[發明專利]一種海洋無人航行器風帆推進裝置及收展機構

有效

• 申請號: 202010421527.7
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111674537B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 楊亞楠;王樹新;劉冰汐;劉崇義;張宏偉;王延輝;劉玉紅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B63H9/06
• 分類號: B63H9/06;B63B41/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種海洋無人航行器風帆推進裝置及收展機構，包括聯動收展機構、轉角調節機構、風帆、壓載龍骨四部分，用于調節風帆轉帆角并實現風帆與壓載龍骨在展開、收攏兩種狀態間的切換。在展開狀態下，風帆沿Z軸立于航行器上部并可繞Z軸旋轉，兩側壓載龍骨合攏于船體下方；在收攏狀態下，聯動收展機構與轉角調節機構收回至航行器內部，風帆收回至航行器中后部并與航行器上表面平行，壓載龍骨分置于航行器兩側并與XY平面平行。本發明裝置實現將風能轉化為海洋無人航行器前行推進力，同時在航行過程中可防止航行器橫傾角過大與傾覆；在海洋氣象條件不適于使用風帆時，本發明的風帆收展機構可實現風帆收攏，對風帆加以保護。

技術領域

本發明屬于新型海洋無人航行器技術領域，具體涉及一種供海洋無人航行器搭載使用的風帆推進裝置及收展機構。

背景技術

隨著人類探索、認知海洋的步伐由近海向遠海發展，無人化、智能化觀探測技術成為當前海洋工程技術領域的研究熱點，同時遠海觀探測任務對海洋無人航行器的續航能力、自持力提出了更高的要求。當前，海洋無人航行器通常由自身攜帶的電池與燃料滿足航行器推進、用電的能源需求。自身能源載量有限使海洋無人航行器的續航能力、自持力受到極大制約，同時限制了無人航行器在遠海的長期、大范圍使用。

海洋自然環境中蘊藏著巨大的能量，利用海洋能成為破解無人航行器能源受限問題的新途徑。在眾多形式的海洋能源中，風能是人類航海史中使用時間最長、最廣泛的海洋能，迄今已有兩千多年，相比其它形式海洋能，航行器使用風能的推進效能最優。近年來，海洋無人航行器的風帆推進技術已成為研究熱點，在風帆的物理尺寸、布局位置、結構外形等方面產出了大量研究成果。然而，海洋氣象條件多變不定，受無人航行器風帆自身輕量化、結構強度有限的影響，風帆在海洋強風條件下時常出現折斷、破損等問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種供海洋無人航行器搭載使用的風帆推進裝置及收展機構。在適于采用風帆推進的海洋氣象條件下，本發明的風帆推進裝置實現風能轉化為無人航行器前行推進力，同時壓載龍骨防止航行器橫傾角過大與傾覆；在海洋氣象條件不適于使用風帆時，本發明的風帆收展機構可實現風帆收攏，對風帆加以保護。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種海洋無人航行器風帆推進裝置及收展機構，由聯動收展機構、轉角調節機構、風帆、壓載龍骨四部分組成，用于調節風帆轉帆角并實現風帆與壓載龍骨在展開、收攏兩種狀態間的切換；

所述聯動收展機構包括框架、第一側支撐板、第二側支撐板、機構底座、支撐桿、轉臺基座、液壓缸、升降模塊、直線導軌、導軌支柱、導軌滑塊、龍骨連桿、限位塊、龍骨鉸鏈、龍骨連接件、轉臺鉸鏈和轉臺連桿；

所述框架、第一側支撐板、第二側支撐板、機構底座和支撐桿相互緊固連接組成聯動收展機構的安裝基座；所述框架安裝于機構底座的一側，第一側支撐板和第二側支撐板相對稱的安裝于機構底座的上，支撐桿固定于第一側支撐板、第二側支撐板之間；

所述升降模塊、直線導軌、導軌支柱、導軌滑塊和液壓缸構成聯動收展機構的驅動單元，所述導軌支柱、液壓缸垂直固定于機構底座的安裝平面上且相互平行；所述導軌支柱的兩側平行安裝有所述直線導軌，所述直線導軌與所述導軌滑塊的一端滑動連接，導軌滑塊的另一端固接于升降模塊的內壁，所述升降模塊的頂部與液壓缸推桿的末端通過桿端連接件連接，升降模塊能夠在液壓缸的帶動下沿直線導軌進行往復直線運動；

所述龍骨連桿、龍骨鉸鏈、龍骨連接件和限位塊組成聯動收展機構的龍骨收展單元，所述第一側支撐板和第二側支撐板的兩端與所述龍骨鉸鏈的一端連接，龍骨鉸鏈的另一端與所述龍骨連接件連接，所述龍骨連桿的兩端分別與升降模塊和龍骨連接件連接，所述龍骨連桿的兩端安裝有關節軸承，所述關節軸承能夠繞升降模塊和龍骨連接件上安裝的懸臂銷軸轉動；所述限位塊安裝于龍骨鉸鏈下方，用于限制龍骨鉸鏈的開啟角度；