一种水下无人航行器内置式能源自补给装置

本发明属于水下无人航行器领域，特别涉及一种水下无人航行器能源自补给装置。

背景技术：

1、水下无人航行器(uuv)是一种可以自主在海里潜行的海洋航行器，目前在海洋科考和军事领域都有极其重要的战略意义和应用前景。然而传统的水下无人航行器电源主要依靠自身携带的蓄电池供应，由于蓄电池重量较大且容量有限，并且uuv的空间有限，单纯依靠蓄电池供电使得uuv的航行时间较短，航行里程受限。如果任务目标过远，则需要使用载具将航行器携带到目标任务区域投放，十分不便。如果能解决水下无人航行器的能源补给问题，那么将使我国的海洋科考以及海洋军事提高较大的竞争力。

2、为了解决水下无人航行器的能源自补给问题，许多利用海流能的方案被提出。大多的发电装置的放置在uuv的外部，这对于uuv的航行时的阻力有很大的影响，或者由于是开放式的发电，根据贝茨极限，效率最高为59.3％，故而效率较低，比如专利号为201911071441.x，201410592554.5，201410593575.9等。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中对航行器航行影响较大和能量转换效率较低等不足，本发明提出一种水下无人航行器能源自补给装置。

2、一种水下无人航行器能源自补给装置，该装置布置在水下无人航行器的尾部，包括布置在航行器外表面的45°舵，安装在航行器内部空腔的引流管道，以及位于所述引流管道内的内置式海流能发电装置；

3、所述的45°舵内部设置引水流道，所述引水流道的入口设置在45°舵的前缘，所述引水流道的出口连接所述引流管道的入口，从而将海流引入无人航行器内部的引流管道内；所述引流管道设置在推进器轴的一侧，且不与所述推进器轴接触；所述引流管道的两端与航行器壳体内壁面刚性连接；所述航行器壳体与所述引流管道的接触处开设与所述引流管道管径相同的孔，便于将海流引出；

4、所述内置式海流能发电装置为轴流式发电装置，包括依次连接的导叶、叶轮、发电机舱，以及位于所述发电机舱内部的发电机；所述内置式海流能发电装置通过所述导叶和位于所述发电机舱周向的支撑架支撑且连接在所述引流管道内部；所述叶轮与所述发电机的转子同轴连接，所述叶轮转动带动所述发电机的转子旋转，切割磁力线，产生的电能通过所述发电机舱、支撑架和引流管道引出。

5、进一步地，所述引流管道为两端直径大、中间直径小的缩颈结构，所述内置式海流能发电装置位于所述引流管道的缩颈处。

6、进一步地，由所述45°舵、引流管道、海流能发电装置组成的能源自补给装置为两套，对称布置在所述水下无人航行器的尾部。

7、进一步地，所述45°舵的引水流道的入口设置海流入口过滤网，所述引流管道的出口设置海流出口过滤网，从而防止海洋生物和杂物误入而破坏海流能发电装置。

8、进一步地，所述内置式海流能发电装置的叶轮和发电机转子之间采用磁力联轴器实现轴向连接，从而减小动密封带来的摩擦阻力。

9、进一步地，所述45°舵采用大厚度的对称翼型，从而使得所述引水流道的出口与所述引流管道相适配。

10、本发明的有益效果如下：

11、本发明的一种水下无人航行器能源自补给装置，将海流能发电装置放置在uuv的尾部缩颈处，这将不会影响uuv的内部空间结构。并且这种海流能发电装置为闭式，通过设计引流管道和发电装置导叶、叶轮，其效率可以达到80％以上，且体积较小，对航行器航行过程中带来的阻力较小。本装置将海流能转化为供水下无人航行器使用的电能，可以从根本上解决水下无人航行器的能源自补给问题。

技术特征：

1.一种水下无人航行器能源自补给装置，其特征在于，该装置布置在水下无人航行器的尾部，包括布置在航行器外表面的45°舵，安装在航行器内部空腔的引流管道，以及位于所述引流管道内的内置式海流能发电装置；

2.根据权利要求1所述的水下无人航行器能源自补给装置，其特征在于，所述引流管道为两端直径大、中间直径小的缩颈结构，所述内置式海流能发电装置位于所述引流管道的缩颈处。

3.根据权利要求1所述的水下无人航行器能源自补给装置，其特征在于，由所述45°舵、引流管道、海流能发电装置组成的能源自补给装置为两套，对称布置在所述水下无人航行器的尾部。

4.根据权利要求1所述的水下无人航行器能源自补给装置，其特征在于，所述45°舵的引水流道的入口设置海流入口过滤网，所述引流管道的出口设置海流出口过滤网，从而防止海洋生物和杂物误入而破坏海流能发电装置。

5.根据权利要求1所述的水下无人航行器能源自补给装置，其特征在于，所述内置式海流能发电装置的叶轮和发电机转子之间采用磁力联轴器实现轴向连接，从而减小动密封带来的摩擦阻力。

6.根据权利要求1所述的水下无人航行器能源自补给装置，其特征在于，所述45°舵采用大厚度的对称翼型，从而使得所述引水流道的出口与所述引流管道相适配。

技术总结
本发明公开一种水下无人航行器的能源自补给装置。此发明是通过在航行器尾部舱体内置潮流能水轮机实现，主要是通过在舱体尾部设置引流管道，引流管道内安装海流能发电装置来为无人水下航行器充电。海流通过航行器尾部45°舵前缘开口进入舵内部空腔再进入尾部舱体内的引流管道，从而带动安装在引流管道内的海流能发电装置的叶片旋转，驱使发电机产生电能并存储在蓄电池中，进而给水下无人航行器补充能源。本发明能将海流能有效转换成水下无人航行器使用的电能且对航行器的航行带来的影响较小，从根本上能解决水下无人航行器的能源补给问题。

技术研发人员：黄滨,王鹏忠,王璐,吴大转
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13