[发明专利]一种利用海洋波浪能的水下滑翔器及充电方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种利用海洋波浪能的水下滑翔器及充电方法。

背景技术

水下滑翔器是一种新型无人水下航行器，它将海洋动物低能耗、长航行能力的水动力学原理和鸟类滑翔的气动力学原理相结合，采用剩余浮力驱动技术，以无动力滑翔为主要运动方式，能耗低，续航能力长；其不使用推进器，运行起来十分安静；经济性好，性价比高，可大量装备实现水下组网作业。

由于水下滑翔器所具有的长续航里程、长续航时间的特点，较一般的无人水下航行器具有显著的优势，在海洋环境探测和监测方面具有广阔的应用前景，已成为国内外海洋技术发展的热点之一，目前国内外已发展了多型水下滑翔器。水下滑翔器可携带CTD (温度、盐度、深度)传感器等仪器设备，执行海洋中温度、盐度和深度等海洋环境参数的长时间连续探测和监测作业，航程一般在数百千米以上，连续工作时间达几十天至数个月。从水下滑翔器的发展趋势和海洋环境监测作业应用要求来看，还需要进一步提高水下滑翔器的续航里程和续航时间，以满足深远海大范围长时间海洋环境探测和监测作业的需要。

目前的水下滑翔器大多依靠自身携带的电池提供能源供应，但水下滑翔器尺度和重量较小（长度一般为2～3m，重量一般为50～200kg），可供电池布置的空间和重量分配很小（空间一般仅0.01～0.02m³左右），可携带的电池量有限，仅采用一般的电池（包括高性能的一次性锂离子电池）也难以进一步提高水下滑翔器的续航力和续航时间，能源供应已成为制约水下滑翔器性能和作业能力进一步提高的瓶颈，寻求可供水下滑翔器持续航行的能源补给则是解决此问题的关键。

海洋中的波浪能具有蕴藏丰富、能量密度高、分布面广、可大范围就地采能等特点。波浪的能量与波高的平方、波浪周期以及迎波面的宽度成正比。每平方公里海面的波浪能功率可达10～20万kW。如果利用海洋中的波浪能，将其转化为水下滑翔器所需的电能，为水下滑翔器电源系统提供能源补充供应，则将大大提高水下滑翔器的续航能力和连续工作时间，理论上讲可获得近乎无限的续航能力。这种利用海洋波浪能储能的水下滑翔器，可有效提高续航能力和连续工作时间，对于提高其海洋环境探测和监测作业能力具有重要的意义。

已有技术中，有涉及到普通利用电池能源驱动的水下滑翔器（CN1876485、CN1876485）、利用海洋温差能驱动的水下滑翔器（CN1618695、CN1974319），与本发明的技术特征差异很大。CN101519113涉及一种基于波浪能的滑翔推进器，它采用在滑翔推进器机体内部布置框架、重锤及传动齿轮等部件的方式布置波浪能发电装置，受波浪作用后使重锤与内框架产生相对运动，从而实现波浪能的捕获，其机构比较复杂，占用较多内部空间，且该装置波浪能利用效率低，稳定性差。

发明内容

本申请人针对上述现有水下滑翔器能源补充受限等缺点，提供一种结构合理的利用海洋波浪能的水下滑翔器及充电方法，从而可运用水下滑翔器外形和功能特征，利用海洋波浪能发电并储存电能，供其滑翔航行作业时使用。

本发明所采用的技术方案如下：

一种利用海洋波浪能的水下滑翔器，包括艇体与两侧机翼，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；在所述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。

作为上述技术方案的进一步改进：所述发电机为线性永磁发电机，传动连杆穿过水密舱壁上的连杆动密封装置，连接到发电机的活塞连杆组件与曲轴，曲轴两端固定转子，工作时曲轴的运动使转子绕着极靴旋转发电。

在透水舱内设置检测传感器。

一种利用海洋波浪能对上述的水下滑翔器进行的充电方法，包括以下步骤：

（一） 首先通过剩余浮力驱动装置排水后产生的正浮力F和浮力矩，使水下滑翔器以尾倾状态上浮浮出水面；

（二） 利用重心和姿态调节装置组件调整水下滑翔器的重心位置和姿态，使水下滑翔器在竖直方向上重心位于浮心下方较远距离，天线和艇首部分露出水面；

（三） 控制机翼旋转电机将机翼旋转使之与水下滑翔器中轴线垂直，机翼位于水下接近于海面的位置并保持足够的浸深，机翼近似平行于海平面，以获得最大的受力面；

（四） 利用机翼与艇体持续往复的相对运动，通过发电机将机械能转化为电能，并对蓄电池进行充电。