[发明专利]用于长航时无人水下交通工具的改进二氧化碳循环和所得到的线性调频声性能

说明书

二氧化碳循环功率产生系统（100）包括：共同地存储二氧化碳液体和气体（109，111）的部分的存储装置（101，102）；以及选择性地引导二氧化碳流动通过涡轮（106）的传递连接件（103）。系统在不同海水深度之间循环以便采用海水压力和海水温度中的至少一者来产生二氧化碳流动。在可变体积箱上的位于相应箱内的可动活塞下方的入口/出口控制阀（107，108）选择性地允许海水（110，112）进或出相应箱的活塞下方的下部部分，以便当处于深度处而不是接近水面时使得相应箱中的二氧化碳相对于另一箱内的二氧化碳被加压。在存储部分与海水之间的被禁止的热传递相对于未禁止的热传递允许在深度处与接近水面的海水温度不同以产生二氧化碳流动。声通信可以与涡轮同时被驱动。

技术领域

本公开总体上涉及用于水下无人交通工具（UUV）的能量供应，并且更具体地涉及用于通过使用原位海洋资源为UUV提供功率的能量产生。

背景技术

关于无人水下交通工具（UUV）内的能量供应的各种提议已经被证明是不切实际的，或者仅在2.2瓦时（WHr）容量下提供总共限制于小于约200瓦（W）的功率。燃料电池需要大的封装和用于电池存储的大量空间，以及氢物流的需求。来自中央发电站的功率线缆限制了交通工具的范围和部署。

发明内容

二氧化碳循环功率产生系统包括：第一和第二二氧化碳存储装置，其均被构造成存储二氧化碳的一部分并且包括二氧化碳传递连接件；以及在这两个传递连接件之间的二氧化碳传递路径，其被构造成选择性地引导二氧化碳的至少一部分流动通过用作流体孔口的转子叶片涡轮。二氧化碳循环功率产生系统在不同海水深度之间循环，从而采用海水压力和海水温度中的一者或两者来产生通过用作流体孔口的转子叶片涡轮的液体或蒸汽二氧化碳的流动。在一种实施方式中，第一和第二二氧化碳存储装置均包括可变体积液压缸，其具有可动活塞和位于可动活塞下方的入口/出口控制阀，当二氧化碳循环功率产生系统处于第一深度处时，入口/出口控制阀选择性地允许海水进入或离开在可动活塞下方的相应可变体积箱的下部部分，以使得二氧化碳的第一或者第二部分中的相应一者相对于另一者被加压。在另一实施方式中，二氧化碳的第一部分被包含在围绕中心区域的环状区域内，其中在二氧化碳的相应第一部分与海水之间具有未被禁止的热传递，而第二二氧化碳存储装置包括绝热的（insulated）带水护套的箱，其禁止在二氧化碳的相应第二部分与海水之间的热传递。二氧化碳的第一和第二部分中的一者或两者可以包括二氧化碳液体和二氧化碳气体两者。包括二氧化碳循环功率产生系统的无人水下交通工具（UUV）基于由二氧化碳循环功率产生系统产生且被存储在UUV内的一个或更多个电池中的电功率来操作。双载波线性调频（chirp）通信系统被耦合到二氧化碳传递路径并且采用通过涡轮的二氧化碳液体或蒸汽流的至少部分的脉冲波作为第一载波并且在第二载波上产生线性调频信号，其与第一载波组合并交织，以产生输出压力脉冲通信信号。双载波线性调频通信系统包括被耦合到通过涡轮的二氧化碳液体或蒸汽的至少部分的流的压力脉冲共振器、邻近压力脉冲共振器的频率共振器的环状阵列、以及在频率共振器的环状阵列外部的亥姆霍兹共振器。UUV采用双载波线性调频通信系统来向远程接收器传输数据，和/或可以被拴住（tethered）并且被构造成根据多个不同深度循环中的所选择的一个在（多个）深度之间循环。

虽然已经在上文列举了特别的优点，但是各种实施例可以包括所列举的优点中的一些、全部、或者不包括这些优点。另外，在参考下文的附图和描述之后，其他技术优点将对于本领域普通技术人员容易地显而易见。

附图说明

为了更全面地理解本公开以及其优点，现在参考结合附图考虑的下文的描述，在附图中类似的附图标记指代类似的部件：

图1是示出根据本公开实施例的可变内部和外部体积二氧化碳（CO₂）循环功率产生系统的图；

图1A至1H示出了在图1的二氧化碳循环功率产生系统的操作期间如何利用压力；