專利名稱：一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋觀測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，能夠提供充足電能作為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)海洋觀測平臺(tái)持續(xù)程序和遙控自主動(dòng)力行動(dòng)和完成設(shè)計(jì)或命令的觀測任務(wù)，觀測平臺(tái)可以受監(jiān)控中心的的遙控或程序既定觀測線路的自主巡測，通過大功率電臺(tái)、衛(wèi)星短信互動(dòng)平臺(tái)或其他如短波通道等多種通訊方式實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程在線監(jiān)控觀測平臺(tái)，完成各類海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)觀測等傳感器、儀器、取樣器等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)、圖像洲際互動(dòng)。
背景技術(shù)：
海洋觀測是人類研究和認(rèn)知海洋、海洋氣象、海洋動(dòng)力環(huán)境的重要手段，但是浩瀚的海洋，給海洋的觀測帶來巨大的挑戰(zhàn)。海洋觀測平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)海洋觀測的常用工具之一，無人駕駛移動(dòng)海洋觀測平臺(tái)(即SelfPower Ocean Observation Platform以下將簡稱為SPOOP)是海洋動(dòng)力環(huán)境等各種觀測的一個(gè)基礎(chǔ)智能觀測裝備。相對(duì)于普通的海洋觀測、考察船模式和無動(dòng)力觀測固定站點(diǎn)而言，無人駕駛充足動(dòng)力和電能的自主移動(dòng)海洋觀測平臺(tái),可以承載大功率海面雷達(dá)、海面下多聲納水下空間定位、地形觀測系統(tǒng)和大功率在線衛(wèi)星通訊或大功率海事專用通訊平臺(tái)，因此它具有及其重要的現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義，是人類探索海洋、了解站地球71%表面積的家園的必須發(fā)展的基礎(chǔ)裝備。目前，在世界范圍內(nèi)，對(duì)于浩瀚海洋的觀測，時(shí)空差巨大，受自然的制約，無法通過電纜向其供電，現(xiàn)有海洋觀測平臺(tái)一般依靠有限容量的蓄電池提供的電能作為動(dòng)力源，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足海洋觀測所需的基本條件，極大限制了對(duì)海洋動(dòng)力環(huán)境觀測的能力。主要的海洋觀測手段還是依賴成本昂貴但是觀測時(shí)間和周期不能保障的觀測船和固定短期的固定觀測站。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠供給充足電能、功能強(qiáng)大、運(yùn)行安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)、可實(shí)現(xiàn)持續(xù)行動(dòng)和工作的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，該無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)是一種新的自主動(dòng)力基于衛(wèi)星短信互動(dòng)和兼顧各種海事電臺(tái)通訊的海洋觀測平臺(tái)，可以滿足海洋觀測所需要的長期、遠(yuǎn)程、自主動(dòng)力和無人駕駛的需求。本發(fā)明的上述目的通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，包括海面浮動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)上的電力系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和用于海洋觀測、導(dǎo)航及通信的智能控制系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括海洋波浪能發(fā)電機(jī)組、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水輪機(jī)，其特征在于:所述水輪機(jī)包括筒形機(jī)殼、設(shè)于機(jī)殼內(nèi)上、下部的兩組導(dǎo)流葉片和設(shè)于兩組導(dǎo)流葉片之間的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，通過置于海面下水輪機(jī)受波浪驅(qū)動(dòng)海面浮動(dòng)平臺(tái)所拉動(dòng)的上下運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)入水輪機(jī)殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)將起伏運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能傳遞至經(jīng)過變速機(jī)構(gòu)提速的發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子，從而使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；所述電力系統(tǒng)還包括設(shè)于海面浮動(dòng)平臺(tái)上的太陽能光伏系統(tǒng)，所述太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺(tái)的輔助電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補(bǔ)方式提供推進(jìn)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動(dòng)力源，所述海洋觀測平臺(tái)能依據(jù)智能控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的海洋觀測軌跡和嵌入GPS導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)或者根據(jù)遠(yuǎn)程路基中心命令遙控運(yùn)動(dòng)，并向遠(yuǎn)程路基中心傳送觀測數(shù)據(jù)和接收指令。本發(fā)明采用太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為輔電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為主電源，以主電源與輔電源互補(bǔ)方式提供動(dòng)力源，因此可以提供充足電能，使得海洋觀測平臺(tái)能夠承載大功率海面雷達(dá)，海面下多聲納水下空間定位、地形觀測系統(tǒng)和大功率在線衛(wèi)星通訊或?qū)Ｓ猛ㄓ嵠脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)智能化的自動(dòng)海面空間定位和自動(dòng)依照遠(yuǎn)程設(shè)定的衛(wèi)星定位軌跡進(jìn)行長時(shí)間的海洋觀測，成為觀測平臺(tái)的遙控、多種方式通訊、可視化遠(yuǎn)程在線監(jiān)控觀測平臺(tái)等，使透明監(jiān)管遍布我國境內(nèi)的全部海洋觀測站點(diǎn)將成為可能，為我國海洋觀測技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本發(fā)明所述的太陽能光伏系統(tǒng)由薄膜太陽能電池和用于安裝薄膜太陽能電池的承載體組成，所述承載體固定在所述海面浮動(dòng)平臺(tái)的臺(tái)面上，所述薄膜太陽能電池鋪設(shè)在承載體上。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述承載體是正置的空心正方棱錐體并罩括在所述海面浮動(dòng)平臺(tái)上，所述發(fā)電機(jī)組位于所述承載體內(nèi)，所述薄膜太陽能電池均勻分布在所述承載體的各個(gè)外表面上，太陽光線以任何角度照射在薄膜太陽能電池上使得承載體的一半面積能夠接受太陽光能。本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)還包括設(shè)置在承載體內(nèi)用于儲(chǔ)蓄電能的高能電池組和控制電箱，所述薄膜太陽能電池和發(fā)電機(jī)組分別電連接至高能電池組進(jìn)行電能儲(chǔ)蓄，所述高能電池組還與控制電箱連接，通過控制電箱向推進(jìn)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)輸出電能。所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤渦輪形，每個(gè)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪呈翼型葉狀并具有相同的排列方向；所述的上、下部導(dǎo)流葉片以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所在的平面對(duì)稱分布成鏡像設(shè)置，每個(gè)導(dǎo)流葉片的形狀為弧形且凹向單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸；在水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面分別設(shè)有錐體狀的上收縮體和錐體狀的下收縮體，使得進(jìn)入水輪機(jī)的水流得以大大加速，上收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和上部導(dǎo)流葉片之間，下收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和下部導(dǎo)流葉片之間。本發(fā)明所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用萬向節(jié)級(jí)聯(lián)形式或者水輪機(jī)直接安裝在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底面上，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)軸和三個(gè)以上設(shè)于傳動(dòng)軸上用于調(diào)節(jié)水輪機(jī)在海面下放置深度的萬向節(jié)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一端與發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端相連接，另一端與水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸連接。萬向節(jié)采用三個(gè)以上，使得除了海面浮動(dòng)平臺(tái)垂直方向的運(yùn)動(dòng)以外的其它運(yùn)動(dòng)都被濾除，能夠進(jìn)一步確保水輪機(jī)工作的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述的推進(jìn)系統(tǒng)包括平臺(tái)驅(qū)動(dòng)對(duì)稱螺旋槳和螺旋槳安裝架，所述螺旋槳安裝架設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底部并伸入海平面以下，所述螺旋槳安裝架沿海面浮動(dòng)平臺(tái)圓周均勻分布成60°角三角分布，通過動(dòng)力控制可以實(shí)現(xiàn)觀測平臺(tái)在海洋中的相對(duì)穩(wěn)定和姿態(tài)完全可控，所述螺旋槳豎向安裝在螺旋槳安裝架的伸出端上，所述螺旋槳根據(jù)GPS導(dǎo)航指令調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向并采用模糊控制原理控制加速和減速，同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和波浪能發(fā)電。
所述智能控制系統(tǒng)包括水下聲納系統(tǒng)，所述水下聲納系統(tǒng)包括聲納和聲納安裝架，所述聲納安裝架設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底部邊沿上并沿海面浮動(dòng)平臺(tái)圓周均勻分布，所述聲納安裝架由豎向支架和橫向支架組成，在所述豎向支架上安裝有用于檢測周邊島礁可能性防碰撞動(dòng)態(tài)的水平聲納，在所述橫向支架上安裝有用于檢測海底地形避免碰撞島礁的垂直聲納。水平聲納和垂直聲納能夠交叉工作，有效提高聲納系統(tǒng)的辨識(shí)率和可靠性，同時(shí)也可以完成對(duì)洋流運(yùn)動(dòng)速度的多普勒探測、海水溫度高精度探測、密度高精度探測和波浪的聞精度探測。所述智能控制系統(tǒng)還包括采用高頻聲納的特殊掃頻超聲波脈沖發(fā)射，以避免生物附著在海面浮動(dòng)平臺(tái)上和微生物在海面浮動(dòng)平臺(tái)及波浪能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)上的衍生和附著。本發(fā)明所述的智能控制系統(tǒng)還包括海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)，它包括傳感器、傳感器安裝架及纖維纜繩絞盤和絞盤測控、自動(dòng)收放系統(tǒng)，所述傳感器安裝架設(shè)于海面浮動(dòng)平臺(tái)底部邊沿并水平向外伸出，所述傳感器通過所述纖維纜繩懸吊在傳感器安裝架的伸出端上，傳感器根據(jù)預(yù)置的程序或遠(yuǎn)程命令，完成海面下O 3000米深度海洋參數(shù)的觀測和檢測。本發(fā)明所述的智能控制系統(tǒng)還包括可視化遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)，所述可視化遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)包括攝像頭，所述攝像頭包括海面觀測攝像頭和水下觀測攝像頭，所述海面觀測攝像頭均勻分布在承載體頂部圓周上以實(shí)現(xiàn)全方位海面觀測，而所述水下觀測攝像頭均勻分布在海面浮動(dòng)平臺(tái)底部圓周上以實(shí)現(xiàn)全方位水下觀測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果:⑴本發(fā)明采用太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為輔電源，由具有單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的水輪機(jī)將海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為主電源，以主電源與輔電源互補(bǔ)方式提供動(dòng)力源，因此可以提供充足電能，能夠承載大功率海面雷達(dá)，海面下多聲納水下空間定位、地形觀測系統(tǒng)和大功率在線衛(wèi)星通訊或?qū)Ｓ猛ㄓ嵠脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)智能化的自動(dòng)海面空間定位和自動(dòng)依照遠(yuǎn)程設(shè)定的衛(wèi)星定位軌跡進(jìn)行長時(shí)間的海洋觀測，成為觀測平臺(tái)的遙控、多種方式通訊、可視化遠(yuǎn)程在線監(jiān)控觀測平臺(tái)等。⑵本發(fā)明的水輪機(jī)采用上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)殼的轉(zhuǎn)動(dòng)能量，受機(jī)殼上部逆時(shí)針驅(qū)動(dòng)和機(jī)殼下部順時(shí)針驅(qū)動(dòng)能量的抵銷，保證機(jī)殼不產(chǎn)生自旋轉(zhuǎn)。⑶本發(fā)明傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用三級(jí)以上萬向節(jié)級(jí)聯(lián)形式，擺脫了海面波浪、涌浪的不穩(wěn)定對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的影響，使得水輪機(jī)僅僅受到垂直方向托浮力的作用，其它的擺動(dòng)則被三級(jí)“關(guān)節(jié)”所吸收，從而使得水輪機(jī)工作穩(wěn)定。⑷本發(fā)明的海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)置的程序或遠(yuǎn)程命令，完成不同深度海洋參數(shù)的觀測和檢測。(5)本發(fā)明的可視化遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全方位海面、水下觀測。(6)本發(fā)明的水下聲納系統(tǒng)，水平聲納和垂直聲納能夠交叉工作，有效提高聲納系統(tǒng)的辨識(shí)率和可靠性，同時(shí)也可以完成對(duì)洋流運(yùn)動(dòng)速度的多普勒探測、海水溫度高精度探測、密度高精度探測和波浪的高精度探測。(7)本發(fā)明的超聲波系統(tǒng)還包括采用脈沖高頻聲納掃頻技術(shù)，周期性產(chǎn)生系列超聲波，實(shí)現(xiàn)防止微生物附著和微生物在觀測平臺(tái)衍生的技術(shù)。
(8)本發(fā)明功能強(qiáng)大、運(yùn)行安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)，使得透明監(jiān)管遍布我國境內(nèi)的全部海洋觀測站點(diǎn)將成為可能，為我國海洋觀測技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖2是本發(fā)明的俯視示意圖；圖3是本發(fā)明水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖(去除一半機(jī)殼)。
具體實(shí)施例方式如圖1 3所示，是本發(fā)明一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，包括漂浮在海面上的海面浮動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)上的電力系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和用于海洋觀測、導(dǎo)航及通信的智能控制系統(tǒng)，電力系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)組9、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和置于海面下5-6米相對(duì)穩(wěn)定層的水輪機(jī)，海面浮動(dòng)平臺(tái)的底部是浮箱8，水輪機(jī)50包括筒形機(jī)殼51、設(shè)于機(jī)殼51內(nèi)上、下部的兩組導(dǎo)流葉片30、40和設(shè)于兩組導(dǎo)流葉片30、40之間的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14，通過置于海面下的水輪機(jī)受波浪驅(qū)動(dòng)海面浮動(dòng)平臺(tái)所拉動(dòng)的上下運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)入水輪機(jī)殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14，實(shí)現(xiàn)將起伏運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14的單向旋轉(zhuǎn)，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能傳遞至經(jīng)過變速機(jī)構(gòu)提速的發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子，從而使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；電力系統(tǒng)還包括設(shè)于海面浮動(dòng)平臺(tái)上的太陽能光伏系統(tǒng)，太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺(tái)的輔電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補(bǔ)方式提供推進(jìn)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動(dòng)力源，海洋觀測平臺(tái)能依據(jù)智能控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的海洋觀測軌跡和嵌入GPS導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)或者根據(jù)遠(yuǎn)程路基中心命令遙控運(yùn)動(dòng)，并向遠(yuǎn)程路基中心傳送觀測數(shù)據(jù)和接收指令。在本實(shí)施例中，太陽能光伏系統(tǒng)由薄膜太陽能電池3和用于安裝薄膜太陽能電池3的承載體組成，承載體是正置的空心正方棱錐體，承載體固定在海面浮動(dòng)平臺(tái)的臺(tái)面上并罩括于其上，薄膜太陽能電池3均勻分布在承載體的各個(gè)外表面上，太陽光線以任何角度照射在薄膜太陽能電池上使得承載體的一半面積能夠接受太陽光能。在承載體頂部還設(shè)有通信天線，電力系統(tǒng)還包括設(shè)置在承載體內(nèi)用于儲(chǔ)蓄電能的高能電池組5和控制電箱6，薄膜太陽能電池和發(fā)電機(jī)組分別電連接至高能電池組進(jìn)行電能儲(chǔ)蓄，高能電池組還與控制電箱連接，通過控制電箱向推進(jìn)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)輸出電能。機(jī)殼51為具有上端開口、下端開口的筒體，上端開口和下端開口均為喇叭型，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14以水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤渦輪形，每個(gè)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪呈翼型葉狀并具有相同的排列方向；在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14的上方和下方分別設(shè)有正立圓錐體狀的上收縮體18和倒立圓錐體的下收縮體19，中心旋轉(zhuǎn)軸分別穿過上收縮體和下收縮體以將其固定在中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面上，上收縮體和下收縮體與機(jī)殼之間形成逐漸收窄的環(huán)形通道，海水水流流過該通道再?zèng)_擊至單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上，使得進(jìn)入水輪機(jī)的水流得以大大加速。在本實(shí)施例中，上收縮體與下收縮體的中心軸線與中心旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線位于同一直線上。上部導(dǎo)流葉片30圍括上收縮體，而下部導(dǎo)流葉片40圍括下收縮體，上、下部導(dǎo)流葉片30、40以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14所在的平面對(duì)稱分布成鏡像設(shè)置，每個(gè)導(dǎo)流葉片的形狀為弧形且凹向單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14的中心旋轉(zhuǎn)軸。進(jìn)入水輪機(jī)的水體，通過收縮體大大地加速(5-20倍加速)，充分提高發(fā)電效率和水輪機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化扭矩和功率。在于提高進(jìn)入水輪機(jī)水體的運(yùn)動(dòng)速度，增加水動(dòng)力扭矩，提高發(fā)電效能。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用萬向節(jié)級(jí)聯(lián)形式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)軸13和三個(gè)以上設(shè)于傳動(dòng)軸13上用于調(diào)節(jié)水輪機(jī)在海面下放置深度的萬向節(jié)16，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一端與發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端相連接，在發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端安裝有變速箱7，發(fā)電機(jī)組的另一端與水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸連接。海面波濤洶涌使海面浮動(dòng)平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)外，還存在平面范圍內(nèi)四面翻動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，萬向節(jié)采用三個(gè)以上，使得除了海面浮動(dòng)平臺(tái)垂直方向的運(yùn)動(dòng)以外的其它運(yùn)動(dòng)都被濾除，能夠進(jìn)一步確保水輪機(jī)工作的穩(wěn)定性。在其它實(shí)施例中，水輪機(jī)也可以直接安裝在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底面上。海面浮動(dòng)平臺(tái)隨波浪上下運(yùn)動(dòng)并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)置于深海穩(wěn)定層中水輪機(jī)在垂直方向上隨波浪的起伏上下運(yùn)動(dòng)，水輪機(jī)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)使得穩(wěn)定區(qū)水流不斷通過水輪機(jī)的上部和下部導(dǎo)流葉片，同時(shí)沖擊水輪機(jī)中部的渦輪，受水流沖擊的作用力，當(dāng)水輪機(jī)受海面浮動(dòng)平臺(tái)垂直向上拉動(dòng)或受重力向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，受上部和下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引的作用，水流單方向作用水輪機(jī)的渦輪，使水輪機(jī)中部的渦輪單向旋轉(zhuǎn)，并且?guī)?dòng)與海面浮動(dòng)平臺(tái)通過萬向節(jié)連接的傳動(dòng)軸與水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到發(fā)電機(jī)組，將海洋波浪能轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)海面波浪區(qū)的海水帶動(dòng)浮動(dòng)平臺(tái)垂直向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)軸拉動(dòng)水輪機(jī)上移，由于重力的作用，處于水輪機(jī)上方的海水從水輪機(jī)上方灌入，經(jīng)過上部導(dǎo)流葉片后改變流向，然后沖擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉輪帶動(dòng)水輪機(jī)渦輪旋轉(zhuǎn)，海水流過渦輪后經(jīng)下部的導(dǎo)流葉片從水輪機(jī)下方排出，由于上部、下部導(dǎo)流葉片上下鏡像設(shè)計(jì)，因此，上部導(dǎo)流葉片對(duì)水輪機(jī)產(chǎn)生的推動(dòng)外殼旋轉(zhuǎn)的力，將基本被下部導(dǎo)流葉片產(chǎn)生的相反方向的推動(dòng)力平衡掉，因此，水輪機(jī)不會(huì)在深海出現(xiàn)顯著的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，特別是受到附加浮箱的阻尼，將會(huì)提高水輪機(jī)在水下的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，阻尼其出現(xiàn)整體旋轉(zhuǎn)。當(dāng)波浪下沉海面浮動(dòng)平臺(tái)垂直向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)軸推動(dòng)水輪機(jī)隨之下移，處于水輪機(jī)下方的海水從水輪機(jī)的下方灌入，經(jīng)過下部導(dǎo)流葉片后改變流向，然后與海水從上部進(jìn)入水輪機(jī)時(shí)沖擊的方向相同，沖擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。海水流過葉輪后經(jīng)上部導(dǎo)流葉片從水輪機(jī)上方排出，不會(huì)出現(xiàn)使整體水輪機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。推進(jìn)系統(tǒng)包括三個(gè)螺旋槳10和螺旋槳安裝架，螺旋槳安裝架設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底部并伸入海平面以下，螺旋槳安裝架沿海面浮動(dòng)平臺(tái)圓周均勻分布，螺旋槳10豎向安裝在螺旋槳安裝架的伸出端上，當(dāng)海洋觀測平臺(tái)需要移動(dòng)時(shí)，螺旋槳根據(jù)GPS導(dǎo)航指令調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向，由于底部拖動(dòng)著重量約150kg的雙向水輪機(jī)體系，SPOOP的運(yùn)動(dòng)速度限制在8km/Hr內(nèi)，并采用模糊控制原理控制加速和減速，同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和波浪能發(fā)電。智能控制系統(tǒng)包括水下聲納系統(tǒng)，水下聲納系統(tǒng)包括聲納和聲納安裝架，聲納安裝架設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底部邊沿上并沿海面浮動(dòng)平臺(tái)圓周均勻分布，聲納安裝架由三個(gè)豎向支架和三個(gè)橫向支架組成，在豎向支架上安裝有用于檢測周邊島礁可能性防碰撞動(dòng)態(tài)的水平聲納11，相鄰的水平聲納11之間呈120度，檢測距離為300米，精度為10厘米。在橫向支架上安裝有用于檢測海底地形避免碰撞島礁的垂直聲納9，相鄰的垂直聲納9之間呈120度，檢測深度為500米，檢測精度I米，三個(gè)探頭間距為6米以上。水平聲納和垂直聲納能夠交叉工作，有效提高聲納系統(tǒng)的辨識(shí)率和可靠性，同時(shí)也可以完成對(duì)洋流運(yùn)動(dòng)速度的多普勒探測、海水溫度高精度探測、密度高精度探測和波浪的高精度探測。智能控制系統(tǒng)還包括采用高頻聲納的特殊掃頻超聲波脈沖發(fā)射，以避免生物附著在海面浮動(dòng)平臺(tái)上和微生物在海面浮動(dòng)平臺(tái)及波浪能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)上的衍生和附著。智能控制系統(tǒng)還包括海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)12，它包括傳感器、傳感器安裝架及纖維纜繩，傳感器安裝架設(shè)于海面浮動(dòng)平臺(tái)底部邊沿并水平向外伸出，傳感器通過纖維纜繩懸吊在傳感器安裝架的伸出端上，海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置的程序或遠(yuǎn)程命令，完成海面下O 3000米深度海洋參數(shù)的觀測和檢測，該平臺(tái)將可以承載1000米的纖維纜繩和負(fù)荷達(dá)到50kg的傳感器。智能控制系統(tǒng)還包括可視化遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)，可視化遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)包括攝像頭，攝像頭包括三個(gè)海面觀測攝像頭2和三個(gè)水下觀測攝像頭，海面觀測攝像頭2均勻分布在承載體頂部圓周上以實(shí)現(xiàn)全方位海面觀測，而水下觀測攝像頭均勻分布在海面浮動(dòng)平臺(tái)底部圓周上以實(shí)現(xiàn)全方位水下觀測。表I
權(quán)利要求
1.一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，包括海面浮動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)上的電力系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和用于海洋觀測、導(dǎo)航及通信的智能控制系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括海洋波浪能發(fā)電機(jī)組、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水輪機(jī)，其特征在于:所述水輪機(jī)包括筒形機(jī)殼、設(shè)于機(jī)殼內(nèi)上、下部的兩組導(dǎo)流葉片和設(shè)于兩組導(dǎo)流葉片之間的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，通過置于海面下水輪機(jī)受波浪驅(qū)動(dòng)海面浮動(dòng)平臺(tái)所拉動(dòng)的上下運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)入水輪機(jī)殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)將起伏運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能傳遞至經(jīng)過變速機(jī)構(gòu)提速的發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子，從而使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；所述電力系統(tǒng)還包括設(shè)于海面浮動(dòng)平臺(tái)上的太陽能光伏系統(tǒng)，所述太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺(tái)的輔助電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補(bǔ)方式提供推進(jìn)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動(dòng)力源，所述海洋觀測平臺(tái)能依據(jù)智能控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的海洋觀測軌跡和嵌入GPS導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)或者根據(jù)遠(yuǎn)程路基中心命令遙控運(yùn)動(dòng)，并向遠(yuǎn)程路基中心傳送觀測數(shù)據(jù)和接收指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述的太陽能光伏系統(tǒng)由薄膜太陽能電池和用于安裝薄膜太陽能電池的承載體組成，所述承載體固定在所述海面浮動(dòng)平臺(tái)的臺(tái)面上，所述薄膜太陽能電池鋪設(shè)在承載體表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述承載體是正置的空心正方棱錐體并罩括在所述海面浮動(dòng)平臺(tái)上，所述發(fā)電機(jī)組位于所述承載體內(nèi)，所述薄膜太陽能電池均勻分布在所述承載體的各個(gè)外表面上，太陽光線以任何角度照射在薄膜太陽能電池上使得承載體的一半面積能夠接受太陽光能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述電力系統(tǒng)還包括設(shè)置在承載體內(nèi)用于儲(chǔ)蓄電能的高能電池組和控制電箱，所述薄膜太陽能電池和發(fā)電機(jī)組分別電連接至高能電池組進(jìn)行電能儲(chǔ)蓄，所述高能電池組還與控制電箱連接，通過控制電箱向推進(jìn)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)輸出電能。
5.根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤渦輪形，每個(gè)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子 渦輪呈翼型葉狀并具有相同的排列方向；所述的上、下部導(dǎo)流葉片以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所在的平面對(duì)稱分布成鏡像設(shè)置，每個(gè)導(dǎo)流葉片的形狀為弧形且凹向單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸；在水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面分別設(shè)有錐體狀的上收縮體和錐體狀的下收縮體，使得進(jìn)入水輪機(jī)的水流得以大大加速，上收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和上部導(dǎo)流葉片之間，下收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和下部導(dǎo)流葉片之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用萬向節(jié)級(jí)聯(lián)形式或者水輪機(jī)直接安裝在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底面上，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)軸和三個(gè)以上設(shè)于傳動(dòng)軸上用于調(diào)節(jié)水輪機(jī)在海面下放置深度的萬向節(jié)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一端與發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端相連接，另一端與水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述推進(jìn)系統(tǒng)包括螺旋槳和螺旋槳安裝架，所述螺旋槳安裝架設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底部并伸入海平面以下，所述螺旋槳安裝架沿海面浮動(dòng)平臺(tái)圓周均勻分布，所述螺旋槳豎向安裝在螺旋槳安裝架的伸出端上，所述螺旋槳根據(jù)GPS導(dǎo)航指令調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向并采用模糊控制原理控制加速和減速，同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和波浪能發(fā)電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述智能控制系統(tǒng)包括水下聲納系統(tǒng)，所述水下聲納系統(tǒng)包括聲納和聲納安裝架，所述聲納安裝架設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)的底部邊沿上并沿海面浮動(dòng)平臺(tái)圓周均勻分布，所述聲納安裝架由豎向支架和橫向支架組成，在所述豎向支架上安裝有用于檢測周邊島礁可能性防碰撞動(dòng)態(tài)的水平聲納，在所述橫向支架上安裝有用于檢測海底地形避免碰撞島礁的垂直聲納；所述智能控制系統(tǒng)還包括采用高頻聲納的特殊掃頻超聲波脈沖發(fā)射，以避免生物附著在海面浮動(dòng)平臺(tái)上和微生物在海面浮動(dòng)平臺(tái)及波浪能發(fā)電機(jī)系統(tǒng)上的衍生和附著。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述智能控制系統(tǒng)還包括海洋分 層觀測傳感器施放系統(tǒng)，它包括傳感器、傳感器安裝架及纖維纜繩，所述傳感器安裝架設(shè)于海面浮動(dòng)平臺(tái)底部邊沿并水平向外伸出，所述傳感器通過所述纖維纜繩懸吊在傳感器安裝架的伸出端上，傳感器根據(jù)預(yù)置的程序或遠(yuǎn)程命令，完成海面下O 3000米深度海洋參數(shù)的觀測和檢測。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，其特征在于:所述智能控制系統(tǒng)還包括可視化遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)，所述可視化遠(yuǎn)程觀測系統(tǒng)包括攝像頭，所述攝像頭包括海面觀測攝像頭和水下觀測攝像頭，所述海面觀測攝像頭均勻分布在承載體頂部圓周上以實(shí)現(xiàn)全方位海面觀測，而所述水下觀測攝像頭均勻分布在海面浮動(dòng)平臺(tái)底部圓周上以實(shí)現(xiàn)全方位水下觀測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺(tái)，通過置于海面下水輪機(jī)受波浪驅(qū)動(dòng)海面浮動(dòng)平臺(tái)所拉動(dòng)的上下運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)入水輪機(jī)殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，將起伏運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能傳遞至經(jīng)過變速機(jī)構(gòu)提速的發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子，使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；電力系統(tǒng)還包括太陽能光伏系統(tǒng)，太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺(tái)的輔助電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補(bǔ)方式提供推進(jìn)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動(dòng)力源。通過提供充足電能，本發(fā)明成為觀測平臺(tái)的遙控、多種方式通訊、可視化遠(yuǎn)程在線監(jiān)控觀測平臺(tái)等，透明監(jiān)管遍布我國境內(nèi)全部海洋觀測站點(diǎn)成為可能。
文檔編號(hào)F03B13/22GK103147903SQ20131004369
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者鄭貴林, 王麗娟, 梁健 申請(qǐng)人:鄭貴林