一种水下滑翔机机翼的制作方法

文档序号:16032996发布日期:2018-11-23 20:59阅读:448来源:国知局
一种水下滑翔机机翼的制作方法

本实用新型属于水下航行器技术领域,具体涉及一种水下滑翔机机翼。



背景技术:

水下滑翔机是一种新型的水下机器人。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力,能源消耗极小,只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源,并且具有效率高、续航力大(可达上千公里)的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢,但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点,满足了长时间、大范围海洋探索的需要,从时间和空间上都拓展了海洋监测的应用范围,目前已经成为当前水下航行器领域的一个研究热点。当前的水下滑翔机具有两个最大的不足点:

Ⅰ、国内外使用的水下滑翔机主要采用机载电池作为供电系统。然而,由于水下滑翔机的舱体较小,可携带的电池总容量非常有限,即使采用能量密度比较高的一次性电池,也难以进一步提高水下滑翔机的续航能力和续航时间。通过调研得知,当前电源携带容量的不足成为水下滑翔机长航程和长航时工作进一步提高的瓶颈;而当前电池技术的发展较为缓慢,高能量密度比的电池制造技术还不成熟,无法实际应用。如何在现有的基础上寻求提高水下滑翔机续航能力的机构或方法是提高水下滑翔机续航能力的关键技术。

Ⅱ、由于当前绝大多数水下滑翔机主要依靠内部俯仰调节机构带动电池包等重块实现俯仰姿态的调整,配合内部油路机构控制外皮囊体积从而改变水下滑翔机的整体浮心位置,从而实现水下滑翔机上浮下潜以及姿态的变换。然而,由于单纯使用浮力驱动方式,水下滑翔机在水下只能做锯齿形和螺旋回转轨迹航行,其航迹控制和定位精度低,航速慢,在风浪较大的海面或海流较强的海域可能会出现随波逐流的情况。水下滑翔机的运动模式决定了其只适合大范围海洋环境参数检测,不适合小范围内的精确观测,有一定的局限性。如何提高水下滑翔机的运动性能,提高其机动性和灵活性,成为解决水下滑翔机高机动性的关键。

对于弊端Ⅰ,国内一些科研机构为了提升水下滑翔机的续航能力,提出了一些解决方案。例如,专利申请号为201110330655.1的实用新型专利提出了一种水下滑翔机的能源捕获装置,该实用新型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,导流罩上设有流体进口和流体出口,流体进口的朝向与水下滑翔机的机头朝向相同或相反。该提供了一种可以为水下滑翔机进行充电的能源捕获装置,以期实现水下滑翔机运动是的能量捕获功能从而实现长航程。

同样类似的,还有专利申请号为201110087033.0的实用新型专利提出了一种用于水下滑翔机的晃动发电装置。但是这类实用新型专利均是通过设置单独的发电或能源捕获装置,并且需要安装并固定在水下滑翔机机身上。这类专利的最大弊端是:当水下滑翔机运动时,海水必须经过能源捕获装置后带动相关的发电装置发电,从而会降低水下滑翔机的运动速度,降低水下滑翔机的运动性能。

专利申请号为201210125283.3的实用新型专利提出了一种利用海洋波浪能的水下滑翔器及充电方法,具体为:一种利用海洋波浪能的水下滑翔器,艇体内设置有剩余浮力驱动装置与重心和姿态调节装置,并通过蓄电池进行电力供应;在艇体中部的透水舱内设置有机翼旋转组件,机翼旋转电机两侧输出轴通过左右机翼轴,穿过舱壁上两侧的滑动导向槽,伸出舱外固定机翼;机翼旋转电机底部通过传动连杆与水密舱内的发电机相连,通过上下滑移运动对蓄电池充电。该实用新型将水下滑翔器和海洋波浪能利用技术有机地融合,通过水下滑翔器的重心和姿态调节,充分利用水下滑翔器的外形特征—宽大的滑翔机翼和细长圆柱形艇体,及其这两个不同水动力部件在波浪滚圆运动中响应的差异进行发电,结构简单、实用,发电工作状态稳定,可利用波浪适应范围广。但是该实用新型需要机翼旋转电机底部通过传动连杆与水密舱内的发电机相连,带来最严重的问题便是深海密封问题,由于活塞和推杆采用的是动密封,在深海高压下极易出现失效问题,不符合当前水下滑翔机向大深度方向发展的方向。另外,如说明书所述,在3级海况下进行1小时左右的充电作业,大约可产生3~5kJ的电量,首先该套装置必须要求海面海况较为恶劣(滑翔机摆动幅度较大才能保证较高的发电功率),其次滑翔机必须处于海面方可进行发电作业,这对于水下滑翔机的连续作业目标相悖。根据现有经验,水下滑翔机剖面完成出水后,会漂浮在海面上通过卫星将工作状态参数及GPS数据等上传岸站,但是这个过程一般为分钟级,目的是降低水下滑翔机在海面时间过长而造成的人为或船只对其破坏的风险性。该实用新型使水下滑翔机在海面作业时间达数小时,对水下滑翔机的安全是相当不利的。

对于弊端Ⅱ,国内科研机构主要通过加装推进器保证水下滑翔机的高机动性。例如专利申请号为201610421688.X的实用新型专利提出了一种高机动水下滑翔机,包括重心调节机构、重力调节机构、高机动推进器、滑翔翼板、平衡尾翼、卫星通讯系统、下位机控制系统以及若干传感器等组成,利用滑翔机两侧的高机动推进器,弥补了前滑翔机机动能力弱、运动模式单一的缺点。滑翔机的重心调节与重力调节相配合实现常规滑翔运动,高速推进系统与控制系统相配合实现高机动运动,滑翔机在上浮至海面以后通过远程通讯系统可与控制中心通讯,滑翔机一般情况下滑翔机工作在低功耗滑翔巡航模式,在必要时可以启动高速高机动模式。该实用新型专利提供了一种新型水下滑翔机的设计思路,对于扩展滑翔机的应用领域、提高其生存能力、改善其综合性能有显著作用。但是该类实用新型专利的弊端是:由于加装了额外的推进器,在其工作时功耗很大(相对水下滑翔机自身功耗对比),对于延长水下滑翔机的长航程非常不利。另外,由于增添了外挂的推进器,推进器上的螺旋桨在不工作时,会增加水下滑翔机滑翔时的水阻,降低其运动效率。

因此如何设计一种水下滑翔机用装置,既能保证水下滑翔机的高机动性和高灵活性以满足小范围内的精确观测,又能使水下滑翔机工作时将剩余的动力转化成能源回收,从而提高水下滑翔机的续航能力,成为水下滑翔机向长航程和精确观测方向发展的关键。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的上述技术问题,本实用新型提出了一种水下滑翔机机翼,设计合理,克服了现有技术的不足,具有良好的效果。

为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:

一种水下滑翔机机翼,包括角度可调摆动翼、翼摆动联摆机构、翼摆驱动机构、搭载密封仓、涡轮式发电装置、电磁式发电机构、工作模式切换机构、透水舱以及控制和驱动机构;

角度可调摆动翼,包括上摆翼、下摆翼、上摆翼折页支板、下摆翼折页支板、上摆翼支板转轴、下摆翼支板转轴、上摆臂支板转轴轴芯、下摆臂支板转轴轴套、上摆翼联摆摆臂、下摆翼联摆摆臂和摆翼转轴支撑轴承;角度可调摆动翼共两套,左右对称设置和分布,上摆翼折页支板、下摆翼折页支板、上摆翼支板转轴和下摆翼支板转轴组成了一整套完整的折页弯折机构;上摆翼折页支板和下摆翼折页支板的一端分别嵌入至上摆翼和下摆翼中,并且上摆翼折页支板和下摆翼折页支板的横向宽度与上摆翼和下摆翼的翼长一致;上摆翼支板转轴和下摆翼支板转轴通过轴套和转轴机构组合相互配合,实现上摆翼支板转轴和下摆翼支板转轴相对绕轴心的转动;上摆翼支板转轴和下摆翼支板转轴分别与上摆翼折页支板和下摆翼折页支板的另外一端连接;

将来自翼摆动联摆机构的控制力矩分别通过上摆臂支板转轴轴芯、下摆臂支板转轴轴套、上摆翼联摆摆臂和下摆翼联摆摆臂传递至上摆翼支板转轴和下摆翼支板转轴中,最终实现带动上摆翼和下摆翼转动;

翼摆动联摆机构,被配置为用于通过翼摆驱动机构中输出轴对输出轴第一推杆的推动作用,实现左侧和右侧上摆翼和下摆翼各自独立的迎流角的改变;包括输出轴第一推杆、推杆直连第一摆臂、第一摆臂转轴、第一摆臂转轴支架、第一万向节、第二摆臂转轴、转轴轴承、第二摆臂转轴支架、第二摆臂、第二摆臂连杆、第一换向节、驱动滑杆、第二换向节、滑杆支架、第二推杆、V形摆臂固定支臂、V形摆臂转轴、V形摆臂第一支臂、V形摆臂第二支臂、V形摆臂第一支臂转轴和V形摆臂第二支臂转轴;

翼摆动联摆机构共四套,左右各两套,对称设置和分布,左侧或右侧的两套翼摆动联摆机构呈上下对称分布;其中:

①对于左侧上部的翼摆动联摆机构,其结构组成和连接关系描述如下:

输出轴第一推杆为直线型推杆形状,两端均设置有圆孔结构和轴承结构,轴承结构放置在圆孔结构的内部,输出轴第一推杆的一端即靠近翼摆驱动机构方向的一端与翼摆驱动机构中的输出轴换向节连接,另一端即靠近透水仓中的前支撑板方向的一端连接述推杆直连第一摆臂的上端点部位;推杆直连第一摆臂呈现上细下宽的纺锤形直线支臂状,其上下两个端部均设置有圆孔结构和轴承结构,轴承结构放置在圆孔结构的内部,推杆直连第一摆臂的上端部与输出轴第一推杆连接并可实现相对转动或推动,其下端部与第一摆臂转轴连接;第一摆臂转轴为转轴机构,其一端通过键槽结构与推杆直连第一摆臂的下端部连接,其另一端与第一万向节的一端连接;推杆直连第一摆臂转动,可带动第一摆臂转轴转动,进而带动第一万向节转动;第一摆臂转轴轴承套接在第一摆臂转轴上,第一摆臂转轴支架设置在第一摆臂转轴轴承的外侧;第一摆臂转轴支架为柱体型支架,其一端即靠近第一摆臂转轴方向的一端设置有通孔,通孔内设置有第一摆臂转轴轴承,其另一端即靠近透水仓中的前支撑板方向的一端与前支撑板连接;第一摆臂转轴支架实现对第一摆臂转轴的支撑作用,同时通过第一摆臂转轴轴承为第一摆臂转轴提供转动载体;

第二摆臂转轴为转轴机构,其一端通过键槽结构与第一万向节的另一端连接,其另一端与第二摆臂的一端连接;第一摆臂转轴带动第一万向节转动,进而带动与其连接的第二摆臂转轴转动,进而带动第二摆臂转动;第二摆臂转轴轴承套接在第二摆臂转轴上,第二摆臂转轴支架的一端套接在第二摆臂转轴轴承上,其另一端与透水仓中的前支撑板连接;

第二摆臂的两侧设置有圆孔和轴承机构,第二摆臂的另一端与第二摆臂连杆连接;第二摆臂转轴的转动,可带动第二摆臂摆动,进而可带动与其连接的第二摆臂连杆绕第二摆臂摆动,使得第二摆臂连杆具备上下移动能力,此处的上下移动能力并不是严格意义的直线上下运动能力,而是第二摆臂连杆的下端相对于第二摆臂因为小范围半径内运动而造成的上下移动即第二摆臂连杆的下端绕第二摆臂,且以第二摆臂的长度为半径摆动,从而使第二摆臂连杆的上端具有上下移动功能;

第二摆臂连杆的一端与第二摆臂连接,另一端与驱动滑杆上的第一换向节连接;第二摆臂连杆的上下移动带动驱动滑杆上的第一换向节上下移动,第二摆臂连杆上非真正意义的上下移动通过第一换向节转变成了真正意义上的直线滑动;

第一换向节是一个U形连接机构,U形连接机构的槽口处设置有转轴机构,与第二摆臂连杆连接,U形槽口的上端与驱动滑杆连接;驱动滑杆为直线圆柱体结构,其下端与第一换向节连接,其上端与第二换向节连接;第二摆臂连杆上非真正意义的上下移动经过第一换向节后转换成驱动滑杆上真正意义上的直线滑动,进而带动第二换向节的上下移动;套有滑杆支架套接在驱动滑杆的外侧,起到对其支撑的作用;将驱动滑杆正真意义上的直线运动通过第二换向节转换成第二推杆的非真正意义上的角度可变的直线运动;

滑杆支架与第一摆臂转轴支架和第二摆臂转轴支架结构类似,只是作用部位不同,安装固定在透水仓中的前支撑板上,其另外一侧即与驱动滑杆结合部位的端部设置有第二摆臂滑杆转轴,以方便驱动滑杆在其内部上下滑动;

第二推杆与第一换向节连接,第二推杆与输出轴第一推杆结构相同;驱动滑杆的上下运动带动第二换向节和第二推杆上下运动,由于第二推杆与V形摆臂转轴连接,因此可带动V形摆臂转轴非真正意义的上下直线运动;

V形摆臂固定支臂、V形摆臂第一支臂、V形摆臂第二支臂均为平板结构,V形摆臂转轴为类似折页机构的装置,其一端与V形摆臂第二支臂连接,另一端与V形摆臂第一支臂连接;

V形摆臂第一支臂转轴、V形摆臂第二支臂转轴和V形摆臂转轴结构类似,V形摆臂第一支臂转轴与V形摆臂固定支臂和V形摆臂第一支臂连接,V形摆臂固定支臂和V形摆臂第一支臂可绕V形摆臂第一支臂转轴相对转动,第二推杆的上下运动,可带动V形摆臂转轴运动,最终可带动V形摆臂第二支臂移动,进而带动V形摆臂第二支臂转轴移动;

V形摆臂第二支臂转轴的一端与V形摆臂第二支臂连接,另一端与上摆臂支板转轴轴套所连接的上摆翼联摆摆臂连接;第二推杆上下运动,带动V形摆臂转轴、V形摆臂第二支臂和V形摆臂第二支臂转轴,进而带动上摆翼联摆摆臂运动,最终带动下摆翼相对水平参考平面的角度转动和调整,改变左侧的下摆翼的迎流角度;

②对于左侧下部的翼摆动联摆机构,其结构组成和连接关系:和上述①中的左侧上部的翼摆动联摆机构绝大部分相同;不同的是:V形摆臂第二支臂转轴的一端与V形摆臂第二支臂连接,其另一端与下摆臂支板转轴轴芯所连接的下摆翼联摆摆臂连接;第二推杆上下运动,带动V形摆臂转轴、V形摆臂第二支臂和V形摆臂第二支臂转轴运动,进而带动下摆翼联摆摆臂运动,最终带动上摆翼相对水平参考平面的角度转动和调整,改变左侧的上摆翼的迎流角度;

③对于右侧上部的翼摆动联摆机构,其结构组成和连接关系:和上述①中的左侧上部的翼摆动联摆机构绝大部分相同;不同的是:V形摆臂第二支臂转轴的一端与V形摆臂第二支臂连接,其另一端与上摆臂支板转轴轴芯所连接的上摆翼联摆摆臂连接;第二推杆上下运动,带动V形摆臂转轴、V形摆臂第二支臂和V形摆臂第二支臂转轴运动,进而带动上摆翼联摆摆臂运动,最终带动下摆翼相对水平参考平面的角度转动和调整,改变右侧的下摆翼的迎流角度;

④对于右侧下部的翼摆动联摆机构,其结构组成和连接关系,和上述①中的左侧上部的翼摆动联摆机构绝大部分相同;不同的是:V形摆臂第二支臂转轴的一端与V形摆臂第二支臂连接,其另一端与下摆臂支板转轴轴套所连接的下摆翼联摆摆臂连接;第二推杆上下运动,带动V形摆臂转轴、V形摆臂第二支臂和V形摆臂第二支臂转轴运动,进而带动下摆翼联摆摆臂运动,最终带动上摆翼相对水平参考平面的角度转动和调整,改变右侧的上摆翼的迎流角度;

翼摆驱动机构,被配置为用于通过控制伺服电机的转动,最终可驱动输出轴,进而带动输出轴换向节前进或后退;共有四套,每套包括输出轴换向节、输出轴、驱动前端盖、驱动后端盖、可滑动膜片、涡轮、蜗杆、伺服电机、底座本体、驱动直齿轮、从动齿条、滑块、滑轨、挡板、拉杆、蜗杆支臂、蜗杆支臂轴承、翼摆驱动舱体;其中,驱动前端盖、驱动后端盖和翼摆驱动舱体构成翼摆驱动机构的主体;

输出轴换向节和第一换向节、第二换向节结构相同,其一端与输出轴连接,另一端与输出轴第一推杆连接;输出轴的水平直线推拉运动,通过输出轴换向节可将输出轴第一推杆的运动转化成非真正意义上的直线运动;

输出轴为直线圆柱机构,其最外侧与输出轴换向节连接,其最内侧与可滑动膜片的中心外端面连接;驱动前端盖和驱动后端盖均为圆盘机构,驱动前端盖的中心处设置有通孔,方便输出轴在其通孔内部伸缩;可滑动膜片的前后伸缩运动可带动输出轴伸缩运动;驱动前端盖与翼摆驱动舱体使用组合密封形式密封,翼摆驱动机构中的翼摆驱动舱体嵌入至搭载密封仓中的前端盖上;

可滑动膜片为橡胶材料,呈圆柱形状,内部中空,厚度在2-5mm之间,可滑动膜片圆柱形的圆形部分和挡板连接,圆柱形四周与驱动前端盖的内壁连接并密封,且其中部外围部分留有部分卷积余地以方便膜片的滚动伸缩;挡板前进或后退时可带动可滑动膜片前进或后退,进而带动输出轴前进或后退;且可滑动膜片保证了整套翼摆驱动机构的密封作用,防止海水进入翼摆驱动机构内;

伺服电机安装固定在工作模式切换机构中的伺服电机底座本体上,伺服电机转轴与蜗杆连接,蜗杆与涡轮连接,涡轮与驱动直齿轮连接;伺服电机的转动可带动涡轮转动,进而通过涡轮和蜗杆的配合作用带动驱动直齿轮转动;

底座本体为整套翼摆驱动机构的支撑载体,被配置为用于支撑滑轨和工作模式切换机构中的底座本体支臂;

驱动直齿轮与从动齿条啮合,从动齿条固定在滑块上,滑块与滑轨配合,相当于导轨结构;驱动直齿轮的转动,可带动从动齿条和滑块在滑轨上的前进和后退;滑块的前端设置有拉杆,拉杆与挡板连接,拉杆作为连接滑块和挡板的载体;滑块在滑轨的前进和后退,可通过拉杆和挡板的连接作用,最终实现带动述可滑动膜片的运动;

蜗杆支臂和蜗杆支臂轴承连接,蜗杆支臂为竖直的支撑臂状结构,其下端连接固定在工作模式切换机构中的伺服电机底座本体上,其上端则通过设置的蜗杆支臂轴承与蜗杆的顶部连接,被配置为用于支撑和连接蜗杆;

搭载密封仓,为水下滑翔机机翼的驱动和控制核心,包括前端盖、后端盖和舱体;

前端盖中设置有四个透孔;在前端盖上设置有左侧涡轮式发电输入水密接口和右侧涡轮式发电输入水密接口,左侧的涡轮式发电装置产生的电能通过左侧涡轮式发电输入水密接口输入;右侧的涡轮式发电装置产生的电能通过右侧涡轮式发电输入水密接口输入;后端盖上设置有供电输入水密接头、发电输出水密接头和控制输入水密接头;供电输入水密接头,被配置为用于通过外界将电能输入搭载密封仓内,供内部的控制板和伺服电机驱动板用;发电输出水密接头,被配置为用于将涡轮式发电装置和电磁式发电机构产生的电能经过控制和驱动机构中的整流稳压模块后输出;控制输入水密接头,被配置为用于通过外界输入控制信号控制翼摆驱动机构工作,进而控制两侧的上摆翼和下摆翼的迎流角度;

涡轮式发电装置,被配置为用于通过调整上摆翼和下摆翼的迎流角度的增加,使得涡轮扇叶转动,进而带动扁平防水式发电机产生电能并将电能传输至搭载密封仓内;包括涡轮扇叶、水密缆和固定支架;

涡轮式发电装置设置在左右两侧的上摆翼和下摆翼上;涡轮扇叶为扁平式的涡轮风扇,设置在上摆翼和下摆翼的纵向中间处;在涡轮扇叶的扇叶顶端的边缘处设置有导流板,涡轮扇叶连接有转轴,转轴连接有扁平防水式发电机,涡轮扇叶的转动进而带动扁平防水式发电机转动,实现发电功能;水密缆的一端与扁平防水式发电机连接,另一端和对应的左侧涡轮式发电输入水密接口或右侧涡轮式发电输入水密接口连接,将产生的电能传输至整流稳压模块;固定支架与扁平防水式发电机连接,并且固定支还与各自对应的上摆翼和下摆翼连接,被配置为用于将涡轮式发电装置安装固定至上摆翼或下摆翼;

电磁式发电机构,被配置为用于通过涡轮的转动,通过联轴器带动电磁发电机实现发电功能;包括电磁发电机、固定支架、联轴器;

电磁式发电机构共四套,分别设置在四个翼摆驱动机构内;电磁发电机通过固定支架固定在翼摆驱动机构中的底座本体上,电磁发电机的转轴通过联轴器和翼摆驱动机构中的涡轮连接,电磁发电机与控制和驱动机构中的整流稳压模块连接;

工作模式切换机构,包括伺服电机底座本体、底座本体支臂、支臂转轴、底座本体拉簧和拉簧支臂;

工作模式切换机构共有四套,分别安装固定在每个翼摆驱动机构内;伺服电机底座本体为平板结构,其上设置有多个加强筋,加强筋与翼摆驱动机构中的伺服电机连接;底座本体支臂为竖直支臂状机构,其下端与翼摆驱动机构中的底座本体连接;支臂转轴设置在底座本体支臂的上端,支臂转轴为折页转轴结构,与伺服电机底座本体连接,伺服电机底座本体通过绕支臂转轴相对底座本体支臂转动,进而带动伺服电机相对翼摆驱动机构中涡轮的啮合和非啮合,实现对输出轴的推动或泄力非驱动状态;拉簧支臂为竖直和水平支臂的组合,其下端固定在翼摆驱动机构中的底座本体上,通过水平支臂连接固定在底座本体拉簧的上端,底座本体拉簧的下端与伺服电机底座本体的顶端即远离靠近底座本体支臂和支臂转轴的一端连接;非控制状态下,由于底座本体拉簧的作用,涡轮和蜗杆处于啮合状态,即通过伺服电机的转动以及涡轮和蜗杆的传动,实现输出轴的伸缩运动;在伺服电机底座本体的端部下方即远离靠近底座本体支臂和支臂转轴的一端设置有衔铁,衔铁的正下方的底座本体处设置有电磁线圈;电磁线圈通电时,会对衔铁产生吸合作用,进而对伺服电机底座本体产生向下的拉力,当该拉力大于底座本体拉簧的拉力时,伺服电机底座本体相对底座本体支臂转动,涡轮和蜗杆开始分离,此时为非啮合状态;实现了输出轴与伺服电机的泄力非驱动模式,若输出轴有外力施加,可带动滑块运动,进而带动涡轮和涡轮所连接的电磁发电机转动,实现发电功能;电磁线圈与控制和驱动机构中的控制板连接实现控制功能;

透水仓,包括透水舱体;被配置为用于实现对左侧上摆臂支板转轴轴套和右侧下摆臂支板转轴轴套的支撑作用,最终实现对左侧和右侧的上摆翼和下摆翼支撑作用;透水舱体的前端固定有前支撑板,被配置为用于对所翼摆动联摆机构中的第一摆臂转轴支架、第二摆臂转轴支架、滑杆支架和V形摆臂固定支臂起到支撑作用;

控制和驱动机构,安装固定在搭载密封仓内;包括控制板、伺服电机驱动板、整流稳压模块;

控制板,分别与四套翼摆驱动机构中的电磁线圈和伺服电机驱动板连接,实现对电磁线圈的通电和断电状态的控制;同时通过对伺服电机驱动板的控制,实现对伺服电机的控制;控制板还通过自身的通讯端口与搭载密封仓中的控制输入水密接头连接,以接收来自外部的控制信号;另外,控制板还与供电输入水密接头连接,以获取电能实现自身控制板的正常供电和控制功能;

伺服电机驱动板,被配置为用于通过控制板实现对伺服电机的驱动作用,同时伺服电机驱动板接收来自控制板的控制信号,伺服电机驱动板还与供电输入水密接头连接以通过外部的电能实现对伺服电机的驱动;

整流稳压模块,与电磁发电机和涡轮式发电装置中的扁平防水式发电机连接,实现对产生的电能进行整流和稳压,便于输出稳定的电压和电流,整流稳压模块的输出端口与搭载密封仓中的发电输出水密接头连接,便于将稳定的电能输出到外部,共水下滑翔机其它耗电器件使用。

优选地,上摆臂支板转轴轴芯,包括上摆臂支板转轴轴芯、上摆臂支板转轴轴套、下摆臂支板转轴轴套和下摆臂支板转轴轴芯;

对于左侧的角度可调摆动翼,其结构组成和连接关系如下:

上摆臂支板转轴轴套的外侧即靠近上摆翼的一侧与下摆翼支板转轴连接,其内侧即靠近摆翼转轴支撑轴承的一侧的顶端与上摆翼联摆摆臂连接,且上摆臂支板转轴轴套的轴向与上摆翼联摆摆臂的轴向垂直;上摆臂支板转轴套套在下摆臂支板转轴轴芯的外部,并且可相对下摆臂支板转轴轴芯在其外部转动,上摆臂支板转轴套套在摆翼转轴支撑轴承的内部,并可在摆翼转轴支撑轴承的内部转动;上摆翼联摆摆臂绕上摆臂支板转轴套的内部的顶端为圆心转动,带动上摆臂支板转轴套转动,进而带动下摆翼支板转轴转动,进而带动下摆翼折页支板相对下摆臂支板转轴轴芯转动,最终可带动下摆翼相对下摆臂支板转轴轴芯转动;

下摆臂支板转轴轴芯的外侧即靠近下摆翼的一侧与上摆翼支板转轴连接,其内侧即靠近摆翼转轴支撑轴承的一侧的顶端与下摆翼联摆摆臂连接,且下摆臂支板转轴轴芯的轴向与下摆翼联摆摆臂的轴向垂直;下摆臂支板转轴轴芯的外部套在上摆臂支板转轴轴套中,并且可相对上摆臂支板转轴轴套在其内部转动;下摆翼联摆摆臂绕下摆臂支板转轴轴芯的内部的顶端为圆心转动,可带动下摆臂支板转轴轴芯转动,进而带动上摆翼支板转轴转动,进而带动上摆翼折页支板相对上摆臂支板转轴轴套转动,最终可带动下摆翼相对下摆臂支板转轴轴芯转动;

通过翼摆动联摆机构中的V形摆臂第二支臂带动左侧的上摆臂支板转轴轴套,带动左侧的下摆翼相对水平面即透水仓水平横截面方向向下运动,实现下摆翼迎流角度的增加;通过翼摆动联摆机构中的V形摆臂第二支臂带动左侧的下摆臂支板转轴轴芯,带动左侧的上摆翼相对水平面即透水仓水平横截面方向向上运动,实现上摆翼的迎流角度的增加;即可实现各自上摆翼或下摆翼迎流角度的调节;

对于右侧的角度可调摆动翼,其结构组成和连接关系如下:

上摆臂支板转轴轴芯的外侧即靠近上摆翼的一侧与下摆翼支板转轴连接,其内侧即靠近摆翼转轴支撑轴承的一侧的顶端与上摆翼联摆摆臂连接,且上摆臂支板转轴轴芯的轴向与上摆翼联摆摆臂的轴向垂直;上摆臂支板转轴轴芯套接在下摆臂支板转轴轴套中,并且可相对下摆臂支板转轴轴套在其内部转动;上摆翼联摆摆臂绕上摆臂支板转轴轴芯的内部的顶端为圆心转动,可带动上摆臂支板转轴轴芯转动,进而带动下摆翼支板转轴转动,进而带动下摆翼折页支板相对下摆臂支板转轴轴套转动,最终可带动下摆翼相对下摆臂支板转轴轴套转动;

下摆臂支板转轴轴套的外侧即靠近下摆翼的一侧与上摆翼支板转轴连接,其内侧即靠近摆翼转轴支撑轴承的一侧的顶端与下摆翼联摆摆臂连接,且下摆臂支板转轴轴套的轴向与下摆翼联摆摆臂的轴向垂直;下摆臂支板转轴轴套的内部套有上摆臂支板转轴轴芯,外部套有摆翼转轴支撑轴承,并且可相对上摆臂支板转轴轴芯在其外部转动,相对摆翼转轴支撑轴承在其内部转动;下摆翼联摆摆臂绕下摆臂支板转轴轴套内部的顶端为圆心转动,可带动下摆臂支板转轴轴套转动,进而带动上摆翼支板转轴转动,进而带动上摆翼折页支板相对上摆臂支板转轴轴芯转动,最终可带动上摆翼相对上摆臂支板转轴轴心转动;

上摆翼联摆摆臂和下摆翼联摆摆臂分别为左右两套,上摆翼联摆摆臂和下摆翼联摆摆臂分别和各自对应的翼摆动联摆机构中的V形摆臂第二支臂连接;

摆翼转轴支撑轴承为两套,分别套接在左侧的上摆臂支板转轴轴套和右侧的下摆臂支板转轴轴套上;摆翼转轴支撑轴承的外侧安装固定在透水仓中的透水舱体的两侧;

通过翼摆动联摆机构中的V形摆臂第二支臂带动右侧的上摆臂支板转轴轴芯,最终带动右侧的下摆翼相对水平面即透水仓水平横截面方向向下运动,实现下摆翼的迎流角度的增加;通过翼摆动联摆机构中的V形摆臂第二支臂带动右侧的下摆臂支板转轴轴套,最终带动左侧的上摆翼相对水平参考平面即透水仓水平横截面方向向上运动,实现上摆翼的迎流角度的增加;即可实现各自上摆翼或下摆翼迎流角度的调节。

优选地,搭载密封仓的前端盖透孔处的密封方式,可以是在透孔处后续嵌入翼摆驱动机构并添加防水密封机构,也可以是搭载密封仓和翼摆驱动机构呈一体成型结构。

优选地,角度可调摆动翼有三种工作模式:①滑翔模式:当上摆翼和下摆翼之间角度为0°时,即上摆翼和下摆翼与相对水平参考平面夹角均为0°时,作为普通滑翔时的升力来源,正式左右两侧的机翼为水下滑翔机的运动提供了前进动力;②精确观测与发电模式:当上摆翼和下摆翼之间角度不为0°时,即上摆翼或下摆翼中至少有一个与相对水平参考平面夹角不为0°时,此时是作为精确观测时启动的模式,此时可以通过上摆翼或下摆翼或上摆翼和下摆翼一起调节角度,改变水阻和滑翔攻角,实现水下滑翔机的精确控制滑翔和观测;同时,在降低速度时,由于上摆翼和下摆翼有一定的迎流角,涡轮式发电装置中的涡轮扇叶也具有一定的迎流角,涡轮式发电装置开启启动并发电并传输至整流稳压模块实现滑翔机电能的存储;③水面波浪发电模式:在海面上,通过工作模式切换机构切换成发电模式后,此时水下滑翔机两侧的上摆翼和下摆翼均不受翼摆驱动机构的控制,开始随海水波浪的推动而相对各自的上摆臂支板转轴轴芯、上摆臂支板转轴轴套、下摆臂支板转轴轴套或下摆臂支板转轴轴芯转动,进而通过带动翼摆动联摆机构带动翼摆驱动机构伸缩,最终带动电磁式发电机构工作实现发电功能。

此外,本实用新型还提到一种水下滑翔机机翼的控制和工作方法,该方法采用如上所述的水下滑翔机机翼,包括三种模式:滑翔模式、精确观测和运动发电模式和海面波浪发电模式;

对于滑翔工作模式,对应的水下滑翔机机翼的控制和工作过程如下:

S101:水下滑翔机在上浮或下潜过程中,控制板控制电磁线圈处于失电状态,此时涡轮和蜗杆处于啮合状态,伺服电机对输出轴的控制作用处于有效状态;

S102:控制板通过伺服电机驱动板驱动四套翼摆驱动机构中的伺服电机转动,进而通过涡轮和蜗杆啮合,涡轮带动驱动直齿轮运动,进而带动从动齿条、滑块相对滑轨伸缩,通过挡板、拉杆实现对可滑动膜片的推动或回缩,最终带动输出轴的伸缩;

S103:输出轴通过输出轴换向节,将力矩作用至输出轴第一推杆,从而分别依次带动推杆直连第一摆臂摆动、第一摆臂转轴转动、第一万向节转动、第二摆臂转轴转动、第二摆臂摆动、第二摆臂连杆转动、第一换向节移动、驱动滑杆竖直上下运动、第二换向节移动、第二推杆上下运动、V形摆臂转轴转动、V形摆臂第二支臂摆动和V形摆臂第二支臂转轴转动;

S104:V形摆臂第二支臂转轴的转动,带动与其连接的左侧上摆臂支板转轴轴套、左侧下摆臂支板转轴轴芯、右侧上摆臂支板转轴轴芯和右侧下摆臂支板转轴轴套转动,进而带动左、右两侧的下摆翼折页支板、上摆翼折页支板转动,最终带动左侧和右侧的上摆翼和下摆翼转动一定角度,左侧和右侧的上摆翼和下摆翼之间的角度为0°,即迎流角为0°,此时左侧和右侧的上摆翼和下摆翼是合在一起当做普通水平翼使用的;

对于精确观测和运动发电模式模式,对应的水下滑翔机机翼的控制和工作过程如下:

S201:水下滑翔机在上浮或下潜精确观测过程中,控制板控制电磁线圈处于失电状态,此时涡轮和蜗杆处于啮合状态,伺服电机对输出轴的控制作用处于有效状态;

S202:控制板通过伺服电机驱动板驱动四套翼摆驱动机构中的伺服电机转动,进而通过涡轮和蜗杆啮合,涡轮带动驱动直齿轮运动,进而带动从动齿条、滑块相对滑轨的伸缩运动,通过挡板、拉杆实现对可滑动膜片的推动或回缩,最终带动输出轴的伸缩;

S203:输出轴通过输出轴换向节,将力矩作用至输出轴第一推杆,从而分别依次带动推杆直连第一摆臂的摆动、第一摆臂转轴的转动、第一万向节的转动、第二摆臂转轴的转动、第二摆臂的摆动、第二摆臂连杆的转动、第一换向节的移动、驱动滑杆的竖直上下运动、第二换向节的移动、第二推杆的上下运动、V形摆臂转轴的转动、V形摆臂第二支臂的摆动和V形摆臂第二支臂转轴的转动;

S204:V形摆臂第二支臂转轴的转动,带动与其连接的左侧上摆臂支板转轴轴套、下摆臂支板转轴轴芯、右侧上摆臂支板转轴轴芯和下摆臂支板转轴轴套转动,进而带动左、右两侧的下摆翼折页支板和上摆翼折页支板转动,最终带动左侧和右侧的上摆翼和下摆翼转动一定角度,左侧和右侧的上摆翼和下摆翼之间的角度>0°;

S205:通过调整上摆翼和下摆翼之间的夹角,配合水下滑翔机自身的俯仰姿态调节机构,实现其自身姿态、速度的调整,以适合其精确观测的需要;

或者通过调整上摆翼和下摆翼之间的夹角,使涡轮扇叶的扇叶及顶端的边缘处得导流板与前进方向的海水之间具备一定的迎流角,涡轮扇叶开始受力并带动扁平防水式发电机旋转,产生的电能通过水密缆传输至整流稳压模块,进而通过与其连接的发电输出水密接头将电能送至舱外,供水下滑翔机使用,以适合运动发电的需要;

对于海面波浪发电模式,对应的水下滑翔机机翼的控制和工作过程如下:

S301:水下滑翔机在漂浮通讯过程中,控制板控制电磁线圈处于得电状态,衔铁对伺服电机底座本体产生吸合作用,伺服电机底座本体相对底座本体支臂转动,涡轮和蜗杆分离,为非啮合状态;

S302:涡轮和蜗杆非啮合,实现了输出轴与伺服电机的泄力非驱动模式,此时与输出轴相连的翼摆动联摆机构也处于泄力状态,并且与翼摆动联摆机构相连的左侧和右侧的上摆翼和下摆翼同样处于泄力状态;

S303:由于上摆翼和下摆翼处于泄力状态,会随海浪绕各自的转轴自由摆动;自由摆动的上摆翼和下摆翼通过左、右两侧的下摆翼折页支板、上摆翼折页支板实现相对转动,进而带动与其连接的左侧上摆臂支板转轴轴套、左侧下摆臂支板转轴轴芯,右侧上摆臂支板转轴轴芯、右侧下摆臂支板转轴轴套自由转动;

S304:自由转动的左侧上摆臂支板转轴轴套、左侧下摆臂支板转轴轴芯,右侧上摆臂支板转轴轴芯、右侧下摆臂支板转轴轴套将外力施加至各自的V形摆臂第二支臂转轴上,各自的V形摆臂第二支臂转轴后续的运动过程与滑翔模式中的步骤3相反,即:各自的V形摆臂第二支臂转轴会依次带动各自的V形摆臂第二支臂摆动、V形摆臂转轴转动、第二推杆上下运动、第二换向节移动、驱动滑杆竖直上下运动、第一换向节移动、第二摆臂连杆转动、第二摆臂摆动、第二摆臂转轴转动、第一万向节转动、第一摆臂转轴转动和推杆直连第一摆臂摆动,此后力矩作用至与推杆直连第一摆臂连接的输出轴第一推杆、输出轴换向节,最终到达输出轴,实现对各自输出轴的压缩或拉伸;

S305:由于各自输出轴的压缩或拉伸作用,与各自输出轴相连接的可滑动膜片会被拉伸或收缩,与可滑动膜片相连的挡板会推动拉杆、从动齿条、滑块相对滑轨伸缩运动,由于涡轮和蜗杆啮合处于非啮合状态,涡轮可被带动旋转,进而带动与涡轮所连接的电磁发电机转动,实现发电功能;

S306:由于波浪的不规则往复性会使左侧和右侧的上摆翼和下摆翼处于重复的不规则的往复运动,各个机构运动的行程大小和速度大小等不规则,最终实现电磁发电机的持续发电;

S307:电磁发电机产生的电能送至整流稳压模块进行稳压整流,进而通过与其连接的发电输出水密接头将电能送至舱外,供水下滑翔机使用。

本实用新型所带来的有益技术效果:

1、本实用新型通过提出一种具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼控制,既保证了水下滑翔机的高机动性和高灵活性,满足了小范围内的精确观测,又使得水下滑翔机工作时将冗余的动力转化成能源回收,提高了水下滑翔机的续航能力;2、通过设置工作模式切换机构,配合底座本体拉簧、拉簧支臂、衔铁、电磁线圈等机构,实现了水下滑翔机中的齿轮啮合和泄力工作状态,同时配合控制机构使水下滑翔机当前的单一滑翔模式,扩展成具备滑翔模式,精确观测和运动发电模式和海面波浪发电模式的水下滑翔机,工作效率更高,观测精确更好;3、通过设置涡轮式发电装置,配合扁平防水式发电机实现了水下滑翔机在低速高精确观测下降冗余能量的再利用和再回收功能,大大提升了水下滑翔机的续航里程。另外,通过巧妙的工作模式切换机构并配合电磁式发电机构实现在水下滑翔机在海面通讯状态时将波浪能转换成电能的功能,进一步提升了其续航能力,为长航程、大尺度的海洋观测技术提供了坚持的基础。

附图说明

图1为水下滑翔机机翼的整体左视结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角=0°,高速滑翔模式)

图2为水下滑翔机机翼的整体立体结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角=0°,高速滑翔模式)

图3为水下滑翔机机翼的整体俯视结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角=0°,高速滑翔模式)

图4为水下滑翔机机翼的整体仰视结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角=0°,高速滑翔模式)

图5为水下滑翔机机翼的整体右视结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角=0°,高速滑翔模式)

图6为水下滑翔机机翼的整体右视结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角≠0°,低速精确观测和发电模式)

图7为水下滑翔机机翼的整体左视结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角≠0°,低速精确观测和发电模式)

图8为水下滑翔机机翼的整体立体结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角≠0°,低速精确观测和发电模式)

图9为水下滑翔机机翼的整体俯视结构示意图。(上摆翼1-1和下摆翼1-2夹角≠0°,低速精确观测和发电模式)

图10为本实用新型具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼去除透水仓后的整体立体结构示意图。

图11为本实用新型具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼去除透水仓后的整体俯视结构示意图。

图12为本实用新型具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼去除透水仓后的整体主视结构示意图。

图13为本实用新型具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼去除舱体后的整体立体结构示意图。

图14为本实用新型具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼去除舱体后的俯视结构示意图及控制和驱动机构结构的局部放大图。

图15为水下滑翔机机翼去除舱体后的整体主视结构示意图。

图16为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构的整体主视结构示意图。

图17为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构的整体立体结构示意图。

图18为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构的整体左视结构示意图。

图19为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构的整体右视结构示意图。

图20为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构去除翼摆驱动舱体后的整体立体结构示意图。

图21为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构去除翼摆驱动舱体后的整体主视结构示意图。

图22为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构去除翼摆驱动舱体后的整体俯视结构示意图。

图23为水下滑翔机机翼中翼摆驱动机构去除翼摆驱动舱体后的整体后视结构示意图。

图24为水下滑翔机机翼中工作模式切换机构的局部放大主视结构示意图。

图25为水下滑翔机机翼中涡轮式发电装置的局部放大立体结构示意图。

图26为水下滑翔机机翼中翼摆动联摆机构的局部放大立体结构示意图。

图27为水下滑翔机机翼中翼摆动联摆机构的局部放大主视结构示意图。

图28为水下滑翔机机翼中翼摆动联摆机构的局部放大俯视结构示意图。

其中,1-角度可调摆动翼;1-1-上摆翼;1-2-下摆翼;1-3-上摆翼折页支板;1-4-下摆翼折页支板;1-5-上摆翼支板转轴;1-6-下摆翼支板转轴;1-7-上摆臂支板转轴轴芯(套);1-8-下摆臂支板转轴轴套(芯);1-9-上摆翼联摆摆臂;1-10-下摆翼联摆摆臂;1-11-摆翼转轴支撑轴承;2-翼摆动联摆机构;2-1-输出轴第一推杆;2-2-推杆直连第一摆臂;2-3-第一摆臂转轴;2-4-第一摆臂转轴支架;2-5-第一摆臂转轴轴承;2-6-第一万向节;2-7-第二摆臂转轴;2-8-第二摆臂转轴轴承;2-9-第二摆臂转轴支架;2-10-第二摆臂;2-11-第二摆臂连杆;2-12-第一换向节;2-13-驱动滑杆;2-14-滑杆转轴;2-15-第二换向节;2-16-滑杆支架;2-17-第二推杆;2-18-V形摆臂固定支臂;2-19-V形摆臂转轴;2-20-V形摆臂第一支臂;2-21-V形摆臂第二支臂;2-22-V形摆臂第一支臂转轴;2-23-V形摆臂第二支臂转轴;3-翼摆驱动机构;3-1-输出轴换向节;3-2-输出轴;3-3-驱动前端盖;3-4-驱动后端盖;3-5-可滑动膜片;3-6-涡轮;3-7-蜗杆;3-8-伺服电机;3-9-底座本体;3-10-驱动直齿轮;3-11-从动齿条;3-12-滑块;3-13-滑轨;3-14-挡板;3-15-拉杆;3-16-蜗杆支臂;3-17-蜗杆支臂轴承;3-18-翼摆驱动舱体;4-搭载密封仓;4-1-前端盖;4-2-后端盖;4-3-舱体;4-4-供电输入水密接头;4-5-发电输出水密接头;4-6-控制输入水密接头;4-7-左侧涡轮式发电输入水密接口;4-8-右侧涡轮式发电输入水密接口;5-涡轮式发电装置;5-1-涡轮扇叶;5-2-导流板;5-3-转轴;5-4-扁平防水式发电机;5-5-水密缆;5-6-固定支架;6-电磁式发电机构;6-1-电磁发电机;6-2-固定支架;6-3-联轴器;7-工作模式切换机构;7-1-伺服电机底座本体;7-2-底座本体支臂;7-3-支臂转轴;7-4-底座本体拉簧;7-5-拉簧支臂;7-6-衔铁;7-7-电磁线圈;8-透水舱;8-1-透水舱体;8-2-前支撑板;9-控制和驱动机构;9-1-控制板;9-2-伺服电机驱动板;9-3-整流稳压模块。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明:

实施例1:如图1-28所示,角度可调摆动翼1,包括:上摆翼1-1、下摆翼1-2、上摆翼折页支板1-3、下摆翼折页支板1-4、上摆翼支板转轴1-5、下摆翼支板转轴1-6、上摆臂支板转轴轴芯(套)1-7、下摆臂支板转轴轴套(芯)1-8、上摆翼联摆摆臂1-9、下摆翼联摆摆臂1-10、摆翼转轴支撑轴承1-11。角度可调摆动翼1共两套,左右对称设置和分布,下面对某一个角度可调摆动翼1的结构详细阐述。角度可调摆动翼1实质为某一特定型号翼形的翼,沿中弧线将其分为上下两部分,分为上摆翼1-1和下摆翼1-2,具体翼形的型号可根据需要或定制专用的翼形,例如水下滑翔机的翼形一般厚度较薄些。上摆翼折页支板1-3和下摆翼折页支板1-4、上摆翼支板转轴1-5、下摆翼支板转轴1-6组成了一整套完整的折页弯折机构,不同的是所述上摆翼折页支板1-3和下摆翼折页支板1-4是分别嵌入并连接上摆翼1-1和下摆翼1-2,并且其横向宽度与上摆翼1-1或下摆翼1-2的翼长基本一致。上摆翼支板转轴1-5和下摆翼支板转轴1-6两个机构通过轴套和转轴机构组合相互配合,类似普通的折页机构,可以实现上摆翼支板转轴1-5和下摆翼支板转轴1-6之间的相对绕轴心的转动。上摆翼支板转轴1-5和下摆翼支板转轴1-6分别连接并固定上摆翼折页支板1-3和下摆翼折页支板1-4的另外一端,即远离上摆翼支板转轴1-5和下摆翼支板转轴1-6和上摆翼1-1和下摆翼1-2连接固定的一侧。

上述关于上摆翼1-1、下摆翼1-2、上摆翼折页支板1-3、下摆翼折页支板1-4、上摆翼支板转轴1-5和下摆翼支板转轴1-6的工作效果为:上摆翼支板转轴1-5和下摆翼支板转轴1-6的相对转动可转化成对上摆翼1-1和下摆翼1-2独立的角度调节。上摆臂支板转轴轴芯1-7,下摆臂支板转轴轴套1-8、上摆翼联摆摆臂1-9和下摆翼联摆摆臂1-10作用为:将来自翼摆动联摆机构2的控制力矩分别通过上摆臂支板转轴轴芯1-7,下摆臂支板转轴轴套1-8、上摆翼联摆摆臂1-9和下摆翼联摆摆臂1-10传递至的上摆翼支板转轴1-5和下摆翼支板转轴1-6中,最终实现带动上摆翼1-1和下摆翼1-2转动。

需要说明的是:上摆臂支板转轴轴芯(套)1-7机构之所以有包含两个名字,即:上摆臂支板转轴轴芯1-7A和上摆臂支板转轴轴套1-7B,是因为对于左侧的角度可调摆动翼1来说,上摆臂支板转轴轴芯(套)1-7机构的本质是轴套结构,因此名字实质为:上摆臂支板转轴轴套1-7B;而对于右侧的角度可调摆动翼1来说,上摆臂支板转轴轴芯(套)1-7机构的本质是轴芯结构,因此名字实质为:上摆臂支板转轴轴芯1-7A;同样的,下摆臂支板转轴轴套(芯)1-8机构之所以有包含两个名字,即:下摆臂支板转轴轴套1-8A和下摆臂支板转轴轴芯1-8B,是因为对于左侧的角度可调摆动翼1来说,下摆臂支板转轴轴芯(套)1-8机构的本质是轴芯结构,因此名字实质为:下摆臂支板转轴轴芯1-8B;而对于右侧的角度可调摆动翼1来说,下摆臂支板转轴轴芯(套)1-8机构的本质是轴套结构,因此名字实质为:下摆臂支板转轴轴套1-8A;

实施例1中机构具体的连接关系为:Ⅰ.对于左侧的角度可调摆动翼1:

①所述上摆臂支板转轴轴套1-7B外侧(靠近上摆翼1-1一侧)连接固定下摆翼支板转轴1-6,其内侧(靠近摆翼转轴支撑轴承1-11一侧)顶端连接固定上摆翼联摆摆臂1-9,且所述上摆臂支板转轴轴套1-7B的轴向与所述上摆翼联摆摆臂1-9轴向垂直。所述上摆臂支板转轴套1-7B是套接在所述下摆臂支板转轴轴芯1-8B中,并且可相对所述下摆臂支板转轴轴芯1-8B在其外部转动,外部套有摆翼转轴支撑轴承1-11,并可在所述摆翼转轴支撑轴承1-11内部转动。效果为:上摆翼联摆摆臂1-9绕上摆臂支板转轴套1-7B内部的顶端为圆心转动,可带动上摆臂支板转轴套1-7B转动,进而带动所述下摆翼支板转轴1-6转动,进而带动下摆翼折页支板1-4相对所述下摆臂支板转轴轴芯1-8B转动一定角度,最终可带动下摆翼1-2相对所述下摆臂支板转轴轴芯1-8B的转动。②所述下摆臂支板转轴轴芯1-8B外侧(靠近下摆翼1-2一侧)连接固定上摆翼支板转轴1-5,其内侧(靠近摆翼转轴支撑轴承1-11一侧)顶端连接固定下摆翼联摆摆臂1-10,且所述下摆臂支板转轴轴芯1-8B的轴向与所述下摆翼联摆摆臂1-10轴向垂直。所述下摆臂支板转轴轴芯1-8B外部套有在所述上摆臂支板转轴轴套1-7B,并且可相对所述上摆臂支板转轴轴套1-7B在其内部转动。效果为:下摆翼联摆摆臂1-10绕下摆臂支板转轴轴芯1-8B内部的顶端为圆心转动,可带动下摆臂支板转轴轴芯1-8B转动,进而带动所述上摆翼支板转轴1-5转动,进而带动上摆翼折页支板1-3相对所述上摆臂支板转轴轴套1-7B转动一定角度,最终可带动下摆翼1-2相对所述下摆臂支板转轴轴套1-8的转动。

Ⅱ.对于右侧的角度可调摆动翼1:所述上摆翼1-1、下摆翼1-2、上摆翼折页支板1-3、下摆翼折页支板1-4、上摆翼支板转轴1-5、下摆翼支板转轴1-6、上摆臂支板转轴轴芯1-7,下摆臂支板转轴轴套1-8、上摆翼联摆摆臂1-9和下摆翼联摆摆臂1-10的关于中弧线的连接关系正好相反,具体为:

①所述上摆臂支板转轴轴芯1-7A外侧(靠近上摆翼1-1一侧)连接固定下摆翼支板转轴1-6,其内侧(靠近摆翼转轴支撑轴承1-11一侧)顶端连接固定上摆翼联摆摆臂1-9,且所述上摆臂支板转轴轴芯1-7A的轴向与所述上摆翼联摆摆臂1-9轴向垂直。所述上摆臂支板转轴轴芯1-7A是套接在所述下摆臂支板转轴轴套1-8A中,并且可相对所述下摆臂支板转轴轴套1-8A在其内部转动。效果为:上摆翼联摆摆臂1-9绕上摆臂支板转轴轴芯1-7A内部的顶端为圆心转动,可带动上摆臂支板转轴轴芯1-7A转动,进而带动所述下摆翼支板转轴1-5转动,进而带动下摆翼折页支板1-4相对所述下摆臂支板转轴轴套1-8A转动一定角度,最终可带动下摆翼1-2相对所述下摆臂支板转轴轴套1-8A的转动。

②所述下摆臂支板转轴轴套1-8A外侧(靠近下摆翼1-2一侧)连接固定上摆翼支板转轴1-5,其内侧(靠近摆翼转轴支撑轴承1-11一侧)顶端连接固定下摆翼联摆摆臂1-10,且所述下摆臂支板转轴轴套1-8A的轴向与所述下摆翼联摆摆臂1-10轴向垂直。所述下摆臂支板转轴轴套1-8A内部套有在所述上摆臂支板转轴轴芯1-7A,外部套有摆翼转轴支撑轴承1-11,并且可相对所述上摆臂支板转轴轴芯1-7A在其外部转动,在所述摆翼转轴支撑轴承1-11内部转动。效果为:下摆翼联摆摆臂1-10绕下摆臂支板转轴轴套1-8A内部的顶端为圆心转动,可带动下摆臂支板转轴轴套1-8A转动,进而带动所述上摆翼支板转轴1-5转动,进而带动上摆翼折页支板1-3相对所述上摆臂支板转轴轴芯1-7A转动一定角度,最终可带动上摆翼1-1相对所述上摆臂支板转轴轴心1-7A的转动。上摆翼联摆摆臂1-9和下摆翼联摆摆臂1-10分别为两套,左右各分别一套。即:左侧上摆翼联摆摆臂1-9和下摆翼联摆摆臂1-10各一个;右侧上摆翼联摆摆臂1-9和下摆翼联摆摆臂1-10各一个。且上摆翼联摆摆臂1-9和下摆翼联摆摆臂1-10分别和各自对应的翼摆动联摆机构2中的V形摆臂第二支臂2-21连接。摆翼转轴支撑轴承1-11为两套,分别套接左侧的上摆臂支板转轴轴套1-7B的右侧的下摆臂支板转轴轴套1-8A,起到对轴套的支撑作用。摆翼转轴支撑轴承1-11外侧则安装固定在所述透水仓8中的透水舱体8-1两侧。

综上所述,角度可调摆动翼1的整体效果为:对于左侧角度可调摆动翼1:通过翼摆动联摆机构2中的V形摆臂第二支臂2-21带动左侧的上摆臂支板转轴轴套1-7B,最终带动左侧的下摆翼1-2相对水平面(透水仓8水平横截面方向)向下的角度增加运动,实现下摆翼1-2迎流角度的增加。通过翼摆动联摆机构2中的V形摆臂第二支臂2-21带动左侧的下摆臂支板转轴轴芯1-8B,最终带动左侧的上摆翼1-1相对水平面(透水仓8水平横截面方向)向上的角度增加运动,实现上摆翼1-1迎流角度的增加。类似的,对于右侧角度可调摆动翼1:通过翼摆动联摆机构2中的V形摆臂第二支臂2-21带动右侧的上摆臂支板转轴轴芯1-7A,最终带动右侧的下摆翼1-2相对水平面(透水仓8水平横截面方向)向下的角度增加运动,实现下摆翼1-2迎流角度的增加。通过翼摆动联摆机构2中的V形摆臂第二支臂2-21带动右侧的下摆臂支板转轴轴套1-8A,最终带动左侧的上摆翼1-1相对相对水平参考平面(透水仓8水平横截面方向)向上的角度增加运动,实现上摆翼1-1迎流角度的增加。即:可实现各自上摆翼1-1或下摆翼1-2迎流角度的调节。

角度可调摆动翼1的作用有三个:

①滑翔模式:当上摆翼1-1和下摆翼1-2之间角度为0°时,即上摆翼1-1和下摆翼1-2与相对水平参考平面夹角均为0°时,作为普通滑翔时的升力来源,正式左右两侧的机翼为水下滑翔机的运动提供了前进动力。②精确观测与发电模式:当上摆翼1-1和下摆翼1-2之间角度不为0°时,即上摆翼1-1或下摆翼1-2中至少有一个与相对水平参考平面夹角不为0°时,此时是作为精确观测时启动的模式,此时由于精确观测模式时不需要太高的滑翔速度,此时可以通过调节上摆翼1-1或下摆翼1-2或上摆翼1-1和下摆翼1-2一起调节角度,改变水阻和滑翔攻角,实现水下滑翔机的精确控制滑翔和观测;同时,在降低速度时,由于上摆翼1-1和下摆翼1-2有一定的迎流角,此时涡轮式发电装置5中的涡轮扇叶5-1也具有一定的迎流角,涡轮式发电装置5开启启动并发电并传输至整流稳压模块9-3实现滑翔机电能的存储。

③水面波浪发电模式:在海面上,通过工作模式切换机构7切换成发电模式后,此时水下滑翔机两侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2均不受翼摆驱动机构3的控制,开始随海水波浪的推动而相对各自的上摆臂支板转轴轴芯1-7A、上摆臂支板转轴轴套1-7B、下摆臂支板转轴轴套1-8A或下摆臂支板转轴轴芯1-8B转动,通过带动翼摆动联摆机构2带动翼摆驱动机构3伸缩,带动电磁式发电机构6工作实现发电功能。

翼摆动联摆机构2包括:输出轴第一推杆2-1、推杆直连第一摆臂2-2、第一摆臂转轴2-3、第一摆臂转轴支架2-4、第一摆臂转轴轴承2-5、第一万向节2-6、第二摆臂转轴2-7、第二摆臂转轴轴承2-8、第二摆臂转轴支架2-9、第二摆臂2-10、第二摆臂连杆2-11、第一换向节2-12、驱动滑杆2-13、滑杆转轴2-14、第二换向节2-15、滑杆支架2-16、第二推杆2-17、V形摆臂固定支臂2-18、V形摆臂转轴2-19、V形摆臂第一支臂2-20、V形摆臂第二支臂2-21、V形摆臂第一支臂转轴2-22、V形摆臂第二支臂转轴2-23。翼摆动联摆机构2共四套,左右各两套,左侧或右侧的两套翼摆动联摆机构2呈上下对称分布。

①首先对左侧上部的翼摆动联摆机构2的结构组成和连接关系描述如下:所述输出轴第一推杆2-1为直线型推杆形状,两端均设置有圆孔结构和轴承结构,轴承则放置在圆孔结构内,以方便其它机构连接并在轴承结构处实现相对转动。所述输出轴第一推杆2-1的一端(靠近翼摆驱动机构3方向)连接所述翼摆驱动机构3中的输出轴换向节3-1,另一端(靠近透水仓8中的前支撑板8-2方向)连接所述推杆直连第一摆臂2-2的上端点部位。所述推杆直连第一摆臂2-2呈现上细下宽的纺锤形直线支臂状,同样的,上下两个端部设置有圆孔结构和轴承结构,轴承则放置在圆孔结构内,以方便其它机构连接并在轴承结构处实现相对转动。所述推杆直连第一摆臂2-2的上端部与上述的输出轴第一推杆2-1连接并可实现相对转动或推动。所述推杆直连第一摆臂2-2的下端部则通过相同的连接机构与所述第一摆臂转轴2-3连接,所述第一摆臂转轴2-3为转轴机构,长度较短,一端通过键槽结构连接固定所述推杆直连第一摆臂2-2的下端部,另外一端则连接所述第一万向节2-6,效果为:所述推杆直连第一摆臂2-2转动,可带动第一摆臂转轴2-3转动,进而带动后续的机构,例如所述第一万向节2-6转动。所述第一摆臂转轴2-3中间还套有第一摆臂转轴轴承2-5,所述第一摆臂转轴轴承2-5为普通的深沟球轴承,轴承内套有所述第一摆臂转轴2-3,效果为:所述第一摆臂转轴2-3可在第一摆臂转轴轴承2-5内转动。所述第一摆臂转轴轴承2-5外侧则设置有第一摆臂转轴支架2-4,所述第一摆臂转轴支架2-4为柱体型支架,一端(靠近第一摆臂转轴2-3方向)设置通孔,通孔内放置所述第一摆臂转轴轴承2-5;另一端(靠近靠近透水仓8中的前支撑板8-2方向)连接固定所述前支撑板8-2。作用为:所述第一摆臂转轴支架2-4主要实现对第一摆臂转轴2-3的支撑作用,同时通过所述第一摆臂转轴轴承2-5为所述第一摆臂转轴2-3提供转动载体。

所述第一摆臂转轴2-3连接所述第一万向节2-6的一端,所述第一万向节2-6的另一端连接第二摆臂转轴2-7。所述第一万向节2-6的作用是:连接所述第一摆臂转轴2-3和所述第二摆臂转轴2-7,作为两者中间力矩传递的介质;同时通过所述第一万向节2-6还可实现所述第一摆臂转轴2-3和第二摆臂转轴2-7两个转轴方向的改变,实现非直线型的扭矩传递,或者说是实现第一摆臂转轴2-3和第二摆臂转轴2-7两个转轴之间变角度传递动力的部件。

对于第二摆臂转轴2-7,和第一摆臂转轴2-3类似,均为较短的转轴机构,其一端通过键槽结构连接固定所述第一万向节2-6的一端,另外一端则连接所述第二摆臂2-10,效果为:所述第一万向节2-6被第一摆臂转轴2-3带动转动,进而带动和其连接的所述第二摆臂转轴2-7转动,所述第二摆臂转轴2-7可进而电动后续的机构,例如所述第二摆臂2-10等的转动。同样的,所述第二摆臂转轴2-7上同样设置第二摆臂转轴轴承2-8和第二摆臂转轴支架2-9,构造与上述中的第一摆臂转轴2-3和第一摆臂转轴支架2-4相同,只是位置稍有差异,作用的部件不同:第二摆臂转轴轴承2-8是套接在所述第二摆臂转轴2-7上;且第二摆臂转轴支架2-9一端套接所述第二摆臂转轴轴承2-8,另一端连接固定至透水仓8中的前支撑板8-2上。

所述第二摆臂2-10与所述推杆直连第一摆臂2-2结构和形状类似,长度稍短,两侧同样设置有圆孔和轴承机构,所述第二摆臂2-10的一端连接所述第二摆臂转轴2-7,另一端连接所述第二摆臂连杆2-11。效果为:通过所述第二摆臂转轴2-7的转动,可带动所述第二摆臂2-10摆动,进而可带动和其连接的所述第二摆臂连杆2-11绕第二摆臂2-10摆动,使得第二摆臂连杆2-11具备上下移动能力,当然这里的上下移动能力并不是严格意义的直线上下运动能力,而是第二摆臂连杆2-11下端相对于所述第二摆臂2-10因为小范围半径内运动而造成的上下移动(所述第二摆臂连杆2-11的下端绕第二摆臂2-10,且以第二摆臂2-10的长度为半径摆动,从而实现第二摆臂连杆2-11的上端具有上下移动功能)。

第二摆臂连杆2-11的结构和所述输出轴第一推杆2-1结构类似,其一端连接所述第二摆臂2-10,另一端则连接所述驱动滑杆2-13上的第一换向节2-12结构,效果为:第二摆臂连杆2-11的上下移动带动所述驱动滑杆2-13上的第一换向节2-12上下移动,由于将第二摆臂连杆2-11上非真正意义的上下移动通过所述第一换向节2-12转变成了真正意义上的直线滑动,这是本装置在此处增加第一换向节2-12的意义所在。

第一换向节2-12是一个U形连接机构,U形槽口处设置有转轴机构以连接第二摆臂连杆2-11,而U形槽口的上端则直接连接并固定所述驱动滑杆2-13。驱动滑杆2-13为直线圆柱体结构,直径处处相同。下端连接第一换向节2-12,上端连接所述第二换向节2-15。效果为:通过第二摆臂连杆2-11上非真正意义的上下移动经过第一换向节2-12后转换成所述驱动滑杆2-13上真正意义上的直线滑动,进而带动后续的机构例如第二换向节2-15等的上下移动。驱动滑杆2-13外侧套有滑杆支架2-16起到对其的支撑作用。当然,此处的第二换向节2-15和第一换向节2-12的作用相反:将所述驱动滑杆2-13正真意义上的直线运动通过第二换向节2-15结构转换成所述第二推杆2-17的非真正意义上的直线运动(角度可变的直线运动)。

所述滑杆支架2-16与第一摆臂转轴支架2-4和第二摆臂转轴支架2-9结构类似,只是作用部位不同,同样的安装固定在所述透水仓8中的前支撑板8-2上,另外一侧(与驱动滑杆2-13结合的部位)端部设置有滑杆转轴2-14结构以方便所述驱动滑杆2-13在其内部上下滑动。

所述第一换向节2-12还与第二推杆2-17连接,所述第二推杆2-17与所述输出轴第一推杆2-1构造相同。效果为:通过驱动滑杆2-13的上下运动带动第二换向节2-15和第二推杆2-17上下运动,由于所述第二推杆2-17还与V形摆臂连接,因此可带动V形摆臂的运动。

所述V形摆臂固定支臂2-18、V形摆臂第一支臂2-20、V形摆臂第二支臂2-21均为平板结构,长度不同。所述第二推杆2-17与所述V形摆臂转轴2-19连接,进而可带动其上下运动(非真正意义的上下直线运动),所述V形摆臂转轴2-19为类似折页机构的装置,一端连接所述V形摆臂第二支臂2-21,另一端连接所述V形摆臂第一支臂2-20。所述V形摆臂第一支臂转轴2-22、V形摆臂第二支臂转轴2-23和所述V形摆臂转轴2-19结构类似。连接关系为:所述V形摆臂第一支臂转轴2-22连接所述V形摆臂固定支臂2-18和V形摆臂第一支臂2-20,效果为:所述V形摆臂固定支臂2-18和V形摆臂第一支臂2-20可绕V形摆臂第一支臂转轴2-22相对转动。通过V形摆臂转轴2-19被第二推杆2-17的上下运动带动最终可带动所述V形摆臂第二支臂2-21移动(非直线运动),进而带动所述V形摆臂第二支臂转轴2-23移动。

所述V形摆臂第二支臂转轴2-23一端连接V形摆臂第二支臂2-21,另一端连接所述上摆臂支板转轴轴套1-7B所连接的上摆翼联摆摆臂1-9。效果为:通过第二推杆2-17上下运动,带动V形摆臂转轴2-19、V形摆臂第二支臂2-21和V形摆臂第二支臂转轴2-23,进而带动上摆翼联摆摆臂1-9运动,最终带动下摆翼1-2相对水平参考平面的角度转动和调整,改变下摆翼1-2的迎流角度。

②对于左侧下部的翼摆动联摆机构2的结构组成和连接关系,和上述①中的左侧上部的翼摆动联摆机构2绝大部分相同。不同的是:V形摆臂第二支臂转轴2-23一端连接V形摆臂第二支臂2-21,另一端连接下摆臂支板转轴轴芯1-8B所连接的下摆翼联摆摆臂1-10。效果为:通过第二推杆2-17上下运动,带动V形摆臂转轴2-19、V形摆臂第二支臂2-21和V形摆臂第二支臂转轴2-23,进而带动下摆翼联摆摆臂1-10运动,最终带动上摆翼1-1相对水平参考平面的角度转动和调整,改变左侧的上摆翼1-1的迎流角度。

③对于右侧上部的翼摆动联摆机构2的结构组成和连接关系,和上述①中的左侧上部的翼摆动联摆机构2绝大部分相同。不同的是:V形摆臂第二支臂转轴2-23一端连接V形摆臂第二支臂2-21,另一端连接上摆臂支板转轴轴芯1-7A所连接的上摆翼联摆摆臂1-9。效果为:通过第二推杆2-17上下运动,带动V形摆臂转轴2-19、V形摆臂第二支臂2-21和V形摆臂第二支臂转轴2-23,进而带动上摆翼联摆摆臂1-9运动,最终带动下摆翼1-2相对水平参考平面的角度转动和调整,改变右侧的下摆翼1-2的迎流角度。

④对于右侧下部的翼摆动联摆机构2的结构组成和连接关系,和上述①中的左侧上部的翼摆动联摆机构2绝大部分相同。不同的是:V形摆臂第二支臂转轴2-23一端连接V形摆臂第二支臂2-21,另一端连接下摆臂支板转轴轴套1-8A所连接的下摆翼联摆摆臂1-10。效果为:通过第二推杆2-17上下运动,带动V形摆臂转轴2-19、V形摆臂第二支臂2-21和V形摆臂第二支臂转轴2-23,进而带动下摆翼联摆摆臂1-10运动,最终带动上摆翼1-1相对水平参考平面的角度转动和调整,改变左侧的上摆翼1-1的迎流角度。

综上,所述翼摆动联摆机构2的整体工作效果为:通过翼摆驱动机构3中输出轴3-2对输出轴第一推杆2-1的推动作用,最终实现左侧和右侧上摆翼1-1和下摆翼1-2各自独立的迎流角的改变。并且,值得说明的是,上述中之所以设置该套翼摆动联摆机构2,原因是:下文中翼摆驱动机构3中的输出轴3-2轴向方向与上述所述角度可调摆动翼1中的上摆翼联摆摆臂1-9、下摆翼联摆摆臂1-10角度既不是平行关系,也不是垂直关系;且上摆翼联摆摆臂1-9、下摆翼联摆摆臂1-10之间的运动模式为非线性的。

翼摆驱动机构3共四套,每套包括:输出轴换向节3-1、输出轴3-2、驱动前端盖3-3、驱动后端盖3-4、可滑动膜片3-5、涡轮3-6、蜗杆3-7、伺服电机3-8、底座本体3-9、驱动直齿轮3-10、从动齿条3-11、滑块3-12、滑轨3-13、挡板3-14、拉杆3-15、蜗杆支臂3-16、蜗杆支臂轴承3-17、翼摆驱动舱体3-18。

所述输出轴换向节3-1机构和所述第一换向节2-12、第二换向节2-1机构相同,一端连接所述输出轴3-2,另一端连接所述输出轴第一推杆2-1。效果为:输出轴3-2的水平直线推拉运动,通过所述输出轴换向节3-1可将所述输出轴第一推杆2-1的运动转化成非真正意义上的直线运动。

输出轴3-2为直线圆柱机构,最外端连接所述输出轴换向节3-1,最内端连接固定可滑动膜片3-5中心外端面。翼摆驱动机构3的主体包括:驱动前端盖3-3、驱动后端盖3-4和翼摆驱动舱体3-18,所述驱动前端盖3-3和驱动后端盖3-4均为圆盘机构,所述驱动前端盖3-3中心处设置通孔,方便输出轴3-2在通孔内部伸缩。效果为:可滑动膜片3-5的前后伸缩运动可带动输出轴3-2伸缩运动。另外,所述所述驱动前端盖3-3与所述翼摆驱动舱体3-18使用组合密封形式密封,可耐深海高压。所述四个翼摆驱动机构3中的翼摆驱动舱体3-18嵌入在搭载密封仓4中的前端盖4-1上,工艺既可以是后续嵌入并添加防水密封机构,也可以是一体成型;前者加工难度小,但对深海密封技术有要求;后者加工难度大,但是深海密封效果好。

所述可滑动膜片3-5为橡胶材料,呈圆柱形状,内部中空,根据其工作的深度不同,厚度在2-5mm之间。所述可滑动膜片3-5圆柱形的圆形部分和所述挡板3-14连接固定,圆柱形四周则与所述驱动前端盖3-3内壁连接并密封,且中部外围部分留有部分卷积余地以方便膜片的滚动伸缩。效果为:挡板3-14前进或后退时可带动所述可滑动膜片3-5前进或后退,进而带动所述输出轴3-2前进或后退;且所述可滑动膜片3-5保证了整套翼摆驱动机构3的密封作用,防止海水进入翼摆驱动机构3内。

所述伺服电机3-8安装固定在工作模式切换机构7中的伺服电机底座本体7-1上,伺服电机3-8转轴连接蜗杆3-7,所述蜗杆3-7连接涡轮3-6,所述涡轮3-6连接驱动直齿轮3-10,效果为:通过伺服电机3-8的转动可带动涡轮的转动,进而通过涡轮3-6和蜗杆3-7的配合作用带动驱动直齿轮3-10转动。

所述底座本体3-9为整套翼摆驱动机构3的支撑载体,主要作用为:支撑滑轨3-13和工作模式切换机构7中的底座本体支臂7-2。

所述驱动直齿轮3-10还与从动齿条3-11啮合,所述从动齿条3-11固定在滑块3-12上,滑块3-12与滑轨3-13配合,相当于导轨结构,效果为:所述驱动直齿轮3-10转动,可带动从动齿条3-11和滑块3-12在所述滑轨3-13上的前进和后退功能。所述滑块3-12前端还设置有拉杆3-15结构,作用为:作为连接滑块3-12和挡板3-14的载体。即:所述挡板3-14还与拉杆3-15连接,效果为:滑块3-12在滑轨3-13的前进和后退,可通过拉杆3-15和挡板3-14的连接作用,最终实现带动所述可滑动膜片3-5的运动。

所述蜗杆支臂3-16和所述蜗杆支臂轴承3-17连接固定,蜗杆支臂3-16为竖直的支撑臂状结构,下端连接固定在所述工作模式切换机构7中的伺服电机底座本体7-1上,上端则通过设置的蜗杆支臂轴承3-17连接蜗杆3-7的顶部。主要作用是支撑和连接蜗杆3-7。

所述翼摆驱动机构3总的效果为:通过控制伺服电机3-8的转动,最终可驱动输出轴3-2进而带动输出轴换向节3-1的前进或后退功能。

所述搭载密封仓4包括:前端盖4-1、后端盖4-2、舱体4-3、供电输入水密接头4-4、发电输出水密接头4-5、控制输入水密接头4-6、左侧涡轮式发电输入水密接口4-7、右侧涡轮式发电输入水密接口4-8。

所述搭载密封仓4为整套具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼的驱动和控制核心,通过前端盖4-1、后端盖4-2和舱体4-3三者的密封深海的耐压效果。其中,前端盖4-1中设置有四个透孔,分别嵌入、安装和固定所述翼摆驱动机构3。透孔处的密封方式主要有两种,在所述翼摆驱动机构3中已经提到过,即:可以是后续嵌入并添加防水密封机构,也可以是一体成型;前者加工难度小,但对深海密封技术有要求;后者加工难度大,但是深海密封效果好。另外,在前端盖4-1上,还设置有左侧涡轮式发电输入水密接口4-7、右侧涡轮式发电输入水密接口4-8,作用为:所述左侧的涡轮式发电装置5产生的电能通过左侧涡轮式发电输入水密接口4-7输入;所述右侧的涡轮式发电装置5产生的电能通过右侧涡轮式发电输入水密接口4-8输入。所述后端盖4-2上设置有供电输入水密接头4-4、发电输出水密接头4-5和控制输入水密接头4-6。所述水密接头均通过水密结构固定在所述后端盖4-2上。所述供电输入水密接头4-4的作用为:通过外界将电能输入搭载密封仓4内供内部的控制板9-1和伺服电机驱动板9-2等用电;所述发电输出水密接头4-5的作用为:将涡轮式发电装置5和电磁式发电机构6产生的电能经过所述控制和驱动机构9中的整流稳压模块9-3后输出。所述控制输入水密接头4-6的作用为:外界输入控制信号从而控制所述翼摆驱动机构3工作,进而控制所述两侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2的迎流角度。

涡轮式发电装置5包括:涡轮扇叶5-1、导流板5-2、转轴5-3、扁平防水式发电机5-4、水密缆5-5、固定支架5-6。涡轮式发电装置5在左右两侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2上均有设置。所述涡轮扇叶5-1为扁平式的涡轮风扇,设置在所述上摆翼1-1和下摆翼1-2纵向中间处;在横向上,上摆翼1-1和下摆翼1-2上分别设置2-5个,具体数量可根据需要精确观测的速度决定:若精确观测时速度要求较低,可安装多个涡轮扇叶5-1;反之可减少安装数量。该处安装涡轮扇叶5-1的数量之所以与所述的精确观测速度要求有关,是因为在精确观测时,此时会通过增加上摆翼1-1和下摆翼1-2的迎流角度来降低水下滑翔机的速度,而通过安装多个涡轮扇叶5-1,可使得导流板5-2的数量增加,进而增加运动时的水阻,降低观测速度。

在涡轮扇叶5-1的扇叶顶端的边缘处设置有较薄的导流板5-2,效果为:更高效的将水动力作用至所述涡轮扇叶5-1上,提高涡轮扇叶5-1的转动速度。所述涡轮扇叶5-1连接转轴5-3,转轴5-3则连接扁平防水式发电机5-4,效果为:通过涡轮扇叶5-1的转动进而带动扁平防水式发电机5-4转动,实现发电功能。所述水密缆5-5一端连接扁平防水式发电机5-4,另一端和对应的左侧涡轮式发电输入水密接口4-7或右侧涡轮式发电输入水密接口4-8连接将产生的电能传输至整流稳压模块9-3。所述固定支架5-6连接固定扁平防水式发电机5-4,并且所述固定支架5-6还与所述各自对应的上摆翼1-1和下摆翼1-2连接固定,主要作用是:将涡轮式发电装置5安装固定至上摆翼1-1或下摆翼1-2机构上。

上述中涡轮式发电装置5整体的工作效果为:通过调整上摆翼1-1和下摆翼1-2的迎流角度的增加,使得涡轮扇叶5-1转动,进而带动扁平防水式发电机5-4产生电能并将电能传输至搭载密封仓4内。

所述电磁式发电机构6包括:电磁发电机6-1、固定支架6-2、联轴器6-3。所述电磁式发电机构6共四套,分别设置在四个翼摆驱动机构3内。所述电磁发电机6-1通过固定支架6-2固定在所述翼摆驱动机构3中的底座本体3-9上,电磁发电机6-1的转轴则通过联轴器6-3和所述翼摆驱动机构3中的涡轮3-6的转连接。所述电磁发电机6-1还与控制和驱动机构9中的整流稳压模块9-3连接。整体效果为:所述涡轮3-6的转动通过联轴器6-3带动电磁发电机6-1实现发电功能。

所述工作模式切换机构7包括:伺服电机底座本体7-1、底座本体支臂7-2、支臂转轴7-3、底座本体拉簧7-4、拉簧支臂7-5、衔铁7-6、电磁线圈7-7。所述工作模式切换机构7共有四套,分别安装固定在每个翼摆驱动机构3内。所述伺服电机底座本体7-1为平板结构,设置有多个加强筋,加强筋连接并固定所述翼摆驱动机构3中的伺服电机3-8。所述底座本体支臂7-2为竖直支臂状机构,下端连接固定翼摆驱动机构3中的底座本体3-9,上端设置有支臂转轴7-3,所述支臂转轴7-3为折页转轴结构,还与伺服电机底座本体7-1连接,效果为:伺服电机底座本体7-1通过绕支臂转轴7-3相对底座本体支臂7-2转动,进而带动伺服电机3-8相对所述翼摆驱动机构3中涡轮3-6的啮合和非啮合,从而实现对输出轴3-2的推动或泄力非驱动状态。更进一步的,上述中伺服电机3-8相对所述翼摆驱动机构3中涡轮3-6的啮合和非啮合时通过下列电气和机械配合完成的,具体为:所述拉簧支臂7-5为竖直和水平支臂的组合,下端固定在翼摆驱动机构3中的底座本体3-9上,通过水平支臂连接固定底座本体拉簧7-4的上端,底座本体拉簧7-4的下端则连接固定伺服电机底座本体7-1的顶端(远离靠近底座本体支臂7-2和支臂转轴7-3的一端),效果为:平时的非控制状态下,由于底座本体拉簧7-4的作用,所述涡轮3-6和蜗杆3-7是处于啮合状态的,即:通过伺服电机3-8的转动和涡轮3-6和蜗杆3-7的传动,实现输出轴3-2的伸缩运动。在所述伺服电机底座本体7-1的端部下方(远离靠近底座本体支臂7-2和支臂转轴7-3的一端)设置有衔铁7-6,衔铁7-6正下方的底座本体3-9处设置有电磁线圈7-7。效果为:电磁线圈7-7通电时,会对衔铁7-6产生吸合作用,进而对伺服电机底座本体7-1产生向下的拉力,当该拉力大于所述底座本体拉簧7-4的拉力时,此时伺服电机底座本体7-1相对底座本体支臂7-2转动,涡轮3-6和蜗杆3-7开始分离,此时为非啮合状态。最终的效果为:实现了输出轴3-2与伺服电机3-8的泄力非驱动模式,此时若输出轴3-2有外力施加,可带动滑块3-12的运动,进而带动涡轮3-6和涡轮3-6所连接的电磁发电机6-1转动,实现发电功能。所述电磁线圈7-7还与控制和驱动机构9中的控制板9-1连接实现控制功能。

所述透水仓8包括:透水舱体8-1、前支撑板8-2。所述透水舱体8-1主要起到支撑作用,在两侧设置有所述的摆翼转轴支撑轴承1-11,实现对左侧上摆臂支板转轴轴套1-7B和右侧下摆臂支板转轴轴套1-8A的支撑作用,最终实现对左侧和右侧的上摆翼1-1、下摆翼1-2支撑作用。所述透水舱体8-1的前端并固定有前支撑板8-2,主要作用是,对所述翼摆动联摆机构2中的第一摆臂转轴支架2-4、第二摆臂转轴支架2-9、滑杆支架2-16和V形摆臂固定支臂2-18起到支撑作用。

所述控制和驱动机构9包括:控制板9-1、伺服电机驱动板9-2、整流稳压模块9-3。所述控制和驱动机构9安装固定在搭载密封仓4内。

所述控制板9-1主要作用控制,分别连接四套翼摆驱动机构3中的电磁线圈7-7和伺服电机驱动板9-2,实现对电磁线圈7-7的通电和断电状态的控制;同时还可控制伺服电机驱动板9-2,实现对伺服电机3-8的控制。同时,所述控制板9-1还通过自身的通讯端口与所述搭载密封仓4中的控制输入水密接头4-6连接,以接收来自外部的控制信号。另外所述控制板9-1还与供电输入水密接头4-4连接,以获取电能实现自身控制板的正常供电和控制功能。

伺服电机驱动板9-2作用为连接四套翼摆驱动机构3中的伺服电机3-8,可通过控制板9-1实现对伺服电机3-8的驱动作用,同时所述伺服电机驱动板9-2还与控制板9-1连接,接收来自控制板9-1的控制信号。另外,伺服电机驱动板9-2还与供电输入水密接头4-4连接以通过外部的电能实现对伺服电机3-8的驱动。

整流稳压模块9-3连接电磁发电机6-1和所述涡轮式发电装置5中的扁平防水式发电机5-4,实现对产生的电能进行整流和稳压,便于输出稳定的电压和电流。另外,整流稳压模块9-3的输出端口还连接搭载密封仓4中的发电输出水密接头4-5,便于将稳定的电能输出到外部,共水下滑翔机其它耗电器件使用。

实施例2

在上述实施例的基础上,本实用新型还提到一种具备高机动性和能量捕获功能的水下滑翔机机翼的工作和控制方法,该方法主要有三种工作模式,分别是:①滑翔模式;②精确观测和运动发电模式;③海面波浪发电模式。

①滑翔模式

当水下滑翔机需要大范围观测时,此时要求的指标为高速度和大深度等,此时应尽可能降低运动时的水阻,对应的水下滑翔机机翼的控制和工作过程如下:

1)水下滑翔机在上浮或下潜过程中,控制板9-1控制电磁线圈7-7处于失电状态,此时涡轮3-6和涡轮3-6处于啮合状态,伺服电机3-8对输出轴3-2的控制作用处于有效状态。

2)控制板9-1通过伺服电机驱动板9-2驱动四套翼摆驱动机构3中伺服电机3-8转动,进而通过涡轮3-6和涡轮3-6啮合、涡轮3-6带动驱动直齿轮3-10、进而带动从动齿条3-11、滑块3-12相对滑轨3-13的伸缩运动,通过挡板3-14、拉杆3-15实现对可滑动膜片3-5的推动或回缩,最终带动输出轴3-2的伸缩(具体是伸长或缩短,与上一个控制状态时输出轴3-2的位置有关)。

3)输出轴3-2伸长或缩短通过输出轴换向节3-1,将力矩作用至输出轴第一推杆2-1,从而分别依次作用至推杆直连第一摆臂2-2的摆动、第一摆臂转轴2-3的转动、第一万向节2-6的转动、第二摆臂转轴2-7的转动、第二摆臂2-10的摆动、第二摆臂连杆2-11的转动、第一换向节2-12的移动、驱动滑杆2-13的竖直上下运动、第二换向节2-15的移动、第二推杆2-17的上下运动、V形摆臂转轴2-19、V形摆臂第二支臂2-21和V形摆臂第二支臂转轴2-23的运动。

4)所述各自的V形摆臂第二支臂转轴2-23的运动,带动与其连接的左侧上摆臂支板转轴轴套1-7B、下摆臂支板转轴轴芯1-8B,右侧上摆臂支板转轴轴芯1-7A、下摆臂支板转轴轴套1-8A转动,进而带动左侧下摆翼折页支板1-4、上摆翼折页支板1-3,右侧下摆翼折页支板1-4、上摆翼折页支板1-3转动,最终带动左侧和右侧的上摆翼1-1、下摆翼1-2转动一定角度,最终效果为:左侧和右侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2之间的角度为0°,即:迎流角为0°。此时左侧和右侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2是合在一起当做普通水平翼使用的。

②精确观测和运动发电模式

当水下滑翔机需要小范围精确观测时,此时要求的指标为低速度和姿态实时的变换,同时应尽可能将高速运动状态下的水下滑翔机因精确观测降低速度而积攒的动能转化成电能,共水下滑翔机使用以提高续航里程,实现长周期和大航程的观测。此时对应的水下滑翔机机翼的控制和工作过程如下:

Ⅰ.对于精确观测模式

1)水下滑翔机在上浮或下潜精确观测过程中,控制板9-1控制电磁线圈7-7处于失电状态,此时涡轮3-6和涡轮3-6处于啮合状态,伺服电机3-8对输出轴3-2的控制作用处于有效状态。

2)控制板9-1通过伺服电机驱动板9-2驱动四套翼摆驱动机构3中伺服电机3-8转动,进而通过涡轮3-6和涡轮3-6啮合、涡轮3-6带动驱动直齿轮3-10、进而带动从动齿条3-11、滑块3-12相对滑轨3-13的伸缩运动,通过挡板3-14、拉杆3-15实现对可滑动膜片3-5的推动或回缩,最终带动输出轴3-2的伸缩(具体是伸长或缩短,与上一个控制状态时输出轴3-2的位置有关)。

3)输出轴3-2伸长或缩短通过输出轴换向节3-1,将力矩作用至输出轴第一推杆2-1,从而分别依次作用至推杆直连第一摆臂2-2的摆动、第一摆臂转轴2-3的转动、第一万向节2-6的转动、第二摆臂转轴2-7的转动、第二摆臂2-10的摆动、第二摆臂连杆2-11的转动、第一换向节2-12的移动、驱动滑杆2-13的竖直上下运动、第二换向节2-15的移动、第二推杆2-17的上下运动、V形摆臂转轴2-19、V形摆臂第二支臂2-21和V形摆臂第二支臂转轴2-23的运动。

4)各自的V形摆臂第二支臂转轴2-23的运动,带动与其连接的左侧上摆臂支板转轴轴套1-7B、下摆臂支板转轴轴芯1-8B,右侧上摆臂支板转轴轴芯1-7A、下摆臂支板转轴轴套1-8A转动,进而带动左侧下摆翼折页支板1-4、上摆翼折页支板1-3,右侧下摆翼折页支板1-4、上摆翼折页支板1-3转动,最终带动左侧和右侧的上摆翼1-1、下摆翼1-2转动一定角度,最终效果为:左侧和右侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2之间的角度为>0°,即:迎流角为某一值(具体迎流角的大小与水下滑翔机观测时的速度要求及运动姿态等有关)。

5)通过调整上摆翼1-1和下摆翼1-2之间的夹角,配合水下滑翔机自身的俯仰姿态调节机构,实现其自身姿态、速度等的调整,甚至可达到水平巡航状态,以适合其精确观测的需要。

Ⅱ.对于运动发电模式

1)由于水下滑翔机在进行低速精确观测时,通过精确观测模式Ⅰ中的步骤,最终可调整为左侧和右侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2之间的角度为某个数值,即:迎流角为某个数值,

2)涡轮扇叶5-1的扇叶及顶端的边缘处导流板5-2与前进方向的海水之间具备一定迎流角,涡轮扇叶5-1开始受力并带动扁平防水式发电机5-4旋转,产生的电能通过水密缆5-5传输至整流稳压模块9-3进而通过输出至舱外供水下滑翔机使用,可大大提升其续航能力。

③海面波浪发电模式

当水下滑翔机漂浮在海面通讯时,此时是大量消耗能量的阶段(通过卫星发射信号时无线通讯模块功率较大)等,此时应尽可能利用该阶段搜集能量以补充能耗,该阶段对应的水下滑翔机机翼的控制和工作过程如下:

1)水下滑翔机在漂浮通讯过程中,控制板9-1控制电磁线圈7-7处于得电状态,衔铁7-6对伺服电机底座本体7-1产生吸合作用,伺服电机底座本体7-1相对底座本体支臂7-2转动,涡轮3-6和蜗杆3-7实现分离,为非啮合状态(该过程耗电仅为线圈通电电流,耗能较少)。

2)涡轮3-6和蜗杆3-7非啮合,实现了输出轴3-2与伺服电机3-8的泄力非驱动模式,此时与之相连的翼摆动联摆机构2也处于泄力状态,并且与翼摆动联摆机构2相连的左侧和右侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2同样处于泄力状态。

3)由于海面上一般风浪较大,即使海况良好,水下滑翔机在海面上也会存在摆动或上下浮动的运动状态,由于上摆翼1-1和下摆翼1-2处于泄力状态,会随海浪绕各自的转轴自由摆动;自由摆动的上摆翼1-1和下摆翼1-2通过左侧下摆翼折页支板1-4、上摆翼折页支板1-3,右侧下摆翼折页支板1-4、上摆翼折页支板1-3实现相对转动,进而带动与其连接的左侧上摆臂支板转轴轴套1-7B、下摆臂支板转轴轴芯1-8B,右侧上摆臂支板转轴轴芯1-7A、下摆臂支板转轴轴套1-8A自由转动。

4)自由转动的左侧上摆臂支板转轴轴套1-7B、下摆臂支板转轴轴芯1-8B,右侧上摆臂支板转轴轴芯1-7A、下摆臂支板转轴轴套1-8A会将外力施加至所述各自的V形摆臂第二支臂转轴2-23上,各自的V形摆臂第二支臂转轴2-23后续的运动过程与①滑翔模式中的步骤3)相反,即:各自的V形摆臂第二支臂转轴2-23会依次带动各自的V形摆臂第二支臂2-21、V形摆臂转轴2-19转动、第二推杆2-17的上下运动、第二换向节2-15的移动、驱动滑杆2-13的竖直上下运动、第一换向节2-12的移动、第二摆臂连杆2-11的转动、第二摆臂2-10的摆动、第二摆臂转轴2-7的转动、第一万向节2-6的转动、第一摆臂转轴2-3的转动和推杆直连第一摆臂2-2的摆动,此后力矩作用至与推杆直连第一摆臂2-2连接的输出轴第一推杆2-1、输出轴换向节3-1,最终到达输出轴3-2,只管效果为:实现对各自输出轴3-2的压缩或拉伸作用。

5)由于对各自输出轴3-2的压缩或拉伸作用,此后与各自输出轴3-2相连接的可滑动膜片3-5会被拉伸或收缩,与可滑动膜片3-5相连的挡板3-14会推动拉杆3-15、从动齿条3-11、滑块3-12相对滑轨3-13的伸缩运动,由于涡轮3-6和涡轮3-6啮合处于非啮合状态,涡轮3-6可被带动旋转,进而带动与涡轮3-6所连接的电磁发电机6-1转动,实现发电功能。

6)由于波浪的不规则往复性会使左侧和右侧的上摆翼1-1和下摆翼1-2处于重复的不规则的往复运动,因此上述步骤1)-5)也是处于不断重复和不规则的(各个机构运动的行程大小和速度大小等不规则),最终实现电磁发电机6-1的持续发电。

7)电磁发电机6-1产生的电能送至整流稳压模块9-3进行稳压整流,进而通过与其连接的发电输出水密接头4-5将电能送至舱外,供水下滑翔机其它耗电器件使用。

当然,上述说明并非是对本实用新型的限制,本实用新型也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本实用新型的保护范围。

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