潜水交通工具的制作方法

专利名称：潜水交通工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种潜水交通工具；并涉及操作、入坞和部署这种交通工具的 方法。应该指出的是，在本说明书中，术语"潜水"是包括使用时交通工具仅 部分潜入水中的表面交通工具以及使用时全部潜入水(或任何其它液体)中的 交通工具。本发明还涉及潜水的小型滑翔机。
背景技术：
US5438947描述了一种内部通道的水下交通工具。该交通工具具有安装在 通道内的推进器以及控制交通工具前进方向的舵。该交通工具设计成长宽比较 低以使交通工具能够高速航行。

发明内容
本发明的第一方面提供这样一种潜水交通工具其具有外船壳，该船壳限 定船壳轴线，当沿着船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定两 端敞开的管道，从而当交通工具潜入液体中时，液体涌入管道内，该交通工具 还包括使交通工具围绕管道滚动的装置。
在使用中，交通工具可围绕管道滚动，该滚动可以小于一圈或达到多圈。 交通工具可关于船壳轴线对称地滚动，或可围绕管道以偏心方式滚动，尤其是
在重心偏离船壳轴线的情况下。
传统上， 一直认为大致的环形形状并不是理想的，因为它导致交通工具在 滚动(即，围绕管道转动)中不稳定。然而，本发明人已经认识到该特性在许 多应用中(尤其是涉及无人操纵的自控交通工具)不一定是有害的，并且由于 滚动产生角动量其结果可提供较大的稳定性，所以可以进一步开发利用。此外， 交通工具滚动可与海洋涌流组合而产生马格努斯力，该力可用来减小远离交通 工具轴线的侧向漂移，这一在水力升力或向下推力的增加为代价，其对应于海洋涌流和交通工具滚动的矢量。在交通工具需要在两点或多点之间有精确导航 的情况下，这样的侧向漂移减小是有意义的。再者，交通工具的滚动可用来使 传感器实现二维的扫描，其中通过传感器装置利用连续的滚动结合沿交通工具 轴线的直线运动来从突出的矩形视野中获取信息。矩形视野的宽度由传感器其 中捕获信息的传感器扇区的大小所确定；而矩形视野的长度由交通工具轴向移 动长度所确定。通常，传感器扇区所对角小于180° ，但若拓展本方法可使传 感器装置的传感器可捕获超过180°并达到360°的信息。在此情形中，围绕 由交通工具滚动所对的二维平面，该突出的视野将是连续的。在这种实例中， 传感器装置与其角度姿势相同步地捕获数据，这样，在两者之间可以用精确的 记录形成连续线。在优选实施例中，传感器孔的二维合成范围通过合适地处理 传感器数据而获得。在此特殊实例中，合成孔处理特性的局限因素之一在于因 数据获取的全部时间段内估计的和实际的交通工具位置之间的不精确性带来 的分辨率损失。其结果，这种系统引入了惯性导航设备来提高可估计的交通工 具位置和姿势的精度。然而，本发明的优选实施例采纳成本低廉和更加上乘的 设计，其通过提高角动量并因此减小交通工具位置或姿势方面的漂移范围，而 不需复杂的纠正或估计运算资源，以此提高交通工具的基本稳定性。因此，在 下面描述的优选实施例中，提供各种装置来控制交通工具围绕管道的滚动以及 控制姿势的其它构件。
例如，用于使交通工具围绕管道滚动的装置可以是例如推进器系统(诸如 双推力矢量的推进器系统)；诸如鳍片那样的一个或多个控制表面；惯性的控 制系统；或浮力控制系统，其在电动机控制下围绕船壳移向左舷或右弦。
本发明的第二方面提供这样一种潜水交通工具其具有外船壳，该船壳限 定有船壳轴线，当沿着船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定 两端敞开的管道，从而当交通工具潜入液体中时，液体涌入管道内，该交通工 具还包括浮力控制系统。
本发明的第三方面提供这样一种潜水交通工具，其具有外船壳，该船壳限 定有船壳轴线，当沿着船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定 两端敞开的管道，从而当交通工具潜入液体中时，液体涌入管道内，其中，外 船壳的至少一部分相对于船壳轴线是后掠的。本发明的第四方面提供这样一种潜水交通工具其具有外船壳，该船壳限 定有船壳轴线，当沿着船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定 两端敞开的管道，从而当交通工具潜入液体中时，液体涌入管道内，其中，船 壳具有凸出的区域S和垂直于船壳轴线的最大外径B，其中，比值B"S大于 0.5。
直径相对大的船壳能使两个或更多个传感器的阵列在船壳上很好地间隔 开，从而提供大的传感器基线。这样，传感器阵列的有效灵敏度与传感器基线 长度成正比地提高。再者，相当高的比值B"S也给出高的升力对曳力的比值， 能使交通工具如滑翔器那样有效地运行。
本发明的第五方面提供这样一种潜水交通工具，其具有外船壳，该船壳限 定有船壳轴线，当沿着船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定 两端敞开的管道，从而当交通工具潜入液体中时，液体涌入管道内。
本发明的第六方面提供一种用于潜水交通工具的推进器系统，该推进器系 统包括安装在柔性的大致环形外壳内的两个或多个轴对称驱动组件。
本发明的第七方面提供一种运行具有两个或多个轴对称安装的驱动组件的 潜水交通工具的方法，该方法包括轴对称地往复移动驱动组件以通过液体来推 进交通工具。
本发明的第八方面提供一种潜水交通工具其具有外船壳，该船壳限定有 船壳轴线，当沿着船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定两端 敞开的管道，从而当交通工具潜入液体中时，液体涌入管道内；以及双推力矢 量的推进器系统，该系统包括一对或多对推进器装置，每对装置包括可枢转地 安装在船壳轴线第一侧上的第一推进器装置，以及与第一推进器装置相对的可 枢转地安装在船壳轴线第二侧上的第二推进器装置。
通常每个推进器装置产生一个推力矢量，通过枢转该装置，该推力矢量可 独立于其它推进器装置变化。通常每个装置安装成可围绕倾斜于船壳轴线某一 角度(较佳地为90。)的轴线枢转。例如，推进器装置可以转动桨叶或往复地 移动的鳍片。推进器装置可以位于管道内，或在管道之外，但与外船壳相一致。
本发明的第九方面提供这样一种潜水小型滑翔器其具有外船壳，该船壳 限定有船壳轴线，当沿着船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定两端敞开的管道，从而当小型滑翔器潜入液体中时，液体涌入管道内。 以下的评论适用于本发明的所有方面。
在本发明的优选实施例中，管道提供小的船首横截面以减小曳力，而通过 减小诱发的尾流涡流可保证进一步减小曳力，否则的话，在传统的平面翼或横 尾翼稳定器结构中，当诱发涡流时曳力会是相当大。管道壁的形状最好能以有 效的方式产生水力的升力，该升力可用来帮助交通工具运动通过液体。
管道的另一优点在于，上层结构(诸如推进器装置)可更安全地容纳在管 道内，能使外船壳呈现相当光滑的一致性的外表面，这可用来减小与其它水下 物体碰撞或纠缠引起损坏或损失的风险。
本发明的实施例提供大致环形的外形，与传统平面翼为基础的其它外形相 比，它提高了交通工具的结构刚度。实现该优点既可在同样水力参数下降低交 通工具的成本或质量，又可提高深潜能力，此时，无论是环形船壳还是包含在 船壳内的螺旋管压力容器都将对弯曲应力提供更好的恢复力。
管道可以沿其全长或部分长度完全闭合，或部分地敞开而沿其长度有一狭 槽。管道还可包括多个狭槽或端口以帮助或修改其在某些特性条件下的水力特 性。


现将参照附图以示例方式来描述本发明的各种实施例，附图中
图la是带有第一构造型式的推进器的第一推进交通工具的正视图lb是沿船体轴线和沿图1中线A-A截取的交通工具剖视图2a是带有第二构造型式的推进器的交通工具的正视图2b是沿图2a中线A-A截取的交通工具剖视图3a是第二推进的交通工具的后视图3b是沿图3a中线A-A截取的交通工具剖视图4a是第三推进的交通工具的后视图4b是沿图4a中线A-A截取的第三推进的交通工具剖视图； 图4c是沿图4a中线B-B截取的交通工具剖视图； 图5a是第一滑翔交通工具的正视图；图5b是第一滑翔交通工具的侧视图； 图5C是第一滑翔交通工具的平面图5d是另一滑翔器的侧视图，其中羽翼被包括在围绕环形仰角的狭缝内；
图6a是另一压力容器的立体图6b是另一压力容器的侧视图7是另一姿势控制系统的立体图8是使用中的第四推进交通工具的正视图9a是入坞过程中沿图1中线A-A截取的第一推进的交通工具的剖视图9b示出入坞后的交通工具-，
图9c是示出感应充电系统的放大图IO是示出另一入坞结构的剖视图11是带有另一入坞结构的拖曳系带交通工具的示意图12a是滑翔交通工具的正视图12b是该交通工具的侧视图12c是该交通工具的平面图13a是第四推进的交通工具的正视图13b是该交通工具的侧视图14a是第二拖曳系带交通工具的正视图14b是该交通工具的侧视图15a是环形浮力控制系统的轴向图； 图15b是螺旋形浮力控制系统的轴向图； 图15c是图15b系统的侧视图；以及 图15d是另一浮力控制系统的侧剖视图。
具体实施例方式
参照图la和lb，潜水交通工具1具有一由层流水翼艇外形(显示在图lb 中)发展而来的外船壳2，其是一围绕船壳轴线3的回旋体。因此，如图la 所示，如沿船壳轴线观看的话，外船壳2呈环形。该环形的内壁4限定管道5， 其前后敞开；从而当交通工具潜入水中或任何其它液体时，水涌入该管道并随着交通工具通过水移动时流过管道，从而产生水力的浮力。
如图lb所示，水翼艇外形向外从窄的船首端6逐渐地渐扩到最宽点7，然 后，向内较快地渐縮到船尾端8。在此特定实施例中，最宽点7定位在大致船 首和船尾端之间距离的三分之二处。该特定的水翼艇截面可修改为本交通工具 和其它交通工具的多种变体，以便根据由各种应用中有效的合适雷诺数范围所 确定的特定流域范围来修改升力系数、曳拉力和颠簸力矩。
一对推进器9、 10对称地安装在船壳轴线的相对侧上。推进器包括推进器 桨叶ll、 12，它们安装在L形的支承轴I3、 14上，支承轴又安装在船壳上与 最宽点7对齐，如图lb所示。推进器桨叶安装在罩壳15、 16内，以提高其效 率。每一L形轴可枢转地安装在船壳上，使其可围绕平行于交通工具纵摇轴线 的轴线相对于船壳转动360度，因此提供推力矢量的推进。罩壳和L形轴都具 有水翼艇的截面，其采用的弦长对高度之比类似于外船壳所述的弦高比。因此， 例如，推进器8、 9可在如图la和lb所示的同向构造和如图2a和2b所示的 反向构造之间转动，在前者构造中，推进器提供推力来向前并沿着船壳轴线推 进交通工具，而在后者构造中，推进器致使交通工具围绕船壳轴线连续地滚动。 图2a中的箭头V显示交通工具的运动，而图2a中的箭头L显示液体的流动。 由此可知，该特定实施例在其推进系统中使用了四个电动机两个无刷直流电 机来驱动桨叶，两个直流电机来驱动安装桨叶电动机的L形支承轴，其中，其 中使用机械的蜗轮蜗杆传动齿轮减速机构，来传递电动机和L形轴之间驱动力 和载荷。对于后者方案也可使用诸如步进电机之类的替代的电机类型，只要运 行载荷与电动机的额定功率一致就可。
为了提供最小的开路环形颠簸或偏航稳定性，交通工具的重心(CofG)定 位在水力压力中心的前面，两个中心之间分离得越远，其稳定性就越大。然而， 精确的位置并不是关键的，因为另外的稳定性还可由闭环姿势控制系统(未示 出)来提供，该系统可与交通工具的推进系统组合使用。在此情形中，通过操 作交通工具使其CofG位于水力压力中心处或其后面，就可牺牲稳定性来换取 灵活性。同样地，推进器的位置可朝向船首向前或朝向船尾向后进行调整为， 其中交通工具的动态特性可相应地得到调整。
这种姿势控制系统包括(i)测量三个正交轴上的线性加速度的装置；以及(ii)测量三个正交轴上的角加速度的装置；以及(iii)测量两个或三个正交 轴上的定向的装置；以及(iv)根据此时所要求的特定交通工具的动态运动或 稳定性，组合来自这些装置的信号并计算模拟上述推进系统的指令信号的装 置。定向装置可包括重力传感器，或探测地球磁场矢量的传感器，或它们两者。 交通工具还可包括导航系统，其估计交通工具在任何特定时间相对于某初始参 考位置的位置。这种导航系统的优选实施例包括处理装置，该处理装置根据由 上述姿势控制系统提供的数据进行操作，也可根据其它可选的数据进行操作， 其中提供这种数据的特定传感器可被包括在交通工具内以用于导航之目的。这 样的传感器可包括(i)人造同步定位卫星(GPS)接收器装置，以及(ii) 一 个或多个音频应答器或通讯装置。GPS装置在近地时用来导出交通工具纬度、 经度和高度的位置估计值。音频应答器或通讯装置发送和接收音频信号以建立 其相对于定位在局部液体介质内的一个或多个对应音频应答器或通讯装置的 位置。在优选实施例中，处理装置包括称之为kalman过滤器的特定运算，其 根据姿势控制和导航系统的传感器装置所提供的可变数据来估计交通工具的 相对或绝对位置。
在此特定的实施例中，交通工具设计有程度小的正向浮力。浮力中心(Coffi) 可定位在一最小值和一最大值之间的任何位置，在最小值时，Coffi位置与重 心一致，而在最大值时，Coffi位于CofG上方的倒置圆锥的体积内，且锥顶毗 邻CofG，而锥底对着环形船壳的上部。
在特定实施例中，圆锥倾斜成其体积没有任何部分位于平分交通工具轴线 并与CofG重合的垂直平面的后面。当Coffi位于该圆锥内并与CofG分离时， 交通工具将采纳稳定状态下的正向颠簸，因此，在仅从正向浮力和来自环形船 壳的水力升力的组合得出的力作用下，可从深处滑翔到水面，其中通过交通工 具浅的滑翔路径可获得一定的有效侧向移动距离。
这允许通过在其工作循环中再次使用重力，乘机将能量储存在交通工具电 池箱内。交通工具的滑翔路径也可通过采用桨叶(未示出)得到改进，在不使 用时，桨叶可以折叠起来平行于船壳轴线放置，或通过省略掉桨叶罩壳来改进， 在此情形中，交通工具曳力将进一步减小。
交通工具还可包括布置在外船体周围的太阳能电池(未示出)，这里环形船壳再次提供了有效的实效，因为其外表面面积比同样质量的圆柱形交通工具 面积大。在这种实施例中，太阳能电池连接到充电电路中，其补充位于电池箱 内的可充电池内的储藏能。这允许交通工具在运行或停在海面上或海面附近时 使用太阳能有计划地和机会地补充交通工具的能量储存。
在此实施例中，Coffi可固定在上述体积锥内的某一静止部位处，或Coffi 可用控制机构动态地调整到锥体周围的位置。在任一情形中，通过位于环形船 壳螺旋部分内的一个或多个正向浮力的压载元件的位置来控制Coffi。在使用 两个压载元件的实施例中，压载元件可共同位于螺旋管内，在此情形中，交通
工具的静浮力最大；或者，两个压载元件可位于螺旋管周围使交通工具的Coffi 和CofG都位于船壳轴线上，在此情形中，交通工具的静稳定性为零。
因此，交通工具可使用其推进器系统来引起围绕其船壳轴线的转动，且交 通工具可相对于其CofG调整其Coffi的位置。因此，如果Coffi和CofG之间 有最大的分离较为理想，则当交通工具移动而没有转动时，交通工具由此可采 用其动态的运动。然而，在希望将滚动偏心度减到最小的情况下，如果在Coffi 和CofG之间相对于船壳轴线的最小的分离较为理想，则交通工具也可在引起 转动时改变其动态运动。
推力矢量的推进器提供沿船壳轴线向前或向后运动的装置，和围绕船壳轴 线的转动或滚动，以及围绕交通工具的CofG的颠簸或偏航。如上所述，显然， 两个推进器可以是反向运动以便引起交通工具的滚动。两个推进器也可同方向 运动。例如，当两者朝向下使其推力矢量位于CofG上方时，则交通工具将鼻 向下颠簸。同样地，当两者朝向上使其推力矢量位于CofG下方时，则交通工 具将鼻向上颠簸。还可明白的是，相对于交通工具和相对于彼此来改变推进器 颠簸的程度可用来获得交通工具的颠簸、滚动和偏航。也可在采用不同的推进 器转动速率时通过不同的推力作用来引起偏航。由此可见，交通工具在其自控 的控制之下能够潜入、转动、滚动和贴近水面。
当交通工具旋转时并在CofG的位置与推进器转动轴线对齐时，交通工具可 以特殊方式驱动。参照图2b，如果我们定义垂直方向为垂直于纸面，那么，在 图la中所示的位置中，交通工具处于0度滚动角，且推进器9朝向上，而推 进器10朝向下。如果需要向下运动，则当交通工具在350度和1—0度之间(或者，某些其它有限的弧形，其中，推进器9一般地朝向上)时推进器9启动， 且当交通工具在170度和190度之间(或者，某些其它有限的弧形，其中，推 进器10 —般地朝向上)时推进器10启动。交通工具综合弧形周围的推力矢量， 并经受引起正交于船壳轴线(在此情形中为向下)的移动的线性加速。这能使 转动的交通工具在正交于船壳轴线的平面内精确移动。
由此可见，由于其推力矢量的推进器可布置成在动态控制之下高速转动， 交通工具具有高度的可操纵性。还可见交通工具具有高度的稳定性。在第一情
形中，当沿着船壳轴线运动时，则利用可抵消引起转矩的反向转动的桨叶来获 得相对高的速度，同时，反向的桨叶提供了进一步的滚动稳定性。在第二情形 中，当引起围绕船壳轴线的转动运动时，则增加了角度运动，并再次提高交通 工具的稳定性，这可在经受外力时以交通工具姿势或位置误差减小的形式测 到。
交通工具的船头装有一对摄像机17、 18用来避免碰撞和摄像。船壳相对大 的直径能使摄像机很好地间隔开，因此，提供了长的有实体镜的基线，通过测 量位于两个摄像机视野内的诸物体之间的视差来精确估计范围。设置声纳发射 器19和声纳接收器20用于声纳成像和感测。再者，宽的基线是有利的。外船 壳2包含内部空间，该内部空间在图la中可以看见。该外船壳最好由刚性的 复合材料制成，该复合材料使用玻璃纤维或碳纤维细丝交替地层叠在环氧树脂 层之间。或者，可用诸如聚亚安酯或高密度的聚乙烯之类的合适硬聚合物来模 制成本较低、弹性较差的船壳。如果船壳是受压的，则也可用铝来制造外船壳。 内部空间可借助于外船壳内的小的孔眼(未示出)被水涌入，或可受压。内部 空间容纳一对电池组21、 22、 一对船尾传感器23、 24以及四个沿着船壳轴线 间隔开的螺旋压力容器25-28。压力容器包含交通工具的电子设备、 一些推进 器子系统的元件以及其它物件，压力容器用轴向压杆(未示出)连接起来。在 该特定实施例中，螺旋压力容器最好由刚性的复合材料制成，该复合材料使用 玻璃纤维或碳纤维细丝螺旋地缠绕在螺旋管周围饼交替地层叠在环氧树脂层 之间。或者，螺旋压力容器可用诸如铝、不锈钢或电镀钢材或钛之类的合适级 的金属制成。
沿船壳轴线的船壳长度对应于水翼艇截面的舷，这显示在图2a中(a)处，而在两端横跨管道的直径或跨度显示在(b)中。船壳的长宽比(AR)描述如
下
AR=2B2/S
其中，B是船壳的跨度(由船壳的最大外直径定义)，而S是船壳的突出 面积。
如果我们取跨度B近似等于(b)，而面积S近似等于(b) X (a)，则 AR近似为2 (b) / (a)。在图2b的交通工具中，AR约为1.42，但在需要其 它长宽比的应用的其它实施例中，该数字可以修改。显然，交通工具形式可通 过简单地改变其其螺旋形直径进行调整，以在长宽比小的时候反映窄的交通工 具，或在长宽比大的时候反映宽的交通工具。在任一情形中，在某些情况下， 可获得特定的优点，因为使用具有小的长宽比的螺旋形式可获得相对高的升力 系数，而使用具有高的长宽比的螺旋形式可获得优化的滑翔斜率比或同等的升 力对曳力比。
外船壳设计成使由雷诺数所确定的流体流动状态内的曳力系数最小，所述 雷诺数描述了特定情形中的交通工具的操作。外船壳包括一底层(图lb中用 横阴影线显示)和外皮层(未示出)。
在图3a和3b中显示有第二种的交通工具30。该交通工具与交通工具1相 同，但代替推进器桨叶双推力矢量推进器系统，其使用仿生鳍片的双推力矢量 推进器系统。在该情形中，推进器系统由对鳍片31、 32组成，该对鳍片朝向 船尾端可枢转地安装在外船壳上，并可在第一 (装载)位置和第二位置之间转 动刚好不到180度，第一位置在图3a和3b中用实线示出，第二位置在图3b 中用虚线示出。每个鳍片的转动通过单独的直流无刷电机和机械齿轮的减速机 构进行，所述减速机构较佳地包括螺旋形的蜗轮蜗杆传动装置(未示出)并可 在多个模式中被驱动。在此结构中，鳍片用特定级的聚亚安酯制造，以提供一 定的曲屈同时在载荷下作往复运动，其中，这样的曲屈用来从各个鳍片更有效 地引导推进的波浪涡流向后。
在一种模式中，鳍片异相地往复运动以产生驱动交通工具沿着船壳轴线向 前的划浆运动。在另一种模式中，鳍片以往复运动方式被驱动，但此时彼此同 相运动再次驱动交通工具沿着船壳轴线向前。在另一种模式中，鳍片以往复运动方式被驱动，但此时其往复运动弧的中 心在由船壳轴线和鳍片枢转轴线定义的水平平面上方和下方移动，这样，驱动 交通工具向前并引起滚动，其中滚动可以是任一方向，视往复运动鳍片的相对 位移而定。
在另一模式中，鳍片以往复运动方式被驱动，但此时彼此同相，其往复运 动弧的中心再次在由上述定义的轴向枢转平面上方或下方移动。该模式向前推
进交通工具，但还造成围绕CofG的颠簸转动，由此可用于交通工具的下潜或 上浮。如果与交通工具滚动模式结合使用，则该模式将联合和产生交通工具的 偏航。
仿生推进器设计允许连续地变化频率和对于每个鳍片推进器的激励信号的 大小，还允许连续地改变选择弧的往复运动中心，以及鳍片的往复运动中心， 还允许连续地变化鳍片之间的相位。因此，该设计在低速时获得良好的推进效 率，以及在高速时也获得良好的推进效率。
该方案的另一实施例中，使用类似的往复运动的鳍片，但在该特殊的设计 中，在大致鳍片枢轴和鳍片尾部之间的中间部分包括附加的三个关节铰链。这 些关节铰链用不锈钢制成，并以往复运动方式被驱动，并注意相对于鳍片枢轴 处提供的激励的相位。该设计产生运动波，其起始于鳍片枢轴处，在关节铰链 处幅值为x，然后进入鳍片尾部，在该处具有幅值y，其中y大于x。使用该设 计，重复上述操作模式，这是它们操作中的优点，但这里通过关注枢转信号和 关节铰激励驱动信号之间的相位，来改进推进效率，以便获得运动的推进波。
在图4a-c中示出第三推进的交通工具40。该交通工具类似于图3a和3b所 示的交通工具，其也使用仿生鳍片双推力矢量推进器系统。一对轴对称鳍片41、 42安装在环形船壳的船尾并与环形船壳共形(conformal)。两鳍片相同，在 图4c中示出一个鳍片42的截面图。外船壳的表皮层终止在43处，但底层(其 具有一定程度的柔性)围绕鳍片延伸，其中，底层包括诸如聚亚安酯那样的弹 性体材料。鳍片包括结构框架，该框架包括在枢轴46处连接的近端板44和远 端板45。 一对突脊47、 48沿着其长度路径的远端板部分的相对侧配合。线49 的两端附连到枢轴46，并穿过从动滑轮50。驱动该滑轮50致使近端板44围 绕突脊47、 48转动；而远端板围绕枢轴46转动；如图中虚线所示。通过往复运动滑轮50，鳍片42也往复运动。使用另两个线(未示出)来控制上和下鳍 片尾部角，于是，可独立地在各个推进器内操纵鳍片尾角，并且两个推进器各 自独立，这样，使用本方法，正向或负向水翼艇翼的扭转有效地施加在任何鳍 片末端上。该方法对交通工具提供了相当的灵敏性。
该推进器驱动机构的另一替代的实施例使用位于远端板各侧上的两个电磁 铁51、 52，它们通过将电流注入位于电磁铁内的线圈而被激励，于是，各个电 磁铁内相位交替的这种信号引起近端板内的往复运动。控制装置(未示出)控 制着电磁铁的激励，还控制着驱动滑轮50的电机的激励，使远端板有类似的 往复运动，但通过控制装置小心地保持往复运动的近端板和远端板的相对相 位，这样，通过推进器得到行进的推进波。显然，在此方案中也可采用其它的 变体，包括在近端板上采用稀土磁铁或类似磁铁，以及磁铁和电磁铁位置相反 的往复结构。
与环形船壳相结合的该仿生推进器的实施例的主要差别在于，多排的鳍片 可做成轴对称，这可提高交通工具的推进效率。利用该设计可再次重复上述的 推进模式，例外之处是，通过鳍片尾角的非对称驱动而引起交通工具滚动。诸 板可以是刚性的，或它们可以设计成弯曲的，只要弯曲能顾及到激励信号相位 就可。通过激励和相位调整地驱动近端板和远端板以及鳍片尾角线，使一对往 复的轴对称运动的推进波从各鳍片的底部传递到各鳍片尾部，这样再次获得有 效的推进作用。
如上所述，该种结合环形船壳的仿生推进器的设计在调节其推进效率方面 提供了很大的自由度。
应该明白到，与图4a、 4b和4c所示的环形船壳相关的推进器数量可容易 地扩展到某个较大的数n，其中，在限制的情形中，各推进器融合在交通工具 尾部圆周的周围以形成连续和共形、柔性、环形的仿生推进器。
这种以下描述共形、柔性、环形的仿生推进器的特定实施例。上述用于轴 对称双鳍片推进器交通工具的驱动组件围绕环形后面重复，使n二lO，这样， 远端板和近端板容纳在附连到交通工具环形后面的共形弹性聚亚安酯外套内。 对于尾角鳍片不包括附加线，因为当鳍片推进器完全演变为弹性和共形的环形 时，附加线变得冗余。如上所述地驱动近端板和远端板，这样，从柔性环形的底部到其尾部激励 出渐进和推进的、连续和轴对称的运动波，以便沿着其船壳轴线向前驱动交通 工具。在此实施例中，控制颠簸和偏航变得不重要，因为有可能全圆周地控制 柔性环形，且能够以独立方式激励近端板和远端板。
在图5a-c中示出滑翔器交通工具100。该交通工具的船壳具有如图5a所示 的环形结构，并采纳后掠形状以使交通工具的曳力最小；减小释放到尾流涡流 中的残余能量；并提供用于姿势控制的新型机构。图5b是交通工具左舷侧视 图，而5c示出了交通工具的平面图，用虚线表示水翼艇轮廓的外形。外船壳 使用类似的结构，并容纳各种传感器、电池组、以及与图l-4所示的交通工具 相同的压力容器，但为了清晰起见它们都未予显示。
船壳具有四个船首涡流101-104和四个船尾涡流105-108，它们围绕船壳圆 周分开90度。
浮力发动机(未示出)容纳在外船壳内并可循环地被驱动，以使交通工具 交替地下沉和上升。通过细心地调整Coffi和CofG的相对位置，交通工具可 在其下沉和上升时倾斜，于是，外船壳形状产生升力而赋加向前运动的分量。 这能使交通工具IOO如浮力加载的滑翔器那样运行，其可以单独地使用或用于 自监控的船队中，并可加以编程用来对海洋或海底或海岸的大的区域进行采 样，无需当地支持团队进行干预。
在该特定实施例中，交通工具采用非常低能的结构，因为水力的曳力减到 最小，且无需提供连续的电动机推进器，因为其原动力可从浮力电动机中得到， 在每次下潜和上升循环中，所述浮力电动机仅改变其状态两次，于是，电能消 耗也减到最小。
但是，经典的海洋滑翔器修改其浮力和沿其船壳轴线调整质量的位置，本 特定的实施例保持质量固定，并通过沿着环(未示出)调整其浮力发动机来更 改其浮力和Coffi位置，所述环安置在交通工具环形船壳内并遵循船壳的后掠 形状。当交通工具上移时，浮力发动机位于上船首鳍片101的附近，于是，Coffi 位于CofG前面，导致"鼻向上"的结构。浮力电动机在电机控制下围绕船壳 朝向左舷或右舷的运动，将使交通工具围绕其船壳轴线滚动并还将Coffi移动 到CofG后面，此时，交通工具将倾斜为"鼻向下"。然后，使浮力电动机产生负的浮力，且交通工具向下滑翔到海洋中。在一定的预定时间或达到预定深 度时，浮力发动机围绕其环横过来，且交通工具开始围绕其船壳轴线转动，在
船壳的转动时Coffi在船壳轴线上方前移通过90。，此时，交通工具鼻向上倾 斜，浮力将变正且交通工具朝向海面滑翔。
交通工具还可包括通过下潜到深处和爬升到海面时从温跃层中获取能量的 一个或多个装置，其中，在许多海洋中0和600m之间深度的温度梯度可望达 到20。C或更高，其中，75X的海洋的温度为4。C或更底，而海面温度可超过 30°C或更高。
一个这种能量获取装置是如图15a或15d所示的浮力控制系统900的一个 特定实施例，其中，对温度敏感的相变材料(PCM) ， (i)容纳在腔室(a) 内，该腔室形成螺旋形压力容器的部分，且其中多个螺旋形铝管(b)也位于 该腔室内。腔室壁也用铝制成，并被包裹在诸如复合泡沫塑料或氯丁橡胶和与 玻璃纤维或碳纤维细丝结合的环氧树脂那样的绝热复合结构层内。其中，这种 细丝螺旋地缠绕在腔室螺旋形周围，且其中这样的材料在内表面和外表面之间 保持低的热传导率。还包括两个其它的绝热螺旋形腔室(c) 、 (d)，其中， 这样的腔室可以是单独的螺旋管，或可以是前者螺旋管的一部分，其中，它的 结构可以分为三个或多个围绕其螺旋轴线的部分。
腔室(a)与通向外部海水的端口接口，这样，海水可进入该腔室的一部分， 所述腔室也包括热传导率低的柔性隔膜或活塞密封接口，以在腔室(a)和海 水之间保持绝热的物理屏障。腔室(a)还与高压气体腔室(j)接口，高压气 体腔室(j)通过两个被一定体积液体和另一阀门分离幵的柔性隔膜连接到海水 中。腔室(c)与两个端口和两个阀门(h)接口，这两个阀门连接到腔室(a) 内的铝管。螺旋形压力容器还可包括可选的带有柔性隔膜组件的低压气体腔室 (k)，以及通往外部液体的接口端口。腔室(d)还与两个端口和两个连接到 同样铝管的阀门(h)接口，并还可包括一系列的热敏半导体(TES)珀耳帖效 应器件(e)，其中，这种器件的任一侧对外部海水或内部流体保持低的热阻 路径。腔室(c)和(d)还包括通向海水的端口和阀门。
控制装置(f)和一个或多个流体泵(g)用来根据交通工具的操作顺序打 开和控制阀门和端口。当靠近水面时，腔室(c)被温和的水填充或补充，而当下潜时，腔室(d)被冷海水填充或补充。控制装置(f)也可用于激励TES (e)器件，，以便在启动交通工具过程中，当靠近海面操作时，使电势差施 加到其半导体的两个结上以降低腔室(d)内的流体温度。或者，可使用简单 的压舱装置来启动交通工具的初次下潜循环。
当使用相变材料(i)的膨胀体积来接近液体表面以为干气体(1)加压时， 控制装置(f)就操作端口、阀门和泵，所述相变材料通过管子(b)和热容器
(c) 和外部液体暴露于热表面温度下。在腔室(j)和气体(1)加压之后，其 阀门关闭，以储存起该能量。使用静止的负向浮力，或使用暂时的压舱装置， 或通过使用控制装置(f)和容器腔室(d)或TES (e)或它们的组合将PCM
(i)暴露于低温中，由此，使交通工具下沉。在优选的实施例中，容器(c)、
(d) 和管子(b)和泵辅助海水循环以便将由局部温度梯度引起的低效率减到 最小。通过关闭PCM体积内的铝管(b)的联接，其造成PCM内从液体到固 体的相变并相应地减小体积，该体积减小增加交通工具的密度使它变得重于海 水而因此下沉，由此，有效地保持围绕PCM生成的温度下降。
当达到预定的深度时，控制装置(f)操作端口、阀门和泵来释放加压的气 体(1)，于是，移动和填充柔性薄膜并排出一定体积的外部液体，这样，与外 部液体相比，交通工具的密度变为正，从而交通工具开始上升。在上升过程中， 控制装置(f)操作端口、阀门和泵，通过管子(b)将暖和的海水从腔室(c) 传送到腔室(a)内，再次使海水在这两个腔室之间循环。围绕PCM形成的温 度上升导致从固体到液体的相变，相应的体积增加进一步降低交通工具的密 度，从而可加速其上升。
这种交通工具内可使用多种相变材料，例如，石蜡、脂肪酸或水合盐，其 中，可选择材料或各种材料的特定混合物，使指定温跃层内遇到的温度范围内 发生其特定的相变，更为典型地是，固体和液体之间的材料相变发生在8"C和 16t:之间，但应选择精确的范围来匹配所期望的深度外形和局部海洋温度。
本发明通过将相变材料集成在螺旋形压力容器内来保证交替的浮力控制装 置的优点，其中，组合了局部的几何形和材料来提供一高效的装置，其在通过 温跃层的瞬态过程中调制交通工具的密度。
该能量获取装置的另一实施例从温跃层中萃取附加的能量，以便提高运行效率和交通工具的寿命。在该替代的实施例中，当温差保持在其相对的侧面之
间时，位于腔室(d)的TES (e)和控制装置(f)的组合可产生TES两个半 导体结之间的电势差，当然，这在连续的下潜和上升循环过程中可相继地达到。 该电势差引导到一系列超电容器，然后，通过某些高频切换DC到DC的变换 器连接到交通工具的电池组，变换器将电能损失减到最小并达到超过90%的传 送效率。该附加的能量获取装置还可进行更改，使TES占据冷腔室(d)和暖 腔室(c)之间的屏障，如图15a和15d所示。
相反，交通工具可容纳许多交替浮力控制装置之一，包括加压气体和储槽 系统，或液压泵，或电机驱动器和活塞阀系统，其中，储存的能量用来从交通 工具内的规定体积中实际地排空海水。
该浮力控制系统的另一优点是可延展性，其中，螺旋形可演变为较大的直 径，且其中螺旋形可如图15d中所示地成组使用。该方案的另一实施例将如图 15a所示的螺旋浮力控制装置演变为如图5b和15c所示的螺旋形。该方案保 持了螺旋形式和基本特征，但线性地延伸了其容量，其用来在有效结构内提供 更大的排量，否则它在大的水下交通工具内会是很笨重并变得困难。
尽管上述实施例仅使用浮力作为其推进的动力源，但显然可公开其它的实 施例，其增大具有如上述交通工具30、 40那样仿生鳍片或圆周推进器装置的 低能量交通工具。还有这里所述的低能量交通工具可通过如上交通工具1所揭 示的推进桨叶和推进器装置得到提高。
在低能量滑翔器交通工具的另一实施例中，可固定浮力发动机，相反，在 电动机控制之下围绕压力容器移动质量，以有效地前后移动CofG，并因此包 括向上颠簸或向下颠簸的姿势。在另一实施例中，质量和浮力发动机均可围绕 环移动。
交通工具也可通过用于其它交通工具的如上所述的太阳能电池得到提高， 于是，当接近海面时补充其储藏的内部能量，因此延长其在海上执行任务的时 间。
显然，交通工具还可修改而实施为变化尺寸的海洋滑翔器。环形结构在这 方面是有利的，并提供结构的弹性，于是该形式的交通工具可构造成跨度为 30m或60m或更大。图6a和6b是类似于图la和lb所示压力容器的替代压力容器150的立体 图和侧视图。 一对相对大的螺旋形压力容器151、 152通过轴向支撑153-156 彼此连接。 一对相对小的螺旋形压力容器157、 158定位在大的压力容器151、 152的前后，并通过轴向压杆159-164连接。轴向压杆本身可以是压力容器， 于是，整个结构提供单一连续的容器，或者轴向压杆可以是实心的结构件，在 此情形中，螺旋形形成四个分离的隔开的压力容器。螺旋形能进行深潜而不需 过多的质量或成本。
图7是惯性姿势控制系统200的立体图。 一环形支承框架201安装在旋形 压力容器之一内。该系统200显示为"平"框架，适于配装在对应的"平"的 螺旋形压力容器内，例如，容器l、 30或40之一内。然而，该系统可适于通 过合适地调整框架200的形状配装在这里所述的"后掠"容器结构之一内。
第一对质量块202、 203通过垂直于船壳轴线的相应轴安装在框架上。第二 对质量块204、 205通过平行于船壳轴线的相应轴安装在框架上。各质量块可 通过相应的电动机(未示出)围绕其对应轴线独立地转动。通过对质量块202、 203加速，为交通工具施加相等而相对的角加速度，给予颠簸控制。通过对质 量块204、 205加速，为交通工具施加相等而相对的角加速度，在图7的结构 中给予滚动的控制。颠簸和滚动的组合提供了偏航的控制。
图8示出作为第一交通工具1变体的交通工具210。该交通工具210等同于 交通工具l，但还包括声纳发送器211和传感器212。在交通工具下方示出表 面213的立体图。表面213平行于船壳轴线。该交通工具沿表面213旁边的箭 头V所示的船壳轴线方向平移。交通工具还围绕如箭头V所示的船壳轴线连 续地滚动。发送器211发射跟从螺旋形路径的波束214并扫过横贯表面的一系 列条带215。接收器212具有跟从对应螺旋形路径的探测轴线，并扫过横贯表 面的一系列对应条带。通过处理来自连续条带的传感器数据以获得传感器孔二 维的合成延伸部，由此控制装置(未示出)提高传感器212捕获的图像的有效 分辨率。
替代交通工具(未示出)可采用类似的原理，其中发送器和传感器定向成 使其波束平行于船壳轴线，且交通工具平行于与船壳轴线相交成一角度的表面
平移。在此情形中，波束扫过表面上的弧形路径而不是一系列的条带。由于没有外部上层结构能使交通工具1如图9a和9b所示地入坞。船坞具 有剖视图中所示的圆柱形内壁230。船坞可形成为水线之下的船壳，或诸如港 口或离岸结构那样的固定结构。通过沿着船壳轴线移动(如箭头V所示)，直 到交通工具如图9b所示地被包围在船鸡内为止，由此交通工具1移入船鸡内。 随着交通工具平移到船坞内而滚动该交通工具提供了附加的稳定性并能精确 地定位。交通工具可通过使其推进器桨叶反向来部署，以使它退出船坞。
图9c示出感应式充电系统的部分。船鸡内环形的主级线圈231感应地联接 到交通工具内的环形的次级线圈232，以对交通工具电池充电。
在如图IO所示的第二入坞结构中，船坞具有突出部分240，其被接纳在管 道5内并抵靠在船壳内壁上以将其固定就位。
用于替代交通工具260的第三入坞结构显示在图11中，该替代交通工具260 的形状类似于交通工具100。在此情形中，圆柱形的船坞被剖视图中示出的中 空圆柱形的突出部分250所代替(尽管剖视图中未示出交通工具260)。突出 部分250被接纳在管道内并抵靠船壳的内壁以将其固定就位。在此情形中，交 通工具260是图5b的"后掠翼"设计的拖曳变体，该交通工具260用系绳261 附连到船首鳍片262上。管道内没有上层结构(例如，推进桨叶或鳍片)，于 是突出部分250可完全通过管道。通过向下倾斜突出部分来部署交通工具，于 是，交通工具在重力作用下滑出该突出部分。可以与图9c类似的方式使用感 应式充电系统。
图12a、 12b和12c是第六交通工具600的前视图、左舷侧视图和平面图。 与图5a-5c中所示交通工具相同的是，交通工具的船壳是相对于船壳轴线601 后掠的，但在此情形中，船壳具有承载船首鳍片602和船尾鳍片603的后掠的 前部；以及承载船首鳍片604和船尾鳍片605的后掠的背部。交通工具如滑翔 器那样操作并承载有浮力发动机(未示出)和结构类似于图7所示系统的惯性 姿势控制系统(未示出)。因此，交通工具具有完全共形的外形，无论管道内 还是从交通工具外部突出都没有上层结构。
图13a和13b是交通工具700的前视图和左舷侧视图。交通工具显示为有 如图1所示类型的推进器系统，有双推力矢量推进器桨叶705、 706，图13b 中可见其中一个罩壳708。交通工具通过绳索系带系统而系缚在母船(未示出)上，该绳索基带系统包括如图17b所示的左舷系带701以及在右舷侧上相当位
置处附连到船壳的右舷系带(未示出)。系带组合而形成单一系带绳索，其运 行过程中提供数据传送以及曳拉载荷的传送。交通工具具有附加的成对的推进
器装置702、 703，它们固定地安装成与外船壳的外表面齐平并提供颠簸控制。 示出传感器704定位在交通工具的船尾。
图14a和14b是交通工具800的前视图和左舷侧视图。交通工具系缚在母 船(未示出)上，并由单一的系带801拖曳，系带801也可将数据传送交通工 具和/或从交通工具传出数据。系带801较佳地通过枢轴(未示出)附连到船壳 上，但也可满意地使用另一替代的系船索方案。四个鳍片配装在船壳的船尾处。 图14b中示出上鳍片802、下鳍片803和左舷鳍片804，但右舷的鳍片隐蔽不 可见。四个鳍片中的每个鳍片可如对于鳍片802、 803的虚线所示那样枢转以 实线颠簸和偏航控制。交通工具800更加刚性且不如V翼那样易鼓翼。因为产 生的拖曳力小且颠簸稳定性提高，所以，较之于V翼其更为有效，因纠正的颠 簸力矩较大。
上述交通工具可用于自控的无人操纵的水下勘探、成像、检查、绘图和海 洋科学的监视。在此情形中，被推进的交通工具的大小可以是500mm直径和 600mm长，滑翔器类型可以是二至四倍之大。然而，基本的交通工具设计可 縮放比例，并可用于跨度尺寸为几个厘米的非常小的交通工具到跨度尺寸为几 十米的非常大的海洋交通工具。这些交通工具可容纳各种传感器结构，其包括 激光器；地音探听器；水中听音器；低频、中频和高频的声纳变换发射器；电 磁式传感器、行扫描器以及二维的成像传感器。交通工具还适于入坞，或泊 入管道内，或港口或车库；或在液体床上降落或起飞的操作。
连续滚动产生的稳定性能使交通工具"盘旋"即，基本上保持无平移的 运动。这可与传统的低速下失去稳定性的自控水下交通工具形成对比。在"盘 旋"模式中操作时，反馈系统可感测到交通工具接近到外部物体，并响应于感 测到的接近度来控制交通工具的位置，例如，根据需要产生小量的推力以将交 通工具保持在远离物体的固定距离处。
这里所述交通工具的替代的应用是散装材料(诸如原油)的长距离散装运 输，其中船壳内部填装了该种材料。在此种设计中，环形船壳长度可以是20米，而外直径可以限制到10米。材料被包含在内部螺旋形压力容器内，或外 船壳内，或它们两者内。交通工具的尺寸和/或长宽比可以根据需要增加。例如， 大型交通工具需承载有效载荷的情形中，延伸的有效载荷部分可构造为螺旋形 舱库，该舱库配装在沿交通工具轴线的某些点处。在该类型的应用中，在交通 工具与海洋流相交成某角度倾斜的情形中，由于海洋流产生的曳力和升力，交 通工具可离开航线而偏航到侧边。然而，通过围绕其轴线连续地滚动交通工具， 可减小由海洋流形成的侧向力。相反，产生马格努斯力趋于驱动交通工具向上 或向下，但不到侧边。
该类型交通工具的另一替代的应用是交通工具下潜到充满液体的管子内 (例如，公用事业的水管，或油管)，用于检查、修理或其它的目的。在此情 形中，选择直径足够小的交通工具以便能容纳在管子内。
或者，在水下电缆敷设应用中，可指定大得多的交通工具，这样，在外船 壳内可装载长的电缆并从交通工具中展开。例如，这种交通工具可装载敞开的 螺旋形装载舱，沉重的水下拖曳的电缆巻绕在该储存库上，其中，这种装载舱 可形成大型交通工具内的一个螺旋形的部分。因此，该交通工具的一个特定实
施例采用长度为5.6米外径为4米的环形船壳。推进器系统如上所述用于较小 的交通工具，产生的旋转连同轴向运动一起自控地部署和敷设水下电缆。
代替作为完全下潜的潜水交通工具进行操作，上述交通工具也可设计成作 为使用时交通工具仅部分地潜入水中的水面交通工具进行操作。在此情形中， 照相机和无线电传感器固定在外环形蒙皮的顶部上，声纳传感器定位在螺旋形 船壳的下部周围。水面的交通工具具有与上述其它交通工具类似的结构和推进 器，并可使用后掠的或非后掠的螺旋形形式来实施。由环形船壳形式提供的显 著优点在于
，当CofG和分布质量低的螺旋形形式提供了有效的破浪运动时，在水面上 或水面附近操作时有提高的稳定性，有效的破浪运动对于由波浪、风或海涌造 成的扰动有回弹力，远甚于由传统水面交通工具所获得的效果。当由波浪、风 或海涌冲击引起的未预见到的传感器运动危及到监视或成像或绘图等操作时， 这就特别地重要。此外，图2a、 2b、 3a、 3b和4a-4c所示的双推力矢量推进桨 叶的方案可允许调整交通工具顶表面和海面上方相关的传感器高度。在上述每个交通工具的其它替代的实施例中，环形在两视图中可包括端口
或狭缝110、 111，以及两侧上的羽翼112、 113、 114。在图5d所示的一个实 例中，羽翼可围绕定位在形成交通工具结构的一部分的螺旋形杆部分上的铰链 115、 116转动，其中，在两个或多个这种螺旋形杆部分的每个上可使用三个这 种羽翼，这些羽翼位于每个左舷和右舷的环形侧上。尽管图5d描述了狭缝和 羽翼被包含在环形内的特定实施例，但应该清楚，该原理也可应用于羽翼形成 环形前导和尾部边缘的部分的相反结构(未示出)中。
根据交通工具明确的目标和当地主要的条件，使用相关的控制装置来独立 地驱动或释放翼片。当释放时，通过使流体能够围绕翼片有效地流动并流过环 形，翼片可减小横向流的影响。通过控制装置上翼片和下翼片可动态地进行调 整以有效地将正向或负向翼扭转引入到圆形的任何或全部的四分点，这可调制 翼形的颠簸、滚动和偏航力矩，并因此可用来稳定交通工具或引起快速的颠簸 或偏航或滚动。在一实例中，位于密封封壳内的无电刷电机使用减速齿轮机构 来驱动各翼片，使得可在大约0.5秒内实现翼片在±90°运动之内的致动。显然， 也可以类似方式使用中心的羽翼对。在另一实例中，羽翼可围绕垂直于圆形表 面的轴转动，所述轴近似地平分交通工具的CofG，交通工具中包括两个这种 轴和相关的羽翼，且其中两个轴的轴线对着90°角，且两个轴的轴线排列成相 对于与交通工具轴线相一致的垂直平面成45° 。可再次释放羽翼，或可驱动它
们而沿被联接到羽翼两个轴的轴线所定义的平面对着的任何方向移动流体。在 此实例中，羽翼和轴可直接通过关联的无电刷的DC电机进行驱动，或间接地
使用机械减速齿轮机构来驱动。
当交通工具在连续滚动模式中操作时，这里所述船壳外形的高度转动对称 性(沿船壳轴线观看)给出诸多优点。然而，本发明还包括本发明的替代实施 例(未示出)，包括
沿船壳轴线观看，外船壳的内和/或外壁不呈圆形的实施例。例如，
外船壳可具有多边形环形形状(正方形、六角形等) 管道被合适的分隔件分为两个或多个单独的管道的实施例 外船壳本身限定两个或多个单独管道的实施例 外船壳从层流水翼艇演变为不到360度角的绕船壳轴线的回转体的实施例。在此情形中，管道将部分地开有沿其长度走向的狭缝。使
所述角度大于180度，较佳地接近360度，船壳将基本上保持环形
以便以任何滚动角提供流体动力学的升力。 图5a-d和12a-12c示出带有浮力控制发动机的下潜滑翔器，但在另一替代 的实施例中，图5a-5d或图5a-5c所示的船壳外形可用于下潜的小型滑翔器， 例如用于游泳池中的小型滑翔器。图5d的滑翔器(不带翼片)的外形在此应 用中是最佳的形式。
权利要求
1.一种潜水交通工具，该交通工具具有外船壳，该外船壳限定有船壳轴线，当沿着所述船壳轴线观看时，所述船壳基本上呈环形，该环形内部限定有两端敞开的管道，从而当所述交通工具潜入液体中时，液体涌入所述管道内，所述交通工具还包括使所述交通工具围绕所述管道滚动的装置。
2. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，用来使所述交通工具围绕所述管道滚动的所述装置设置在所述管道内。
3. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，用来使所述 交通工具围绕所述管道滚动的所述装置包括推进器系统。
4. 如权利要求3所述的交通工具，其特征在于，所述推进器系统具有关于 所述船壳轴线的旋转对称性。
5. 如权利要求3或4所述的交通工具，其特征在于，所述推进器系统包括 一对或多对推进器装置，每对装置包括可枢转地安装在所述船壳轴线第一侧上 的第一推进器装置，以及与所述第一推进器装置相对的可枢转地安装在所述船 壳轴线第二侧上的第二推进器装置。
6. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，用来使所述 交通工具围绕所述管道滚动的所述装置包括一个或多个控制表面。
7. 如权利要求6所述的交通工具，其特征在于，用来使所述交通工具围绕 所述管道滚动的所述装置包括一对或多对控制表面，每对包括安装在所述船壳 轴线第一侧上的第一控制表面，以及与所述第一控制表面相对的安装在所述船 壳轴线第二侧上的第二控制表面。
8. 如权利要求6或7所述的交通工具，其特征在于，每个控制表面包括鳍片。
9. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，用来使所述 交通工具围绕所述管道滚动的所述装置包括惯性控制系统，所述惯性控制系统 包括一个或多个质量块，可对每个质量块加速而对所述交通工具施加相等而相 反的加速度。
10. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，还包括浮力控制系统。
11. 一种潜水交通工具，所述交通工具具有外船壳，所述外船壳限定有船壳 轴线，当沿着所述船壳轴线观看时，所述船壳基本上呈环形，所述环形内部限 定有两端敞开的管道，从而当所述交通工具潜入液体中时，液体涌入所述管道 内，所述交通工具还包括浮力控制系统。
12. 如权利要求10或11所述的交通工具，其特征在于，所述浮力控制系统 具有关于所述船壳轴线的旋转对称性。
13. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，所述外船壳 的至少一部分相对于所述船壳轴线是后掠的。
14. 一种潜水交通工具，所述交通工具具有外船壳，所述外船壳限定有船壳 轴线，当沿着所述船壳轴线观看时，所述船壳基本上呈环形，所述环形内部限 定有两端敞开的管道，从而当所述交通工具潜入液体中时，液体涌入所述管道 内，其中所述外船壳的至少一部分相对于所述船壳轴线是后掠的。
15. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，所述船壳具 有凸出的区域S和正交于所述船壳轴线的最大外直径B，且其中比值B2/S小 于l。
16. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，所述船壳具 有凸出的区域S和垂直于所述船壳轴线的最大外直径B，且其中所述比值B2/8 大于0.5。
17. —种潜水交通工具，所述交通工具具有外船壳，所述外船壳限定有船壳 轴线，当沿着所述船壳轴线观看时，所述船壳基本上呈环形，所述环形内部限 定有两端敞开的管道，从而当所述交通工具潜入液体中时，液体涌入所述管道 内，其中所述船壳具有凸出的区域S和垂直于所述船壳轴线的最大外直径B， 且其中所述比值B"S大于0.5。
18. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，当沿所述船 壳轴线截取的横截面内观察时，所述环形内部的形状构造成至少部分呈弧形。
19. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，当沿所述船 壳轴线截取的横截面内观察时，所述环形内部和外部的形状构造成提供水翼艇 的外形。
20. 如权利要求19所述的交通工具，其特征在于，所述水翼艇外形在沿所 述船壳轴线的中间位置处具有相对宽的部分，而在所述中间位置的前后具有相 对窄的部分。
21. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，还包括容纳 在所述外船壳内的一个或多个压力容器。
22. 如权利要求21所述的交通工具，其特征在于，当沿着所述船壳轴线观 看时，所述压力容器中至少一个呈大致环形。
23. 如权利要求21或22所述的交通工具，其特征在于，包括沿所述船壳轴 线间隔开的两个或多个压力容器。
24. 如权利要求21、 22或23所述的交通工具，其特征在于，所述压力容器 和所述外船壳之间的内部空间在使用时被水涌入。
25. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，还包括至少 部分地容纳在所述外船壳内的能源。
26. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，还包括一个 或多个传感器。
27. 如权利要求26所述的交通工具，其特征在于，所述传感器中的至少一 个包括接近传感器。
28. 如权利要求27所述的交通工具，其特征在于，还包括推进器系统；以 及响应于从所述接近传感器发出的信号调整所述推进器系统的反馈机构。
29. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，所述交通工 具具有位于所述管道内的重心，以及位于所述管道内的浮力中心。
30. 如上述权利要求中任何一项所述的交通工具，其特征在于，所述交通工 具具有大致位于所述船壳轴线上的重心，以及大致位于所述船壳轴线上的浮力中心。
31. —种潜水交通工具，所述交通工具具有外船壳，所述外船壳限定有船 壳轴线，当沿着所述船壳轴线观看时，所述船壳基本上呈环形，所述环形内部 限定有两端敞开的管道，从而当所述交通工具潜入液体中时，液体涌入所述管 道内；以及一双推力矢量的推进器系统，所述推进器系统包括一对或多对推进 器装置，每对装置包括可枢转地安装在所述船壳轴线第一侧上的第一推进器装置，以及与所述第一推进器装置相对的可枢转地安装在所述船壳轴线第二侧上 的第二推进器装置。
32. —种潜水交通工具，所述交通工具具有外船壳，所述外船壳限定有船壳 轴线，当沿着所述船壳轴线观看时，所述船壳基本上呈环形，所述环形内部限 定有两端敞开的管道，从而当所述交通工具潜入液体中时，液体涌入所述管道 内。
33. —种操作如上述权利要求中任何一项所述交通工具的方法，所述方法包 括使所述交通工具潜入液体中，由此使液体涌入所述管道，使所述交通工具围绕其船壳轴线滚动多圈。
34. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括使所述交通工具围绕 其轴线滚动时保持所述交通工具基本上没有平移运动。
35. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括将所述交通工具倾斜 成与液体流成一角度，同时使所述交通工具围绕其轴线滚动，由此产生的马格 努斯力。
36. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括在所述交通工具有限 的转动弧上启动推进器系统。
37. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述交通工具包括传感器， 所述方法还包括使所述交通工具在围绕其轴线滚动的同时平移，并每圈一次以 上地从所述传感器中获取传感器数据。
38. 如权利要求37所述的方法，其特征在于，还包括处理来自连续转动圈 数的所述传感器数据，以获得传感器孔的二维合成范围。
39. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括感测所述交通工具与 外部物体的接近程度，并响应于所述探测到的接近程度来控制所述交通工具的 位置。
40. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括从所述交通工具中布 置电缆。
41. 一种使用如权利要求1至32中任何一项所述的交通工具的方法，包括 将所述交通工具潜入到充满液体的管道内，用于检査、修理或其它目的。
42. —种使如权利要求1至32中任何一项所述的交通工具入坞的方法，所述方法包括将所述交通工具插入到大致圆柱形的船坞内。
43. —种使如权利要求1至32中任何一项所述的交通工具入坞的方法，所 述方法包括将船坞的突出部分插入到所述管道中。
44. 一种部署如权利要求1至32中任何一项所述的交通工具的方法，所述 方法包括从大致圆柱形的船均中部署所述交通工具。
45. —种部署如权利要求1至32中任何一项所述的交通工具的方法，所述 方法包括从被接纳在所述管道内的船坞突出部分中部署所述交通工具。
46. —种用于潜水交通工具的推进器系统，所述推进器系统包括容纳在柔性 的大致环形的外套内的两个或两个以上轴对称的驱动组件。
47. —种操作具有两个或两个以上轴对称安装的驱动组件的潜水交通工具 的方法，所述方法包括轴对称地往复移动所述驱动组件，以推进所述交通工具 通过液体。
48. 如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述驱动组件是鳍片。
49. 如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述驱动组件容纳在柔性的 大致环形的外套内。
50. —种潜水小型滑翔器，所述滑翔器具有外船壳，所述外船壳限定有船壳 轴线，当沿着船壳轴线观看时，所述船壳基本上呈环形，所述环形内部限定有 两端敞开的管道，从而当所述小型滑翔器潜入液体中时，液体涌入所述管道内。
51. 如权利要求50所述的小型滑翔器，其特征在于，所述船壳具有凸出的 区域S和垂直于所述船壳轴线的最大外直径B，其中，比值B々S大于0.5。
52. 如权利要求50或51所述的小型滑翔器，其特征在于，所述外船壳的至 少一部分相对于所述船壳轴线是后掠的。
全文摘要
一种潜水交通工具，其具有外船壳，该外船壳限定有船壳轴线，当沿着所述船壳轴线观看时，船壳基本上呈环形，该环形内部限定有两端敞开的管道，从而当交通工具潜入液体中时，液体涌入管道内。交通工具还包括使交通工具围绕船壳轴线滚动的装置。可设置浮力控制系统，而外船壳可相对于船壳轴线后掠。还描述了部署和使用所述交通工具的各种方法。
文档编号B63H5/14GK101291845SQ200680038788
公开日2008年10月22日 申请日期2006年10月19日 优先权日2005年10月19日
发明者H·G·D·高斯林 申请人:移动科学有限公司