CN1323898C - 海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器 - Google Patents

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Abstract

海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器，是一种设置了联动活塞、不需要自带能源、利用海洋能的在温跃层滑翔运行的水下运载器。本发明包括外壳、工作流体腔、活塞、弹簧、连杆、液体腔、液体缸、工质缸、垂直尾翼、水平机翼、可变容积胆、液体活塞、输液管。利用海洋能，使得可变容积胆体积膨胀、缩小，进而使得运载器上升、下降，并利用联动机构使水平机翼改变角度，使运载器获得向前上或前下方滑行运动的推力。不论运载器获得向上的升力或是向下的压力，都会向前运行。如此周而复始，运载器持续以“之”字型向前滑行，运载器可以长期在水中运行，无需补充能源，制造成本和运行成本低廉，在涉及海洋水下工作的各个领域有重大的实用价值。

Description

海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器
技术领域
本发明涉及一种水下运载器，尤其是一种设置了联动活塞、不需要自带能源、滑翔运行的海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器，属于船舶工程技术领域中水下居住或作业的设备。
背景技术
目前已有的水下运载器都需要携带能源以驱动前进。由于携带能源所需占用的容积和本身重量的限制，使携带能源的数量受到严格的限制，以至束缚了水下运载器的运行时间和航程。能源的携带也提高了运行成本和制造成本。
已有技术中，专利号为96112523.3的水翼式潜水船发明专利，是将水翼反向安装在潜水船下，利用潜水船在水面向前行驶而产生向下沉力以克服潜水船的储备浮力，使其潜入水下，但向前行驶的动力仍需潜艇自身提供，运转费用昂贵。专利号为01100006.6的滑翔潜艇发明专利，其潜艇在水下是依赖滑翔翼滑行，滑翔翼需依靠人力操纵和驱动，不能持久远程运行。专利号为02130748.2的多方式驱动滑翔潜艇发明专利，是利用风力发电机发电借助蓄电池以获得潜艇的前进动力，其航程受限于蓄电池的寿命，又因为必须回到水面补充能源而限制了应用范围。上述三种技术都由于能量来源而束缚了自身的运行时间和航程。携带能源的消耗也提高了运行成本和制造成本。
发明内容
为了克服现有水下运载器需要自行携带能源、不能长期在水下工作的不足，本发明提供一种海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器。
本发明包括外壳、工作流体腔、活塞、弹簧、连杆、液体腔、液体缸、工质缸、垂直尾翼、水平机翼、可变容积胆、液体活塞、输液管。
运载器外壳是一流线型中空壳体，可减少在水中航行时的阻力。工作流体腔安装在外壳艏部，其内充满具有热胀冷缩性质的工质。圆柱型的工质缸安装在工作流体腔的后面，工质缸的外部包有一层厚厚的导热材料层，导热材料层的外表面与外壳的内表面紧密贴合，活塞安装在工质缸中，活塞的前部空间与工作流体腔相通，弹簧一端与活塞的后端面相连，另一端与工质缸的底部相连，液体缸8安置在外壳的后部，液体缸中的液体活塞通过连杆与前部的工质缸中的活塞连接。液体活塞的前部空间是液体腔。液体腔中充满着在海水环境中任何情况都保持为液态的低熔点的流体。
可变容积胆安装在外壳的底部，液体腔通过输液管与可变容积胆相通。当其中所盛的液体压力提高时，可变容积胆膨胀，体积变大，使整个运载器的总容积增大，浮力提高，获得向上的浮力。反之，当可变容积胆所盛的液体压力下降时，可变容积胆收缩，浮力下降，运载器获得下沉力。
垂直尾翼安置在外壳的尾部上方；水平机翼安置在外壳前半部的两侧，通过传动机构与连杆联动，随着连杆左右移动改变向前的迎角，控制运载器的上升和下降，保持运载器本身的平衡和获得足够的水中浮力。
该水下运载器必须在海洋的温跃层附近上下运行。当它浮到温跃层以上的海水层时，水温较高，通过导热材料层将热量传递给工作流体腔内的工质，使工质受热体积膨胀，推动活塞向右运动，同时挤压弹簧，将部分能量储存于弹簧内。该运动通过连杆，使液体活塞也向右移动，液体腔容积增大，其中所盛液体压力下降，可变容积胆中的液体回流进入液体腔，可变容积胆收缩，运载器总体容积变小，浮力下降，形成向下的下沉力。连杆向右移动时，水平机翼的倾角变成斜向下的位置，使运载器获得向前下方滑行运动的推力，运载器向前下方滑行，进入温跃层以下的冷水层时，工作流体腔内的工质，通过导热材料层将热量释放给冷海水，温度下降，容积缩小，工作流体腔内的压力下降，借助弹簧的恢复力，活塞向左移动，通过连杆使液体活塞也向左移动，液体腔容积减少，液体压力升高后流入可变容积胆，使可变容积胆体积膨胀，运载器总体容积增大，获得向上的浮力。连杆向左移动时，水平机翼的倾角变成斜向上的位置，使运载器获得向前上方滑行运动的推力向前上方滑行，进入温水层。
不论运载器获得向上的升力或是向下的下沉力，都会向前运行。如此周而复始，运载器持续以“之”字型向前滑行，无需自带能源就能获得向前的推力。
本发明的有益效果是，运载器可以长期在水中运行，无需补充能源，制造成本和运行成本低廉，在涉及海洋水下工作的各个领域有重大的实用价值。
附图说明
图1是本发明水下运载器驱动装置结构原理图。
图2是本发明水下运载器侧视图。
图中  1.外壳、2.导热材料层3.工作流体腔、4.活塞、5.弹簧、6.连杆、7.液体腔、8.液体缸、9.工质缸、10.垂直尾翼、11.水平机翼、12.可变容积胆、13.液体活塞、14.输液管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。
如图1、图2所示，本发明包括外壳1、工作流体腔3、活塞4、弹簧5、连杆6、液体腔7、液体缸8、工质缸9、垂直尾翼10、可旋转水平机翼11、可变容积胆12、液体活塞13、输液管14。
运载器流线型外壳1是一纺锤形中空壳体，工作流体腔3安装在艏部外壳1内，其内充满具有热胀冷缩性质的R-22制冷工质。圆柱型的工质缸9安装在工作流体腔3的后面，工质缸9的外表面包有用铜合金材料制成的导热材料层2，导热材料层2的外表面与外壳1的内表面紧密贴合，活塞4安装在工质缸9中，活塞4的前部空间与工作流体腔3相通，弹簧5一端与活塞4的后端面相连，另一端与工质缸9的底部相连，液体缸8安置在外壳1的后部，液体缸8中的液体活塞13通过连杆6与活塞4连接。液体腔7位于液体活塞13的前部空间内。液体腔7中充满着熔点为-12℃的正十二烷，正十二烷是具有良好流动性的流体，在海水环境中工作的任何情况都保持为液态。
可变容积胆12安装在外壳1的底部，液体腔7通过输液管14与可变容积胆12相通。可变容积胆12是由具有弹性的橡胶材料制成。当其中所盛的液体压力提高时，可变容积胆12膨胀，体积变大，使整个运载器的总容积增大，浮力提高，获得向上的浮力。反之，当可变容积胆12所盛的液体压力下降时，可变容积胆12收缩，浮力下降，运载器获得下沉力。
垂直尾翼10安置在外壳1的尾部上方；垂直尾翼10可以根据运载器事先设定的行走路线左右转动，以控制运载器本身的姿态和左右前进的方向。
水平机翼11安置在外壳1前半部的两侧，通过传动机构与连杆6联动，水平机翼11随着连杆6的左右移动改变向前的迎角，控制运载器的上升和下降，保持运载器本身的平衡和获得足够的水中浮力。
该水下运载器必须在海洋的温跃层附近上下运行。当它浮到温跃层以上的海水层时，水温较高，通过导热材料层2将热量传递给工作流体腔3内的工质，使工质受热体积膨胀，推动活塞4向右运动，同时挤压弹簧5，将部分能量储存于弹簧5内。该运动通过连杆6，传递到液体活塞13，使液体活塞13联动，也向右移动，液体腔7容积增大，其中所盛液体压力下降，可变容积胆12中的液体回流进入液体腔7，使可变容积胆12收缩，运载器总体容积变小，浮力下降，形成向下的下沉力。连杆6向右移动时，水平机翼11的倾角随着连杆6的移动变成斜向下的位置，使运载器获得向前下方滑行运动的推力。运载器向前下方滑行，进入温跃层以下的冷水层时，工作流体腔3内的工质，通过导热材料层2将热量释放给冷海水，温度下降，容积缩小，工作流体腔3内的压力下降，借助弹簧5的恢复力，活塞4向左移动，通过连杆6使液体活塞13也向左移动，液体腔7容积减少，液体压力升高后流入可变容积胆12，使可变容积胆12体积膨胀，运载器总体容积增大，获得向上的浮力。连杆6向左移动时，水平机翼11的倾角随着连杆6的移动变成斜向上的位置，使运载器获得向前上方滑行运动的推力。运载器向前上方滑行，进入温跃层以上的海水层。
由此，不论运载器获得向上的升力或是向下的下沉力，都会向前运行。如此周而复始，运载器持续以“之”字型向前滑行，无需自带能源就能获得向前的推力。

Claims (3)

1.一种海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器，包括外壳(1)、工作流体腔(3)、活塞(4)、弹簧(5)、连杆(6)、液体腔(7)、液体缸(8)、工质缸(9)、垂直尾翼(10)、可旋转水平机翼(11)、可变容积胆(12)、液体活塞(13)、输液管(14)，其特征在于运载器外壳(1)是一流线型中空壳体，工作流体腔(3)安装在外壳(1)艏部，圆柱型的工质缸(9)安装在工作流体腔(3)的后面，工质缸(9)的外表面包有导热材料层(2)，活塞(4)安装在工质缸(9)中，活塞(4)的前部空间与工作流体腔(3)相通，弹簧(5)一端与活塞(4)的后端面相连，另一端与工质缸(9)的底部相连，液体缸(8)安置在外壳(1)的后部，液体缸(8)中的液体活塞(13)通过连杆(6)与活塞(4)连接，液体腔(7)位于液体活塞(13)的前部空间内；可变容积胆(12)安装在外壳(1)的底部，液体腔(7)通过输液管(14)与可变容积胆(12)相通，垂直尾翼(10)安置在外壳(1)的尾部上方；水平机翼(11)安置在外壳(1)前半部的两侧，在工作流体腔(3)内，充满具有热胀冷缩性质的R-22制冷工质，液体腔(7)内充满着熔点为-12℃的正十二烷液体；水平机翼(11)与连杆(6)通过传动机构联动。
2.根据权利要求1所述的海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器，其特征是所述的运载器流线型外壳(1)是一纺锤形中空壳体。
3.根据权利要求1所述的海洋能驱动的联动活塞式水下滑翔运载器，其特征是所述的可变容积胆(12)是由具有弹性的橡胶材料制成，导热材料层(2)采用铜合金材料制成，其外表面与外壳(1)的内表面紧密贴合。
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