[发明专利]一种实现海洋无人航行器多航态、低能耗航行的水翼装置

说明书

本发明公开一种实现海洋无人航行器多航态、低能耗航行的水翼装置，包括航行器主体，航行器主体的头部和尾部设置有前水翼机构和后水翼机构；航行器主体的内部设置有液压系统；前水翼机构包括前水翼、水翼机构固定桁架、驱动液压缸、水翼支撑杆、拉紧杆、位移杆、水翼联动架、卷簧和卷簧固定块；驱动液压缸底端与水翼机构固定桁架转动连接，驱动液压缸顶端的双耳接头与水翼支撑杆转动连接，驱动液压缸与液压系统通过管路和接头连接；液压系统由外油囊、电磁阀、单向阀、过滤器、压力传感器、溢流阀、液压泵和内油箱相互连接组成；后水翼机构与前水翼机构的结构相同；该装置适用于在水面和水下两种航行状态并分别具有不同的工作模式。

技术领域

本发明属于海洋无人航行器领域，具体涉及一种可实现海洋无人航行器在水面利用波浪能推进航行并在水下滑翔运动航行，使航行器具备水面、水下两种低能耗航行状态的水翼装置。

背景技术

海洋无人航行器是指在海洋航行的无人系统，是现代海洋观测及资源探测的重要工具。依据航行空间，通常分为水面无人航行器与水下无人航行器两类。水面航行与水下航行是两种不同的航行状态，为适应不同的航行空间与航态，现有水面无人航行器多基于小型船舶的技术体系开展研制与建造，现有水下无人航行器多基于鱼雷、潜艇的技术体系开展研制与建造。受技术的局限，上述两类无人航行器的航态单一，仅能在水面或水下连续工作，无法满足未来海洋水面、水下多空间立体、联合观测的需求。虽然可在水面与近水面航行的半潜式无人航行器已问世，但罕有在水面与水下两种航态下均可实现低能耗、连续推进航行的无人航行器。

人类对海洋的探索由近岸、近海逐渐向远海延伸，对航行器的续航力与自持力提出了越来越高的要求。现有海洋无人航行器多由自身携带的电池提供航行推进、各电器件工作所需的能量，降低航行器自身能量消耗是实现续航力与自持力提升的重要途径。据文献统计，航行推进能耗占比通常高于50％，因此降低无人航行器的推进驱动能耗，采用先进的推进驱动技术对提升无人航行器的续航力效果显著。

波浪能是海洋中广泛存在的清洁能源，目前主要有波浪能发电和波浪能驱动两种应用途径。波浪能发电是将波浪能转化为机械能，进而转化为电能使用或储存，能量转化阶段多、效率较低。当前，利用波浪能驱动技术较为成熟的海洋无人航行器主要为波浪能滑翔机，波浪能滑翔机由水面浮体、水下水翼阵列两部分组成，二者通过脐带连接，其利用水下水翼阵列将波浪能转化为前进动力并带动水面浮体前进，但波浪能滑翔机只能在水面航行，且存在分体结构复杂、连接脐带易缠绕、布放回收作业难度高、水面机动性差，容易随波逐流等缺陷。

航行器水下浮力驱动一般采用液压系统在最大下潜深度位置调节浸水油囊体积改变航行器自身浮力，进而实现上浮。同时可利用航行器机翼产生的水平方向推力实现水平方向运动，相比传统水下航行器使用螺旋桨、喷水推进器等途径持续推进航行方式，水下浮力驱动具有低能耗、低噪声的优势。但受限于浮力驱动机理，浮力驱动航行器须以往复剖面形式在水下沉浮运动，其无法在水面连续航行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种实现海洋无人航行器多航态、低能耗航行的水翼装置。使航行器能在水面利用波浪能推进航行，能在水下依靠浮力驱动滑翔运动航行，且能在两种航行状态间切换。本发明可使航行器具备水面和水下两种低能耗航行模式，提升海洋无人航行器的续航力，拓展其在海洋中的垂向航行空间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种实现海洋无人航行器多航态、低能耗航行的水翼装置，包括航行器主体，所述航行器主体的头部和尾部设置有前水翼机构和后水翼机构；前水翼机构和后水翼机构穿过航行器主体下侧的方形孔伸出到航行器下方；所述航行器主体的内部设置有液压系统；

所述前水翼机构包括前水翼、水翼机构固定桁架、驱动液压缸、水翼支撑杆、拉紧杆、位移杆、水翼联动架、卷簧和卷簧固定块；所述驱动液压缸底端与水翼机构固定桁架转动连接，驱动液压缸顶端的双耳接头与水翼支撑杆转动连接，驱动液压缸与液压系统通过管路和接头连接；