輸出，一部分用于給發(fā)電機(jī)艙中的電池充電，還有一部分經(jīng)整流器整流后用于給磁羅盤、深度計(jì)和電路板供電。電池用于驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)，電路板用于給舵機(jī)發(fā)出控制指令，深度計(jì)用于測(cè)量水下風(fēng)箏的深度，磁羅盤用于測(cè)量水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)方向，舵機(jī)用于帶動(dòng)方向舵5擺動(dòng)，進(jìn)而控制水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)方向。
[0035]禍輪發(fā)電機(jī)4的數(shù)量與發(fā)電機(jī)艙3的數(shù)量相同，且每個(gè)均包括禍輪和發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)設(shè)置于發(fā)電機(jī)艙3中，渦輪設(shè)置于渦輪發(fā)電機(jī)4的前端，并與發(fā)電機(jī)同軸連接，并與發(fā)電機(jī)艙的增速器連接；當(dāng)水流通過渦輪時(shí)將驅(qū)動(dòng)渦輪快速旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)將帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電能并傳遞到鎧裝纜7。
[0036]方向舵5和垂直尾翼6設(shè)置于發(fā)電機(jī)艙3的尾部，二者活動(dòng)相連，方向舵5可以繞垂直尾翼6擺動(dòng)，用于控制水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)方向，垂直尾翼6用于穩(wěn)定水下風(fēng)箏的航向。
[0037]鎧裝纜7用于通過水下風(fēng)箏在水下產(chǎn)生的拉力和垂直尾翼6的阻力形成回復(fù)力矩，以防止水下風(fēng)箏橫滾或俯仰失穩(wěn)；同時(shí)鎧裝纜一端和渦輪發(fā)電機(jī)的輸出電線連接，另一端通過鉸鏈和重力錨8活動(dòng)連接，鉸鏈可以繞重力錨8自由旋轉(zhuǎn)。
[0038]剛性支架10包括多根剛性桿，剛性桿的一端和主翼1固定連接，另一端通過爆炸螺栓11與鎧裝纜7固定連接。應(yīng)該注意的是，雖然圖中僅僅示出三根剛性桿，但并不代表其數(shù)量就是3個(gè)，還可以是任何數(shù)量。
[0039]本發(fā)明使用水下風(fēng)箏實(shí)現(xiàn)潮汐和洋流發(fā)電的方法包括以下步驟:
[0040](1)將水下風(fēng)箏14通過運(yùn)輸船或其他運(yùn)輸工具運(yùn)輸?shù)街付ǖ陌l(fā)電位置；
[0041](2)將水下風(fēng)箏14投放入海中，通過重力錨8將水下風(fēng)箏14系泊在海底；
[0042](3)利用鎧裝纜7將水下風(fēng)箏14通過鉸鏈系泊在重力錨8上，在洋流或者潮汐的作用下，水下風(fēng)箏14的主翼1位于和水平方向的洋流或潮汐呈接近垂直的球面上；
[0043](4)利用洋流或潮汐作用于主翼上的升力驅(qū)動(dòng)水下風(fēng)箏繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洋流或潮汐動(dòng)能驅(qū)動(dòng)水下風(fēng)箏運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的相對(duì)流驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電；其中為了提高發(fā)電效率，在水下風(fēng)箏14的運(yùn)動(dòng)期間可通過方向舵5的擺動(dòng)改變水下風(fēng)箏14的運(yùn)動(dòng)方向，最終實(shí)現(xiàn)水下風(fēng)箏14在XY、YZ和XZ平面的投影軌跡(分別參見圖2至4中的15、16和17所示)，鎧裝纜7在水下風(fēng)箏14的運(yùn)動(dòng)過程中一直處于繃直狀態(tài)。在水下風(fēng)箏14的運(yùn)動(dòng)過程中，其航行速度最大可達(dá)潮流速度的10倍，
[0044](5)輸出電纜9將渦輪發(fā)電機(jī)4產(chǎn)生的電能輸出到指定的發(fā)電位置。
[0045]本發(fā)明是一種利用潮汐和洋流發(fā)電的發(fā)電方法?；陲L(fēng)箏原理制作的水下風(fēng)箏，可利用洋流和潮汐的穩(wěn)定流場(chǎng)，將潮汐和洋流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為水下風(fēng)箏的動(dòng)能，再利用水下風(fēng)箏內(nèi)置的渦輪發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)潮汐和洋流發(fā)電。水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)速度能夠達(dá)到洋流或潮汐流速的10倍，由于發(fā)電功率正比于速度的3次方，于是速度提升10倍，相比于普通的潮汐和洋流發(fā)電方法，水下風(fēng)箏的發(fā)電功率可以提升1000倍，因此發(fā)電效率會(huì)大大的提升。
[0046]水下風(fēng)箏通過鎧裝纜系泊在水底的重力錨上，其主翼位于和水平方向的洋流方向呈接近垂直的球面上(運(yùn)動(dòng)方向)。水下風(fēng)箏發(fā)電的原理是:利用洋流作用于水下風(fēng)箏主翼的升力驅(qū)動(dòng)水下風(fēng)箏繞系泊點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)動(dòng)能向水下風(fēng)箏動(dòng)能的轉(zhuǎn)換；水下風(fēng)箏運(yùn)動(dòng)時(shí)水流驅(qū)動(dòng)其內(nèi)置的渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。為高效利用洋流動(dòng)能，水下風(fēng)箏在運(yùn)動(dòng)面中實(shí)現(xiàn)8字形往復(fù)運(yùn)動(dòng)，確保洋流可提供較高的升力。
[0047]為確保水下風(fēng)箏能懸浮在水中，設(shè)計(jì)水下風(fēng)箏為正浮力狀態(tài)，特別是主翼采用夾心材料制作。方向舵產(chǎn)生的側(cè)向力可克服其正浮力，使水下風(fēng)箏可被控制下潛和上浮。此夕卜，鎧裝纜一方面用于將水下風(fēng)箏系泊在重力錨上，另一方面用于將渦輪發(fā)電機(jī)的電輸送至目的地。
[0048]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下風(fēng)箏，包括機(jī)座主翼、連接板、多個(gè)發(fā)電機(jī)艙、多個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)、方向舵、垂直尾翼、鎧裝纜、重力錨、輸出電纜、剛性支架、以及爆炸螺栓，其特征在于， 主翼通過連接板與發(fā)電機(jī)艙固定連接； 發(fā)電機(jī)艙設(shè)置于主翼下方； 渦輪發(fā)電機(jī)包括渦輪和發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)設(shè)置于發(fā)電機(jī)艙中，渦輪設(shè)置于渦輪發(fā)電機(jī)的前端，并與發(fā)電機(jī)同軸連接； 方向舵和垂直尾翼設(shè)置于發(fā)電機(jī)艙的尾部，二者活動(dòng)相連； 鎧裝纜一端和渦輪發(fā)電機(jī)的輸出電線連接，另一端通過鉸鏈和重力錨活動(dòng)連接，用于通過水下風(fēng)箏在水下產(chǎn)生的拉力和垂直主翼的阻力形成回復(fù)力矩，以防止水下風(fēng)箏橫滾或俯仰失穩(wěn)； 剛性支架包括多根剛性桿，剛性桿的一端和主翼固定連接，另一端通過爆炸螺栓與鎧裝纜固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下風(fēng)箏，其特征在于，主翼采用大展弦比結(jié)構(gòu)，其材料采用夾心材料，表面是碳纖維，內(nèi)部是浮力材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下風(fēng)箏，其特征在于， 發(fā)電機(jī)艙包括整流器、增速器、發(fā)電機(jī)、深度計(jì)、磁羅盤、電路板、舵機(jī)、輸出電線和電池。 增速器與渦輪發(fā)電機(jī)連接，用于使渦輪發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)發(fā)電； 禍輪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能一部分通過輸出電線輸出，一部分用于給發(fā)電機(jī)艙中的電池充電，還有一部分經(jīng)整流器整流后用于給磁羅盤、深度計(jì)和電路板供電； 電池用于驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)，電路板用于給舵機(jī)發(fā)出控制指令，深度計(jì)用于測(cè)量水下風(fēng)箏的深度，磁羅盤用于測(cè)量水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)方向，舵機(jī)用于帶動(dòng)方向舵擺動(dòng)，進(jìn)而控制水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)方向。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下風(fēng)箏，其特征在于，方向舵可以繞垂直尾翼擺動(dòng)，用于控制水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)方向，垂直尾翼用于穩(wěn)定水下風(fēng)箏的航向。5.一種使用水下風(fēng)箏實(shí)現(xiàn)潮汐和洋流發(fā)電的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將水下風(fēng)箏通過運(yùn)輸船或其他運(yùn)輸工具運(yùn)輸?shù)街付ǖ陌l(fā)電位置； (2)將水下風(fēng)箏投放入海中，通過重力錨將水下風(fēng)箏系泊在海底； (3)利用鎧裝纜將水下風(fēng)箏通過鉸鏈系泊在重力錨上，在洋流或者潮汐的作用下，水下風(fēng)箏的主翼位于和水平方向的洋流或潮汐呈接近垂直的球面上。 (4)利用洋流或潮汐作用于主翼上的升力驅(qū)動(dòng)水下風(fēng)箏繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洋流或潮汐動(dòng)能驅(qū)動(dòng)水下風(fēng)箏運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的相對(duì)流驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電； (5)輸出電纜將渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能輸出到指定的發(fā)電位置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為在水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)期間，可通過方向舵的擺動(dòng)改變水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)方向，以實(shí)現(xiàn)水下風(fēng)箏在XY、YZ和XZ平面的投影軌跡。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，鎧裝纜在水下風(fēng)箏的運(yùn)動(dòng)過程中一直處于繃直狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下風(fēng)箏，包括機(jī)座主翼、連接板、多個(gè)發(fā)電機(jī)艙、多個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)、方向舵、垂直尾翼、鎧裝纜、重力錨、輸出電纜、剛性支架、以及爆炸螺栓，發(fā)電機(jī)艙設(shè)置于主翼下方，渦輪發(fā)電機(jī)包括渦輪和發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)設(shè)置于發(fā)電機(jī)艙中，渦輪設(shè)置于渦輪發(fā)電機(jī)的前端，并與發(fā)電機(jī)同軸連接，方向舵和垂直尾翼設(shè)置于發(fā)電機(jī)艙的尾部，二者活動(dòng)相連，鎧裝纜一端和渦輪發(fā)電機(jī)的輸出電線連接，另一端通過鉸鏈和重力錨活動(dòng)連接，剛性支架包括多根剛性桿，剛性桿的一端和主翼固定連接，另一端通過爆炸螺栓與鎧裝纜固定連接。本發(fā)明能有效地利用潮汐和洋流發(fā)電，從而更有效地降低發(fā)電成本，提高發(fā)電效率，并很好地解決沿海島礁的供電問題。
【IPC分類】F03B13/14, F03B13/26
【公開號(hào)】CN105298729
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510794519
【發(fā)明人】李寶仁, 楊鋼, 杜經(jīng)民, 傅曉云, 高磊, 高隆隆, 習(xí)毅, 唐騰飛
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日