CN109533210A - 一种联合无人观测船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合无人观测船，包括若干个相互独立的无人船子系统，所述无人船子系统包括船体、控制舱和对接装置；所述对接装置通过所述控制舱的控制实现若干个无人船子系统之间的相互对接和分离：若干个相互独立的无人船子系统之间能通过所述对接装置相互对接形成联合无人船；所述联合无人船能通过所述对接装置相互分离成若干个相互独立的无人船子系统。本发明通过两艘或两艘以上相互独立的无人船子系统的对接分离、协同合作，实现更远的航行距离，具有更高的抗海况能力，搭载更多的任务载荷，同时执行更多样的工作任务，具备更高的工作效率，更低的子系统复杂度和制造成本。

Description

一种联合无人观测船

技术领域

本发明涉及船舶技术，特别涉及一种可对接分离、协同合作的联合无人观测船。

背景技术

无人船(Unmanned Surface Vehicle，USV)是一种可搭载任务载荷并依据预设航线完成任务需求的水面无人移动作业平台。为了搭载更多的任务载荷，为了提高抗海况能力，为了能够航行更远的距离，无人船只能被设计的越来越大，储备更多的能源，配备更高功率的推进系统。这样一来，大型无人船舶的应用面往往会比较窄，仅能执行某些单一特定任务，从而造成不必要的浪费。以远洋无人观测船舶为例，由于小型无人船通常采用以风光互补为补充的电力作为运转能源，抗风浪能力差，航行稳定性不足，航程有限，且在远程机动与远海作业过程中，采用风光互补来补充能源的方式缺乏效率。同时，小型无人船由于排水量与舱室容积有限，难以容纳多种多样的大型测绘仪器和数据处理设备。而采用单艘大中型无人船舶作为搭载测绘仪器的水上移动观测平台，虽然可以部分解决小型无人船面临的问题，然而基于大中型无人船的作业方式在同一时刻仅能实现单测线测量，测量效率低下，且系统复杂度高，制造与采购成本巨大，资源浪费严重，远远无法满足测绘任务需求。针对此类问题，尚未见相关解决方案的报导。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可对接分离、协同合作的联合无人观测船，实现更远的航行距离，更强的机动能力，更高的抗海况能力，搭载更多的任务载荷，同时执行更多样的工作任务，具备更高的工作效率，更低的子系统复杂度和更低的制造成本。

本发明所采用的技术方案是：一种联合无人观测船，包括若干个相互独立的无人船子系统，所述无人船子系统包括船体、控制舱和对接装置；所述对接装置通过所述控制舱的控制实现若干个无人船子系统之间的相互对接和分离：若干个相互独立的无人船子系统之间能通过所述对接装置相互对接形成联合无人船，实现远距离航行、高抗海况能力、搭载多种任务载荷；所述联合无人船能通过所述对接装置相互分离成若干个相互独立的无人船子系统，实现同时执行多种工作任务。

进一步的，所述对接装置设置有若干个，沿所述船体长度方向分别对称设置在所述船体的艏部、舯部和艉部。

进一步的，所述对接装置包括电磁铁、制动开关以及被吸附金属，所述电磁铁和被吸附金属均设置在所述船体的甲板边线上，所述制动开关与所述控制舱的对接装置控制系统相连接；对于每一个所述无人船子系统，通过所述制动开关控制电流通断实现所述电磁铁与其它所述无人船子系统的被吸附金属之间的对接与分离，实现若干个无人船子系统之间的相互对接和分离。

其中，所述电磁铁和被吸附金属均设置有若干个，若干个所述电磁铁和若干个所述被吸附金属横向间隔布置形成条状结构。

进一步的，所述控制舱内设置有航行控制系统、定位导航系统、通信系统和对接装置控制系统。

进一步的，所述联合无人船通过若干个相互独立的无人船子系统之间的相互组合形成三角形结构、梯形结构、“一”字型结构或“人”字型结构。

本发明的有益效果是：

在某些情况下，为了到达远海或海况恶劣的海域执行任务，需要设计建造造价较高的中大型的无人船舶来提高航行稳定性、安全性和载荷能力，并航行更远的距离。然而这是不必要的，我们可以通过上述提到的方案，将若干小型无人船集成到一起构成联合无人船来达到高抗海况能力、远航行距离、搭载多种载荷和高安全性的工作要求。

在某些情况下，为了在某海域执行一种或多种任务，只能依靠单艘无人船长时间执行单一任务或依次执行多个任务，工作效率低下。然而这是不必要的，我们可以通过上述提到的方案，当联合无人船航行到指定任务区域时，分离并得到若干小型无人船，小型无人船分散并根据设定和搭载的载荷各自执行不同的任务，任务完成后再重新对接组合形成联合无人船，不仅提高效率，而且增强了作业过程的机动性。

联合无人船在作业过程中，可实现多种资源的合理分配和共享，如能源、动力、航迹、导航信息、雷达信息等，故可节约能源、提高效率、增加安全性与可靠性。例如，联合无人船在航行过程中不必开启所有无人船上的动力推进系统，而是可通过优化能源动力分配，开启部分推进器实现联合无人船的指定运动以节约能源；联合无人船在分散成若干小型无人船开展作业时，通过共享各小型无人船的雷达信息可更大范围探测周边水面、水下合作/非合作目标，以有效实现联合作业并避免碰撞事故发生；联合无人船在分散成若干小型无人船开展作业时，如遇水面恶劣天气，可临时对接形成联合无人船以抵抗恶劣海况，待海况好转后再分离作业。

联合无人船的每一个无人船子系统，可以搭载互不相同的载荷内容，使每个无人船子系统在作业时做到尽可能专业化，以及子系统的低成本化。例如联合无人船在航行过程中，由主要搭载能源设备的子系统负责提供动力，并为其他子系统提供工作所需的能源，从而节约了其他船只上能源系统的规模和成本；联合无人船在指定海域进行工作时，由主要搭载信号中继设备的子系统负责扩大通信范围和通信系统的容量，从而增加无人船子系统的工作范围，减少无人船受通信距离的影响；甚至，子系统无人船可以专门搭载电池或者油料等其他货物性载荷，在其他子系统在恶劣海况工作时，仅作为用以抵抗恶劣海况的一个具有足够惯性的舷外支架或可靠浮体。

联合无人船的子系统设计标准是形成一定的规范的，而不是单一的型号与尺寸。允许搭载不同载荷的联合无人船具有不同的尺寸与载荷能力。但无论子系统的载荷能力与尺寸如何，所有子系统均可以以一定方式组合成联合无人船。

附图说明

图1：本发明单个无人船子系统结构示意图；

图2：无人船子系统对接形成联合无人船的流程示意图；

图3：联合无人船分离形成无人船子系统的流程示意图；

图4：联合无人船分离后重新组合形成新结构联合无人船的流程示意图；

图5：联合无人船到达指定区域后分离形成可独立工作的无人船子系统的示意图；

图6：联合无人船的三角形结构组合方式；

图7：联合无人船的梯形结构的组合方式；

图8：联合无人船的“一”字型结构组合方式；

图9：联合无人船的“人”字型结构组合方式；

附图标注：1-无人船子系统；11-船体；12-控制舱；13-对接装置；1A-第一无人船子系统；1B-第二无人船子系统；1C-第三无人船子系统；2A-第一联合无人船；2B-第二联合无人船；2C-第三联合无人船；3-第二联合无人船作业区域；41-第一无人船子系统作业区域；42-第二无人船子系统作业区域，43-第三无人船子系统作业区域。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

本发明一种联合无人观测船，为由多艘无人船子系统1组装集成而得到的联合无人船。所述联合无人船指由两艘或两艘以上相互独立的无人船子系统1通过任意方式联结而成的可对接分离、协同合作的系统。联合无人船相对于单艘无人船子系统1可以航行更远的距离，具有更高的抗海况能力，搭载更多的任务载荷，同时执行更多样的工作任务，具备更高的工作效率，更低的子系统复杂度和制造成本。

如图1所示，所述无人船子系统1包括船体11、控制舱12和对接装置13。所述船体11可以为任意形式的船体11，包括但不限于动力系统等；所述控制舱12包括但不限于航行控制系统、定位导航系统、通信系统、对接装置13控制系统等其他控制系统；所述对接装置13为可实现不同无人船子系统1之间相互对接、分离的装置，可以采用机械式、电子式、电磁式等任何可实现对接、分离动作的原理来实现；所述对接装置13设置有若干个，沿所述船体11长度方向分别对称设置在所述船体11的艏部、舯部和艉部。本实施例中，所述对接装置13采用电磁原理，包括电磁铁、制动开关以及被吸附金属；所述制动开关与所述控制舱12的对接装置控制系统相连接，由控制舱12控制其开关；所述电磁铁和被吸附金属均设置在所述船体11的甲板边线上，所述电磁铁和被吸附金属可设置若干个，若干个所述电磁铁和若干个所述被吸附金属横向间隔布置形成条状结构，沿甲板边线布置；对于每一个所述无人船子系统1，通过所述制动开关控制电流通断实现所述电磁铁与其它所述无人船子系统1的被吸附金属之间的对接与分离，实现若干个无人船子系统1之间的相互对接和分离。

本发明中，若干个相互独立的无人船子系统1之间能通过所述对接装置13相互对接形成联合无人船，实现远距离航行、高抗海况能力、搭载多种任务载荷；所述联合无人船能通过所述对接装置13相互分离成若干个相互独立的无人船子系统1，实现同时执行多种工作任务。

如图2所示，多艘无人船子系统(第一无人船子系统1A、第二无人船子系统1B、第三无人船子系统1C)可通过相互对接形成联合无人船(第一联合无人船2A、第二联合无人船2B)。首先，第一无人船子系统1A与第一无人船子系统1A对接形成第一联合无人船2A，然后，第三联合无人船2C与第一联合无人船2A对接形成第二联合无人船2B。

如图3所示，第二联合无人船2B可分离为三艘独立的第一无人船子系统1A、第二无人船子系统1B、第三无人船子系统1C。首先，第二联合无人船2B分离形成第一联合无人船2A与第三无人船子系统1C，然后，第一联合无人船2A分离形成第一无人船子系统1A与第二无人船子系统1B。

如图4所示，第二联合无人船2B可分离并重构成不同组合形式的第三联合无人船2C。首先，第二联合无人船2B分离形成第三无人船子系统1C与第一联合无人船2A，然后，第一联合无人船2A分离形成第一无人船子系统1A与第二无人船子系统1B，最后，第一无人船子系统1A与第二无人船子系统1B采取其他的对接形式对接形成第三联合无人船2C。

如图5所示，第二联合无人船2B到达指定的第二联合无人船作业区域3时分离为三艘独立的第一无人船子系统1A、第二无人船子系统1B、第三无人船子系统1C，进而第一无人船子系统1A、第二无人船子系统1B、第三无人船子系统1C可在各自的第一无人船子系统作业区域41、第二无人船子系统作业区域42、第三无人船子系统作业区域43中作业。

图6、图7、图8、图9为联合无人船的几种可行的典型组合对接方案。

如图6所示，是由无人船子系统1按三角形组合成的联合无人船。这种组合方式在各个方向上的刚度较为均衡，有利于提高无人船的综合抗风浪能力，同时利于使用两个及以上的顶推船子系统进行远洋航行，具有较强的综合性能。

如图7所示，是由无人船子系统1按三角形组合不断横向扩展成梯形的联合无人船。这种组合方式具有适宜的宽度，可利用较少的无人船子系统1船体11组合成宽度足够配置子系统顶推船的联合无人船。

如图8所示，是由无人船子系统1横向组合形成的联合无人船。这种组合方式具有较高的横向稳定性，增大了无人船子系统1的横向摇摆周期，有利于无人船上某些设备载荷的工作。

如图9所示，是由无人船子系统1按人字形组成的联合无人船。这种组合方式对头船的推进系统效率影响较小，因此可以通过配置拖船子系统进行远洋机动。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种联合无人观测船，其特征在于，包括若干个相互独立的无人船子系统，所述无人船子系统包括船体、控制舱和对接装置；所述对接装置通过所述控制舱的控制实现若干个无人船子系统之间的相互对接和分离：若干个相互独立的无人船子系统之间能通过所述对接装置相互对接形成联合无人船，实现远距离航行、高抗海况能力、搭载多种任务载荷；所述联合无人船能通过所述对接装置相互分离成若干个相互独立的无人船子系统，实现同时执行多种工作任务。

2.根据权利要求1所述的一种联合无人观测船，其特征在于，所述对接装置设置有若干个，沿所述船体长度方向分别对称设置在所述船体的艏部、舯部和艉部。

3.根据权利要求1或2所述的一种联合无人观测船，其特征在于，所述对接装置包括电磁铁、制动开关以及被吸附金属，所述电磁铁和被吸附金属均设置在所述船体的甲板边线上，所述制动开关与所述控制舱的对接装置控制系统相连接；对于每一个所述无人船子系统，通过所述制动开关控制电流通断实现所述电磁铁与其它所述无人船子系统的被吸附金属之间的对接与分离，实现若干个无人船子系统之间的相互对接和分离。

4.根据权利要求3所述的一种联合无人观测船，其特征在于，所述电磁铁和被吸附金属均设置有若干个，若干个所述电磁铁和若干个所述被吸附金属横向间隔布置形成条状结构。

5.根据权利要求1所述的一种联合无人观测船，其特征在于，所述控制舱内设置有航行控制系统、定位导航系统、通信系统和对接装置控制系统。

6.根据权利要求1所述的一种联合无人观测船，其特征在于，所述联合无人船通过若干个相互独立的无人船子系统之间的相互组合形成三角形结构、梯形结构、“一”字型结构或“人”字型结构。