本發(fā)明涉及一種水面航行器，尤其涉及一種利用波浪能推進(jìn)的水面航行器。

背景技術(shù)：

海洋的探索、開發(fā)與利用對于人類的生存與發(fā)展具有十分重大的意義，其中對海洋環(huán)境的監(jiān)測是這一過程中的重要環(huán)節(jié)。海洋環(huán)境的監(jiān)測是一項(xiàng)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、長周期的工作。目前的監(jiān)測手段有海洋觀測船、浮標(biāo)、潛標(biāo)、高空遙感、無人艇、水下機(jī)器人等，這些方式都存在一定的局限性。海洋觀測船、高空遙感、無人艇、無人機(jī)等方式前期需要大量的研發(fā)投入，后期也需要維護(hù)與管理，大規(guī)模使用是不太現(xiàn)實(shí)的；浮標(biāo)、潛標(biāo)雖然投入較少，但其觀測能力有限；波浪能航行器是近年來研究比較多的觀測設(shè)備，它的制造成本和維修費(fèi)用都比較低，觀測范圍也比較廣，能夠在海洋中長時(shí)間大范圍作業(yè)，但是它對于波浪能的利用效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種利用波浪能推進(jìn)的水面航行器，將波浪能轉(zhuǎn)化為電能，電能驅(qū)動(dòng)拍動(dòng)翼推進(jìn)裝置，推動(dòng)航行器前進(jìn)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：在浮體上設(shè)置有方形通孔，立柱穿過所述方形通孔且立柱的上下兩端分別伸出至浮體外部，立柱整體呈“凸”字形，立柱的下端安裝有翼板，立柱具有凸起的側(cè)面上設(shè)置有齒條，浮體內(nèi)設(shè)置有齒輪軸，齒輪軸上安裝有與齒條嚙合的齒輪，浮體內(nèi)設(shè)置有上下兩個(gè)限位裝置，所述齒輪軸的端部通過安裝有單向傳動(dòng)軸承的聯(lián)軸器與變速齒輪箱的輸入端連接，變速齒輪箱的輸出端與位于浮體內(nèi)的發(fā)電機(jī)連接，發(fā)電機(jī)還通過整流穩(wěn)壓裝置與蓄電池連接，所述浮體內(nèi)還設(shè)置有拍動(dòng)翼推進(jìn)裝置，所述拍動(dòng)翼推進(jìn)裝置包括電動(dòng)機(jī)、與電動(dòng)機(jī)輸出端連接的曲軸、設(shè)置在曲軸的兩個(gè)連桿軸徑上的兩個(gè)連桿、設(shè)置在兩個(gè)連桿下端間的拍動(dòng)翼軸、設(shè)置在拍動(dòng)翼軸上的拍動(dòng)翼，所述拍動(dòng)翼軸的兩端分別設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)軌中，兩個(gè)導(dǎo)軌從浮體底部向下布置，所述電動(dòng)機(jī)與蓄電池連接；所述浮體尾部還設(shè)置有尾舵，尾舵包括設(shè)置在浮體內(nèi)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、與轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)連接的舵桿、設(shè)置在舵桿下端的舵。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1浮體內(nèi)設(shè)置有齒輪軸是指浮體內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)齒輪軸支撐板，兩個(gè)齒輪軸支撐板之間設(shè)置有齒輪軸；兩齒輪軸支撐板之間還設(shè)置有兩個(gè)滾輪軸，每個(gè)滾輪軸上設(shè)置有減小立柱阻力的滾輪，兩個(gè)滾輪軸均位于立柱沒有凸起的那一側(cè)。

2.兩個(gè)齒輪軸支撐板之間的兩側(cè)還設(shè)置有側(cè)板。

3.所述限位裝置是由兩個(gè)限位板和兩個(gè)限位彈簧組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開的是一種波浪能推進(jìn)的水面航行器，它將海洋中的波浪能吸收、轉(zhuǎn)化為電能，然后利用電能推動(dòng)航行器前進(jìn)。和海洋觀測船、高空遙感、無人艇、無人機(jī)相比，它的研發(fā)成本、維護(hù)管理費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)適用；與浮標(biāo)、潛標(biāo)相比，它能夠攜帶更多的觀測設(shè)備，活動(dòng)范圍更廣，記錄更多的數(shù)據(jù)；與已有的波浪能航行器相比，它能更好、更高效地利用波浪能。拍動(dòng)翼推進(jìn)是目前研究比較熱的新型推進(jìn)方式，該推進(jìn)方式借鑒了仿生學(xué)的思想。相對于傳統(tǒng)螺旋槳相對固定的推進(jìn)效率而言，拍動(dòng)翼推進(jìn)在較低航速時(shí)可以保持穩(wěn)定高效的推進(jìn),可以更有效地利用波浪能，實(shí)現(xiàn)航行器性能的最優(yōu)化。航行器上安裝各類用于監(jiān)測海洋環(huán)境的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)其功能；安裝電機(jī)控制系統(tǒng)、gps定位系統(tǒng)和信號接收裝置，讓岸上的人員隨時(shí)了解和操縱航行器的狀態(tài)，接收監(jiān)測到的各種數(shù)據(jù)。航行器上還可以安裝太陽能電池板，和蓄電池一起為推進(jìn)裝置供電，確保航行器在風(fēng)平浪靜的時(shí)候也可以正常航行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總體示意圖；

圖2是本發(fā)明的內(nèi)部示意圖(隱去浮體外殼)；

圖3是本發(fā)明去除右邊側(cè)板后的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明的齒輪齒條部分的具體結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)主要包括浮體、波浪能轉(zhuǎn)換裝置、發(fā)電裝置、振動(dòng)翼推進(jìn)裝置，具體包括浮體1、立柱2、翼板3、導(dǎo)軌4、連桿5、拍動(dòng)翼6、舵7、舵桿8、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)9、主軸支撐板10、曲柄臂11、主軸12、曲柄銷頸13、主軸承14、蓄電池15、齒輪軸支撐板16、限位板17、側(cè)板18、滾輪軸承19、齒輪軸軸承20、帶單向傳動(dòng)軸承的聯(lián)軸器21、變速齒輪箱22、發(fā)電機(jī)23、發(fā)電機(jī)底座24、整流穩(wěn)壓裝置25、電纜26、電機(jī)控制系統(tǒng)27、拍動(dòng)翼軸28、電動(dòng)機(jī)29、電動(dòng)機(jī)底座30、發(fā)電機(jī)軸31、滾輪軸32、滾輪33、齒輪34、齒條35、齒輪軸36、限位彈簧37。

浮體底部開方形孔，立柱通過孔垂向貫穿浮體，齒條安裝在立柱上，齒輪安裝在浮體上，齒條與齒輪嚙合，齒輪軸和裝有單向傳遞軸承的聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸器輸出端與變速齒輪箱連接，變速箱輸出端連接發(fā)電機(jī)，可以把齒輪沿齒條上下運(yùn)動(dòng)時(shí)不同方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ǚ较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過變速齒輪箱的加速從而滿足發(fā)電機(jī)的要求；同時(shí)發(fā)電機(jī)可以沿齒輪的兩側(cè)布置，這樣不論齒輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)方向如何都可以帶動(dòng)一個(gè)方向的發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到充分利用波浪能的目的。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流穩(wěn)壓裝置后儲(chǔ)存在蓄電池中，蓄電池的電能帶動(dòng)拍動(dòng)翼推進(jìn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，推動(dòng)航行器前進(jìn)。

本發(fā)明在波浪能轉(zhuǎn)換的周圍四面設(shè)置擋板，可以為齒輪軸提供支撐，也可以作為密封裝置防止海水進(jìn)入浮體的其他部位。

本發(fā)明在擋板上設(shè)置與立柱接觸的滾輪，起到固定限位作用，并減小立柱上下運(yùn)動(dòng)的阻力并且為立柱提供準(zhǔn)確的定位。

本發(fā)明在立柱的下方固定連接翼板，為立柱的垂向運(yùn)動(dòng)提供阻尼，增大立柱與浮體之間的相對運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明在齒輪軸支撐板上安裝上下限位裝置，防止立柱運(yùn)動(dòng)幅度過大時(shí)與浮體脫落，同時(shí)起到緩沖作用減小齒條與浮體之間的碰撞，也能夠調(diào)整立柱的姿態(tài)使其始終處于懸浮狀態(tài)。限位裝置是由兩個(gè)限位板和兩個(gè)限位彈簧組成；兩個(gè)限位板分別與兩個(gè)齒輪軸支撐板上下兩端固定連接，中間開方形孔以便于立柱從中穿過；兩個(gè)限位彈簧固定在限位板上且分別朝向立柱凸起的上下兩個(gè)端面。

本發(fā)明的工作過程為：

航行器置于波浪起伏的水面上，浮體1和立柱2由于所受水動(dòng)力的不同，使得它們在垂向存在相對運(yùn)動(dòng)，浮體沿垂向的運(yùn)動(dòng)速度比立柱快，其運(yùn)動(dòng)幅度比立柱大；齒條35安裝在立柱2上，齒輪34由齒輪軸36、齒輪軸軸承20、齒輪軸支撐板16支撐，齒輪軸支撐板固定在浮體內(nèi)部，齒輪與齒條嚙合，浮體上下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，齒輪也沿著齒條上下運(yùn)動(dòng)并且轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸36連接裝有單向傳動(dòng)軸承的聯(lián)軸器21，聯(lián)軸器輸出端連接變速齒輪箱22，單向傳動(dòng)軸承把齒輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)不同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檠毓潭ǚ较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)，變速箱把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)23產(chǎn)生電能；產(chǎn)生的電能先經(jīng)過整流穩(wěn)壓裝置25使電壓和頻率穩(wěn)定，然后儲(chǔ)存在蓄電池15中；蓄電池的電能經(jīng)過電機(jī)控制系統(tǒng)27輸送到電動(dòng)機(jī)29，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸機(jī)構(gòu)(連桿5、曲柄臂11、主軸12，曲柄銷頸13，主軸承14)運(yùn)轉(zhuǎn)，連桿下端連接拍動(dòng)翼6，使拍動(dòng)翼沿導(dǎo)軌4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生推力推動(dòng)航行器前進(jìn)，航行器尾部的舵7(舵桿8，轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)9)控制其前進(jìn)方向。

綜上，本發(fā)明公開一種利用波浪能推進(jìn)的水面航行器，主要包括浮體、波浪能轉(zhuǎn)換裝置、發(fā)電裝置和推進(jìn)裝置。所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置由翼板、立柱、齒條和齒輪組成，浮體底部開孔，立柱從孔中垂向貫穿浮體，底部與翼板固定連接，側(cè)面安裝齒條；所述齒條與安裝在浮體內(nèi)部的齒輪嚙合。波浪的起伏引起浮體與立柱的垂向運(yùn)動(dòng)，立柱和浮體的受力與運(yùn)動(dòng)存在幅值和相位差，此相對運(yùn)動(dòng)通過齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；所述的發(fā)電裝置由變速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、整流穩(wěn)壓裝置和蓄電池組成，齒輪軸把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)聯(lián)軸器傳遞到變速齒輪箱再經(jīng)過加速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，再通過整流穩(wěn)壓裝置把頻率和電壓不穩(wěn)定的電能變?yōu)榉€(wěn)定的電能儲(chǔ)存在蓄電池中；所述的推進(jìn)裝置包括電機(jī)控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、曲軸機(jī)構(gòu)和拍動(dòng)翼，電動(dòng)機(jī)軸和曲軸相連，連桿下端與拍動(dòng)翼相連；電機(jī)控制系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)曲軸機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，拍動(dòng)翼上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生推力，推動(dòng)航行器前進(jìn)。本發(fā)明提供了一種將波浪能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而采用較高效的拍動(dòng)翼推進(jìn)的新型水面航行器，有效地利用了波浪能，踐行了零排放、無污染的環(huán)保理念。