CN107878670A - 小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，包括船体主体、翼型方向操纵器、电力系统、推进系统、水质采样系统和控制系统；其中翼型方向操纵器至少一组，每一组翼型方向操纵器的翼型方向操纵器主体和诱导襟翼均为流线型剖面；翼型方向操纵器旋转轴的上端通过连杆与翼型方向操纵器伺服电机连接，翼型方向操纵器旋转轴的下端穿过箱式连接桥结构底板和支柱，与翼型方向操纵器主体固接；诱导襟翼通过襟翼旋转轴连接在翼型方向操纵器主体后端；本发明具有续航力长、回转半径小、航行稳定性好、回转性能好、航海性能优良、绿色环保等优点，可全天候执行远距离遥控水质采样任务，同时具备一定的自主作业能力。

Description

小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船

技术领域

本发明涉及无人船领域，特别涉及一种小回转半径箱式连接桥结构远距离遥控海水采样太阳能双体无人船。

背景技术

无人船是一种在地面的基站或母船控制中心的远程监控下以自主或遥控方式航行于水面并完成特定任务的新型水面运动平台，是海洋环境监测、海洋水文数据观测、海洋灾害预警的重要手段之一。

传统的近海水质采样手段主要是人工采集，人工采集需要采样人员全程现场参与并需要较大吨位的有人船舶以保障人员安全，这就造成大量的人力物力浪费；对于一些寒冷、风浪较大或者污染物对人体有害等环境恶劣海域，采样人员现场采样十分辛苦而且十分危险，人身安全得不到保障，有时甚至无法到达采样区域；人工采集的另一弊端是采样周期较长，无法快速、准确反映水质污染情况，严重影响海洋污染防治工作的开展。

随着定位、通信、控制、人工智能等技术飞速发展，无人船(USV)、水下遥控机器人(ROV)、水下无人自主航行器无人(AUV)等无人移动监测平台已经逐渐应用到海洋水质检测领域。与ROV以及AUV相比，无人船在海洋表面运动，受外界约束少，具有较高的灵活性，应用范围十分广泛，且具有成本低廉、通讯可靠、定位方便、易于控制等优点，正逐步成为海洋探测领域的研究热点之一。

绿色化、智能化将成为船舶领域下一步发展的重点之一。具体来说，是通过突破船体线型设计技术、结构优化技术、减阻降耗技术、高效推进技术、清洁能源及可再生能源利用技术等，研制出节能环保型船舶；通过突破自动化技术等信息技术在船舶上的应用关键技术，实现航行自动化、机械自动化、装载自动化，并实现航线规划、船舶驾驶、航姿调整、设备监控等，提高船舶的智能化水平。

目前商业化水质采样无人船产品大多针对内河、湖泊、港口等小范围水域采样设计，船舶续航能力小(<70km)，稳性、耐波性、快速性等航行性能较差，无法进行复杂的远距离海上采样作业，已经不能满足海洋环境监测部门对远离海岸的监测点动态检测的要求。

在无人船船体平台方面，双体船凭借其出色的稳定性和较大的有效载重，正逐渐成为海洋科学研究无人船的热门船型。与单体船相比，双体船将船体一分为二，相同排水量下双体船较单体船拥有更宽大的甲板面积和舱室容积，并且船体变得更加瘦长，可通过获得有利的兴波干扰来减小船舶总阻力，且其稳性较好，在恶劣海况下生存能力较强；此外，现有双体船通常在每个片体上均安装推进器，在航向控制上可通过改变两台推进器产生的推力实现船体转向，具有良好的操纵性；然而，在恶劣海况下，排水量较小的水质采样无人船航向稳定性往往较差，需要不断操纵以维持航向；此外单纯靠频繁改变两台推进器转速实现船体转向不仅耗能大，还会缩短设备使用寿命甚至造成设备损坏，带来不必要的经济损失。

因此，亟需一种续航力远、航向稳定性和回转性好、操纵方便、稳性及耐波性能优良的双体水质采样无人船。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种以可再生的太阳能为主要能源、续航力远、航行阻力小、稳性及耐波性能优良、操纵简便的远距离遥控海水采样的太阳能双体无人船。

本发明的技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，包括船体主体、翼型方向操纵器、电力系统、推进系统、水质采样系统以及控制系统；其中，船体主体包括两个片体、圆弧形的箱式连接桥结构，两个片体通过圆弧形的箱式连接桥结构连接形成双体船结构；圆弧形的箱式连接桥结构上表面设置有柔性太阳能薄膜电池组件、语音设备、灯光设备、摄像设备、告警设备、通讯导航设备以及避障设备；

所述翼型方向操纵器至少一组，设置在双体无人船中纵剖面上，每一组翼型方向操纵器包括支柱、翼型方向操纵器伺服电机、连杆、翼型方向操纵器旋转轴、翼型方向操纵器主体、诱导襟翼、襟翼旋转轴、诱导襟翼转角驱动导轨和诱导襟翼导向轴；翼型方向操纵器主体和诱导襟翼均为流线型剖面；支柱为上端面与箱式连接桥结构下表面相切的伞状平面框架结构，支柱上端面与箱式连接桥结构下表面连接，支柱的下端套接在翼型方向操纵器旋转轴上；翼型方向操纵器旋转轴的上端通过连杆与翼型方向操纵器伺服电机连接，翼型方向操纵器旋转轴的下端穿过箱式连接桥结构底板和支柱，与翼型方向操纵器主体固接；诱导襟翼通过襟翼旋转轴连接在翼型方向操纵器主体后端，诱导襟翼与襟翼旋转轴固接，襟翼旋转轴安装在翼型方向操纵器主体后端，并伸出翼型方向操纵器主体，诱导襟翼转角驱动导轨一端与襟翼旋转轴的伸出端固接，另一端与固定在支柱下端的诱导襟翼导向轴活动连接；

所述电力系统包括柔性太阳能薄膜电池组件、接线盒、太阳能充电控制器、锂电池智能管理器和锂电池组；锂电池组由多个锂电池并联组成；每个柔性太阳能薄膜电池组件设有接线盒，多个柔性太阳能薄膜电池组件通过接线盒串联连接，并与太阳能充电控制器连接，锂电池智能管理器与太阳能充电控制器连接，锂电池组与锂电池智能管理器连接；

所述推进系统包括螺旋桨、高强度碳纤维圆管、推进电机；螺旋桨设置在片体的尾端；高强度碳纤维圆管一端与推进电机连接，另一端穿过设在片体上的推进器安装孔与片体连接；螺旋桨还与推进电机连接；

所述水质采样系统包括泵管、泵头、卷管器、蠕动泵、蠕动泵、废水排放管；泵头和蠕动泵以及蠕动泵和蠕动泵通过泵管连接，废水排放管将蠕动泵废水排放口与船体外部空间连接；卷管器、蠕动泵分别与控制系统控制器模块的卷管器控制器、蠕动泵控制器连接；

所述控制系统包括主控计算机、定位导航模块、通信模块、数据采集模块和控制器模块，定位导航模块、通信模块、数据采集模块和控制器模块分别与主控计算机连接，控制系统对翼型方向操纵器、电力系统、推进系统和水质采样系统进行操作控制。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述翼型方向操纵器有两组，分别设置在双体无人船中纵剖面上的前部和后部；所述的支柱在与并箱式连接桥结构下表面连接除横向延伸至支撑结构；所述的翼型方向操纵器水平剖面为流线型的翼型空腔结构；翼型方向操纵器主体和诱导襟翼均为空腔结构；所述高强度碳纤维圆管一端与推进电机的整流罩固定连接。

优选地，所述的两个片体内自艉封板起依次设置推进器隔离舱、推进器控制舱、若干个锂电池舱、艏尖舱；所述片体为前倾型船艏、方形船艉、内设多个隔间的圆舭型水密空腔细长体结构。

优选地，所述的片体距基线高70mm处设置水平内底板，内底板纵向中心线上、在艉封板前方44.5mm处设置直径29mm的推进器安装孔；片体舷侧内壁距基线高200mm处设置水平加强框，水平加强框焊接在舷侧内壁上；水平加强框在锂电池舱处加宽以形成锂电池横向支撑结构；水平加强框纵向中心线上、在艉封板前方44.5mm处设置直径为29mm 的推进器安装孔；各舱室之间设置横舱壁，横舱壁下部水密，上部设置直径为40mm的电缆通过孔，电缆通过孔设置密封装置；电缆通过孔下缘位于水线面以上；横舱壁顶端为圆弧形，通过焊接与相邻结构连接；片体顶部设置与横舱壁顶端圆弧同心的弧形密封盖支撑板，弧形密封盖支撑板下表面与横舱壁顶端相切，并在推进器隔离舱、推进器控制舱以及各个锂电池舱处开方形舱口以便于片体内部设备安装与维修，上述支撑板焊接在片体舷侧内壁上；片体顶部设置与上述弧形密封盖支撑板同心的弧形密封盖，其下表面与上述弧形密封盖支撑板上表面相切，其上边缘与片体顶部边缘重合；锂电池舱内底板纵向中心线附近设置锂电池基座；所述密封盖支撑板、弧形密封盖布置两组与支撑结构底部对应的螺纹孔。

优选地，所述的圆弧形的箱式连接桥结构两侧分别通过一对支撑结构与片体连接安装在两个片体之间；支撑结构横剖面为朝无人船中纵剖面弯曲的类三角形，支撑结构底部为螺纹孔；所述箱式连接桥结构上表面弧长等于柔性太阳能薄膜电池组件长度。

优选地，所述的圆弧形的箱式连接桥结构箱体内部沿船长方向依次设置电器设备室、采样箱室、采样设备室；电器设备室与采样箱室以及采样箱室与采样设备室之间设置拱形横梁，横梁下缘距连接桥结构箱体底板高度不小于240mm；采样箱室上方设置弧形水密舱盖，弧形水密舱盖上表面与圆弧形的箱式连接桥结构上表面重合，弧形水密舱盖尺寸与单件柔性太阳能薄膜组件尺寸一致；弧形水密舱盖设置简易把手。

优选地，所述的主控计算机为基于PC104总线的PCM-9375单板计算机；

所述的定位导航模块包括GNSS天线、定位差分天线和GNSS信号接收机；GNSS天线与定位差分天线设置在圆弧形的箱式连接桥结构后部并与GNSS信号接收机连接，GNSS信号接收机接入主控计算机的RS-232串口；

所述的通信模块包括数据传输天线、数据传输电台、视屏传输天线和视屏传输电台；数据传输天线与数据传输电台连接，数据传输电台接入主控计算机的RS-232串口；视屏传输天线与视屏传输电台连接，视屏传输电台接入主控计算机的RS-232串口。数据传输天线设置在圆弧形的箱式连接桥结构的后端，数据传输电台设置在平台甲板后部的电器设备舱内；视屏传输设置天线在圆弧形的箱式连接桥结构的后端，视屏传输电台设置在平台甲板后部的电器设备舱；

所述的数据采集模块包括摄像机、超声波传感器、三轴捷联磁阻式电子磁罗盘、智能陀螺仪、三轴加速度传感器和水深传感器；摄像机、超声波传感器三轴捷联磁阻式电子磁罗盘、智能陀螺仪、三轴加速度传感器、水深传感器分别接入主控计算机的RS-232串口；

所述的控制器模块包括：推进器控制器、卷管器控制器、蠕动泵控制器、摄像机控制器、灯光控制器、语音控制器和翼型方向操纵器伺服电机控制器；推进其控制器、卷管器控制器、蠕动泵控制器、摄像机控制器、灯光控制器、语音控制器分接入主控计算机的RS-232 串口；此外，推进器控制器还与推进电机连接，设置在平台甲板后部；卷管器控制器还与卷管器连接；蠕动泵控制器还与蠕动泵连接；摄像机控制器还与摄像机连接；翼型方向操纵器伺服电机控制器还与翼型方向操纵器伺服电机连接。

优选地，所述的语音设备包括扬声器，扬声器与控制系统的语音控制器连接；灯光设备包括探照灯和红白绿三色航行灯，探照灯和红白绿三色航行灯分别与控制系统的灯光控制器连接；摄像设备包括摄像机，摄像机与主控计算机的RS-232串口及摄像机控制器连接；告警设备包括警报器，警报器与控制系统的语音控制器连接；通讯导航设备包括GNSS天线、定位差分天线、数据传输天线和视屏传输天线，GNSS天线和定位差分天线与GNSS电台连接，数据传输电台和视屏传输天线分别与数据传输电台和视屏传输电台连接；避障设备包括超声波传感器，超声波传感器与主控计算机的RS-232串口连接；扬声器及红白绿三色航行灯设置在圆弧形的箱式连接桥结构前部；探照灯和红白绿三色航行灯设置在圆弧形的箱式连接桥结构前部；摄像机设置在圆弧形的箱式连接桥结构前端；警报器设置在圆弧形的箱式连接桥结构尾部；GNSS天线、定位差分天线、数据传输天线和视屏传输天线设置在圆弧形的箱式连接桥结构尾部；超声波传感器设置在圆弧形的箱式连接桥结构前端。

优选地，所述的片体、连接桥结构以及翼型方向操纵器由5086铝合金制成。

优选地，所述的锂电池智能管理器与推进系统的推进电机连接，与水质采样系统的卷管器、蠕动泵、蠕动泵连接，与扬声器、探照灯、红白绿三色航行灯、警报器连接输出电能；锂电池智能管理器还与控制系统主控计算机连接，与控制系统定位导航模块的GNSS 信号接收机连接，与控制系统通信模块的数据传输电台、视屏传输电台连接，与控制系统数据采集模块的摄像机、超声波传感器、三轴捷联磁阻式电子磁罗盘、智能陀螺仪、三轴加速度传感器、水深传感器连接以及控制系统控制器模块的推进其控制器、蠕动泵控制器、卷管器控制器、摄像机控制器、灯光控制器、语音控制器以及翼型方向操纵器伺服电机控制器连接；

所述的多个柔性太阳能薄膜电池组件横向粘贴在箱式连接桥结构上表面接线盒串联形成太阳能电池组，中间一件粘贴在弧形水密舱盖上；柔性太阳能薄膜电池组件选用CIGS薄膜电池；太阳能充电控制器为MPPT太阳能充电控制器，设置在电器设备室内部；锂电池智能管理器设置在电器设备室内部；锂电池设置在锂电池舱锂电池基座上。

本发明无人船通过在双体船中纵剖面上设置两组舵式翼型方向操纵器空腔结构的可操纵翼型稳定侧体，降低了船体重心，并在可操纵翼型稳定侧体发生偏转时产生较大的回转操纵力，提高了无人船的稳性、耐波性、航向稳定性以及回转操纵的灵活性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)回转半径小。本发明用于远距离遥控海水采样的太阳能双体无人船两个片体设置两台推进器，通过控制两台推进器的转速差可实现无人船航向改变；同时设置两组舵式翼型方向操纵器，翼型方向操纵器采用流线型剖面，对无人船阻力影响不大；翼型方向操纵器的翼型方向操纵器可绕与船体相对静止的竖直轴旋转，诱导襟翼在与翼型方向操纵器一起旋转的同时，在诱导襟翼转角驱动导轨驱动下绕固定在翼型方向操纵器上的竖直轴比其翼型方向操纵器旋转更大角度，增大翼型方向操纵器拱度，产生更大的转船力矩；当舵式翼型方向操纵器开始作用时，船前一组翼型方向操纵器向一侧偏转，船后一组翼型方向操纵器向另一侧偏转，这两组翼型方向操纵器偏转在无人船重心前产生一组反向相反的舵力，促使无人船转向。因而通过控制两台推进器的转速差以及舵式翼型方向操纵器转角可实现无人船高效的转向操纵，回转半径小。假定诱导襟翼与翼型方向操纵器不发生相对转动，根据机翼理论，船前翼型方向操纵器舵力按式(1)计算：

式中：ρ为海水密度，ρ＝1025kg/m³，A_R为舵浸没面积，V为航速，α为舵角，C_R为舵力系数按式(2)确定，其中λ为展弦比：

经计算，假定诱导襟翼与翼型方向操纵器不发生相对转动、船前船后翼型方向操纵器进流速度一致时，前后翼型方向操纵器发生方向相反的30^o偏转、航速为5kn时，船前、船后翼型方向操纵器产生舵力F＝944.7N，前后翼型方向操纵器距重心距离分别为1145.22mm和989.79mm，二者叠加，两组翼型方向操纵器将产生2016.9N·m的转船力矩。

转船力矩将迫使无人船转向，在推进器的协同作用下，无人船快速完成转向进入预定航线。因而通过控制舵式翼型方向操纵器和推进器转角可实现无人船高效的回转操纵。

(2)操纵性好。本发明拥有良好的航向稳定性和回转性，即良好的操纵性。良好的航向稳定性可避免在航行过程中为保持航向而频繁遥控操纵调整航向，对节能和提高设备寿命均有重要意义，对排水量较小、航向稳定性的无人船尤为如此。一方面，本发明的无人船采用双体形式，双体船的两个片体使它很容易实现直线航行，航向稳定性较好，另一方面，舵式翼型方向操纵器偏转角为0^o时，本发明的无人船更加容易实现直线航行，本发明的双体无人船航向稳定性得到极大提高，即本发明的无人船拥有良好的航向稳定性；同时本发明的无人船两个片体均设置了推进器，两个片体造成两个螺旋桨之间的间距较大，当无人船静止，时当一车正一车倒时，无人船可实现原地转向，当无人船航行时，改变两个推进器产生的推力，并操纵两组舵式翼型方向操纵器的转角，可实现快速转向，即本发明拥有良好的回转性；综上，本发明的无人船拥有良好的操纵性。

(6)稳性和耐波性好。一方面，本发明采用了两组舵式翼型方向操纵器，降低了双体无人船的重心，增强了无人船稳性和耐波性，提高了无人船在风浪中生存能力；再者本发明利用双体船横向惯性矩大稳性和耐波性好、横摇周期短等优势的同时，采用柔性太阳能薄膜替代传统太阳能板、将锂电池组布置在片体内以达到降低重心的目的，进一步提高了本发明的稳性和耐波性能、缩短了横摇周期，有效减轻了船体摇荡运动对水质采样工作的影响，提高了水质采样效率；经计算，本发明的无人船横摇周期T_φ不大于1.2s，减小了船体横摇周期过长对海水采样的干扰；初稳性高GM不小于5m，进水角横摇角进水角与横摇角之差稳性满足ZC“98法规”双体船稳性衡准；经计算，本发明的无人船在四级海况下(特征风速20kn)，迎浪航行垂荡运动响应不大于0.684m，迎浪航行纵摇运动响应不大于17.87^o。

(2)太阳能受光面积大。本发明采用双体结构形式并选用较大的片体间距，利用圆弧顶设计的箱式连接桥结构将两个片体连接起来。通过采用这些设计，大大增加了总太阳能薄膜面积，在不显著降低太阳能电池组转换效率的前提下增大了太阳能受光面积，提高了太阳能电池组的总功率，且圆弧顶对上浪及雨雪天时快速排水、减少浪花及雨水对船体冲击较有利。

(3)续航力远。本发明的无人船通过船体型线优化设计以及双体船片体间距优化设计，减小了航行阻力，同时，本发明的无人船以取之不尽用之不竭的太阳能为主要能源，极大地提高了其续航力，同时整个无人船系统运行实现零排放零污染，节能环保。

(4)可全天候采样作业。本发明的无人船在以太阳能为主要能源的同时增设锂电池储能电池组存储太阳能电池组剩余电能，经计算，锂电池储存电能维持无人船工作时间t>12.6 h，使其具备夜间以及阴雨天持续在相关海域开展水质采样工作的能力，从而使本发明的无人船具备全天候在相关海域持续动态采样的能力。

(7)抗沉性能优越。本发明的无人船密闭的两个片体之间以及片体与密闭的箱式连接桥结构内部空间不连通，相互独立，且两个片体均设置了多个独立水密隔舱，极大地增强了本发明的抗沉性。经计算，当一侧片体浮力完全丧失时本发明产生20^o的横倾角，两侧片体浮力均完全丧失时，本发明处于正浮状态；无论一侧片体浮力完全丧失，还是两侧片体浮力均完全丧失，本发明的无人船极限静倾角φ_max>40^o，最大复原力臂GZ_max>0.6m；无论单侧片体还是双侧片体破损，本发明的无人船均能保持漂浮状态，极大减少了无人船沉没设备丢失造成的经济损失。

(8)无人船整体结构轻盈、力学强度性能合理。本发明采用拱形箱式连接桥结构，将双体船的两个片体连接起来，以此构成无人船所搭载的所有仪器、装备的支撑平台。这一拱形箱式连接桥既减轻了无人船整体结构重量、增大了太阳能受光面积，同时也保证无人船有足够的结构强度。无人船表现出了一种结构轻盈而又力学强度性能合理的整体特征。

(9)采用模块化设计，设备布置灵活。箱式连接桥结构箱体内部空间充裕，可根据需要放置各式仪器设备，同时还可根据实际使用功能更换箱体内部设备将本发明应用于港口监控、水文勘察、海事搜救等领域。

(10)分层采样。本发明的无人船通过控制泵管的收放，抽取不同水深的水质样本，并通过废水排放管将泵管内残留海水排出船体外，实现了水质分层采样。

附图说明

图1是本发明小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1的前视图；

图5是图1中的片体的结构示意图；

图6是图1的翼型方向操纵器的左视图；

图7是图1的翼型方向操纵器的俯视图；

图8是图1的翼型方向操纵器正视图；

图9是图1的控制系统连接示意图。

图中：1为船体主体、1-1为片体、1-1-1为艉封板、1-1-2为推进器隔离舱、1-1-3为推进器控制舱、1-1-4为锂电池舱、1-1-5为艏尖舱(空舱)、1-1-6为内底板、1-1-7为推进器安装孔、1-1-8为舷侧内壁、1-1-9为水平加强框、1-1-10为锂电池横向支撑结构、1-1-11为横舱壁、1-1-12为电缆通过孔、1-1-13为密封盖支撑板、1-1-14为方形舱口、1-1-15为弧形密封盖、1-1-16为锂电池基座、1-2为箱式连接桥结构、1-2-1为支撑结构、1-2-2为螺纹孔、1-2-3为扬声器、1-2-4为探照灯、1-2-5为红白绿三色航行灯、1-2-6为警报器、1-2-7为电器设备室、1-2-8为采样箱室、1-2-9为采样设备室、1-2-10为拱形横梁、1-2-11为弧形水密舱盖、1-2-12为简易把手、2是翼型方向操纵器、2-1支柱、2-2为翼型方向操纵器伺服电机、2-3为连杆、2-4为翼型方向操纵器旋转轴、2-5为翼型方向操纵器主体、2-6为诱导襟翼、2-7为襟翼旋转轴、2-8为诱导襟翼转角驱动导轨、2-9为诱导襟翼导向轴、2-10为泵管通过孔、3为电力系统、3-1为柔性太阳能薄膜电池组件、3-2为接线盒、3-3为太阳能充电控制器、3-4为锂电池智能管理器、3-5为锂电池、4为推进系统、4-1为螺旋桨、4-2为高强度碳纤维圆管、4-3为推进电机、5为水质采样系统、5-1为泵管、5-2为泵头、5-3为卷管器、5-4为蠕动泵、5-5为采样箱、5-6为废水排放管、6为控制系统、6-1为主控计算机、6-2为定位导航模块、6-2-1为GNSS天线、6-2-2为定位差分天线、6-2-3为GNSS信号接收机、6-3为通信模块、6-3-1为数据传输天线、6-3-2为数据传输电台、6-3-3为视屏传输天线、6-3-4为视屏传输电台、6-4为数据采集模块、6-4-1为摄像机、6-4-2为超声波传感器、6-4-3为三轴捷联磁阻式电子磁罗盘、6-4-4为智能陀螺仪、6-4-5为三轴加速度传感器、6-4-6为水深传感器、6-5为控制器模块、6-5-1为推进器控制器、6-5-2为卷管器控制器、6-5-3为蠕动泵控制器、6-5-4为摄像机控制器、6-5-5为灯光控制器、6-5-6为语音控制器、6-5-7为翼型方向操纵器伺服电机控制器。

具体实施方式

为更好地支持本发明，下面结合附图对本发明作进一步的阐述，但本发明的实施方式不限如此。

如图1-5所示，小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，包括船体主体1、翼型方向操纵器2、电力系统3、推进系统4、水质采样系统5以及控制系统6；其中，船体主体1包括两个片体1-1、圆弧形的箱式连接桥结构1-2，片体1-1为两个，两个片体1-1通过圆弧形的箱式连接桥结构1-2连接形成双体船结构；

片体1-1为无人船提供浮力，使无人船漂浮于海面上；片体1-1为前倾型船艏、方形船艉、内设多个隔间的圆舭型水密空腔细长体结构；片体1-1内自艉封板1-1-1起依次设置推进器隔离舱1-1-2、推进器控制舱1-1-3、若干个锂电池舱1-1-4、艏尖舱(空舱)1-1-5；推进器隔离舱1-1-2作用是将推进器安装孔1-1-7与片体1-1其他区域隔离，在推进器安装孔1-1-7密封措施失效导致海水渗漏时推进器隔离舱1-1-2能有效地将海水隔离，保障设备安全性，增强无人船的生存能力；推进器控制舱1-1-3，安装推进器控制器6-5-1；锂电池舱 1-1-4用于放置锂电池3-5；片体1-1最前端设置艏尖舱(空舱)1-1-5，艏尖舱(空舱)1-1-5 内部狭小，不适合布置设备，其作为隔离空舱，在无人船因操作不当或其他因素与障碍物发生碰撞而导致海水渗漏时，艏尖舱(空舱)1-1-5可以很好地将海水与其他舱室隔离，增强本无人船得抗沉性；片体1-1距基线高优选为70mm处设置水平内底板1-1-6，内底板 1-1-6纵向中心线上、在艉封板1-1-1前方优选为44.5mm处设置直径优选为29mm的推进器安装孔1-1-7；优选的，片体1-1舷侧内壁1-1-8距基线高优选为200mm处设置水平加强框1-1-9以增强片体1-1总纵强度，水平加强框1-1-9焊接在舷侧内壁1-1-8上，其在锂电池舱1-1-4处加宽以形成锂电池横向支撑结构1-1-10以减小锂电池在无人船航行过程中横向运动的幅度，水平加强框1-1-9纵向中心线上、在艉封板1-1-1前方优选为44.5mm处设置直径为29mm的推进器安装孔1-1-7；优选的，上述各舱室之间设置横舱壁1-1-11，横舱壁1-1-11下部水密，上部设置直径为40mm的电缆通过孔1-1-12，电缆通过孔1-1-12设置密封装置，且其下缘位于水线面以上；横舱壁1-1-11顶端为圆弧形，其通过焊接与相邻结构连接；片体1-1顶部设置与横舱壁1-1-11顶端圆弧同心的弧形密封盖支撑板1-1-13，其下表面与横舱壁1-1-11顶端相切，并在推进器隔离舱1-1-2、推进器控制舱1-1-3以及各个锂电池舱1-1-4处开方形舱口1-1-14以便于片体1-1内部设备安装与维修，上述支撑板1-1-13 焊接在片体1-1舷侧内壁1-1-8上；片体1-1顶部设置与上述弧形密封盖支撑板1-1-13同心的弧形密封盖1-1-15，其下表面与上述弧形密封盖支撑板1-1-13上表面相切，其上边缘与片体1-1顶部边缘重合；优选的，锂电池舱1-1-4内底板1-1-6纵向中心线附近设置锂电池基座1-1-16，基座为一对纵向布置的开口朝内的U形铝型材，其焊接在内底板1-1-6上；所述密封盖支撑板1-1-13、弧形密封盖1-1-15布置两组与支撑结构1-2-1底部对应的螺纹孔 1-2-2；优选的，权衡无人船在静水中航行的静水阻力以及在波浪中航行时波浪作用导致总阻力的增加即波浪增阻，并考虑到片体1-1内设备布置情况，所述片体1-1为圆舭型。

圆弧形的箱式连接桥结构1-2安装在两个片体1-1之间，用于承受作用在两个片体1-1 上的波浪力，维持结构完整性；所述圆弧形的箱式连接桥结构1-2两侧分别通过一对支撑结构1-2-1与片体1-1连接，优选的，支撑结构1-2-1横剖面为朝无人船中纵剖面弯曲的类三角形以提高结构稳定性，支撑结构1-2-1底部为螺纹孔1-2-2；优选的，所述箱式连接桥结构1-2上表面弧长等于柔性太阳能薄膜电池组件3-1长度。

圆弧形的箱式连接桥结构1-2上表面设置有语音设备、灯光设备、摄像设备、告警设备、通讯导航设备以及避障设备。具体地：语音设备包括扬声器1-2-3，与控制系统6的语音控制器6-5-6连接；灯光设备包括探照灯1-2-4和红白绿三色航行灯1-2-5，分别与控制系统6的灯光控制器6-5-5连接；摄像设备包括摄像机6-4-1，与主控计算机6-1的RS-232串口及摄像机控制器6-5-4连接；告警设备包括警报器1-2-6，与控制系统6的语音控制器6-5-6连接；通讯导航设备包括GNSS天线6-2-1、定位差分天线6-2-2、数据传输天线6-3-1、视屏传输天线6-3-3，GNSS天线6-2-1、定位差分天线6-2-2与GNSS电台连接，数据传输电台 6-3-2、视屏传输天线6-3-3分别与数据传输电台6-3-2和视屏传输电台6-3-4连接；避障设备包括超声波传感器6-4-2，与主控计算机6-1的RS-232串口连接；扬声器1-2-3及红白绿三色航行灯1-2-5设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2前部，用于岸基控制人员向周围船舶发出语音信号；探照灯1-2-4和红白绿三色航行灯1-2-5设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2 前部，前者用于夜间航行照明，后者用于向周围船舶发出灯光信号，所述红白绿三色航行灯1-2-5从船舶的正前方到左舷正横后22.5^o内显示红光，到右舷正横后22.5^o内显示绿光，从船舶的正后方到每舷67.5^o内显示白光；摄像机6-4-1设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2 前端，在摄像机控制器6-5-4控制下摄像机6-4-1可360度环视并捕获无人船周边环境的实时图像信息；警报器1-2-6设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2尾部，用于向周围船舶发出声音及灯光警示信号；GNSS天线6-2-1、定位差分天线6-2-2、数据传输天线6-3-1和视屏传输天线6-3-3设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2尾部；超声波传感器6-4-2设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2前端，其有效探测距离大于10m，超声波传感器6-4-2用于在自主航行模式下识别无人船前进方向上的障碍物。

优选地，圆弧形的箱式连接桥结构1-2箱体内部沿船长方向依次设置电器设备室1-2-7、采样箱室1-2-8、采样设备室1-2-9，电器设备室1-2-7用于布置主控计算机6-1、太阳能充电控制器3-3、锂电池智能管理器3-4等电器设备，采样箱室1-2-8用于放置蠕动泵5-5，采样设备室1-2-9用于布置蠕动泵、卷管器等采样设备；电器设备室1-2-7与采样箱室1-2-8以及采样箱室1-2-8与采样设备室1-2-9之间设置拱形横梁1-2-10，横梁下缘距连接桥结构1-2箱体底板高度不小于240mm；采样箱室1-2-8上方设置弧形水密舱盖1-2-11，其上表面与圆弧形的箱式连接桥结构1-2上表面重合，其尺寸与单件柔性太阳能薄膜组件尺寸一致；弧形水密舱盖1-2-11设置简易把手1-2-12，便于工作人员开启。

翼型方向操纵器2至少一组，设置在双体无人船中纵剖面上；优选翼型方向操纵器2 有两组，分别设置在双体无人船中纵剖面上的前部和后部；如图4、6、7、8所示，每一组翼型方向操纵器2包括支柱2-1、翼型方向操纵器伺服电机2-2、连杆2-3、翼型方向操纵器旋转轴2-4、翼型方向操纵器主体2-5、诱导襟翼2-6、襟翼旋转轴2-7、诱导襟翼转角驱动导轨2-8和诱导襟翼导向轴2-9；翼型方向操纵器主体2-5和诱导襟翼2-6均为流线型剖面，优选翼型方向操纵器主体2-5和诱导襟翼2-6均为空腔结构；支柱2-1为上端面与箱式连接桥结构1-2下表面相切的伞状平面框架结构，支柱2-1上端面与箱式连接桥结构1-2下表面焊接在一起，支柱2-1的下端套接在翼型方向操纵器旋转轴2-4上；翼型方向操纵器旋转轴2-4的上端通过连杆2-3与箱式连接桥结构1-2内的翼型方向操纵器伺服电机2-2连接，翼型方向操纵器旋转轴2-4的下端穿过箱式连接桥结构1-2底板和支柱2-1，与翼型方向操纵器主体2-5固定连接；诱导襟翼2-6通过襟翼旋转轴2-7连接在翼型方向操纵器主体2-5 后端，诱导襟翼2-6与襟翼旋转轴2-7固接，襟翼旋转轴2-7安装在翼型方向操纵器主体 2-5后端，并伸出翼型方向操纵器主体2-5，诱导襟翼转角驱动导轨2-8一端与襟翼旋转轴 2-7的伸出端固接，另一端与固定在支柱2-1下端的诱导襟翼导向轴2-9活动连接。翼型方向操纵器伺服电机2-2驱动连杆2-3，带动翼型方向操纵器旋转轴2-4和翼型方向操纵器主体2-5转动，翼型方向操纵器主体2-5通过襟翼旋转轴2-7驱动诱导襟翼转角驱动导轨2-8 沿着诱导襟翼导向轴2-9滑动，诱导襟翼转角驱动导轨2-8带动与襟翼旋转轴2-7固接的诱导襟翼2-6转动，实现更大的转角，增大翼型方向操纵器拱度，在相同进流速度下产生更大的转船力矩。为此，通过控制舵式翼型方向操纵器转角可实现无人船高效的转向操纵。设置在前部的翼型方向操纵器旋转轴2-4为空心轴，设置在前部的翼型方向操纵器旋转轴 2-4中空部分作为泵管通过孔2-10。翼型方向操纵器主体2-5为流线型剖面，当无人船需要直线航行时，翼型方向操纵器主体2-5不发生转动，其阻力极小，此时翼型方向操纵器主体2-5相当于固定在两个竖直放置的低阻扁平体，保持无人船航向稳定性；翼型方向操纵器主体2-5降低了双体无人船的重心，增强了无人船稳性和耐波性，显著提高了无人船在风浪中的生存能力。

电力系统3包括柔性太阳能薄膜电池组件3-1、接线盒3-2、太阳能充电控制器3-3、锂电池智能管理器3-4和锂电池组；锂电池组由多个锂电池3-5并联组成；每个柔性太阳能薄膜电池组件3-1设有接线盒3-2，多个柔性太阳能薄膜电池组件3-1通过接线盒3-2串联连接，并与太阳能充电控制器3-3连接，锂电池智能管理器3-4与太阳能充电控制器3-3连接，锂电池组与锂电池智能管理器3-4连接；锂电池智能管理器3-4与推进系统4推进电机 4-3连接，与水质采样系统5的卷管器5-3、蠕动泵5-4、蠕动泵5-5连接，与扬声器1-2-3、探照灯1-2-4、红白绿三色航行灯1-2-5、警报器1-2-6连接输出电能；锂电池智能管理器3-4 还与控制系统6主控计算机6-1连接，与控制系统6定位导航模块6-2的GNSS信号接收机 6-2-3连接，与控制系统6通信模块6-3的数据传输电台6-3-2、视屏传输电台6-3-4连接，与控制系统6数据采集模块6-4的摄像机6-4-1、超声波传感器6-4-2、三轴捷联磁阻式电子磁罗盘6-4-3、智能陀螺仪6-4-4、三轴加速度传感器6-4-5、水深传感器6-4-6连接以及控制系统6控制器模块6-5的推进其控制器6-5-1、蠕动泵控制器6-5-3、卷管器控制器6-5-2、摄像机控制器6-5-4、灯光控制器6-5-5、语音控制器6-5-6以及翼型方向操纵器伺服电机控制器6-5-7连接；

多个柔性太阳能薄膜电池组件3-1横向粘贴在箱式连接桥结构1-2上表面，通过接线盒 3-2串联形成太阳能电池组，中间一件粘贴在弧形水密舱盖1-2-11上，柔性太阳能薄膜电池组件3-1不影响箱式连接桥结构1-2舱口的设置；优选的，柔性太阳能薄膜电池组件3-1选用CIGS(铜铟镓硒)薄膜电池，型号为MiaSole FLEX-02W(汉能)，具有质量轻，转换效率高等有点；太阳能充电控制器3-3设置在电器设备室1-2-7内部，优选的，太阳能充电控制器3-3为MPPT太阳能充电控制器，其输出电压可调且具有较高的转换效率，在阴雨天等光线不足的天气中依然可以保持较高的转换效率；锂电池智能管理器3-4用于对锂电池3-5 充电过程进行管理，其设置在电器设备室1-2-7内部；锂电池3-5设置在上述锂电池舱1-1-4锂电池基座1-1-16上，优选的，锂电池3-5的电池容量为100Ah，开路电压12V，锂电池 3-5为三元锂电池且内置保护板，具有输出电压稳定、可靠性高、使用寿命长等优点。

推进系统4包括螺旋桨4-1、高强度碳纤维圆管4-2、推进电机4-3；螺旋桨4-1设置在片体1-1的尾端；高强度碳纤维圆管4-2一端与推进电机4-3的整流罩固定连接，另一端穿过设在片体1-1上的推进器安装孔1-1-7与片体1-1连接；螺旋桨4-1还与推进电机4-3连接；推进电机4-3与控制系统6的推进器控制器6-5-1连接；单台推进电机4-3额定功率为 312W，推力约142N；所述高强度碳纤维圆管3-2带有螺纹，将其与推进电机4-3的整流罩固定连接并旋入片体1-1推进器安装孔1-1-7内即完成推进器安装；控制系统6通过两个推进器控制器6-5-1控制两台推进电机4-3停止与启动、正反转、加减速等，使螺旋桨4-1 产生相同或不同的分别作用在两个片体1-1上的推力，在对应的零或非零的弯矩作用下实现无人船直航或转向。

水质采样系统5包括泵管5-1、泵头5-2、卷管器5-3、蠕动泵5-4、蠕动泵5-5、废水排放管5-6；泵头5-2和蠕动泵5-4以及蠕动泵5-4和蠕动泵5-5通过泵管5-1连接，废水排放管5-6将蠕动泵废水排放口与船体外部空间连接；卷管器5-3、蠕动泵5-4分别与控制系统6控制器模块6-5的卷管器控制器6-5-2、蠕动泵控制器6-5-3连接；泵管5-1用于输送水质样品，通过箱式连接桥结构1-2前部的翼型方向操纵器旋转轴2-4上的泵管通过孔2-10 伸出船体外，优选的，泵管5-1为耐腐蚀硅胶软管，泵管5-1穿越泵管通过孔2-10从翼型方向操纵器主体2-5下部伸出并与泵头5-2连接；泵头5-2置于泵管5-1远离蠕动泵5-4的一端，内部装有水深传感器6-4-6；卷管器5-3用于控制泵管5-1的收放使泵头5-2到达不同的水深处；蠕动泵5-4负责为抽取水样提高动力；废水排放管5-6用于排净泵管5-1内残余海水以便水质采样系统5执行下一次采样任务；蠕动泵5-5放置在采样设备舱1-2-4内，优选的，当无人船完成采样任务后，岸上人员可打开水密舱口盖1-3-8并更换蠕动泵5-5。

如图9所示，控制系统6包括主控计算机6-1、定位导航模块6-2、通信模块6-3、数据采集模块6-4和控制器模块6-5。优选的，主控计算机6-1为基于PC104总线的PCM-9375 单板计算机。

定位导航模块6-2包括GNSS天线6-2-1、定位差分天线6-2-2，GNSS信号接收机6-2-3； GNSS天线6-2-1与定位差分天线6-2-2设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2后部并与GNSS 信号接收机6-2-3连接，GNSS信号接收机6-2-3接入主控计算机6-1的RS-232串口。GNSS 天线6-2-1、定位差分天线6-2-2设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2的后端，GNSS信号接收机6-2-3设置在平台甲板1-2后部的电器设备舱2-3内。

通信模块6-3包括数据传输天线6-3-1、数据传输电台6-3-2、视屏传输天线6-3-3、视屏传输电台6-3-4；数据传输天线6-3-1与数据传输电台6-3-2连接，数据传输电台6-3-2接入主控计算机6-1的RS-232串口；视屏传输天线6-3-3与视屏传输电台6-3-4连接，视屏传输电台6-3-4接入主控计算机6-1的RS-232串口。数据传输天线6-3-1负责控制及探测信号远距离传输，数据传输天线6-3-1设置在圆弧形的箱式连接桥结构1-2的后端，数据传输电台6-3-2设置在平台甲板1-2后部的电器设备舱2-3内；视屏传输天线6-3-3负责视频图像视频数据远距离传输，视屏传输设置天线在圆弧形的箱式连接桥结构1-2的后端，视屏传输电台6-3-4设置在平台甲板1-2后部的电器设备舱2-3。

数据采集模块6-4包括摄像机6-4-1、超声波传感器6-4-2、三轴捷联磁阻式电子磁罗盘 6-4-3、智能陀螺仪6-4-4、三轴加速度传感器6-4-5、水深传感器6-4-6；摄像机6-4-1、超声波传感器6-4-2三轴捷联磁阻式电子磁罗盘6-4-3、智能陀螺仪6-4-4、三轴加速度传感器6-4-5、水深传感器6-4-6分别接入主控计算机6-1的RS-232串口；摄像机6-4-1可360度环视捕获无人船周边环境的实时图像信息；三轴捷联磁阻式电子磁罗盘6-4-3用于测定无人船航向，智能陀螺仪6-4-4用于测定船体横摇(Roll)、纵摇(Pitch)以及艏摇(Yaw)等姿态，三轴加速度传感器6-4-5用于测定无人船空间加速度(立体空间，前后、左右、上下)的，水深传感器6-4-6安装在泵头5-2上，用于测量泵头5-2当前深度。

控制器模块6-5包括推进器控制器6-5-1、卷管器控制器6-5-2、蠕动泵控制器6-5-3、摄像机控制器6-5-4、灯光控制器6-5-5、语音控制器6-5-6和翼型方向操纵器伺服电机控制器6-5-7；推进其控制器6-5-1、卷管器控制器6-5-2、蠕动泵控制器6-5-3、摄像机控制器6-5-4、灯光控制器6-5-5、语音控制器6-5-6分接入主控计算机6-1的RS-232串口；此外，推进器控制器6-5-1还与推进电机4-3连接，用于执行主控计算机6-1指令控制推进电机4-3停止与启动、正反转等，优选设置在平台甲板1-2后部；卷管器控制器6-5-2还与卷管器5-3连接，控制卷管器5-3转角，实现泵管5-1的收放；蠕动泵控制器6-5-3还与蠕动泵5-4连接，控制蠕动泵5-4抽排水；摄像机控制器6-5-4还与摄像机6-4-1连接，用于控制摄像机6-4-1转动；翼型方向操纵器伺服电机控制器6-5-7还与翼型方向操纵器伺服电机2-2连接，用于控制翼型方向操纵器伺服电机2-2转动。

优选的，片体1-1、连接桥结构2由5086铝合金制成，5086铝合金质量轻，具有良好的抗腐蚀性和可焊接性，且其强度满足无人船结构强度要求。

本发明的具体工作方式如下：

(1)本发明的小回转半径圆弧形箱式连接桥结构远距离遥控海水采样太阳能双体无人船顶部的柔性太阳能薄膜电池组件3-1在阳光照射下，将光能转化为电能并将能电能输送至太阳能充电控制器3-3，太阳能充电控制器3-3对上述电能进行降压并输送给锂电池智能管理器3-4进而给整个系统供电；岸基控制站发出的航速指令被数据传输天线6-3-1捕获并反馈给主控计算机6-1，主控计算机6-1向推进器控制器6-5-1发出控制指令；推进器控制器6-5-1向推进电机4-3给定与航速相应的电压，从而使推进电机4-3转动并驱动螺旋桨转动，螺旋桨产生向前的推力促使无人船向前加速运动；类似的，当岸基控制站发出转向指令时，推进器控制器6-5-1分别向两个推进电机4-3给定大小或方向不同的电压，从而使两螺旋桨4-1产生不同的推力并在船体上形成转矩；同时，主控计算机6-1向翼型方向操纵器伺服电机控制器6-5-7发出转向控制指令，翼型方向操纵器伺服电机控制器6-5-7向翼型方向操纵器伺服电机2-2给定相应的电压，翼型方向操纵器伺服电机2-2转动一定的角度并通过连杆2-3驱动翼型方向操纵器主体2-5转动，诱导襟翼转角驱动导轨2-8沿着诱导襟翼导向轴2-9滑动，并与诱导襟翼2-6一起绕襟翼旋转轴2-7与翼型方向操纵器主体2-5发生相对转动，从而诱导襟翼2-6实现更大的转角，增大翼型方向操纵器2拱度，产生更大的转船力矩，因而通过控制两台推进电机4-3输入电压差以及舵式翼型方向操纵器2转角可实现无人船高效的转向操纵。

(2)与此同时，定位导航模块6-2将获取的无人船位置、航向、加速度等信息以及摄像机6-4-1捕获的图像画面反馈至主控计算机6-1并分别通过数据传输天线6-3-1和视屏传输天线6-3-3传回岸基控制站；锂电池智能管理器3-4识别锂电池组剩余电量，当锂电池组电量低于某一值时，对电池组实施充电，将太阳能电池组产生的剩余电能存储在当锂电池组中；当锂电池组电量达到另一较大值时，锂电池智能管理器3-4切断充电电路，充电停止；当太阳能电池组产生的电能不足以维持无人船正常工作时，锂电池组释放储存的电能，保证无人船电能供应。

(3)进一步地，本发明的小回转半径圆弧形箱式连接桥结构远距离遥控海水采样太阳能双体无人船在岸基操控人员的实时监控下到达指定采样地点，岸基控制站发出采样指令；卷管器5-3在主控计算机6-1控制下驱动卷管器5-3释放泵头5-2，泵头5-2在重力作用下拖动泵管5-1迅速下沉；与此同时，泵头5-2上的水深传感器6-4-6捕获水深信息并反馈给主控计算机6-1，主控计算机6-1将水深信息通过数据传输天线6-3-1传发送至岸基控制站，岸基控制人员在确认水深无误后，下达采样确认指令；蠕动泵5-4在主控计算机6-1 的控制下启动，将海水样品抽取至采样箱5-5，单个采样点采样过程完成；反复地，完成采样海域所有采样点采样工作，无人船返航；岸上人员打开采样箱室1-2-8弧形水密舱盖1-2-11，取出采样箱5-5，并放置新的采样箱5-5；无人船继续出航执行新的采样任务。

(4)本发明的小回转半径圆弧形箱式连接桥结构远距离遥控海水采样太阳能双体无人船具备一定的自主作业能力。类似地，在自主作业模式下，上述过程按预设程序指令自主完成。

(5)进一步地，在风和浪等外力作用下，本发明的小回转半径圆弧形箱式连接桥结构远距离遥控海水采样太阳能双体无人船船体发生大角度横倾，由于重心偏低，浮心偏高，重力与浮力的耦合作用产生较大的复原力矩，船体横倾逐渐归于零；极限状态下，两个或一个片体各水密舱室均破损进水，浮力大幅度损失，进入片体内部的海水使得片体沉没，密闭的箱式连接桥结构浸入海水中并产生向上的阻碍破损船体继续下沉的浮力，本发明的用于远距离遥控海水采样的太阳能双体无人船保持漂浮状态而不至沉入海底，减少了财产损失。

需要强调的是，在本发明基础上，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，包括船体主体、翼型方向操纵器、电力系统、推进系统、水质采样系统以及控制系统；其中，船体主体包括两个片体、圆弧形的箱式连接桥结构，两个片体通过圆弧形的箱式连接桥结构连接形成双体船结构；圆弧形的箱式连接桥结构上表面设置有柔性太阳能薄膜电池组件、语音设备、灯光设备、摄像设备、告警设备、通讯导航设备以及避障设备；

所述翼型方向操纵器至少一组，设置在双体无人船中纵剖面上，每一组翼型方向操纵器包括支柱、翼型方向操纵器伺服电机、连杆、翼型方向操纵器旋转轴、翼型方向操纵器主体、诱导襟翼、襟翼旋转轴、诱导襟翼转角驱动导轨和诱导襟翼导向轴；翼型方向操纵器主体和诱导襟翼均为流线型剖面；支柱为上端面与箱式连接桥结构下表面相切的伞状平面框架结构，支柱上端面与箱式连接桥结构下表面连接，支柱的下端套接在翼型方向操纵器旋转轴上；翼型方向操纵器旋转轴的上端通过连杆与翼型方向操纵器伺服电机连接，翼型方向操纵器旋转轴的下端穿过箱式连接桥结构底板和支柱，与翼型方向操纵器主体固接；诱导襟翼通过襟翼旋转轴连接在翼型方向操纵器主体后端，诱导襟翼与襟翼旋转轴固接，襟翼旋转轴安装在翼型方向操纵器主体后端，并伸出翼型方向操纵器主体，诱导襟翼转角驱动导轨一端与襟翼旋转轴的伸出端固接，另一端与固定在支柱下端的诱导襟翼导向轴活动连接；

所述电力系统包括柔性太阳能薄膜电池组件、接线盒、太阳能充电控制器、锂电池智能管理器和锂电池组；锂电池组由多个锂电池并联组成；每个柔性太阳能薄膜电池组件设有接线盒，多个柔性太阳能薄膜电池组件通过接线盒串联连接，并与太阳能充电控制器连接，锂电池智能管理器与太阳能充电控制器连接，锂电池组与锂电池智能管理器连接；

所述推进系统包括螺旋桨、高强度碳纤维圆管、推进电机；螺旋桨设置在片体的尾端；高强度碳纤维圆管一端与推进电机连接，另一端穿过设在片体上的推进器安装孔与片体连接；螺旋桨还与推进电机连接；

所述水质采样系统包括泵管、泵头、卷管器、蠕动泵、蠕动泵、废水排放管；泵头和蠕动泵以及蠕动泵和蠕动泵通过泵管连接，废水排放管将蠕动泵废水排放口与船体外部空间连接；卷管器、蠕动泵分别与控制系统控制器模块的卷管器控制器、蠕动泵控制器连接；

所述控制系统包括主控计算机、定位导航模块、通信模块、数据采集模块和控制器模块，定位导航模块、通信模块、数据采集模块和控制器模块分别与主控计算机连接，控制系统对翼型方向操纵器、电力系统、推进系统和水质采样系统进行操作控制。

2.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述翼型方向操纵器有两组，分别设置在双体无人船中纵剖面上的前部和后部；所述的支柱在与并箱式连接桥结构下表面连接除横向延伸至支撑结构；所述的翼型方向操纵器水平剖面为流线型的翼型空腔结构；翼型方向操纵器主体和诱导襟翼均为空腔结构；所述高强度碳纤维圆管一端与推进电机的整流罩固定连接。

3.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的两个片体内自艉封板起依次设置推进器隔离舱、推进器控制舱、若干个锂电池舱、艏尖舱；所述片体为前倾型船艏、方形船艉、内设多个隔间的圆舭型水密空腔细长体结构。

4.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的片体距基线高70mm处设置水平内底板，内底板纵向中心线上、在艉封板前方44.5mm处设置直径29mm的推进器安装孔；片体舷侧内壁距基线高200mm处设置水平加强框，水平加强框焊接在舷侧内壁上；水平加强框在锂电池舱处加宽以形成锂电池横向支撑结构；水平加强框纵向中心线上、在艉封板前方44.5mm处设置直径为29mm的推进器安装孔；各舱室之间设置横舱壁，横舱壁下部水密，上部设置直径为40mm的电缆通过孔，电缆通过孔设置密封装置；电缆通过孔下缘位于水线面以上；横舱壁顶端为圆弧形，通过焊接与相邻结构连接；片体顶部设置与横舱壁顶端圆弧同心的弧形密封盖支撑板，弧形密封盖支撑板下表面与横舱壁顶端相切，并在推进器隔离舱、推进器控制舱以及各个锂电池舱处开方形舱口以便于片体内部设备安装与维修，上述支撑板焊接在片体舷侧内壁上；片体顶部设置与上述弧形密封盖支撑板同心的弧形密封盖，其下表面与上述弧形密封盖支撑板上表面相切，其上边缘与片体顶部边缘重合；锂电池舱内底板纵向中心线附近设置锂电池基座；所述密封盖支撑板、弧形密封盖布置两组与支撑结构底部对应的螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的圆弧形的箱式连接桥结构两侧分别通过一对支撑结构与片体连接安装在两个片体之间；支撑结构横剖面为朝无人船中纵剖面弯曲的类三角形，支撑结构底部为螺纹孔；所述箱式连接桥结构上表面弧长等于柔性太阳能薄膜电池组件长度。

6.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的圆弧形的箱式连接桥结构箱体内部沿船长方向依次设置电器设备室、采样箱室、采样设备室；电器设备室与采样箱室以及采样箱室与采样设备室之间设置拱形横梁，横梁下缘距连接桥结构箱体底板高度不小于240mm；采样箱室上方设置弧形水密舱盖，弧形水密舱盖上表面与圆弧形的箱式连接桥结构上表面重合，弧形水密舱盖尺寸与单件柔性太阳能薄膜组件尺寸一致；弧形水密舱盖设置简易把手。

7.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的主控计算机为基于PC104总线的PCM‐9375单板计算机；

所述的定位导航模块包括GNSS天线、定位差分天线和GNSS信号接收机；GNSS天线与定位差分天线设置在圆弧形的箱式连接桥结构后部并与GNSS信号接收机连接，GNSS信号接收机接入主控计算机的RS‐232串口；

所述的通信模块包括数据传输天线、数据传输电台、视屏传输天线和视屏传输电台；数据传输天线与数据传输电台连接，数据传输电台接入主控计算机的RS‐232串口；视屏传输天线与视屏传输电台连接，视屏传输电台接入主控计算机的RS‐232串口。数据传输天线设置在圆弧形的箱式连接桥结构的后端，数据传输电台设置在平台甲板后部的电器设备舱内；视屏传输设置天线在圆弧形的箱式连接桥结构的后端，视屏传输电台设置在平台甲板后部的电器设备舱；

所述的数据采集模块包括摄像机、超声波传感器、三轴捷联磁阻式电子磁罗盘、智能陀螺仪、三轴加速度传感器和水深传感器；摄像机、超声波传感器三轴捷联磁阻式电子磁罗盘、智能陀螺仪、三轴加速度传感器、水深传感器分别接入主控计算机的RS‐232串口；

所述的控制器模块包括：推进器控制器、卷管器控制器、蠕动泵控制器、摄像机控制器、灯光控制器、语音控制器和翼型方向操纵器伺服电机控制器；推进其控制器、卷管器控制器、蠕动泵控制器、摄像机控制器、灯光控制器、语音控制器分接入主控计算机的RS‐232串口；此外，推进器控制器还与推进电机连接，设置在平台甲板后部；卷管器控制器还与卷管器连接；蠕动泵控制器还与蠕动泵连接；摄像机控制器还与摄像机连接；翼型方向操纵器伺服电机控制器还与翼型方向操纵器伺服电机连接。

8.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的语音设备包括扬声器，扬声器与控制系统的语音控制器连接；灯光设备包括探照灯和红白绿三色航行灯，探照灯和红白绿三色航行灯分别与控制系统的灯光控制器连接；摄像设备包括摄像机，摄像机与主控计算机的RS‐232串口及摄像机控制器连接；告警设备包括警报器，警报器与控制系统的语音控制器连接；通讯导航设备包括GNSS天线、定位差分天线、数据传输天线和视屏传输天线；避障设备包括超声波传感器，超声波传感器与主控计算机的RS‐232串口连接；扬声器及红白绿三色航行灯设置在圆弧形的箱式连接桥结构前部；探照灯和红白绿三色航行灯设置在圆弧形的箱式连接桥结构前部；摄像机设置在圆弧形的箱式连接桥结构前端；警报器设置在圆弧形的箱式连接桥结构尾部；GNSS天线、定位差分天线、数据传输天线和视屏传输天线设置在圆弧形的箱式连接桥结构尾部；超声波传感器设置在圆弧形的箱式连接桥结构前端。

9.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的片体、连接桥结构以及翼型方向操纵器由5086铝合金制成。

10.根据权利要求1所述的小回转半径箱式连接桥远距离海水采样太阳能双体无人船，其特征在于，所述的锂电池智能管理器与推进系统的推进电机连接，与水质采样系统的卷管器、蠕动泵、蠕动泵连接，与扬声器、探照灯、红白绿三色航行灯、警报器连接输出电能；锂电池智能管理器还与控制系统主控计算机连接，与控制系统定位导航模块的GNSS信号接收机连接，与控制系统通信模块的数据传输电台、视屏传输电台连接，与控制系统数据采集模块的摄像机、超声波传感器、三轴捷联磁阻式电子磁罗盘、智能陀螺仪、三轴加速度传感器、水深传感器连接以及控制系统控制器模块的推进其控制器、蠕动泵控制器、卷管器控制器、摄像机控制器、灯光控制器、语音控制器以及翼型方向操纵器伺服电机控制器连接；

所述的多个柔性太阳能薄膜电池组件横向粘贴在箱式连接桥结构上表面接线盒串联形成太阳能电池组，中间一件粘贴在弧形水密舱盖上；柔性太阳能薄膜电池组件选用CIGS薄膜电池；太阳能充电控制器为MPPT太阳能充电控制器，设置在电器设备室内部；锂电池智能管理器设置在电器设备室内部；锂电池设置在锂电池舱锂电池基座上。