本发明涉及波浪能利用与仿生推进技术领域，更具体地，涉及一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置。
背景技术：
海洋环境观测技术对于保护开发海洋环境与资源、维护国家海洋权益、增强国家海洋军事与科技实力具有重要的意义。目前应用于海洋水下观测的装备主要包括浮标、潜标、海床基、考察船以及螺旋桨推进的水下机器人和水下滑翔机。随着人类活动向深海、远海的深入，海洋环境观测技术也不断提出新的要求。
无人水面机器人可用于执行危险以及不适合有人船只执行的任务，包括科研、探测、搜救、导航和勘察等。波浪滑翔器作为一种较新的无人水面机器人，利用波浪能向前推进，较传统的水面机器人具有能耗低，续航能力强，噪音小等优点。且经过多次实践应用，技术已经相对成熟，目前已被应用于监测海洋环境要素、海洋灾害预报、海洋科学研究等。
1993年至2000年，美国麻省理工学院研制出名为artemis的小型无人水面机器人，并完成升级与水中测试。随后，无人水面机器人开始迅速发展。2005年，rogerhine成立liquidrobotics公司开始民用与军用波浪滑翔器的研制，并已累计进行数万公里海试。其中下层滑翔机构的转动关节水翼阵列是最为关键的一个部件。理论上，翼板对数越多,下层滑翔机构的推进力越大，但翼板之间存在相互绕流影响,且不能忽略不计,翼板对数越多，翼板之间的相互绕流影响越严重，这大大限制了波浪能的转化效率，使得波浪滑翔器的应用很难突破原有设计波浪转化效率的限制。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其与水面浮体分别设于柔性脐带缆的两端以构成波浪滑翔器，所述水下推进装置包括与柔性脐带缆连接的固定架，固定架的两侧分别设有柔性胸鳍，且柔性胸鳍为仿蝠鲼胸鳍结构。
柔性胸鳍使用纯弹性材料制作，内部质量均匀分布。
上述方案中，当水面浮体随波浪上浮时，柔性脐带缆拉拽水下推进装置上升，柔性胸鳍在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体随波浪下沉时，水下推进装置在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动。本发明通过柔性胸鳍与水流的相互作用，驱动水下推进装置向前运动，以实现滑翔，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率；且无需安装电机等主动驱动柔性胸鳍上下摆动的装置，极大地提高波浪滑翔器的续航能力。
优选地，柔性胸鳍为硅胶结构或橡胶结构。可根据需求使用硬度不同的硅胶或橡胶材料，硬度较大的材料弹性形变较小，力学性能与耐腐蚀性能不同，可适应不同海况的需求。
优选地，在柔性胸鳍的展向方向上，柔性胸鳍的纵向厚度逐渐变薄。展向为从固定架两侧向垂直于固定架长度方向延伸的方向；厚度的差异，使得内部质量均匀分布的柔性胸鳍可以在势能作用下，在展向产生大的弯曲形变，以使柔性胸鳍摆动更顺利地产生推力，进而使滑翔器更顺利地滑翔。
优选地，柔性胸鳍在垂直于展向方向上的长度沿展向逐渐变小。这样设置通过逐渐减小在展向方向上的覆盖面，使得柔性胸鳍在势能作用下摆动更顺畅，进而使滑翔器更顺利地滑翔；另外，这样设置也能减少水流对滑翔器滑翔时的阻力。
优选地，柔性胸鳍的形状可根据需要调整，模仿不同类型蝠鲼的几何外形。如萨宾河魟的胸鳍较薄，摆动时胸鳍径向产生扭摆，形成波动推进方式；大西洋牛鼻鲼的胸鳍较厚，摆动时胸鳍波动较小，近似于拍打推进方式。不同形状的柔性胸鳍形状的稳定性能存在一定差异，可适应不同探测需求。
优选地，一对柔性胸鳍对称分布于固定架的两侧。这样设置使水下滑翔机结构对称，重心位于固定架上，便于提高滑翔时的稳定性。
优选地，柔性胸鳍的尺寸可根据需要调整。尺寸较大的柔性胸鳍在势能作用下的摆动形变更为剧烈，产生的推力更大。
优选地，柔性胸鳍与固定架连接的边缘为流线形结构，且该流线形结构凸向水面浮体方向。这样设置使得柔性胸鳍在固定架长度方向上的位置不在同一水平面，也呈流线形结构，便于在水流的作用下摆动更顺畅。
优选地，柔性胸鳍在展向方向上的边缘为流线形结构。这样设置能减少水流对滑翔器滑翔时的阻力，提高波浪能转换效率。
优选地，固定架上设有用于安装其他结构的缺口。该缺口的设置便于安装舵体、测量仪器等装置。
优选地，连接结构与固定架连接。这样设置便于提高滑翔时的稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，当水面浮体随波浪上浮时，柔性脐带缆拉拽水下推进装置上升，柔性胸鳍在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体随波浪下沉时，水下推进装置在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动，通过柔性胸鳍与水流的相互作用，驱动水下推进装置向前运动，以实现滑翔，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率；且无需安装电机等主动驱动柔性胸鳍上下摆动的装置，极大地提高波浪滑翔器的续航能力；柔性胸鳍采用纯弹性材料制作，耐海水腐蚀，制作成本低，更换容易。
附图说明
图1为本实施例一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置的结构示意图。
图2为该滑翔器与水流作用时的推进原理图。
图3为本实施例中柔性胸鳍受力时的结构变形模拟图，视角为侧视状态。
图4为本实施例中柔性胸鳍受力时的结构变形模拟图，视角为俯视状态。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
本实施例一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，如图1所示，其与水面浮体2分别设于柔性脐带缆1的两端以构成波浪滑翔器，所述水下推进装置3包括与柔性脐带缆1连接的固定架31，固定架31的两侧分别设有柔性胸鳍32，且柔性胸鳍32为仿蝠鲼胸鳍结构。
本实施例中，柔性胸鳍32使用纯弹性材料制作，内部质量均匀分布。
如推进原理图图2所示，当水面浮体2随波浪上浮时，柔性脐带缆1拉拽水下推进装置3上升，柔性胸鳍32在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体2随波浪下沉时，水下推进装置3在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍32在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动。本发明通过柔性胸鳍32与水流的相互作用，驱动水下推进装置3向前运动，以实现滑翔，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率；且无需安装电机等主动驱动柔性胸鳍32上下摆动的装置，极大地提高滑翔器的续航能力。
如图3和图4所示，柔性胸鳍32在一定压力作用下，产生展向弯曲变形，且在俯视图图4中柔性胸鳍32尖端偏离初始位置，这与自然界蝠鲼的胸鳍变形非常类似，也是柔性胸鳍32摆动能将升降运动转化为向前运动的关键。
其中，柔性胸鳍32为硅胶结构或橡胶结构。可根据需求使用硬度不同的硅胶或橡胶材料，硬度较大的材料弹性形变较小，力学性能与耐腐蚀性能不同，可适应不同海况的需求。
另外，在柔性胸鳍32的展向方向上，柔性胸鳍32的纵向厚度逐渐变薄。展向为从固定架31两侧向垂直于固定架31长度方向延伸的方向；厚度的差异，使得内部质量均匀分布的柔性胸鳍可以在势能作用下，在展向产生大的弯曲形变，以使柔性胸鳍32摆动更顺利地产生推力，进而使滑翔器更顺利地滑翔。
其中，柔性胸鳍32在垂直于展向方向上的长度沿展向逐渐变小。这样设置通过逐渐减小在展向方向上的覆盖面，使得柔性胸鳍32在势能作用下摆动更顺畅，进而使滑翔器更顺利地滑翔；另外，这样设置也能减少水流对滑翔器滑翔时的阻力。
另外，柔性胸鳍32的形状可根据需要调整，模仿不同类型蝠鲼的几何外形。如萨宾河魟的胸鳍较薄，摆动时胸鳍径向产生扭摆，形成波动推进方式；大西洋牛鼻鲼的胸鳍较厚，摆动时胸鳍波动较小，近似于拍打推进方式。不同形状的柔性胸鳍形状的稳定性能存在一定差异，可适应不同探测需求。
其中，一对柔性胸鳍32对称分布于固定架31的两侧。这样设置使水下滑翔机结构对称，重心位于固定架31上，便于提高滑翔时的稳定性。
另外，柔性胸鳍32的尺寸可根据需要调整。尺寸较大的柔性胸鳍32在势能作用下的摆动形变更为剧烈，产生的推力更大。
其中，柔性胸鳍32与固定架31连接的边缘为流线形结构，且该流线形结构凸向水面浮体2方向。这样设置使得柔性胸鳍32在固定架31长度方向上的位置不在同一水平面，也呈流线形结构，便于在水流的作用下摆动更顺畅。
另外，柔性胸鳍32在展向方向上的边缘为流线形结构。这样设置能减少水流对滑翔器滑翔时的阻力，提高波浪能转换效率。
其中，固定架31上设有用于安装其他结构的缺口33。该缺口33的设置便于安装舵体、测量仪器等装置。
另外，连接结构1与固定架31连接。这样设置便于提高滑翔时的稳定性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。