DE102012206843A1 - Watercraft e.g. surplus water vehicle for observing e.g. oil facility, has electrical device that is controlled by control device, such that casing is deformed towards lateral axis for producing fish-like swimming movements - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug, wobei das Wasserfahrzeug eine Anzahl von Antriebseinrichtungen aufweist. The present invention relates to a watercraft, wherein the watercraft comprises a number of propulsion devices.
Derartige Wasserfahrzeuge sind allgemein bekannt. Insbesondere sind die meisten motorisch angetriebenen Wasserfahrzeuge derart ausgebildet. Such watercraft are well known. In particular, most motorized watercraft are designed in this way.
Die Antriebseinrichtungen des Standes der Technik weisen zumeist eine Schiffsschraube auf, die über eine Welle angetrieben wird. Diese Art des Antriebs in Wasser bzw. anderen dünnflüssigen Medien ist jedoch ineffizient und stört insbesondere durch die hervorgerufenen Turbulenzen die Unterwasserfauna. Die Ineffizienz ist insbesondere dadurch begründet, dass die sich drehende Schiffsschraube im Wasser nicht nur Vortriebsenergie erzeugt, sondern auch Rotationsenergie eines bestimmten Wasservolumens, welche nicht für den Vortrieb genutzt werden kann. Die von der Schiffsschraube ins Wasser eingebrachte Energie kann somit nur zu einem Teil in die gewünschte Vortriebsenergie umgewandelt werden. The drive devices of the prior art usually have a propeller, which is driven by a shaft. However, this type of propulsion in water or other low-viscosity media is inefficient and disturbs the underwater fauna, in particular by the turbulence caused. The inefficiency is in particular due to the fact that the rotating propeller in the water not only generates propulsion energy, but also rotational energy of a certain volume of water, which can not be used for propulsion. The introduced by the propeller into the water energy can thus be converted only in part to the desired propulsion energy.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinrichtung eines Wasserfahrzeugs zu entwickeln, welche eine energieeffiziente Fortbewegung im Wasser ermöglicht. The object of the present invention is to develop a drive device of a watercraft, which enables energy-efficient movement in the water.
Die Aufgabe wird durch ein Wasserfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 18. The object is achieved by a watercraft with the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Wasserfahrzeug der eingangs genannten Art dadurch weiter zu entwickeln,
- – dass die jeweilige Antriebseinrichtung eine jeweilige fischförmige Hülle aufweist,
- – dass die jeweilige Hülle eine jeweilige Längsachse definiert,
- – dass die jeweilige Hülle in Richtung einer zur jeweiligen Längsachse orthogonalen jeweiligen ersten Querachse elastisch oder über einen Gelenkmechanismus verformbar ist und in Richtung einer sowohl zur jeweiligen Längsachse als auch zur jeweiligen ersten Querachse orthogonalen jeweiligen zweiten Querachse zumindest weitgehend verformungssteif ausgebildet ist,
- – dass in der jeweiligen Hülle eine Mehrzahl von auf die jeweilige Hülle wirkenden elektrischen Antrieben angeordnet ist,
- – dass die in der jeweiligen Hülle angeordneten Antriebe von einer Steuereinrichtung individuell ansteuerbar sind,
- – dass die Ansteuerung der in der jeweiligen Hülle angeordneten Antriebe durch die Steuereinrichtung derart erfolgt, dass die jeweilige Hülle in Richtung der jeweiligen ersten Querachse derart deformiert wird, dass die jeweilige Hülle fischartige Ganzkörperschwimmbewegungen ausführt.
- - That the respective drive means comprises a respective fish-shaped shell,
- - That the respective shell defines a respective longitudinal axis,
- - That the respective sheath in the direction of an orthogonal to the respective longitudinal axis of the respective first transverse axis is elastically deformable or via a hinge mechanism and is formed in the direction of an orthogonal to both the respective longitudinal axis and the respective first transverse axis respective second transverse axis at least substantially deformation-resistant
- That a plurality of electrical drives acting on the respective casing are arranged in the respective casing,
- - That the arranged in the respective shell drives are individually controlled by a control device,
- - That the control of the arranged in the respective shell drives by the control device takes place such that the respective shell is deformed in the direction of the respective first transverse axis such that the respective shell performs fishy Whole-body swimming motions.
Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die von der jeweiligen Antriebseinrichtung ins Wasser eingebrachte Energie nahezu ausschließlich in Vortriebsenergie umzusetzen. Rotationsenergie und Wirbel werden nahezu vollständig vermieden. This configuration makes it possible to convert the energy introduced into the water by the respective drive device almost exclusively into propulsion energy. Rotation energy and vortices are almost completely avoided.
Vorzugsweise umschließt die jeweilige Hülle einen jeweiligen Hohlraum wasserdicht. Dadurch kann auf relativ einfache Weise ein elektrisch sicherer Betrieb gewährleistet werden. Preferably, the respective shell encloses a respective cavity waterproof. As a result, an electrically safe operation can be ensured in a relatively simple manner.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest einige der in der jeweiligen Hülle angeordneten Antriebe als elektrische Linearantriebe ausgebildet sind, dass die Linearantriebe jeweils ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweisen, dass die Primärteile der Linearantriebe jeweils in einem ersten Bereich der jeweiligen Hülle an der jeweiligen Hülle befestigt sind, dass die Sekundärteile der Linearantriebe über Verbindungselemente jeweils auf einen zweiten Bereich der jeweiligen Hülle wirken und dass die ersten Bereiche der jeweiligen Hülle und die zweiten Bereiche der jeweiligen Hülle in Richtung der jeweiligen Längsachse gesehen voneinander beabstandet sind. Durch diese Ausgestaltung können die Ganzkörperschwimmbewegungen auf besonders effiziente Weise erzeugt werden. It is preferably provided that at least some of the drives arranged in the respective casing are designed as electric linear drives, that the linear drives each have a primary part and a secondary part, that the primary parts of the linear drives are respectively fastened to the respective casing in a first region of the respective casing in that the secondary parts of the linear drives act in each case on a second region of the respective casing via connecting elements and that the first regions of the respective casing and the second regions of the respective casing are spaced apart in the direction of the respective longitudinal axis. With this configuration, the whole-body swimming movements can be generated in a particularly efficient manner.
Es ist möglich, dass das Wasserfahrzeug als Überwasserfahrzeug ausgebildet ist. Alternativ kann das Wasserfahrzeug als – bemanntes oder unbemanntes – Unterwasserfahrzeug ausgebildet sein. In diesem Fall weist das Unterwasserfahrzeug eine Außenhülle auf. It is possible that the vessel is designed as a surface vehicle. Alternatively, the vessel may be designed as a manned or unmanned underwater vehicle. In this case, the underwater vehicle has an outer shell.
Falls das Wasserfahrzeug als Unterwasserfahrzeug ausgebildet ist, ist es möglich, dass die Anzahl an Antriebseinrichtungen exakt eins ist und die fischförmige Hülle der Antriebseinrichtung mit der Außenhülle des Unterwasserfahrzeugs identisch ist. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere bei einem unbemannten Unterwasserfahrzeug an. Sie ist prinzipiell jedoch auch bei einem bemannten Unterwasserfahrzeug realisierbar. If the vessel is designed as an underwater vehicle, it is possible that the number of propulsion devices is exactly one and the fish-like shell of the propulsion device is identical to the outer shell of the submersible. This embodiment is particularly suitable for an unmanned underwater vehicle. In principle, however, it can also be implemented in a manned underwater vehicle.
Das Wasserfahrzeug weist im Falle seiner Ausbildung als Unterwasserfahrzeug in der Regel einen Energiespeicher zum Versorgen des Wasserfahrzeugs mit elektrischer Energie auf. Der Energiespeicher kann beispielsweise als Akkumulator oder Batterie (beispielsweise in Lithiumionentechnik) und/oder aus einer Brennstoffzelle bestehen. Vorzugsweise ist der Energiespeicher mit einer Einspeiseeinrichtung verbunden, über die bei getauchtem Wasserfahrzeug elektrische Energie in den Energiespeicher einspeisbar ist. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich insbesondere lange Aufenthaltsdauern unter Wasser. In the case of its design as an underwater vehicle, the vessel usually has an energy store for supplying the vessel with electrical energy. The energy store can be made, for example, as an accumulator or battery (for example in lithium-ion technology) and / or from a fuel cell. Preferably, the energy storage is connected to a feed device, on the submerged in the watercraft electrical energy in the Energy storage is fed. This configuration results in particular long residence times under water.
Besonders bevorzugt ist, dass die Einspeiseeinrichtung induktiv oder kapazitiv an eine Unterwasserladestation ankoppelbar ist. In diesem Fall müssen keine Öffnungen vorgesehen sein, welche Schwachstellen eines Druckkörpers und potentielle Leckstellen sein können. Vielmehr kann der Druckkörper als mehr oder minder vollständig geschlossener Druckkörper ausgebildet sein. It is particularly preferred that the feed device can be coupled inductively or capacitively to an underwater charging station. In this case, no openings must be provided, which can be weak points of a pressure hull and potential leaks. Rather, the pressure body can be designed as a more or less completely closed pressure body.
Insbesondere im Falle eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs (englisch: UUV = Unmanned Underwater Vehicle) sollte das Wasserfahrzeug vorzugsweise Sensoren aufweisen, mittels derer es Informationen aus der Umgebung des Wasserfahrzeugs erhalten kann. Die Sensoren können beispielsweise optischer Natur (Kamera oder dergleichen) oder akustischer Natur (Sonarsysteme) sein. Gegebenenfalls können auch zugehörige Sendeeinrichtungen (im optischen Falle Scheinwerfer, im akustischen Falle Sonarsignalgeber) vorhanden sein. Sowohl die Sensorsysteme als auch die Sendeeinrichtungen können gegebenenfalls orientierbar sein, beispielsweise in ein, zwei oder drei Achsen schwenkbar. Derartige Unterwasserfahrzeuge können insbesondere für Beobachtungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise für Einrichtungen der Öl- und Gasindustrie oder für biologische Beobachtungen, beispielsweise von Fischschwärmen. In particular, in the case of an unmanned underwater vehicle (UUV = Unmanned Underwater Vehicle), the vessel should preferably have sensors, by means of which it can obtain information from the environment of the vessel. The sensors may, for example, be of an optical nature (camera or the like) or of an acoustic nature (sonar systems). Optionally, also associated transmitting devices (in the optical case headlights, in the acoustic case sonar signal generator) may be present. If appropriate, both the sensor systems and the transmitting devices can be orientable, for example, pivotable in one, two or three axes. Such underwater vehicles can be used in particular for observation purposes, for example for facilities in the oil and gas industry or for biological observations, such as schools of fish.
Es ist sogar möglich, dass ein entsprechendes Unterwasserfahrzeug Befestigungsstationen für Sprengladungen aufweist. Dadurch können – beispielsweise im industriellen Bereich – Sprengladungen exakt positioniert werden, ohne dass ein Taucher an die betreffende Stelle tauchen muss. Es ist auch möglich, das entsprechende Unterwasserfahrzeug als Waffenträger im militärischen Bereich einzusetzen, beispielsweise für Torpedos oder Sprengladungen. It is even possible that a corresponding underwater vehicle has fastening stations for explosive charges. As a result, explosive charges can be precisely positioned, for example in the industrial sector, without a diver having to dive into the relevant location. It is also possible to use the corresponding underwater vehicle as a weapon carrier in the military field, for example for torpedoes or explosive charges.
Unabhängig davon, ob das Wasserfahrzeug als Überwasserfahrzeug oder als Unterwasserfahrzeug ausgebildet ist, kann das Wasserfahrzeug einen Rumpf aufweisen. In diesem Fall kann die jeweilige Hülle über eine jeweilige Verbindungsstruktur mit dem Rumpf verbunden sein. Regardless of whether the vessel is designed as an overwater vehicle or as an underwater vehicle, the vessel may have a hull. In this case, the respective sheath may be connected to the hull via a respective connection structure.
Vorzugsweise ist die jeweilige Verbindungsstruktur als hohle Verbindungsstruktur ausgebildet. Dadurch ist es möglich, dass im Inneren der jeweiligen Verbindungsstruktur Energieversorgungsleitungen zum Versorgen der in der jeweiligen Hülle angeordneten Antriebe mit elektrischer Energie verlaufen. Preferably, the respective connection structure is formed as a hollow connection structure. As a result, it is possible for energy supply lines to supply electrical energy to the drives disposed in the respective envelope inside the respective connection structure.
Es ist möglich, dass die jeweilige Verbindungsstruktur mit dem Rumpf und/oder mit der jeweiligen Hülle drehbar verbunden ist, so dass die jeweilige Hülle relativ zum Rumpf um eine zur jeweiligen Längsachse orthogonale jeweilige Drehachse drehbar ist. It is possible that the respective connecting structure is rotatably connected to the hull and / or with the respective sheath, so that the respective sheath is rotatable relative to the hull about a respective axis of rotation orthogonal to the respective longitudinal axis.
In Richtung der jeweiligen Längsachse gesehen voneinander verschiedene Bereiche der jeweiligen Hülle nehmen in Richtung der jeweiligen ersten Querachse gesehen eine jeweilige maximale Auslenkung an. Vorzugsweise ist die jeweilige Verbindungsstruktur mit der jeweiligen Hülle in demjenigen Bereich der jeweiligen Hülle verbunden, in dem die jeweilige maximale Auslenkung des entsprechenden Bereichs der jeweiligen Hülle minimal ist. Durch diese Ausgestaltung können alternierende Drehmomente, welche das Wasserfahrzeug ins Schaukeln versetzen können, so gering wie möglich gehalten werden. Viewed in the direction of the respective longitudinal axis from each other different areas of the respective shell take in the direction of the respective first transverse axis seen a respective maximum deflection. Preferably, the respective connection structure is connected to the respective sheath in the region of the respective sheath in which the respective maximum deflection of the corresponding region of the respective sheath is minimal. By means of this embodiment, alternating torques which can cause the vessel to rock are kept as low as possible.
Es ist möglich, dass die Anzahl an Antriebseinrichtungen größer als eins ist. Die jeweiligen Hüllen üben durch die fischartigen Ganzkörperschwimmbewegungen der jeweiligen Hüllen auf den Rumpf jeweils ein Drehmoment um eine parallel zur jeweiligen Längsachse der jeweiligen Hülle verlaufende Rumpfachse aus. In dem Fall, dass die Längsachsen der Hüllen parallel zueinander verlaufen, ist es möglich, dass die Ansteuerung der in den jeweiligen Hüllen angeordneten Antriebe durch die Steuereinrichtung hüllenübergreifend derart koordiniert wird, dass die von den Hüllen auf den Rumpf ausgeübten Drehmomente sich so weit wie möglich kompensieren. Dadurch können die Schaukelbewegungen, die bei einer einzigen Antriebseinrichtung prinzipbedingt nicht völlig vermieden werden können, deutlich reduziert werden, unter Umständen sogar völlig vermieden werden. It is possible that the number of drive devices is greater than one. The respective sheaths exert a torque about a fuselage axis extending parallel to the respective longitudinal axis of the respective sheath through the fish-like full-body swimming movements of the respective sheaths on the hull. In the event that the longitudinal axes of the sheaths are parallel to one another, it is possible that the control of the drives arranged in the respective sheaths is coordinated by the control device in such a way that the torques exerted by the sheaths on the hull are as far as possible compensate. As a result, the rocking movements that can not be completely avoided in a single drive device in principle, can be significantly reduced, may even be completely avoided.
Alternativ oder zusätzlich zum Vorsehen von mehreren Antriebseinrichtungen ist es möglich, dass die jeweilige Verbindungsstruktur zur jeweiligen Hülle und/oder zum Rumpf hin quer zur Richtung der zweiten Querachse gesehen linear bewegbar ist. Durch diese Ausgestaltung können zum einen Rückwirkungen auf den Rumpf minimiert werden und kann zum anderen die Effizienz des Antriebs optimiert werden. As an alternative or in addition to the provision of a plurality of drive devices, it is possible for the respective connection structure to be linearly movable relative to the respective casing and / or the hull transversely to the direction of the second transverse axis. By means of this embodiment, on the one hand, repercussions on the hull can be minimized and, on the other hand, the efficiency of the drive can be optimized.
Die jeweilige Hülle weist in Richtung der jeweiligen Längsachse gesehen eine jeweilige Längserstreckung, in Richtung der jeweiligen ersten Querachse gesehen eine jeweilige erste Quererstreckung und in Richtung der jeweiligen zweiten Querachse gesehen eine jeweilige zweite Quererstreckung auf. Vorzugsweise ist die jeweilige Längserstreckung größer als die jeweiligen Quererstreckungen. As viewed in the direction of the respective longitudinal axis, the respective casing has a respective longitudinal extension, seen in the direction of the respective first transverse axis, a respective first transverse extension and, viewed in the direction of the respective second transverse axis, a respective second transverse extension. Preferably, the respective longitudinal extension is greater than the respective transverse extensions.
Vorzugweise ist die jeweilige zweite Quererstreckung größer als die jeweilige erste Quererstreckung. Preferably, the respective second transverse extent is greater than the respective first transverse extent.
Besonders bevorzugt ist, dass die jeweilige Hülle die Form einer Forelle aufweist. It is particularly preferred that the respective casing has the shape of a trout.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung: The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in more detail in conjunction with the drawings. Here are shown in a schematic representation:
Gemäß den
Nachfolgend wird in Verbindung mit den weiteren FIG in der Regel das Wasserfahrzeug von
Gemäß den
Die Hülle
Vorzugsweise umschließt die Hülle
Die Antriebe
Es ist möglich, dass die Antriebe
Wie bereits erwähnt, ist es möglich, dass die jeweilige Antriebseinrichtung
Entsprechend der Darstellung in den
Im Falle eines Unterwasserfahrzeugs ist es – ebenso wie bei einem Überwasserfahrzeug – möglich, dass die Anzahl an Antriebseinrichtungen
Die Verbindungsstruktur
Die Verbindungsstruktur
Wie insbesondere in
Trotz der entsprechenden Anordnung der Verbindungsstruktur
In dem Fall, dass das Wasserfahrzeug eine einzige Antriebseinrichtung
Alternativ oder zusätzlich zum Vorhandensein mehrerer Antriebseinrichtungen
Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist auf einfache Weise ein sehr energieeffizienter Antrieb des Wasserfahrzeugs möglich. The watercraft according to the invention has many advantages. In particular, a very energy-efficient drive of the vessel is possible in a simple manner.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Claims (18)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103744127A (en) * | 2013-12-26 | 2014-04-23 | 南通航运职业技术学院 | Underwater exploration equipment |
US20230088089A1 (en) * | 2021-09-23 | 2023-03-23 | City University Of Hong Kong | Underwater vehicle with front-rear distributed drive |
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2012
- 2012-04-25 DE DE201210206843 patent/DE102012206843A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103744127A (en) * | 2013-12-26 | 2014-04-23 | 南通航运职业技术学院 | Underwater exploration equipment |
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US11772761B2 (en) * | 2021-09-23 | 2023-10-03 | City University Of Hong Kong | Underwater vehicle with front-rear distributed drive |
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