[发明专利]一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机

说明书

本发明公开一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机，包括前浸水舱段、前耐压舱段、中耐压舱段、后耐压舱段、后浸水舱段、换热器、水平机翼，舱段沿圆柱回转轴线依次固连组成复合动力水下滑翔机主体部分，换热器外挂于主体腹部位置，水平机翼水平布置于后耐压舱段两侧。复合动力水下滑翔机电池包具有平移与回转两个自由度，可实施水下滑翔机俯仰姿态角与航向角调节。主机体内液压器件与换热器构成液压油路，在复合动力水下滑翔机下潜准备阶段，回油油路工作；在下潜滑翔阶段，凝固油路工作；在上浮转换阶段，释能油路与泵油油路工作；在上浮滑翔阶段，蓄能油路工作，实现采用电池电能与海洋温差能两种形式能源复合完成浮力驱动过程。

技术领域

本发明属于新型海洋无人航行器技术领域，具体涉及一种使用自身携载电池的电能与自然环境中的海洋温差能两种能源的复合动力水下滑翔机。

背景技术

水下滑翔机是一种依靠浮性状态变化实现在海水中的升沉运动，利用机翼将浮力转变为水平驱动力，采用重心调节法改变自身运动姿态与航向，在海洋中以“锯齿形”轨迹运动的无人水下航行器，其具有自持力强、续航力长、效费比高等优点，适用于开展大范围、长时序的三维连续海洋观测活动，在海洋观测领域具有广阔的应用前景。

当前，商用水下滑翔机产品均依靠自身携载的电池电能满足滑翔浮力驱动过程与耗电器件运行所需能量，因此携载电池电能有限是制约水下滑翔机续航力与自持力提升的重要因素。美国Teledyne Webb Research Corporation提出了温差能驱动水下滑翔机方案，该方案利用自然环境中的海洋温差能，即海洋表层温水与深层冷水温度差之间的热能，完成水下滑翔机浮力驱动过程，可实现由外界自然环境补充水下滑翔机浮力驱动过程所需能源。

然而温差能水下滑翔机方案仍有诸多不足：1.温差能驱动水下滑翔机除海洋环境温差能外，无其它浮力驱动能源，若温差能转化利用系统失效，温差能水下滑翔机会丧失持续航行的动力源；2.温差能滑翔机的适航海域、适航时段范围有限，受俘获海洋温差能的相变材料热物理性质限制，海洋中需存在10℃以上的温度差才可满足温差能水下滑翔机连续运行需求，受表层海水太阳辐射强度和地球纬度因素影响，满足温差能水下滑翔机连续运行温差条件的海域一般只存在于地球南北纬35°之间，且部分海域仅在夏季适航；3.海洋中随机存在弱温差、逆温差等非常规温度剖面海洋现象，遇到此类海洋现象，温差能滑翔机会在水下丧失动力，存在无法浮出水面与丢失风险。

因此，水下滑翔机浮力驱动过程摆脱对电池电能、海洋温差能等单一形式能源的依赖，是兼顾提升续航力、自持力并保持可靠性、功能完备性的潜在技术途径。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机。本发明采用电池电能与海洋温差能两种形式能源作为水下滑翔机浮力驱动过程的动力源，即复合动力，本发明兼顾了温差能驱动与电池电能驱动的优势，既利用海洋温差能提升水下滑翔机能量自给水平、续航力、自持力，又采用电池电能作为浮力驱动的补充与备份能源以提升水下滑翔机的运行稳定性、工作可靠性、环境适应性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种使用电池电能与海洋温差能的复合动力水下滑翔机，包括前浸水舱段、前耐压舱段、中耐压舱段、后耐压舱段、后浸水舱段、换热器和水平机翼；所述前浸水舱段、前耐压舱段、中耐压舱段、后耐压舱段、后浸水舱沿回转轴线从前向后依次固连组成复合动力水下滑翔机的主机体，换热器固连在主机体的腹部正下方位置处，水平机翼水平布置于后耐压舱段两侧；

所述前浸水舱段包括前端盖、前导流罩、避障声呐、启动插头、抽气插头；所述前导流罩与前端盖通过螺栓紧固；避障声呐与主机体回转轴线呈75°夹角布置在前端盖上，在复合动力水下滑翔机以25°滑翔角姿态下潜时，避障声呐能够垂直于海底发射探测声波，所述前导流罩上设有开孔以避免阻挡声波；启动插头、抽气插头均为承压防水型插头并安装在前端盖外球面上；