一种波浪双驱动滑翔器

本发明涉及波浪能水面无人航行器，特别是涉及一种波浪双驱动滑翔器。

背景技术：

1、波浪驱动的水面无人航行器是海洋环境调查的重要技术装备,具有在恶劣的海洋环境条件下,无人值守的长期、连续、同步、自动地对海洋水文、气象诸要素进行全面综合监测的特点,是海洋观测岸站、调查船和调查飞机在空间上和时间上的延伸扩展,是离岸监测的重要手段,具有其他调查方法无法代替的作用,被广泛的应用于我国海洋资料获取与海洋环境监测中。现行的波浪驱动的水面无人航行器，主要可以分为双体构型波浪滑翔器（wave glider）平台和单体结构构型的autonaut平台，均在海洋环境调查背景下开展了大量的应用。

2、但是目前2种构型的波浪驱动水面无人艇目前均存在一定的问题：

3、（1）双体构型的波浪滑翔器驱动力主要来源于波浪的垂荡作用，其运动速度受到波浪谱的影响难以提升，为增加平台的机动性和实用性，研究人员不得不在波浪滑翔器平台尾部增加了螺旋桨推进器以增加该平台的速度，但同时也大幅增加了设备的功耗，难以长期维系；另外由于双体构型的波浪滑翔器船体一直在波浪中随波飘荡，水面船体作为海气界面桅杆类传感器的搭载平台，其摇摆较大，严重影响水文气象类参数测量精度。

4、（2）单体构型的autonaut平台其驱动力主要来源于波浪的纵摇，其航向速度较快，但其平台由于没有水下牵引体，其水平拖曳力非常有限，无法搭载受易受平台本体干扰而必须远离平台进行布置的载荷。

5、基于此，如何能汇集波浪驱动水面无人艇的波浪驱动效能、波浪驱动速度、数据观测质量优势，并同时具备水下拖曳能力，是当前波浪驱动的水面无人航行器的发展方向。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种波浪双驱动滑翔器，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现高效能、高速度波浪驱动，提高观测数据质量。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种波浪双驱动滑翔器，包括水面主浮体、水面波浪驱动机构和水下波浪驱动机构；所述水面主浮体的前进方向为第一方向；所述水下波浪驱动机构设置在所述水面主浮体下方，且所述水下波浪驱动机构能够推动所述水面主浮体移动；所述水面波浪驱动机构包括两个助航翼机构，所述水面主浮体前端和后端的下方中部位置分别设有一个所述助航翼机构；所述助航翼机构包括主阀体、翼板轴和弹性回弹机构；所述主阀体与所述水面主浮体的前端或后端的中部位置连接，所述翼板轴中部位于所述主阀体内部且所述翼板轴与所述主阀体同轴设置，所述翼板轴能够绕所述主阀体的轴线与所述主阀体相对转动连接，所述翼板轴的两端伸出所述主阀体的部分固设有水翼板，位于所述主阀体两侧的所述水翼板对称设置；所述水翼板的上平面与所述第一方向之间具有驱动夹角，波浪能冲击在处于所述驱动夹角状态下的所述水翼板的上平面并能够驱动所述水面主浮体沿所述第一方向前进；当所述水翼板绕所述主阀体的轴线相对所述主阀体转动时，所述弹性回弹机构能够提供所述水翼板恢复至所述水翼板初始位置的拉力。

4、优选的，所述主阀体上还设有翼角调节机构，所述翼角调节机构具有弹性伸缩端，所述弹性伸缩端与所述水翼板连接，且所述翼角调节机构能够调整所述水翼板的上平面与所述第一方向之间的所述驱动夹角的大小。

5、优选的，所述弹性回弹机构包括多个内磁铁和与各所述内磁铁一一对应的外磁铁；各所述外磁铁绕所述主阀体的轴线周向均匀设置在所述主阀体内侧壁上，各所述内磁铁固设在所述翼板轴中部外侧壁上，各所述外磁铁分别与一个所述内磁铁保持相吸状态。

6、优选的，所述外磁铁包括第一磁体和第二磁体，所述主阀体内侧壁上绕其轴线周向设置有多个滑槽，各所述滑槽的长度延伸方向与所述主阀体的轴线平行，所述第一磁体和所述第二磁体均位于同一个所述滑槽内，且所述第一磁体和所述第二磁体均能够在所述滑槽内沿平行于所述主阀体的轴线方向移动；位于所述第一磁体与所述第二磁体之间的所述滑槽形成流体容置腔，所述流体容置腔内能够注入不同量的流体，所述第一磁体远离所述第二磁体的一端能够在所述主阀体的轴线方向超出所述内磁体对应的端部，且所述第二磁体远离所述第一磁体的一端能够在所述主阀体的轴线方向超出所述内磁体对应的端部。

7、优选的，所述弹性回弹机构还包括流体注入机构，所述流体注入机构包括流体存放箱、流体注入器和流体连通管；所述流体存放箱内用于盛放流体；所述流体存放箱固设在所述水面主浮体上，所述流体注入器设置在所述流体存放箱内；所述流体连通管的一端与所述流体注入器的输出口连接并连通，且所述流体连通管的另一端与各所述流体容置腔连通。

8、优选的，所述弹性回弹机构还包括控制器；所述水面主浮体上设置有用于采集波浪参数的波浪传感器；所述控制器与所述波浪传感器及所述流体注入器均通信连接。

9、优选的，位于所述水翼板转动的两侧分别设置有一个限位板，两个所述限位板均固设在所述主阀体上；所述水翼板在两个所述限位板之间转动时，所述外磁铁均时刻与同一个所述内磁铁保持相吸的状态。

10、优选的，所述翼板轴中部外侧与所述主阀体内侧壁之间还设置有内外磁隔离罩，所述内外磁隔离罩固定套设在所述翼板轴中部外侧上。

11、优选的，所述助航翼机构还包括拉杆，所述拉杆的一端与所述水面主浮体连接，且所述拉杆的另一端与所述主阀体连接。

12、优选的，所述水下波浪驱动机构包括水下配重体、柔性缆和多个水下驱动翼，所述水下配重体位于所述水面主浮体的下方，所述柔性缆的上端与所述水面主浮体固连，且所述柔性缆的下端与所述水下配重体固连，所述水下配重体的长度延伸方向与所述水面主浮体的长度延伸方向相同，且所述水下配重体沿其长度方向两侧均匀对称设有多个所述水下驱动翼。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、本发明提供的波浪双驱动滑翔器，通过在水面主浮体上设置水面波浪驱动机构和水下波浪驱动机构实现对水面主浮体的双驱动，从而实现水面主浮体能够达到高速度驱动，水下拖曳能力强；且设置的水面波浪驱动机构由位于水面主浮体的前后端各设置一个的助航翼机构组成，助航翼机构中采用能够转动的翼板轴与主阀体转动连接的方式，当波浪能带动翼板轴上的水翼板转动产生位置移动后，弹性回弹机构能够对波浪能进行蓄能，并进行释放推动水翼板恢复至初始位置，从而实现将波浪能转为前行的动力，合理借用波浪能，有效提高波浪利用率和前向驱动速度；且由于助航翼机构中水翼板的设置，其能够提供给水面主浮体一定的垂向阻力，使得水面主浮体在俯仰运动过程中始终受到来自水流的垂向阻力，该阻力会抑制水面主浮体在俯仰方向的摆动；而助航翼机构中左右对称的水翼板能够保证水面主浮体在左右两侧方向的平稳性，抑制水面主浮体在波浪中产生的横滚运动，综合以上实现水面主浮体能够更加平稳，从而使得数据观测质量更高。

15、进一步的，翼角调节机构的设置能够实现对水翼板的滑翔角能够实现调节，从而确保水翼板能够处于最优滑翔角度运动，提高波浪有效利用效果。

16、进一步的，采用由内磁铁和外磁铁形成弹性回弹机构，利用磁性吸引的方式实现对波浪能的蓄能，其部件磨损小，蓄能效果好。

17、进一步的，外磁铁采用由第一磁体和第二磁体构成，并搭配两者之间充放流体实现第一磁体和第二磁体与对应的内磁体的磁力正对面积的改变，进而改变内磁体与外磁体之间转动扭矩的调整，实现对水翼板恢复初始位置的蓄能大小的调整，从而适用不同强度下波浪的使用。

18、进一步的，流体注入机构将流体对流体容置腔进行注入或排放实现第一磁体与第二磁体之间距离的调整，其调整结构简单，方便可靠。

19、进一步的，通过控制器根据波浪传感器所采集的波浪数据对流体注入器实现自动实时调整，从而满足对不同强度的波浪的自动蓄能调节。

20、进一步的，限位板的设置能够限制水翼板的转动范围，从而确保其不被较强波浪对其推动造成过度转动而产生反向影响。

21、进一步的，内外磁隔离罩的设置能够保证内磁体与外磁体之间的隔离，使其不直接接触，确保两者之间稳定的相对运动。

22、进一步的，拉杆的设置能够使得主阀体相对于水面主浮体的下探位置的调整更灵活，适用不同深度下的使用需要。

23、进一步的，水下波浪驱动机构采用水下配重体和柔性缆构成，把波浪的垂向运动由水面传递至水下，将水下配重体抬高，由水下配重体将波浪能进行蓄能，并通过重力下滑经水下配重体两侧设置水下驱动翼产生前向运动的动力，实现波浪垂荡驱动，提高波浪利用率；水下波浪驱动机构和水面波浪驱动机构均采用波浪能实现驱动，其能够实现波浪驱动的高效能，以及波浪驱动实现高速度航行的效果。