用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統的製作方法

2023-05-08 02:41:31 1

用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統，屬於海洋工程【技術領域】。本發明包括：熱機圓管、彈性圓管、蓄能器、A單向閥、B單向閥、三通閥、A彈性內膽、彈性外膽、B彈性內膽、常閉電磁閥、高壓泵、電動機、逆變器、充放電控制器、鋰離子電池、太陽電池陣列。當水下滑翔機航行於有穩定溫躍層存在的海域時，由溫差能提供推進動力；當水下滑翔機在航行中遭遇強海流且溫差能動力不足時，由溫差能和太陽能共同提供推進動力；當水下滑翔機航行於弱溫差和逆溫差環境時，由太陽能提供推進動力；該混合動力推進系統可在多種海況下保證水下滑翔機正常航行，擴大了其運行範圍，並進一步增強了其續航力。
【專利說明】用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種混合動力推進系統，特別是一種用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統。
[0003]【背景技術】
[0004]利用海洋溫差能作為動力推進的水下滑翔機在航行時無需自身攜帶推進動力源，海洋溫躍層上下的溫差就是水下滑翔機的推進動力源。在有穩定溫躍層存在的海域，溫差能推進的水下滑翔機能夠長時間地在水下執行任務，在軍事探測和科學研究領域有著廣泛的用途。然而，海洋溫度垂直分布不斷變動，經常形成弱溫差和逆溫差環境，從而造成溫差能推進系統工作異常，進而導致水下滑翔機運行困難。
[0005]此外,現有水下滑翔機的速度相對較慢,最大水平速度大約為0.4 m/s,其設計航速是根據在航行海域中所估計的平均海流速度來確定的。實際航行海域中的海流速度是未知的，在不同的地方流速也不相同，特別是在靠近海面、海底水道和海峽處流速較高。對於低速航行的水下滑翔機來說，海流對它的影響就比較大。特別是遭遇強海流時，水下滑翔機的定位、航向保持和姿態調節都面臨很大的挑戰。這時需要水下滑翔機的動力推進系統提供更大的動力來增加其航速，使水下滑翔機能夠安全穿越強海流區。現有水下滑翔機的溫差能推進系統的熱效率低、輸出功率小，且在每個工作循環過程中水下滑翔機的最大浮力改變是固定的，無法進一步改變水下滑翔機的浮力來增加其航速。因此也無法保證水下滑翔機在強海流區穩定航行。
[0006]
【發明內容】

[0007]為了克服現有技術的不足和缺陷，本發明提供一種用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統。該系統綠色環保，冗餘度高，可靠性好；當水下滑翔機航行於有穩定溫躍層存在的海域時，由溫差能提供推進動力；當水下滑翔機在航行中遭遇強海流且溫差能動力不足時，由溫差能和太陽能共同提供推進動力；當水下滑翔機航行於弱溫差和逆溫差環境時，由太陽能提供推進動力；該混合動力推進系統可在多種海況下保證水下滑翔機正常航行，擴大了其運行範圍，並進一步增強了其續航力。
[0008]本發明是通過下述技術方案來實現的。
[0009]用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統包括:熱機圓管、彈性圓管、蓄能器、A單向閥、B單向閥、三通閥、A彈性內膽、彈性外膽、B彈性內膽、常閉電磁閥、高壓泵、電動機、逆變器、充放電控制器、鋰離子電池、太陽電池陣列。
[0010]熱機圓管置於水下滑翔機耐壓殼體底部，彈性圓管置於熱機圓管內，彈性外膽設於水下滑翔機尾部導流罩內，太陽電池陣列設於水下滑翔機的水平機翼上表面及耐壓殼體上部；蓄能器、A單向閥、B單向閥、三通閥、A彈性內膽、B彈性內膽、常閉電磁閥、高壓泵、電動機、逆變器、充放電控制器、鋰離子電池設於水下滑翔機耐壓殼體內；彈性圓管通過B單向閥與蓄能器管路連接，同時通過A單向閥與A彈性內膽管路連接；蓄能器和A彈性內膽分別與三通閥的兩端管路連接，三通閥的第三端與彈性外膽管路連接；B彈性內膽分別通過常閉電磁閥和高壓泵與彈性外膽管路連接；高壓泵與電動機通過電路連接，電動機與逆變器通過電路連接，充放電控制器分別與逆變器、鋰離子電池、太陽電池陣列通過電路連接。
[0011]熱機圓管內側與彈性圓管外側的夾層內設有工作介質，工作介質選用熔點為9.9°C的正十五烷；蓄能器的頂部充滿了蓄能氣體，蓄能氣體選用氮氣；彈性圓管內、蓄能器底部、A彈性內膽內、彈性外膽內和B彈性內膽內均充滿了傳輸液體,傳輸液體選用熔點為-9.6 °C的正十二烷。
[0012]本發明的有益效果:本發明所提供的溫差能和太陽能混合動力推進系統綠色環保，冗餘度高，可靠性好；當水下滑翔機航行於有穩定溫躍層存在的海域時，由溫差能提供推進動力；當水下滑翔機在航行中遭遇強海流且溫差能動力不足時，由溫差能和太陽能共同提供推進動力；當水下滑翔機航行於弱溫差和逆溫差環境時，由太陽能提供推進動力；該混合動力推進系統可在多種海況下保證水下滑翔機正常航行，擴大了其運行範圍，並進一步增強了其續航力。
[0013]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的原理圖。
[0015]圖2是本發明中熱機圓管和太陽電池陣列的布置示意圖。
[0016]圖中:1.熱機圓管、2.彈性圓管、3.蓄能器、4.A單向閥、5.B單向閥、6.三通閥、
7.A彈性內膽、8.彈性外膽、9.B彈性內膽、10.常閉電磁閥、11.高壓泵、12.電動機、13.逆變器、14.充放電控制器、15.鋰離子電池、16.太陽電池陣列。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]以下將結合附圖和實施例對本發明的具體實施作進一步描述。
[0019]如圖1、圖2所示，本發明包括:熱機圓管1、彈性圓管2、蓄能器3、A單向閥4、B單向閥5、三通閥6、A彈性內膽7、彈性外膽8、B彈性內膽9、常閉電磁閥10、高壓泵11、電動機12、逆變器13、充放電控制器14、鋰離子電池15、太陽電池陣列16。
[0020]熱機圓管I數量為4根，每根長2250 mm、內徑30 mm,置於水下滑翔機耐壓殼體底部。彈性圓管2置於熱機圓管I內，彈性外膽8裝於水下滑翔機尾部導流罩內，太陽電池陣列16裝於水下滑翔機的水平機翼上表面和耐壓殼體上部。蓄能器3、A單向閥4、B單向閥
5、三通閥6、A彈性內膽7、B彈性內膽9、常閉電磁閥10、高壓泵11、電動機12、逆變器13、充放電控制器14、鋰離子電池15裝於水下滑翔機耐壓殼體內，耐壓殼體內壓力為三分之二個大氣壓。彈性圓管2通過B單向閥5與蓄能器3管路連接，同時通過A單向閥4與A彈性內膽7管路連接。蓄能器3和A彈性內膽7分別與三通閥6的兩端管路連接，三通閥6的第三端與彈性外膽8管路連接。B彈性內膽9分別通過常閉電磁閥10和高壓泵11與彈性外膽8管路連接。高壓泵11與電動機12通過電路連接，電動機12與逆變器13通過電路連接，充放電控制器14分別與逆變器13、鋰離子電池15、太陽電池陣列16通過電路連接。
[0021]熱機圓管I內側與彈性圓管2外側的夾層內置有工作介質，工作介質選用熔點為
9.9°C的正十五烷；蓄能器3的頂部充滿了蓄能氣體，蓄能氣體選用氮氣；彈性圓管2內、蓄能器3底部、A彈性內膽7內、彈性外膽8內和B彈性內膽9內均充滿了傳輸液體,傳輸液體選用熔點為-9.6°C的正十二烷。
[0022]當水下滑翔機位於海面時，太陽電池陣列16將太陽輻射能轉換為電能，充放電控制器14將電能送往鋰離子電池15中存儲起來，並對鋰離子電池15起到過充電和過放電保護的作用。
[0023]在有穩定溫躍層存在的海域，水下滑翔機由溫差能推進系統提供動力。在溫暖的海面上，工作介質是膨脹的液體，蓄能氣體被壓縮，彈性外膽8膨脹。打開三通閥6，使彈性外膽8中的傳輸液體流入A彈性內膽7，水下滑翔機體積減小、浮力減小，並開始下潛。
[0024]當水下滑翔機進入冷水層時，工作介質放熱、凝固、收縮，彈性圓管2通過A單向閥4從A彈性內膽7中吸入傳輸液體。
[0025]當水下滑翔機到達預定海洋深處時，打開三通閥6，讓蓄能器3底部受壓的傳輸液體流入彈性外膽8，水下滑翔機體積增加、浮力增加，並開始上浮。
[0026]當水下滑翔機進入暖水層時，工作介質吸熱、熔化、膨脹，將傳輸液體從彈性圓管2中壓入蓄能器3，蓄能氣體被壓縮。
[0027]當水下滑翔機再次到達海面達到下潛之前的平衡時，溫差能推進系統完成一個工作循環。
[0028]到達海面時，水下滑翔機與控制中心進行無線通信，與此同時，太陽電池陣列16再次將太陽輻射能轉換為電能並送往鋰離子電池15中存儲起來。
[0029]當水下滑翔機航行於弱溫差和逆溫差環境而溫差能推進系統無法正常工作時，水下滑翔機由太陽能推進系統提供動力。打開常閉電磁閥10，使彈性外膽8中的傳輸液體流入B彈性內膽9，水下滑翔機體積減小、浮力減小，並開始下潛。
[0030]當水下滑翔機到達預定海洋深處時，充放電控制器14使鋰離子電池15放電，逆變器13將直流電轉換成交流電以驅動電動機12，電動機12推動高壓泵11使B彈性內膽9中的傳輸液體泵入彈性外膽8，水下滑翔機體積增加、浮力增加，並開始上浮。
[0031]到達海面時，水下滑翔機與控制中心進行無線通信，與此同時，太陽電池陣列16再次將太陽輻射能轉換為電能並送往鋰離子電池15中存儲起來。
[0032]當水下滑翔機遭遇強海流且溫差能推進系統無法提供足夠動力時，水下滑翔機由溫差能推進系統和太陽能推進系統共同提供動力。
【權利要求】
1.一種用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統，其特徵在於:包括熱機圓管(1)、彈性圓管(2)、蓄能器(3)、A單向閥(4)、B單向閥(5)、三通閥(6)、A彈性內膽(7)、彈性外膽(8)、B彈性內膽(9)、常閉電磁閥(10)、高壓泵(11)、電動機(12)、逆變器(13)、充放電控制器(14)、鋰離子電池(15)、太陽電池陣列(16);熱機圓管⑴置於水下滑翔機耐壓殼體底部，彈性圓管(2)置於熱機圓管(I)內，彈性外膽(8)設於水下滑翔機尾部導流罩內，太陽電池陣列(16)設於水下滑翔機的水平機翼上表面及耐壓殼體上部；蓄能器(3)、A單向閥(4)、B單向閥(5)、三通閥(6)、A彈性內膽(7)、B彈性內膽(9)、常閉電磁閥(10)、高壓泵(11)、電動機(12)、逆變器(13)、充放電控制器(14)、鋰離子電池(15)設於水下滑翔機耐壓殼體內；彈性圓管(2)通過B單向閥(5)與蓄能器(3)管路連接，同時通過A單向閥⑷與A彈性內膽(7)管路連接；蓄能器(3)和A彈性內膽(7)分別與三通閥(6)的兩端管路連接，三通閥(6)的第三端與彈性外膽(8)管路連接出彈性內膽(9)分別通過常閉電磁閥(10)和高壓泵(11)與彈性外膽⑶管路連接；高壓泵(11)與電動機(12)通過電路連接，電動機(12)與逆變器(13)通過電路連接，充放電控制器(14)分別與逆變器(13)、鋰離子電池(15)、太陽電池陣列(16)通過電路連接。
2.按照權利要求1所述的用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統，其特徵在於:所述的熱機圓管(I)內側與彈性圓管(2)外側的夾層內設有工作介質。
3.按照權利要求2所述的用於水下滑翔機的溫差能和太陽能混合動力推進系統，其特徵在於:所述的工作介質選用熔點為9.9°C的正十五烷。
【文檔編號】B63H21/20GK103803046SQ201210439258
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月7日 優先權日:2012年11月7日
【發明者】楊海, 李光, 馮觀, 孫攀, 李為, 王欣安 申請人:中國艦船研究設計中心