一种将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器

摘要

本发明公开一种将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，涉及海洋运载器技术领域，包括波能吸收装置、波能储备装置、波能转换水翼以及设备舱，波能吸收装置和波能储备装置均设置于设备舱的上方并分别与设备舱的舱艏和舱艉固定连接，波能转换水翼设置于设备舱的下方并与设备舱的舱艉固定连接，波能吸收装置用于吸收波浪能，波能储备装置用于储备波能吸收装置吸收的波浪能，波能转换水翼用于将波能储备装置储备的波浪能和波能吸收装置吸收的波浪能转换为航行动力，设备舱用于装载海洋监测工具，该海洋运载器利用波浪能作为航行动力，动力能源不受限制，能够实现大范围、长航程和恶劣海况下持续不间断航行。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋运载器技术领域，特别是涉及一种将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器。

背景技术

我国拥有广阔的“海洋国土”和漫长的海岸线，基于海洋国防安全、海洋权益维护、海洋开发和管理的严峻形势，亟需获取翔实的海洋环境资料和高海况下长航程的海洋运载器。目前，常规方式是通过海洋运载器携带海洋监测工具来对各海域环境进行监测，但传统的海洋运载器通过自身携带的能源来提供动力，由于自身载荷的限制和耐波性的限制，所带能源无法实现大范围、长航程和持续不间断航行，且当遭遇恶劣海况时无法出港作业。因此，如何实现海洋运载器的大范围、长航程和持续不间断航行以及恶劣海况下还能正常作业是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，以解决上述现有技术存在的问题，使海洋运载器能够实现大范围、长航程和恶劣海况下持续不间断航行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，包括波能吸收装置、波能储备装置、波能转换水翼以及设备舱，所述波能吸收装置和所述波能储备装置均设置于所述设备舱的上方并分别与所述设备舱的舱艏和舱艉固定连接，所述波能转换水翼设置于所述设备舱的下方并与所述设备舱的舱艉固定连接，所述波能吸收装置用于吸收波浪能，所述波能储备装置用于储备所述波能吸收装置吸收的所述波浪能，所述波能转换水翼用于将所述波能储备装置储备的所述波浪能和所述波能吸收装置吸收的波浪能转换为航行动力，所述设备舱用于装载海洋监测工具。

优选地，所述波能吸收装置通过斜支架与所述设备舱固定连接，且所述斜支架朝向远离所述波能储备装置的方向倾斜，所述波能储备装置通过竖直支架与所述设备舱固定连接，所述波能转换水翼通过竖直连接杆与所述固定舱固定连接。

优选地，所述波能吸收装置的底端包括本体和两个片体，所述本体的两侧各设置有一个所述片体，两个所述片体关于所述本体对称，且所述本体与各所述片体之间均形成有槽道。

优选地，所述波能储备装置为水滴型结构，且所述水滴型结构包括一尖端，所述尖端与所述波能吸收装置相对。

优选地，所述波能储备装置的底部凹陷形成有凹槽，所述凹槽的底面与所述设备舱的舱艉固定连接。

优选地，所述波能转换水翼包括方杠、仿生水翼和舵翼，所述仿生水翼和所述舵翼分别设置于所述方杠的前端和后端，所述方杠的中部与所述设置舱的舱艉固定连接，所述方杠的轴线与所述设备舱的轴线平行。

优选地，所述设备舱为翼型结构，且所述设备舱的内部中空以装载海洋监测工具。

优选地，所述设备舱为水密设备舱。

优选地，所述波能吸收装置、所述波能储备装置、所述波能转换水翼以及设备舱均采用碳纤维复合材料制成。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，波能吸收装置用于吸收波浪能，波能储备装置用于储备波能吸收装置吸收的波浪能，波能转换水翼用于将波能储备装置储备的波浪能和波能吸收装置吸收的波浪能转换为航行动力，设备舱用于装载海洋监测工具，该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器不需要安装专门的推进设备，在波浪中，通过波能转换水翼将波浪能转换为自身前进所需的动能，实现随浪航行；在海流中，则通过波能转换水翼将海流能转换为自身前进所需的动能，实现随流航行，航行的动力能源不受限制，能够实现大范围、长航程和恶劣海况下持续不间断航行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器的结构示意图；

图2为本发明提供的将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器在海洋中的静浮态示意图；

图3为波能吸收装置的结构示意图；

图4为波能储备装置的结构示意图；

图5为波能转换水翼的结构示意图；

图6为设备舱的结构示意图；

图1-图6中：

1-波能吸收装置、101-片体、102-本体、103-槽道、2-波能储备装置、201-尖端、202-凹槽、3-波能转换水翼、301-仿生水翼、302-舵翼、303-方杠、4-设备舱、5-重心、6-自由液面、7-竖直支架、8-斜支架、9-竖直连接杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，以解决现有技术存在的问题，使海洋运载器能够实现大范围、长航程和恶劣海况下持续不间断航行。

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。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，包括波能吸收装置1、波能储备装置2、波能转换水翼3以及设备舱4，波能吸收装置1和波能储备装置2均设置于设备舱4的上方并分别与设备舱4的舱艏和舱艉固定连接，波能转换水翼3设置于设备舱4的下方并与设备舱4的舱艉固定连接，波能吸收装置1用于吸收波浪能，波能储备装置2用于储备波能吸收装置1吸收的波浪能，波能转换水翼3用于将波能储备装置2储备的波浪能和波能吸收装置1吸收的波浪能转换为航行动力，设备舱4用于装载海洋监测工具，该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器不需要安装专门的推进设备，在波浪中，通过波能转换水翼3将波浪能转换为自身前进所需的动能，实现随浪航行；在海流中，则通过波能转换水翼3将海流能转换为自身前进所需的动能，实现随流航行，航行的动力能源不受限制，能够实现大范围、长航程和恶劣海况下持续不间断航行。

在具体使用过程中，该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器整体结构分为水上和水下两部分，水上部分为波能吸收装置1、波能储备装置2，负责对波浪能进行吸收与存储，水下部分为设备舱4与波能转化水翼，负责波能的转化，且在航行过程中不会露出水面。

另外，设备舱4用于装载各种海洋探测传感器，具体的可以根据任务需求安装水温、盐度、小型声呐等传感器以及蓄电池甚至小型智能鱼雷，使装置能够胜任不同种类的任务。

一些实施例中，如图1和图2所示，波能吸收装置1通过斜支架8与设备舱4固定连接，且斜支架8朝向远离波能储备装置2的方向倾斜，波能储备装置2通过竖直支架7与设备舱4固定连接，波能转换水翼3通过竖直连接杆9与固定舱固定连接。

一些实施例中，如图3所示，波能吸收装置1的截面为M型，波能吸收装置1的底端包括本体102和两个片体101，本体102的两侧各设置有一个片体101，两个片体101关于本体102对称，且本体102与各片体101之间均形成有槽道103，波能吸收装置1的这种独特外形设计能够最大限度吸收波浪能，并在波浪力的作用下受到一个向上的作用力，使其产生一个向上的垂向运动，发生艉倾。

一些实施例中，如图4所示，波能储备装置2为水滴型结构，且水滴型结构包括一尖端201，尖端201与波能吸收装置1相对，使用过程中，波能储备装置2能将波浪能转化为静浮力进行存储。

一些实施例中，如图4所示，波能储备装置2的底部凹陷形成有凹槽202，凹槽202的底面与设备舱4的舱艉固定连接，波能储备装置的这种独特外形设计在在该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器发生纵摇运动时波能储备装置2能够提供更多的运动阻尼，也更容易将波浪能转化为静浮力储存起来。

一些实施例中，如图5所示，波能转换水翼3包括方杠303、仿生水翼301和舵翼302，仿生水翼301和舵翼302分别设置于方杠303的前端和后端，方杠303的中部与设置舱的舱艉固定连接，方杠303的轴线与设备舱4的轴线平行，具体的，仿生水翼301为以金枪鱼的尾鳍或者海豚的尾鳍为模型仿造而成的水翼，舵翼302用于控制方向。

在具体使用过程中，当该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器发生周期性的纵摇运动时，仿生水翼301同步产生周期性的纵摇运动，形成类似于海豚游动时尾鳍沿垂线方向摆动的运动方式，从而产生垂直于摆动方向的推力(沿波浪运动方向的推力)，为海洋运载器提供向前的推进动力，波能转换水翼3以这种形式将存储的波能转化为该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器的航行动力，实现该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器的高速航行。

一些实施例中，如图6所示，设备舱4为翼型结构，如此设置，设备舱4不会阻碍该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器在波浪中的纵摇运动，且设备舱4的内部中空以装载海洋监测工具。

一些实施例中，设备舱4为水密设备舱4，如此设置，有效避免了监测工具进水的情况发生，装置密封性能大大提高。

一些实施例中，波能吸收装置1、波能储备装置2、波能转换水翼3以及设备舱4均采用碳纤维复合材料制成。

另外，上述各个实施例中的不同功能的装置或部件可以进行结合，比如，本实施例的优选方案中的将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，包括波能吸收装置1、波能储备装置2、波能转换水翼3以及设备舱4，波能储备装置2设置于所述设备舱4的上方，波能储备装置2为水滴型结构，且水滴型结构包括一尖端201，尖端201与波能吸收装置1相对，波能储备装置2的底部凹陷形成有凹槽202，凹槽202的底面通过竖直支架7与设备舱4的舱艉固定连接，波能吸收装置1设置于设备舱4的上方，波能吸收装置1的底端包括本体102和两个片体101，本体102的两侧各设置有一个片体101，两个片体101关于本体102对称，且本体102与各片体101之间均形成有槽道103，本体102通过斜支架8与设备舱4的舱艏固定连接，斜支架8朝向远离波能储备装置2的方向倾斜，波能转换水翼3设置于设备舱4的下方，波能转换水翼3包括方杠303、仿生水翼301和舵翼302，仿生水翼301和舵翼302分别设置于方杠303的前端和后端，方杠303的中部通过竖直连接杆9与设置舱的舱艉固定连接，方杠303的轴线与设备舱4的轴线平行，设备舱4为翼型结构，且设备舱4的内部中空以装载海洋监测工具，设备舱4为水密设备舱4，波能吸收装置1、波能储备装置2、波能转换水翼3以及设备舱4均采用碳纤维复合材料制成。

本实施例提供的将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，在具体使用过程中，波浪中航行的推进力主要来自于波能转换水翼3的俯仰运动和垂荡运动，该运动会使波能转换水翼3产生沿波浪运动方向(纵向)的推进力，另外，波浪中水质点的圆周运动也将作用在波能转换水翼3上，使其同样产生垂向的动升力和沿波浪运动方向(纵向)的推进力，该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器在水质点的圆周运动和波能转换水翼3的周期性俯仰运动共同作用下随波航行。波能转换水翼3的俯仰运动和垂荡运动来自于将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器的周期性纵摇运动，其周期性纵摇运动的形成过程可分为两个阶段，具体如下：

第一阶段，当将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器在波浪中航行时，波能吸收装置1受到波浪的作用(波浪浮力抬起波能吸收装置1、波能吸收装置1底部及槽道103受到波浪力的拍击被施加一个向上的力)被抬升离开初始自由液面6即图2所示自由液面6，完成吸收波浪能，由于整个将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器在波浪中做纵摇运动时是绕重心5做俯仰运动，故在波能吸收装置1受到波浪向上的抬升作用时，整个将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器将受到一个绕重心5的逆时针方向的力矩，并在该力矩的作用下使波能储备装置2有一个向下的运动，导致其没入水下的排水体积比图2所示排水体积增加，完成波浪能储备。将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器绕重心5的逆时针方向运动通过竖直连接杆9传到波能转换水翼3，使其同样完成一个绕重心5的逆时针方向运动。

第二阶段，连续的波浪运动导致波能吸收装置1受到的波浪抬升力消失，由于重力作用，被抬升离开初始自由液面6的波能吸收装置1将受向下的重力作用开始向下运动回落到自由液面6位置；伴随波浪抬升力的消失，将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器受到的逆时针方向的力矩同时消失，波能储备装置2受到的静浮力开始大于重力，开始上浮运动，直到排水体积恢复图2所示初始状态，完成所储备波浪能的释放，在波能储备装置2受到的向上的浮力和波能吸收装置1受到的向下的重力共同作用下，整个将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器将受到一个绕重心5的顺时针方向的力矩和运动，将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器绕重心5的顺时针方向运动通过连接杆传到波能转换水翼3，使其同样完成一个绕重心5的顺时针方向运动。

这样，在波浪连续运动的作用下，上述波能转换水翼3将不断重复上述第一阶段的运动和第二阶段的运动，从而实现低频的周期性俯仰运动，形成类似于海豚游动时尾鳍沿铅垂线方向摆动的运动方式，从而产生垂直于摆动方向的推力(沿波浪运动方向的推力)，为海洋运载器提供向前的推进动力，足以使该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器达到完全依靠波浪能持久航行，实现“随波逐流”的长航程航行。

本实施例提供的将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器，利用船舶等海上浮体在波浪中不可避免的纵摇运动，通过合理的浮体外形设计将这种纵摇运动放大来实现对波浪能的吸收和储存，在释放波浪能的过程中进一步维持这种低频纵摇运动，并利用这种纵摇运动通过硬连接直接带动仿生水翼进行俯仰运动来产生运载器航行所需的推进力。

由于该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器的独特设计，使其能够经受住任何等级的海况，而传统水面船舶与航行器(包括波浪能驱动的滑翔机)在风浪环境恶劣的情况下往往无法正常工作，需要进港躲避风浪，本实施例提供的将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器正好反其道而行之，越是恶劣的海洋环境，该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器纵摇运动越激烈，纵摇运动频率越高，则仿生水翼的俯仰运动频率也越高，其产生的推进力就越大，航速就越高，预计海况超过4级后，其航速将超过10节。

需要说明的是该将波浪能转换成低频纵摇运动实现推进的海洋运载器如图2所示方式放置时，设备舱4的右端为设备舱4的舱艏，设备舱4的左端为设备舱4的舱艉，方杠303的右端为方杆的前端，方杠303的左端为方杠303的后端。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；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。