CN115092309B - 一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船，包括复合五体船船体、无轴智能轮缘发电装置、智能巡航系统和操控系统。复合五体船船体由小水线面主船体、前部常规侧体、后部常规船体与小水线面复合侧体、连接甲板和上层建筑组成；该主船体的支柱和小水线面的支柱部分安装有无轴轮缘智能发电装置，可以有效的利用海洋能资源，为无人船提供一定的绿色能源补充；智能巡航系统包括信息识别处理系统、自主巡航系统、综合功能系统三个部分，均与控制系统信号连接。并公开了其控制方法。本发明提高了五体无人船的快速性、操纵性和适航性，提供了一种无轴轮缘发电装置的设计方法，同时可以完成海上巡逻、目标跟踪、能源利用等任务。

Description

一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船及其设计方法
技术领域
本发明涉及一种五体无人船，尤其是涉及一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船及其设计方法。
背景技术
水面无人船(USV)作为一种无人水面平台，可以在海洋中承担长时间、大范围、低成本海洋科研与工程任务，但是，目前大部分巡航无人船存在功能单一的问题，不能够执行多项任务，综合性能较差。
受限于无人船的体积小的限制，其所携带的能源较少，导致其续航时间有限，因此，为其寻求一种可以利用的能源是十分必要的。而目前使用的传统的发电机，一般采用电动机带动转子旋转进行发电，这种方式占用空间大，同时转子在高速旋转时会存在机械摩擦，损坏了电机寿命。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船，在保证完成各项任务的同时，实现对海洋资源的利用，节能环保，提高续航能力及综合性。并提供了其设计方法。
技术方案：一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船，包括复合五体船船体、无轴智能轮缘发电装置、智能巡航系统和操控系统；
复合五体船船体包括小水线面主船体、前部常规侧体、后部常规船体与小水线面复合侧体、连接甲板和上层建筑，连接甲板的底面与小水线面主船体连接，顶面与上层建筑连接，小水线面主船体首部的相对两侧分别设有一个前部常规侧体，尾部的相对两侧分别设有一个后部常规船体与小水线面复合侧体，前部常规侧体、后部常规船体与小水线面复合侧体分别与连接甲板的底面固定，小水线面主船体的前部和后部以及两个后部常规船体与小水线面复合侧体上分别安装有无轴智能轮缘发电装置，智能巡航系统和操控系统分别安装于复合五体船船体上。
进一步的，复合五体船船体总长为60～110m，长宽比为1.5～2.5，航速为25～45kn；
小水线面主船体包括支柱一、潜体一，支柱一在潜体一上沿其横向间隔安装有两个，连接甲板安装于两个支柱一的顶面上，每个支柱一上安装有一个无轴智能轮缘发电装置；
前部常规侧体为半圆舭型细长艇体，内侧壁面为垂直面，其长度为复合五体船船体总长度的1/5～1/4，高度为前部常规侧体长度的1/7-1/5；
后部常规船体与小水线面复合侧体包括支柱二、潜体二，潜体二通过支柱二与连接甲板的底面连接，每个支柱二上安装有一个无轴智能轮缘发电装置。
进一步的，潜体一的长度为复合五体船船体总长度的4/5～8/9，宽度为潜体一长度的1/11～1/7，支柱一呈细长对称翼型，支柱一的长度为潜体一长度的1/5～1/3，支柱一的高度为潜体宽度的2.5～3.5倍，支柱一的宽度为支柱一长度的1/7～1/4，第一个支柱一位于复合五体船船体艏段向后1/4～1/6艇长的位置，第二个支柱一位于复合五体船船体艏段向后3/4～5/6艇长的位置；
支柱二呈细长对称翼型，支柱二的长度为前部常规侧体长度的1/2～4/5，高度为潜体二宽度的2～3倍，潜体二首部呈半椭球型，中部为椭圆形，尾部为向尾收缩的回转锥体，潜体二的长度为前部常规侧体长度的3/4～3/2，潜体二的宽度为自身长度的 1/8～1/6。
进一步的，无轴智能轮缘发电装置包括无轴轮缘转动机构、智能控制台、转速传感器、定子、变压器和储能装置，无轴轮缘转动机构包括轮毂以及叶片，叶片切面的形状为弓形切面或机翼型切面，叶片设有多个，呈圆周间隔安装于轮毂内圈，多个定子间隔均布于轮毂外圈，轮毂上安装有转速传感器，转速传感器通过数据线与智能控制台信号连接，智能控制台将反馈信号传送到定子的开关，产生的电流经过变压器调压后储存在储能装置中。
最佳的，无轴智能轮缘发电装置还包括转动轴、转动体，无轴轮缘转动机构安装于转动体上，转动轴设有两根，间隔对称设置于转动体的相对两侧，转动体通过两个转动轴与小水线面主船体的后部转动连接，当不需要发电时，无轴智能轮缘发电装置停止工作并且可以随着转动体在转动轴作用下旋转90°作为推进器使用。
最佳的，无轴智能轮缘发电装置还包括固定外环、柔性保护壳、控制器，无轴轮缘转动机构通过固定外环安装于小水线面主船体的前部以及两个后部常规船体与小水线面复合侧体上，无轴轮缘转动机构的外圈包覆有柔性保护壳，柔性保护壳上设有控制器，当不需要发电时，柔性保护壳在控制器的指令下伸缩将无轴智能轮缘发电装置封闭。
进一步的，智能巡航系统包括信息识别处理系统、自主巡航系统、综合功能系统；信息识别处理系统包括高分辨率摄像头、红外夜视摄像头和微处理器，三者分别安装于复合五体船船体首端并且通过蓝牙模块连接，将获取的信息传输到操控系统，自主巡航系统包括激光雷达、GPS+IMU组合惯导装置，激光雷达安装于上层建筑的首端上，GPS+IMU 组合惯导装置安装于上层建筑的中部两端，综合功能系统包括语音播报器、水炮、目标跟踪传感器、救生装置、声呐系统，语音播报器、水炮、目标跟踪传感器均安装于复合五体船船体首端，复合五体船船体尾部的两侧分别安装有救生装置，声呐系统安装于小水线面主船体内。
最佳的，操控系统包括控制系统和操推系统，控制系统包括岸基控制显示单元、系统服务器和下位机，岸基控制显示单元由操纵人员控制，可以在控制台显示，系统服务器与下位机均位于复合五体船船体中央部位，两者信号连接，岸基控制显示单元通过系统服务器与下位机进行数据传输并传递指令；操推系统包括推进器和能源舱，小水线面主船体以及两个后部常规船体与小水线面复合侧体下方的尾部均安装有推进器，能源舱安装于复合五体船船体尾部的位置。
一种上述的具有无轴发电装置的巡航五体无人船的设计方法，包括以下步骤：
步骤一：设计变量：
设无人船的小水线面主船体首段长度Lh，中段长度Lm，尾段长度La，支柱一高度H1，支柱一长度L1，支柱一宽度B1，潜体一长度L2，潜体一宽度B2，支柱二高度H2，支柱二长度L3，支柱二宽度B3，潜体二长度L3，潜体二宽度B3，常规侧体长度L4，宽度B4，小水线面侧体长度L5,宽度B5，五体船体方形系数Cb，吃水T，型深D，设计航速Vs，螺旋桨直径Dp，螺旋桨盘面比Aeo，设计航速下的螺旋桨转速N，浮心纵向位置Lcb，重心纵向位置Xg，盘面比Aεo，螺距比PDP，
步骤二：建立目标函数：
对于无人船的快速性，选用海军系数作为快速性目标函数，并设置目标函数值越大越好，因此：
式中：Δ——排水量；VS——设计航速；Rt——总阻力；
对于无人船的操纵性，回转性指数K和稳定性衡准数C常作为检验五体船操纵性优良的指标，将无因次化的K'和C'采用幂指数乘积的形式组合，则操纵性目标函数h(x2)：
式中：0＜gi＜1，g1*g2＝1；
对于无人船功能方面，主要包括无轴智能轮缘发电装置和智能巡航系统功能的实际效果，主要考虑有无轴轮缘发电装置的效率叶片的工作寿命/>转速传感器的功能性变压器的功能性/>综合控制台的功能性/>信息处理系统的工作效率和准确性/>自主巡航系统的可靠性/>以及综合救系统的功能性/>这些功能性与强度指标都是越大越好，构建f3(x)作为功能性目标函数，并且其值越大为性能最优，其表达式为：
式中：0＜εi＜1，ε1*ε2*ε3*ε4*ε5*ε6*ε7*ε8＝1；
综合以上三个方面构建总目标函数H(x)，表达式如下：
式中：
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
1：本发明在艇型方面采用采用新型复合五体无人艇，它具有较大的甲板面积，可以放置更多的仪器设备，为智能巡逻提供大的平台，新型复合五体无人艇艇型设计使得该艇航行的兴波阻力和汹涛阻力大幅下降，推进效率大幅提升，艇的快速性能得到明显改善。
2：本发明针对无人艇航行受限于无人船的体积小的限制，其所携带的能源较少，导致其续航时间有限，因此，为其设计了一种无轴轮缘发电装置，具有体积小，能源利用率高的优点，可以较大的提高无人艇的续航能力，同时充分利用海洋能，绿色环保。
3：本发明的艇型参数确定采用综合优化数学模型的设计方法，兼顾无人艇多种性能和主要功能系统综合最优的设计并制造，因此，该类艇型与现有类似无人艇比较不但具有最优的综合性能，还有最优的系统功能，即：具有最优的适航性和工作效费比。
4：本发明针对海洋巡逻艇的功能单一、效率不高的情况，发明了具有信息识别处理系统、自主巡航系统、综合功能系统的智能巡航系统，其可以从多方位、多种作业形式执行海上巡航，同时可以对可疑人员进行驱离，提高了无人艇海上巡航的效率和保障了数据的可靠性。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的侧视图；
图4为无轴智能轮缘发电装置的结构示意图之一；
图5为无轴智能轮缘发电装置的结构示意图之二；
图6为复合五体船船体的横向剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船，如图1～6所示，包括复合五体船船体1、无轴智能轮缘发电装置2、智能巡航系统3和操控系统4。
复合五体船船体1由小水线面主船体1-1、前部常规侧体1-2、后部常规船体与小水线面复合侧体1-3、连接甲板1-4和上层建筑1-5组成。小水线面主船体1-1由支柱一1-6和潜体一1-7组成，支柱一1-6在潜体一1-7上沿其横向间隔安装有两个，连接甲板1-4安装于两个支柱一1-6的顶面上，上层建筑1-5与连接甲板1-4连接，连接甲板1-4外轮廓呈流线型的箱型结构并关于纵剖面线对称，连接甲板1-4的纵向相对两侧的艏尾端分别安装有前部常规侧体1-2和常规船体与小水线面复合侧体1-3，桅杆1-10 安装于上层建筑1-5船中的顶部。
复合五体船船体1总长60～110m，长宽比为1.5～2.5，设计航速25～45kn，潜体一1-7的首部呈半椭球型或近似半椭球型，中部的横剖面为圆形、或椭圆形、或近似椭圆形、或上半部分半个近似椭圆形和下半部分半个近似圆形，尾部为向尾收缩的回转锥体，潜体一1-7的长度为五体船总长度的4/5～8/9，宽度为潜体一1-7长度的1/11～ 1/7，支柱一1-6呈细长对称翼型，支柱一1-6的长度为潜体一1-7长度的1/5～1/3，支柱一1-6的高度为潜体1-7宽度的2.5～3.5倍，支柱一1-6的宽度为支柱一1-6长度的1/7～1/4,，第一个支柱位于五体船船体1艏段向后1/4～1/6艇长的位置，第二个支柱位于五体船船体1艏段向后3/4～5/6艇长的位置。
前部常规侧体1-2对称的分布在主船体1-1艏部的两侧，前部常规侧体1-2为半圆舭型细长艇体，内侧壁面为垂直面，此时水流对于内侧壁的压阻力几乎为0，可以忽略不计，前部常规侧体1-2的长度为五体船船体总长度的1/5～1/4，高度为前部常规侧体1-2长度的1/7～1/5，在无人船正常航行时常规侧体不浸入水中，当横摇角度达到 4°～5°时常规侧体入水，可以减小横摇，使得无人船具有较好的稳性。
后部常规船体与小水线面复合侧体1-3由支柱二1-8和潜体二1-9组成，支柱二 1-8呈细长对称翼型，支柱二1-8的长度为前部常规侧体1-2长度的1/2～4/5，高度为潜体二1-9宽度的2-3倍，潜体二1-9首部呈半椭球型或近似半椭球型，中部为椭圆形，尾部为向尾收缩的回转锥体，潜体二1-9的长度为前部常规侧体1-2长度的3/4～3/2，潜体二1-9的宽度为自身长度的1/8～1/6，每个潜体二1-9的尾部安装有推进器4-3，小水线面主船体1-2与后部常规船体与小水线面复合侧体1-3支柱上均安装有无轴智能轮缘发电装置2。
这种新型复合五体船的结构设计通过综合优化数学模型进行计算，得到较优的船体参数，在此基础上进行型线设计和三维建模，并通过仿真软件进一步模拟仿真，不断的优化。这种特殊结构的设计提高了五体船快速性、操纵性和适航性，为更好的完成工作任务提供了保障。
无轴智能轮缘发电装置2包括无轴轮缘转动机构2-1、智能控制台2-2、转速传感器2-3、定子2-4、变压器2-5和储能装置2-6，无轴轮缘转动机构2-1由轮毂2-7和叶片2-8组成，叶片呈环形矩阵阵列安装于轮毂2-7上，轮毂2-7上安装有转速传感器 2-3，将监测到的无轴轮缘转动机构2-1的转速数据通过数据线传送到智能控制台2-2，智能控制台2-2再将反馈信号传送到定子的开关，产生的电流经过变压器2-5调压后储存在储能装置2-6中，可供无人船使用。
无轴智能轮缘发电装置2还包括固定外环2-9、转动轴2-10、柔性保护壳2-11和控制器2-12，固定外环2-9安装于每个无轴智能轮缘发电装置2的外缘与无人船支柱固定连接，转动轴2-10安装于小水线面主船体1-1尾部的支柱上，当不需要发电时，无轴智能轮缘发电装置2停止工作并且可以随着转动轴2-10旋转90°作为推进器使用；柔性保护壳2-11与控制器2-12安装于小水线面主船体1-1首部和常规船体与小水线面复合侧体1-3的支柱上，当不需要发电时，柔性保护壳2-11在控制器2-12的指令下伸缩将无轴智能轮缘发电装置2封闭，减少水流对无人船的影响。
无轴轮缘发电装置2的具体工作方式：位于小水线面主船体1-1首部支柱一1-6与常规侧体与小水线面复合侧体1-3上的无轴智能轮缘发电装置2需要工作时，柔性保护壳2-11会在控制器2-12的指令下收缩，波浪、水流流过无轴智能轮缘发电装置2推动叶片2-8旋转，同时带动轮毂2-7转动，转速传感器2-3监测到转速达到一定的速度时，发送回馈指令到定子2-4控制器，定子2-4开始工作，此时无轴轮缘转动机构2-1就相当于转子，当转子主磁极存在剩磁，会产生微弱的旋转磁场；定子线圈切割旋转磁场的磁力线，从而在定子线圈中产生交流电动势；此电动势在并励绕组回路中产生一个不大的励磁电流；该电流产生的磁通方向与剩磁方向一致，使得气隙磁通增强，从而使电枢电势和端电压升高；励磁电流增加，气隙磁场进一步加强。如此循环激励，直至建立稳定的端电压，产生的电压通过导线连接到变压器2-5转变到无人船可以利用的电压大小，暂时储存在储能装置2-6中，并通过导线连接到无人船的电力系统中。
当不需要无轴轮缘发电装置2发电工作时，位于小水线面主船体1-1首部支柱一1-6与常规侧体与小水线面复合侧体1-3上的柔性保护壳2-11在控制器2-12的指令下伸张，将无轴无轴轮缘发电装置2与水流分隔开，减小波浪对于船体航行的影响。位于小水线面主船体1-1尾部的支柱上的无轴轮缘发电装置2随着转动轴2-10旋转90°垂直于主船体的方向，作为推进器4-3使用，为无人船提供动力，可以提高无人船的快速性和适航性。
智能巡航系统3包括信息识别处理系统、自主巡航系统、综合功能系统。信息识别处理系统由高分辨率摄像头3-1、红外夜视摄像头3-2和微处理器3-3组成，这几个部分安装于船艏并且通过蓝牙模块连接，将获取的信息传输到控制系统4-2，自主巡航系统由激光雷达3-4、GPS+IMU组合惯导装置3-5组成，激光雷达3-4安装于上层建筑1-5 的首端上，GPS+IMU组合惯导装置3-5安装于无人船上层建筑1-5的中部两端，综合功能系统由语音播报器3-6、水炮3-7、目标跟踪传感器3-8、救生装置3-9、声呐系统3-10组成，语音播报器3-6、水炮3-7、目标跟踪传感器3-8均安装于无人船首端，救生装置3-9安装于无人船靠近尾部的两侧，声呐系统3-10安装于潜体一1-7内。
智能巡航系统具体的工作方式：由高分辨率摄像头3-1以及红外夜视摄像头3-2获取的高清图像信息通过蓝牙信号传输到微处理器3-3中，微处理3-3会将获得图像信息进行初步筛选储存并传递到控制系统4-2，上位机中接有三维激光雷达3-4、GPS+IMU 组合惯导3-5和USB相机多个包含较大数据量的传感器和TP-LINK路由器，为了以较大带宽的速度传输传感器数据，三维激光采用网口协议传入TX2，相机和组合惯导采用 USB协议，三维激光雷达3-4主要用于两方面，一是扫描机器人周边环境后用于地图构建，二是机器人在自主巡航时能实时感知周边环境避开障碍物和与已知地图进行匹配来定位机器人的位置；GPS+IMU组合惯导用于在空旷的室外环境中对机器人进行较为准确位置和姿态的测量。当遇到特殊情况时，综合功能系统开始工作，语音播报器3-6进行播报语音，喊话功能，当有需要时水炮3-6会开始工作，发射水弹，同时目标跟踪器 3-8根据控制系统4-2传输的指令锁定目标进行跟踪，救生装置3-9会抛救生衣等救援物品。
操控系统4由控制系统和操推系统组成，控制系统包括岸基控制显示单元、系统服务器4-1和下位机4-2组成，岸基控制显示单元由操纵人员控制，可以在控制台显示，系统服务器4-1与下位机4-2均位于无人船中央部位，它们之间信号连接，岸基控制显示单元通过系统服务器4-1与下位机4-2进行数据传输并传递指令；操推系统包括推进器4-3和能源舱4-4，推进器4-3安装于小水线面侧体1-3潜体二1-9的尾部，采用差速推进的方式使得无人船具有更好的回转性和操纵性，能源舱4-4位于靠近无人船尾部的位置。
上述的具有无轴发电装置的巡航五体无人船的设计方法，包括以下步骤：
步骤一：设计变量：
设无人船的小水线面主船体首段长度Lh，中段长度Lm，尾段长度La，支柱一高度H1，支柱一长度L1，支柱一宽度B1，潜体一长度L2，潜体一宽度B2，支柱二高度H2，支柱二长度L3，支柱二宽度B3，潜体二长度L3，潜体二宽度B3，常规侧体长度L4，宽度B4，小水线面侧体长度L5,宽度B5，五体船体方形系数Cb，吃水T，型深D，设计航速Vs，螺旋桨直径Dp，螺旋桨盘面比Aeo，设计航速下的螺旋桨转速N，浮心纵向位置Lcb，重心纵向位置Xg，盘面比Aεo，螺距比PDP。
步骤二：建立目标函数：
对于无人船的快速性，选用海军系数作为快速性目标函数，并设置目标函数值越大越好，因此：
式中：Δ——排水量；VS——设计航速；Rt——总阻力；
对于无人船的操纵性，回转性指数K和稳定性衡准数C常作为检验五体船操纵性优良的指标，将无因次化的K'和C'采用幂指数乘积的形式组合，则操纵性目标函数h(x2)：
式中：0＜gi＜1，g1*g2＝1；
对于无人船功能方面，主要包括无轴智能轮缘发电装置和智能巡航系统功能的实际效果，主要考虑有无轴轮缘发电装置的效率叶片的工作寿命/>转速传感器的功能性/>变压器的功能性/>综合控制台的功能性/>信息处理系统的工作效率和准确性自主巡航系统的可靠性/>以及综合救系统的功能性/>这些功能性与强度指标都是越大越好，构建f3(x)作为功能性目标函数，并且其值越大为性能最优，其表达式为：
式中：0＜εi＜1，ε1*ε2*ε3*ε4*ε5*ε6*ε7*ε8＝1；
综合以上三个方面构建总目标函数H(x)，表达式如下：
式中：
综合优化数学模型约束条件：
①各设计变量合理的上下限；
②螺旋桨要满足空泡要求；
③按照《船舶入级规范》，舵的总面积要求；
④按照船舶的稳性规范，正浮初稳性高要大于0.3米；
⑤计算得出的排水量与设计排水量相等；
⑥螺旋桨的有效推力与船体总阻力相等；
⑦主机供给螺旋桨的转矩与螺旋桨承受的水动力转矩相等；
⑧转矩平衡约束；主机供给螺旋桨的转矩与螺旋桨承受的水动力转矩相等。

Claims (3)

1.一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船，其特征在于：包括复合五体船船体（1）、无轴智能轮缘发电装置（2）、智能巡航系统（3）和操控系统（4）；复合五体船船体（1）包括小水线面主船体（1-1）、前部常规侧体（1-2）、后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）、连接甲板（1-4）和上层建筑（1-5），连接甲板（1-4）的底面与小水线面主船体（1-1）连接，顶面与上层建筑（1-5）连接，小水线面主船体（1-1）首部的相对两侧分别设有一个前部常规侧体（1-2），尾部的相对两侧分别设有一个后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3），前部常规侧体（1-2）、后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）分别与连接甲板（1-4）的底面固定，小水线面主船体（1-1）的前部和后部以及两个后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）上分别安装有无轴智能轮缘发电装置（2），智能巡航系统（3）和操控系统（4）分别安装于复合五体船船体（1）上；
复合五体船船体（1）总长为60～110m，长宽比为1.5～2.5，航速为25～45kn；
小水线面主船体（1-1）包括支柱一（1-6）、潜体一（1-7），支柱一（1-6）在潜体一（1-7）上沿其横向间隔安装有两个，连接甲板（1-4）安装于两个支柱一（1-6）的顶面上，每个支柱一（1-6）上安装有一个无轴智能轮缘发电装置（2）；
前部常规侧体（1-2）为半圆舭型细长艇体，内侧壁面为垂直面，其长度为复合五体船船体（1）总长度的1/5～1/4，高度为前部常规侧体（1-2）长度的1/7-1/5；
后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）包括支柱二（1-8）、潜体二（1-9），潜体二（1-9）通过支柱二（1-8）与连接甲板（1-4）的底面连接，每个支柱二（1-8）上安装有一个无轴智能轮缘发电装置（2）；
潜体一（1-7）的长度为复合五体船船体（1）总长度的4/5～8/9，宽度为潜体一（1-7）长度的1/11～1/7，支柱一（1-6）呈细长对称翼型，支柱一（1-6）的长度为潜体一（1-7）长度的1/5～1/3，支柱一（1-6）的高度为潜体一（1-7）宽度的2.5～3.5倍，支柱一（1-6）的宽度为支柱一（1-6）长度的1/7～1/4，第一个支柱一（1-6）位于复合五体船船体（1）艏段向后1/4～1/6艇长的位置，第二个支柱一（1-6）位于复合五体船船体（1）艏段向后3/4～5/6艇长的位置；
支柱二（1-8）呈细长对称翼型，支柱二（1-8）的长度为前部常规侧体（1-2）长度的1/2～4/5，高度为潜体二（1-9）宽度的2～3倍，潜体二（1-9）首部呈半椭球型，中部为椭圆形，尾部为向尾收缩的回转锥体，潜体二（1-9）的长度为前部常规侧体（1-2）长度的3/4～3/2，潜体二（1-9）的宽度自身长度的1/8～1/6；
无轴智能轮缘发电装置（2）包括无轴轮缘转动机构（2-1）、智能控制台（2-2）、转速传感器（2-3）、定子（2-4）、变压器（2-5）和储能装置（2-6），无轴轮缘转动机构（2-1）包括轮毂（2-7）以及叶片（2-8），叶片（2-8）切面的形状为弓形切面或机翼型切面，叶片（2-8）设有多个，呈圆周间隔安装于轮毂（2-7）内圈，多个定子（2-4）间隔均布于轮毂（2-7）外圈，轮毂（2-7）上安装有转速传感器（2-3），转速传感器（2-3）通过数据线与智能控制台（2-2）信号连接，智能控制台（2-2）将反馈信号传送到定子（2-4）的开关，产生的电流经过变压器（2-5）调压后储存在储能装置（2-6）中；
无轴智能轮缘发电装置（2）还包括固定外环（2-9）、柔性保护壳（2-11）、控制器（2-12），无轴轮缘转动机构（2-1）通过固定外环（2-9）安装于小水线面主船体（1-1）的前部以及两个后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）上，无轴轮缘转动机构（2-1）的外圈包覆有柔性保护壳（2-11），柔性保护壳（2-11）上设有控制器（2-12），当不需要发电时，柔性保护壳（2-11）在控制器（2-12）的指令下伸缩将无轴智能轮缘发电装置（2）封闭。
2.一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船，其特征在于：包括复合五体船船体（1）、无轴智能轮缘发电装置（2）、智能巡航系统（3）和操控系统（4）；复合五体船船体（1）包括小水线面主船体（1-1）、前部常规侧体（1-2）、后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）、连接甲板（1-4）和上层建筑（1-5），连接甲板（1-4）的底面与小水线面主船体（1-1）连接，顶面与上层建筑（1-5）连接，小水线面主船体（1-1）首部的相对两侧分别设有一个前部常规侧体（1-2），尾部的相对两侧分别设有一个后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3），前部常规侧体（1-2）、后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）分别与连接甲板（1-4）的底面固定，小水线面主船体（1-1）的前部和后部以及两个后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）上分别安装有无轴智能轮缘发电装置（2），智能巡航系统（3）和操控系统（4）分别安装于复合五体船船体（1）上；
复合五体船船体（1）总长为60～110m，长宽比为1.5～2.5，航速为25～45kn；
小水线面主船体（1-1）包括支柱一（1-6）、潜体一（1-7），支柱一（1-6）在潜体一（1-7）上沿其横向间隔安装有两个，连接甲板（1-4）安装于两个支柱一（1-6）的顶面上，每个支柱一（1-6）上安装有一个无轴智能轮缘发电装置（2）；
前部常规侧体（1-2）为半圆舭型细长艇体，内侧壁面为垂直面，其长度为复合五体船船体（1）总长度的1/5～1/4，高度为前部常规侧体（1-2）长度的1/7-1/5；
后部常规船体与小水线面复合侧体（1-3）包括支柱二（1-8）、潜体二（1-9），潜体二（1-9）通过支柱二（1-8）与连接甲板（1-4）的底面连接，每个支柱二（1-8）上安装有一个无轴智能轮缘发电装置（2）；
潜体一（1-7）的长度为复合五体船船体（1）总长度的4/5～8/9，宽度为潜体一（1-7）长度的1/11～1/7，支柱一（1-6）呈细长对称翼型，支柱一（1-6）的长度为潜体一（1-7）长度的1/5～1/3，支柱一（1-6）的高度为潜体一（1-7）宽度的2.5～3.5倍，支柱一（1-6）的宽度为支柱一（1-6）长度的1/7～1/4，第一个支柱一（1-6）位于复合五体船船体（1）艏段向后1/4～1/6艇长的位置，第二个支柱一（1-6）位于复合五体船船体（1）艏段向后3/4～5/6艇长的位置；
支柱二（1-8）呈细长对称翼型，支柱二（1-8）的长度为前部常规侧体（1-2）长度的1/2～4/5，高度为潜体二（1-9）宽度的2～3倍，潜体二（1-9）首部呈半椭球型，中部为椭圆形，尾部为向尾收缩的回转锥体，潜体二（1-9）的长度为前部常规侧体（1-2）长度的3/4～3/2，潜体二（1-9）的宽度自身长度的1/8～1/6；
无轴智能轮缘发电装置（2）包括无轴轮缘转动机构（2-1）、智能控制台（2-2）、转速传感器（2-3）、定子（2-4）、变压器（2-5）和储能装置（2-6），无轴轮缘转动机构（2-1）包括轮毂（2-7）以及叶片（2-8），叶片（2-8）切面的形状为弓形切面或机翼型切面，叶片（2-8）设有多个，呈圆周间隔安装于轮毂（2-7）内圈，多个定子（2-4）间隔均布于轮毂（2-7）外圈，轮毂（2-7）上安装有转速传感器（2-3），转速传感器（2-3）通过数据线与智能控制台（2-2）信号连接，智能控制台（2-2）将反馈信号传送到定子（2-4）的开关，产生的电流经过变压器（2-5）调压后储存在储能装置（2-6）中；
无轴智能轮缘发电装置（2）还包括转动轴（2-10）、转动体（2-13），无轴轮缘转动机构（2-1）安装于转动体（2-13）上，转动轴（2-10）设有两根，间隔对称设置于转动体（2-13）的相对两侧，转动体（2-13）通过两个转动轴（2-10）与小水线面主船体（1-1）的后部转动连接，当不需要发电时，无轴智能轮缘发电装置（2）停止工作并且随着转动体（2-13）在转动轴（2-10）作用下旋转90°作为推进器使用。
3.根据权利要求1所述的一种具有无轴发电装置的巡航五体无人船，其特征在于：智能巡航系统（3）包括信息识别处理系统、自主巡航系统、综合功能系统；信息识别处理系统包括高分辨率摄像头（3-1）、红外夜视摄像头（3-2）和微处理器（3-3），三者分别安装于复合五体船船体（1）首端并且通过蓝牙模块连接，将获取的信息传输到操控系统（4），自主巡航系统包括激光雷达（3-4）、GPS+IMU组合惯导装置（3-5），激光雷达（3-4）安装于上层建筑（1-5）的首端上，GPS+IMU组合惯导装置（3-5）安装于上层建筑（1-5）的中部两端，综合功能系统包括语音播报器（3-6）、水炮（3-7）、目标跟踪传感器（3-8）、救生装置（3-9）、声呐系统（3-10），语音播报器（3-6）、水炮（3-7）、目标跟踪传感器（3-8）均安装于复合五体船船体（1）首端，复合五体船船体（1）尾部的两侧分别安装有救生装置（3-9），声呐系统（3-10）安装于小水线面主船体（1-1）内。
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