專利名稱：海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下運(yùn)載器，尤其是一種設(shè)置了聯(lián)動(dòng)活塞、不需要自帶能源、滑翔運(yùn)行的海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器，屬于船舶工程技術(shù)領(lǐng)域中水下居住或作業(yè)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前已有的水下運(yùn)載器都需要攜帶能源以驅(qū)動(dòng)前進(jìn)。由于攜帶能源所需占用的容積和本身重量的限制，使攜帶能源的數(shù)量受到嚴(yán)格的限制，以至束縛了水下運(yùn)載器的運(yùn)行時(shí)間和航程。能源的攜帶也提高了運(yùn)行成本和制造成本。
已有技術(shù)中，專利號(hào)為96112523.3的水翼式潛水船發(fā)明專利，是將水翼反向安裝在潛水船下，利用潛水船在水面向前行駛而產(chǎn)生向下沉力以克服潛水船的儲(chǔ)備浮力，使其潛入水下，但向前行駛的動(dòng)力仍需潛艇自身提供，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用昂貴。專利號(hào)為01100006.6的滑翔潛艇發(fā)明專利，其潛艇在水下是依賴滑翔翼滑行，滑翔翼需依靠人力操縱和驅(qū)動(dòng)，不能持久遠(yuǎn)程運(yùn)行。專利號(hào)為02130748.2的多方式驅(qū)動(dòng)滑翔潛艇發(fā)明專利，是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電借助蓄電池以獲得潛艇的前進(jìn)動(dòng)力，其航程受限于蓄電池的壽命，又因?yàn)楸仨毣氐剿嫜a(bǔ)充能源而限制了應(yīng)用范圍。上述三種技術(shù)都由于能量來源而束縛了自身的運(yùn)行時(shí)間和航程。攜帶能源的消耗也提高了運(yùn)行成本和制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有水下運(yùn)載器需要自行攜帶能源、不能長期在水下工作的不足，本發(fā)明提供一種海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器。
本發(fā)明包括外殼、工作流體腔、活塞、彈簧、連桿、液體腔、液體缸、工質(zhì)缸、垂直尾翼、水平機(jī)翼、可變?nèi)莘e膽、液體活塞、輸液管。
運(yùn)載器外殼是一流線型中空殼體，可減少在水中航行時(shí)的阻力。工作流體腔安裝在外殼艏部，其內(nèi)充滿具有熱脹冷縮性質(zhì)的工質(zhì)。圓柱型的工質(zhì)缸安裝在工作流體腔的后面，工質(zhì)缸的外部包有一層厚厚的導(dǎo)熱材料層，導(dǎo)熱材料層的外表面與外殼的內(nèi)表面緊密貼合，活塞安裝在工質(zhì)缸中，活塞的前部空間與工作流體腔相通，彈簧一端與活塞的后端面相連，另一端與工質(zhì)缸的底部相連，液體缸8安置在外殼的后部，液體缸中的液體活塞通過連桿與前部的工質(zhì)缸中的活塞連接。液體活塞的前部空間是液體腔。液體腔中充滿著在海水環(huán)境中任何情況都保持為液態(tài)的低熔點(diǎn)的流體。
可變?nèi)莘e膽安裝在外殼的底部，液體腔通過輸液管與可變?nèi)莘e膽相通。當(dāng)其中所盛的液體壓力提高時(shí)，可變?nèi)莘e膽膨脹，體積變大，使整個(gè)運(yùn)載器的總?cè)莘e增大，浮力提高，獲得向上的浮力。反之，當(dāng)可變?nèi)莘e膽所盛的液體壓力下降時(shí)，可變?nèi)莘e膽收縮，浮力下降，運(yùn)載器獲得下沉力。
垂直尾翼安置在外殼的尾部上方；水平機(jī)翼安置在外殼前半部的兩側(cè)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與連桿聯(lián)動(dòng)，隨著連桿左右移動(dòng)改變向前的迎角，控制運(yùn)載器的上升和下降，保持運(yùn)載器本身的平衡和獲得足夠的水中浮力。
該水下運(yùn)載器必須在海洋的溫躍層附近上下運(yùn)行。當(dāng)它浮到溫躍層以上的海水層時(shí)，水溫較高，通過導(dǎo)熱材料層將熱量傳遞給工作流體腔內(nèi)的工質(zhì)，使工質(zhì)受熱體積膨脹，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)擠壓彈簧，將部分能量儲(chǔ)存于彈簧內(nèi)。該運(yùn)動(dòng)通過連桿，使液體活塞也向右移動(dòng)，液體腔容積增大，其中所盛液體壓力下降，可變?nèi)莘e膽中的液體回流進(jìn)入液體腔，可變?nèi)莘e膽收縮，運(yùn)載器總體容積變小，浮力下降，形成向下的下沉力。連桿向右移動(dòng)時(shí)，水平機(jī)翼的傾角變成斜向下的位置，使運(yùn)載器獲得向前下方滑行運(yùn)動(dòng)的推力，運(yùn)載器向前下方滑行，進(jìn)入溫躍層以下的冷水層時(shí)，工作流體腔內(nèi)的工質(zhì)，通過導(dǎo)熱材料層將熱量釋放給冷海水，溫度下降，容積縮小，工作流體腔內(nèi)的壓力下降，借助彈簧的恢復(fù)力，活塞向左移動(dòng)，通過連桿使液體活塞也向左移動(dòng)，液體腔容積減少，液體壓力升高后流入可變?nèi)莘e膽，使可變?nèi)莘e膽體積膨脹，運(yùn)載器總體容積增大，獲得向上的浮力。連桿向左移動(dòng)時(shí)，水平機(jī)翼的傾角變成斜向上的位置，使運(yùn)載器獲得向前上方滑行運(yùn)動(dòng)的推力向前上方滑行，進(jìn)入溫水層。
不論運(yùn)載器獲得向上的升力或是向下的下沉力，都會(huì)向前運(yùn)行。如此周而復(fù)始，運(yùn)載器持續(xù)以“之”字型向前滑行，無需自帶能源就能獲得向前的推力。
本發(fā)明的有益效果是，運(yùn)載器可以長期在水中運(yùn)行，無需補(bǔ)充能源，制造成本和運(yùn)行成本低廉，在涉及海洋水下工作的各個(gè)領(lǐng)域有重大的實(shí)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明水下運(yùn)載器驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明水下運(yùn)載器側(cè)視圖。
圖中 1.外殼、2.導(dǎo)熱材料層 3.工作流體腔、4.活塞、5.彈簧、6.連桿、7.液體腔、8.液體缸、9.工質(zhì)缸、10.垂直尾翼、11.水平機(jī)翼、12.可變?nèi)莘e膽、13.液體活塞、14.輸液管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步的描述。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括外殼1、工作流體腔3、活塞4、彈簧5、連桿6、液體腔7、液體缸8、工質(zhì)缸9、垂直尾翼10、可旋轉(zhuǎn)水平機(jī)翼11、可變?nèi)莘e膽12、液體活塞13、輸液管14。
運(yùn)載器流線型外殼1是一紡錘形中空殼體，工作流體腔3安裝在艏部外殼1內(nèi)，其內(nèi)充滿具有熱脹冷縮性質(zhì)的R-22制冷工質(zhì)。圓柱型的工質(zhì)缸9安裝在工作流體腔3的后面，工質(zhì)缸9的外表面包有用銅合金材料制成的導(dǎo)熱材料層2，導(dǎo)熱材料層2的外表面與外殼1的內(nèi)表面緊密貼合，活塞4安裝在工質(zhì)缸9中，活塞4的前部空間與工作流體腔3相通，彈簧5一端與活塞4的后端面相連，另一端與工質(zhì)缸9的底部相連，液體缸8安置在外殼1的后部，液體缸8中的液體活塞13通過連桿6與活塞4連接。液體腔7位于液體活塞13的前部空間內(nèi)。液體腔7中充滿著熔點(diǎn)為-12℃的正十二烷，正十二烷是具有良好流動(dòng)性的流體，在海水環(huán)境中工作的任何情況都保持為液態(tài)。
可變?nèi)莘e膽12安裝在外殼1的底部，液體腔7通過輸液管14與可變?nèi)莘e膽12相通?？勺?nèi)莘e膽12是由具有彈性的橡膠材料制成。當(dāng)其中所盛的液體壓力提高時(shí)，可變?nèi)莘e膽12膨脹，體積變大，使整個(gè)運(yùn)載器的總?cè)莘e增大，浮力提高，獲得向上的浮力。反之，當(dāng)可變?nèi)莘e膽12所盛的液體壓力下降時(shí)，可變?nèi)莘e膽12收縮，浮力下降，運(yùn)載器獲得下沉力。
垂直尾翼10安置在外殼1的尾部上方；垂直尾翼10可以根據(jù)運(yùn)載器事先設(shè)定的行走路線左右轉(zhuǎn)動(dòng)，以控制運(yùn)載器本身的姿態(tài)和左右前進(jìn)的方向。
水平機(jī)翼11安置在外殼1前半部的兩側(cè)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與連桿6聯(lián)動(dòng)，水平機(jī)翼11隨著連桿6的左右移動(dòng)改變向前的迎角，控制運(yùn)載器的上升和下降，保持運(yùn)載器本身的平衡和獲得足夠的水中浮力。
該水下運(yùn)載器必須在海洋的溫躍層附近上下運(yùn)行。當(dāng)它浮到溫躍層以上的海水層時(shí)，水溫較高，通過導(dǎo)熱材料層2將熱量傳遞給工作流體腔3內(nèi)的工質(zhì)，使工質(zhì)受熱體積膨脹，推動(dòng)活塞4向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)擠壓彈簧5，將部分能量儲(chǔ)存于彈簧5內(nèi)。該運(yùn)動(dòng)通過連桿6，傳遞到液體活塞13，使液體活塞13聯(lián)動(dòng)，也向右移動(dòng)，液體腔7容積增大，其中所盛液體壓力下降，可變?nèi)莘e膽12中的液體回流進(jìn)入液體腔7，使可變?nèi)莘e膽12收縮，運(yùn)載器總體容積變小，浮力下降，形成向下的下沉力。連桿6向右移動(dòng)時(shí)，水平機(jī)翼11的傾角隨著連桿6的移動(dòng)變成斜向下的位置，使運(yùn)載器獲得向前下方滑行運(yùn)動(dòng)的推力。運(yùn)載器向前下方滑行，進(jìn)入溫躍層以下的冷水層時(shí)，工作流體腔3內(nèi)的工質(zhì)，通過導(dǎo)熱材料層2將熱量釋放給冷海水，溫度下降，容積縮小，工作流體腔3內(nèi)的壓力下降，借助彈簧5的恢復(fù)力，活塞4向左移動(dòng)，通過連桿6使液體活塞13也向左移動(dòng)，液體腔7容積減少，液體壓力升高后流入可變?nèi)莘e膽12，使可變?nèi)莘e膽12體積膨脹，運(yùn)載器總體容積增大，獲得向上的浮力。連桿6向左移動(dòng)時(shí)，水平機(jī)翼11的傾角隨著連桿6的移動(dòng)變成斜向上的位置，使運(yùn)載器獲得向前上方滑行運(yùn)動(dòng)的推力。運(yùn)載器向前上方滑行，進(jìn)入溫躍層以上的海水層。
由此，不論運(yùn)載器獲得向上的升力或是向下的下沉力，都會(huì)向前運(yùn)行。如此周而復(fù)始，運(yùn)載器持續(xù)以“之”字型向前滑行，無需自帶能源就能獲得向前的推力。
權(quán)利要求
1.一種海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器，包括外殼(1)、工作流體腔(3)、活塞(4)、彈簧(5)、連桿(6)、液體腔(7)、液體缸(8)、工質(zhì)缸(9)、垂直尾翼(10)、可旋轉(zhuǎn)水平機(jī)翼(11)、可變?nèi)莘e膽(12)、液體活塞(13)、輸液管(14)，其特征在于運(yùn)載器外殼(1)是一流線型中空殼體，工作流體腔(3)安裝在外殼(1)艏部，圓柱型的工質(zhì)缸(9)安裝在工作流體腔3的后面，工質(zhì)缸(9)的外表面包有導(dǎo)熱材料層(2)，活塞(4)安裝在工質(zhì)缸(9)中，活塞(4)的前部空間與工作流體腔(3)相通，彈簧(5)一端與活塞(4)的后端面相連，另一端與工質(zhì)缸(9)的底部相連，液體缸(8)安置在外殼(1)的后部，液體缸(8)中的液體活塞(13)通過連桿(6)與活塞(4)連接，液體腔(7)位于液體活塞(13)的前部空間內(nèi)；可變?nèi)莘e膽(12)安裝在外殼(1)的底部，液體腔(7)通過輸液管(14)與可變?nèi)莘e膽(12)相通，垂直尾翼(10)安置在外殼(1)的尾部上方；水平機(jī)翼(11)安置在外殼(1)前半部的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器，其特征是所述的運(yùn)載器流線型外殼(1)是一紡錘形中空殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器，其特征是在工作流體腔(3)內(nèi)，充滿具有熱脹冷縮性質(zhì)的R-22制冷工質(zhì)，液體腔(7)內(nèi)充滿著熔點(diǎn)為-12℃的正十二烷液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器，其特征是所述的水平機(jī)翼(11)與連桿(6)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器，其特征是所述的可變?nèi)莘e膽(12)是由具有彈性的橡膠材料制成，導(dǎo)熱材料層(2)采用銅合金材料制成，其外表面與外殼(1)的內(nèi)表面緊密貼合。
全文摘要
海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑翔運(yùn)載器，是一種設(shè)置了聯(lián)動(dòng)活塞、不需要自帶能源、利用海洋能的在溫躍層滑翔運(yùn)行的水下運(yùn)載器。本發(fā)明包括外殼、工作流體腔、活塞、彈簧、連桿、液體腔、液體缸、工質(zhì)缸、垂直尾翼、水平機(jī)翼、可變?nèi)莘e膽、液體活塞、輸液管。利用海洋能，使得可變?nèi)莘e膽體積膨脹、縮小，進(jìn)而使得運(yùn)載器上升、下降，并利用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使水平機(jī)翼改變角度，使運(yùn)載器獲得向前上或前下方滑行運(yùn)動(dòng)的推力。不論運(yùn)載器獲得向上的升力或是向下的壓力，都會(huì)向前運(yùn)行。如此周而復(fù)始，運(yùn)載器持續(xù)以“之”字型向前滑行，運(yùn)載器可以長期在水中運(yùn)行，無需補(bǔ)充能源，制造成本和運(yùn)行成本低廉，在涉及海洋水下工作的各個(gè)領(lǐng)域有重大的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)F03G7/05GK1618695SQ20041008927
公開日2005年5月25日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者馬捷, 戴斌, 張建棟, 蔡燁 申請人:上海交通大學(xué)