[发明专利]一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置

说明书

本发明涉及一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其与水面浮体分别设于柔性脐带缆的两端以构成波浪滑翔器，所述水下推进装置包括与柔性脐带缆连接的固定架，固定架的两侧分别设有柔性胸鳍，且柔性胸鳍为仿蝠鲼胸鳍结构。当水面浮体随波浪上浮时，柔性脐带缆拉拽水下推进装置上升，柔性胸鳍在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体随波浪下沉时，水下推进装置在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动。通过柔性胸鳍与水流的相互作用，驱动水下推进装置向前运动，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率。

技术领域

本发明涉及波浪能利用与仿生推进技术领域，更具体地，涉及一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置。

背景技术

海洋环境观测技术对于保护开发海洋环境与资源、维护国家海洋权益、增强国家海洋军事与科技实力具有重要的意义。目前应用于海洋水下观测的装备主要包括浮标、潜标、海床基、考察船以及螺旋桨推进的水下机器人和水下滑翔机。随着人类活动向深海、远海的深入，海洋环境观测技术也不断提出新的要求。

无人水面机器人可用于执行危险以及不适合有人船只执行的任务，包括科研、探测、搜救、导航和勘察等。波浪滑翔器作为一种较新的无人水面机器人，利用波浪能向前推进，较传统的水面机器人具有能耗低，续航能力强，噪音小等优点。且经过多次实践应用，技术已经相对成熟，目前已被应用于监测海洋环境要素、海洋灾害预报、海洋科学研究等。

1993年至2000年，美国麻省理工学院研制出名为ARTEMIS的小型无人水面机器人，并完成升级与水中测试。随后，无人水面机器人开始迅速发展。2005年，Roger Hine成立Liquid Robotics公司开始民用与军用波浪滑翔器的研制，并已累计进行数万公里海试。其中下层滑翔机构的转动关节水翼阵列是最为关键的一个部件。理论上，翼板对数越多,下层滑翔机构的推进力越大，但翼板之间存在相互绕流影响,且不能忽略不计,翼板对数越多，翼板之间的相互绕流影响越严重，这大大限制了波浪能的转化效率，使得波浪滑翔器的应用很难突破原有设计波浪转化效率的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种波浪能驱动的仿蝠鲼水下推进装置，其与水面浮体分别设于柔性脐带缆的两端以构成波浪滑翔器，所述水下推进装置包括与柔性脐带缆连接的固定架，固定架的两侧分别设有柔性胸鳍，且柔性胸鳍为仿蝠鲼胸鳍结构。

柔性胸鳍使用纯弹性材料制作，内部质量均匀分布。

上述方案中，当水面浮体随波浪上浮时，柔性脐带缆拉拽水下推进装置上升，柔性胸鳍在势能作用下向下摆动，将上升运动转换成向前运动；当水面浮体随波浪下沉时，水下推进装置在自身重力作用下下潜，柔性胸鳍在势能作用下往上摆动，将下降运动转换成向前运动。本发明通过柔性胸鳍与水流的相互作用，驱动水下推进装置向前运动，以实现滑翔，相对于现有波浪滑翔器的下层滑翔机构，能避免翼板之间的相互绕流影响，进一步提高波浪能转换效率；且无需安装电机等主动驱动柔性胸鳍上下摆动的装置，极大地提高波浪滑翔器的续航能力。

优选地，柔性胸鳍为硅胶结构或橡胶结构。可根据需求使用硬度不同的硅胶或橡胶材料，硬度较大的材料弹性形变较小，力学性能与耐腐蚀性能不同，可适应不同海况的需求。

优选地，在柔性胸鳍的展向方向上，柔性胸鳍的纵向厚度逐渐变薄。展向为从固定架两侧向垂直于固定架长度方向延伸的方向；厚度的差异，使得内部质量均匀分布的柔性胸鳍可以在势能作用下，在展向产生大的弯曲形变，以使柔性胸鳍摆动更顺利地产生推力，进而使滑翔器更顺利地滑翔。