缓冲结构，包括水面艇体缓冲单元和推进器缓冲单元，水面艇体缓冲单元包括主支撑柱，主支撑柱与水面艇体固定连接，主支撑柱内部设有上弹性件，上弹性件中间穿设有上导杆；推进器缓冲单元包括主梁和缓冲盒，缓冲盒与主梁固定连接，缓冲盒的内部设有下弹性件，下弹性件的中间穿设有下导杆，上导杆和下导杆分别与波浪滑翔器的脐带缆的两端连接。本发明本设计将缓冲结构巧妙地隐藏在水面艇体和水下推进器的结构当中，最大限度利用了波浪滑翔器自身的空间，缓冲行程大大增加，能够在不增加波浪滑翔器额外体积的情况下最大限度的实现缓冲吸能效果。

Description

一种波浪滑翔器缓冲结构

技术领域

本发明涉及波浪滑翔器结构设计领域，具体涉及一种波浪滑翔器缓冲结构。

背景技术

波浪滑翔器是一种以波浪能为动力的新型海上无人航行器。它可以执行长时间、高海况任务如海洋气象观测、海洋生物研究、海洋环境监测等。波浪滑翔器由水面艇体和水下滑翔推进器两部分组成，由柔性脐带缆连接。水面艇体牵引水下滑翔推进器上下垂直运动，水下滑翔推进器将垂直运动转换为水平运动拖动水面艇体前进。

在高海况下，水下滑翔推进器、水面艇体和脐带缆将承受极大的冲击力。虽然脐带缆具有一定弹性，可以吸收部分能量，但是在高海况下脐带缆的缓冲作用远远不够。另外每个海浪都会对水面艇体、水下推进器，脐带缆产生一次冲击，长时间的冲击会造成结构疲劳。因此在水面艇体、水下滑翔推进器、脐带缆之间增加缓冲装置可以有效降低结构受力，增加波浪滑翔器使用寿命和高海况生存能力。

一般而言缓冲装置的缓冲效果和体积尺寸有关，其他条件相同的情况下缓冲行程越大吸收能量效果越好，对应的缓冲装置体积也越大。然而波浪滑翔器体积较小，需要吸收的能量相对较大，大行程的缓冲装置会显著改变波浪滑翔器的外观性能，且波浪滑翔器所有结构部件基本都裸露在海水中，缓冲装置还需要考虑海水腐蚀、海生物附着、海洋垃圾缠绕等问题，这给缓冲设计带来一定难度。

发明内容

本发明意在提供一种波浪滑翔器缓冲结构，以在不增加波浪滑翔器额外体积的情况下最大限度地实现缓冲吸能效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种波浪滑翔器缓冲结构，包括水面艇体缓冲单元和推进器缓冲单元，所述水面艇体缓冲单元包括主支撑柱，所述主支撑柱与水面艇体固定连接，所述主支撑柱内部设有上弹性件，所述上弹性件中间穿设有上导杆；所述推进器缓冲单元包括主梁和缓冲盒，所述缓冲盒与所述主梁固定连接，所述缓冲盒的内部设有下弹性件，所述下弹性件的中间穿设有下导杆，所述上导杆和下导杆分别与波浪滑翔器的脐带缆的两端连接。

本方案的原理及优点是：

1.本方案中主支撑柱与水面艇体连接，从而实现将水面艇体缓冲单元整体与水面艇体进行一体化的连接设计，这样能够避免水面艇体缓冲单元和推进器缓冲单元出现体积大的情况，从而在不增设波浪滑翔器的体积的情况下，能够最大限度的实现缓冲吸能效果，从而降低水面艇体、水下滑翔推进器的结构受力，延长波浪滑翔器的适用寿命和高海况生存能力。

2.本方案中将整个缓冲结构分成两个部分，即水面艇体缓冲单元和推进器缓冲单元，水面艇体缓冲单元主要通过将水面艇体、主支撑柱和脐带缆进行一体化的连接，而推进器缓冲单元主要通过将水下滑翔推进器、缓冲盒和脐带缆进行一体化连接，从而能够将水面艇体缓冲单元隐藏在水面艇体的结构中，以及将推进器缓冲单元隐藏在水下滑翔推进器的结构中，这样能够避免水面艇体缓冲单元以及推进器缓冲单元裸露在外，从而避免了海生物附着和海洋垃圾缠绕带来的缓冲装置失效等问题，进而能够减少波浪滑翔器在高海况下的损坏。

3.由于水面艇体一般由玻璃纤维或碳纤维制作，中间填充泡沫或设计为中空，本方案中设置的主支撑柱能够对水面艇体进行支撑，能够进一步承受海浪对波浪滑翔器表面的冲击。

4.本方案中在主支撑柱内设置的上弹性件以及在缓冲盒内设置的下弹性件用于缓冲吸能，能够缓解海浪对水面艇体和水下滑翔推进器的冲击力。

优选的，作为一种改进，所述上导杆的底端固定连接有上连接器，所述下导杆的顶端固定连接有下连接器，所述上连接器和下连接器均呈T型，所述上导杆的底端与上连接器的平面端连接，所述下导杆的顶端与下连接器的平面端连接，所述上连接器和所述下连接器的凸出端分别与波浪滑翔器的脐带缆连接。

本方案中上连接器用于连接脐带缆和水面艇体，下连接器用于连接脐带缆和水下滑翔推进器，且本方案中上连接器和下连接器均呈T型，这样便于将上连接器以及下连接器的凸出端与脐带缆两端进行连接。

优选的，作为一种改进，所述上导杆和所述下导杆均为螺栓，所述上导杆穿过上连接器的平面端且通过螺母固定，所述下导杆穿过下连接器的平面端且通过螺母固定。

上导杆和下导杆为螺栓，这样在和上连接器以及下连接器连接的过程中通过在上导杆和下导杆的杆部旋入螺母进行固定即可，连接方式更加的简单，且能够进行拆卸，便于更换维修。

优选的，作为一种改进，所述主支撑柱的底部固定连接有船底支撑法兰，所述主支撑柱的上部固定连接有船甲板支撑法兰，船底支撑法兰和船甲板支撑法兰分别与水面艇体的船底和船甲板连接。

船底支撑法兰和船甲板支撑法兰能够对水面艇体的船底和船甲板起到支撑的作用，且更加方便与水面艇体进行连接固定。

优选的，作为一种改进，所述船底支撑法兰与船甲板支撑法兰之间固定连接有辅助支撑柱。

如此设置，本方案中的辅助支撑柱能够增强船底支撑法兰和船甲板支撑法兰的受力强度，从而能够增强对水面艇体的支撑效果。

优选的，作为一种改进，所述主支撑柱的顶端连接有吊环。

本方案中在主支撑柱顶部设置的吊环能够作为波浪滑翔器吊放点。

优选的，作为一种改进，所述主梁的中间开设有凹槽，所述缓冲盒位于凹槽内且与凹槽固定连接。

本方案中凹槽的设置能够对缓冲盒的安装起到一个安装定位的效果。

优选的，作为一种改进，所述缓冲盒的两侧固定连接有固定法兰，所述固定法兰与凹槽两侧固定连接。

固定法兰的设置更加便于将缓冲盒固定安装在主梁上。

优选的，作为一种改进，所述上弹性件为上碟簧组，所述下弹性件为下碟簧组，所述上碟簧组和所述下碟簧组均由多个蝶形弹簧片竖向叠加组成。

本实施例中当脐带缆受到拉力时，力通过上导杆顶部传递给蝶形弹簧片，蝶形弹簧片受到压缩开始吸收能量，当作用在脐带缆上的力变小时蝶形弹簧回弹，恢复原状，本方案中使用蝶形弹簧具有体积小、吸收能量大的优点，当蝶形弹簧失效时不会造成其他结构问题。

优选的，作为一种改进，所述上碟簧组和下碟簧组均设有至少两组。

如此设置，能够提高缓冲效果，且吸收的能量更大。

附图说明

图1为本发明一种波浪滑翔器缓冲结构实施例中水面艇体、脐带缆和水下滑翔推进器相互连接后的主视图。

图2为图1中A处中水面艇体缓冲单元的局部剖视图。

图3为本发明一种波浪滑翔器缓冲结构实施例中水面艇体缓冲单元的爆炸图。

图4为图1中B处中推进器缓冲单元的主视图。

图5为本发明一种波浪滑翔器缓冲结构实施例中推进器缓冲单元的爆炸图。

图6为本发明一种波浪滑翔器缓冲结构实施例中的水下滑翔推进器的立体图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：水面艇体1、脐带缆2、水下滑翔推进器3、吊环4、上螺栓副5、船甲板支撑法兰6、辅助支撑柱7、船底支撑法兰8、上导杆9、上连接器10、主支撑柱11、上碟簧组12、下连接器13、下导杆14、下碟簧组15、固定法兰16、螺孔17、缓冲盒18、主梁19、凹槽20、连接孔21。

实施例基本如附图1所示：一种波浪滑翔器缓冲结构，包括水面艇体缓冲单元和推进器缓冲单元，波浪滑翔器包括水面艇体1、水下滑翔推进器3和脐带缆2，结合图2和图3所示，水面艇体缓冲单元包括主支撑柱11，本实施例中主支撑柱11采用大口径不锈钢管，这样能够提高整个水面艇体1的结构强度，主支撑柱11与水面艇体1固定连接，本实施例中主支撑柱11的底部焊接固定有船底支撑法兰8，主支撑柱11的上部焊接固定有船甲板支撑法兰6，船底支撑法兰8和船甲板支撑法兰6分别与水面艇体1的船底和船甲板通过螺栓固定连接，从而使船底支撑法兰8和船甲板支撑法兰6从内侧支撑水面艇体1的船底和船甲板。

本实施例中船底支撑法兰8与船甲板支撑法兰6之间焊接固定有两根辅助支撑柱7，两根辅助支撑柱7分别位于主支撑柱11的两侧，辅助支撑柱7能够增强船底支撑法兰8和船甲板支撑法兰6对水面艇体1的支撑强度。

主支撑柱11的顶端连接有吊环4，本实施例中在主支撑柱11的顶端横向开设有通孔，吊环4呈U形，安装时吊环4的开口朝下设置，且吊环4的开口的两侧均开设有相互正对的通孔，吊环4的宽度大于主支撑柱11的直径，安装时将吊环4扣在主支撑柱11的外侧，然后通过上螺栓副5穿过吊环4以及主支撑柱11顶端的通孔，然后再使用螺母固定，从而实现吊环4和主支撑柱11的连接。

本实施例中主支撑柱11内部设有上弹性件，上弹性件中间穿设有上导杆9，本实施例中上弹性件为上碟簧组12，上碟簧组12由多个蝶形弹簧片竖向叠加组成，本实施例中上碟簧组12设有至少两组，每一组上碟簧组12的蝶形弹簧片的数量为50-100只，本实施例中上碟簧组12设有两组，上导杆9也设有两组，上导杆9分别穿设在两组上碟簧组12内。本实施例中上导杆9为螺栓，且本实施例中的上导杆9采用塞打螺栓，上导杆9能够在上碟簧组12内孔自由活动。

上导杆9的底端固定连接有上连接器10，上连接器10呈T型，这样使得上连接器10具有平面端和凸出端，上导杆9的底端与上连接器10的平面端连接，具体的：上连接器10的平面端开设有两个通孔，两组上导杆9分别穿过上连接器10平面端上的两个通孔，然后通过旋紧螺母进行固定，从而实现上导杆9与上连接器10的连接。

上连接器10的凸出端与波浪滑翔器的脐带缆2连接，本实施例中上连接器10的凸出端水平开设有用于连接脐带缆2的通孔。

结合图4、图5和图6所示，本实施例中推进器缓冲单元包括缓冲盒18，水下滑翔推进器3上固定连接有主梁19，缓冲盒18与主梁19固定连接，如图6所示，本实施例中主梁19的中间开设有凹槽20，缓冲盒18位于凹槽20内且与凹槽20固定连接，具体的：凹槽20的两侧均沿其纵向开设有多个连接孔21，如图4和图5所示，缓冲盒18的两侧均焊接固定有固定法兰16，固定法兰16与凹槽20的两侧固定连接，固定法兰16上沿其纵向均开设有多个螺孔17，缓冲盒18安装在主梁19的凹槽20内时，通过在固定法兰16上的螺孔17与凹槽20两侧的连接孔21对齐后再穿入螺栓进行固定，从而将缓冲盒18固定在主梁19上。

缓冲盒18的内部设有下弹性件，下弹性件的中间穿设有下导杆14，下导杆14也为塞打螺栓，本实施例中的下弹性件为下碟簧组15，下碟簧组15和上碟簧组12的结构相同，均是由多个蝶形弹簧片竖向叠加组成。

下导杆14与波浪滑翔器的脐带缆2的底端连接，且缓冲盒18内部设置的下碟簧组15以及下导杆14均至少设有两组，本实施例中下碟簧组15和下导杆14均具有两组，下导杆14穿过下碟簧组15且能够在下碟簧组15内自由活动，下碟簧组15和下导杆14之间的连接配合关系与上碟簧组12和上导杆9之间的连接配合关系相同，在此不再赘述。

本实施例中下导杆14的顶端固定连接有下连接器13，下连接器13也呈T型，下导杆14的顶端与下连接器13的平面端连接，具体的：下导杆14穿过下连接器13的平面端且通过螺母固定，下连接器13的凸出端与波浪滑翔器的脐带缆2的底端连接，从而能够使下导杆14通过下连接器13与脐带缆2实现连接，本实施例中下导杆14通过T型的下连接器13与波浪滑翔器的脐带缆2连接，具体实现的方式同水面艇体缓冲单元中上导杆9、上连接器10以及脐带缆2之间的连接方式，在此不再赘述。

本实施例中上碟簧组12和下碟簧组15的蝶形弹簧片的外径为14mm-20mm，且材质为“304不锈钢”或“316不锈钢”。

使用时，由于在主支撑柱11内部和缓冲盒18内部设计有高强度的上碟簧组12和下碟簧组15用以缓冲，且由于上碟簧组12和下碟簧组15分别由上导杆9和下导杆14串联，而上导杆9和下导杆14又分别通过上连接器10和下连接器13与脐带缆2连接，这样当脐带缆2受到拉力时上连接器10和下连接器13能够同时受力，力通过上导杆9和下导杆14分别传递给上碟簧组12和下碟簧组15，上碟簧组12和下碟簧组15受到压缩开始吸收能量，当作用在脐带缆2上的力变小时上碟簧组12和下碟簧组15回弹，恢复原状，从而实现缓冲吸能的效果。

本实施例中将水面艇体缓冲单元和推进器缓冲单元缓巧妙地隐藏在水面艇体1和水下滑翔推进器3的结构当中并和支撑、吊放、悬挂结构进行综合，最大限度利用了波浪滑翔器自身的空间，从而使缓冲行程大大增加，在不增加波浪滑翔器额外体积的情况下能够最大限度实现了缓冲吸能效果。另外由于本实施例中的缓冲单元并不裸露在外，避免了海生物附着和海洋垃圾缠绕带来的缓冲装置失效等问题，能够有效地减少波浪滑翔器在高海况下的损坏。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：包括水面艇体缓冲单元和推进器缓冲单元，所述水面艇体缓冲单元包括主支撑柱，所述主支撑柱与水面艇体固定连接，所述主支撑柱内部设有上弹性件，所述上弹性件中间穿设有上导杆；所述推进器缓冲单元包括主梁和缓冲盒，所述缓冲盒与所述主梁固定连接，所述缓冲盒的内部设有下弹性件，所述下弹性件的中间穿设有下导杆，所述上导杆和下导杆分别与波浪滑翔器的脐带缆的两端连接；所述上导杆的底端固定连接有上连接器，所述下导杆的顶端固定连接有下连接器，所述上连接器和下连接器均呈T型，所述上导杆的底端与上连接器的平面端连接，所述下导杆的顶端与下连接器的平面端连接，所述上连接器和所述下连接器的凸出端分别与波浪滑翔器的脐带缆连接。

2.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述上导杆和所述下导杆均为螺栓，所述上导杆穿过上连接器的平面端且通过螺母固定，所述下导杆穿过下连接器的平面端且通过螺母固定。

3.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述主支撑柱的底部固定连接有船底支撑法兰，所述主支撑柱的上部固定连接有船甲板支撑法兰，船底支撑法兰和船甲板支撑法兰分别与水面艇体的船底和船甲板连接。

4.根据权利要求3所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述船底支撑法兰与船甲板支撑法兰之间固定连接有辅助支撑柱。

5.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述主支撑柱的顶端连接有吊环。

6.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述主梁的中间开设有凹槽，所述缓冲盒位于凹槽内且与凹槽固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述缓冲盒的两侧固定连接有固定法兰，所述固定法兰与凹槽两侧固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述上弹性件为上碟簧组，所述下弹性件为下碟簧组，所述上碟簧组和所述下碟簧组均由多个蝶形弹簧片竖向叠加组成。

9.根据权利要求8所述的一种波浪滑翔器缓冲结构，其特征在于：所述上碟簧组和下碟簧组均设有至少两组。

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