CN114013582A - 一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶 - Google Patents

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卢道华
王荣涛
王佳
汤雁冰
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Abstract

本发明公开了一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，包括上层船体和下层船体，所述上层船体底部安装有多个下层船体，所述的下层船体与上层船体之间安装有波浪补偿系统，所述的波浪补偿系统包括主动波浪补偿系统和被动波浪补偿系统，其中，被动波浪补偿系统安装在上层船体下方，主动波浪补偿系统安装在被动波浪补偿系统和下层船体之间。本发明采用主动波浪补偿系统与被动波浪补偿系统相结合的补偿方式对甲板平台进行整体波浪补充，在不同海况应用不同的波浪补偿系统，可最大程度节省能源消耗，并通过导轨减小船舶在航行过程中海浪对补偿系统的剪切力，从而保证下层船体与上层船体之间的刚性要求。

Description

一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶
技术领域
本发明涉及一种无人化运输船舶，尤其涉及一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶。
背景技术
船舶的平稳性能是一个国家在海上展现船舶研发实力、进行海上勘探以及从事危险品海洋运输的一个重要指标。由于船舶在海上的行驶活动与陆地装备截然不同，船舶会因天气因素受到海浪作不规则起伏运动的影响，使整个船体受到上下左右的剧烈摇晃，从而给危险品运输船舶带来巨大隐患；船体的剧烈摇晃会使船载精密仪器以及所运输的危险品造成损坏或泄漏、爆炸等风险，尤其在海况条件特别糟糕的情况下极易发生此类事件，对船上人员以及自然环境都会造成巨大的伤害。为避免此类风险，开发一种无人的高平稳性运输船成为需求，而采用波浪补偿技术和无人船艇技术进行创新开发可以实现这一目标。目前波浪补偿平稳技术主要应用于船载吊机、船载栈桥等方面的作业装备，国内外尚无用此类技术的船舶。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，通过多个下层船体对上层整个船体进行波浪补偿，使无人船舶达到高平稳运行，实现对危险运输品的海上无风险运输。
技术方案：本发明包括上层船体和下层船体，所述上层船体底部安装有多个下层船体，所述的下层船体与上层船体之间安装有波浪补偿系统，所述的波浪补偿系统包括主动波浪补偿系统和被动波浪补偿系统，其中，被动波浪补偿系统安装在上层船体下方，主动波浪补偿系统安装在被动波浪补偿系统和下层船体之间。
所述的下层船体通过连接件与上层船体的底部连接。
所述的被动波浪补偿系统安装在连接件底部。
所述的被动波浪补偿系统包括顶板和底板，顶板与连接件固定，底板与主动波浪补偿系统连接。
所述的顶板与底板之间的中央位置安装有球铰连接件，球铰连接件两侧对称间隔分布有多个减震装置，通过球铰连接件保证下层船体一定的自由度，避免在恶劣情况下过度的刚性联接对船体的损害。
所述的减震装置包括减震器和弹簧，其中，减震器两端分别与顶板和底板固定，减震器外侧套有弹簧，通过减震装置在船体遭到猛烈撞击时为其提供一定的缓冲，从而完成被动波浪补偿动作。
所述的主动波浪补偿系统采用液压系统，液压系统的顶部安装有上平台，底部安装有下平台，所述的上平台安装在被动波浪补偿系统的底板底部，下平台安装在下层船体的甲板上。
所述主动波浪补偿系统的两侧对称安装有导轨，导轨两端分别与底板与下层船体固定，导轨可以减小船舶在航行过程中海浪对补偿系统的剪切力，从而保证下层船体与上层船体之间的刚性要求，并且导轨具有良好的密封性能，保证了补偿系统的正常运行。
所述的上层船体内设有存储舱，存储舱顶部设有多个太阳能发电装置，为船体航行提供电力驱动。
所述上层船体的船底设有加强钣金，用于加强上层船体底部的强度，保证其在恶劣海况下船体不会被折弯或撕裂。
有益效果：本发明采用主动波浪补偿系统与被动波浪补偿系统相结合的补偿方式对甲板平台进行整体波浪补充，主动波浪补偿系统与被动波浪补偿系统分别应用于海况复杂与海况正常情况下，在不同海况应用不同的波浪补偿系统，可最大程度节省能源消耗，并通过导轨减小船舶在航行过程中海浪对补偿系统的剪切力，从而保证下层船体与上层船体之间的刚性要求。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的下层船体示意图；
图4为本发明的下层船体主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明包括上层船体和下层船体58，上层船体内设有存储舱22，存储舱22顶部设有多个太阳能发电装置21，如图2所示，全船采用无人操作控制系统，并通过上层船体携带的太阳能发电装置21提供电力驱动。上层船体的船底设有加强钣金，用于加强上层船体底部的强度，保证其在恶劣海况下船体不会被折弯或撕裂。上层船体为一个整体的密封舱室，即使遇到不可抗力因素，也能够保证其漂浮在海面而不下沉。上层船体底部安装有多个下层船体58，每个下层船体58均通过连接件51与上层船体的底部连接，下层船体58与上层船体之间安装有波浪补偿系统，包括主动波浪补偿系统54和被动波浪补偿系统，其中，被动波浪补偿系统安装在连接件51底部，主动波浪补偿系统54安装在被动波浪补偿系统和下层船体58的甲板之间。波浪补偿系统可选择为三自由度补偿系统，并可根据实际船体补偿要求选择其它多自由度系统。
下层船体58将为整个船体提供充足的动力和足够的浮力，并控制整个船体的航行方向，具备一般无人船的全部属性，包含控制系统、检测系统、反馈系统和波浪补偿系统的配套固定装置，并且承载波浪补偿系统所需的液压油和其余设备等。下层船体58与上层船体平台的分离式设计，会导致下层船体58进水量的增加，所以在设计时保证下层船体58有快速的排水系统，保障船舶的安全性。
如图4所示，被动波浪补偿系统包括顶板和底板，顶板与连接件51固定，底板与主动波浪补偿系统连接，顶板与底板之间的中央位置安装有球铰连接件52，通过球铰连接件52保证下层船体58一定的自由度，避免在恶劣情况下过度的刚性联接对船体的损害。球铰连接件52两侧对称间隔分布有多个减震装置53，减震装置53包括减震器和弹簧，减震器两端分别与顶板和底板固定，减震器外侧套有弹簧，通过减震装置53在船体遭到猛烈撞击时为其提供一定的缓冲，从而完成被动波浪补偿动作。同时也保证了下层船体58在获得一定自由度的同时也使其满足一定的刚性要求。
主动波浪补偿系统54采用液压系统，液压系统的顶部安装有上平台，底部安装有下平台，上平台安装在被动波浪补偿系统的底板底部，下平台安装在下层船体58的甲板上。主动波浪补偿系统54的两侧还对称安装有导轨55，导轨55两端分别与底板与下层船体58固定。导轨55可以减小船舶在航行过程中海浪对补偿系统的剪切力，从而保证下层船体58与上层船体之间的刚性要求，并且导轨55具有良好的密封性能，保证了补偿系统的正常运行。
波浪补偿系统的执行件油缸或电动缸组数可根据实际负载情况而定，在实际波浪补偿系统的自由度数所决定的缸数的基础上，作出适应性的增加，通过冗余设计以保证波浪补偿系统的整体负载安全。在每个油缸上都安装有线位移传感器，用来测量油缸伸缩运动的位移量，在上层船体上安装微惯导传感器，微惯导传感器通过信号线连接运动控制器，微惯导传感器用于检测船体的横摇、纵摇和升沉的运动姿态数据偏差值，并将检测值输入运动控制器中。
本发明的主动波浪补偿系统54与被动波浪补偿系统分别应用于海况复杂情况下与海况正常情况下，在不同海况应用不同的波浪补偿系统，可最大程度节省能源消耗。其主动波浪补偿的具体方法如下：
(1)利用微惯导传感器来测量船舶的运动：横摇、纵摇和升沉的运动姿态数据，并实时传输给船舶的总运动控制器，运动控制器根据波浪补偿值的反解算法计算出横摇、纵摇和升沉的补偿值，根据补偿值控制各组油缸进行动作，实现对上层船体平台的补偿；
(2)当上层船体平台的横摇产生运动变化时，控制器控制布置于轴线两侧的各组油缸动作，其中一个油缸伸长(缩短)时，则另一个油缸对应地缩短(伸长)实现补偿动作，当上层船体平台的纵摇产生运动变化时，控制器控制布置于前后的各组油缸动作，其中一个油缸伸长(缩短)时，另外两个油缸对应地缩短(伸长)实现补偿动作；当上层船体平台的升沉产生运动变化时，控制器控制全部的各组油缸向检测到升沉的相反方向进行伸缩动作，进而实现补偿动作。
各组油缸的伸缩补偿值由姿态传感器测得上层船体平台的姿态，并将测得的数据传输给运动控制器，运动控制器根据波浪补偿的反解算法，计算出横摇、纵摇和升沉的运动姿态数据的补偿值，实现最终的实时补偿动作。

Claims (10)

1.一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，包括上层船体和下层船体(58)，所述上层船体底部安装有多个下层船体(58)，所述的下层船体(58)与上层船体之间安装有波浪补偿系统，所述的波浪补偿系统包括主动波浪补偿系统(54)和被动波浪补偿系统，其中，被动波浪补偿系统安装在上层船体下方，主动波浪补偿系统(54)安装在被动波浪补偿系统和下层船体(58)之间。
2.根据权利要求1所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述的下层船体(58)通过连接件(51)与上层船体的底部连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述的被动波浪补偿系统安装在连接件(51)底部。
4.根据权利要求1或3所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述的被动波浪补偿系统包括顶板和底板，顶板与连接件(51)固定，底板与主动波浪补偿系统(54)连接。
5.根据权利要求4所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述的顶板与底板之间的中央位置安装有球铰连接件(52)，球铰连接件(52)两侧对称间隔分布有多个减震装置。
6.根据权利要求5所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述的减震装置(53)包括减震器和弹簧，其中，减震器两端分别与顶板和底板固定，减震器外侧套有弹簧。
7.根据权利要求1所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述的主动波浪补偿系统(54)采用液压系统，液压系统的顶部安装有上平台，底部安装有下平台，所述的上平台安装在被动波浪补偿系统的底板底部，下平台安装在下层船体的甲板上。
8.根据权利要求1或7所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述主动波浪补偿系统(54)的两侧对称安装有导轨(55)，导轨(55)两端分别与底板与下层船体固定。
9.根据权利要求1所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述的上层船体内设有存储舱(22)，存储舱(22)顶部设有多个太阳能发电装置(21)。
10.根据权利要求1或9所述的一种具有波浪补偿功能的无人化运输船舶，其特征在于，所述上层船体的船底设有加强钣金。
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