专利名称：一种波浪推进器的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下航行器技术领域，具体涉及一种波浪推进器。
背景技术：
水下推进器是一种新型自治式水下航行器，可用作海洋测量传感器的搭载平台， 是获取海洋监测数据的重要装备，对海洋环境监测、能源、交通、渔业管理、水产养殖等领域具有重要的作用。水下推进器具有作业范围广、连续作业时间长、能耗低、作业费用少等特点，成为当前水下推进器技术领域的一个研究热点。在现有技术中，水下推进器一般采用螺旋桨推进，具有较高的航迹定位精度和较快的航速，且可以做任意轨迹的航行。然而由于功耗大且受能源的制约，其航程较短，一般在几十千米到几百千米，无法满足更远水域作业的需求。目前，水下推进器的能源供给问题已成为制约其应用向深入发展的技术瓶颈，如何充分利用海洋巨大的能源，解决水下推进器的能源供给问题，也成为该技术领域的研究重点。
发明内容
本发明实施例针对上述现有技术存在的问题，提供一种波浪推进器，以充分利用海洋能源，提高其续航能力，满足各种水域范围的作业需求。为此，本发明实施例提供如下技术方案—种波浪推进器，包括通过连接装置相连的水下行进装置及水面随动装置，所述水下行进装置包括支架和成对桨翼，所述成对桨翼通过固定轴对称固定在所述支架两侧， 并可绕所述固定轴同步转动。优选地，所述成对桨翼有多对，通过固定在所述支架上的联动杆相连。优选地，所述水下行进装置还包括稳定构件，设置在所述支架的下方，并与所述支架的两端悬接，用于降低所述水下行进装置的重心。优选地,所述稳定构件为弓形。优选地，所述水下行进装置还包括缓冲装置，固定在所述支架上，并与所述连接装置相连，用于吸收冲击能量。优选地，所述缓冲装置为耐腐蚀的不锈钢板弹簧、或空气弹簧、或橡胶弹簧。优选地，所述连接装置包括第一缆索和两根第二缆索，所述第一缆索的一端连接所述水面随动装置，另一端与所述两根第二缆索的一端相连，所述两根第二缆索的另一端分别与所述支架相连。优选地，所述缆索为钢缆或凯芙拉缆。优选地，所述第一缆索和两根第二缆索连接后的垂直长度为7 8米。优选地，所述波浪推进器还包括分别设置在所述水下行进装置和所述水面随动装置上的方位指示仪、舵、步进电机，以及设置在所述水面随动装置上的步进电机驱动器、 控制器；所述方位指示仪，用于指示方位数据；所述步进电机，用于驱动所述步进电机所在装置上的舵转动；所述控制器，用于在两个方位指示仪指示的方位数据不同时，根据所述两个方位指示仪指示的方位数据的差异，控制所述步进电机驱动器驱动所述步进电机，使所述水下行进装置和所述水面随动装置方位保持一致。本发明实施例提供的波浪推进器，通过连接装置将水面随动装置与水下行进装置相连，利用波浪运动的能量，水面随动装置随着波浪产生升沉运动，通过这一升沉运动，使水下行进装置上固定在支架两侧的成对桨翼绕固定轴同步转动。波浪推进器向上升起时， 桨翼随边向下转动，波浪推进器滑向波谷时，桨翼随边向上转动。在波浪推动水面随动装置升沉作用下，桨翼转动形成的功角产生了向前滑翔的动力，拖动水面随动装置前进，从而有效地利用了海洋能源，提高其续航能力，满足各种水域范围的作业需求。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明实施例波浪推进器的主视图；图2是本发明实施例波浪推进器的俯视图；图3是本发明实施例波浪推进器的侧视图；图4是本发明实施例波浪推进器的行进示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。本发明实施例波浪推进器，通过连接装置将水面随动装置与水下行进装置相连， 水下行进装置包括支架和成对桨翼，所述成对桨翼通过固定轴对称固定在所述支架两侧， 并可绕所述固定轴同步转动。该波浪推进器利用波浪运动的能量，水面随动装置随着波浪产生升沉运动，这一升沉运动也促使了水下行进装置的桨翼转动。波浪推进器向上升起时， 桨翼随边向下转动，波浪推进器滑向波谷时，桨翼随边向上转动。桨翼的转动与沉运动的方向形成一个预设的夹角，即翼形领域中所称的攻角，使桨翼产生向前行进的动力。也就是说，水下行进装置可以看作是水面随动装置的前进的动力来源。当波浪推进器到达平静的水域，可以漂浮在水面。下面同时参照图I、图2和图3对本发明实施例波浪推进器做进一步详细说明。其中，图I是本发明实施例波浪推进器的主视图；图2是本发明实施例波浪推进器的俯视图；图3是本发明实施例波浪推进器的侧视图。在该实施例中，所述波浪推进器包括通过连接装置11相连的水下行进装置12及水面随动装置13。其中，水下行进装置12包括支架121和成对桨翼122，所述成对桨翼122通过固定轴123对称固定在所述支架121两侧，并可绕所述固定轴123同步转动。下面结合海浪特性进一步说明本发明实施例波浪推进器的运动性能。海浪是极不规则的，不但主风向上的波浪要素和形状多种多样，而且波浪前进的方向由主风向朝外向扩散，形成一个复杂的不规则波场。仅存在于主风向方向上且有着无穷长单向的、不同间距的波峰彼此保持平行的二因次不规则波，称为长峰不规则波。涌可近似地视为长峰波。但通常可以假定二因次不规则波是由无数不同波幅和波长的单规则波即简谐波线性迭加而成的。波浪的水质点以近似于圆形的轨迹作圆周运动，无限水深情况下波动沿水深方向以指数规律衰减。水质点的振幅公式为aekz(z < O)；其中，a为波幅，a0为表面波幅；k为波数，k = 2 X λ ；λ为波长。根据上述公式可知当水深Z =-2 /k= λ /2 时,水质点的振幅为ha = a0/e11 = 4. 3% a0 ；当水深z = -2 3i /k = λ 时,水质点的振幅为ha = a0/e2π = O. 019% a0 可见，当水深为波长的一半时，水质点的运动已经非常小，表明该处的流体几乎不动了，可以忽略不计。因此当水底深度大于半个波长时，底面对波动的影响很小，即使流体域是有限深度的，但波动与无限深水域的情况已没有差别。例如中浪波长为30米，水下振幅是水面振幅的O. 2倍处的水深为7. 6米，两处振幅的绝对差值为I米。中浪波长为90米，水下振幅是水面振幅的O. 6倍处的水深为7. 3 米，两处振幅的绝对差值亦为I米。由上述推导可知，水下振幅小于水面振幅，表面波水分子和水下一定深度处水分子垂向运动产生速度差，从而使波浪推进器水下行进装置的桨翼转动，获得向前运动的动力。如图4所示，是本发明实施例波浪推进器的行进示意图。波浪推进器由波谷向波峰爬升时，由水上随动装置提供的浮力拖动水下行进装置向上运动，因此水下行进装置上的桨翼所产生的动力与波浪的波高、水分子垂直面内加速度有关。波浪推进器由波峰滑向波谷时，桨翼滑行的动力来自水下行进装置本身的重力。在实际应用中，可以设计多对上述成对桨翼，如图I所示，这些成对桨翼通过固定在支架121上的联动杆124相连，从而可以使这些成对桨翼各自围绕自己的固定转同步转动的同时保持联动。所述成对桨翼的攻角可以根据实际应用需要来设定，比如为30度。可见，本发明实施例提供的波浪推进器，通过连接装置将水面随动装置与水下行进装置相连，利用波浪运动的能量，水面随动装置随着波浪产生升沉运动，通过这一升沉运动水下行进装置上固定在支架两侧的成对桨翼绕固定轴同步转动。波浪推进器向上升起时，桨翼随边向下转动，波浪推进器滑向波谷时，桨翼随边向上转动，从而有效地利用了海洋能源，使波浪推进器向前滑翔运动，提高其续航能力。波浪推进器的运动方向不受风向的限制，可以顺浪、横浪、逆浪前进，满足各种水域范围的作业需求。为了更好地保持所述波浪推进器中水下行时装置行进的平稳性，如图I所示，在本发明实施例中，水下行进装置12还可进一步包括稳定构件125，设置在支架121的下方，并与支架121的两端悬接，用于降低所述水下行进装置的重心，提高稳定性，也可用作安装测量仪器的支架，还能提高水下行进装置的航向稳定性。另外，为了使水面随动装置13与水下行进装置12的连接更牢固，如图I所示，还可以进一步在水下行进装置12上设置缓冲装置126，该缓冲装置126固定在支架121上，并与连接装置11相连，以吸收冲击能量。具体地，所述缓冲装置126可以是耐腐蚀的不锈钢板弹簧，其它耐腐蚀材料制作
的空气弹簧、橡胶弹簧等。在本发明实施例中，所述连接装置11与缓冲装置126的连接方式可以有多种，比如单点连接、双点连接等方式。图I中示出了一种具体的双点连接方式，其中，缓冲装置126由第一缆索111和两根第二缆索112组成，第一缆索111的一端连接水面随动装置13，另一端与所述两根第二缆索112的一端相连，所述两根第二缆索112的另一端分别连接到缓冲装置126的不同位置。当然，如果没有缓冲装置126，所述两根第二缆索112的另一端也可以分别连接到支架121上的不同位置。上述缆索可以采用免扭转不锈钢缆或者是凯芙拉缆，以保证其在实际应用环境中具有抗拉、耐腐蚀的性能。上述缆索的长度不宜太长。由于水下行进装置在上下运动时将受到惯性力和垂直方向的流体阻力，太长的缆索形成的缓冲可能会造成水下行进装置与表面波运动不一致， 在下滑时造成迟后现象，影响水下部分吸收波能的效果。但是缆索太短，水下行进装置会离水面太近，水质点的运动速度衰减不大，同样不利于水下行进装置吸收波能的效果。为此， 在实际应用中，可以设计第一缆索和两根第二缆索连接后的垂直长度可以设计为7 8米。当然，在另一种双点连接方式中，也可以仅使用两根缆索，将这两根缆索的一端一起连接到水面搭载装置13，这两根缆索的另一端分别连接到水下行进装置12的不同位置。需要说明的是，缆索与水下行进装置和水面随动装置的连接可以通过锁环来实现。在本发明实施例中，水面随动装置13可以设计为一只微型的水密小船，以搭载不同的业务处理平台或设备。为了更有效利用波能，船长可以小于1/4波长，以避免发生跨浪现象，影响波能的利用率。以一级涌浪波长小于10米计，则船长应小于2. 5米。比如，设计船长2. 4米，船宽
O.6米，长宽比为4。设定船的吃水为O. 21m，干舷O. 09m，排水量=O. 18m3。如果通过柔性缆索连接水面随动装置13和水下行进装置12，则在外力的作用下， 上下两部分的方位可能会产生不一致。为了使该波浪推进器能按要求的方向前进，无论是顺浪、还是逆浪、或者横浪，需要使水面随动装置13和水下行进装置12的航向保持一致。为此，可以分别在水下行进装置12和水面随动装置13上设置方位指示仪(比如三维电子罗盘)、舵、步进电机，并且在水面随动装置13上设置步进电机驱动器、控制器。其中，所述方位指示仪用于指示方位数据，也就是说，水下行进装置12和水面随动装置13均通过各自的方位指示仪显示各自的方位数据。所述步进电机用于驱动所在装置上的舵转动。
当两个方位指示仪指示的方位不一致时，由所述控制器根据所述两个方位指示仪指示的方位数据的差异，控制所述步进电机驱动器驱动所述步进电机，使水下行进装置12 和水面随动装置13方位保持一致。具体地，可以通过变换步进电机驱动器的控制方式来分别控制或同步控制水面随动装置和水下行进装置上的步进电机，驱动舵转动，最终使上下
方位一致。为了制造方便，水面随动装置和水下行进装置可以采用尺寸相同的舵，当然，也可以采用不同的舵，对此本发明实施例不做限定。波浪推进器上需要的电源可来自于太阳能光伏电池。因此，波浪推进器充分利用了大自然提供的能量，绿色环保，而且可以长期在海上航行。另外，需要说明的是，本发明实施例并不限定上述通过缆索实现的连接装置，还可以采用其它方式实现的连接装置，具体可以根据波浪推进器所应用的具体环境来确定。以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式
对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种波浪推进器，其特征在于，包括通过连接装置相连的水下行进装置及水面随动装置，所述水下行进装置包括支架和成对桨翼，所述成对桨翼通过固定轴对称固定在所述支架两侧，并可绕所述固定轴同步转动。
2.根据权利要求I所述的波浪推进器，其特征在于，所述成对桨翼有多对，通过固定在所述支架上的联动杆相连。
3.根据权利要求I所述的波浪推进器，其特征在于，所述水下行进装置还包括稳定构件，设置在所述支架的下方，并与所述支架的两端悬接，用于降低所述水下行进装置的重心。
4.根据权利要求3所述的波浪推进器，其特征在于，所述稳定构件为弓形。
5.根据权利要求I至4任一项所述的波浪推进器，其特征在于，所述水下行进装置还包括缓冲装置，固定在所述支架上，并与所述连接装置相连，用于吸收冲击能量。
6.根据权利要求5所述的波浪推进器，其特征在于，所述缓冲装置为耐腐蚀的不锈钢板弹簧、或空气弹簧、或橡胶弹簧。
7.根据权利要求5所述的波浪推进器，其特征在于，所述连接装置包括第一缆索和两根第二缆索，所述第一缆索的一端连接所述水面随动装置，另一端与所述两根第二缆索的一端相连，所述两根第二缆索的另一端分别与所述支架相连。
8.根据权利要求7所述的波浪推进器，其特征在于，所述缆索为钢缆或凯芙拉缆。
9.根据权利要求7所述的波浪推进器，其特征在于，所述第一缆索和两根第二缆索连接后的垂直长度为7 8米。
10.根据权利要求I至3任一项所述的波浪推进器，其特征在于，还包括分别设置在所述水下行进装置和所述水面随动装置上的方位指示仪、舵、步进电机，以及设置在所述水面随动装置上的步进电机驱动器、控制器；所述方位指示仪，用于指示方位数据；所述步进电机，用于驱动所述步进电机所在装置上的舵转动；所述控制器，用于在两个方位指示仪指示的方位数据不同时，根据所述两个方位指示仪指示的方位数据的差异，控制所述步进电机驱动器驱动所述步进电机，使所述水下行进装置和所述水面随动装置方位保持一致。
全文摘要
本发明涉及水下航行器技术领域，公开了一种波浪推进器。该波浪推进器包括通过连接装置相连的水下行进装置及水面随动装置，所述水下行进装置包括支架和成对桨翼，所述成对桨翼通过固定轴对称固定在所述支架两侧，并可绕所述固定轴同步转动。本发明波浪推进器可以充分利用海洋能源，提高其续航能力，满足各种水域范围的作业需求。
文档编号B63H19/02GK102582812SQ201210059119
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者蒋金良, 高伟丽 申请人:北京南风科创应用技术有限公司