一种混合动力的多工况水下航行器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种混合动力的多工况水下航行器，包括流线型艏部、可旋转舱室、左右侧装置包、前端电机舱室、浮力调节及燃料电池舱室、锂电池舱室。可旋转舱室与艏部及前端电机舱室连接，左右侧装置包与航行器主体联结，包括蜗轮蜗杆传动机构和滑翔机翼，前端电机舱室包含带动可旋转舱室旋转的行星齿轮传动机构及电机，包括左、右侧电机，左、右侧电机与各侧的蜗杆连接；浮力调节及燃料电池舱室包含有浮力调节系统与燃料电池系统锂电池舱室包括蜂窝形排列锂电池组。本发明专利技术将燃料电池系统与锂电池组结合，将滑翔机翼与导管螺旋桨融于航行器本体，将侧推螺旋桨设置于可旋转舱室中，能够适应水下航行器多工况运行，实现多次任务执行的需求。任务执行的需求。任务执行的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力的多工况水下航行器


[0001]本专利技术涉及的是一种水下航行器，具体地说是混合动力水下航行器。

技术介绍

[0002]浩瀚的海洋蕴含着各类资源，探索海洋，向更远更深的海洋扩展是我们必然的选择。随着技术进步，海洋事业得以迅猛发展，水下无人航行器已经成为人类探索与认识海洋、保护海洋生态环境、开发利用海洋资源的一种不可替代的高科技装备。水下无人航行器有许多种分类，如自主水下航行器(autonoumos underwater vehicles，AUV)、自主水下滑翔机(autonomous underwater glider，AUG)等。自主水下航行器是不需要人工干预，通过自身携带的能源和推进系统，进行自主航行控制、自主执行作业任务的水下无人航行器，该类航行器具有流线型的鱼雷外形，常采用螺旋桨推进装置；自主水下滑翔机是依靠浮力调节装置、俯仰调节装置及航向调节装置分别实现对净浮力、俯仰角和航向角的有效控制，从而实现水中滑翔运动的水下航行器，其无外挂推进装置，利用两侧的机翼，通过滑翔运动的方式向前航行。自主水下航行器和自主水下滑翔机作为两种不同的海洋装备，目前鲜有将自主水下航行器与自主水下滑翔机的优势及推进方式融于一体来实现水下航行器的多工况运行目的。
[0003]自主水下航行器常采用电力能源作为航行器水下工作的主要能源，且目前大多使用的是一次电池与二次电池，如铅酸蓄电池、银锌电池、锂电池等，然而这些电池在能量密度方面的提升潜力小，自主水下航行器往往在执行完任务后就需要返航由母船回收并进行充电，所能自主完成的任务次数少。燃料电池作为水下无人航行器最有潜力的能源之一，一直受到国内外研究者的关注，燃料电池是指利用燃料(如氢气或含氢燃料)和氧化剂(如纯氧或空气中的氧)直接发电的装置，具有能量密度大、电化学反应转换效率大、无污染气体排出等优点。然而燃料电池发电系统的动态响应速度较慢，这容易导致在水下航行器的负载变大时，难以满足功率需求，同时也难以满足燃料电池在稳定功率下放电，燃料电池的频繁启停以及工况变化会导致燃料电池的寿命下降，系统的可靠性降低，也会导致燃料的低效率使用，所以燃料电池发电系统在工作时其输出功率需保持在最佳的功率区间以内，且应使输出功率的波动达到最小，为防止运行工况的频繁改变，燃料电池常需要配备一定电容量的锂电池。锂电池作为辅助装置可以起到储能和辅助发电的作用，一方面由于燃料电池并不具备自动启动功能，可以通过锂电池在燃料电池的启动过程中提供短暂的脉冲，来帮助完成燃料电池的启动过程，另一方面考虑到燃料电池特殊的动态特性，配备锂电池来实现“削峰填谷”的功能，以维持推进系统的功率平衡以及电压的稳定装备有燃料电池与锂电池结合的混合动力系统，有助于水下航行器执行多次任务及多工况运行。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供具有多种推进方式、适应于多工况运行的一种混合动力的多工况水下航行器。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]本专利技术一种混合动力的多工况水下航行器，其特征是：包括艇体，艇体包括依次相连的流线型艏部、可旋转舱室、前端电机舱室、任务设备舱室、浮力调节及燃料电池舱室、锂电池舱室、非对称艉部、导管螺旋桨，可旋转舱室里安装侧推螺旋桨，前端电机舱室里设置行星齿轮传动机构、右侧电机、左侧电机，行星齿轮传动机构连接行星齿轮传动电机，艇体外部的左右两侧分别安装艇体左侧装置包、艇体右侧装置包，艇体左侧装置包包括左侧蜗轮、左侧滑翔机翼，左侧蜗轮与左侧蜗杆构成传动机构，左侧蜗杆、左侧滑翔机翼连接左侧电机，艇体右侧装置包包括右侧蜗轮、右侧滑翔机翼，右侧蜗轮与右侧蜗杆构成传动机构，右侧蜗杆、右侧滑翔机翼连接右侧电机，非对称艉部处安装舵，舵通过舵杆传动。
[0007]本专利技术还可以包括：
[0008]1、非对称艉部的后部包括非对称的上部曲线段和下部曲线段，上部曲线段保持朝上状态，下部曲线段保持朝下状态。
[0009]2、锂电池舱室里设置蜂窝形排列锂电池组，蜂窝形排列锂电池组包括1号锂电池组和2号锂电池组；浮力调节及燃料电池舱室里设置燃料电池电堆、航行器电网，燃料电池电堆分别连接第一开关、第二开关、第三开关，第一开关连接航行器电网，第二开关连接2号锂电池组，第三开关连接1号锂电池组，第二开关后方设置第五开关，第三开关后方设置第四开关，第四开关和第五开关均连接航行器电网，航行器电网分别连接侧推器电机、行星齿轮传动电机、左侧电机、右侧电机、舵机系统、艉部推进电机，侧推器电机连接侧推螺旋桨。
[0010]3、航行器本体在非稳定运行工况时，1号锂电池组和2号锂电池组交替作为供电来源；当1号锂电池组和2号锂电池组处于满电量状态时，燃料电池电堆不工作，此时第一开关、第二开关、第三开关和第五开关打开，第四开关闭合，1号锂电池组由通入航行器电网供电。
[0011]4、航行器本体在非稳定运行工况，且当1号锂电池组处于低电量状态时，燃料电池电堆在其额定工况下运行，2号锂电池组处于放电状态，此时第一开关、第二开关、第四开关打开，第三开关和第五开关闭合，燃料电池电堆产生的电向1号锂电池组供电，1号锂电池组处于充电状态；2号锂电池组产生的电流入航行器电网，航行器电网供电。
[0012]5、航行器本体在稳定工况航行时，由燃料电池电堆作为供电来源，1号锂电池组和2号锂电池组作为辅助动力，此时第二开关、第三开关打开，第一开关、第四开关和第五开关闭合，燃料电池电堆产生的电流入航行器电网，航行器电网中的电流入艉部推进电机。
[0013]本专利技术的优势在于：混合动力的多工况水下航行器，首先艉部外形设计成非对称形非对称螺旋桨桨毂所在中心线向下偏移平行中体中心线，使得导管螺旋桨具有一定的下置式，下直式的布置有利于螺旋桨推进器在近水面航行时浸没在水中，降低螺旋桨推进器暴露在空气中的风险，如遇到近海底复杂环境，如多草、多鱼群、复杂海底地形时可以在近水面运动，而且可以在风浪较小或水面平静时，可通过近水面航行自主驶向母船，便于回收。其次，艇体包含有可旋转舱室，可旋转舱室主要包含有侧推螺旋桨，该舱室有一滑槽，通过与外部壳体相连，通过电机带动行星齿轮传动机构以实现对舱室的旋转，从而改变侧推螺旋桨的位置，进而实现不同方位的侧推。使用侧推螺旋桨的目的在于提供除十字形排列的舵系统之外的额外侧推力。其次，艇体包含有滑翔机构，当处于滑翔工况时，如下潜或上浮，滑翔机构通过电机带动蜗杆，通过蜗轮蜗杆传动从而伸展机翼，机翼可改变水动力的作
用方向，在机翼的作用下利用升力进行滑翔运动。同时艇体包含蜂窝形排列锂电池组，蜂窝形排列的锂电池组中的锂电池并非同时充电或放电，而是分为1号锂电池组与2号锂电池组，根据不同的工况需求进行充放电。最后，本专利技术所具有的燃料电池
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锂电池混合动力系统，可根据不同的航行器工况所需的动力，通过燃料电池的放电与锂电池的充放电配合，来实现航行器不同工况的运行，有助于航行器的多工况运行及完成多次任务。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合动力的多工况水下航行器，其特征是：包括艇体，艇体包括依次相连的流线型艏部、可旋转舱室、前端电机舱室、任务设备舱室、浮力调节及燃料电池舱室、锂电池舱室、非对称艉部、导管螺旋桨，可旋转舱室里安装侧推螺旋桨，前端电机舱室里设置行星齿轮传动机构、右侧电机、左侧电机，行星齿轮传动机构连接行星齿轮传动电机，艇体外部的左右两侧分别安装艇体左侧装置包、艇体右侧装置包，艇体左侧装置包包括左侧蜗轮、左侧滑翔机翼，左侧蜗轮与左侧蜗杆构成传动机构，左侧蜗杆、左侧滑翔机翼连接左侧电机，艇体右侧装置包包括右侧蜗轮、右侧滑翔机翼，右侧蜗轮与右侧蜗杆构成传动机构，右侧蜗杆、右侧滑翔机翼连接右侧电机，非对称艉部处安装舵，舵通过舵杆传动。2.根据权利要求1所述的一种混合动力的多工况水下航行器，其特征是：非对称艉部的后部包括非对称的上部曲线段和下部曲线段，上部曲线段保持朝上状态，下部曲线段保持朝下状态。3.根据权利要求1所述的一种混合动力的多工况水下航行器，其特征是：锂电池舱室里设置蜂窝形排列锂电池组，蜂窝形排列锂电池组包括1号锂电池组和2号锂电池组；浮力调节及燃料电池舱室里设置燃料电池电堆、航行器电网，燃料电池电堆分别连接第一开关、第二开关、第三开关，第一开关连接航行器电网，第二开关连接2号锂电池组，第三开关连接1号锂电池组，第二开关后方设置第五开关，第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：随从标，高超楠，谭泉，刘航，杨小康，尹陈，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：