缓冲自发电式波浪推进器的制作方法

本发明属于水下推进器设计领域，具体涉及一种缓冲自发电式波浪推进器。

背景技术：

常规移动观测平台如科考船、无人艇、水下航行器等，一般采用燃油或电池作为动力源，由于所携带的能源有限，导致其续航力较短，这对于长期的海洋观测来说成本高昂，经济性较差，并且容易造成环境污染。由于海洋蕴含了极其丰富的绿色能源，人们对利用海洋能作为海洋运载器的能量源表现出浓厚的兴趣，目前，国内外针对海洋能推进型海洋航行器技术开展了大量研究，主要集中在太阳能推进水下航行器或无人艇、温差能推进水下航行器、风能或太阳能推进无人艇、波浪能推进水下航行器等方面。波浪滑翔器作为一种新型波浪能推进海洋无人航行器，具有超长航时、自主、零排放、经济性等突出优点，它能长期、自主地执行环境监测、水文调查、气象预报、生物追踪、远程预警、通信中继等作业任务，使得波浪推进器在军民领域皆具有广泛得应用前景。

波浪滑翔器是一种波浪能驱动的新型水面航行器，利用其上浮体随波浪上下浮动时，水面下方的动力装置与水流相互作用，产生水平方向的分力，为波浪滑翔器提供一个前向的推进力，从而驱动波浪滑翔器的航行。当前对波浪滑翔器推进机理研究主要有两种策略:1)仿生推进。在波浪的持续激励下，波浪推进器上串列水翼作升沉和拍动耦合运动进而产生前进推力，与鱼鳍摆动过程非常相似，即属于一类特殊的水下仿生推进模式，一些研究者试图从仿生推进角度进行波浪推进机理分析。2)波浪能利用，考虑到波浪滑翔器航行动力来至于波浪能捕获和直接利用，部分学者基于规则波假设和能量守恒原理，从宏观角度探讨波浪推进机理问题。

本发明针对波浪能的利用提出了一种缓冲自发电式波浪推进器。

申请公开号为cn101397971a的发明公开了一种波浪能推进器，它包括浮子、升降连动机构和推进体，浮子和推进体分别设置在升降连动机构的上、下两端，推进体包括箱形主体，主体由左右两侧壁和二者之间的横连杆构成,，横连杆横跨并固定在两侧壁之间，主体上枢装有复数个摆叶,摆叶由叶片和水平的转轴构成，转轴架设在两侧壁之间，叶片绕转轴上下来回摆动。

申请公开号为cn102582812a的发明公开了一种波浪能推进器，通过连接装置相连的水下行进装置及水面随动装置，水行进装置包括: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。

申请公开号为cn101519113a的发明公开了一种基于波浪能的滑翔推进器。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种可以缓冲柔缆受力的同时进行发电的缓冲自发电式波浪推进器。

本发明的设计方案：

一种缓冲自发电式波浪推进器，包括：柔缆，动力装置，缓冲自发电装置。柔缆由钢丝绳等柔性材料构成，动力装置由中间的限位机构以及摆动式水翼构成。柔缆通过缓冲自发电装置上的锁紧卡扣将上浮体以及水面下方的动力装置连接到一起。

若没有缓冲自发电装置，动力装置和上浮体之间在波浪中的相对运动会在柔缆中产生很大的拉力，对柔缆连接部位造成损伤，而缓冲自发电装置的存在使得柔缆拉力得到缓冲，同时，为波浪滑翔器充电。

缓冲自发电装置，包括了磁性活塞，限位弹簧，固定法兰，传动连杆。

缓冲自发电装置通过固定法兰安装在上浮体的底端。

所传动连杆的远水面一端与磁性活塞相连接，近水面一端与柔缆相连接，磁性活塞的顶端与限位弹簧固结在一起，限位弹簧的另一端固定在缓冲自发电装置的设备顶端。

当上浮体与水下的动力装置之间产生相对位移，柔缆内产生拉力的时候，柔缆带动传动连杆，使得传动连杆一端的磁性活塞克服限位弹簧的拉力的作用，向下运动，通过限位弹簧的作用，施加在柔缆上的瞬态拉力被转移到限位弹簧之上，使得柔缆的拉力得到了缓冲，通过固定法兰的力的传递，逐渐施加在上浮体之上，并将波浪力以限位弹簧弹性势能的形式储存起来。

当上浮体越过波峰位置，柔缆上的拉力减小的时候，限位弹簧利用之前存储在其中的波浪能拉动传动连杆，提升水面下方的动力装置。动力装置在波浪滑翔器沿波浪向下运行时，是利用本身的重力驱动摆动式水翼的翼板，因此提升动力装置提高了其工作效率。同时，磁性活塞在限位弹簧的回复力的作用下，重新回到原位置，为下一次的柔缆受到瞬态拉力做准备。

整个过程中，由于磁性活塞是具有磁性的，而在缓冲自发电装置的外壁内，镶嵌着多重感应线圈，在磁性活塞被传动连杆和限位弹簧反复拉动，在缓冲自发电装置中不断运动的过程中，磁性活塞不断与镶嵌着的多重感应线圈相作用，为波浪滑翔器充电，提供附加的电能。

本发明的有益效果在于：

动力装置的柔缆在运动过程中，反复受到瞬态拉力，本发明减少了波浪推进器长期运行下的疲劳损伤以及高海况下的波浪冲击损伤，增加波浪滑翔器的使用寿命，航行能力得到提高。

缓冲自发电装置固定在上浮体底端，不会对波浪滑翔器本身的运动产生较大的干扰。

当上浮体越过波峰时，所述缓冲自发电装置释放波浪能，通过柔缆提升动力装置，提高依靠重力下沉来转化能量的动力装置的工作效率。

缓冲自发电装置的外壁内镶嵌着多重感应线圈，使得装置内的磁性活塞在上下运动的过程中会产生与感应线圈的相互作用，向波浪滑翔器充电，增加总供电量。

附图说明

图1为本发明波浪推进器在波浪中运动过程的示意图。

图2为本发明中缓冲自发电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图中要素说明：缓冲自发电装置1，固定法兰2，柔缆3，锁紧卡扣4，传动连杆5，电能输出导线6，动力装置7，上浮体8，磁性活塞9，感应线圈10，限位弹簧11。

由缓冲自发电装置1、连接装置、动力装置7和上浮体8组成；上浮体8为可提供浮力的水面航行工具，缓冲自发电装置1固定在上浮体8的底部，动力装置7通过连接装置与缓冲自发电装置1底部活性连接。

所述的缓冲自发电装置1由传动连杆5、电能输出导线6、磁性活塞9、感应线圈10、限位弹簧11和外壳组成；外壳为刚性薄板围成的带空腔的长方体，在相对的两侧对称嵌有固定法兰2，外壳底部有开孔；感应线圈10位于外壳的外侧，与外壳紧密贴合；外壳内表面的上部嵌有两个限位弹簧11，两个限位弹簧11的另一端与磁性活塞9固定连接；磁性活塞9的底部与传动连杆5固定连接，传动连杆5另一端穿过外壳的开孔。

所述的感应线圈10是由铜导线折叠紧密排列而成的方形线圈，形状与外壳的侧面形状一致，长度与外壳的长度一致。

所述的限位弹簧11有两个，对称的排列在外壳内表面的上部，限位弹簧11自然伸长的长度为外壳高度的三分之一。

所述的磁性活塞9由磁性材料构成，为一块长方体板，底面积与外壳的内底面积相等，磁性活塞9与外壳内表面不连接。

所述的传动连杆5为下端带有耳孔的条状刚体，长度大于外壳高度的三分之二。

所述的电能输出导线6为具有导电性的金属线，分别与感应线圈10两端相连。

所述的连接装置由柔缆3，锁紧卡扣4组成，锁紧卡扣4扣在传动连杆5的耳孔中，一端与柔缆3相连；柔缆3为可自由变形的钢丝绳，一端与锁紧卡扣4相连，另一端与动力装置7相连。

所述的动力装置7为两端成流线型的圆柱状腔体，两侧均匀嵌有4-6个流线型挡板，挡板长度大于腔体直径的二分之一，腔体内安装动力系统。

如图1所示，当上浮体8运动到波峰之前，受波浪的作用向上运动时，动力装置7的摆动式水翼受到水流的冲击，会与上浮体8之间产生相对运动，而相对运动在柔缆3中产生的瞬态拉力会传递给缓冲自发电装置1中的传动连杆5，传动连杆5带动磁性活塞9向下运动，使得磁性活塞9的磁性与感应线圈10作用，通过电能输出导线6输出电能。

当上浮体8越过波峰位置，柔缆3上的拉力减小的时候，限位弹簧11利用之前存储在其中的波浪能拉动传动连杆5，提升水面下方的动力装置7。磁性活塞9也在限位弹簧11的回复力矩的作用下，向上运动，使得磁性活塞9与多重感应线圈10继续作用输出电能。

若没有缓冲自发电装置1，动力装置7和上浮体8之间在波浪中的相对运动会在柔缆3中产生很大的拉力，将会对柔缆3连接各装置的部位造成损伤，而缓冲自发电装置1的存在使得柔缆3在连接部位的受力得到缓冲，同时，为波浪滑翔器提供了供电。

从局部细节来看，所述的缓冲自发电装置1，由磁性活塞9，传动连杆5，感应线圈10，限位弹簧11构成。

传动连杆5的一端通过锁紧卡扣4与磁性活塞9相连接，另一端与柔缆3相连接，磁性活塞9的顶端与限位弹簧11固结在一起，限位弹簧11的另一端固定在缓冲自发电装置1的设备顶端。缓冲自发电装置1通过固定法兰2固定在上浮体8的底端。

当上浮体8与水下的动力装置7之间产生相对位移，柔缆3内产生拉力的时候，柔缆3带动传动连杆5，使得传动连杆5一端的磁性活塞9克服限位弹簧11的拉力的作用，向下运动，通过限位弹簧11的作用，将施加在柔缆3上的瞬态拉力转移到限位弹簧11之上，将波浪能以弹性势能的形式存储，使得柔缆3的拉力得到了缓冲，通过固定法兰2的力的传递作用，逐渐施加在上浮体8之上。

当柔缆3上的拉力逐渐减小的时候，磁性活塞9在限位弹簧11的回复力的作用下，重新回到原位置，为下一次的柔缆3受到瞬态拉力做准备。在这个过程中，由于磁性活塞9是具有磁性的，而在缓冲自发电装置1的外壁内，镶嵌着多重感应线圈10，在磁性活塞9被柔缆3和限位弹簧11的反复拉动，在缓冲自发电装置1中不断上下运动的过程中，磁性活塞9不断与镶嵌着的多重感应线圈10相作用，为波浪滑翔器提供附加的电能。

实施例：

本发明的结构原理是，首先，将波浪推进器的缓冲自发电装置1通过固定法兰2安装在上浮体8底部，然后，将动力装置7的柔缆3通过锁紧卡扣4连接到缓冲自发电装置1的传动连杆5下端，最后，将缓冲自发电装置1的电能输出端导线6连接到上浮体8内部的蓄电装置中。

依据上述结构原理，一种缓冲自发电式波浪推进器：缓冲自发电装置1，柔缆3，动力装置7。

柔缆3由钢丝绳构成，动力装置7由中间的限位机构以及摆动式水翼构成。

缓冲自发电装置1，通过固定法兰2与上浮体8连接，通过柔缆3以及锁紧卡扣4与动力装置7的建立连接。