CN100436251C - 多方式驱动滑翔潜艇 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有水下、水面两种工作性能、主要以海上丰富的可反复利用的风能资源为动力的、采用滑翔、风帆、螺旋桨三种驱动方式驱动的的滑翔潜艇。该潜艇由艇体、升降舵、垂直尾翼、多功能帆翼、风力发电机、蓄电池、电力驱动***、人力驱动***、柴电一体化***、潜艇升降***、以及生命支持***、通信及全球定位***、声纳***等构成。本潜艇在水下采用滑翔翼或螺旋桨驱动，在水面采用风帆或螺旋桨驱动的同时还可以利用风力发电机发电。在潜艇处于水下工作状态时，通过改变潜艇的比重使潜艇上浮和下沉，将这种重力与浮力的变化通过多功能帆翼变化成潜艇的前进动力。

Description

多方式驱动滑翔潜艇
技术领域：
本发明涉及一种用多种方式驱动潜艇前进的新型船艇。
技术背景：
目前的潜艇按照配备的动力***区分，有核动力潜艇、柴电混合动力潜艇、和燃料电池动力潜艇。这些类型的潜艇的一个共同的特点是必须配备不可再生的能源和动力***；采用螺旋浆驱动；无法用人力驱动。
本申请人申请的发明名称为《滑翔潜艇》的中国专利申请ZL 01100006.6公开了一种靠人力操纵和驱动的、主要将往复变化的重力与浮力转换成前进动力的滑翔潜艇。本潜艇在水下采用滑翔翼或螺旋桨驱动的、在水面采用风帆或螺旋桨驱动的。这种滑翔潜艇是由高耐压艇体、艇翼、升降水囊、水箱、升降舵、垂直尾翼、脚踏螺旋浆动力***、脚踏式排水柱塞缸***、等构成。在潜艇处于水面状态时靠帆翼驱动和踏动螺旋桨驱动。在潜艇处于水下工作状态时，通过改变潜艇的比重使潜艇上浮和下沉，将这种重力与浮力的变化通过艇翼变化成潜艇的前进动力。
由于潜艇主要运行在无氧与高压的水下环境，当潜艇不具有充足的能量时，无法实现必要的氧气再生循环。所以单纯的依靠人力在水下运动时，该潜艇不具有在水下长时间停留和运动的能力，其运载量也只能是几个人的水平。
由于这种潜艇依靠人力排水以使潜艇从向下滑翔状态进入向上滑翔状态，所以其最大下潜深度受人力能够达到的排水压力限制。当人力能够达到的排水压力小于艇外压力时，艇内水箱的水就无法用人力排出艇外。我们知道，一般人脚的蹬力在能够较长时间出力的情况下，很少能够超过100千克。当滑翔潜艇的水箱排水阀的内径面积达到5平方厘米时(要保证一定的排水量以保证潜艇的操纵性)，100千克的蹬力产生平均20千克/平方厘米的压强，就是说潜艇这时的最大下潜深度理论上不应该超过200米。
目前的常规潜艇，不论其性能多么先进，在其携带的燃料用完之前，必须要回到母港或采用其他方式从外界得到补充，所以其活动半径和最大航程有一定的限度。
发明内容：
本发明的目的是要提供一种具有水下、水面两种工作性能，主要以海上丰富的可反复利用的风能资源为动力的、采用滑翔、风帆、螺旋浆三种驱动方式驱动的、即可以靠机械(风能发电机、柴电一体化、燃料电池等)操纵和驱动，也可以靠人力操纵和驱动的，在水下采用滑翔翼驱动或螺旋桨驱动、在水面采用风帆驱动或螺旋桨驱动的新型潜艇。
本发明的目的是这样实现的：这种多方式驱动潜艇是由高耐压艇体、多功能帆翼、升降舵、垂直尾翼、内燃机、发电机、风力发电机、高能蓄电池、燃料电池、脚踏螺旋浆动力***、潜艇升降控制***、艇内水箱、艇外可变线型升降水气囊、帆翼操纵***、以及生命支持***、通信及全球定位***、声纳***等构成。其工作原理是：潜艇的艇内水箱和艇外可变线型升降水气囊以及水泵、脚踏式排水柱塞缸及相应的连接阀门是一个封闭***，通过相应的管路连接起来，构成潜艇的升降控制***。艇外可变线型升降水气囊是由高强度和高弹性软体材料构成，对称的置于艇体下方的两侧。在潜艇处于水面状态时，水囊内充满了水或气体。这时潜艇就象一条在水面上运行的三体船，具有较好的稳定性和线型。这时潜艇用多功能帆翼驱动，也可以用内燃机驱动。打开与艇内水箱之间的连接阀门，因为艇外水囊的水的压力在正常情况下始终比艇内水箱高，所以这时水囊内的水向艇内水箱流动，水囊收缩，潜艇的排水体积逐步缩小，潜艇逐步下沉，当体积缩小到一定程度时，艇体的比重大于水，潜艇就会下沉，这时关闭阀门，拉动升降舵操纵杆，将升降舵的角度调整好，将下沉的重力通过艇翼变化成前进的动力。就可以让潜艇成一定的角度向下前方运动。当潜艇达到安全深度的界限时，操纵潜艇升降***，将水箱内的水排到水囊内，这时水囊膨胀，潜艇的比重下降，当比重小于水时，潜艇上浮，通过艇翼将这种浮力变化成前进的动力，这时通过升降舵操纵杆调整好升降舵的角度，就可以让潜艇成一定的角度向上前方运动，直到浮出水面。如果不使潜艇浮出水面，可以在潜艇到达一定的高度后，将水囊内的水再排入水箱，重复前一个下潜过程，这样往复排放，使潜艇成之字形在水下前进。
当潜艇的比重与水相同时，潜艇在水中处于一种相对稳定的状态，这时即可以靠蓄电池、电机推动潜艇前进，也可以靠脚踏螺旋桨推动潜艇前进。这时潜艇靠升降舵和垂直舵来控制运动方向。
当情况需要时，可以将其浮出水面，将帆翼升起，靠风力前进；也可以利用帆翼上的风力发电机为蓄电池充电；也可以在利用帆翼行进的同时，利用风力发电机为蓄电池充电。
帆翼的中间有一个圆孔，圆孔的圆周框架是由钢性材料构成。这种帆翼结构有两个功能：一是帆翼在水中做为艇翼使用时，该圆孔正好与潜艇观测窗吻合，从而保证观测窗的正常工作；一是帆翼在水面做为风帆使用时，孔内安装一台风力发电机，利用风帆的集风效应，利用较小的风扇叶直径，取得较大的发电功率。
对于本潜艇来说，由于其生活空间狭小，其海上独立生存环境比较恶劣，这就要求它必须充分的利用一切可利用的空间。所以用来控制潜艇升降的***是相对封闭的，工作液体可以是淡水。当潜艇配有海水过虑淡化装置和小型发动机时，水箱内相对独立的空间也可以贮存部分油料。
为加快潜艇的上浮和运行速度，也可以去掉或设而不用升降水囊3，下沉时，将海水直接注入艇内水箱，上浮时，将艇内水箱的水直接排入海洋。
由于采用上述技术方案，使得本潜艇即具有操纵灵活的特点，又具有良好的驱动效率与速度和极好的隐蔽性能(噪音极低)。使其在海底探险、旅游观光等方面具有一定的实用性，也可以在某种情况下用于军事目的。
附图说明：
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。
附图1是本多方式驱动潜艇的结构示意图的前视图；
附图2是本多方式驱动潜艇的结构示意图的俯视图；
附图3是本多方式驱动潜艇的结构示意图的侧视图；
附图4是潜艇处于水面靠帆翼驱动或发电时的示意图；
附图5是本滑翔潜艇的升降控制原理图。
图中标号：艇体(1)、升降舵(2)、升降水囊(3)、供氧孔及拖拽点(4)、艇门及观测窗(5)、垂直尾翼(6)、多功能帆翼(7)、螺旋桨(8)、帆翼固定栓(9)、帆翼顶端支撑杆(10)、帆翼支撑杆(11)、帆翼角度控制轮及帆翼控制绳进入艇体点(12)、帆翼角度控制绳(13)、帆翼底端支撑杆(14)、可调帆翼固定栓(15)、帆翼升降控制绳(16)、防撞点及控制绳传动与固定轮(17)、弹性帆翼固定绳(18)、舵(19)、帆翼角度控制轮(20)、帆翼升降控制轮(21)、人力驱动***(22)、高耐压艇内水箱(23)、内燃机或电机离合与驱动装置(24)、推力轴承及轴封(25)、柴油机、发电机一体化驱动***(26)、燃料电池或蓄电池***(27)、风力发电机(28)、高压氧气瓶(29)、充气阀(30)、水囊排水阀(31)、柱塞缸脚踏板(32)、脚踏板联动杆(33)、柱塞缸(34)、水箱单向排水阀(35)、单向阀(36)、下潜控制阀(37)、水箱排水阀(38)、进气阀(39)、并接电泵操作潜艇升降***(40)、潜艇超压保护充气阀(41)。
具体实施方式：
在附图中，潜艇的工作原理是：潜艇的艇内水箱(23)、艇外升降水囊(3)、脚踏式排水柱塞缸(34)、以及各种阀门和管路是一个封闭***，通过相应的管路连接起来。并接电泵操作潜艇升降***(40)通过相应的连接管路与该***并联一起，使得我们即可以用人力，也可以用机械来控制潜艇的升降。在潜艇处于水面状态时，升降水囊(3)内充满了水或气体，此时潜艇处于水面工作或半潜式工作状态。此时，可以通过操纵帆翼角度控制轮(20)和帆翼升降控制轮(21)，升起多功能帆翼(7)，并调整好迎风角度，借助风力前进(见附图4)。在水面状态时，也可以靠人力驱动***(22)之中配置的脚踏式轮盘、通过传动链条、飞轮、正反转离合器等装置带动螺旋桨传动轴及螺旋桨(8)旋转，从而推动潜艇前进。必要时以上这两种驱动方式可以同时使用。
当要把潜艇转入水下工作状态时，打开下潜控制阀(37)、因为艇外升降水囊(3)内的水的压力在正常情况下始终比艇内水箱(23)高，所以这时水囊(3)内的水向艇内水箱(23)流动，水囊(3)收缩，潜艇的排水体积逐步缩小，潜艇逐步下沉，当体积缩小到一定程度时，艇体的比重大于水，潜艇就会下沉，这时关闭阀门，拉动升降舵操纵杆，调整好升降舵(2)的角度，就可以让潜艇成一定的角度向下前方运动。当潜艇达到安全深度的界限时，操纵并接电泵操作潜艇升降***(40)、或踏动柱塞缸脚踏板(32)，使柱塞缸(34)工作，通过水箱单向排水阀(35)和单向阀(36)，将水箱(23)内的水排到水囊内(3)，这时水囊(3)膨胀，潜艇的比重逐步下降，当比重小于水时，潜艇上浮。这时调整好升降舵(2)的角度，就可以让潜艇成一定的角度向上前方运动，直到浮出水面。如果不使潜艇浮出水面，可以在潜艇到达一定的高度后，将水囊(3)内的水再排入水箱，重复前一个下潜过程，这样往复排放，使潜艇成之字形在水下前进。
当潜艇的比重与水相同时，潜艇在水中处于一种相对稳定的状态，这时即可以靠电机、蓄电池***驱动潜艇，也可以靠人力驱动***22推动潜艇前进，用升降舵(2)和舵(19)控制潜艇的运动方向。
附图5是本滑翔潜艇的升降控制原理说明图。潜艇下沉时，打开下潜控制阀(37)，升降水囊(3)内的水流入艇内水箱(23)，水囊(3)收缩，潜艇的比重逐渐加大，当潜艇的比重大于水时，潜艇产生向下运动的重力，此重力的大小由潜艇的比重决定。潜艇上浮时，踏动柱塞缸脚踏板(32)，使柱塞缸(34)工作，将水箱(24)内的水通过水箱单向排水阀(35)、柱塞缸(34)、单向阀(36)排入升降水囊(3)内，这时水囊(3)逐步膨胀，潜艇的比重逐步下降，当比重小于水时，潜艇开始上浮。当需要给升降水囊(3)充气时，打开进气阀(39)，踏动柱塞缸脚踏板(32)，使柱塞缸(34)工作就可以将气体充入升降水囊(3)内。以上工作步骤也可以通过并接电泵操作潜艇升降***(40)来完成。使得我们即可以用人力，也可以用机械来控制潜艇的升降。潜艇超压保护充气阀(41)与相应的机械与电气保护部件连接，其功能是，当潜艇达到下潜极限而操作员来采取相应的措施时，此阀门打开，将高耐压艇内水箱(22)中的水强行排出艇外，使潜艇上浮，如果这一操作步骤无效，则通过充气阀(30)直接向升降水囊(3)内充气，使潜艇强行上浮，保护艇内人员的安全。
潜艇在水面运动或锚泊中，可以扬起多功能帆翼(7)，安装上发电机(28)，利用海上丰富的风力资源为蓄电池充电。多功能帆翼这时如同一个风力收集器，它可以大幅度的提高发电机风扇的风压，从而得到较大的发电功率。
发电机为多用和可拆卸的，即可以在水面上安上风扇叶固定在多功能帆翼上做为风力发电机使用；也可以在潜艇内与柴油机配合做为普通发电机使用。

Claims (6)

1、一种具有水下、水面两种工作性能，以海上丰富的、可反复利用的风能资源为动力的，采用滑翔、风帆、螺旋桨三种驱动方式驱动的滑翔潜艇，由艇体、升降舵、艇内水箱、升降水囊、高压氧气瓶、充气阀、水囊排水阀、水箱单向排水阀、单向阀、下潜控制阀、水箱排水阀、进气阀、潜艇超压保护充气阀、垂直尾翼、舵、螺旋桨、螺旋桨传动轴、帆翼升降控制绳.帆翼升降控制轮，帆翼角度控制绳、帆翼角度控制转、以及多功能帆翼、风力发电机、电力驱动***、人力驱动***、柴电一体化***、潜艇升降***、生命支持***、通信及全球定位***、声纳***构成，其特征是：在潜艇的艇外设置有升降舵(2)、升降水囊(8)、供氧孔及拖拽点(4)、艇门及观测窗(5)、垂直尾翼(6)、多功能帆翼(7)、螺旋桨(8)、帆翼固定栓(9)、帆翼升降控制绳(16)、舵(19)、弹性帆翼固定绳(18)、防撞点及控制绳传动与固定转(17)、可调帆翼固定栓(15)、帆翼角度控制轮及帆翼控制绳进入艇体点(12)、帆翼支撑杆(11)、帆翼顶端支撑杆(10)、帆翼底端支撑杆(14)；在潜艇的艇内设帆翼角度控制轮(20)、帆翼升降控制轮(21)、高压氧气瓶(29)、充气阀(30)、水囊排水阀(31)、柱塞缸脚踏板(32)、脚踏板联动杆(33)、柱塞缸(34)、水箱单向排水阀(35)、单向阀(36)、下潜控制阀(37)、水箱排水阀(38)、进气阀(39)、潜艇超压保护充气阀(40)；其工作过程是：当潜艇处于水面运行或锚泊状态时，多功能帆翼(7)处于风帆工作状态和风力聚集状态，这时风力发电机(28)同时工作，为高能蓄电池***(27)充电，当要把潜艇从水面运行状态转入水下工作状态时，将多功能帆翼(7)放下转为艇翼工作状态，打开下潜控制阀(37)、因为艇外升降水囊(3)内的水的压力在正常情况下始终比艇内水箱(23)高，所以这时水囊(3)内的水向艇内水箱(23)流动，水囊(3)收缩，潜艇的排水体积逐步缩小，潜艇吃水深度逐步加深，当体积缩小到比重大于水时，潜艇就会下沉，这时关闭阀门，拉动升降舵操纵杆，调整好升降舵(2)的角度，就可以让潜艇成一定的角度向下前方运动；当潜艇达到安全深度的界限时，操纵潜艇的并接电泵操作潜艇升降***(40)工作，通过水箱单向排水阀(35)和单向阀(36)，将水箱(23)内的水排到水囊(3)内，这时水囊(3)膨胀，潜艇的比重逐步下降，当比重小于水时，潜艇上浮，这时调整好升降舵(2)的角度，就可以让潜艇成一定的角度向上前方运动，直到浮出水面；如果不使潜艇浮出水面，可以在潜艇到达一定的高度后，将水囊(3)内的水再排入水箱，重复前一个下潜过程，这样往复排放，使潜艇成之字形在水下前进。
2、根据权利要求1所述的多方式驱动滑翔潜艇，其特征是：当潜艇在水面运行时，操纵帆翼升降控制轮(21)和帆翼角度控制轮(20)，通过帆翼升降控制绳(16)和帆翼角度控制绳(13)将多功能帆翼(7)升起，安装好风力发电机(28)，调整好迎风角度，就可以靠风力驱动潜艇前进并且同时为潜艇高能蓄电池***(27)充电。
3、根据权利要求1、或2所述的多方式驱动滑翔潜艇，其特征是：风力发电机(28)为多用型，可以安装上风扇叶做为风力发电机使用；也可以在潜艇内由内燃机带动发电；也可以做为电动机使用。
4、根据权利要求1所述的多方式驱动滑翔潜艇，其特征是：在潜艇内同时设有电力驱动***和人力驱动***(22)，该***配有可多人同时独立工作的人力驱动装置，该装置由脚踏轮盘、传动链条、飞轮、正反转转换及离合装置构成，踏动脚踏轮盘，通过传动链条、飞轮、正反转转换及离合装置带动螺旋桨轴进而带动螺旋桨(8)旋转，螺旋桨(8)旋转产生的推力通过推力轴承(25)作用到船体，推动潜艇运动。
5、根据权利要求1所述的多方式驱动滑翔潜艇，其特征是：当潜艇在水下滑翔前进或在水面靠风帆前进时，可以分别操纵电机或内燃机驱动装置(24)，以加快潜艇的运行速度。
6、根据权利要求1所述的多方式驱动滑翔潜艇，其特征是：该潜艇可以分别或同时的设置风力发电***、燃料电池***或内燃机动力***，在处于水面运行或通气管运行状态时，配备了内燃机动力***的潜艇可以用内燃机动力***驱动潜艇运动和为蓄电池***充电。
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