CN215553981U - 一种用于海上牧场的绿色三体无人艇 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种用于海上牧场的绿色三体无人艇，船体、智能风帆和太阳能板；船体包括主船体和设置在主船体两侧的片体，片体分别通过翼型甲板与主船体连接；主船体内部设有风帆设备舱，风帆设备舱内布置有转帆机构；太阳能板设置在主船体的顶部甲板和两侧翼型甲板顶部；智能风帆包括桅杆和风帆，风帆设置在桅杆上，桅杆底部穿透顶部甲板与转帆机构连接。本实用新型利用风帆和太阳能板用于绿色互补供能，较传统船舶采用的化石能源更加清洁环保，同时降低如燃油泄漏等事故的风险，减小对海洋牧场内生态环境的干扰；同时采用穿浪三体船型方案，水动力响应性能优秀，稳定性好，保证其巡航过程中的稳定性。

Description

一种用于海上牧场的绿色三体无人艇

技术领域

本实用新型涉及智能船舶技术领域，具体涉及一种用于海上牧场的绿色三体无人艇。

背景技术

受陆源污染、过度捕捞、盲目开发等影响，我国近海生态环境严重恶化，渔业资源持续衰退，海洋荒漠化显著，发展新型智能化海洋牧场极具经济与生态意义。

目前，海洋牧场的智能化巡逻管控技术与装备的开发上，国内外的研究与实践几乎为一片空白，现有的巡逻管控方式多为海洋牧场管理部门人工驾船巡逻，使用化石燃料的传统船舶会对水体带来污染，如压载水污染，噪声污染，垃圾污染等，影响海洋牧场的水质，与海洋牧场生态环境修复、实现可持续性的增殖养殖的目的相悖。

另外，现有的技术研究与应用多集中在海洋牧场的智能监测上，例如建造海洋牧场环境资源监测平台，集成水质、流速、温度溶氧、气象等监测设备；或是自制浮标监测网络，集合监测和信号传输功能。此类监测设备依赖系泊系统固定，不具备自主航行与巡逻管控能力，智能性偏弱。再者，采用监测平台或浮标网络的方式覆盖率有限，建设，使用，维护成本高昂。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在问题提出了一种低能耗长续航、无生态污染、无人作业、有高航行与姿态性能的海洋牧场巡逻艇。

具体的，一种用于海上牧场的绿色三体无人艇，其特征在于，所述三体无人艇包括船体、智能风帆和太阳能板；

所述船体包括主船体和设置在所述主船体两侧的片体，所述片体分别通过翼型甲板与主船体连接；

所述主船体内部设有风帆设备舱，所述风帆设备舱内布置有转帆机构；

所述太阳能板设置在所述主船体的顶部甲板和两侧翼型甲板顶部；

所述智能风帆包括桅杆和风帆，所述风帆设置在所述桅杆上，所述桅杆底部穿透顶部甲板与转帆机构连接。

更进一步地，所述主船体内部设有机舱；所述机舱设置在所述风帆设备舱后，所述机舱设有推进电机和喷水推进器。

更进一步地，所述主船体内部设有控制设备舱，所述控制设备舱设置在所述风帆设备舱前，所述控制设备舱设有控制设备柜、蓄电池组、配电箱；

所述控制设备柜用于实现自主航行，所述蓄电池组分别与所述太阳能板连接，用于储存电力，所述配电箱用于控制所述太阳能板为所述蓄电池充电和控制所述蓄电池向设备供电。

更进一步地，所述主船体内部设有首尖舱，所述首尖舱设置在所述控制设备舱前侧，所述首尖舱和控制设备舱间设有防撞舱壁，用于保护后方舱室内设备。

更进一步地，所述主船体采用内倾式船首。

更进一步地，所述主船体两侧具有楔形压浪条。

更进一步地，所述风帆采用矩形硬质帆，所述风帆的剖面形状为圆弧形。

本实用新型的优点在于：

本发明为解决现代化智能海洋牧场发展中的环境监督成本高，难度大等问题提供了一种新思路。采用集成了各类传感器的无人船作为监测主体，能够实现大范围的自主巡航和信息采集，降低单位面积内的监测成本。无人艇综合使用了风帆和太阳能板用于绿色互补供能，较传统船舶采用的化石能源更加清洁环保，同时降低如燃油泄漏等事故的风险，减小对海洋牧场内生态环境的干扰。无人艇船型设计采用穿浪三体船型方案，水动力响应性能优秀，稳定性好，保证其巡航过程中的稳定性。同时细长的船体阻力小，波浪增阻有限，提高系统的续航能力。该船型性能优异，还可以用于其他领域，如海上风机巡检，高稳载人平台制造等。风光互补的供能方式也可以广泛用于海上各绿色可持续系统的设计中。

本实用新型三体船的优点包括：与同等排水量的单体船相比，三体船提高了耐波性，可在高海况下保持高速航行；由于主船体和辅助船体外形瘦长，高速航行时兴波阻力可能大幅度的降低。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于海上牧场的绿色三体无人艇的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种用于海上牧场的绿色三体无人艇的剖视示意图。

其中：1-主船体、2-片体、3-翼型甲板、4-甲板、6-桅杆、7-风帆、10-太阳能板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行更详细的说明，本实用新型包括但不仅限于下述实施例。

如附图1所示，本实用新型提出一种用于海上牧场的绿色三体无人艇，该三体无人艇包括船体、智能风帆和太阳能板10。

其中，体船由主船体1和设置在主船体1两侧的两个相等结构的片体2组成，主船体1通过两侧的翼型甲板3与片体2连接，主船体1长宽比约为7：1，占总排水量的90％左右，两侧片体2长宽比约为5：1。主船体1为了减小甚至消除船体在波浪中所受到的砰击载荷，减小船体在波浪中的加速度和运动幅值，使船体在波浪中获得优异的快速性和适航性采用内倾式船首的穿浪设计；同时，为了改善内倾式船首带来的上浪问题，船体两侧具有楔形压浪条设计，可以抑制水流沿船体表面上升和增加储备浮力，进一步降低船体航行中受到的摩擦阻力并有助于提升无人艇的使用性和安全性。

考虑到船体主尺度过大将提高成本，并影响无人艇的机动性；过小不能搭载足够设备，能力拓展空间不足，失去了实用价值。经综合比较分析，最终船体主尺度设计为：设计船长7.30m、总宽3.70m、型深1.60m、主船体1船宽1.05m、片体2长度4.73m、片体2宽度0.21m、片体2型深1.60m、片体2间距3.50m、设计吃水0.80m、设计排水体积3.90m³、设计排水量4.00t、水线长7.00m、巡航航速(风帆推进)5kn、最大航速(喷水推进)20kn。

片体2内部无功能舱室，为防止进水使用泡沫填充，主船体1共计14档肋位，肋骨间距500mm。

在主船体1内部布置功能舱室，舱室布置从后往前依次为机舱、风帆设备舱、控制设备舱和首尖舱。

机舱用于布置推进相关设备，包括推进电机和喷水推进器。推进电机与喷水推进器通过轴系连接，将蓄电池组储存的电能转换为动能推动无人艇航行，必要时机舱内可布置固定压载调节无人艇的浮态。

风帆设备舱用于布置转帆机构，转帆机构采用泵控液压系统。转帆机构能够根据控制信号转动风帆7的角度并返回角度反馈信号，实现闭环可控的风帆7推进。

控制与电力设备舱用于布置控制设备柜、蓄电池组、配电箱等设备。控制设备柜内的设备包括控制系统、数据采集系统设备、通信系统设备，在本实施方式中，控制系统可以采用计算机、工控机和可编程开发板。控制设备柜内的设备使无人艇具备感知、通信与决策能力，实现自主航行的基本功能要求。蓄电池组储存太阳能板10提供的电力。配电箱是无人艇的电力控制设备，其功能包括：处理太阳能电池板提供的电能并向蓄电池充电；处理蓄电池提供的电能向艇上用电设备输出。

首尖舱后端设置防撞舱壁，用于保护后方舱室内设备。必要时首尖舱内可布置固定压载调节无人艇的浮态。

太阳能板10设置在主船体1及两侧翼型甲板3顶部，发电为转帆机构及船体推进装置供能。在天气晴朗，光能资源丰富时，多余的电能可以通过太阳能板10后的导线输送存储于电力舱内的蓄电池内，保证光能缺乏时巡检系统的供能。

智能风帆包括桅杆6和风帆7。在本实施例中，风帆7采用矩形硬质帆，风帆7的剖面形状为圆弧形，其形状对称，升力系数较大，且结构简单，加工制造更加方便；风帆7的展弦比为4.2/3.6＝1.17，拱度比0.12；风帆骨架为四块横剖面板，通过风帆轴杆串接；选取铝合金为风帆轴杆的材料，在确保刚度的同时具有较轻的质量；帆面材料为白色帆布，致密不透风；帆缘以环氧树脂浸润固化，受风力作用不发生形变。桅杆6底部穿透主船体1顶部的甲板4与风帆设备舱内转帆机构连接，转帆机构采用泵推液压驱动方式，传动效率高，结构简洁，与传统的机械齿轮齿条驱动或电气驱动在同等输出功率下，相对体积较小、重量较轻、运动惯量较小、动态性能好。

风帆7的控制由控制系统采用基于抢风因子的最佳操帆算法，可实时响应风场变化，依据风帆极图计算并执行任意风场情况下的最佳艏向角。在该艏向角下，无人艇向目标点推进的投影速度最大，从而达到时间最短的最优化目标，并且可确保无人艇在逆风时以“之”字型抢风航行，提高风能利用效率。

本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于海上牧场的绿色三体无人艇，其特征在于，所述三体无人艇包括船体、智能风帆和太阳能板；

所述船体包括主船体(1)和设置在所述主船体两侧的片体(2)，所述片体(2)分别通过翼型甲板(3)与主船体(1)连接；

所述主船体内部设有风帆设备舱，所述风帆设备舱内布置有转帆机构；

所述太阳能板(10)设置在所述主船体顶部的甲板(4)和两侧翼型甲板(3)顶部；

所述智能风帆包括桅杆(6)和风帆(7)，所述风帆(7)设置在所述桅杆(6)上，所述桅杆(6)底部穿透顶部甲板与转帆机构连接。

2.根据权利要求1所述三体无人艇，其特征在于，所述主船体(1)内部设有机舱；所述机舱设置在所述风帆设备舱后，所述机舱设有推进电机和喷水推进器。

3.根据权利要求2所述三体无人艇，其特征在于，所述主船体(1)内部设有控制设备舱，所述控制设备舱设置在所述风帆设备舱前，所述控制设备舱设有控制设备柜、蓄电池组、配电箱；

所述控制设备柜用于实现自主航行，所述蓄电池组分别与所述太阳能板连接，用于储存电力，所述配电箱用于控制所述太阳能板(10)为所述蓄电池组充电和控制所述蓄电池组向设备供电。

4.根据权利要求3所述三体无人艇，其特征在于，所述主船体(1)内部设有首尖舱，所述首尖舱设置在所述控制设备舱前侧，所述首尖舱和控制设备舱间设有防撞舱壁，用于保护后方舱室内设备。

5.根据权利要求1所述三体无人艇，其特征在于，所述主船体(1)采用内倾式船首。

6.根据权利要求5所述三体无人艇，其特征在于，所述主船体(1)两侧具有楔形压浪条。

7.根据权利要求1所述三体无人艇，其特征在于，所述风帆(7)采用矩形硬质帆，所述风帆(7)的剖面形状为圆弧形。

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