CN115675725B - 一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及三支点伺服的可变水翼攻角高速船及其控制方法，高速船包括主船体，主船体的底部通过支撑杆刚性固定连接有水下推进组件；支撑杆至少有三根，至少一根支撑杆位于主船体的船艏下方，至少两根支撑杆分别位于主船体的船艉两侧的下方，水下推进组件对应支撑杆配套设置；水下推进组件包括水翼攻角传动转盘、水翼、螺旋桨、螺旋桨连杆和防水电机，水翼攻角传动转盘内嵌于水翼且转动连接于支撑杆上，水翼攻角传动转盘与水翼啮合配合，螺旋桨连杆从水翼上方竖直贯穿到水翼下方，并与螺旋桨固定连接，水翼攻角传动转盘和螺旋桨连杆刚性固定，防水电机位于螺旋桨的内部；螺旋桨上安装有流场检测装置。本申请具有改善高速船推进效率和稳定性的效果。

Description

一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船及其控制方法

技术领域

本申请涉及海洋船舶技术领域，尤其是涉及一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船及其控制方法。

背景技术

建设海洋强国离不开对海洋的了解、探究和开发。高速船作为一种充分利用流体力学原理的海洋船舶，在很大程度上减少了船舶在水面运动的浸湿面积，从而减小船舶阻力，能够实现在水面高速运动。高速船在海洋中的开发应用亟待拓展，目前仅在海上应急救险、沿海城市运输和海岛旅游等场景中少量使用。

现有的高速船由于动力的单一且结构的耐波性较差，导致高速船的推进利用效率低，稳定性不够高，难以对海洋进行远距离和长时间的探究，高速船的应用受到极大的空间和时间限制。

针对上述中的相关技术，发明人发现现有的高速船存在有推进效率低、稳定性差的问题。

发明内容

为了解决现有的高速船推进效率低、稳定性差的问题，本申请提供了一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船及其控制方法。

第一方面，本申请提供一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船。

本申请是通过以下技术方案得以实现的：

一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船，包括位于高速船上部的主船体，所述主船体的底部通过支撑杆刚性固定连接有水下推进组件；

所述支撑杆至少有三根，至少一根所述支撑杆位于主船体的船艏的下方，至少两根所述支撑杆分别位于主船体的船艉两侧的下方，所述水下推进组件对应所述支撑杆配套设置，配套设置的所述水下推进组件分别位于所述支撑杆远离主船体的一端；

所述水下推进组件包括水翼攻角传动转盘、水翼、螺旋桨、螺旋桨连杆和防水电机，所述水翼攻角传动转盘内嵌于所述水翼且转动连接于所述支撑杆上，所述水翼攻角传动转盘与所述水翼啮合配合，所述螺旋桨连杆从所述水翼上方竖直贯穿到所述水翼下方，并与所述螺旋桨固定连接，所述水翼攻角传动转盘和螺旋桨连杆刚性固定，所述防水电机位于所述螺旋桨的内部，所述防水电机的输出轴与所述螺旋桨的桨叶固定连接；

所述螺旋桨上安装有用于检测流场信息的流场检测装置，所述主船体的内部密封有控制器，所述控制器的输入端与所述流场检测装置电性连接，所述控制器的输出端与所述水翼攻角传动转盘和所述防水电机电性连接。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支撑杆均为曲形；

位于主船体的船艏的下方的至少一根所述支撑杆和位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根所述支撑杆的曲面弧度不同。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：位于主船体的船艏的下方的至少一根所述支撑杆以光顺的连续型曲线向下凸起延伸。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根所述支撑杆的最大间距小于或等于主船体的最大宽度；

位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根支撑杆位于水中的最小深度等于或大于主船体满载排水时的吃水线深度。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述桨叶位于所述螺旋桨的艉部，所述螺旋桨上转动连接有前置预旋导轮，所述前置预旋导轮位于所述桨叶的前方，所述前置预旋导轮用于在水流到达桨叶前产生预旋流。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述螺旋桨上还固定安装有消涡鳍，所述消涡鳍位于所述桨叶的后方，所述消涡鳍用于在水流到达桨叶后产生的尾流进行打散。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主船体上固定安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板覆盖所述主船体的上表面且裸露放置。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主船体的内部还密封有储能电池，所述储能电池与所述太阳能电池板电性连接。

第二方面，本申请提供一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法。

本申请是通过以下技术方案得以实现的：

一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，应用于上述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船，所述控制器内置推进装置参数决策单元，所述推进装置参数决策单元执行以下步骤，

获取流场当前的流速、流向和波浪参数；

根据当前的流速、流向和波浪参数，结合当前的水翼攻角，预测最佳水翼攻角，判断当前的水翼攻角和最佳水翼攻角的大小情况，并确定水翼攻角变化量；

若当前的水翼攻角小于所述最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于提升水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角大于最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于下压水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角等于最佳水翼攻角，则无控制信号输出至水翼攻角传动转盘。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括以下步骤，

获取高速船的实际航速，基于当前的水翼攻角，确定高速船的总输出功率、水翼的输出功率和螺旋桨的输出功率；

其中，当高速船完成转向时，位于所述主船体的船艉两侧的所述螺旋桨的输出功率相同；

当高速船拟转向时，位于所述主船体的船艉的靠近拟转方向一侧的所述螺旋桨的输出功率与位于所述主船体的船艉的另一侧的所述螺旋桨的输出功率不同，直至高速船完成转向。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括以下步骤，

获取高速船的实际航速和水翼的输出功率，结合当前的水翼攻角，判断水翼的输出功率与高速船的总输出功率的大小情况以及高速船的实际航速与预设航速的大小情况；

当水翼的输出功率小于高速船的总输出功率，或高速船的实际航速小于预设航速时，向所述防水电机输出转动控制信号，直至高速船的实际航速达到预设航速；

当水翼的输出功率大于高速船的总输出功率，或高速船的实际航速大于预设航速时，无控制信号输出至所述防水电机，水流带动所述螺旋桨反向转动，带动所述防水电机的输出轴反向转动，直至高速船的实际航速达到预设航速。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：当所述防水电机的输出轴反向转动时，还包括，

将所述防水电机的机械能转化为电能，存储于储能电池中。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括以下步骤，

实时获取流场当前的流速、流向和波浪参数；

根据当前的流速、流向和波浪参数，结合当前的水翼攻角，重新预测最佳水翼攻角并实时更新。

第三方面，本申请提供一种计算机设备。

本申请是通过以下技术方案得以实现的：

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法的步骤。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质。

本申请是通过以下技术方案得以实现的：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法的步骤。

综上所述，与现有技术相比，本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

主船体的底部通过支撑杆刚性固定连接有水下推进组件；支撑杆至少有三根，至少一根所述支撑杆位于主船体的船艏的下方，至少两根所述支撑杆分别位于主船体的船艉两侧的下方，以使支撑杆构成三支点伺服的稳定几何结构，改善高速船的稳定性耐波性，使得高速船具有快速性的同时具有良好的耐波性；水翼攻角传动转盘转动时以连杆为支撑，实现攻角的变化；同时，借助水翼攻角传动转盘、水翼、螺旋桨、螺旋桨连杆和防水电机形成三尾三桨结构，以提高船体推进效率，助力水下推进；进一步地，螺旋桨上安装有用于检测流场信息的流场检测装置，通过流场检测装置将检测的流场信息传输至控制器，由控制器控制水翼攻角传动转盘和防水电机的工作状态，以实现根据海洋的实际情况调整当前水翼攻角的目的，充分利用海浪所带来的推进水动力，提供最优的能量捕获效率、耦合水翼和螺旋桨协同推进和高效配合，提升了高速船的推进效率和航速，也利于达到节能减排的目的，有利于高速船的推广使用，拓展了高速船的使用范围。

附图说明

图1为本申请一个示例性实施例提供的一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船的船舶右舷指向船舶左舷方向的纵剖面示意图。

图2为本申请又一个示例性实施例提供的一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船的船艉指向船艏方向的横剖面示意图。

图3为本申请另一个示例性实施例提供的一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船的船底指向船顶方向的俯视示意图。

图4为本申请一个示例性实施例提供的一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船的水翼和螺旋桨的结构正视示意图。

图5为本申请一个示例性实施例提供的一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船的水翼和螺旋桨的结构侧视示意图。

图6为本申请一个示例性实施例提供的一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法的主要流程图。

附图标记说明：

1、主船体；2、太阳能电池板；3、储能电池；4、推进装置参数决策单元；5、支撑杆；51、第一支撑杆；52、第二支撑杆；53、第三支撑杆；6、水翼；61、第一水翼；62、第二水翼；63、第三水翼；7、水翼攻角传动转盘；8、螺旋桨连杆；9、螺旋桨；91、第一螺旋桨；92、第二螺旋桨；93、第三螺旋桨；10、流场检测装置；101、第一流场检测装置；102、第二流场检测装置；103、第三流场检测装置；11、桨叶；12、桨轴；13、防水电机；14、前置预旋导轮；15、消涡鳍。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，需要说明的是，X正向为船艉指向船艏的方向；Y正向为船舶右舷指向船舶左舷的方向；Z正向为船底指向甲板的方向；“前”指的是船艏方向，“后”指的是船艉方向。

本申请实施例提供一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船，包括位于高速船上部的主船体，所述主船体的底部通过支撑杆刚性固定连接有水下推进组件；

所述支撑杆至少有三根，至少一根所述支撑杆位于主船体的船艏的下方，至少两根所述支撑杆分别位于主船体的船艉两侧的下方，所述水下推进组件对应所述支撑杆配套设置，配套设置的所述水下推进组件分别位于所述支撑杆远离主船体的一端；

所述水下推进组件包括水翼攻角传动转盘、水翼、螺旋桨、螺旋桨连杆和防水电机，所述水翼攻角传动转盘内嵌于所述水翼且转动连接于所述支撑杆上，所述水翼攻角传动转盘与所述水翼啮合配合，螺旋桨连杆从水翼上方竖直贯穿到水翼下方，所述水翼的从所述水翼攻角传动转盘的位置竖直贯穿区域的底部通过螺旋桨连杆与所述螺旋桨固定连接，所述水翼攻角传动转盘和螺旋桨连杆刚性固定，所述防水电机位于所述螺旋桨的内部，所述防水电机的输出轴与所述螺旋桨的桨叶固定连接；

所述螺旋桨上安装有用于检测流场信息的流场检测装置，所述主船体的内部密封有控制器，所述控制器的输入端与所述流场检测装置电性连接，所述控制器的输出端与所述水翼攻角传动转盘和所述防水电机电性连接。

在一实施例中，所述支撑杆均为曲形，位于主船体的船艏的下方的至少一根所述支撑杆和位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根所述支撑杆的曲面弧度不同。

在一实施例中，位于主船体的船艏的下方的至少一根所述支撑杆以光顺的连续型曲线向下凸起延伸。

在一实施例中，位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根所述支撑杆的最大间距小于或等于主船体的最大宽度；

位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根支撑杆位于水中的最小深度等于或大于主船体满载排水时的吃水线深度。

在一实施例中，所述桨叶位于所述螺旋桨的艉部，所述螺旋桨上转动连接有前置预旋导轮，所述前置预旋导轮位于所述桨叶的前方，所述前置预旋导轮用于在水流到达桨叶前产生预旋流。

在一实施例中，所述螺旋桨上还固定安装有消涡鳍，所述消涡鳍位于所述桨叶的后方，所述消涡鳍用于在水流到达桨叶后产生的尾流进行打散。

在一实施例中，所述主船体上固定安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板覆盖所述主船体的上表面且裸露放置。

在一实施例中，所述主船体的内部还密封有储能电池，所述储能电池与所述太阳能电池板电性连接。

下面结合说明书附图对上述各个实施例作进一步详细描述。

参照图1和图2，高速船根据水面不同位置，分为上部组件、中部连杆和下部推进组件。

上部组件包括主船体1、太阳能电池板2、储能电池3和推进装置参数决策单元4。

主船体1位于高速船的上部，远离水面。太阳能电池板2固定紧贴在主船体1的上部，可以充当船体甲板，且裸露放置以充分吸收强光照射时的光能。储能电池3和推进装置参数决策单元4位于太阳能电池板2的下方位置，且安装于主船体1的内部，以借助主船体1密封储能电池3和推进装置参数决策单元4，防止航行过程中因海水的浸湿而被腐蚀甚至导致破损。

中部连杆包括若干支撑杆5，支撑杆5位于水体交界面位置，支撑杆5用于连通上部组件和下部推进组件，形成上部组件和下部推进组件的刚性连接。支撑杆5采用具有平顺过渡的弧形构型，避免出现应力集中而难以抵抗波浪冲击的情况。支撑杆5的两端均具有密闭防水处理。具体地，支撑杆5包括第一支撑杆51、第二支撑杆52和第三支撑杆53。第一支撑杆51位于主船体1的船艏的XZ对称面的舱壁上，且距离船艏下方有一定距离；第二支撑杆52和第三支撑杆53分别位于主船体1的船艉的两侧，本实施例中，第二支撑杆52固定在船艉右舷的舱壁上，第三支撑杆53固定在船艉左舷的舱壁上，第二支撑杆52和第三支撑杆53以XZ为对称面对称分布，即关于船体中部对称分布，且距离船艉下方有一定距离，第一支撑杆51、第二支撑杆52和第三支撑杆53刚性连接高速船的上下两部分，构成三支点伺服的稳定几何结构。

下部推进组件包括水翼6和螺旋桨9，水翼6和螺旋桨9位于水面以下，起到推进作用。水翼6的中部贯穿设置，水翼6的中部贯穿位置的下方通过螺旋桨连杆8连接螺旋桨9。

水翼6包括第一水翼61、第二水翼62和第三水翼63。第一水翼61连接第一支撑杆51，第一水翼61位于主船体1的船艏。第二水翼62连接第二支撑杆52，第三水翼63连接第三支撑杆53，第二水翼62和第三水翼63位于主船体1的船艉，且以XZ为对称面对称分布。第一水翼61、第二水翼62和第三水翼63上的水翼控制结构组成相同。

水翼6内嵌有水翼攻角传动转盘7，水翼攻角传动转盘7转动连接于水翼6内，且水翼攻角传动转盘7固定在支撑杆5远离主船体1的一端上。当水流冲击水翼攻角传动转盘7转动时，带动水翼6转动，以调节水翼6的攻角。水翼攻角传动转盘7内部转轴和螺旋桨连杆8固定连接，通过水翼攻角传动转盘7外围的齿轮和水翼6啮合配合，实现水翼攻角传动转盘7和水翼6的动态连接，以借助转动水翼攻角传动转盘7的齿轮调节攻角，水翼攻角传动转盘7转动时以螺旋桨连杆8为支撑，实现攻角的变化。

螺旋桨9高速旋转时能为高速船进行推进。螺旋桨9包括第一螺旋桨91、第二螺旋桨92和第三螺旋桨93，三个螺旋桨的位置与三个水翼的位置相协调，第一螺旋桨91通过螺旋桨连杆8转动连接第一水翼61，类似的第二螺旋桨92和第三螺旋桨93分别通过螺旋桨连杆8转动连接第二水翼62和第三水翼63。本申请针对水翼6和螺旋桨9的推进机理的描述均仅以单个水翼或者单个螺旋桨的调节结构机理为例进行说明，另外两个水翼和另外两个螺旋桨类比实施即可。

螺旋桨9还包括螺旋桨桨叶11、前置预旋导轮14和消涡鳍15，前置预旋导轮14和消涡鳍15用于改善螺旋桨9高速旋转时的推进效率。

具体地，螺旋桨桨叶11位于螺旋桨9的艉部，螺旋桨桨叶11由NACA0012翼型构成。本实施例中，4片螺旋桨桨叶11构成完整的推进桨叶。前置预旋导轮14位于螺旋桨桨叶11的前方且转动连接于螺旋桨9的艏部，前置预旋导轮14在水流到达时产生预旋流，以减小尾流旋转能量损失，提升螺旋桨9的推进效率。消涡鳍15位于螺旋桨桨叶11的最尾端且固定连接于螺旋桨9的末端，以对螺旋桨桨叶11产生的尾流进行矫正，以打散毂涡，减小尾流的能量损失，同时减小产生的扭力，提升推力。

螺旋桨9还包括防水电机13，防水电机13安装于螺旋桨9的内部，防水电机13的输出轴通过螺旋桨桨轴12固定连接螺旋桨桨叶11，以带动螺旋桨9旋转，产生推进力。

三支点伺服的水翼6和螺旋桨9的最前端固定安装有流场检测装置10，流场检测装置10用于检测流场信息。流场检测装置10设置于螺旋桨9的最前端，能保持流场检测装置10的稳定固定，避免检测数据随水翼6和螺旋桨9的运动而产生波动，流场检测装置10位于最前端可以获取最精确的流场参数。流场检测装置10包括第一流场检测装置101、第二流场检测装置102和第三流场检测装置103。通过设置的第一流场检测装置101、第二流场检测装置102和第三流场检测装置103构成流场探测组件，以预测下部推进组件周围的海浪流场，充分利用海浪所带来的推进水动力，更利于达到节能减排、提高航速的目的。流场检测装置10可以为流场传感器，流场传感器可采集高速船航行时的当前流场的流速、流向和波浪参数。

流场检测装置10、防水电机13和水翼攻角传动转盘7均与推进装置参数决策单元4的电性连接。流场检测装置10将流场流速、流向和波浪参数流场信息传递给推进装置参数决策单元4，推进装置参数决策单元4根据流场检测装置10检测的信号，控制防水电机13转动，使得螺旋桨桨叶11转动，推进主船体1；或者，使得螺旋桨桨叶11反向转动，带动防水电机13反向转动，控制主船体1减速。

具体地，流场检测装置10获取高速船航行时的当前流场的流速、流向和波浪参数，这些参数输入推进装置参数决策单元4；推进装置参数决策单元4根据预设的高速船所需航行的速度，确定最优的水翼攻角，例如，通过实验和数值模拟确定特定水翼翼型的升阻力系数，针对不同的翼型和攻角得到有效推进效率，根据不同流场参数，获得对应工况下的最大有效推进功率所需要的攻角，即最优水翼攻角。

将最优的水翼攻角记为预设攻角，结合船舶的阻力预报曲线，可以得到最优水翼攻角和船舶航行工况的参考策略，包括对比当前的水翼攻角与预设攻角；若预设攻角大于当前的水翼攻角，则推进装置参数决策单元4控制驱动水翼6转动的水翼攻角传动转盘7转动，以带动水翼6的倾斜幅度增大至预设攻角；若预设攻角小于当前的水翼攻角，则推进装置参数决策单元4控制驱动水翼6转动的水翼攻角传动转盘7转动，带动水翼6倾斜幅度减小至预设攻角；若预设攻角等于当前水翼攻角，则水翼攻角传动转盘7保持固定，不产生转动；通过控制水翼6的预设攻角，使得高速船在特定流场中航行时一直保持最优的滑行能量捕捉效率。

需要说明的是，螺旋桨9可以同时产生推力和反作用力。

若高速船需要较快的速度或者航行在逆向激流中时，仅水翼6不能产生足够的推力使得高速船在设定的速度下航行，故需防水电机13驱动螺旋桨9产生正向转动，即推力，使得高速船达到设定的速度；高速船在最优的水翼攻角下，若高速船需要较慢的速度或者航行在同向激流中时，仅水翼6就能产生足够的推力使得高速船在设定的速度下航行时，螺旋桨9可以产生反向转动，即反作用力，带动防水电机13朝反方向转动发电。

进而推进装置参数决策单元4根据流场检测装置10检测的信号，判断和调整当前水翼6和防水电机13的工作状态，并发送指令调节水翼6和螺旋桨9的工作状态，使得螺旋桨9和水翼6协同配合达到最优的能量转化过程，保证高速船处于较佳的航行状态。

参照图3，进一步地，支撑杆5均为三维的曲形支撑杆。第二支撑杆52和第三支撑杆53的最大间距不大于主船体1的最大宽度，第二支撑杆52和第三支撑杆53的最小深度不小于主船体1满载排水时吃水线深度。

本实施例中，三根支撑杆5的曲面弧度不同，三根支撑杆5自船艏固定处往下延伸，其中，第一支撑杆51在XZ平面上，向下以光顺的连续型曲线凸起延伸，使得第一支撑杆51在Z方向连接水翼6和水翼攻角传动转盘7时，以垂直向下的形式贯穿水翼6中部区域，生产工艺简单，方便制作，降低成本。

综上所述，一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船的主船体的底部通过支撑杆刚性固定连接有水下推进组件；支撑杆至少有三根，至少一根所述支撑杆位于主船体的船艏的下方，至少两根所述支撑杆分别位于主船体的船艉两侧的下方，以使支撑杆构成三支点伺服的稳定几何结构，改善高速船的稳定性耐波性，使得高速船具有快速性的同时具有良好的耐波性；同时，借助水翼攻角传动转盘、水翼、螺旋桨和防水电机形成三尾三桨结构，以提高船体推进效率，助力水下推进；进一步地，螺旋桨上安装有用于检测流场信息的流场检测装置，通过流场检测装置将检测的流场信息传输至控制器，由控制器控制水翼攻角传动转盘和防水电机的工作状态，以实现根据海洋的实际情况调整当前水翼攻角的目的，充分利用海浪所带来的推进水动力，提供最优的能量捕获效率、耦合水翼和螺旋桨协同推进和高效配合，提升了高速船的推进效率和航速，也利于达到节能减排的目的，有利于高速船的推广使用，拓展了高速船的使用范围。

本申请的一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船能够充分利用海浪能量和太阳能等清洁绿色能源，结合三支点伺服的船体构型，使得高速船具有快速性的同时，还具有良好的耐波性、水翼的攻角也可以随时变化，以提供最优的能量捕获效率，耦合水翼和螺旋桨协同推进，多个动力之间存在相互的协同高效配合，拓展了高速船的使用范围。

关于一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

参照图5，本申请实施例还提供一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，该一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法应用上述实施例中任意一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船。该一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法包括，所述控制器内置推进装置参数决策单元，所述推进装置参数决策单元执行以下步骤，

获取流场当前的流速、流向和波浪参数；

根据当前的流速、流向和波浪参数，结合当前的水翼攻角，预测最佳水翼攻角，判断当前的水翼攻角和最佳水翼攻角的大小情况，并确定水翼攻角变化量；

若当前的水翼攻角小于所述最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于提升水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角大于最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于下压水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角等于最佳水翼攻角，则无控制信号输出至水翼攻角传动转盘。

进一步地，获取高速船的实际航速，基于当前的水翼攻角，确定高速船的总输出功率、水翼的输出功率和螺旋桨的输出功率；

其中，当高速船完成转向时，位于所述主船体的船艉两侧的所述螺旋桨的输出功率相同；

当高速船拟转向时，位于所述主船体的船艉的靠近拟转方向一侧的所述螺旋桨的输出功率与位于所述主船体的船艉的另一侧的所述螺旋桨的输出功率不同，直至高速船完成转向。

进一步地，获取高速船的实际航速和水翼的输出功率，结合当前的水翼攻角，判断水翼的输出功率与高速船的总输出功率的大小情况以及高速船的实际航速与预设航速的大小情况；

当水翼的输出功率小于高速船的总输出功率，或高速船的实际航速小于预设航速时，向所述防水电机输出转动控制信号，直至高速船的实际航速达到预设航速；

当水翼的输出功率大于高速船的总输出功率，或高速船的实际航速大于预设航速时，无控制信号输出至所述防水电机，水流带动所述螺旋桨反向转动，带动所述防水电机的输出轴反向转动，直至高速船的实际航速达到预设航速。

进一步地，当所述防水电机的输出轴反向转动时，还包括，

将所述防水电机的机械能转化为电能，存储于储能电池中。

进一步地，实时获取流场当前的流速、流向和波浪参数；

根据当前的流速、流向和波浪参数，结合当前的水翼攻角，重新预测最佳水翼攻角并实时更新。

上述各个实施例作的详细描述如下。

利用流场检测装置10检测高速船航行的当前流场的流速、流向和波浪参数信息，并将检测的信息传输至推进装置参数决策单元4；

推进装置参数决策单元4根据检测的信息，确定当前流场的流速、流向、波浪参数以及高速船的实际航速；

推进装置参数决策单元4判定预设的最佳水翼攻角,高速船以当前的水翼攻角为基础，确定需要变化的水翼攻角大小，以使水翼获得最优的推进功率，此时的水翼攻角记为最佳水翼攻角；

具体地，下部推进组件包括第一水下推进组件、第二水下推进组件和第三水下推进组件，利用流场检测装置10检测高速船航行的当前流场信息的步骤包括：

利用第一流场检测装置101测量第一水下推进组件的流速、流向和波浪参数；

利用第二流场检测装置102测量第二水下推进组件的流速、流向和波浪参数；

利用第三流场检测装置103测量第三水下推进组件的流速、流向和波浪参数；

将流速、流向和波浪参数输入推进装置参数决策单元4中，确定此时的最佳水翼攻角。

若当前的水翼攻角小于最佳水翼攻角，则推进装置参数决策单元4下达指令驱动水翼攻角传动转盘7转动，水翼攻角传动转盘7抬升水翼6，直至水翼6调整到最佳水翼攻角；若当前的水翼攻角大于最佳水翼攻角，则推进装置参数决策单元4下达指令驱动水翼攻角传动转盘7转动，水翼攻角传动转盘7下压水翼6，使得水翼6调整到最佳水翼攻角；若当前的水翼攻角等于最佳水翼攻角，则推进装置参数决策单元4下达指令保持水翼攻角传动转盘7保持不变，使得水翼6保持最优的攻角；

推进装置参数决策单元4根据高速船的实际航速，在当前最佳水翼攻角下，确定高速船的总输出功率以及水翼6的输出功率后，即可得到此时螺旋桨9的输出功率，从而确定此时高速船的动力分配；

根据动力分配，确定三个螺旋桨9各自的输出功率；当高速船不转向时，主船体1侧面的对称的第一螺旋桨91和第二螺旋桨92保持相同的功率，船艏的第三螺旋桨93补充剩余的功率，或者，令第三螺旋桨93与第一螺旋桨91、第二螺旋桨92的输出功率保持相同的功率；当高速船转向时，使转向一侧的第一螺旋桨91的输出功率大于剩余的螺旋桨9的输出功率或小于剩余的螺旋桨9的输出功率，使得高速船形成偏转，在达到合适的航向以后，使第一螺旋桨91恢复未转向的初始输出功率；

若水翼动力小于船体所需动力，推进装置参数决策单元4确定此时的螺旋桨9转速，下达指令，驱使防水电机13工作；

具体地，根据当前最佳水翼攻角和高速船的实际航速，若水翼6的输出功率小于高速船航行的总功率，或实际航速小于预设航速，此时推进装置参数决策单元4下达指令，控制防水电机13主动输出功率，以带动螺旋桨9提供航行动力，直至达到预设航速；若水翼6的输出功率大于高速船航行的总功率，或实际航速大于预设航速，推进装置参数决策单元4下达指令，控制防水电机13停止输出功率，水流带动螺旋桨9反向旋转，提升船体阻力，水翼6的输出功率和高速船航行时螺旋桨9的转动功率达到平衡，高速船在螺旋桨9的反作用力下减速，防水电机13起到发电功能，此时高速船达到预设航速。

推进装置参数决策单元4根据流场数据和河道信息，预测接下来的流场变化趋势，为接下来耦合的水翼6和螺旋桨9的工作状态调整做准备；

具体地，根据预测的流场变化趋势，确定水翼6的变化量，获得预测最佳攻角，推进装置参数决策单元4根据当前最佳水翼攻角和预测最佳攻角，为接下来的水翼6的变化状态做预设和实时更新。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述任意一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取流场当前的流速、流向和波浪参数；

根据当前的流速、流向和波浪参数，结合当前的水翼攻角，预测最佳水翼攻角，判断当前的水翼攻角和最佳水翼攻角的大小情况，并确定水翼攻角变化量；

若当前的水翼攻角小于所述最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于提升水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角大于最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于下压水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角等于最佳水翼攻角，则无控制信号输出至水翼攻角传动转盘。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

Claims (12)

1.一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于：应用于一种三支点伺服的可变水翼攻角高速船；

所述三支点伺服的可变水翼攻角高速船包括，位于高速船上部的主船体，所述主船体的底部通过支撑杆刚性固定连接有水下推进组件；

所述支撑杆至少有三根，至少一根所述支撑杆位于主船体的船艏的下方，至少两根所述支撑杆分别位于主船体的船艉两侧的下方，所述水下推进组件对应所述支撑杆配套设置，配套设置的所述水下推进组件分别位于所述支撑杆远离主船体的一端；

所述水下推进组件包括水翼攻角传动转盘、水翼、螺旋桨、螺旋桨连杆和防水电机，所述水翼攻角传动转盘内嵌于所述水翼且转动连接于所述支撑杆上，所述水翼攻角传动转盘与所述水翼啮合配合，所述螺旋桨连杆从所述水翼上方竖直贯穿到所述水翼下方，并与所述螺旋桨固定连接，所述水翼攻角传动转盘和螺旋桨连杆刚性固定，所述防水电机位于所述螺旋桨的内部，所述防水电机的输出轴与所述螺旋桨的桨叶固定连接；

所述螺旋桨上安装有用于检测流场信息的流场检测装置，所述主船体的内部密封有控制器，所述控制器的输入端与所述流场检测装置电性连接，所述控制器的输出端与所述水翼攻角传动转盘和所述防水电机电性连接；

所述桨叶位于所述螺旋桨的艉部，所述螺旋桨上转动连接有前置预旋导轮，所述前置预旋导轮位于所述桨叶的前方，所述前置预旋导轮用于在水流到达桨叶前产生预旋流；

所述控制器内置推进装置参数决策单元，所述推进装置参数决策单元执行以下步骤，

获取流场当前的流速、流向和波浪参数；

根据当前的流速、流向和波浪参数，结合当前的水翼攻角，预测最佳水翼攻角，判断当前的水翼攻角和最佳水翼攻角的大小情况，并确定水翼攻角变化量；

若当前的水翼攻角小于所述最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于提升水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角大于最佳水翼攻角，基于所述水翼攻角变化量，向所述水翼攻角传动转盘输出用于下压水翼的控制信号，直至当前的水翼攻角调整到最佳水翼攻角；

若当前的水翼攻角等于最佳水翼攻角，则无控制信号输出至水翼攻角传动转盘；

获取高速船的实际航速，基于当前的水翼攻角，确定高速船的总输出功率、水翼的输出功率和螺旋桨的输出功率；

其中，当高速船完成转向时，位于所述主船体的船艉两侧的所述螺旋桨的输出功率相同；

当高速船拟转向时，位于所述主船体的船艉的靠近拟转方向一侧的所述螺旋桨的输出功率与位于所述主船体的船艉的另一侧的所述螺旋桨的输出功率不同，直至高速船完成转向。

2.根据权利要求1所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，所述支撑杆均为曲形；

位于主船体的船艏的下方的至少一根所述支撑杆和位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根所述支撑杆的曲面弧度不同。

3.根据权利要求1所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，位于主船体的船艏的下方的至少一根所述支撑杆以光顺的连续型曲线向下凸起延伸。

4.根据权利要求1所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根所述支撑杆的最大间距小于或等于主船体的最大宽度；

位于主船体的船艉两侧的下方的至少两根支撑杆位于水中的最小深度等于或大于主船体满载排水时的吃水线深度。

5.根据权利要求1所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，所述螺旋桨上还固定安装有消涡鳍，所述消涡鳍位于所述桨叶的后方，所述消涡鳍用于在水流到达桨叶后产生的尾流进行打散。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，所述主船体上固定安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板覆盖所述主船体的上表面且裸露放置。

7.根据权利要求6所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，所述主船体的内部还密封有储能电池，所述储能电池与所述太阳能电池板电性连接。

8.根据权利要求1所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，还包括以下步骤，

获取高速船的实际航速和水翼的输出功率，结合当前的水翼攻角，判断水翼的输出功率与高速船的总输出功率的大小情况以及高速船的实际航速与预设航速的大小情况；

当水翼的输出功率小于高速船的总输出功率，或高速船的实际航速小于预设航速时，向所述防水电机输出转动控制信号，直至高速船的实际航速达到预设航速；

当水翼的输出功率大于高速船的总输出功率，或高速船的实际航速大于预设航速时，无控制信号输出至所述防水电机，水流带动所述螺旋桨反向转动，带动所述防水电机的输出轴反向转动，直至高速船的实际航速达到预设航速。

9.根据权利要求8所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，当所述防水电机的输出轴反向转动时，还包括，

将所述防水电机的机械能转化为电能，存储于储能电池中。

10.根据权利要求1所述的三支点伺服的可变水翼攻角高速船控制方法，其特征在于，还包括以下步骤，

实时获取流场当前的流速、流向和波浪参数；

根据当前的流速、流向和波浪参数，结合当前的水翼攻角，重新预测最佳水翼攻角并实时更新。

11.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1至10任意一项所述方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10任意一项所述方法的步骤。

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