CN102400838A

CN102400838A - 水下滑翔机的能源捕获装置

Info

Publication number: CN102400838A
Application number: CN2011103306551A
Authority: CN
Inventors: 张智焕
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN102400838B

Abstract

本发明涉及一种水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：它包括与发电机（2）上的发电机转轴相连的转轴（10）、多个叶片（8）、导流罩（5）和至少一个限位圈（9）；转轴（10）上设有多个叶片槽（13），每个叶片（8）分别滑配合在对应的叶片槽（13）内，叶片（8）与叶片槽（13）的槽底之间设有可伸缩的弹性机构（14），叶片（8）远离叶片槽（13）一端的端面与限位圈（9）的内壁相抵，限位圈（9）固定在导流罩（5）内，导流罩（5）上设有流体进口（6）和流体出口（11），流体进口（6）的朝向与水下滑翔机的机头朝向相同或相反。本发明提供了一种可以为水下滑翔机进行充电的能源捕获装置。

Description

水下滑翔机的能源捕获装置

技术领域

本发明涉及一种用于水下航行器的能源捕获装置，具体是一种用于水下滑翔机的能源捕获装置。

背景技术

水下滑翔机是一种高效、节能、降噪的新型水下航行器，它通过改变自身的净浮力、重心和浮心的相对位置，借助水平固定翼的流体动力产生水平方向位移，并通过尾舵摆动或改变横滚姿态来实现转向。由于其能耗低，因而从时间和空间上都拓展了海洋监测的应用范围。同时水下滑翔机还因其具有制造成本低，重复利用率高，续航能力长等特点，成为了当前水下航行器领域的生力军。目前，国内外使用的水下滑翔机主要采用机载的电池作为供电***。然而，机载电池的电力总是有限，在电力耗尽后，因为在水下作业它既不能采用太阳能电池，也没有脐带缆不断地供电，电能得不到及时补充，水下滑翔机必须在电池电力耗尽前返回到控制平台进行充电，从而限制了水下滑翔机在水下的工作时间和远程航行的能力。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是，提供一种可以为水下滑翔机进行充电的能源捕获装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种水下滑翔机的能源捕获装置，它包括与发电机上的发电机转轴相连的转轴、多个叶片、导流罩和至少一个限位圈；转轴上设有多个叶片槽，每个叶片分别滑配合在对应的叶片槽内，叶片与叶片槽的槽底之间设有可伸缩的弹性机构，叶片远离叶片槽一端的端面与限位圈的内壁相抵，限位圈固定在导流罩内，所述转轴的轴线与限位圈的轴线平行，导流罩与水下滑翔机的机身相连，导流罩上设有流体进口和流体出口，流体进口高度方向的中心线与限位圈的轴线垂直，流体进口的朝向与水下滑翔机的机头朝向相同或相反。

采用以上结构后，本发明具有如下优点：通过叶片、可伸缩的弹性机构、叶片槽和限位圈的组合，因为转轴的轴线与限位圈的轴线平行即两者不是同心结构，使叶片和转轴以一种偏心的形态位于限位圈内，当有流体经流体进口通过叶片时，因为偏心结构，上下叶片受到水流的冲击力的大小有不同，会给转轴一个转动扭矩，从而推动转轴和转轴转动，转轴可以进一步帯动发电机上的转轴联动，由此实现为水下滑翔机捕获能源并将之转化为电能目的，此种结构下的装置可全部安装于导流罩内，可采用流线行设计，对水下滑翔机的运行阻碍小，导流罩同时还对整个装置有保护作用使装置的可靠性有一定的保障；流体进口的朝向与水下滑翔机的机头朝向相同，该结构可以最大限度的捕获到流体的能量。

作为优选，所述的转轴为阶梯轴，阶梯轴的两端为直径小于主轴直径的子轴，子轴与发电机上的发电机转轴相连；该结构通过直径小的子轴与发电机上的发电机转轴相连提高了装置转轴与发电机转轴之间的兼容性，同时小直径的子轴在穿出导流罩时更方便。

作为优选，所述流体进口呈外大内小的喇叭口状，通过喇叭状的口子可以有效的引导海水流向进水口，同时还能增加水流的冲击力。

作为优选，所述流体出口呈外小内大的喇叭口状，流体出口高度方向的中心线与流体进口高度方向的中心线重合，该结构通过向内收的喇叭状的口子可以在有效排除流体的同时，还能减小不规则流体从出口处进入叶片的机会，进一步提高了装置的可靠性。

作为优选和改进，所述限位圈为两个，两个限位圈之间设有连接块，连接块的中心与流体进口心重合，连接块上设有可开合的防护伞，该结构采用两个限位圈，这种对称结构使每个叶片在伸缩过程中不会发生摇摆，更加有效的保持叶片的平稳性，同时两个限位圈之间方便设置连接块或其它承载平台，连接块上的防护伞可以在装置不工作的情况下保护装置不被水流冲坏，同时因为伞状结构可以减小装置对整个水下滑翔机前进的阻碍。

作为优选，所述防护伞包括液压缸、微型液压站和伞骨滑扣；液压缸固定在连接块上，液压缸上的活塞杆的自由端与伞骨滑扣相连，微型液压站的两路液压管线分别与液压缸两端上用于进出液压油的接口相连，微型液压站上的控制端子与水下滑翔机内部的控制中心电连接，该结构通过微型液压站与液压缸、活塞的配合来实现防护伞的开合，微型液压站的体积小，集成度高，挂靠便利，省去了大体积的油箱和复杂的独立阀门部件，减轻了整个装置的重量，而且微型液压站可以通过电缆直接与水下滑翔机内的控制中心相连，自动化程度高。

作为优选，所述叶片的个数为奇数，叶片与限位圈的内壁相抵的一端的端面为与限位圈的内壁相配的弧面结构；该结构中奇数叶片对消除***的共振有一定的帮助，同时叶片与限位圈的内壁相抵的一端为与限位圈的内壁相配的弧面结构，弧面结构与限位圈配合，有利于叶片的伸缩。

作为优选，所述可伸缩的弹性机构为多个并排设置在叶片槽内的弹簧，弹簧的一端与叶片槽的槽底相抵，弹簧的另一端与叶片插在叶片槽内的一端的端面相抵，该结构采用多个弹簧作为弹性机构结构简便，维修方便。

作为优选，所述水下滑翔机的能源捕获装置安装在水下滑翔机的背部位置，该结构将水下滑翔机的能源捕获装置安装在水下滑翔机的背部位置，当水下滑翔机在水下运作时可以捕获水流的能量，当水下滑翔机在水面运作时可以捕获到气流的能量。

附图说明

图1是水下滑翔机发电***总框图。

图2是本发明水下滑翔机能源捕获装置立体结构示意图。

图3是本发明水下滑翔机能源捕获装置在去除左侧护板后的立体结构示意图。

图4是本发明水下滑翔机能源捕获装置在去除整个导流罩后的立体结构示意图。

图5是本发明水下滑翔机能源捕获装置增设连接块后的立体结构示意图。

图6是本发明水下滑翔机能源捕获装置的径向剖面示意图。

图7是本发明水下滑翔机能源捕获装置增设防护伞后的剖面示意图。

图8是本发明水下滑翔机能源捕获装置在防护伞撑开后的剖面示意图。

图9是本发明水下滑翔机能源捕获装置在防护伞撑开后的立体示意图。

图10是本发明水下滑翔机能源捕获装置安装在机背部位置的示意图。

图11是本发明水下滑翔机能源捕获装置安装在机翼位置的示意图。

如图所示：1、水下滑翔机能源捕获装置，2、发电机，3、机载蓄电池，4、水下滑翔机用电***，5、导流罩，6、流体进口，7、子轴，8、叶片，9、限位圈，10、转轴，11、流体出口，12、连接块，13、叶片槽，14、弹性机构，15、防护伞，16、微型液压站，17、液压缸，18、活塞杆，19、伞骨滑扣，20、伞骨，21、防护伞主杆，22、水下滑翔机，23、机翼。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1至附图11所示，一种水下滑翔机的能源捕获装置，它包括与发电机2上的发电机转轴相连的转轴10（发电机部分因是相当成熟的现有技术，本发明中没有给出相关的附图）、多个叶片8、导流罩5和至少一个限位圈9；转轴10上设有多个叶片槽13，每个叶片8分别滑配合在对应的叶片槽13内，叶片8与叶片槽13的槽底之间设有可伸缩的弹性机构14，叶片8远离叶片槽13一端的端面与限位圈9的内壁相抵，限位圈9固定在导流罩5内，所述转轴10的轴线与限位圈9的轴线平行，导流罩5与水下滑翔机的机身相连，导流罩5上设有流体进口6和流体出口11，流体进口6高度方向的中心线与限位圈9的轴线垂直，流体进口6的朝向与水下滑翔机的机头朝向相同或相反。

所述可伸缩的弹性机构14为多个并排设置在叶片槽13内的弹簧，弹簧的一端与叶片槽13的槽底相抵，弹簧的另一端与叶片8插在叶片槽13内的一端的端面相抵。

所述的转轴10为阶梯轴，阶梯轴的两端为直径小于主轴直径的子轴7，子轴7与发电机2上的发电机转轴相连。

所述流体进口6呈外大内小的喇叭口状。所述流体出口11呈外小内大的喇叭口状，流体出口11高度方向的中心线与流体进口6高度方向的中心线重合。

所述限位圈9为两个，两个限位圈之间设有连接块12，连接块12的中心与流体进口6中心重合，即连接块12的朝向流体进口6的上表面的中心点与流体进口6的开口处形成的平面的中心点重合，连接块12上设有可开合的防护伞15。

所述防护伞15包括液压缸17、微型液压站16和伞骨滑扣19；液压缸17固定在连接块12上，液压缸17上的活塞杆18的自由端与伞骨滑扣19相连，微型液压站16的两路液压管线分别与液压缸17两端上用于进出液压油的接口相连，微型液压站16上的控制端子与水下滑翔机内部的控制中心电连接。

所述叶片8的个数为奇数，叶片8与限位圈9的内壁相抵的一端的端面为与限位圈的内壁相配的弧面结构。

作为优选，具体实施时所述水下滑翔机的能源捕获装置1安装在水下滑翔机22的背部位置。

本发明在具体实施时，限位圈9可采用有一定宽度和厚度的不锈钢圈，但也不宜太宽以免对进水口的进水面积有影响，一般10cm宽就行了，限位圈9和导流罩5固定在一起，但导流罩5必须保证有一定的强度，且与水下滑翔机22固定牢靠。限位圈9内的其它部件中的转轴10通过设置在其两外端的子轴7与装置之外的传动部件相连，然后传动部件再与发电机2上的转轴相连，当所述水下滑翔机能源捕获装置1与发电机2距离合适时，子轴7也可以直接和发电机2上的转轴固定连接。所述转轴10的轴线与限位圈9的轴线平行，是指转轴10与限位圈9为偏心设计，具体实施时是指转轴10的横截面内接圆的圆心与限位圈9的圆心在同一竖直线上有一个高度差，两个圆心的高度差范围一般在1/8～1/3个限位圈9的半径内。具体实施时可以选用1/5个限位圈9的半径。两个限位圈之间的连接块12可采用有一定强度的钢板，但表面积不要太大，和液压缸17的表面积相同即可，太大了会影响流体从流体进口6的进入。所述可开合的防护伞15中的伞主体即可采用日常生活中的雨伞结构，只是将伞面17用高强度和防腐蚀的软材料代替，同时伞面17在撑开状态下的的形状要呈圆锥形，也就是说要将日常生活中雨伞结构的中用于伞辐面的伞骨做直，这个可以参照以前的木质油纸伞来制作。所述微型液压站16为市售产品，具体实施时只需将其上的控制端子与水下滑翔机22内的控制中心相连，并设置简单的控制程序即可，控制程序的设置在现有技术中属常规技术此处不再详述。至于叶片8的长度以及各部件之间的尺寸比例关系，在本发明中没有特殊的要求，具体实施时根据现场的实际环境实施者可以自行确定。

至于本发明所述水下滑翔机的能源捕获装置1的安装位置，还可以安装在水下滑翔机21的两个机翼23上如附图11所示，或者安装在水下滑翔机22的其它位置如下部，也可以根据需要安装多个于不同的位置，不同的安装位置需要使用相应的传动部件将子轴7与发电机2的转轴进行连接，如齿轮，皮带轮或其它传动部件。具体实施时装置的安装个数和安装位置可以根据实际需要进行设置，本实施例中采用将水下滑翔机的能源捕获装置1安装在水下滑翔机的背部位置作为最优选项，因为装在背部位置，当水下滑翔机浮出水面工作中，还可以捕获到水面上的气流，并将气流的能量转换为电能，实现一机多用。关于水下滑翔机的能源捕获装置1的流体进口6的朝向问题，可以与水下滑翔机机头朝向相同也可以与机头朝向相反，因为水下滑翔机前进的动力主要来自水流，不同水域的水流特性有不同，所以可以根据不同水域的水流特性对朝向进行设定以保证最高的能源捕获效率，如果水域中水流冲力比较大可以将流体进口6的朝向设成与水下滑翔机的机头朝向相反，如果水域中水流冲力比较平缓可以将流体进口6的朝向设成与水下滑翔机的机头朝向相同。

本发明的工作原理，结合附图1至附图11，当本发明下滑翔机的能源捕获装置1开始捕获能源时，由水下滑翔机内的控制中心发给微型液压站16指令，微型液压站16收到指令后开始工作将活塞杆18缩回，从而带动伞骨滑扣19向后缩回，防护伞因此合拢，此时外界的流体可以顺利进行水下滑翔机的能源捕获装置1的内部，因为叶片8偏心结构，上下叶片受到水流或是气流的冲击力的大小有不同，会给转轴10一个转动扭矩，从而推动转轴10转动，转轴10进一步驱动发电机2的转轴联动，从而发电机2开始发电，给机载蓄电池3充电或是直接给水下滑翔机用电***4提供电力。当本发明下滑翔机的能源捕获装置1停止捕获能源时，由水下滑翔机内的控制中心发给微型液压站16指令，微型液压站16收到指令后开始工作将活塞杆18推出，从而带动伞骨滑扣19向前滑动，防护伞因此张开，水流或是气流被阻挡在进口外面，叶片8没有转动扭矩，所以装置停止捕获能源。需要说明的是，如果没有安装防护伞15，本发明照样能捕获能源，只是当需要停止捕获时，直接断开捕获装置与发电机2之间的连接，或是断开发电机2与机载蓄电池3之间的连接，同时如果水下滑翔机上有足够的安装空间，本发明涉及的水下滑翔机的能源捕获装置1还可以通过现在市场上成熟的升降平台将装置的本体降到水下滑翔机的机身内部，当需要发电时再将水下滑翔机的能源捕获装置1通过升降平台升起到机身外部。

基于本发明的构思之下，还可以有很多的结构变化，如弹性机构14可以用弹簧之外的部件代替如内盛有可压缩的介质的压缩缸，微型液压站16也可以用常规液压站代替，如果水下滑翔机自带有液压***，还可以将液压缸17的两个进出口直接接入到液压***中，防护伞15的开合还可以用步进电机驱动螺杆来推动伞骨滑扣19的运动来实现；还有各部件的尺寸大小的变化等，这现变化都是基于本发明构思内显而易见的变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：它包括与发电机（2）上的发电机转轴相连的转轴（10）、多个叶片（8）、导流罩（5）和至少一个限位圈（9）；转轴（10）上设有多个叶片槽（13），每个叶片（8）分别滑配合在对应的叶片槽（13）内，叶片（8）与叶片槽（13）的槽底之间设有可伸缩的弹性机构（14），叶片（8）远离叶片槽（13）一端的端面与限位圈（9）的内壁相抵，限位圈（9）固定在导流罩（5）内，所述转轴（10）的轴线与限位圈（9）的轴线平行，导流罩（5）与水下滑翔机的机身相连，导流罩（5）上设有流体进口（6）和流体出口（11），流体进口（6）高度方向的中心线与限位圈（9）的轴线垂直，流体进口（6）的朝向与水下滑翔机的机头朝向相同或相反。

2. 根据权利要求1所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述的转轴（10）为阶梯轴，阶梯轴的两端为直径小于主轴直径的子轴（7），子轴（7）与发电机（2）上的发电机转轴相连。

3. 根据权利要求1所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述流体进口（6）呈外大内小的喇叭口状。

4. 根据权利要求1所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述流体出口（11）呈外小内大的喇叭口状，流体出口（11）高度方向的中心线与流体进口（6）高度方向的中心线重合。

5. 根据权利要求1所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述限位圈（9）为两个，两个限位圈之间设有连接块（12），连接块（12）的中心与流体进口（6）中心重合，连接块（12）上设有可开合的防护伞（15）。

6. 根据权利要求5所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述防护伞（15）包括液压缸（17）、微型液压站（16）和伞骨滑扣（19）；液压缸（17）固定在连接块（12）上，液压缸（17）上的活塞杆（18）的自由端与伞骨滑扣（19）相连，微型液压站（16）的两路液压管线分别与液压缸（17）两端上用于进出液压油的接口相连，微型液压站（16）上的控制端子与水下滑翔机内部的控制中心电连接。

7. 根据权利要求1所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述叶片（8）的个数为奇数，叶片（8）与限位圈（9）的内壁相抵的一端的端面为与限位圈的内壁相配的弧面结构。

8. 根据权利要求1所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述可伸缩的弹性机构（14）为多个并排设置在叶片槽（13）内的弹簧，弹簧的一端与叶片槽（13）的槽底相抵，弹簧的另一端与叶片（8）插在叶片槽（13）内的一端的端面相抵。

9. 根据权利要求1所述水下滑翔机的能源捕获装置，其特征在于：所述水下滑翔机的能源捕获装置（1）安装在水下滑翔机（22）的背部位置。