一种利用波浪能推进及获能发电的船舶

本发明属于船舶，具体为一种利用波浪能推进及获能发电的船舶。

背景技术：

1、拍动水翼装置是一种船舶运动装置，水翼在与流体相互作用下能够产生升力和推力，通过对水翼布置方案和波能转化装置设计进行合理设计，此类装置能够起到船舶推进、将波浪能转化为电能供应到船上各舱室等效果。

2、现有技术中船舶大多采用螺旋桨推进器，在低速近目标作业中存在性能不佳的问题。在自然界的水生动物中，鱼类通过尾鳍的摆动来推动自己前进。尾鳍的摆动是由鱼类的肌肉驱动的，通过肌肉的收缩和放松产生推进力。这种推进方式具有高效性和灵活性，因此人们希望能够将其应用到水下推进装置中。拍动水翼推进器相对于传统的螺旋桨推进器有较多的优点，如其机动性好，转弯半径小，操纵性稳定，实现桨舵合一。搭载拍动水翼的船舶运动性能较比传统的螺旋桨船舶的运动性能具有极大的提高。

3、拍动水翼推进器按自由度可分为单自由度推进器、双自由度推进器和三自由度推进器。单自由度水翼推进器结构简单，但只能完成扑翼的拍水运动。三自由度水翼推进器结构复杂，不易实现工程应用。而双自由度能很好的完成船舶的各种运动指标。

4、公开号为cn101003301a的发明专利中公开了一种水下仿水翼推进装置，该推进装置采用两个电机+控制系统，实现水翼拍动和旋转运动的两个自由度的旋转。但是，这种防水翼推进装置结构复杂，并且需要精确的控制，须配置复杂的单片机控制系统且价格昂贵，目前这种技术还很少应用到工程实际中。

5、总的来说，现有的螺旋桨推进器存在效率低、噪音和振动较大、结构设计复杂、耐久性和机动性差的缺点。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种工作效率高、噪音振动小、耐久性和机动性高的利用波浪能推进及获能发电的船舶。

2、技术方案：本发明所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，包括船体，船体尾部设置拍动水翼式推进装置，拍动水翼式推进装置与波能转化装置相连；拍动水翼式推进装置包括可伸缩式杆件、双陀螺式浮子、浮子支撑杆件、固定支架、水翼、转轴、弹簧，双陀螺式浮子通过可伸缩式杆件与水翼相连，水翼与固定支架通过转轴相连，固定支架与船体相连，固定支架的两侧设置弹簧，可伸缩式杆件与双陀螺式浮子铰接，双陀螺式浮子能够在浮子支撑杆件上移动，从而限制双陀螺式浮子旋转。弹簧用于稳定水翼的升沉运动。可伸缩式杆件用来调整双陀螺式浮子与水翼的距离，目的是有效的调节水翼的攻角，使其获得较大的推力。

3、进一步地，波能转化装置包括滑轮一、绳索、陀螺式浮子、滑轮二、滑轮三、皮带轮、机械传动装置、发电机，绳索与滑轮一、滑轮二、滑轮三、皮带轮滑动连接，陀螺式浮子随着波浪起伏带动与其连接的绳索转动，进而通过皮带轮带动机械传动装置工作，将波浪能通过机械传动装置转换为电能，通过发电机供应给船体各舱室用电器，实现节能减排的目的。

4、进一步地，波能转化装置还包括下平台、侧平台、上平台，侧平台分别与下平台、上平台相连。下平台上设置滑轮二、滑轮三，上平台上设置滑轮一、皮带轮、机械传动装置。

5、进一步地，拍动水翼式推进装置处于波浪的波峰时，双陀螺式浮子上移，带动可伸缩式杆件向上倾斜，进而带动水翼绕转轴向上转动。拍动水翼式推进装置处于波浪的波谷时，双陀螺式浮子下移，带动可伸缩式杆件向下倾斜，进而带动水翼绕转轴向下转动，实现水翼的俯仰运动。

6、进一步地，船体处于波浪的波峰时，拍动水翼式推进装置随船体上升，弹簧受到压缩，控制水翼缓慢上升，进而保持稳定。船体处于波浪的波谷时，弹簧拉伸，控制水翼缓慢向下移动，最终实现水翼的升沉运动。

7、进一步地，水翼为naca翼型。双陀螺式浮子由轻质合金材料制成。

8、工作原理：在船舶转向时，全被动拍动水翼的转向控制主要依赖于水流的动力学效应。当水翼在一侧受到水流的冲击时，会产生一个向相反方向的推力，从而在船舶上产生一个向一侧的力矩，促使船舶转向。但其控制能力相对较弱，无法实现精确的转向控制。在实际应用中，通常需要配备操纵系统或其他辅助设备来增强船舶的转向控制能力。

9、在波浪的作用下，当水翼拍动时，水流会在水翼上产生压力差。在水翼的一侧，水流的速度较快，产生较低的静压力；在水翼的另一侧，水流的速度较慢，产生较高的静压力。这种压力差会产生一个向后的推进力，推动船舶前进。拍动水翼的攻角是指水翼与水流的夹角。通过周期性地改变水翼的攻角，可以产生周期性的压力差，从而产生周期性的推进力。拍动水翼的周期性运动是通过机械驱动装置(浮子、弹簧)来实现。

10、在波浪的作用下，波能转化装置采用陀螺式浮子装置有效地捕捉到波浪能量，使其能够随着波浪的上下运动而产生相应的机械运动。机械传动装置将波浪的机械能转化为机械运动能量，发电机将机械运动能量进一步转化为电能，通过磁场和线圈的相互作用产生电流。这些电流经过适当的电路和控制系统进行整流、稳压和功率调节，最终输出稳定的电能。转化得到的电能通过电缆输送到船上各个舱室用电设备使用。通过这种方式，可以有效地利用海洋波浪能量，实现可持续的清洁能源供应。

11、有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

12、1、拍动水翼推进器利用水流动能直接产生推进力，相比传统推进器更高效；通过调整水翼的角度和频率来优化推进效率，减少能源消耗，耐久性和机动性好；

13、2、拍动水翼推进器在运行过程中产生的噪音和振动较低，对水下生物和环境的影响较小，因此在敏感环境中的应用更加可行；

14、3、拍动水翼推进器通过调整水翼的角度和频率来实现推进力的调节和控制，具有更好的机动性和灵活性，适应不同的水下任务需求；

15、4、拍动水翼推进器的结构相对简单，不需要复杂的传动系统和维护频率较高的部件。降低了维护成本和维修时间，延长了推进器的使用寿命；

16、5、波浪能是一种可再生的能源，波浪能转化电能装置能够有效地利用海洋中的波浪能，不会耗尽或污染环境，具有较低的碳排放；

17、6、波浪能转化电能装置根据不同的波浪条件进行调整和优化，适应不同海域的波浪特性，因此它在各种海洋环境中都具备较好的适应性和可应用性。

技术特征：

1.一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：包括船体(1)，所述船体(1)尾部设置拍动水翼式推进装置(2)，所述拍动水翼式推进装置(2)与波能转化装置(3)相连；所述拍动水翼式推进装置(2)包括可伸缩式杆件(201)、双陀螺式浮子(202)、浮子支撑杆件(203)、固定支架(204)、水翼(205)、转轴(206)、弹簧(207)，所述双陀螺式浮子(202)通过可伸缩式杆件(201)与水翼(205)相连，所述水翼(205)与固定支架(204)通过转轴(206)相连，所述固定支架(204)与船体(1)相连，所述固定支架(204)的两侧设置弹簧(207)，所述可伸缩式杆件(201)与双陀螺式浮子(202)铰接，所述双陀螺式浮子(202)能够在浮子支撑杆件(203)上移动，从而限制双陀螺式浮子(202)旋转。

2.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述波能转化装置(3)包括滑轮一(301)、绳索(302)、陀螺式浮子(303)、滑轮二(304)、滑轮三(306)、皮带轮(309)、机械传动装置(310)、发电机(311)，所述绳索(302)与滑轮一(301)、滑轮二(304)、滑轮三(306)、皮带轮(309)滑动连接，所述陀螺式浮子(303)随着波浪起伏带动与其连接的绳索(302)转动，进而通过皮带轮(309)带动机械传动装置(310)工作，将波浪能通过机械传动装置(310)转换为电能，通过发电机(311)供应给船体(1)各舱室用电器。

3.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述波能转化装置(3)还包括下平台(305)、侧平台(307)、上平台(308)，所述侧平台(307)分别与下平台(305)、上平台(308)相连。

4.根据权利要求3所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述下平台(305)上设置滑轮二(304)、滑轮三(306)，所述上平台(308)上设置滑轮一(301)、皮带轮(309)、机械传动装置(310)。

5.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述拍动水翼式推进装置(2)处于波浪的波峰时，双陀螺式浮子(202)上移，带动可伸缩式杆件(201)向上倾斜，进而带动水翼(205)绕转轴(206)向上转动。

6.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述拍动水翼式推进装置(2)处于波浪的波谷时，双陀螺式浮子(202)下移，带动可伸缩式杆件(201)向下倾斜，进而带动水翼(205)绕转轴(206)向下转动，实现水翼(205)的俯仰运动。

7.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述船体(1)处于波浪的波峰时，拍动水翼式推进装置(2)随船体(1)上升，弹簧(207)受到压缩，控制水翼(205)缓慢上升，进而保持稳定。

8.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述船体(1)处于波浪的波谷时，弹簧(207)拉伸，控制水翼(205)缓慢向下移动，最终实现水翼(205)的升沉运动。

9.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述水翼(205)为naca0018翼型。

10.根据权利要求1所述的一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，其特征在于：所述双陀螺式浮子(202)由轻质合金材料制成。

技术总结本发明公开了一种利用波浪能推进及获能发电的船舶，包括船体，船体尾部设置拍动水翼式推进装置，拍动水翼式推进装置与波能转化装置相连；拍动水翼式推进装置包括可伸缩式杆件、双陀螺式浮子、浮子支撑杆件、固定支架、水翼、转轴、弹簧，双陀螺式浮子通过可伸缩式杆件与水翼相连，水翼与固定支架通过转轴相连，固定支架与船体相连，固定支架的两侧设置弹簧，可伸缩式杆件与双陀螺式浮子铰接，双陀螺式浮子能够在浮子支撑杆件上移动，从而限制双陀螺式浮子旋转。本发明拍动水翼推进器利用水流动能直接产生推进力，更高效；通过调整水翼的角度和频率来优化推进效率，减少能源消耗，耐久性和机动性好，运行中产生的噪音和振动较低。技术研发人员：卓悦悦,陈淑玲,李阳,叶海滨,陈康受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29