波浪動力的製作方法
2023-08-05 09:56:16
專利名稱：波浪動力的製作方法
波浪動力
相關申請的交叉引用
本申請要求於2007年3月2日提交的美國臨時申請No. 60/904,647 的優先權，並且涉及於2006年1月20日提交的美國臨時申請 No.60/760,893、於2006年5月18日提交的美國申請No.ll/436,447、於 2006年9月1日提交的美國臨時申請No.60/841,834，以及於2007年1 月18日提交且作為WO 2007/001139於2007年8月2日公開的國際專利 申請No.PCT/US/07/01139。為了所有目的，這些申請中的每一個的全部 公開內容通過引用併入本文。
背景技術：
本發明涉及受到水中的波浪的作用的裝置，並且在一些情形中該裝置 使用水中的波浪動力。
當波浪沿著水面行進時，其產生水的豎直運動，但是沒有純粹的水平 運動。豎直運動的幅度隨著深度對數地減小；在大約為波浪長度的一半的 深度處，豎直運動很小。由風引起的水流的速度也隨著深度急劇地減小。 已經做出了一些使用波浪動力(wavepower)做有用的工作的方案。例如 可以參照美國專利No.986,627、l,315,267、2，520,804、3,312,186、3,453,981 、 3,508，516、3,845，733、3,872,819、3,928,967、4,332,571、4,371,347、4，389,843、 4,598,547、4,684,350、4,842,560、4,%8,273、5，084,630、 5,577,942、 6,099,368 以及6,561,856、美國出版物No. 2003Z0220027以及2004/0102107、 WO 94/10029以及WO 87/04401 。為了所有目的，這些專利和出版物中每一個 的全部公開內容通過引用併入本文。本發明的第 一優選方面概述
本發明涉及受到水中的波浪的作用的裝置，包括但不限於使用水中的
波浪動力的裝置，例如水上載體(watervehicle),其當^皮;故置在帶有波浪 的水(wave-bearing water)(即具有移動越過其表面的波浪的水)中時， 在水面上行進。這種載體例如可以包括(1)漂浮物(float), (2)浮子 (swimmer)以及(3)系鏈(tether)，其連接漂浮物和浮子；當載體處於 靜止的水中時，漂浮物、浮子和系鏈使得，(i)漂浮物處於水的表面上或 靠近水的表面，(ii)浮子被浸沒在漂浮物的下面，以及(iii)系鏈處於張 力之下；而當載體處於帶有波浪的水中時，浮子與水相互作用，以產生傾 向於在具有水平分量的方向(下文將簡單地稱之為"在水平方向上"或"水 平地")上移動漂浮物的力。為了簡潔起見，該全套文件將如前面的句子 中所描述的一種包括漂浮物、浮子以及系鏈的水上載體稱為WPV。優選 的WPV被描述在通過引用所包含的相關的申請中。
發明概述
本發明的第 一優選方面概述
在第一優選方面，本發明提供了一種漂浮物，其將在水中漂浮，並且 其包括.-
(1 )主體，
(2) 上部構件，其固定到主體，並且從該主體向上延伸，以及
(3) 控制裝置，其用於控制以下各項中的至少一個 (a)上部構件相對於主體的方向，以及
(b )上部構件的構型(configuration )。 在漂浮物的第一實施方式中，
(a) 當漂浮物漂浮在靜止的水中時，上部構件具有相對於水的靜止 方向，並且
(b) 當漂浮物漂浮在帶有波浪的水中時，所述控制裝置減少(包括實質上防止)上部構件從靜止方向離開的運動。
在該漂浮物的第二實施方式(其可以、但是並非必然地具有第 一 實施 方式的特徵)中，上部構件具有可以改變的高度(例如，包括可以伸縮進 入彼此中的部件，和/或包括一個或更多個可以摺疊和展開的部件)。
本發明的第二優選方面概述
在第二優選方面，本發明提供了一種纜索(cable),其
(a) 具有橫截面，該橫截面
(1) 具有從0.5到3.0英寸的翼長(chord length )，且
(ii)包括引導邊緣部分和錐形的後緣部分(tapered trailing edge portion),該引導邊緣部分包括具有最大寬度的橫截面的部分，該最大寬 度為從O.l到l.O英寸，並且至多為橫截面的翼長的0.5倍，且
(b) 包括
(1 )細長的抗4立構件(elongate tensile member )，其在纜索處於 張力下時承載載荷，並且其優選地穿過纜索的引導邊緣部分，以及
(2) 至少一個附加的細長構件，其在纜索處於張力下時不承載 載荷，以及
(3) 包殼(jacket),其提供纜索的外表面。
本發明的第三優選方面概述
在第三優選方面，本發明提供了 一種包括用於確定系鏈是否被扭轉的 裝置的WPV。
本發明的第四優選方面概述
在第四優選方面，本發明提供了 一種包括用於在系鏈被扭轉時解開系 鏈的裝置的WPV。本發明的第五優選方面概述
在第五優選方面，本發明提供了一種WPV,其包括一種壓敏連接 (pressure-sensitive connection ), 當水壓力實質上超過在正常4吏用狀態下 的水壓力時，該壓敏連接引起系鏈從漂浮物分離和/或從浮子分離，和/或 引起系鏈斷裂。以這種方式，如果WPV與鯨或其它海洋生物纏結時，該 WPV將在生物下潛時解開。
本發明的第六優選方面概述
在第六優選方面，本發明提供了一種WPV,其中，該系鏈通過雙軸
的萬向接頭固定到漂浮物和/或固定到浮子，該雙軸的萬向接頭在漂浮物/
浮子前後顛簸(pitch)或滾動(roll)時樞軸轉動，但是在漂浮物/浮子左 右搖擺(yaw)時不樞軸轉動。
本發明的第七優選方面概述
在第七優選方面，本發明提供了一種WPV，其中，系鏈通過彈性元 件連接到漂浮物或連接到浮子或連接到它們兩者，該彈性元件可在系鏈從 鬆弛狀態轉換到承載狀態時吸收所產生的突發性載荷(snap load)。
附圖簡述
本發明在附圖中示出，該附圖的本質是示意性的，並且沒有按照比例 繪製，並且其中
圖1為包括本發明的第一優選方面的WPV的沒有按比例繪製的示意
圖2和圖3為穿過依據本發明的第二優選方面的纜索的橫截面； 圖4和圖5為依據本發明的第二優選方面的纜索的透視圖；圖6和圖7為用於本發明的第四優選方面中的轉動耦合裝置(rotation coupling)的4黃截面圖和透一見圖8為用於本發明的第五優選方面中的纜索釋放機構的透視圖；以及
圖9和圖10為圖8的機構處於關閉和打開位置的橫截面圖。
發明詳細描述
在上面的本發明概述、下面的本發明的詳細描述、例子，以及權利要 求以及附圖中，對本發明的具體特徵(包括例如，部件、成份、元件、設 備、裝置、系統、組、範圍、方法步驟、測量結果等)做了引用。應理解， 本發明在該全套文件中的公開內容包括這些具體特徵的所有可能的組合。 例如， 一個具體特4正#/>開在一個具體方面、 一個具體的實施方式、 一項 具體的權利要求或一幅具體的圖的環境中，在合適的範圍內，該特徵還可 被用在其它特定的方面、實施方式、權利要求以及圖片的環境中，還可以 一般地用在本發明中。所公開的發明包括本文中沒有具體地描述的實施方 式，並且可以例如，利用本文中沒有具體地描述的特徵，但是其提供與本 文中具體地描述的特徵的功能相同、等同或類似的功能。
本文中使用的術語"包括"和與其語法上等同的術語意思是，除了被 具體地識別的特徵之外，還可選擇地存在其它特徵。例如， 一種組合物或 裝置"包括"(或"其包括")部件A、 B和C,可以是只包括部件A、 B 和C,或者不僅包括部件A、 B和C還包括一個或更多的其它部件。本文 中使用的術語"基本組成為，，和與其語法上等同的術語的意思是，除了被 具體地識別的特徵之外，可以存在不會實質上地改變已要求保護的發明的 其它特徵。其後跟著一個數字的術語"至少"被用在本文中，以表示從該 數字開始的一個範圍(其可以為一個具有上限或沒有上限的範圍，這取決 於被定義的變量)的起始。例如，"至少1"的意思是1或多於1，以及"至 少80%"的意思是80%或多於80%。其後跟著一個數字的術語"至多" 被用在本文中，以表示結束於該數字的一個範圍(其可以為具有1或0 作為其下限的一個範圍，或者沒有下限的一個範圍，這取決於被定義的變小於40%。當範圍被以"(第一個數字)到(第二個數字)"或 "(第一個數字)-(第二個數字)"給出時，這意味著其下限為第一個數 字且其上限為第二個數字的一個範圍。例如，"8到20個碳原子"或"8-20 個碳原子"的意思是其下限為8個碳原子並且其上限為20個碳原子的範 圍。術語"多個，，("plural" 、 "multiple", "plurality"和"multiplicity") 在本文中用來表示兩個或多於兩個的特徵。
在本文中對於一種包括兩個或更多個定義的步驟的方法進行了引用，
外)，並且該方法可以選擇性地包括一個或更多個其它步驟，該一個或更 多個其它步驟可以在任何定義的步驟之前、在兩個定義的步驟之間或在所 有定義的步驟之後執行(除了排除了可能性的情形外)。本文中對"第一" 和"第二"特徵進行了引用，這樣做一般地是為了識別的目的；除非情形 有另外要求，否則該第一和第二特徵可以是相同的或不同的，並且對第一 特徵的引用不意味著第二特徵必然地存在(雖然其可以存在)。本文中對 "一個"("a" or " an")特徵進行了引用，這包括存在有兩個或更多個 這樣的特徵的可能性(除了排除了可能性的情形外)。本文中對兩個或更 多個特徵進行了引用，這包括了這樣的可能性該兩個或更多個特徵被提 供相同功能的更少或更多特徵替代(除了排除了可能性的情形外)。本文 給出的數字應被理解為其範圍適合於它們的情形和表達；例如，每個數字 都承受變化，該變化取決於精確度，該精確度可以通過本領域技術人員通 常使用的方法來測量。
同時提交或在該全套文件之前提交的與本申請相關的所有文件，包括但不 限於和該全套文件一起對公眾查閱開放的這類文件。
A.本發明的第一方面的詳細描述
在其第一方面，本發明提供了一種漂浮物，其可以被用於任何目的， 包括例如作為浮標(或浮標的一部分)或作為WPV的一部分。術語"方向"表示主體和上部構件之間的角度關係。術語"構型"表示上部構件的 尺寸(例如高度和/或寬度)，以及包括存在或不存在輔助構件，例如傳感器。
該漂浮物可以選擇性地具有下面的特徵中的 一個或多個
Al. (a)當該漂浮物漂浮在靜止的水中時，上部構件具有相對於水 的靜止方向；以及
(b)當該漂浮物漂浮在帶有波浪的水中時，控制裝置減少上部 構件/人該方向^立置(orientation position)離開的運動。
A2. (a)該上部構件被固定到主體，以便其可以相對於該主體轉動， 例如，藉助於允許前後顛簸運動(pitch motion )和/或滾動運動的樞軸接 頭，或藉助於萬向接頭，比如球窩(當漂浮物為相對長和相對窄時，只允 許前後顛簸運動的樞軸接頭可能是適當的)而相對於該主體轉動；且
(b)控制裝置包括下部構件，該下部構件(i)被固定到主體， (ii)從主體向下延伸，(iii)被連接到上部構件，以及(iv)當漂浮物處 於帶有波浪的水中時，在該漂浮物在水中並且受到波浪運動的作用時，引 起上部構件相對於主體的轉動。
A3.下部構件可以例如具有下面的特4正中的一個或多個
A3a其被固定到上部構件，以便，當該漂浮物前後顛簸時，下部 構件減少上部構件從靜止方向離開的運動。可選擇地或另外地，其被固定 到上部構件，以便，當漂浮物滾動時，下部構件減少上部構件從靜止方向 離開的運動；此特徵特別適合於在漂浮物具有兩個或更多個船體(hull), 例如為雙體船時，在該種情形中，上部構件將通常^皮放在船體之間。
A3b其重量和/或慣性矩實質上大於上部構件的重量和/或慣性 矩。為此目的， 一重物(weight)可以可選4奪地固定到下部構件，優選地， 直接地或通過柔性的纜索來固定到其下端部。當漂浮物作為WPV的一部 分並且系鏈被固定到下部構件時，想要的重量可以部分地或完全地由系鏈 和浮子的重量提供。
A3c其被固定到上部構件，以便上部構件和下部構件形成一個單獨的主體(一個"柱")。在一個實施方式中，在漂浮物在水中漂浮時，該
柱穿過該漂浮物主體中的鉸鏈承窩(hinge socket),並且在該漂浮物不在 水中漂浮時，可以通過該鉸鏈承窩被向上拉以便存儲或以便展開。在另一 個實施方式中，柱可以在兩個或更多個不同的高度固定到漂浮物，以便上 部構件的高度可以增加，從而，例如可以在想要的高度(或被降低的)放 置傳感器，並且下部構件的長度可以對應地減小(或增加，例如，以在系 鏈被連接到下部構件時降低浮子，在波浪大時可能需要這樣)。
A3d當漂浮物處於靜止的水中時，其處於包括該漂浮物的主體的 縱向軸線的豎直平面內，和/或實質上為豎直的，或者，在該漂浮物作為 WPV中的漂浮物使用時，向著前端部傾斜至豎直，例如，傾斜多達12。， 例如3-8° ，例如大約5。，至豎直。
A4.上部構件可以可選4奪地具有下面的特徵中的一個或多個
A4a其具有可以改變的高度或其它尺寸。例如，上部構件可以是 伸縮性的(即包括相對於彼此滑動並因此改變上部構件的尺寸的兩個或更 多個單元)，和/或可以包^舌可以^摺疊和展開並因此改變上部構件的尺寸的 兩個或更多個單元。該漂浮物可以包括馬達以改變上部構件的尺寸。該漂
例如，檢測波浪的高度的傳感器(其可以位於上部構件上)，以便上部構 件的高度在波浪的高度增加時可以被減小，且反之亦然。其高度或其它尺 寸可以改變的上部構件的一個優勢在於它的風阻可以最小化。
A4b其帶有一個或更多個配件，該一個或更多個配件從組成為攝 像機、無線電天線、無線電發射器、無線電中繼器、氣象傳感器、二氧化 碳傳感器和信號燈，以及用於檢測大氣和海洋之間的熱量和氣體流量的傳 感器的組中選出。
A4c其穿過漂浮物的主體或在漂浮物的主體周圍。
A4d當漂浮物處於靜止的水中時，其具有位於包括漂浮物的縱向 軸線的豎直平面內的軸線，和/或實質上為豎直的。
A4f其包括一個或更多個柔性部分，以便其在超負荷的情形中可以彎曲。
A5f其不與如上文描述的下部構件關聯，例如，被固定到漂浮物 的主體以便在漂浮物處於帶有波浪的水中時它的方向不改變，或者利用不 同的機構以控制它的方向。
A6.漂浮物具有2-30英尺，例如5"5英尺的長度，以及漂浮物的長 度的0.1倍到0.6倍，例如0.2到0.3倍的寬度。
A7.漂浮物為如上文中所定義的WPV中的漂浮物。在此種WPV中， 系鏈可以連接到下部構件，優選地連接到下部構件的最下點，或者連接到 漂浮物主體。該連接可以是例如通過萬向接頭連接的。
對恆定的高度上支撐傳感器和其它設備中特別有用。例如，本發明的此方 面的一些實施方式能減小(包括在一些情形中，實質上消除)上部構件的 搖擺運動，其中該上部構件-陂固定到處於帶有波浪的水中的漂浮物。如果 需要，該上部構件可以被保持在實質上豎直的位置。這樣的搖擺運動會歪 曲風測量結果，並且減少無線電通訊的功效。通常安裝在數據浮標和數據 收集水載體(data collection water vehicle )上的4艮多儀器在水面上方相對 高的高度最佳地運行。
用於報告風速的標準高度是在水平面以上10m,但是在現有技術實 踐中，風速經常在較低的高度測量然後被校正。當使用依據本發明的漂浮 物來測量風速時，該測量優選地在水面以上至少1.5米處進行，並且通常 可以在實質上更高的高度進行；如果需要，風速可以被校正，以考慮由漂 浮物上的觀測波浪的高度的傳感器提供的信息。
對於無線電通訊的視線，發射器和接收器的高度越高，可能的範圍越 大。本發明的優選的實施方式使得有可能創建無線電通訊中繼器網絡，該 網絡包括多個帶有天線的WPV，該多個帶有天線的WPV被分開相當一 段距離，例如10-20英裡。WPV的數量及WPV的分離可以被選定以便 有冗餘，以便在缺少一個或少量的WPV時不妨礙網絡的運行。
攝像機觀測最好在波浪和浪花上方的高度進行。對於空氣/海洋熱量流量(其對天氣模型和氣象模型是重要的)的測 量，測量溫度或二氧化碳濃度的傳感器被放置在水面以上和以下的不同高 度處。已經發現，二氧化碳流量的特徵可以通過在水面以上合適的高度，
例如大約2m和大約4m放置傳感器來表現。在本發明的漂浮物的一個實 施方式中，上部構件包括放置在水面以上不同高度，例如大約2m和大約 4m的二氧化碳傳感器。該漂浮物還可以包括在水面以下的二氧化碳傳感 器。當漂浮物為WPV的一部分時，二氧化碳傳感器還可以被放置在浮子 上和/或放置在系鏈上和/或放置在拖曳陣列(towed array)上。該拖曳陣 列可以為具有浮力控制的拖魚(towfish)，該浮力控制使得其能夠從表面 到30-100m的深度(或者甚至更深)上下掃動。
本文公開的本發明不僅包括具有如上文描述的上部構件並且安裝有 二氧化碳傳感器的WPV，而且包括安裝有如上文描述的二氧化碳傳感器 的任何WPV。
該漂浮物可以包括傳感器(例如加速度計或速率傳感器，比如對速度 靈敏的GPS),該傳感器引起上部構件上的設備只在漂浮物處于波峰或接 近于波J^時運4亍。
本發明的此方面的優選的實施方式使得當使用固定到漂浮物的上部 構件時，使用高度大於實際的高度的上部構件是切合實際的。例如，該上 部構件可以可選擇地具有固定的高度(或者，如果上部構件具有可調整的 高度，則具有最大的高度)，該高度為漂浮物長度的至少0.5倍，例如漂 浮物長度的至少0.8倍，例如漂浮物長度的0.8-3倍或漂浮物長度的1-2 倍。因此，該高度可以為至少6英尺，或者至少10英尺，例如6-15英尺， 或者在高度可調整時甚至更多，例如在完全縮回時高度為3-10英尺，並 且在完全伸展時高度為10-30英尺。
B.本發明的第二優選方面的詳細描述
本發明的第二優選方面的纜索在多種多樣的情形中是有用的，在該多 種多樣的情形中，它能在纜索相對於它浸入其中的水或者其它液體移動時，減小纜索上的拖曳力。在一個這樣的用途中，該纜索被用作WPV中 的系鏈。
該纜索可以可選擇地具有下面的特徵中的一個或更多個。
Bl其具有翼長為0.8至1.5英寸的橫截面。
B2其具有為該橫截面的翼長的至多0.3倍的最大寬度。
B3其具有包括錐形的後緣部分的橫截面。
B4 其具有相對圓形的引導邊緣以及尖銳的後緣，以便該橫截面類 似於淚珠或翼型(airfoil)形狀。
B5包殼包括聚合物組合物，例如包括環氧樹脂或聚氨酯的組合物。
B6 該包殼通過壓擠或將聚合物組合物模製在抗拉構件和附加的細 長構件周圍而被製備，優選地通過在包殼中不引起殘餘應力的工藝來制 備，例如，通過圍繞細長部件而鑄造該組合物，或者其包括一個步驟，在 該包殼已經被形成在細長部件周圍之後，其中包殼中的任何應力被減小
(包括全部被移除)。
B7 該包殼包括抑制海生物生長(marine growth)和其它結垢 (fouling)的添力口劑。
B8 附加的細長構件包括一個或更多個絕緣的電氣導體、光學纖維 以及聲學電纜，例如絕緣的帶狀電纜。
B9 纜索帶有識別物，例如可視的標記，其使得纜索能被檢測以確 定其是否被扭轉，例如被漂浮物主體上的攝像機扭轉。
B10纜索進一步包括以間隔開的間距從絕緣的包殼延伸的鰭板；這 些鰭板的面積可以為例如卜5平方英寸，並且相鄰的鰭板之間的距離可以 為例如2-12英尺。
B1纜索進一步包括第二細長的抗拉構件，其在纜索處於張力之下 時承受載荷，並且其穿過纜索的引導邊緣部分。
B12細長的抗拉構件被管道圍繞，該管道使得抗拉構件能獨立於纜 索的剩餘部分移動，例如包括聚合物組合物的管道，該聚合物組合物包括氟化聚合物，例如聚四氟乙烯。當有多於一個抗拉構件時，可以有這樣的 管道，其圍繞抗拉構件中的每一個，或者單個管道，其圍繞所有的抗拉構 件。這種方法使得抗拉構件能夠拉伸而不拉伸其它細長部件，例如電氣導 體。它還使得纜索的剩餘部分能夠圍繞抗拉構件轉動，並且使纜索的剩餘 部分能夠與水面平行到減小的拖曳方向。
B13 纜索包括抵抗扭轉的編織的部件(braided component )，例如編 織的套管，其圍繞抗拉構件和附加的細長構件中的一些或全部。編織的部 件可以例如包括高強度聚合物材料，例如凱夫拉(Kevlar)或另一種芳綸 聚合物(aramid polymer )。
B14纜索包括阻水部件，以防止滲入包殼的任何水沿著纜索行進。
B15抗拉構件包括不鏽鋼或例如呈多股扭轉在一起的形式的高強度 聚合物材料，例如芳香族聚酯，比如Vectran。在一些情形中，需要在抗 拉構件被構成到纜索中之前，在合適的栽荷下拉伸抗拉構件，以確保在其 作為系鏈使用時，其不經受相當的拉伸。抗拉構件可以具有例如為0.1到 0.3英寸的直徑。
B16該纜索被用作WPV中的系鏈，該纜索被對齊，以便它的引導 邊緣部分向著WPV的前面定向，並且被連接到漂浮物的主體以及連接到 浮子，以便載荷由抗拉構件承受。
B17 該纜索被用作WPV中的系鏈，並且通過允許系鏈相對於漂浮 物和/或浮子轉動的旋轉接頭而連接到漂浮物和/或連接到浮子。
C.本發明的第三優選方面的詳細描述
本發明的第三優選方面與WPV有關，其包括用於確定系鏈是否被扭 轉的裝置。設計一種在大多數操作狀態下不會引起系鏈變得扭轉的WPV
是可能的。然而，在非常平靜的海洋中，或者在波濤洶湧的海洋中，在展 開的過程中，系鏈可能變得扭轉。扭轉的系鏈產生不想要的拖戔。因此，
對於WPV，包括用於確定系鏈是否被扭轉的裝置是理想的。這些WPV
可以可選擇地具有下面的特徵中的 一個或更多個。Cl 系鏈包括至少一個標識符，例如可以通過合適的設備識別的標 記(例如，每個側面具有不同的顏色，或者只沿著一個側面的條紋)，並 且，漂浮物或浮子包括或這兩者都包括這些合適的設備，例如安裝在漂浮
物上或浮子上的靜物照相機或攝像機(still or video camera )，該靜物照相 機或攝像機可以檢測標識符以確定系鏈是否被扭轉，並且例如通過無線電 將檢測結果傳送給觀察者。
C2 用於確定系鏈是否被扭轉的裝置包括至少兩個羅盤儀 (compass),該羅盤儀在豎直地間隔開的位置放置在WPV上。例如，一 個羅盤儀可以放置在漂浮物上，另一個羅盤儀放置在浮子上，且至少一個 其它的羅盤儀放置在沿著系鏈的某個地方(優選地不位於系鏈的中點)。 在另一個例子中，只使用了兩個羅盤儀， 一個在漂浮物上且另一個在浮子 上，並且基於連續的過程來監測羅盤儀，以記錄相對於地球磁場的轉動的 總量。每個羅盤儀將轉動報告給控制器，並且該控制器將兩者進行比較以 確定是否已經發生了扭轉。此系統的益處是只使用兩個羅盤儀，並且將它 們放置在已經存在有電子設備的位置。
C3漂浮物和浮子包括探測和報告漂浮物和浮子的相對轉動的設備。
C4 視速度如何一皮影響，WPV可以有意地引起一 個或更多個扭轉， 然後隨著使速度優化的扭轉的數量而繼續引起扭轉，這個過程可以被假設 為在系鏈沒有扭轉時進行。如果WPV包括波浪特徵傳感器、風傳感器以 及水速度傳感器，以便它可以確定在觀察狀態下的預期的速度，則該過程 可以出現在速度小於預期速度的情形之後。
D.本發明的第四優選方面的詳細描述
本發明的第四優選方面與包括用於在系鏈已經變得扭轉時解開系鏈 的裝置的WPV有關。此種WPV可以可選擇地具有下面的特徵中的一個
或更多個。
D1用於解開系鏈的裝置包括位於漂浮物上的馬達驅動的推進器(motor-driventhruster),該推進器可以使漂浮物旋轉並且解開系鏈。
D 2用於解開系鏈的裝置包括位於漂浮物的前面的可伸縮的鰭板。 該鰭板在正常情況下為縮回的，但是可以^^開，以在漂浮物的前面產生 拖曳；這引起漂浮物轉動180。；該鰭板隨後縮回，並且位於漂浮物的後 面的鰭板引起漂浮物繼續轉動另一個180° 。
D3 用於解開系鏈的裝置包括馬達驅動的轉動耦合裝置，其位於系 鏈和漂浮物的接合點，或者位於系鏈和浮子的接合點，或者位於系鏈的中 間點。如果系鏈包括電氣線路，則該轉動耦合裝置優選地包括線路中的斷 裂(break),例如可以通過滑動接觸的滑環或通過在轉動的整個過程中不 保持電氣接觸而只在每次旋轉的一個點保持電氣接觸的裝置實現。馬達驅 動的4令動l禹合裝置可以包4舌傳動的電力馬達(geared electrical motor )，該 傳動的電力馬達與轉動接合點成直線或靠近於轉動接合點，並且能夠相對 於漂浮物或浮子轉動纜索。當馬達不被驅動時，它可以包括制動器或其它 裝置以防止轉動接合點移動，以便減小關於滑動電氣接觸的磨損。
E.本發明的第五優選方面的詳細描述
本發明的第五優選方面與包括壓敏連接的WPV有關，其中該壓敏連 接被過大的水壓力觸發。此種WPV可以可選擇地具有下面的特徵中的一
個或多個。
E
該壓敏連接包括缸內的帶有徑向密封件的活塞，並且圍起一個 空氣室。該室內的空氣壓力以及螺旋彈簧推動活塞延伸。在延伸位置，該 活塞防止閂鎖件或其它機械元件允許纜索釋放。水壓力推動活塞縮回。在 縮回位置，該活塞允許閂鎖件或其它機械元件釋放。
E2壓敏連接位於漂浮物和系鏈的接合點。
E3 該壓敏連接包括孔和銷釘，該孔在系鏈的抗拉構件中，該銷釘 穿過該孔，並且通過彈簧的釋放而從孔中抽出。
E4 當壓敏連接處於深度為30英尺或更深，例如處於50英尺或更 深，或者處於30英尺到90英尺之間的所選的深度時，該壓敏連接被觸發。E. 本發明的第六優選方面的詳細描述
本發明的第六優選方面與其系鏈通過雙軸的萬向接頭固定到漂浮物 和/或固定到浮子的WPV有關，該雙軸的萬向接頭在漂浮物/浮子前後顛 簸或滾動時樞軸轉動，而在漂浮物/浮子左右搖擺時不樞軸轉動。這引導 系鏈保持與漂浮物對齊，並因此減小系鏈扭轉的趨勢。萬向接頭可以包括 彼此成直角的兩個鉸鏈，而來自系鏈的抗拉載荷通過鉸鏈傳遞到漂浮物或 浮子。系鏈的任何電氣元件被布設在萬向接頭周圍或穿過萬向接頭布設， 以便它們不承受抗拉載荷，並且以與它們的彎曲能力和疲勞強度一致的控 制方式彎曲。
F. 本發明的第七優選方面的詳細描述
本發明的第七優選方面與WPV有關，其中，系鏈通過彈性元件連接 到漂浮物或連接到浮子或連接到漂浮物和浮子兩者，該彈性元件可以吸收
現在參照附圖，圖1展示了併入了本發明的第一方面的WPV。該 WPV由漂浮物1、系鏈2和浮子3構成。該漂浮物包括主體11以及穿過 主體11並通過樞軸接頭固定到主體11的柱12。因此，該柱12提供上部 構件121以及下部構件122。虛線展示了在漂浮物由于波浪運動而前後顛 簸時漂浮物的輪廓。然而，柱12不跟隨漂浮物的前後顛簸。浮子被展示 為位於漂浮物的正下方，同時系鏈是豎直的。在實踐中，浮子將傾向於在 漂浮物的前部，並且如果需要保持上部構件豎直，則底部構件可以以一合 適的角度，例如大約5。與上部構件成向前的角度。
圖2為穿過依據本發明的第二優選方面的纜索的橫截面。該橫截面是 按比例繪製的，並且該橫截面的翼長可以為例如0.8到1.5英寸。該纜索 包括抗拉構件21、由編織的聚合物套管221圍繞的帶狀電纜22,以及流 線型的聚合物包殼23。抗4立構件21可以例如為0.09375英寸直徑的、7 x 7構造的316不鏽鋼鋼索。帶狀電纜22可以例如包括多個，例如14個
在系雜22AWG鍍錫銅線，每個鍍錫銅線被氟化乙丙烯(FEP)裝置圍繞。編織 的套管221可以例如包括凱夫拉線股(Kevlar strand)。聚合物包殼21可 以例如包括具有邵氏硬度A 80硬度計(Shore A 80 Durometer)的海洋級 的聚氛基曱酸西旨(marine grade polyurethane )。
圖3為穿過依據本發明的第二優選方面的另一個纜索的橫截面。該橫 截面是按比例繪製的，並且該橫截面的翼長可以為例如0.8到1.5英寸。 纜索包括抗拉構件21、多個，例如8個導體22，每個導體22被編織的不 鏽鋼套管圍繞，以及包括流線型的聚合物包殼23。抗拉構件21和包殼23 可以例如為如圖2中所描述的那樣。導體中的每一個可以為例如20AWG 鍍錫銅線。
圖4為依據本發明的第二優選方面的另 一個纜索的透視圖。該纜索包 括兩個抗拉構件21、帶狀電纜22以及聚合物包殼23。特定地，當該抗拉 構件在載荷下易於顯著地拉伸時，例如當它為合成纖維繩，例如包括 Vectran的合成纖維繩時，優選地，每個抗拉構件糹皮合適的聚合物材料例 如聚四氟乙烯的管道圍繞，以便它可以拉伸並且獨立於纜索的剩餘部分而轉動。
圖5為依據本發明的第二優選方面的另一個纜索的透視圖。該纜索包 括兩個抗拉構件21、兩個纜索22、後緣構件24、編織的套管221，以及 聚合物包殼23，其中，每個纜索22包括多個各自絕緣的電氣導體，而編 織的套管221圍繞部件21、 22和24。抗-拄構件21例如可以為如上文描 述的那樣。每個纜索22可以例如包括螺旋地圍繞合成纖維繩的四個各自 絕緣的銅合金導體，所有的銅合金導體都被另一層絕緣體和/或編織的線 路防護物例如銅或不鏽鋼圍繞。該編織的套管221可以例如為包括金屬或 聚合物組合物，例如凱夫拉或尼龍。後緣構件24可以例如為金屬或合成 纖維繩；其不承受載荷，但是有助於在處理和使用的過程中保持纜索的結 構整體性。
圖6為驅動的轉動耦合裝置的橫截面圖，而圖7為該驅動的轉動耦合 裝置的透視圖，其中該驅動的轉動耦合裝置可以被用在本發明的第四優選 方面中。這些圖展示了在驅動的轉動耦合裝置6處終結的系鏈2。系鏈中101中的焊接接縫(solder joint)連接到出 口電氣線路100,其中電氣連接區域101被填充有封裝化合物(未示出) 以及滑動接觸的滑環102。系鏈中的抗拉構件在位置103處終結。耦合裝 置包括外殼61以及傳動馬達62，該傳動馬達62的輸出端^^皮固定到外殼 61，並且該傳動馬達61的主體^f皮固定到中心柱。該耦合裝置包括輸出空 心軸63、載荷岸義載軸承64、塑料襯套和主刮水器(primary wiper) 65、 主密封件66以及副密封件67。
圖8-10示出了用在本發明的第五優選方面中的壓^:連接7。該壓敏 連接7安裝在固定到漂浮物的底板8上。該連接包括壓力致動缸71、閂 鎖杆72以及鉸鏈銷釘73。系鏈的抗拉構件21在孔和銷釘處終結。閂鎖 杆72支撐孔和銷釘，並且允許孔和銷釘兩者在壓力活塞壓縮空氣室時自 由4立動。
權利要求
1.一種漂浮物，其漂浮在水中，並且其包括(1)主體；(2)上部構件，其固定到所述主體，並且從所述主體向上延伸，以及(3)控制裝置，其用於控制以下各項中的至少一個(a)所述上部構件相對於所述主體的方向，以及(b)所述上部構件的構型。
2. 如權利要求1所述的漂浮物，其中(a) 當所述漂浮物漂浮在靜止的水中時，所述上部構件具有相對於 水的靜止方向，且(b) 當所述漂浮物漂浮在帶有波浪的水中時，所述控制裝置減少所 述上部構件從所述靜止方向離開的運動。
3. 如權利要求2所述的漂浮物，其中(a) 所述上部構件被轉動地固定到所迷主體，(b) 所述控制裝置包括下部構件，所述下部構件(i) 被固定到所述主體，(ii) 從所述主體向下延伸，(iii) 被連接到所述上部構件，且(iv) 當所迷漂浮物處於帶有波浪的水中時，在所述漂浮物處在 水中並且受到波浪運動的作用時，引起所迷上部構件相對於所述主體轉 動。
4. 如任一在先權利要求所述的漂浮物，其中，所述上部構件具有可 以被改變的高度。
5. 如權利要求4所述的漂浮物，其中，所述上部構件為可伸縮的， 和/或可以摺疊和展開。
6. 如任一在先權利要求所述的漂浮物，其中，所述上部構件承載一個或更多個配件，該一個或更多個配件從組成為攝像機、無線電天線、無 線電發射器、無線電中繼器、氣象傳感器、信號燈以及用於檢測大氣和海 洋之間的熱量和氣體流量的傳感器的組中選出。
7. —種WPV (如前文所定義的)，其中，所述漂浮物為如任一在先 權利要求中定義的漂浮物。
8. —種纜索，其(a) 具有橫截面，所述橫截面(i) 具有從0.5到3.0英寸的翼長，且(ii) 包括引導邊緣部分和後緣部分，所述引導邊緣部分包括所 述橫截面的最大寬度，所述最大寬度為從O.l到l.O英寸，並且至多為所 述橫截面的翼長的0.5倍，且(b) 包括(1) 細長的抗拉構件，其在所述纜索處於張力下時承載載荷，以及(2) 至少一個附加的細長構件，其在所述纜索處於張力下時不 承載載荷，以及(3) 包殼，其提供所述纜索的外表面。
9. 如權利要求8所述的纜索，其中，所述抗拉構件為所述引導邊緣 的一部分；所述橫截面具有0.8到1.5英寸的翼長以及至多為翼長的0.5 倍的最大寬度；並且所迷後緣部分是錐形的。
10. 如權利要求8或9所述的纜索，其帶有標記，所述標記使得所述 纜索能被檢測，以確定其是否被扭轉。
11. 如權利要求8-10中任一權利要求所述的纜索，其進一步包括從 絕緣的所迷包殼以間隔開的間距延伸的鰭板。
12. —種WPV (如前文所定義的)，其中，所述系鏈包括如權利要求 8-U中任一權利要求定義的纜索，所述纜索被對齊，以便它的引導邊緣 部分^皮向著所述WPV的前面引導。
13. —種WPV (如前文所定義的)，其中，所述系鏈通過雙軸的萬向 接頭固定到所述漂浮物，所述雙軸的萬向接頭在所述漂浮物前後顛簸或滾 動時樞軸轉動，而在所述漂浮物左右搖擺時不樞軸轉動。
14. 如權利要求13所述的WPV,其中，所述系鏈通過雙軸的萬向接 頭固定到浮子，所述雙軸的萬向接頭在所述浮子前後顛簸或滾動時樞軸轉 動，而在所述漂浮物左右搖擺時不樞軸轉動。
15. —種WPV (如前文所定義的)，其包括用於確定所述系鏈是否被 扭轉的裝置。
16. 如4又利要求50所述的WPV,其中，所述系鏈包括標記，所述標 記可以通過電磁檢測被識別，並且所述漂浮物包括用於檢測所述系鏈上的 標記的裝置。
17. —種WPV (如前文所定義的)，其包括用於在所述系鏈被扭轉時 解開所述系鏈的裝置。
18. 如權利要求17所述的WPV，其中，用於解開所述系鏈的所述裝 置包括馬達驅動的轉動耦合裝置。
19. 一種WPV (如前文所定義的)，其中，所述系鏈通過彈性元件連 接到所述漂浮物或連接到所述浮子或連接到所述漂浮物和所述浮子兩者， 所述彈性元件可以吸收在所述系鏈從鬆弛狀態轉換到承載狀態時產生的 突發性栽荷。
20. —種WPV (如前文所定義的)，其包括壓敏連接，當所述連接上 的水壓力實質上超過在正常使用狀態下所述連接上的水壓力時，所述壓敏 連接引起所述系鏈從所述漂浮物分離或從所述浮子分離，或者引起所述系鏈斷裂。
21. —種WPV (如前文所定義的)，其包括放置在水平面以上不同高 度的二氧化碳傳感器。
全文摘要
本發明涉及一種漂浮物(1)，其適合於用作浮標或用作波浪動力載體的一個部件。該漂浮物(1)包括上部構件(12)，其高度可以改變，和/或其甚至在漂浮物處於帶有波浪的水中時保持實質上豎直。低拖曳纜索(2)適合於用作波浪動力載體中的系鏈，其具有流線型橫截面，並且包括抗拉構件(21)、至少一個非承載構件(22)以及聚合物包殼(23)，該抗拉構件(21)靠近橫截面的前部，該至少一個非承載構件(22)在抗拉構件的後面。波浪動力載體具有漂浮物(1)、水下浮子(3)和連接漂浮物和浮子的系鏈(2)，包括用於確定系鏈是否被扭轉的裝置；或者用於解開系鏈的裝置(91)；或者可以在載體與鯨纏結在一起而被向下拖時使系鏈分離的壓敏連接(71，72，73)；或者將系鏈固定到漂浮物或固定到浮子的2軸的萬向接頭；或者吸收由系鏈產生的突發性載荷的彈性元件；或者這些構件中的兩個或更多個。
文檔編號F03C7/00GK101622173SQ200880006903
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月29日 優先權日2007年3月2日
發明者威廉姆·斯圖茲, 庫爾特·A·F·基索, 德裡克·L·海恩, 格雷厄姆·海恩, 羅傑·G·海恩 申請人:裡奎德機器人技術公司