專利名稱：利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種潛水器，尤其是利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器，屬于船舶工程技術領域中水下居住或作業的設備。
背景技術：
目前已有的潛水器都是需要攜帶能源以驅動前進的。由于攜帶能源所需占用的容積和本身重量的限制，使攜帶能源的數量受到嚴格的控制，以至束縛了潛水器的運行時間和航程，提高了運行成本和制造成本。在已有技術中，專利號為01100006.6的滑翔潛艇發明專利，潛艇在水下滑翔時，需依靠人力或機械力驅使潛艇附帶的水囊向艇體注入或抽出水流，才能改變潛艇的浮力，無自帶能源無法運轉，因此不能持久遠程運行。專利號為200320110216.0的縱列雙座船身式兩棲超輕型飛機發明專利，具有從水面起飛降落在陸地或從陸地起飛降落在水面的性能，兼有空中停車狀態下的滑翔操控性能，但不能潛入海面以下執行潛航任務；它以二沖程發動機為動力，運行成本和制造成本昂貴，無自帶能源就無法運轉，不能持久遠程運行。2001年10月IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING第26卷第4期美國海軍研究所Douglas C.Webb等人發表的改變浮力獲得驅動力的滑翔潛水器，其發動機以氮氣為工作氣體，以乙二醇為傳遞液體，由于氮氣性質不甚穩定，容易與乙二醇發生化學反應而變質；乙二醇黏度低，氮氣容易滲入以至影響乙二醇的功率傳遞，不能保證發動機的可靠和滑翔潛水器的正常運行。
實用新型內容為了克服現有潛水器需要自帶能源的弊病，本實用新型提供一種利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器，包括潛水器外殼、垂直尾翼、水平機翼和烷烴發動機，其中烷烴發動機由工作流體缸、工作氣體缸、內膽、外膽、工作流體活塞、傳遞流體活塞、A截止閥、B截止閥、三通閥組成。工作流體缸、工作氣體缸和內膽安置在潛水器外殼內，外膽安裝在潛水器外殼的底部。
工作流體活塞和傳遞流體活塞分別置于工作流體缸和工作氣體缸內。在工作流體缸內工作流體活塞上面的部分是工作流體腔，在工作氣體缸內傳遞流體活塞上面的部分是工作氣體腔。工作流體缸底部通過A截止閥與內膽頂部相連，通過B截止閥分別與工作氣體缸的底部和三通閥的A端連接。內膽底部與三通閥的B端相連，外膽與三通閥的C端相連。垂直尾翼安置在潛水器外殼的尾部上方；左右各一個水平機翼分別安置在潛水器外殼前半部的兩側。水平機翼與傳遞流體活塞聯動。
工作流體腔內充滿工作流體。工作氣體腔內充滿了氬氣，并使氬氣的壓力比潛水器運行區域內海水的最高壓力高。工作流體缸中工作流體活塞以下的部分、工作氣體缸中傳遞流體活塞以下的部分、內膽和外膽內均充滿了傳遞流體。當烷烴發動機工作時，工作流體作固、液兩相變換。
當潛水器升到溫躍層以上海水層時，水溫較高，工作流體吸熱，熔化，體積膨脹，向下推動工作流體活塞，將工作流體活塞下面的傳遞流體經B截止閥流入工作氣體缸的下部，并抬高傳遞流體活塞，擠壓工作氣體腔內的氣體。與此同時，三通閥的B端與C端連通，使外膽中的傳遞流體流入內膽，潛水器總體容積減小，浮力也減小，潛水器將下沉。與傳遞流體活塞聯動的水平機翼向斜下方傾角而使潛水器向前下方滑行，潛水器進入冷水層。
在冷水層中，水溫較低，工作流體放熱，開始凝固，并收縮體積，使工作流體活塞上抬，內膽內的傳遞流體經A截止閥進入工作流體缸的下部。與此同時，控制三通閥的A端與C端相通，工作氣體缸下部的傳遞流體流入外膽，使外膽體積膨脹，潛水器總體容積增大，潛水器浮力增大，獲得向上的升力。與傳遞流體活塞聯動的水平機翼向斜上方向迎角，使潛水器向斜上方滑行，潛水器進入溫水層。
如此周而復始，潛水器持續以“之”字型向前滑行。潛水器的烷烴發動機也完成了一個熱力循環。
本實用新型的有益效果是，潛水器可以長期在水中運行，無需補充能源，制造成本運行成本低廉，在涉及海洋水下工作的各個領域有重大的實用價值。
圖1是本實用新型潛水器驅動裝置結構原理圖。
圖2是本實用新型潛水器側視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施作進一步描述。
如圖1、圖2所示，本實用新型包括工作流體缸1、工作氣體缸2、內膽3、外膽4、工作流體活塞5、傳遞流體活塞6、潛水器外殼7、A截止閥8、B截止閥9、水平機翼11、垂直尾翼13、三通閥14。其中工作流體缸1、工作氣體缸2、內膽3、外膽4、工作流體活塞5、傳遞流體活塞6、A截止閥8、B截止閥9、三通閥14構成了烷烴發動機。
潛水器外殼7是一流線形中空殼體。工作流體缸1安置在外殼7內的中前部，工作氣體缸2安置在外殼7內的中部，內膽3安置在外殼7內的中后部，外膽4安置在外殼7的底部，工作流體活塞5置于工作流體缸1內，傳遞流體活塞6置于工作氣體缸2內。在工作流體缸1內工作流體活塞5上面的部分是工作流體腔10，在工作氣體缸2內傳遞流體活塞6上面的部分是工作氣體腔12。工作流體缸1底部通過A截止閥8與內膽3頂部相連，通過B截止閥9分別與工作氣體缸2的底部和三通閥14的A端連接。內膽3底部與三通閥14的B端相連，外膽4與三通閥14的C端相連。垂直尾翼13安置在潛水器外殼7的尾部上方；左右各一個水平機翼11安置在潛水器外殼7前半部的兩側。水平機翼11與傳遞流體活塞6聯動。
工作流體腔10內充滿烷烴類化合物。對不同的海域，溫躍層以上海水層的溫度是不同的。當海水溫度較低時，采用熔點為10℃正十五烷或者熔點為16.7℃正十六烷。當潛水器運行海域的海水溫度較高時，可以采用熔點為21.7℃正十七烷作為工作流體。工作氣體腔12內充滿了氬氣，并使氬氣的壓力比潛水器運行區域內海水的最高壓力高。工作流體缸1中工作流體活塞5以下的部分、工作氣體缸2中傳遞流體活塞6以下的部分、內膽3和外膽4內均充滿了傳遞流體。傳遞流體采用熔點為-12℃的正十二烷。當烷烴發動機工作時，工作流體作固、液兩相變換。
當潛水器升到溫躍層以上海水層時，水溫較高，工作流體吸熱，熔化，體積膨脹，向下推動工作流體活塞5，將工作流體活塞5下面的傳遞流體經B截止閥9流入工作氣體缸2的下部，并抬高傳遞流體活塞6，擠壓工作氣體腔12內的氣體。與此同時，控制三通閥14的B端與C端連通，使外膽4中的傳遞流體流入內膽3，潛水器總體容積減小，浮力也減小，潛水器將下沉。與傳遞流體活塞6聯動的水平機翼11向斜下方傾角而使潛水器向前下方滑行，潛水器進入冷水層。
在冷水層中，水溫較低，工作流體放熱，開始凝固，并收縮體積，使工作流體活塞5上抬，內膽3內的傳遞流體經A截止閥8進入工作流體缸1的下部。與此同時，控制三通閥14的A端與C端相通，工作氣體缸2下部的傳遞流體流入外膽4，使外膽4體積膨脹，潛水器總體容積增大，潛水器浮力增大，獲得向上的升力。與傳遞流體活塞6聯動的水平機翼11向斜上方向迎角，使潛水器向斜上方滑行，潛水器進入溫水層。
如此周而復始，潛水器持續以“之”字型向前滑行。潛水器的烷烴發動機也完成了一個熱力循環。
權利要求1.一種利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器，包括潛水器外殼(7)、垂直尾翼(13)、水平機翼(11)，其特征在于還包括由工作流體缸(1)、工作氣體缸(2)、內膽(3)、外膽(4)、工作流體活塞(5)、傳遞流體活塞(6)、A截止閥(8)、B截止閥(9)、三通閥(14)組成的烷烴發動機，潛水器外殼(7)是一流線形中空殼體，工作流體缸(1)安置在外殼(7)內的中前部，工作氣體缸(2)安置在外殼(7)內的中部，內膽(3)安置在外殼(7)內的中后部，外膽(4)安置在外殼(7)的底部，工作流體活塞(5)置于工作流體缸(1)內，傳遞流體活塞(6)置于工作氣體缸(2)內，在工作流體缸(1)內工作流體活塞(5)上面的部分是工作流體腔(10)，在工作氣體缸(2)內傳遞流體活塞(6)上面的部分是工作氣體腔(12)，工作流體缸(1)底部通過A截止閥(8)與內膽(3)頂部相連，通過B截止閥(9)分別與工作氣體缸(2)的底部和三通閥(14)的A端連接，內膽(3)底部與三通閥(14)的B端相連，外膽(4)與三通閥(14)的C端相連，垂直尾翼(13)安置在潛水器外殼(7)的尾部上方，水平機翼(11)安置在潛水器外殼(7)前半部的兩側。
2.根據權利要求1所述的利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器，其特征是所述的水平機翼(11)與傳遞流體活塞(6)聯動。
專利摘要利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器，包括由工作流體缸、工作氣體缸、內膽、外膽、工作流體活塞、傳遞流體活塞、A截止閥、B截止閥、三通閥組成的烷烴發動機、垂直尾翼、水平機翼和潛水器外殼。當潛水器升到溫躍層以上海水層時，水溫較高，工作流體吸熱，熔化，體積膨脹，向下推動工作流體活塞，使外膽中的傳遞流體流入內膽，潛水器總體容積減小，浮力減小，潛水器下沉，與傳遞流體活塞聯動的水平機翼向斜下方傾角，潛水器向前下方滑行。當潛水器降到溫躍層以下海水層時，水平機翼向斜上方向迎角，潛水器向斜上方滑行。如此周而復始，潛水器持續以“之”字型向前滑行。本實用新型可長期在水中運行無需補充能源。
文檔編號F03G7/05GK2785976SQ200420109950
公開日2006年6月7日 申請日期2004年12月9日 優先權日2004年12月9日
發明者馬捷, 張建棟, 杜樂樂, 倪園芳, 張鑫 申請人:上海交通大學