[發(fā)明專利]一種水下滑翔機機翼及其控制和工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810251028.0
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108408010B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫偉成;宋大雷;崔志建;郭亭亭;臧文川;陳叢睿
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: B63G8/14
• 分類號: B63G8/14;B63G8/00;B63G8/08;G05D1/08;G05D1/00;F03B13/00;F03B13/14
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

本發(fā)明公開了一種水下滑翔機機翼及其控制和工作方法，屬于水下航行器技術(shù)領(lǐng)域，滑翔機機翼包括角度可調(diào)擺動翼、翼擺動聯(lián)擺機構(gòu)、翼擺驅(qū)動機構(gòu)、搭載密封倉、渦輪式發(fā)電裝置、電磁式發(fā)電機構(gòu)、工作模式切換機構(gòu)、透水艙以及控制和驅(qū)動機構(gòu)；本發(fā)明通過翼擺驅(qū)動機構(gòu)帶動角度可調(diào)擺動實現(xiàn)滑翔模式、精確觀測和運動發(fā)電模式和海面波浪發(fā)電模式功能；通過設(shè)置工作模式切換機構(gòu)，實現(xiàn)了水下滑翔機中的齒輪嚙合和泄力工作狀態(tài)，同時配合控制機構(gòu)使水下滑翔機當(dāng)前的單一滑翔模式，工作效率更高，觀測精確更好，進一步提升了水下滑翔機的續(xù)航能力；為長航程、大尺度的海洋觀測技術(shù)和小海域內(nèi)的低速精確觀測提供了堅持的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下航行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水下滑翔機機翼及其控制和工作方法。

背景技術(shù)

水下滑翔機是一種新型的水下機器人。由于其利用凈浮力和姿態(tài)角調(diào)整獲得推進力，能源消耗極小，只在調(diào)整凈浮力和姿態(tài)角時消耗少量能源，并且具有效率高、續(xù)航力大(可達上千公里)的特點。雖然水下滑翔機的航行速度較慢，但其制造成本和維護費用低、可重復(fù)使用、并可大量投放等特點，滿足了長時間、大范圍海洋探索的需要，從時間和空間上都拓展了海洋監(jiān)測的應(yīng)用范圍，目前已經(jīng)成為當(dāng)前水下航行器領(lǐng)域的一個研究熱點。當(dāng)前的水下滑翔機具有兩個最大的不足點：

Ⅰ、國內(nèi)外使用的水下滑翔機主要采用機載電池作為供電系統(tǒng)。然而，由于水下滑翔機的艙體較小，可攜帶的電池總?cè)萘糠浅Ｓ邢蓿词共捎媚芰棵芏缺容^高的一次性電池，也難以進一步提高水下滑翔機的續(xù)航能力和續(xù)航時間。通過調(diào)研得知，當(dāng)前電源攜帶容量的不足成為水下滑翔機長航程和長航時工作進一步提高的瓶頸；而當(dāng)前電池技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，高能量密度比的電池制造技術(shù)還不成熟，無法實際應(yīng)用。如何在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上尋求提高水下滑翔機續(xù)航能力的機構(gòu)或方法是提高水下滑翔機續(xù)航能力的關(guān)鍵技術(shù)。

Ⅱ、由于當(dāng)前絕大多數(shù)水下滑翔機主要依靠內(nèi)部俯仰調(diào)節(jié)機構(gòu)帶動電池包等重塊實現(xiàn)俯仰姿態(tài)的調(diào)整，配合內(nèi)部油路機構(gòu)控制外皮囊體積從而改變水下滑翔機的整體浮心位置，從而實現(xiàn)水下滑翔機上浮下潛以及姿態(tài)的變換。然而，由于單純使用浮力驅(qū)動方式，水下滑翔機在水下只能做鋸齒形和螺旋回轉(zhuǎn)軌跡航行，其航跡控制和定位精度低，航速慢，在風(fēng)浪較大的海面或海流較強的海域可能會出現(xiàn)隨波逐流的情況。水下滑翔機的運動模式?jīng)Q定了其只適合大范圍海洋環(huán)境參數(shù)檢測，不適合小范圍內(nèi)的精確觀測，有一定的局限性。如何提高水下滑翔機的運動性能，提高其機動性和靈活性，成為解決水下滑翔機高機動性的關(guān)鍵。

對于弊端Ⅰ，國內(nèi)一些科研機構(gòu)為了提升水下滑翔機的續(xù)航能力，提出了一些解決方案。例如，專利申請?zhí)枮?01110330655.1的發(fā)明專利提出了一種水下滑翔機的能源捕獲裝置，該發(fā)明包括與發(fā)電機上的發(fā)電機轉(zhuǎn)軸相連的轉(zhuǎn)軸、多個葉片、導(dǎo)流罩和至少一個限位圈；轉(zhuǎn)軸上設(shè)有多個葉片槽，每個葉片分別滑配合在對應(yīng)的葉片槽內(nèi)，葉片與葉片槽的槽底之間設(shè)有可伸縮的彈性機構(gòu)，葉片遠離葉片槽一端的端面與限位圈的內(nèi)壁相抵，限位圈固定在導(dǎo)流罩內(nèi)，導(dǎo)流罩上設(shè)有流體進口和流體出口，流體進口的朝向與水下滑翔機的機頭朝向相同或相反。該提供了一種可以為水下滑翔機進行充電的能源捕獲裝置，以期實現(xiàn)水下滑翔機運動是的能量捕獲功能從而實現(xiàn)長航程。

同樣類似的，還有專利申請?zhí)枮?01110087033.0的發(fā)明專利提出了一種用于水下滑翔機的晃動發(fā)電裝置。但是這類發(fā)明專利均是通過設(shè)置單獨的發(fā)電或能源捕獲裝置，并且需要安裝并固定在水下滑翔機機身上。這類專利的最大弊端是：當(dāng)水下滑翔機運動時，海水必須經(jīng)過能源捕獲裝置后帶動相關(guān)的發(fā)電裝置發(fā)電，從而會降低水下滑翔機的運動速度，降低水下滑翔機的運動性能。