一种波浪能自动力航行器的制作方法

1.本发明涉及一种波浪能自动力航行器。


背景技术：

2.由于在海洋广阔，航行器在海洋中的航行通常距离较长，能量供给是比较常见的问题，目前动力源主流仍然是航行器自身携带的电池，严重制约作业半径，能源消耗完毕就得返回港口或补给船，远海作业更是有能源补给的风险性和不便利性。现有技术对自动力的研究主要集中在依靠波浪能和太阳能进行发电，太阳能可提供的动力有限，需要大面积电池板，受天气和光照时间影响大。
3.现阶段，主要有两种航行器利用波浪能进行航行，一种是摆翼式航行器，摆翼式航行器通过两侧的翼摆随波浪起伏收集能量，将机械能转换成电能储存，但翼摆尺寸大，故障率高，抵抗极端海浪能力差；另一种航行器是由水下滑翔体和水面浮体两部分构成，中间由缆索链接，缺点是只适用于水面航行，不能水下作业，受海况影响大，机动性能差，连接缆索容易被海洋障碍物缠绕。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种波浪能自动力航行器以及包含该波浪能自动力航行器的水下自动力航行系统，所述波浪能自动力航行器续航能力强、能够抵抗恶劣海况，实现水下长距离自动力航行。
5.为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种波浪能自动力航行器，包括壳体、波浪能捕集组件、螺旋桨，所述波浪能捕集组件设于壳体内部，其包括摆锤、第一传动轴、储能发条、齿轮转换箱，所述摆锤设于壳体的下部，所述第一传动轴与摆锤、储能发条分别连接，所述储能发条的输入端与第一传动轴连接，输出端与齿轮转换箱连接，摆锤能够随着海浪的起伏来回摆动，以带动第一传动轴转动，进而带动储能发条拧紧，从而能够存储弹性势能；所述齿轮转换箱还与螺旋桨连接，用于将储能发条存储的弹性势能转换输出以驱动螺旋桨转动，所述螺旋桨设于所述壳体外部，用于推动所述航行器运动。
7.优选地，所述摆锤与第一传动轴的连接处套有棘齿轮，所述棘齿轮用于将摆锤的不同摆动方向转换为同一方向，以使第一传动轴朝单一方向转动，进而将储能发条朝单一方向拧紧。
8.优选地，所述摆锤的形状呈扇形，所述壳体内还设有摆锤室，所述摆锤处于所述摆锤室内，齿轮转换箱、储能发条、以及摆锤室从上往下依次叠设，所述第一传动轴分别贯穿齿轮转换箱、储能发条、以及摆锤室，且第一传动轴处于储能发条和摆锤室的中心。
9.优选地，所述波浪能捕集组件还包括限制器、隔断器，所述限制器设于储能发条外，用于限制储能发条的弹性形变范围，所述摆锤的数量为两个，所述隔断器设于摆锤室内部，用于将两个所述摆锤隔开。
10.优选地，还包括传动组件，所述齿轮转换箱通过所述传动组件与螺旋桨连接，所述传动组件包括第二传动轴、齿轮传动系统、第三传动轴，所述第二传动轴设于壳体内部，与所述齿轮转换箱的输出端连接，所述第三传动轴设于壳体外部，与所述螺旋桨连接，所述齿轮转换箱中的输出端带动所述第二传动轴转动，所述齿轮传动系统设于壳体内部，所述第二传动轴通过所述齿轮传动系统与所述第三传动轴连接，当所述第二传动轴转动时，齿轮传动系统带动所述第三传动轴转动，进而带动所述螺旋桨转动。
11.优选地，所述壳体的整体为扁平的流体结构，壳体的头部为圆锥形，腹部为圆形，壳体内的下底部还设有配重器。
12.优选地，所述波浪能自动力航行器还包括桨翼和控制室，所述桨翼设于壳体外部，并处于壳体的头部两侧，用于调节航行器的前进方向和下潜深度，所述控制室设于壳体内，并处于壳体的头部，控制室内设有定位仪和通讯系统。
13.优选地，还包括观察器、发电机和太阳能组件，所述观察器设于壳体的侧部，用于采集外界图像，所述发电机与齿轮传动系统连接，用于将齿轮传动系统中的齿轮转动的动能转换为电能；所述太阳能组件设于壳体的顶部，用于将太阳能转换为电能，所述控制室内还设有储能电池，所述储能电池与所述发电机和太阳能组件分别相连。
14.优选地，还包括功能组件，所述功能组件包括备用动力箱，和/或，数据采集组件，所述备用动力箱设于所述壳体的尾部，为密闭腔体，备用动力箱内装有固体推进剂，用于为航行器提供快速推进动力，所述数据采集组件设于所述壳体的头部，用于采集数据。
15.优选地，所述第三传动轴与齿轮传动系统可拆卸连接，所述备用动力箱还包括拆除单元，用于当备用动力箱启动时拆除第三传动轴与齿轮传动系统的连接，以使第三传动轴脱落。
16.优选地，所述数据采集组件包括传感器或雷达声纳或监测仪器。
17.优选地，所述功能组件还可以包括战斗部，所述战斗部设于壳体的头部，所述战斗部用于实现鱼雷功能。
18.本发明中的波浪能自动力航行器通过摆锤式波浪能捕集方式，动力源和航行器一体，采用发条储能驱动，可靠性强，能够抵抗恶劣海况。
附图说明
19.图1是本发明实施例1中的波浪能自动力航行器的侧视切面图；
20.图2是本发明实施例1中的波浪能自动力航行器的底视图。
21.图中：1-螺旋桨，2-第三传动轴，3-齿轮传动系统，4-壳体，5-储能发条，6-第一传动轴，7-摆锤，8-桨翼，9-控制室，10-数据采集组件，11-限制器，12-隔断器，13-备用动力箱，14-观察器，15-第二传动轴，16-太阳能电池板，17-摆锤室，18-齿轮转换箱。
具体实施方式
22.下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.本发明提供一种波浪能自动力航行器，包括壳体、波浪能捕集组件、螺旋桨，所述波浪能捕集组件设于壳体内部，其包括摆锤、第一传动轴、储能发条、齿轮转换箱，所述摆锤设于壳体的下部，所述第一传动轴与摆锤、储能发条分别连接，所述储能发条的输入端与第一传动轴连接，输出端与齿轮转换箱连接，摆锤能够随着海浪的起伏来回摆动，以带动第一传动轴转动，进而带动储能发条拧紧，从而能够存储弹性势能，所述齿轮转换箱还与螺旋桨连接，用于将储能发条存储的弹性势能转换输出以驱动螺旋桨转动，所述螺旋桨设于所述壳体外部，用于推动所述航行器运动。
27.实施例1
28.如图1、2所示，本实施例公开一种波浪能自动力航行器，包括壳体4、波浪能捕集组件、螺旋桨1。
29.所述波浪能捕集组件设于壳体4内部，其包括摆锤7、第一传动轴6、储能发条5、齿轮转换箱18。
30.摆锤7设于壳体4的下部，第一传动轴6与摆锤7、储能发条5分别连接，储能发条5的输入端与第一传动轴6连接，输出端与齿轮转换箱18连接，摆锤7能够随着海浪的起伏来回摆动，以带动第一传动轴6转动，进而带动储能发条5拧紧，从而能够存储弹性势能。
31.齿轮转换箱18还与螺旋桨1连接，用于将储能发条5存储的弹性势能转换输出以驱动螺旋桨1转动。
32.在本实施例中，摆锤7随海浪起伏而旋转，通过第一传动轴6储能发条5紧缩，从而转变成储能发条5的弹性势能，储能发条5再将弹性势能均匀的释放给齿轮转换箱18，转变为转动的动能以驱动螺旋桨。
33.摆锤7与第一传动轴6的连接处套有棘齿轮，棘齿轮用于将摆锤7的不同摆动方向转动转换为同一方向，以使第一传动轴6朝单一方向转动，进而将储能发条5朝单一方向拧紧。
34.在本实施例中，通过使用棘齿轮以保证储能发条5只会朝着单一方向拧紧，以便于最大程度利用摆锤7摆动带来的动能。
35.摆锤7的形状呈扇形，壳体4内还设有摆锤室17，摆锤7处于所述摆锤室17内，齿轮转换箱18、储能发条5、以及摆锤室17从上往下依次叠设，第一传动轴6分别贯穿齿轮转换箱18、储能发条5、以及摆锤室17，且第一传动轴6处于储能发条5和摆锤室17的中心。
36.在本实施例中，齿轮转换箱18与第一传动轴6的连接仅起到固定的作用，由于摆锤
7的摆动具有随机性，储能发条5将摆锤7采集到的能量存储起来，再均匀释放给齿轮转换箱18，以保证航行器动力的稳定性。
37.所述波浪能捕集组件还包括限制器11、隔断器12，所述限制器11设于储能发条5外，用于限制储能发条5的弹性形变范围。本实施例中，摆锤7的数量为两个，隔断器12设于摆锤室17内部，用于将两个摆锤7隔开。
38.在本实施例中，限制器11具有一定的机械强度，可将储能发条5限制在一定的框架内，配合储能；隔断器12将两个摆锤7的两个扇形金属结构分隔在前方和后方，能够从不同方向充分捕捉波浪能，并且能够平衡两个摆锤引起的航行器偏斜。
39.航行器中还包括传动组件，齿轮转换箱18通过传动组件与螺旋桨1连接，传动组件包括第二传动轴15、齿轮传动系统3、第三传动轴2，第二传动轴15设于壳体4内部，与齿轮转换箱18的输出端连接，第三传动轴2设于壳体4外部，与螺旋桨1连接，齿轮转换箱18中的输出端带动第二传动轴15转动。
40.齿轮传动系统3设于壳体4内部，第二传动轴15通过齿轮传动系统3与所述第三传动轴2连接。当第二传动轴15转动时，齿轮传动系统3带动第三传动轴2转动，进而带动螺旋桨1转动。
41.齿轮传动系统3中还包括发电机，用于在齿轮传动系统3中的齿轮转动时，产生电力，第三传动轴3转动时，带动螺旋桨4转动。
42.在本实施例中，储能发条5被收紧储存能量的同时，也通过齿轮转换箱18、第二传动轴15和齿轮传动系统3驱动螺旋桨，来实现航行器的推进。
43.壳体4的整体为扁平的流体结构，本实施例中，壳体4的头部为圆锥形，腹部为圆形，壳体4内的下底部还设有配重器。
44.在本实施例中，壳体4具有一定的机械强度、防水性和浮力，下部具有一定配重，遇到风浪时，在摇摆中能利用重力实现“不倒翁”，壳体4外表面可根据需要涂装保护色。
45.航行器中还包括桨翼8和控制室9，桨翼8设于壳体4外部，并处于壳体4的头部两侧，用于调节航行器的前进方向和下潜深度，控制室9设于壳体4内，并处于壳体4的头部，控制室9内设有定位仪和通讯系统。
46.在本实施例中，控制室9内设有定位仪和通讯系统，可用于远程遥控，以便于人工控制。
47.航行器中还包括观察器14、发电机和太阳能组件16，观察器14设于壳体4的侧部，用于采集外界图像；发电机与齿轮传动系统3连接，用于将齿轮传动系统中的转动的动能转换为电能；太阳能组件16设于壳体4的顶部，用于将太阳能转换为电能。控制室9内还设有储能电池，储能电池与发电机和太阳能组件16分别相连。
48.航行器中还包括功能组件，功能组件包括备用动力箱13，和/或，数据采集组件10，备用动力箱13设于壳体4的尾部，为密闭腔体，备用动力箱13内装有固体推进剂，用于为航行器提供快速推进动力，数据采集组件10设于壳体4的头部，用于采集数据。
49.数据采集组件包括传感器或雷达声纳或监测仪器。
50.在本实施例中，发电机发电以及太阳能组件发电都是为了给控制室以及功能组件供电，提供续航能力，以便于持续进行工作。
51.第三传动轴2与齿轮传动系统3可拆卸连接。
52.备用动力箱13还包括拆除单元，用于当备用动力箱13启动时拆除第三传动轴2与齿轮传动系统的连接，以使第三传动轴2脱落。
53.所述数据采集组件10包括传感器或雷达声纳或监测仪器。
54.功能组件还可以包括战斗部，战斗部和/或数据采集组件设于壳体4的头部，战斗部用于实现鱼雷功能。
55.在本实施例中，启用备用动力后，第三传动轴2脱落，连带螺旋桨1一同脱落，备用动力箱13中的推进剂从第三传动轴2的轴孔喷出，为航行器提供快速推进力，通过搭载战斗部能够在航行器被捕获时实现自毁功能，或实现鱼雷功能。
56.本实施例所提供的波浪能自动力航行器将波浪能捕集组件设置在壳体4内部，这种动力源和航行器的一体化结构能够有效减少摆锤7在摆动时受到海域中杂物的影响，能够抵抗恶劣海况，实现水下长距离自动力航行。
57.本实施例的波浪能自动力航行器工作过程如下：
58.通过隔断器12将摆锤室17分隔为两个半圆腔室，每个腔室置有一片摆锤7，摆锤7采用扇形金属结构。
59.摆锤7随波浪起伏而围绕第一传动轴6的中轴旋转，摆锤7和第一传动轴6的连接部套有棘齿轮，使得无论摆锤朝哪个方向摆动，第一传动轴6只会朝一个方向拧紧储能发条5，储能发条5是钢制发条。限制器11是圆形金属框架结构，用于限制储能发条5的弹性形变范围。
60.储能发条5将弹性势能均匀地释放给齿轮转换箱18；齿轮转换箱18内含多个组合齿轮，再通过第二传动轴15传递给齿轮传动系统3。
61.齿轮传动系统3内含多个调节齿轮和小型发电机，调节齿轮通过第三传动轴2输出动力给螺旋桨1，从而推动壳体4前进；小型发电机与太阳能电池板16作为主辅电源一起为控制室9、数据采集组件10内的仪器仪表、通讯和控制提供电能。
62.控制室9内含有调节桨翼8的控制器和储能电池，电池储存来自齿轮传动系统3和太阳能组件16的电能；桨翼8是桨片结构，分置于壳体4的两侧，用以可以调节壳体4的前进方向及深度；观察器14内置望远镜。
63.数据采集组件10内有传感器、雷达声纳、定位仪、通信系统。
64.备用动力箱13是位于尾部的密闭腔体，内装固体推进剂，一旦启用备用动力箱13，第三传动轴2将自动从航行器本体脱落，推进剂从第三传动轴2轴孔喷出，为航行器提供快速推进力。
65.本实施例中的水下自动力航行系统结构简单，并且效率高，能够实现航行器在恶劣海况下的长时间水下作业，并且可以搭载战斗部，被敌方捕获前可自毁，实现鱼雷功能。
66.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。