一种由波浪能驱动的无人艇的制作方法

本发明涉及波浪能发电领域，具体涉及一种利用波浪能作为动力驱动的无人艇。

背景技术：

小型的海上无人艇，具有体积小，移动灵活，布放和回收方面，隐身性能好，成本低等优点，在海洋资源勘探、水面水下军事侦察，海洋环境监测等方面具有重要的用途。但由于动力供应的问题，无人艇的航程受到制约，目前无人艇的动力来源方式一般有三种：第一种是独自携带柴油或者蓄电池，由于无人艇体积小，无法携带大量的燃油，也无法安装大容量的蓄电池，因此限制了无人艇的航程；第二种是利用太阳能作为动力来源，在无人艇上安装太阳能板，由太阳能给蓄电池充电，该方式虽然可以不用大容量的蓄电池，但是由于海上天气变化以及到了夜晚，没有阳光时，无人艇便没了动力，因此很难保证无人艇动力供应的稳定性；第三种就是母船携带无人艇，由母船为无人艇提供动力，但这种方式减小了无人艇的活动范围，降低了无人艇的隐蔽性。

由于无人艇动力供给的制约，目前急需要一种能在恶劣的海洋环境中可以长航时、活动范围大的水面无人艇，无人艇的续航能力决定着无人艇的性能。波浪能是海洋中蕴藏的一种可再生能源，具有分布范围广，能量密度高，如果利用波浪能作为动力，几乎可以为无人艇提供无限的续航能力，并且波浪能在转换为电能的过程中几乎不产生任何的污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种由波浪能驱动的无人艇，利用波浪能作为无人艇的动力源，使无人艇可以不依赖其他母船而增加航程和活动范围。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种由波浪能驱动的无人艇，包括艇艏、艇尾、能量转换系统、船舶推进螺旋桨和蓄电池；艇艏和艇尾沿艇宽方向铰接，二者在波浪的作用下相互旋转以产生角位移，能量转换系统通过电缆与蓄电池连接，将艇艏和艇尾的角位移转换成电能后存储在蓄电池中，船舶推进螺旋桨利用蓄电池存储的电能驱动无人艇在海面航行。

根据本发明的一种改进，所述的能量转换系统包括第一棘轮、第二棘轮、第一主动齿轮、第二主动齿轮、第一棘爪、第二棘爪、第一从动齿轮、第二从动齿轮、双出轴永磁发电机和主轴；

主轴固定在艇尾上，第一棘轮和第二棘轮相距一定间隔地安装在主轴上，第一棘轮和第二棘轮可绕主轴转动，且二者的棘齿朝向相反；第一棘爪和第二棘爪固定在艇艏上，第一棘爪与第一棘轮啮合，第二棘爪与第二棘轮啮合；

第一主动齿轮套设在主轴上，并与第一棘轮固定连接；第二主动齿轮套设在主轴上，并与第二棘轮固定连接；第一从动齿轮与第一主动齿轮啮合，第二从动齿轮与第二主动齿轮啮合；双出轴永磁发电机一端与第一从动齿轮连接，另一端与第二从动齿轮连接。

根据本发明的一种改进，所述的艇尾上设有轴套支撑座，轴套支撑座上设有轴套；所述的艇艏设有销轴支撑座，销轴支撑座上设有销轴，销轴嵌入轴套中，使艇艏和艇尾铰接在一起。

根据本发明的一种改进，所述的艇艏和艇尾上均设有上限位橡胶块和下限位橡胶块，上限位橡胶块通过上限位橡胶块支撑座安装在艇艏和艇尾的上方，下相位橡胶块安装在艇艏和艇尾连接处的下方。限位块的设置，可防止在大浪下艇艏和艇尾产生的角位移过大，确保艇艏和艇尾的相对角度保持在一定的范围内。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、本发明的无人艇和现有无人艇相比，利用波浪能作为动力源，而海洋中的波浪每时每刻都存在，因此本发明的无人艇的动力几乎源源不断。

2、本发明结构简单，直接将艇艏和艇尾分成两段，进行铰接，能量转换系统由两对棘轮-齿轮机构组成，安装制造都极为简便。

3、本发明中的能量转换系统不但可以用在波浪能无人艇中，也可应用在其他双浮体铰接的小型波浪能装置上，应用范围广阔，具有重要的使用价值。

4、其他类似的波浪能推进可移动平台大多数利用装置的横摇，本发明利用的是装置的纵摇，纵摇的力矩远大于横摇，因此在装置尺寸相近的情况下，俘获的波浪能更多。

附图说明

图1是本发明一种由波浪能驱动的无人艇俯视图；

图2是本发明一种由波浪能驱动的无人艇主视图；

图3是本发明一种由波浪能驱动的无人艇的能量转换系统组成示意图；

图4是本发明一种由波浪能驱动的无人艇中能量转换系统棘轮-齿轮机构组成图；

图5是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中垂运动形式时工作状态图；

图6是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中垂运动形式时棘轮-齿轮机构运转状态图；

图7是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中垂运动形式时齿轮-发电机运转状态图；

图8是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中拱运动形式时工作状态图；

图9是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中拱运动形式时棘轮-齿轮机构运转状态图；

图10是本发明一种由波浪能驱动的无人艇以中拱运动形式时齿轮-发电机运转状态图；

附图标记说明：1-艇艏；2-艇尾；3-轴套支撑座；4-轴套；5-销轴支撑座；6-销轴；7-能量转换系统；8-上限位橡胶块支撑座；9-上限位橡胶块；10-船舶推进螺旋桨11-下限位橡胶块；12-第一棘轮；13-第二棘轮；14-第一主动齿轮；15-第二主动齿轮；16-第一棘爪；17-第二棘爪；18-第一从动齿轮；19-第二从动齿轮；20-双出轴永磁发电机；21-主轴；22-电缆；23-蓄电池。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图4所示，本发明的一种由波浪能驱动的无人艇，包括艇艏1、艇尾2、轴套支撑座3、轴套4、销轴支撑座5、销轴6、能量转换系统7、上限位橡胶块支撑座8、上限位橡胶块9、船舶推进螺旋桨10、下限位橡胶块11、电缆22和蓄电池23。

艇艏1和艇尾2是两节独立的艇体，前后铰接在一起，在静水中，保持完整的船形，如图1和图2所示，并且艇艏1和艇尾2都采用无人艇通用的外形设计，以利降低无人艇在航行时的阻力。轴套4通过轴套支撑座3固定连接在艇尾2上，销轴6通过销轴支撑座5固定在艇艏1上，销轴6嵌入轴套4中，实现艇艏1和艇尾2的铰接，二者在波浪的作用下，可以相互旋转，以产生角位移。轴套4和销轴6的数量可以根据实际要求设计，本实施例中，均为2个，对称布置在无人艇宽度方向的两侧。

上限位橡胶块9通过上限位橡胶块支撑座8安装在艇艏1和艇尾2的上方，下相位橡胶块11安装在艇艏1和艇尾2连接处的下方，艇艏1和艇尾2上均设置2个上限位橡胶块9和2个下相位橡胶块11，且相对布置。上限位橡胶块9和下限位橡胶块11的目的是为了防止在大浪下，艇艏1和艇尾2产生的角位移过大，导致无人艇上的设备失稳，同时也为了保持艇艏1和艇尾2的姿态类似于船形，从而使无人艇的可以减小航行时的阻力，使艇艏1和艇尾2一直保持在微幅的相对角位移状态。

能量转换系统7安装在无人艇中部，作为无人艇的波浪能发电装置，其包括第一棘轮12、第二棘轮13、第一主动齿轮14、第二主动齿轮15、第一棘爪16、第二棘爪17、第一从动齿轮18、第二从动齿轮19、双出轴永磁发电机20和主轴21。

第一棘轮12和第二棘轮13相隔一定距离地嵌套在主轴21上，可以绕主轴21旋转，主轴21则安装固定在艇尾2上。第一棘轮12与第二棘轮13的棘齿朝向相反(如图4所示，需要说明的是，图4以及后面的图6和图9中，将两对棘轮-齿轮机构画在同一平面中，是为了便于表示，实际状况是，两对机构是前后间隔地安装在主轴21上，如图3、7、10所示)。第一棘轮12和第一主动齿轮14安装在一起，由键连接，使第一棘轮12和第一主动齿轮14可以同步旋转。第二棘轮13和第二主动齿轮15安装在一起，由键连接，使第二棘轮13和第二主动齿轮15可以同步旋转。

第一棘爪16和第二棘爪17安装固定在艇艏1上，第一棘爪16与第一棘轮12啮合，以驱动第一棘轮12旋转，第二棘爪17与第二棘轮13啮合，以驱动第二棘轮13旋转。第一棘轮12旋转可以带动第一主动齿轮14旋转，第一主动齿轮14和第一从动齿轮18相互啮合，第一从动齿轮18与双出轴永磁发电机20左端通过联轴器相连；第二棘轮13旋转可以带动第二主动齿轮15旋转，第二主动齿轮15和第二从动齿轮19相互啮合，第二从动齿轮19与双出轴永磁发电机20右端通过联轴器相连。

双出轴永磁发电机20可商购获得，其发出的电由电缆22经过电力变换输入到蓄电池23中，再由蓄电池23存储的电驱动船舶推进螺旋桨10使无人艇在海面航行。

下面结合图5至图10，对本发明的无人艇的工作原理说明如下：

当无人艇在海上航行时，由于波浪的作用，艇艏1和艇尾2会产生相对角位移，如图5和所示，艇的中部会凹下去，类似于船舶中的中垂现象，称为中垂做功形式，或者如图8所示，艇的中部会凸起来，类似于船舶中的中拱现象，称为中拱做功形式。利用艇艏1和艇尾2产生的角位移来驱动能量转换系统7，在能量转换过程中，由于无人艇的尺寸一般较小，波浪的俘获宽度比较小，导致波浪的能量不大，因此本实施例采用机械式直驱能量转换系统，由两组棘轮-齿轮机构以及发电机组成，两个棘轮的棘齿朝向相反，使无人艇无论是中垂做功形式还是中拱做功形式都可以将波浪能转换成棘轮的旋转机械能。

如图5所示，当波浪作用于无人艇，如果无人艇的中部位于波谷时，此时无人艇中部会凹下去，处于中垂做功状态，此时艇艏1相对于艇尾2是逆时针旋转，艇尾2相对于艇艏1是顺时针旋转，由于第一棘爪16和第二棘爪17安装在艇艏1，而第一棘轮12、第二棘轮13和主轴21安装在艇尾2，因此第一棘爪16和第二棘爪17相对于主轴21做逆时针旋转。如图6所示，第一棘爪16会推动第一棘轮12，使其逆时针旋转，而此时，由于第二棘轮13的棘齿和第一棘轮12的棘齿朝向相反，第二棘爪17会从第二棘轮13的棘齿背滑过，第二棘轮13不被推动。第一棘轮12与第一主动齿轮14通过键连接，会同步运动，因此第一主动齿轮14也做逆时针旋转，第一从动齿轮18和第一主动齿轮14啮合，在第一主动齿轮14的驱动下，第一从动齿轮18会做顺时针旋转，并且第一从动齿轮18的直径小于第一主动齿轮14，因此第一从动齿轮18的转速比第一主动齿轮14增大。第一从动齿轮18和双出轴永磁发电机20的左端通过联轴器连接，因此第一从动齿轮18会带动双出轴永磁发电机20发电，并且二者的旋转方向一致，从双出轴永磁发电机20的左端看过去，双出轴永磁发电机20处于逆时针旋转，如图7所示。

如图8所示，当波浪作用于无人艇，如果无人艇的中部位于波峰时，此时无人艇中部会凸起来，处于中拱做功状态，此时艇艏1相对于艇尾2是顺时针旋转，艇尾2相对于艇艏1是逆时针旋转，因此第一棘爪16和第二棘爪17相对于主轴会做顺时针旋转。如图9所示，第二棘爪17会推动第二棘轮13，使其顺时针旋转，而此时，第一棘爪16会从第一棘轮12的棘齿背滑过，第一棘轮12不被推动。第二棘轮13与第二主动齿轮15也是同样通过键连接，会同步运动，因此第二主动齿轮15也做顺时针旋转。第二从动齿轮19和第二主动齿轮15啮合，在第二主动齿轮15的驱动下，第二从动齿轮19会做逆时针旋转，并且第二从动齿轮19的直径也小于第二主动齿轮15，因此第二从动齿轮19的转速比第二主动齿轮15增大。第二从动齿轮19和双出轴永磁发电机20的右端通过联轴器连接，因此第二从动齿轮转动19也会带动双出轴永磁发电机20发电，并且二者的旋转方向一致，从双出轴永磁发电机20的右端看过去，双出轴永磁发电机20处于顺时针旋转，如图10所示。

对比图7和图10可以看出，双出轴永磁发电机20的旋转方向是相同的，也意味着无论是中垂做功形式还是中拱做功形式，双出轴永磁发电机20的旋转方向都相同。因此利用本发明的能量转换系统7将往复的旋转运动转换成了单项的旋转，使无人艇只要有波浪驱动就会一直不停的发电。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。