基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器的製作方法

2023-06-04 19:59:06 2

專利名稱：基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器的製作方法
技術領域：
本發明涉及水下推進器，尤其涉及基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器。
背景技術：
水下推進器實際是一種遙控潛水器。現有水下推進器的推進方式有多種，如普通螺旋槳 推進器、導管螺旋槳推進器、平旋推進器、槽道推進器和新興的磁流體推進器等，種類較多。 普通螺旋槳推進器結構簡單且應用最廣，推進效率較高，但是單一的普通螺旋槳推進器在水 下較難控制被推進物體的行進方向和姿態；導管螺旋槳推進器是由美國的路德維克，科特在 1934年發明的，它是在螺旋槳外面罩上一個專門設計的套筒或導管，當螺旋槳正轉時，前部 形成一個負壓區，後面形成一個正壓區，從而產生向前的推力，該推力包括螺旋槳自身旋轉 帶來的推力和在導管上產生的推力，同時還加速了槳盤處的水流，使得推進效率提高，與相 同效率的普通螺旋槳推進器相比，導管螺旋槳推進器的尺寸要小得多，這樣有利於機器人的 總體設計，便於操作；平旋推進器的主要工作部件是由一個圓盤上伸出的4-6個槳葉組成， 槳葉軸線與圓盤相垂直，圓盤經過齒輪與推進軸連接，通過改變槳葉與圓盤的相對位置，就 可以在與軸成直角的平面內產生任意方向的推力，不需要舵和轉動軸，就具有優良的操縱性 和機動性，但是由於幾個槳葉不能同時處於有效推進狀態，故效率比普通螺旋槳低很多。但 是，現有水下推進器受推進技術的限制，還存在著姿態調整難度大、動作靈敏度不高、不能 適應水下地形地貌的複雜變化等問題。此外，水下推進器的能源供給問題己成為制約其應用 向深入發展的技術瓶頸，如何充分利用海洋巨大的能源，解決水下推進器的能源供給問題， 也成為各個國家研究的重點。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可將波浪能轉換為電能，支 持遠距離航行，並且可以實現快速轉向和橫向翻滾等複雜運動的基于波浪能的傾轉旋翼矢量 推進器。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案
一種基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，包括機身框架，所述機身框架上裝設有波能轉 換裝置、蓄電池和至少兩組傾轉旋翼矢量推進裝置，波能轉換裝置和各傾轉旋翼矢量推進裝 置分別與蓄電池連接，所述傾轉旋翼矢量推進裝置包括滑翔翼、推進機構、傾轉驅動電機和 傾轉架，所述滑翔翼一端固定於機身框架上，所述傾轉架支承於滑翔翼另一端，所述傾轉驅動電機的輸出端與傾轉架連接，推進機構裝設於傾轉架上。
所述推進機構包括側翼螺旋槳、側翼螺旋槳傳動機構和側翼螺旋槳驅動電機，所述側翼 螺旋槳支承於傾轉架上，所述側翼螺旋槳驅動電機通過側翼螺旋槳傳動機構與側翼螺旋槳相連。
所述機身框架上裝設有尾翼矢量推進裝置，所述尾翼矢量推進裝置包括尾翼螺旋槳、尾 翼螺旋槳傳動機構、尾翼螺旋槳驅動電機、翻轉架和翻轉驅動電機，所述翻轉架支承於機身 框架的尾端，翻轉驅動電機的輸出端與翻轉架連接，尾翼螺旋槳支承於翻轉架上，尾翼螺旋 槳驅動電機通過尾翼螺旋槳傳動機構與尾翼螺旋槳相連。
所述波能轉換裝置包括波浪感應部分、運動傳遞部分、單向運動轉換部分和蝸簧扭轉發 電部分，所述波浪感應部分包括內框架、橫軸、第一縱軸、第二縱軸和重錘，所述第一縱軸 和第二縱軸支承於機身框架上，所述內框架一端支承於第一縱軸上，另一端與第二縱軸固定 連接，所述橫軸與第一縱軸垂直布置，且橫軸的兩端支承於內框架上，所述橫軸上裝設有第 二錐齒輪和重錘，所述第一縱軸上裝設有與第二錐齒輪嚙合的第一錐齒輪，第一縱軸和第二 縱軸分別與運動傳遞部分相連，所述運動傳遞部分通過單向運動轉換部分與蝸簧扭轉發電部 分相連，蝸簧扭轉發電部分與蓄電池相連。
所述運動傳遞部分包括兩組皮帶傳動機構，所述單向運動轉換部分包括第一換向裝置和 第二換向裝置，所述第一換向裝置的輸出端和第二換向裝置的輸出端分別連接於蝸簧扭轉發 電部分的兩端，第一換向裝置的輸入端通過一組皮帶傳動機構與第一縱軸連接，第二換向裝 置的輸入端通過另一組皮帶傳動機構與第二縱軸連接。
所述第一換向裝置和第二換向裝置均包括雙向輸入軸、單向輸出軸、單向離合齒輪、單 向離合器、內齒輪軸和行星輪，所述單向離合齒輪和單向離合器的內圈均與雙向輸入軸固接， 並且單向離合齒輪和單向離合器的離合旋向相反，內齒輪軸一端的內齒輪部通過行星輪與單 向離合齒輪外圈的齒輪部嚙合，內齒輪軸另一端與單向離合器的外圈相接，所述單向輸出軸 與單向離合器的外圈固定連接。
所述蝸簧扭轉發電部分包括蓄能蝸簧、第一電磁離合器、摩擦輪、第二電磁離合器、計 數控制器、位移傳感器以及與蓄電池連接的發電機，所述第一換向裝置的輸出端與蓄能蝸簧 的內圈連接，第二換向裝置的輸出端經第一電磁離合器與蓄能蝸簧的外圈飛輪連接，所述摩 擦輪與外圈飛輪緊密貼合，摩擦輪輸出端經第二電磁離合器與發電機輸入端連接，兩件位移 傳感器分別設於第一換向裝置和第二換向裝置的輸出端，計數控制器的數據採集端與兩件位 移傳感器相連，計數控制器的控制端與第一電磁離合器和第二電磁離合器相連。所述機身框架上裝設有滑翔推進控制裝置，所述滑翔推進控制裝置包括定位支架和裝設 於定位支架上的齒輪泵、油箱、溢流閥、兩件雙層皮囊和兩件三位四通換向闊，所述齒輪泵 上裝設有齒輪泵電機，各雙層皮囊的外層與外界水連通，各雙層皮囊的內層分別與一三位四 通換向閥的A油口連通，油箱與各三位四通換向閥的B油口連通，齒輪泵的輸出端與各三位 四通換向閥的P油口連通，齒輪泵的輸入端與各三位四通換向閥的O油口連通，溢流閥一端 與齒輪泵的輸出端連通，另一端與齒輪泵的輸入端連通。所述橫軸的端部裝設有第一轉角控 制電機，所述第二縱軸的端部裝設有第二轉角控制電機。
與現有技術相比，本發明的優點在於
1、 將波能轉換裝置同傾轉旋翼矢量推進裝置結合起來，利用波能轉換裝置藉助波浪運動 產生機械能，並將機械能轉換為電能存儲於蓄電池中，使蓄電池可以持續為推進器提供能源， 實現遠距離航行；傾轉旋翼矢量推進裝置包括滑翔翼和推進機構，推進機構通過傾轉控制機 構裝設於滑翔翼的端部，該傾轉控制機構可以通過傾轉驅動電機驅動傾轉架帶動推進機構旋 轉，從而改變推進機構產生的推進力方向，在多組傾轉旋翼矢量推進裝置的配合下，不僅可 以使推進器實現前進、後退、垂直上升、垂直下降等簡單運動，而且可以實現快速轉向和橫 向翻滾等複雜運動。
2、 機身框架上裝設有尾翼矢量推進裝置，該尾翼矢量推進裝置的尾翼螺旋槳支承於翻轉 架上，該翻轉架可以在翻轉驅動電機驅動下帶動尾翼螺旋槳擺動，使尾翼螺旋槳不僅可以為 推進器提供更大的動力，而且可以提高推進器的轉向能力。
3、 波能轉換裝置包括波浪感應部分、運動傳遞部分、單向運動轉換部分和蝸簧扭轉發電 部分，當波浪運動作用於推進器上時，波浪感應部分的內框架和重錘形成往復擺動，將波浪 能轉換為機械能，運動傳遞部分將往復機械運動傳遞到單向運動轉換部分，經單向運動轉換 部分將往復運動轉換成單向轉動，使蝸簧扭轉發電部分中的蝸簧產生扭轉，從而將機械能以 彈性勢能的形式存儲於蝸簧中，當蝸簧扭轉到設定量時，集中釋放彈性勢能，使彈性勢能通 過發電機動轉變為電能，最後將電能存儲於畜電池中，用於為推進器提供動力。
4、 滑翔推進控制裝置可以通過改變排水體積對推進器所受浮力進行調整，使推進器可以 實現沉降和上浮兩種運動，並通過控制擺錘或內框架的偏轉方向改變推進器重心位置，使推 進器上的滑翔翼與水平面形成一定夾角，從而在推進器沉降或上浮的過程中，受滑翔翼的影 響，實現滑翔前進、轉向；處於滑翔推進狀態時，推進器耗電量低，當浮力和重心調整到位 後可斷開驅動部分的電力，僅利用推進器與水的相互作用實現前進。
5、 本發明的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器還具有製造成本和維護費用低、可重複利用、投放回收方便、可大量布放等特點。


圖1是本發明的結構示意圖2是本發明傾轉旋翼矢量推進裝置和尾翼矢量推進裝置的機構簡圖;
圖3是本發明波能轉換裝置的結構示意圖一；
圖4是本發明波能轉換裝置的結構示意圖二；
圖5是本發明換向裝置的結構示意圖6是本發明換向裝置的剖視結構示意圖7是本發明滑翔推進控制裝置的結構示意圖8是本發明滑翔推進控制裝置的液壓原理圖。圖中各標號表示
1、機身框架2、波能轉換裝置
3、傾轉旋翼矢量推進裝置4、尾翼矢量推進裝置
5、蓄電池6、滑翔推進控制裝置
21、第一換向裝置22、第二換向裝置
31、滑翔翼32、推進機構
33、傾轉驅動電機34、傾轉架
41、尾翼螺旋槳42、尾翼螺旋槳傳動機構
43、尾翼螺旋槳驅動電機44、翻轉架
45、翻轉驅動電機60、定位支架
61、齒輪泵62、油箱
63、溢流閥64、雙層皮囊
65、三位四通換向閥66、齒輪泵電機
201、內框架202、橫軸
203、第一縱軸204、第二縱軸
205、第一錐齒輪206、第二錐齒輪
207、重錘208、蓄能蝸簧
209、第一電磁離合器210、摩擦輪
211、第二電磁離合器212、發電機
213、計數控制器214、位移傳感器215、雙向輸入軸 216、單向輸出軸
217、單向離合齒輪 218、單向離合器
219、內齒輪軸 220、行星輪
221、行星輪架 222、第一轉角控制電機
223、第二轉角控制電機 224、大帶輪
225、小帶輪 226、傳動皮帶
321、側翼螺旋槳 322、側翼螺旋槳傳動機構
323、側翼螺旋槳驅動電機 2081、內圈
2082、外圈飛輪
具體實施例方式
如圖1所示，本發明的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，包括機身框架1、波能轉換裝置2、傾轉旋翼矢量推進裝置3、尾翼矢量推進裝置4、蓄電池5和滑翔推進控制裝置6。傾轉旋翼矢量推進裝置3和尾翼矢量推進裝置4是推進器的主要動力裝置，並且均可調整推進方向，本實施例中傾轉旋翼矢量推進裝置3設有兩組，且分別安裝於機身框架1兩側；尾翼矢量推進裝置4設有一組，且裝設於機身框架1的尾端。滑翔推進控制裝置6裝設於機身框架1的前部，主要用於調整推進器在水中所受的浮力。波能轉換裝置2裝設於機身框架1的後部，用於將波浪能轉換為電能並存儲於蓄電池5中，使蓄電池5可以持續為傾轉旋翼矢量推進裝置4提供動力，使推進器可以實現遠距離航行。
如圖2所示，本實施例中，兩組傾轉旋翼矢量推進裝置3均包括滑翔翼31、推進機構32、傾轉驅動電機33和傾轉架34，滑翔翼31 —端固定於機身框架1上，傾轉架34通過軸承支承於滑翔翼31另一端，傾轉驅動電機33的輸出端通過齒輪副與傾轉架34連接。該推進機構32包括側翼螺旋槳321、側翼螺旋槳傳動機構322和側翼螺旋槳驅動電機323，側翼螺旋槳321通過軸承支承於傾轉架34上，側翼螺旋槳驅動電機323的輸出端通過側翼螺旋槳傳動機構322與側翼螺旋槳321的轉軸相連。在傾轉驅動電機33的驅動下傾轉架34可帶動推進機構32產生旋轉，且旋轉軸垂直於機身框架1布置。其中傾轉驅動電機33和側翼螺旋槳驅動電機323均裝設於機身框架1上，並且均位於機身內部，均可受到機身框架1的保護，側翼螺旋槳驅動電機323的輸出軸與傾轉架34的旋轉軸布置於同一軸線上，側翼螺旋槳321的轉軸與側翼螺旋槳驅動電機323的輸出軸垂直布置，側翼螺旋槳傳動機構322為錐齒輪傳動副，3傾轉架34轉動時，側翼螺旋槳驅動電機323仍能夠通過該錐齒輪傳動副正常驅動側翼螺旋槳321轉動，使傾轉架34的轉動和側翼螺旋槳321的轉動互不幹涉。通過傾轉驅動電機33
9驅動傾轉架34帶動推進機構32旋轉，從而改變推進機構32產生的推進力方向，在兩組傾轉 旋翼矢量推進裝置3的配合下，推進器不僅可以實現前進、後退、垂直上升、垂直下降等簡 單運動，而且可以實現快速轉向和橫向翻滾等複雜運動。例如，將推進機構32調整到適當的 方向，可以利用推進機構32產生的推進力輔助轉向，使轉向更靈活，迴轉半徑更小，轉向速 度更快；當兩組傾轉旋翼矢量推進裝置3中的推進機構32產生的推進力方向相反且均垂直於 滑翔翼31所在平面時，可以使推進器產生繞機身縱軸線旋轉的橫向翻滾運動。本實施例中， 尾翼矢量推進裝置4包括尾翼螺旋槳41、尾翼螺旋槳傳動機構42、尾翼螺旋槳驅動電機43、 翻轉架44和翻轉驅動電機45，翻轉架44通過軸承支承於機身框架1的尾端，翻轉驅動電機 45的輸出端通過直齒輪副和錐齒輪副與翻轉架44連接，尾翼螺旋槳41通過軸承支承於翻轉 架44上，尾翼螺旋槳驅動電機43通過尾翼螺旋槳傳動機構42與尾翼螺旋槳41相連，該尾 翼螺旋槳傳動機構42為由三件錐齒輪組成的錐齒輪傳動機構，其中的中間錐齒輪通過軸承支 承於翻轉架44的轉軸上，因此，當翻轉架44轉動時，尾翼螺旋槳驅動電機43仍能夠通過該 錐齒輪傳動機構正常驅動尾翼螺旋槳41轉動，使翻轉架44的轉動和尾翼螺旋槳41的轉動互 不幹涉。翻轉架44可以在翻轉驅動電機45驅動下帶動尾翼螺旋槳41擺動，使尾翼螺旋槳 41不僅可以為推進器提供更大的動力，而且可以提高推進器的轉向能力。
如圖3、圖4、圖5和圖6所示，本實施例中，波能轉換裝置2包括波浪感應部分、運動 傳遞部分、單向運動轉換部分和蝸簧扭轉發電部分。波浪感應部分包括內框架201、橫軸202、 第一縱軸203和第二縱軸204，第一縱軸203和第二縱軸204通過軸承支承於機身框架1上， 第一縱軸203上裝設有第一錐齒輪205，內框架201 —端通過軸承支承於第一縱軸203上， 另一端與第二縱軸204固定連接，橫軸202與第一縱軸203垂直布置，且橫軸202的兩端支 承於內框架201上，橫軸202上裝設有重錘207以及與第一錐齒輪205嚙合的第二錐齒輪206， 該重錘207由剛性杆、配重箱和配重物組成，剛性杆一端與橫軸202固定連接，另一端與配 重箱固定連接，配重物裝設於配重箱內，本實施例中用蓄電池5作為配重物，這樣既可利用 蓄電池5重量大的特點滿足配重要求，又可節省空間，便於推進器中其它組件的安裝。運動 傳遞部分由兩組皮帶傳動機構組成，各皮帶傳動機構均包括大帶輪224、小帶輪225和傳動 皮帶226，大帶輪224和小帶輪225通過傳動皮帶226連接。單向運動轉換部分包括第一換 向裝置21和第二換向裝置22，第一換向裝置21和第二換向裝置22均包括雙向輸入軸215、 單向輸出軸216、單向離合齒輪217、單向離合器218、內齒輪軸219、行星輪220和通過軸 承支承於雙向輸入軸215上的行星輪架221，單向離合齒輪217和單向離合器218的內圈均 與雙向輸入軸215固接，並且單向離合齒輪217和單向離合器218的離合旋向相反，行星輪220的轉軸固定於行星輪架221上，內齒輪軸219 —端的內齒輪部通過行星輪220與單向離 合齒輪217外圈的齒輪部嚙合，內齒輪軸219另一端與單向離合器218的外圈相接，單向輸 出軸216與單向離合器218的外圈固定連接。第一換向裝置21的雙向輸入軸215通過一組皮 帶傳動機構與第一縱軸203連接，其中大帶輪224與第一縱軸203連接，小帶輪225與雙向 輸入軸215連接；第二換向裝置22的雙向輸入軸215通過另一組皮帶傳動機構與第二縱軸 204連接，其中大帶輪224與第二縱軸204連接，小帶輪225與雙向輸入軸215連接，第一 換向裝置21和第二換向裝置22的單向輸出軸216處於同一軸線上，且輸出的旋轉方向相反。 蝸簧扭轉發電部分包括蓄能蝸簧208、第一電磁離合器209、摩擦輪210、第二電磁離合器211、 計數控制器213、與蓄電池5連接的發電機212以及兩件位移傳感器214，第一換向裝置21 的單向輸出軸216與蓄能蝸簧208的內圏2081連接，第二換向裝置22的單向輸出軸216經 第一電磁離合器209與蓄能蝸簧208的外圈飛輪2082連接，摩擦輪210與外圈飛輪2082緊 密貼合，摩擦輪210輸出端經第二電磁離合器211與發電機212輸入端連接，兩件位移傳感 器214分別設於第一換向裝置21和第二換向裝置22的輸出端，計數控制器213的數據採集 端與兩件位移傳感器214相連，計數控制器213的控制端與第一電磁離合器209和第二電磁 離合器211相連。
波能轉換裝置2的具體工作過程可分為蓄能過程和發電過程兩個部分。蓄能過程中，第 一電磁離合器209閉合，第二電磁離合器211斷開，當波浪作用於機身框架1上時，內框架 201和重錘207由於本身的慣性，會產生相對於機身框架1的擺動，內框架201擺動時，帶 動與其固定連接的第二縱軸204作往復轉動，第二縱軸204將這一往復轉動經皮帶傳動機構 傳遞到第二換向裝置22的雙向輸入軸215。當雙向輸入軸215以圖3中箭頭所示方向正向輸 入時，單向離合齒輪217的內圈隨雙向輸入軸215正向轉動，內、外圏之間的滾動體處於內、 外圈之間的間隙大端，外圈不隨內圈轉動；同時，單向離合器218的內圈隨雙向輸入軸215 JH向轉動，由於單向離合器218與單向離合齒輪217的離合旋向相反，所以單向離合器218 內、外圈之間的滾動體被壓迫至內、外圈之間的間隙小端，並且內圈通過滾動體將外圈頂緊， 使單向離合器218的外圈隨內圈正向轉動，與單向離合器218外圈固定連接的單向輸出軸216 正向輸出，並經第一電磁離合器209帶動蓄能蝸簧208的外圈飛輪2082正向轉動(同時，與 單向離合器218外圈固定連接的內齒輪軸219正向轉動，並經行星輪220傳遞給單向離合齒 輪217外圈的齒輪部，使單向離合齒輪217外圈相對內圈反向轉動，不會對內圈的正向轉動 造成幹涉)。當雙向輸入軸215反向輸入時，單向離合齒輪217的內圈隨雙向輸入軸215反向 轉動，內、外圈之間的滾動體被壓迫至內、外圈之間的間隙小端，內圈通過滾動體將外圈頂
11緊，使單向離合齒輪217外圈的齒輪部隨內圈反向轉動，並逕行星輪220傳遞給內齒輪軸219 的內齒輪部，使內齒輪軸219正向轉動，內齒輪軸219通過單向離合器218外圈將正向轉動 傳遞給單向輸出軸216，使單向輸出軸216正向輸出，並經第一電磁離合器209帶動蓄能蝸 簧208的外圈飛輪2082正向轉動(同時，單向離合器218內圈反向轉動、外圈正向轉動，單 向離合器218內、外圈之間的滾動體處於內、外圈之間的間隙大端，不會對單向離合器218 內、外圈之間的相對轉動造成幹涉)。重錘207擺動時，橫軸202隨之往復轉動，並依次經第 二錐齒輪206、第一錐齒輪205、第一縱軸203和皮帶傳動機構傳遞給第一換向裝置21的雙 向輸入軸215，第一換向裝置21的工作原理與第二換向裝置22的工作原理相同，在此不再 贅述，但是第一換向裝置21中單向輸出軸216的轉動方向與第二換向裝置22中單向輸出軸 216的轉動方向相反，這樣，第一換向裝置21中單向輸出軸216帶動蓄能蝸簧208的內圈2081 反向轉動，內圈2081與外圈飛輪2082的旋轉方向相反，加速能量蓄集，提高波浪能利用效 率。在蓄能過程中，第一換向裝置21和第二換向裝置22輸出端的位移傳感器214用於收集 第一換向裝置21和第二換向裝置22的輸出軸轉動圈數，並將該信息傳遞到計數控制器213， 計數控制器213將兩者的轉動圈數相加，當兩者的轉動圈數之和達到設定值時，計數控制器 213發出控制信號，使第一電磁離合器209斷開，第二電磁離合器211閉合，波能轉換裝置2 進入發電過程。在發電過程中，蓄能蝸簧208的外圈飛輪2082在彈性勢能的作用下旋轉，並 由外圈飛輪2082帶動摩擦輪210高速旋轉，摩擦輪210經第二電磁離合器211將轉動傳遞到 發電機212，使發電機212開始發電，發電機212產生的電能被存儲到蓄電池5中。
如圖7和圖8所示，機身框架1上裝設有滑翔推進控制裝置6,滑翔推進控制裝置6包 括定位支架60和裝設於定位支架60上的齒輪泵61、油箱62、溢流閥63、兩件雙層皮囊64 和兩件三位四通換向閥65，油箱62中裝有油液，齒輪泵61上裝設有用於驅動齒輪泵61的 齒輪泵電機66，各雙層皮囊64的外層與外界水連通，各雙層皮囊64的內層分別與一三位四 通換向閥65的A油口連通，油箱62與各三位四通換向閥65的B油口連通，齒輪泵61的輸 出端與各三位四通換向閥65的P油口連通，齒輪泵61的輸入端與各三位四通換向閥65的0 油口連通，溢流閥63—端與齒輪泵61的輸出端連通，另一端與齒輪泵61的輸入端連通，橫 軸202的端部裝設有第一轉角控制電機222，第二縱軸204的端部裝設有第二轉角控制電機 223。
滑翔推進控制裝置6工作時，推進器進入滑翔推進狀態，不啟動傾轉旋翼矢量推進裝置 3和尾翼矢量推進裝置4也可使推進器向目的地移動，但是，波能轉換裝置2停止蓄能。滑 翔推進控制裝置6通過改變排水體積對推進器所受浮力進行調整，使推進器可以實現沉降和上浮兩種運動，並通過控制重錘207或內框架201的偏轉方向改變推進器重心位置，使推進 器上的滑翔翼31與水平面形成一定夾角，從而在推進器沉降或上浮的過程中，受滑翔翼31 的影響，實現滑翔前進和轉向。在滑翔推進過程中，若需要增大浮力，即要求增大雙層皮囊 64的排水體積，通過控制三位四通換向閥65，使A油口與P油口連通，B油口與O油口連 通，油箱62內的油液在齒輪泵61的作用下依次經B油口與0油口進入齒輪泵61，再通過齒 輪泵61增壓後依次經P油口與A油口進入內皮囊，使得雙層皮囊64的內層皮囊體積增大， 外層皮囊中的海水被擠出，使得排水體積增加，浮力增大，推進器開始上浮；相反，若要減 小浮力，即要求減小雙層皮囊64的排水體積，通過控制三位四通換向閥65，使A油口與O 油口連通，B油口與P油口連通，海水的壓力迫使雙層皮囊64的內層皮囊壓縮、體積減小， 內層皮囊內的油液依次經A油口與O油口進入齒輪泵61，從齒輪泵61輸出後再依次經P油 口與B油口回流至油箱62中，雙層皮囊64的內層皮囊被壓縮後，使得排水體積減小，浮力 減小，推進器丌始下沉。當完成內層皮囊的注油或排油後，控制三位四通換向閥65將各油口 斷開，且互不連通，維持內層皮囊內的油量，使浮力保持不變。推進器丌始上浮時，通過第 一轉角控制電機222驅動橫軸202轉動，使重棰207向後擺動，推進器的重心相對於浮心後 移，使推進器的前端上翹，這樣推進器就可以在上浮的過程中實現前進；推進器開始下沉時， 通過第一轉角控制電機222驅動橫軸202轉動，使重錘207向前擺動，推進器的重心相對於 浮心前移，使推進器的後端上翹，這樣推進器就可以在下沉過程中實現前進。在推進器上浮 或下沉的過程中，通過第二轉角控制電機223驅動第二縱軸204轉動，使內框架201偏轉， 引起推進器橫向重心的變化，產生橫滾力矩，形成橫滾角，使推進器在重力和水動力的作用 下實現轉向。同時雙層皮囊64也可以參與橫向重心的調整，向一側的雙層皮囊64內層中注 入油液，並將另一側雙層皮囊64內層中的油液排出，使兩側形成重量差，重量差越大，重心 偏移量就越大，轉向角度越大。推進器處於滑翔推進狀態時，浮力和重心調整到位後可斷開 驅動部分的電力，僅利用推進器與水的相互作用就可以實現前進，耗電量低。
本發明的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器中，傾轉旋翼矢量推進裝置3不僅可以設置 為兩組，還可以根據需要設為三組或更多組，此類簡單替換均應視為本發明的等同替換，均 應落在本發明的保護範圍之內。
1權利要求
1、一種基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，包括機身框架(1)，其特徵在於所述機身框架(1)上裝設有波能轉換裝置(2)、蓄電池(5)和至少兩組傾轉旋翼矢量推進裝置(3)，波能轉換裝置(2)和各傾轉旋翼矢量推進裝置(3)分別與蓄電池(5)連接，所述傾轉旋翼矢量推進裝置(3)包括滑翔翼(31)、推進機構(32)、傾轉驅動電機(33)和傾轉架(34)，所述滑翔翼(31)一端固定於機身框架(1)上，所述傾轉架(34)支承於滑翔翼(31)另一端，所述傾轉驅動電機(33)的輸出端與傾轉架(34)連接，推進機構(32)裝設於傾轉架(34)上。
2、 根據權利要求1所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述推進機 構(32)包括側翼螺旋槳(321)、側翼螺旋槳傳動機構(322)和側翼螺旋槳驅動電機(323)， 所述側翼螺旋槳(321)支承於傾轉架(34)上，所述側翼螺旋槳驅動電機(323)通過側翼 螺旋槳傳動機構(322)與側翼螺旋槳(321)相連。
3、 根據權利要求1或2所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述機 身框架(1)上裝設有尾翼矢量推進裝置(4)，所述尾翼矢量推進裝置(4)包括尾翼螺旋槳(41)、尾翼螺旋槳傳動機構(42)、尾翼螺旋槳驅動電機(43)、翻轉架(44)和翻轉驅動電 機(45)，所述翻轉架(44)支承於機身框架(1)的尾端，翻轉驅動電機(45)的輸出端與 翻轉架(44)連接，尾翼螺旋槳(41)支承於翻轉架(44)上，尾翼螺旋槳驅動電機(43) 通過尾翼螺旋槳傳動機構(42)與尾翼螺旋槳(41)相連。
4、 根據權利要求1或2所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述波 能轉換裝置(2)包括波浪感應部分、運動傳遞部分、單向運動轉換部分和蝸簧扭轉發電部分， 所述波浪感應部分包括內框架(201)、橫軸(202)、第一縱軸(203)、第二縱軸(204)和重 綞(207)，所述第一縱軸(203)和第二縱軸(204)支承於機身框架(1)上，所述內框架(201) 一端支承於第一縱軸(203)上，另一端與第二縱軸(204)固定連接，所述橫軸(202)與第 一縱軸(203)垂直布置，且橫軸(202)的兩端支承於內框架(201)上，所述橫軸(202) 上裝設有第二錐齒輪(206)和重錘(207)，所述第一縱軸(203)上裝設有與第二錐齒輪(206) 嚙合的第一錐齒輪(205)，第一縱軸(203)和第二縱軸(204)分別與運動傳遞部分相連， 所述運動傳遞部分通過單向運動轉換部分與蝸簧扭轉發電部分相連，蝸簧扭轉發電部分與蓄 電池(5)相連。
5、 根據權利要求3所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述波能轉 換裝置(2)包括波浪感應部分、運動傳遞部分、單向運動轉換部分和蝸簧扭轉發電部分，所 述波浪感應部分包括內框架(201)、橫軸(202)、第一縱軸(203)、第二縱軸(204)和重綞(207)，所述第一縱軸(203)和第二縱軸(204)支承於機身框架(1)上，所述內框架(201) 一端支承於第一縱軸(203)上，另一端與第二縱軸(204)固定連接，所述橫軸(202)與第 一縱軸(203)垂直布置，且橫軸(202)的兩端支承於內框架(201)上，所述橫軸(202) 上裝設有第二錐齒輪(206)和重錘(207)，所述第一縱軸(203)上裝設有與第二錐齒輪(206) 嚙合的第一錐齒輪(205)，第一縱軸(203)和第二縱軸(204)分別與運動傳遞部分相連， 所述運動傳遞部分通過單向運動轉換部分與蝸簧扭轉發電部分相連，蝸簧扭轉發電部分與蓄 電池(5)相連。
6、 根據權利要求5所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述運動傳 遞部分包括兩組皮帶傳動機構，所述單向運動轉換部分包括第一換向裝置(21)和第二換向 裝置(22)，所述第一換向裝置(21)的輸出端和第二換向裝置(22)的輸出端分別連接於蝸 簧扭轉發電部分的兩端，第一換向裝置(21)的輸入端通過一組皮帶傳動機構與第一縱軸(203) 連接，第二換向裝置(22)的輸入端通過另一組皮帶傳動機構與第二縱軸(204)連接。
7、 根據權利要求6所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述第一換 向裝置(21)和第二換向裝置(22)均包括雙向輸入軸(215)、單向輸出軸(216)、單向離 合齒輪(217)、單向離合器(218)、內齒輪軸(219)和行星輪(220)，所述單向離合齒輪(217) 和單向離合器(218)的內圈均與雙向輸入軸(215)固接，並且單向離合齒輪(217)和單向 離合器(218)的離合旋向相反，內齒輪軸(219) —端的內齒輪部通過行星輪(220)與單向 離合齒輪(217)外圈的齒輪部嚙合，內齒輪軸(219)另一端與單向離合器(218)的外圈相 接，所述單向輸出軸(216)與單向離合器(218)的外圈固定連接。
8、 根據權利要求7所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述蝸簧扭 轉發電部分包括蓄能蝸簧(208)、第一電磁離合器(209)、摩擦輪(210)、第二電磁離合器(211)、計數控制器(213)、發電機(212)以及兩件位移傳感器(214)，所述第一換向裝置 (21)的輸出端與蓄能蝸簧(208)的內圈(2081)連接，第二換向裝置(22)的輸出端經第 一電磁離合器(209)與蓄能蝸簧(208)的外圈飛輪(2082)連接，所述摩擦輪(210)與外 圈飛輪(2082)緊密貼合，摩擦輪(210)輸出端經第二電磁離合器(211)與發電機(212) 輸入端連接，兩件位移傳感器(214)分別設於第一換向裝置(21)和第二換向裝置(22)的 輸出端，計數控制器(213)的數據採集端與兩件位移傳感器(214)相連，計數控制器(213) 的控制端與第一電磁離合器(209)和第二電磁離合器(211)相連，發電機(212)與蓄電池 (5)連接。
9、 根據權利要求8所述的基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，其特徵在於所述機身框架(1)上裝設有滑翔推進控制裝置(6)，所述滑翔推進控制裝置(6)包括定位支架(60) 和裝設於定位支架(60)上的齒輪泵(61)、油箱(62)、溢流閥(63)、兩件雙層皮囊(64) 和兩件三位四通換向閥(65)，所述齒輪泵(61)上裝設有與蓄電池(5)連接的齒輪泵電機(66),各雙層皮囊(64)的外層與外界水連通，各雙層皮囊(64)的內層分別與一三位四通 換向閥(65)的A油口連通，油箱(62)與各三位四通換向閥(65)的B油口連通，齒輪泵(61)的輸出端與各三位四通換向閥(65)的P油口連通，齒輪泵(61)的輸入端與各三位 四通換向閥(65)的O油口連通，溢流閥(63) —端與齒輪泵(61)的輸出端連通，另一端 與齒輪泵(61)的輸入端連通，所述橫軸(202)的端部裝設有第一轉角控制電機(222)，所 述第二縱軸(204)的端部裝設有第二轉角控制電機(223)。
全文摘要
本發明公開了一種基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器，包括機身框架，所述機身框架上裝設有波能轉換裝置、蓄電池和至少兩組傾轉旋翼矢量推進裝置，波能轉換裝置和各傾轉旋翼矢量推進裝置分別與蓄電池連接，所述傾轉旋翼矢量推進裝置包括滑翔翼、推進機構、傾轉驅動電機和傾轉架，所述滑翔翼一端固定於機身框架上，所述傾轉架支承於滑翔翼另一端，所述傾轉驅動電機的輸出端與傾轉架連接，推進機構裝設於傾轉架上。該基于波浪能的傾轉旋翼矢量推進器具有可將波浪能轉換為電能，支持遠距離航行，並且可以實現快速轉向和橫向翻滾等複雜運動的優點。
文檔編號B63G8/08GK101513927SQ20091004292
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者楠 叢, 尚建忠, 王曉明, 羅自榮 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學