一种混合动力无人艇的制作方法

本发明属于无人艇技术领域，具体涉及一种混合动力无人艇。

背景技术：

海洋的开发与研究在海洋科技领域的地位日益提高。其中，无人艇凭借其体积小、吃水浅以及无人化等特点在海洋科技的诸多方面受到越来越多的青睐。然而随着需求的不断提高，无人艇在复杂海况中的局限性越来越大，尤其是续航能力方面的短板特别突出。目前的无人艇多数安装电动机或者柴油机，通过消耗蓄电池的电能或燃烧柴油燃料提供动力，其续航能力完全取决于蓄电池的储电量和携带燃料的量。续航时间短直接导致海上任务作业的不连续性，返航充电加油费时费力并且效率低下，不适合全天候作业。因此，提高无人艇的续航能力以适应于全天候作业，需要一套汇集多种动力源的装置。

技术实现要素：

为解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够安装并利用多种动力源的无人艇，以提高无人艇的续航能力。

基于上述目的，本发明采用的技术方案为：一种混合动力无人艇，包括固定于艇艉的喷水推进器和与喷水推进器相连接的电动机，还包括固定于无人艇艇体上的太阳能转化结构、风能转化结构、波浪能转化结构和柴油发电结构；艇体上设有与风能转化结构和波浪能转化结构相连接的电能转换装置以及与电能转换装置相连接的储电装置，储电装置与所述电动机相连接；所述太阳能转化结构与储电装置相连接；所述柴油发电结构与电动机相连接。

进一步地，波浪能转化结构包括水平设置在艇体上的第一传动轴和曲轴、竖直设置在艇体上的支撑架和第二传动轴；第一传动轴的一端与所述电能转换装置相连接，另一端通过第一锥齿轮组与第二传动轴传动连接；所述支撑架顶端与第一传动轴转动配合；所述第二传动轴的下端与艇体转动连接，上端设有第二锥齿轮组，并通过第二锥齿轮组与曲轴传动连接；所述曲轴为u型结构，并在艇体上水平设置，曲轴一侧的两个端头分别与艇体转动连接和与第二传动轴传动连接，曲轴的另一侧上套设有转筒，转筒与曲轴间隙配合；转筒上固定连接有连杆和重锤；重锤通过系绳与转筒固定连接；艇体上设有与连杆相配合的支撑块，连杆穿过支撑块的一端固定有翼片，所述翼片为倾斜设置。

进一步地，风能转化结构包括固定于艇体甲板中部的支撑柱和固定于支撑柱顶端的风轮；所述支撑柱为中空结构；支撑柱内套设有第三传动轴，第三传动轴的顶端设有第三锥齿轮组，并通过第三锥齿轮组与风轮传动连接，第三传动轴的底端与电能转换装置相连接。

进一步地，太阳能转化结构包括在甲板两侧呈对称分布的光伏板，光伏板通过第二输电线与储电装置相连接。

进一步地，柴油发电结构包括固定于艇体内部的柴油发电机，柴油发电机通过第四输电线与所述电动机相连接。

进一步地，支撑架上设有轴承，第一传动轴穿过支撑架上的轴承的内环与支撑架转动连接；艇体内还设有与曲柄和第二传动轴相配合的轴承，所述曲柄的一端、第二传动轴的下端均通过轴承与艇体转动连接；。

进一步地，艇体甲板上固定有桅杆，所述桅杆固定于甲板中轴线的艇艏位置，桅杆上设置有船帆。

进一步地，无人艇的艇艏设有固定于甲板上的门型架，门型架上固定有雷达和视觉传感器，无人艇的艇艉设有固定于甲板上的通讯天线和gps装置，艇体内设有控制器和与gps装置相配合的惯导。

进一步地，储电装置内设有电量检测装置，电量检测装置与控制器相连接，控制器与柴油发电机相连接。电量检测装置用于检测储电装置内的电量，并在储电装置内的电量低于指定值时，将储电装置电量低的信号发送至控制器，从而由控制器对与控制器连接的柴油发电机发出控制指令，使得柴油发电机启动发电，从而实现在储电装置内电量低时，启动柴油发电机继续为电动机供电，其中，所述指定值指的是维持电动机正常工作的最低电量值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用在无人艇上装载太阳能转化结构、风能转化结构和波浪能转化结构，将太阳能、风能和波浪能通过电能转换装置转换为电能储存于储电装置中，利用储电装置与电动机相连接，从而持续为电动机供电，使得电动机为喷水推进器提供相对持久的动力，从而提高无人艇的续航能力，在储电装置中的电量耗尽时，可通过启动柴油发电结构继续为电动机供电，进一步提高无人艇的续航能力。

本发明采用在连杆的一端倾斜设置翼片，利用翼片在受到波浪冲击时产生的作用力依次经过连杆、曲轴、第二传动轴和第一传动轴传输至电能转换装置，从而实现将波浪能转化为电能，提高储电装置中的储电量，从而提高无人艇的续航能力；并且，曲轴与第二传动轴之间采用第二锥齿轮组进行传动，第二传动轴和第一传动轴之间采用第一锥齿轮组进行传动，利用锥齿轮组传动时摩擦力小的特点，降低传动过程中的能量损耗，提高传动效率；此外，充分利用自然资源进行转换供电，绿色环保。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明内部结构示意图；

图3为图2中a处的局部放大图。

图中：1、艇体；2、喷水推进器；3、光伏板；4、gps装置；5、通讯天线；6、桅杆；7、船帆；8、雷达；9、视觉传感器；10、门型架；11、风轮；12、支撑柱；13、第三锥齿轮组；15、第三传动轴；16、翼片；17、连杆；18、支撑块；19、重锤；20、系绳；21、转筒；22、轴承；23、曲轴；24、第二锥齿轮组；26、第二传动轴；27、第一锥齿轮组；30、第一传动轴；31、支撑架；33、电能转换装置；34、第一输电线；35、第二输电线；36、储电装置；37、柴油发电机；38、第三输电线；39、第四输电线；40、控制器；41、电动机。

具体实施方式

如图1-3所示的一种混合动力无人艇，包括固定于艇艉的喷水推进器2和与喷水推进器2相连接的电动机41，还包括固定于无人艇艇体1上的太阳能转化结构、风能转化结构、波浪能转化结构和柴油发电结构；艇体1上设有与风能转化结构和波浪能转化结构相连接的电能转换装置33以及与电能转换装置33相连接的储电装置36，储电装置36与所述电动机41相连接；太阳能转化结构与储电装置36相连接；所述柴油发电结构与电动机41相连接。本发明利用在无人艇上装载的太阳能转化结构、风能转化结构和波浪能转化结构，将太阳能、风能和波浪能通过电能转换装置33转换为电能储存于储电装置36中，利用储电装置36与电动机41相连接，从而持续为电动机41供电，使得电动机41为喷水推进器2提供相对持久的动力，从而提高无人艇的续航能力，在储电装置36中的电量较低时，可通过启动柴油发电结构继续为电动机41供电，进一步提高无人艇的续航能力。

波浪能转化结构包括水平设置在艇体1上的第一传动轴30和曲轴23、竖直设置在艇体1上的支撑架31和第二传动轴26；第一传动轴30的一端与所述电能转换装置33相连接，另一端通过第一锥齿轮组27与第二传动轴26传动连接；支撑架31顶端与第一传动轴30转动配合；所述第二传动轴26的下端与艇体1转动连接，上端设有第二锥齿轮组24，并通过第二锥齿轮组24与曲轴23传动连接；所述曲轴23为u型结构，并在艇体1上水平设置，曲轴23一侧的两个端头分别与艇体1转动连接和与第二传动轴26传动连接，曲轴23的另一侧上套设有转筒21，转筒21与曲轴23间隙配合；转筒21上固定连接有连杆17和重锤19；重锤19通过系绳20与转筒21固定连接；艇体1上设有与连杆17相配合的支撑块18，连杆17穿过支撑块18的一端固定有翼片16，所述翼片16为倾斜设置。

在本发明中，将波浪能转化为电能的工作过程为：s01：初始状态重锤19依靠自身重量将曲轴23和连杆17装置下拉至极限位置，当翼片16遭遇较大波浪时，翼片16受力推动连杆17至另一极限位置，同时曲轴23在转筒21的作用下发生转动；s02：当波浪退去，曲轴23在重锤19作用下回复初始位置，同时曲轴23在转筒21的作用下再次发生转动；s03：曲轴23转动时产生机械能，机械能经过第三锥齿轮24、第四锥齿轮25、第二传动轴26、第五锥齿轮27、第六锥齿轮29和第一传动轴30将波浪产生的机械能传递至电能转换装置33；s04：电能转换装置33将机械能转换为电能，并经第一输电线34传输至储电装置36；s05：无人艇在航行过程中，电能经第三输电线38从储电装置36传输至电动机41，在无人艇自身的蓄电池电量耗尽时，为电动机41的工作提供额外电能，从而驱动喷水推进器2继续工作，提高无人艇的续航能力。

本发明采用在连杆17的一端倾斜设置翼片16，利用翼片16在受到波浪冲击时产生的作用力依次经过连杆17、曲轴23、第二传动轴26和第一传动轴30传输至电能转换装置33，从而实现将波浪能转化为电能，提高储电装置36中的储电量，提高无人艇的续航能力；并且，曲轴23与第二传动轴26之间采用第二锥齿轮组24进行传动，第二传动轴26和第一传动轴30之间采用第一锥齿轮组27进行传动，利用锥齿轮组传动时摩擦力小的特点，降低传动过程中的能量损耗，提高传动效率；此外，充分利用自然资源进行转换供电，绿色环保。

风能转化结构包括固定于艇体1甲板中部的支撑柱12和固定于支撑柱12顶端的风轮11；所述支撑柱12为中空结构；支撑柱12内套设有第三传动轴15，第三传动轴15的顶端设有第三锥齿轮组13，并通过第三锥齿轮组13与风轮11传动连接，第三传动轴15的底端与电能转换装置33相连接。当海上风力达到一定值时，风轮11开始随风旋转，产生机械能，并机械能通过固定于风轮11的转轴上的第三锥齿轮组13，传递给第三传动轴15，并由第三传动轴15将机械能传递给电能转换装置33，利用电能转换装置33将机械能转化为电能；由风能转化的电能经第一输电线34传输至储电装置36中，在无人艇自身的蓄电池电量耗尽时，储电装置36中的电能经第三输电线38传输给电动机41，为电动机41的工作提供额外电能，从而驱动喷水推进器2继续工作，提高无人艇的续航能力。

太阳能转化结构包括在甲板两侧呈对称分布的光伏板3，光伏板3通过第二输电线35与储电装置36相连接。利用光伏板3吸收太阳能并将太阳能转换为电能，经第二输电线35将电能传输至储电装置36中，在无人艇自身的蓄电池电量耗尽时，储电装置36中电能经第三输电线38传输给电动机41，为电动机41的工作提供额外电能，从而驱动喷水推进器2继续工作，提高无人艇的续航能力。

柴油发电结构包括固定于艇体1内部的柴油发电机37，柴油发电机37通过第四输电线39与所述电动机41相连接。储电装置36内设有电量检测装置，电量检测装置与控制器40相连接，控制器40与柴油发电机37相连接。电量检测装置用于检测储电装置36内的电量，并在储电装置36内的电量低于指定值时，将储电装置36电量低的信号发送至控制器40，从而由控制器40对与控制器40连接的柴油发电机37发出控制指令，使得柴油发电机37启动发电，从而实现在储电装置36内电量低时，启动柴油发电机37继续为电动机41供电，其中，所述指定值指的是维持电动机41正常工作的最低电量值。当储电装置36内的电量较低时，利用柴油发电机37燃烧柴油将热能转化为电能，经第四输电线39传输给电动机41，从而驱动喷水推进器2继续工作，进一步提高无人艇的续航能力。

艇体1内分别设有与曲柄和第二传动轴26相配合的轴承22，曲柄的一端、第二传动轴26的下端均通过轴承22与艇体1转动连接；支撑架31上设有轴承22；第一传动轴30穿过支撑架31上的轴承22的内环与支撑架31转动连接，轴承22在对曲柄、第二传动轴26和第一传动轴30起到支撑作用的同时，降低曲柄、第二传动轴26和第一传动轴30转动过程中的摩擦力，从而降低传动过程中的能量损耗，提高传动效率。

艇体1甲板上固定有桅杆6，桅杆6固定于甲板中轴线的艇艏位置，桅杆6上设置有船帆7。在海面航行时，可升起船帆7，调节船帆7的角度，充分利用海上风力实现无人艇的航行，降低无人艇自身的能源消耗。

无人艇的艇艏设有固定于甲板上的门型架10，门型架10上固定有雷达8和视觉传感器9，无人艇的艇艉设有固定于甲板上的通讯天线5和gps装置4，艇体1内设有控制器40和与gps装置4相配合的惯导。利用雷达8探测无人艇周围的障碍物，便于无人艇进行及时避障；利用视觉传感器9对无人艇周围的海况进行视频采集，便于对无人艇周围的海况进行实时监控；利用在无人艇上设置gps装置4以及与gps装置4相配合的惯导，便于对无人艇的位置及艏向进行定位；通过在艇体1内设置控制器40，便于对柴油发电机37进行控制；利用在甲板上设置的通讯天线5，便于无人艇与岸基工作站的通讯，便于岸基工作人员掌握无人艇的动态信息以便发号施令；总之，在无人艇上设置雷达8、视觉传感器9、通讯天线5、gps装置4、控制器40和惯导，为无人艇的无人海上作业提供便利。