CN102935874A - 双潜体小水线面复合水面无人艇 - Google Patents

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本发明公开了一种双潜体小水线面复合水面无人艇，包括两个平行设置的水下潜体、设置在两个水下潜体上方的支撑体、支撑在支撑体顶部的水面浮体以及分别设置在两个水下潜体艉部的推进装置，所述水面浮体顶部嵌装有可升降感知平台，所述支撑体为倒Y形结构，支撑体垂直边两侧自上而下对称设有两层水翼，上层水翼设置在水面浮体下方，下层水翼位于上层水翼下方，为V形结构，底层水翼水平固设在支撑体两侧边之间。本发明综合性能优于普通滑行艇和常规三体船型的水面无人艇，特别是操纵和摇荡运动及其可控性得到极大改善，其适航性较普通滑行艇和常规三体船型的水面无人艇高60%以上，使得小型无人艇在高海况环境条件下正常作业成为可能。

Description

双潜体小水线面复合水面无人艇
技术领域
 本发明涉及一种无人艇，特指一种用于水上监测的双潜体小水线面复合水面无人艇，属于高性能船舶技术领域。
背景技术
 水面无人艇是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人平台，因其体积小、隐形性好，近些年得到世界各国的重视与发展。无人水面艇采用模块化结构，通过更换任务模块可执行不同使命，目前，国内无人艇普遍采用滑行艇型，由于滑行艇型艇体形状存在缺陷，加上其排水量很小，致使其高速航行时运动稳定性差，尤其是摇荡运动（纵摇、升沉、横摇和航向稳定性）及其可控性差，风浪中快速性也有待提高，很难在较高海况条件下正常工作，大大影响了其适航性，航行经济性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速航行时运动稳定性好、快速性好、适航性能强的双潜体小水线面复合水面无人艇
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种双潜体小水线面复合水面无人艇，包括两个平行设置的水下潜体、固定设置在两个水下潜体上的支撑体、固定支撑在所述支撑体顶部的水面浮体以及分别设置在两个水下潜体艉部的推进装置，所述水面浮体顶部嵌装有可升降感知平台，所述支撑体为倒Y形结构，支撑体垂直边顶部与水面浮体固定连接，支撑体垂直边两侧自上而下对称设有两层水翼，上层水翼设置在水面浮体下方，为倒V形结构，下层水翼位于上层水翼下方，为V形结构，支撑体两侧边分别与两个水下潜体固定连接，底层水翼水平固设在支撑体两侧边之间；支撑体垂直边横剖面为对称翼形，支撑体两侧边、上层水翼、下层水翼和底层水翼横剖面均为弓形。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其中所述的水下潜体为两头小中间大的长柱体结构，横剖面为圆形，水下潜体长度与最大横向宽度比为5～18，宽高比为0.9～1.1。
前述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其中所述的支撑体高度h是水下潜体长度L的1.2～2倍，支撑体两侧边夹角α为90°～150°，支撑体两侧边弦长自下而上逐渐变小，厚度逐渐变大，弦高a1是弦长b1的0.3～0.45倍，支撑体两侧边最大弦长与最小弦长之比为1.5～3，最大弦长为水下潜体长度的1/5～1/3，最大厚度与最小厚度之比为1.6～2.6，支撑体垂直边的厚度比为0.12～0.2，支撑体垂直边弦长等于支撑体两侧边最小弦长。
前述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其中所述的上层水翼和下层水翼弦高a2是弦长b2的0.26～0.42倍。
前述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其中所述的底层水翼弦高a3是弦长b3的0.26～0.42倍，弦长为支撑体两侧边最大弦长的1/4～1/3。
本发明有效克服了现有水面无人艇高速航行时运动稳定性及可控性差的缺点和风浪中快速性差的弱点，其综合性能优于普通滑行艇和常规三体船型的水面无人艇，特别是操纵和摇荡运动及其可控性得到极大改善，其适航性较普通滑行艇和常规三体船型的水面无人艇高60%以上，使得小型无人艇在高海况环境条件下正常作业成为可能。
本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
附图说明
图1是本发明静浮状态时的侧视图；
图2是图1的右视图；
图3是本发明航行状态时的侧视图；
图4是图3的右视图；
图5是图2的A-A剖视放大图；
图6是图2的B-B剖视放大图；
图7是图2的C-C和D-D剖视放大图；
图8是图2的E-E剖视放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1～图4所示，本发明包括两个平行设置的水下潜体1、固定设置在两个水下潜体1上方的支撑体2、固定支撑在支撑体2顶部的水面浮体3以及分别设置在两个水下潜体1艉部的推进装置4，水下潜体1为两头小中间大的流线型长柱体结构，可保证整艇的良好快速性，其横剖面为圆形，水下潜体1长度与最大横向宽度比大于5小于18，宽高比为0.9～1.1，长度与最大横向宽度比随着航速的提高而加大，每个水下潜体1内侧艏艉各布置一对可控短鳍，两个水下潜体1内侧艏艉的两对可控短鳍配合使用，可以实现整艇纵向优良操纵性，可以有效消减纵摇、升沉运动及其对可升降感知平台5的影响，艉部各布置一个可控垂直舵，两个可控垂直舵和异步控制的推进装置配合使用，可以实现整艇横向优良航向稳定性和回转性，为无人艇在三维空间实现良好的操纵性准备了良好条件。
水面浮体3为水滴形结构，其顶部嵌装有可升降感知平台5，根据不同任务的需要，可以调节可升降感知平台5的高度，从而提高监测效率，采用液压泵或机械装置推动可升降感知平台5实现其升降，依据模块化设计原则，可升降感知平台5上可以布置导航、通讯和雷达等系统的天线，也可以设置白光摄像、红外探测和测距仪等传感器，还可以布置风速风向仪和其他物理传感器，有助于该无人艇完成多种任务。
支撑体2为倒Y形结构，支撑体2的垂直边21顶部与水面浮体3固定连接，支撑体垂直边21两侧自上而下对称设有两层水翼6，上层水翼61是助升水翼，设置在水面浮体3下方，为夹角为钝角的浅倒V形结构，下层水翼62是主升水翼，位于上层水翼61下方，为V形结构，具有补强横稳性功能，上层水翼61、下层水翼62横剖面均采用小厚度比改良弓形，其弦高a2是弦长b2的0.26～0.42倍，支撑体垂直边21和两层水翼6的主要几何参数及材料参数按照水面浮体3最佳升高与结构强度综合最优原则通过优化计算确定。支撑体两侧边22分别与两个水下潜体1固定连接，底层水翼60水平固设在支撑体两侧边22之间，底层水翼60横剖面采用弓形，其弦高a3是弦长b3的0.26～0.42倍，弦长为支撑体两侧边最大弦长的1/4～1/3。支撑体两侧边22和底层水翼60是整艇主升水翼，支撑体两侧边22的主要几何参数及材料参数按照航行阻力、最佳升高与结构强度综合最优原则通过优化计算确定。
支撑体2高度h是水下潜体长度L的1.2～2倍，可降低整艇重心，消减水面风浪对整艇的不利影响，支撑体两侧边22夹角α为90°～150°，支撑体两侧边22横剖面为小厚度比近似弓形，其弦长自下而上逐渐变小，厚度逐渐变大，弦高a1是弦长b1的0.3～0.45倍，支撑体两侧边22最大弦长与最小弦长之比为1.5～3，最大弦长为水下潜体长度的1/5～1/3，最大厚度与最小厚度之比为1.6～2.6，支撑体垂直边21的横剖面为中等厚度比对称翼形，厚度比为0.12～0.2，其弦长等于支撑体两侧边22的最小弦长。
推进装置4为大直径螺旋桨，加上低推力减额和高伴流分数，可获得很高的推进效率，采用双桨推进，系统可靠性高，增加两桨同步和异步控制系统，可以改善快速性和回转性这两大重要性能，为了降低推进系统的噪声，提高隐身性能，也可选择喷水推进系统。推进装置可以选用喷水推进、导管桨、对转桨、可调桨或普通桨等。两个水下潜体1间距、长度、形状以及推进装置4的几何参数和运动参数，根据快速性能最优原则和多学科综合优化计算确定。
如图1、图2所示，静浮状态时，水下潜体1、支撑体2以及两层水翼6均处于水面以下，水面浮体3漂浮在水面上；如图3、图4所示，高速航行时，随着航速加大，在上层水翼61、下层水翼62、底层水翼60和水动力支承作用下，水面浮体3脱离水面逐渐升高，上层水翼61和下层水翼62在水中位置逐渐升高，当航速增加到一定临界值时，上层水翼61完全脱离水面，位于水翼割划水面之上，下层水翼62上升至水翼割划水面，底层水翼60始终在水下，仅仅是位置有一定提升，属于深水翼工作状态，此时，水面浮体3上升至最高位置，从而完成监测任务。
本发明的水下潜体1、支撑体2和水面浮体3的材料可采用玻璃钢、碳纤维复合材料或铝合金等轻质材料，这样可以大幅度减轻艇体重量，增加有效搭载载荷，同时将部分空间分配给能源系统，用作燃油或电池舱，可提高续航力，能更长时间在更大的水域执行任务。本发明整体全封闭并且水密，两个水下潜体1的排水量占全部排水量的75-90%，水下潜体1及其中布置的设备仪器等总重量占该艇重量的82-93%，使得艇体重心垂向位置大约在水下潜体1上表面附近，重心离水面距离大，为实现良好的稳性（特别是纵稳性）提供了很好的技术条件。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1. 一种双潜体小水线面复合水面无人艇，其特征在于：包括两个平行设置的水下潜体、固定设置在两个水下潜体上的支撑体、固定支撑在所述支撑体顶部的水面浮体以及分别设置在两个水下潜体艉部的推进装置，所述水面浮体顶部嵌装有可升降感知平台，所述支撑体为倒Y形结构，支撑体垂直边顶部与水面浮体固定连接，支撑体垂直边两侧自上而下对称设有两层水翼，上层水翼设置在水面浮体下方，为倒V形结构，下层水翼位于上层水翼下方，为V形结构，支撑体两侧边分别与两个水下潜体固定连接，底层水翼水平固设在支撑体两侧边之间；支撑体垂直边横剖面为对称翼形，支撑体两侧边、上层水翼、下层水翼和底层水翼横剖面均为弓形。
2.如权利要求1所述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其特征在于：所述水下潜体为两头小中间大的长柱体结构，横剖面为圆形，水下潜体长度与最大横向宽度比为5～18，宽高比为0.9～1.1。
3.如权利要求1所述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其特征在于：所述支撑体高度h是水下潜体长度L的1.2～2倍，支撑体两侧边夹角α为90°～150°，支撑体两侧边弦长自下而上逐渐变小，厚度逐渐变大，弦高a1是弦长b1的0.3～0.45倍，支撑体两侧边最大弦长与最小弦长之比为1.5～3，最大弦长为水下潜体长度的1/5～1/3，最大厚度与最小厚度之比为1.6～2.6，支撑体垂直边的厚度比为0.12～0.2，支撑体垂直边弦长等于支撑体两侧边最小弦长。
4.如权利要求1所述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其特征在于：所述上层水翼和下层水翼弦高a2是弦长b2的0.26～0.42倍。
5.如权利要求1所述的双潜体小水线面复合水面无人艇，其特征在于：所述底层水翼弦高a3是弦长b3的0.26～0.42倍，弦长为支撑体两侧边最大弦长的1/4～1/3。
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