本發(fā)明屬水下航行器領域，具體涉及一種用于回轉體水下航行器的水平軸海流發(fā)電裝置。

背景技術：
水下航行器是一種航行于水下的航行體，包括載人水下航行器和無人水下航行器，它能夠完成水下勘探、偵測甚至是軍事上的進攻防守等任務。水下航行器具有活動范圍大、潛水深度深、可進入復雜結構中、不需要龐大水面支持等優(yōu)點，還具有成本和維護費用低、可重復利用、投放回收方便、續(xù)航能力長等特點。在海洋開發(fā)日益重要的現在，水下航行器越來越得到了各個國家的重視，無論是在民用還是在軍用上，都扮演著重要的角色。能源對水下航行器的長時間水下連續(xù)工作和執(zhí)行遠程任務能力起著決定性的作用。目前國內外的水下航行器主要由機載電池供電，但體積尺寸、重量限制，水下航行器的使用壽命及作用范圍，無法滿足攜帶大量探測、通訊設備在水下長時連續(xù)工作的需求。如果能充分利用海洋中蘊藏的能量，解決水下航行器的能源供給問題，將會是水下航行器能源供給的重大突破。海洋中蘊藏著豐富的可再生能源，取之不盡，用之不竭。目前國內外海洋能技術主要出現在商業(yè)領域，商業(yè)發(fā)展以提高發(fā)電效率和功率為研究重點，導致相關發(fā)電設備額定功率和尺寸普遍較大，不適合用在水下航行器上。如英國2009年最新研制的“海蛇”海浪發(fā)電裝置，其長度達到150米。如2003年英國水下渦輪公司建成的Seafow海流能發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電功率為300kW，其葉輪的直徑就達到11米。為了解決水下航行器能源補給問題，目前國內外相關機構、學者開展了大量的研究工作，但主要集中在溫差能、太陽能、晃動能等環(huán)境能源技術在水下航行器上的應用研究。王延輝，王樹新，謝春剛在天津大學學報2007年02期的《基于溫差能源的水下滑翔器動力學分析與設計》一文中公開了溫差能的應用，水下航行器主要通過在海洋中進行鋸齒運動，穿越不同的溫度的海水層，利用冷熱交換原理從海洋暖水層和冷水層之間的溫度差中獲取能量，但能量轉換效率較低，且對其運行軌跡有嚴格的限制。Komerska,R.J.,ChappellS.G.在2006年OCEANS會議的《ASimulationEnvironmentforTestingandEvaluatingMultipleCooperatingSolar-poweredUUVs》一文中公開了太陽能的應用，通過將水下航行器外形改變成扁平型，在其表面增設太陽能面板，并在近水面吸收太陽能來獲取能量，雖然能量轉換效率較高，但受天氣影響較大，且需要對航行外形進行特殊改造，不適合常規(guī)水下發(fā)射裝置進行水下發(fā)射。在公開號為102705139A的發(fā)明創(chuàng)造中，公開了一種回轉體水下航行器發(fā)電裝置。該裝置通過海洋擾動引起的慣性擺擺動和質量塊移動收集航行器的晃動能，但晃動能發(fā)電裝置放置在航行器內，不與海洋直接接觸，其轉化效率低。為此，必須進一步深入探索研究水下航行器新型能源技術。海流能是海水平穩(wěn)且有規(guī)律流動的動能，海流能具有：有規(guī)律可預測，幾乎不受天氣的影響；能量密度大；發(fā)電裝置置于海面下，受風浪影響小的特點。如果能將航行器所處環(huán)境下的海流收集起來并轉換成電能，那么將解決水下航行器的水下能源供給問題，提高其水下工作時間。

技術實現要素：
為克服現有技術中存在的能量轉換效率較低、運行軌跡有嚴格的限定和不適合常規(guī)水下發(fā)射裝置進行水下發(fā)射的不足，本發(fā)明提出了一種用于回轉體水下航行器的水平軸海流發(fā)電裝置。本發(fā)明所述水下航行器采用現有技術，包括航行器前段、航行器中段和航行器后段；航行器前段、航行器中段、航行器后段均為回轉體；其特征在于：還包括兩個水平軸海流發(fā)電裝置，并且：a.所述兩個水平軸海流發(fā)電裝置對稱固定安裝在航行器前段與航行器中段之間；所述航行器各段殼體外表面分別均布有兩個凹槽；凹槽的橫截面為弧形，用于收納海流發(fā)電裝置的葉片；b.所述水平軸海流發(fā)電裝置包括安裝支架、伸縮機構、葉片、柱塞泵、大錐齒輪、小錐齒輪和發(fā)電機；其中，所述安裝支架由葉輪殼體、兩個端蓋板和兩個支撐板組成；所述的伸縮機構包括葉片安裝架、第一伸縮套筒、第二伸縮套筒、第三伸縮套筒和套筒端蓋；所述伸縮機構安裝在所述葉輪殼體的圓周上，并使位于伸縮機構頂端的葉片分別伸出葉輪殼體之外；伸縮機構中的第三伸縮套筒一端位于葉輪殼體內，另一端通過套筒端蓋固定連接，并通過滾珠軸承安裝在所述安裝支架的支撐板上；所述大錐齒輪安裝在所述各第三伸縮套筒安裝有套筒端蓋的一端；所述小錐齒輪安裝在發(fā)電機的輸出軸上，并與所述大錐齒輪齒合；所述發(fā)電機安裝在所述支撐板的外表面上；所述柱塞泵固定安裝在所述支撐板的內表面上；各柱塞泵的頂端通過液壓管路及旋轉接頭與伸縮機構的套筒端蓋上的接口連接；柱塞泵底端通過液壓管路與液壓油箱連通；c.所述伸縮機構中，第一伸縮套筒、第二伸縮套筒和第三伸縮套筒按第一至第二的順序依次逐級收縮；所述葉片安裝架固定安裝在第一伸縮套筒內；所述的兩個葉片安裝在各伸縮機構的頂端。所述第一伸縮套筒為實心回轉體，直徑與第二伸縮套筒的內凸緣孔徑相同；所述第一伸縮套筒套裝在第二伸縮套筒內，并帶動該第二伸縮套筒旋轉；所述第二伸縮套筒的外徑與葉輪殼體上通孔的孔徑相同；第二伸縮套筒的一端有限制第一伸縮套筒的軸向移動范圍的內凸緣；第二伸縮套筒另一端的圓周表面與第三伸縮套筒的內表面通過鍵配合，并帶動第三伸縮套筒旋轉；第三伸縮套筒的外徑與葉輪殼體上通孔的內徑相同；第三伸縮套筒一端有用于限制第二伸縮套筒的軸向移動范圍的內凸緣，另一端通過套筒端蓋密封固定；所述第三伸縮套筒有內凸緣一端套裝在葉輪殼體的通孔內，并能夠在該通孔內旋轉；第三伸縮套筒的另一端通過滾珠軸承安裝在支撐板的通孔內；所述滾珠軸承固定在套筒端蓋上的接頭上。所述套筒端蓋的中心有通孔，該套筒端蓋外表面的中心有凸出的接頭，該接頭的內孔與套筒端蓋上的通孔同軸；安裝時，所述套筒端蓋的內表面與第三伸縮套筒的端面固定連接，所述套筒端蓋的接頭裝入滾珠軸承內，并與該滾珠軸承過盈配合；所述套筒端蓋接頭的端面與旋轉接頭的旋轉部分固定連接；旋轉接頭的固定部分通過螺釘固定在支撐板的內表面；由第二伸縮套筒的內孔、第三伸縮套筒的內孔、套筒端蓋的內孔和旋轉接頭的內孔組成了液壓油的流通通道。所述安裝支架中的葉輪殼體為圓筒形，該葉輪殼體的兩端均端蓋板，形成了封閉的葉輪殼體；葉輪殼體的外徑與航行器的外徑相同；在所述安裝支架中的葉輪殼體的兩側圓周表面中部的圓周上分別有兩個通孔，兩個水平軸發(fā)電裝置的伸縮機構中的第三伸縮套筒分別安裝在所述各通孔內；各伸縮機構所處的葉輪殼體的圓周表面有軸向分布的開口，開口為半圓形，截面與所述伸縮機構的葉片安裝架截面形狀相同，形成葉片安裝架的收納槽。所述兩個支撐板均為平板；兩個支撐板平行的固定安裝于葉輪殼體內的底部，在兩支撐板內表面之間形了成柱塞泵和液壓油箱的安裝空間；各支撐板的表面平行于葉輪殼體的軸線；在兩個支撐板的外表面與葉輪殼體內表面之間形成了伸縮機構、大錐齒輪、小錐齒輪和發(fā)電機的安裝空間；在支撐板上部中間位置有一通孔，所述套筒端蓋通過滾珠軸承在該通孔內。工作時：當水下航行器處于駐留狀態(tài)時，水下航行器前段與航行器后段的錨鏈投入海底，使航行器水平穩(wěn)定駐留，保持發(fā)電裝置葉輪軸線水平。柱塞泵將液壓油經過液壓管路和旋轉接頭高壓壓入第三伸縮套筒中，推動兩級伸縮套筒連同葉片一起延伸出航行器。葉片收到海流作用力矩，帶動伸縮機構繞軸線旋轉，通過大錐齒輪和小錐齒輪傳動，帶動發(fā)電機電機軸轉動從而將海流的動能轉化為機械能，再將機械能轉化為電能，供水下航行器使用。此用于回轉體水下航行器的水平軸發(fā)電裝置，可控性強、轉化效率高，整體外形呈圓柱形，結構緊湊，可作為單獨模塊直接裝載回轉體型水下航行器上；本裝置將海流動能轉化為供水下航行器使用的電能，從根本上解決了水下航行器的能源供給問題。附圖說明圖1是本發(fā)明伸展前的結構簡圖圖2是本發(fā)明伸展后的結構簡圖圖3是本發(fā)明伸展后錨泊的結構簡圖圖4是本發(fā)明內部整體結構簡圖圖5是本發(fā)明回轉體外殼、捕能機構結構簡圖圖6是本發(fā)明回轉體外殼中段結構簡圖圖7是本發(fā)明伸縮機構結構簡圖圖8是本發(fā)明三角街頭結構簡圖圖9是本發(fā)明二級伸縮套筒結構簡圖圖10是本發(fā)明伸縮套筒結構簡圖圖11是本發(fā)明傳動機構、發(fā)電機構結構簡圖圖中：1.航行器前段；2.水平軸海流發(fā)電裝置；3.凹槽；4.航行器中段；5.航行器后段；6.鰭舵；7.螺旋槳；8.錨鏈；9.葉片；10.端蓋板；11.葉輪殼體；12.葉片安裝架；13.第一伸縮套筒；14.第二伸縮套筒；15.第三伸縮套筒；16.大錐齒輪；17.小錐齒輪；18.發(fā)電機；19.發(fā)電機安裝架；20.柱塞泵；21.柱塞泵安裝架；22.液壓管路；23.支撐板；24.旋轉接頭；25.液壓油箱；26.滾珠軸承；27.套筒端蓋。具體實施方式本實施例是一種用于回轉體水下航行器的水平軸海流發(fā)電裝置。本實施例安裝在水下航行器上，所述水下航行器采用現有技術，包括航行器前段1、航行器中段4、航行器后段5、鰭舵6、螺旋槳7和錨鏈8。航行器前段1、航行器中段4、航行器后段5均為回轉體，航行器各段之間通過常規(guī)螺釘螺帽連接。在所述航行器前段1與航行器中段4之間安裝有水平軸海流發(fā)電裝置2。所述航行器前段1和航行器中段4殼體外表面分別均布有兩個凹槽3，相鄰凹槽3之間間隔180°。凹槽3的橫截面為矩形，用于收納葉片9，凹槽3長寬略大于葉片9的長寬，使葉片9能夠貼合與殼體外徑范圍內，以減小航行器所受阻力。在航行器前段1和航行器后段5設有錨鏈8，航行器駐留時投放錨鏈8，使航行器能夠水平駐留并保持穩(wěn)定，并使水平軸海流發(fā)電裝置葉輪軸線保持水平。為了抵消航行器的俯仰作用，在航行器前段與航行器中段之間對稱安裝兩套水平軸海流發(fā)電裝置2，并且所述兩套水平軸海流發(fā)電裝置的安裝方向相反，使得兩套水平軸海流發(fā)電裝置上葉片前緣的朝向相反，工作時，在海流的作用下，所述的葉片受力方向相反，從而帶動兩套水下航行器的垂直軸海流發(fā)電裝置產生方向相反的轉動，以抵消與航行器的相互作用力，減小航行器的俯仰運動。所述用于回轉體水下航行器的水平軸海流發(fā)電裝置2有兩套，并且兩套水平軸發(fā)電裝置2結構特征相同。本實施例僅以其中一套水平軸海流發(fā)電裝置為例加以說明。所述水平軸海流發(fā)電裝置2包括安裝支架、伸縮機構、葉片9、柱塞泵20、大錐齒輪16、小錐齒輪17和發(fā)電機18。其中，所述安裝支架由葉輪殼體11、兩個端蓋板10和兩個支撐板23組成；所述的伸縮機構包括葉片安裝架12、第一伸縮套筒13、第二伸縮套筒14、第三伸縮套筒15和套筒端蓋27。所述安裝支架位于航行器前段1和航行器中段4之間，通過螺釘與各段同軸連接。所述伸縮機構安裝在所述葉輪殼體11的圓周上，并使位于伸縮機構頂端的葉片9伸出葉輪殼體11之外。伸縮機構中的第三伸縮套筒15一端位于葉輪殼體11內，另一端通過套筒端蓋27固定密封連接，并通過滾珠軸承26安裝在所述安裝支架的支撐板23上，使所述伸縮機構能夠旋轉。所述大錐齒輪16安裝在所述第三伸縮套筒安裝有套筒端蓋27的一端；所述小錐齒輪17安裝在發(fā)電機18的輸出軸上，并與所述大錐齒輪16齒合。所述發(fā)電機18通過發(fā)電機安裝架19固定安裝在所述支撐板23的外表面上。所述柱塞泵20通過柱塞泵安裝架21固定安裝在所述支撐板23的內表面上。柱塞泵20的頂端通過液壓管路22及旋轉接頭24與伸縮機構的套筒端蓋27上的接口連接。柱塞泵20底端通過液壓管路22與液壓油箱25連通。所述旋轉接頭24通過螺釘固定在支撐板23上部。所述伸縮機構中，第一伸縮套筒13、第二伸縮套筒14和第三伸縮套筒15按第一至第二的順序依次逐級收縮，直至第一伸縮套筒13至第二伸縮套筒14全部收縮進入第三伸縮套筒15中。所述葉片安裝架12固定安裝于第一伸縮套筒13內。所述的兩個葉片9分別安裝在各伸縮機構的頂端的葉片安裝架12上。所述第一伸縮套筒13為實心回轉體，直徑與第二伸縮套筒14的內凸緣孔徑相同。在該第一伸縮套筒13頂端有一盲孔，用于固定安裝葉片安裝架12；該第一伸縮套筒另一端圓周表面有凸起的花鍵，與第二伸縮套筒14內的花鍵槽配合。所述第一伸縮套筒13套裝在第二伸縮套筒14內，能夠沿軸向伸縮，并帶動第二伸縮套筒14旋轉。所述第二伸縮套筒14為中空回轉體，其直徑與葉輪殼體11上的通孔直徑相同。該第二伸縮套筒的一端有內凸緣，該內凸緣處的內徑與第一伸縮套筒13外徑相同，以限制第一伸縮套筒13的軸向移動范圍；該第二伸縮套筒另一端的圓周表面有與第三伸縮套筒15內的花鍵槽配合的花鍵。所述第二伸縮套筒的內表面有軸向的花鍵槽，用于與位于第一伸縮套筒13外圓表面的花鍵配合，使所述第二伸縮套筒與第一伸縮套筒能夠在周向同步運動。所述第二伸縮套筒14套裝在第三伸縮套筒15內，能夠沿第三伸縮套筒軸向伸縮，并帶動第三伸縮套筒15同時繞軸線旋轉。第三伸縮套筒15為中空回轉體，其直徑與葉輪殼體11上的通孔直徑相同。一端有內凸緣，內凸緣直徑與第二伸縮套筒14直徑相同，可限制第二伸縮套筒14的軸向移動范圍；另一端通過套筒端蓋27固定密封；且其內壁上有與第二伸縮套筒14花鍵相同的花鍵槽。所述第三伸縮套筒15有內凸緣一端套裝在葉輪殼體11的通孔內，可在通孔內繞軸線旋轉；另一端通過固定安裝的套筒端蓋27上的接頭過盈配合滾珠軸承26，安裝于支撐板23的通孔內。所述套筒端蓋27為圓形板狀。在該套筒端蓋的中心有通孔，該套筒端蓋外表面的中心有凸出的接頭，該接頭為中空回轉體，并且該接頭的內孔與套筒端蓋上的通孔同軸。安裝時，所述套筒端蓋27的內表面與第三伸縮套筒15的端面固定連接，所述套筒端蓋27的接頭裝入滾珠軸承26內，并與該滾珠軸承26過盈配合。所述套筒端蓋接頭的端面與旋轉接頭24的旋轉部分固定連接；旋轉接頭24的固定部分通過螺釘固定在支撐板的內表面。由第二伸縮套筒14的內孔、第三伸縮套筒15的內孔、套筒端蓋27的內孔和旋轉接頭24的內孔組成了液壓油的流通通道。所述安裝支架中的葉輪殼體11為圓筒形，該葉輪殼體的兩端均端蓋板10，形成了封閉的葉輪殼體。葉輪殼體11的外徑與航行器的外徑相同。在所述安裝支架中的葉輪殼體11的兩側圓周表面中部的圓周上分別有兩個通孔，兩個水平軸發(fā)電裝置的伸縮機構中的第三伸縮套筒15分別安裝在所述各通孔內。各伸縮機構所處的葉輪殼體11的圓周表面有軸向分布的開口，開口為半圓形，截面與所述伸縮機構的葉片安裝架12截面形狀相同，形成葉片安裝架12的收納槽。所述兩個支撐板23均為平板。兩個支撐板23平行的固定安裝于葉輪殼體11內的底部，在兩支撐板23內表面之間形了成柱塞泵20和液壓油箱25的安裝空間。各支撐板的表面平行于葉輪殼體的軸線。在兩個支撐板23的外表面與葉輪殼體11內表面之間形成了伸縮機構、大錐齒輪16、小錐齒輪17和發(fā)電機18的安裝空間。在支撐板23上部中間位置有一通孔，所述套筒端蓋27通過滾珠軸承26在該通孔內。所述端蓋板10為圓形薄板，其作用為密封葉輪殼體11，其圓周上有與葉輪殼體11截面形狀相同的豁口。在所述端端蓋板10表面的外緣均布有螺紋孔。所述葉片安裝架12的截面為“T”形，葉片固定安裝在該葉片安裝架水平桿的兩端。所述葉片9采用NACA翼型。所述兩個葉片9的根部固定連接在葉片安裝架12內，呈180°水平對稱布置。未工作時，葉片9緊貼于航行器各段凹槽3內減小流體阻力，工作時其在伸縮機構的作用下水平向外伸出。所述液壓系統(tǒng)由液壓油箱25、柱塞泵20、液壓管路22、旋轉接頭24組成。所述液壓油箱25是液壓油的儲存容器，采用常規(guī)油箱，油箱的容積是兩個伸縮機構伸展后內部容積總和的兩倍，通過螺栓螺母固定安裝葉輪殼體11內的兩支撐板23之間的安裝空間內，并通過液壓管路22將液壓油箱25和柱塞泵20連通。所述柱塞泵20為雙向泵，采用VICKERS威格士公司的PVH074型號泵，通過柱塞泵安裝架21固定安裝支撐板23遠離伸縮機構的一面上。柱塞泵20的作用為通過液壓管路22從液壓油箱22抽取液壓油，通過液壓管路22和旋轉接頭24將液壓油壓入或抽出所述伸縮機構的第三伸縮套筒15中，控制伸縮機構的伸展與收縮，其兩端分別連通液壓管路22，并通過液壓管路22分別有旋轉接頭24和液壓油箱25連通。所述液壓管路22分為兩段，均采用常規(guī)管路，采用螺紋連接。一段用于連接柱塞泵20和旋轉接頭24；另一段用于連接柱塞泵20和液壓油箱25。所述旋轉接頭24采用公開號為CN101936434B的發(fā)明創(chuàng)造中公開的旋轉接頭，通過該旋轉接頭將固定通道轉換為旋轉通道。旋轉接頭24旋轉端套裝在所述伸縮機構的套筒端蓋27的接頭上，固定端通過液壓管路22連接柱塞泵20。旋轉接頭24固定端通過螺釘固定在支撐板23通孔位置。所述大錐齒輪16為主動傳動齒輪，固定連接在第三伸縮套筒15有套筒端蓋27一端，與發(fā)電機18上固定連接的小錐齒輪17嚙合。所述大錐齒輪16的齒數：小錐齒輪17＝13：1，使大錐齒輪16在傳動過程中增加傳動速度。所述發(fā)電機18采用Maxon公司的RE65型號電機，通過發(fā)電機安裝架19固定安裝在支撐板23靠近伸縮機構的一側，在電機軸頂端上固定連接有小錐齒輪17。大錐齒輪16帶動小錐齒輪27和電機軸旋轉時，發(fā)電機18將機械能轉化為電能。工作時：當水下航行器處于駐留狀態(tài)時，水下航行器前段1與航行器后段5的錨鏈8投入海底，使航行器水平穩(wěn)定駐留，保持發(fā)電裝置葉輪軸線水平。柱塞泵20將液壓油經過液壓管路22和旋轉接頭24高壓壓入第三伸縮套筒15中，推動兩級伸縮套筒連同葉片9一起延伸出航行器。葉片9收到海流作用力矩，帶動伸縮機構繞軸線旋轉，通過大錐齒輪16和小錐齒輪17傳動，帶動發(fā)電機18電機軸轉動從而將海流的動能轉化為機械能，再將機械能轉化為電能，供水下航行器使用。