一种利用波浪能的自主水上航行器的制作方法

1.本实用新型涉及水上航行器技术领域，具体涉一种波浪能的自主水上航行器。


背景技术：

2.波浪滑翔机是近几年来出现的一种新型海洋无人潜航器，由浮体、挂缆、水下滑翔部三部分组成，利用波浪的起伏提供动力向前行进。浮体随波浪上下浮动，带动水下滑翔部上的机翼片上下移动，通过水流与机翼片的相互作用，将水流的冲击力转换为水平方向的推动力从而实现无能耗自主航行的新型浅海推进平台。
3.现有的通用波浪滑翔机，一方面，浮体与水下滑翔部之间采用柔性缆索进行连接，在工作时，水下滑翔部需要具有较大的重量，使得在波浪下降时水下滑翔部能够及时下沉，这样水下滑翔部结构复杂，并且会增加航行阻力，不利于航行；另一方面，水下滑翔部在结构上均采用中间一个主板、两侧设置翼板的鸟型结构，该结构的平衡稳定性、翼板受水面积、运动速度都还不够理想。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种利用波浪能的自主水上航行器，能够减轻水下滑翔机构的重量，同时提升划水翼板的面积和结构强度，从而提升航速。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种利用波浪能的自主水上航行器，包括浮体和水下潜航机构，还包括连接浮体和水下潜航机构的刚性连接杆，所述水下潜航机构包括支撑框架和多个划水翼板，所述支撑框架包括至少两个纵向夹板，所述纵向夹板沿其长度方向设有多个安装通孔，且两个纵向夹板上的安装通孔保持相对，所述划水翼板横向地穿过两个纵向夹板的安装通孔，所述划水翼板前侧与纵向夹板转动连接使得划水翼板能够在安装通孔中上下翻转，所述纵向夹板上设有上限位结构和下限位结构，所述划水翼板能够在上限位结构和下限位结构之间转动，并能够与上限位结构和下限位结构抵靠；所述刚性连接杆上端与浮体固定连接、下端与支撑框架固定连接。
6.进一步地，所有划水翼板保持相平行。
7.进一步地，所述支撑框架还包括两个固定横杆，所述固定横杆两端分别与两个纵向夹板固定连接。
8.进一步地，所述纵向夹板上的安装通孔为扇形，所述划水翼板的铰接点位于扇形安装通孔的圆心轴线上，所述安装通孔的上侧壁和下侧边分别构成上限位结构和下限位结构。
9.进一步地，所述划水翼板的转动角度范围为60
°
～90
°
。
10.进一步地，所述划水翼板的前侧边上固设铰接牙板，所述铰接牙板上设有圆孔，所述纵向夹板在每个安装通孔前侧都设有铰接孔，所述铰接孔和铰接牙板的圆孔和中设有销轴进行连接。
11.进一步地，所述浮体中设有密封空腔，还包括设置于浮体的方向舵、以及设置在浮体的密封空腔中的电池，所述电池与方向舵电连接。
12.进一步地，还包括设置在浮体的密封空腔中的北斗导航模块，所述北斗导航模块与方向舵控制相连，且与电池电连接。
13.进一步地，还包括设置在浮体的密封空腔中的波浪发电装置，所述波浪发电装置与电池电连接，所述浮体上下浮动时波浪发电装置能够发电并存储于电池中。
14.如上所述，本实用新型涉及的自主水上航行器，具有以下有益效果：
15.通过设置刚性连接杆、以及具有支撑框架和多个划水翼板的水下潜航机构，使用时，当浮体随波浪上升时，通过刚性连接杆带动水下潜航机构的支撑框架上升，划水翼板在上方海水压力下向下翻转，并与下限位结构相抵而被限位，上层海水对划水翼板上表面冲击产生一个压力，从而产生一个推动支撑框架向前的推力；当浮体随波浪下降时，支撑框架下沉，下方海水对划水翼板下表面冲击产生压力，能够产生一个推动支撑框架向前的推力。在波浪的往复作用下，能够持续的向前运动。由于采用了刚性连接杆，水下潜航机构会随浮体同步上下运动，特别是在下降运动时，会被刚性连接杆推动及时下沉，使下方海水能够很好地推动划水翼板向上翻转并施加压力，整个下潜航机构重量可以做的更为简单质轻，减少航行阻力，同时，划水板在长度方向上保持整体结构，相比现有设计中采用单侧桨翼的方式，具有明显的结构强度优势，因而可以把划水翼板做的更长，大幅度增加划水翼板面积，提高推力，从而大幅度提高航速。
附图说明
16.图1为本实用新型的自主水上航行器的结构示意图。
17.图2为本实用新型中的水下潜航机构的侧视结构示意图。
18.图3为本实用新型中的水下潜航机构的俯视结构示意图。
19.图4为图3中的a圈放大图。
20.图5为本实用新型中的水下潜航机构的在随玻璃上升时的工作示意图。
21.图6为本实用新型中的水下潜航机构的在随玻璃下降时的工作示意图。
22.附图标号说明
[0023]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
浮体
[0024]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
水下潜航机构
[0025]
21
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划水翼板
[0026]
211
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
铰接牙板
[0027]
22
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纵向夹板
[0028]
221
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
安装通孔
[0029]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
固定横杆
[0030]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
销轴
[0031]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
刚性连接杆
[0032]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
水面
具体实施方式
[0033]
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0034]
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0035]
参见图1至图6，本实用新型提供了一种利用波浪能的自主水上航行器，包括浮体1和水下潜航机构2，还包括连接浮体1和水下潜航机构2的刚性连接杆3，水下潜航机构2包括支撑框架和多个划水翼板21，支撑框架包括至少两个纵向夹板22，纵向夹板22沿其长度方向设有多个安装通孔221，且两个纵向夹板22上的安装通孔221保持相对，划水翼板21横向地穿过两个纵向夹板22的安装通孔221，划水翼板21前侧与纵向夹板22转动连接使得划水翼板21能够在安装通孔221中上下翻转，纵向夹板22上设有上限位结构和下限位结构，划水翼板21能够在上限位结构和下限位结构之间转动，并能够与上限位结构和下限位结构抵靠；刚性连接杆3上端与浮体1固定连接、下端与支撑框架固定连接。
[0036]
本实用新型涉及的自主水上航行器，使用时，参见图1，浮体1漂浮于水面4上，水下潜航机构2位于水下，在静止水面4时，水下潜航机构2的支撑框架和划水翼板21保持水平状态，纵向夹板22的长度方向为前后方向。当浮体1随波浪上升时，通过刚性连接杆3带动水下潜航机构2的支撑框架上升，由于水下潜航机构2所处深度的海水与上层波浪水体没有同步共振，划水翼板21在其上方海水压力下向下翻转出一个折射角，此时划水翼板21与水平方向之间的夹角不能超过90
°
，并与纵向夹板22上的下限位结构相抵而被限位，参见图5，上层海水对划水翼板21上表面冲击产生一个压力，并通过下限位结构传递给支撑框架，能够产生一个推动支撑框架向前的推力，能够推动水下潜航机构2向前运动；当浮体1随波浪下降时，通过刚性连接杆3带动水下潜航机构2的支撑框架下降，由于水下潜航机构2所处深度的海水与上层波浪水体没有同步共振，划水翼板21在其下方海水冲击压力下向上翻转出一个折射角，此时划水翼板21与水平方向之间的夹角不能超过90
°
，并与纵向夹板22上的上限位结构相抵而被限位，参见图6，下方海水对划水翼板21下表面冲击产生压力，并通过下限位结构传递给支撑框架，能够产生一个推动支撑框架向前的推力。因此，在波浪的往复作用下，自主水上航行器能够持续的向前运动，从而实现自主水上航行器在右波浪情况下的持续航行。由于采用了刚性连接，水下潜航机构2的支撑框架随浮体1同步上下运动，特别是在下降运动时，会被刚性连接杆3推动及时下沉，使下方海水能够很好地推动划水翼板21向上翻转并施加压力，采用这种方式，整个下潜航机构重量，尤其是支撑框架的结构可以做的更为简单质轻，减少航行阻力，同时，划水板在长度方向(横向)上保持整体结构，相比现有设计中采用单侧桨翼的方式，具有明显的结构强度优势，因而可以根据自主水上航行器体量把划水翼板21做的更长，在划水翼板21宽度不便过大的情况下，大幅度增加划水翼板21面积，海水对划水翼板21冲压力增大，划水翼板21上下翻转摆动时向后滑的水量增加，能够提
高推力，从而能够大幅度提高自主水上航行器的航速，能够使自主水上航行器具有更大的排水量。
[0037]
参见图1至图6，以下以一个具体实施例对本实用新型做进一步说明：
[0038]
在本实施例中，参见图1，作为优选设计，所有划水翼板21保持相平行，划水翼板21的具体数量可根据实际需要选择，在本实施例中，划水翼板21为八个，并在前后方向等距离的布置，其中划水翼板21的间距、以及长宽尺寸可以根据实际需要确定。
[0039]
在本实施例中，参见图2和图3，作为优选设计，支撑框架还包括两个固定横杆23，固定横杆23两端分别与两个纵向夹板22固定连接，两个固定横杆23分布位于纵向夹板22的前后两端处，这样整个支撑框架结构简单，在满足结构强度的适合能够尽量做到质量轻便。当然，在其他实施例中，还可以适当地设置更多数量的纵向夹板22和固定横杆23，以保障支撑框架的整体结构强度满足要求。刚性连接杆3采用多个，下端连接在纵向夹板22上，并与纵向夹板22相垂直，保证连接强度。
[0040]
在本实施例中，参见图2和图3，作为优选设计，纵向夹板22上的安装通孔221为扇形，划水翼板21的铰接点位于扇形安装通孔221的圆心轴线上，安装通孔221的上侧边和下侧边分别构成上限位结构和下限位结构，当划水翼板21向上翻转时，会与安装通孔221的上侧边贴靠，限制划水翼板21的最上位置，当划水翼板21向下翻转时，会与安装通孔221的下侧边贴靠，限制划水翼板21的最下位置，并且划水翼板21收到的海水压力能够很好地通过安装通孔221的上下侧边传递给纵向夹板22，从而推动支撑框架前进。优选地，划水翼板21的转动角度范围为60
°
～90
°
，也即扇形的安装通孔221的圆心角α为60
°
～90
°
，且其角平分线沿纵向，划水翼板21从水平状态向下和向上翻转的角度相同。
[0041]
在本实施例中，参见图2、图3和图4，进一步地，划水翼板21的前侧边上固设铰接牙板211，铰接牙板211上设有圆孔，纵向夹板22在每个安装通孔221前侧都设有铰接孔，铰接孔和铰接牙板211的圆孔和中设有销轴24进行连接，确保划水翼板21连接稳定且能够顺利上下翻转。
[0042]
在本实施例中，作为优选设计，浮体1中设有密封空腔，还包括设置于浮体1的方向舵、以及设置在浮体1的密封空腔中的电池，电池与方向舵连接，用于供电，方向舵设置在浮体1的尾端，用于控制前进方向，方向舵穿过浮体1部分要密封接触，确保浮体1内密封空腔的密闭性。在浮体1的密封空腔中还设有北斗导航模块，电池与北斗导航模块电连接以进行供电。北斗导航模块与方向舵控制相连，北斗导航模块可采用现有产品，通过内置天线接收信号，获取自主水上航行器的位置等信息，根据北斗导航模块的信号来控制方向舵转动，按照设定的方向航行，从而实现对自主水上航行器的自主定位、导航和巡航，该部分的工作原理为现有的，此处不在详述。
[0043]
在本实施例中，参见图1，作为优选设计，还包括设置在浮体1的密封空腔中的波浪发电装置，波浪发电装置与电池电连接，浮体1上下浮动时波浪发电装置能够发电并存储于电池中，其中，波浪发电装置可以采用多种现有合适装置，具体可采用公开号为cn114483425和cn115822849a的发明专利中的波浪发电装置，通过悬挂体和弹性悬挂系统来捕捉波浪能进行发电，来对电池进行充电，持续提供电能，从而为自主水上航行器中所搭载的各种电子仪器供电，实现长时间的自动巡航。其中波浪发电装置完全设置在浮体1的密封空腔中，机械结构和机械动作都控制在浮体1内部，可以有效保障浮体1采用更符合流体
力学的水动力外形。
[0044]
由上可知，本实用新型的自主水上航行器，具有以下有益效果：
[0045]
1、能够减轻水下滑翔机构的重量，划水板在长度方向上能够采用整体式结构，同时提升划水翼板21的面积和结构强度，从而有效地自航器的排水量和航速。2、可在浮体1中设置利用惯性动能反式震荡技术的波浪发电装置，所有机械结构和机械动作均在浮体1完成，不与水体发生接触，浮体1没有外挂的波浪捕获结构，因此自航器外观可以完全根据流体力学优化设计，航行阻力更小。
[0046]
综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
[0047]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种利用波浪能的自主水上航行器，包括浮体(1)和水下潜航机构(2)，其特征在于：还包括连接浮体(1)和水下潜航机构(2)的刚性连接杆(3)，所述水下潜航机构(2)包括支撑框架和多个划水翼板(21)，所述支撑框架包括至少两个纵向夹板(22)，所述纵向夹板(22)沿其长度方向设有多个安装通孔(221)，且两个纵向夹板(22)上的安装通孔(221)保持相对，所述划水翼板(21)横向地穿过两个纵向夹板(22)的安装通孔(221)，所述划水翼板(21)前侧与纵向夹板(22)转动连接使得划水翼板(21)能够在安装通孔(221)中上下翻转，所述纵向夹板(22)上设有上限位结构和下限位结构，所述划水翼板(21)能够在上限位结构和下限位结构之间转动，并能够与上限位结构和下限位结构抵靠；所述刚性连接杆(3)上端与浮体(1)固定连接、下端与支撑框架固定连接。2.根据权利要求1所述的自主水上航行器，其特征在于：所有划水翼板(21)保持相平行。3.根据权利要求1所述的自主水上航行器，其特征在于：所述支撑框架还包括两个固定横杆(23)，所述固定横杆(23)两端分别与两个纵向夹板(22)固定连接。4.根据权利要求1所述的自主水上航行器，其特征在于：所述纵向夹板(22)上的安装通孔(221)为扇形，所述划水翼板(21)的铰接点位于扇形安装通孔(221)的圆心轴线上，所述安装通孔(221)的上侧壁和下侧边分别构成上限位结构和下限位结构。5.根据权利要求1或4所述的自主水上航行器，其特征在于：所述划水翼板(21)的转动角度范围为60
°
～90
°
。6.根据权利要求1所述的自主水上航行器，其特征在于：所述划水翼板(21)的前侧边上固设铰接牙板(211)，所述铰接牙板(211)上设有圆孔，所述纵向夹板(22)在每个安装通孔(221)前侧都设有铰接孔，所述铰接孔和铰接牙板(211)的圆孔和中设有销轴(24)进行连接。7.根据权利要求1所述的自主水上航行器，其特征在于：所述浮体(1)中设有密封空腔，还包括设置于浮体(1)的方向舵、以及设置在浮体(1)的密封空腔中的电池，所述电池与方向舵电连接。8.根据权利要求7所述的自主水上航行器，其特征在于：还包括设置在浮体(1)的密封空腔中的北斗导航模块，所述北斗导航模块与方向舵控制相连，且与电池电连接。9.根据权利要求7所述的自主水上航行器，其特征在于：还包括设置在浮体(1)的密封空腔中的波浪发电装置，所述波浪发电装置与电池电连接，所述浮体(1)上下浮动时波浪发电装置能够发电并存储于电池中。

技术总结
本实用新型涉及一种利用波浪能的自主水上航行器，包括浮体和水下潜航机构，还包括连接浮体和水下潜航机构的刚性连接杆，所述水下潜航机构包括支撑框架和多个划水翼板，所述支撑框架包括至少两个纵向夹板，所述纵向夹板沿其长度方向设有多个安装通孔，且两个纵向夹板上的安装通孔保持相对，所述划水翼板横向地穿过两个纵向夹板的安装通孔，所述划水翼板前侧与纵向夹板转动连接使得划水翼板能够在安装通孔中上下翻转，所述纵向夹板上设有上限位结构和下限位结构，所述划水翼板能够在上限位结构和下限位结构之间转动，并能够与上限位结构和下限位结构抵靠；所述刚性连接杆上端与浮体固定连接、下端与支撑框架固定连接。下端与支撑框架固定连接。下端与支撑框架固定连接。


技术研发人员：曹越
受保护的技术使用者：上海易之景和环境技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/9/20