CN109263787B - 一种复合动力无人艇 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合动力无人艇，其特征在于，包括，无人艇本体，所述的无人艇本体包括一个主船体(01)和主船体两侧对称的一对片体(03)，所述的主船体(01)具有瘦削的船首；连接桥(04)，用于连接主船体(01)和一对片体(03)；铺板(05)，用于将连接桥(04)、主船体(01)上甲板、一对片体(03)的上部连成一个安装平面；风帆(02)，为翼帆结构，包括桅杆(3)和风帆基座，所述的桅杆(3)与风帆基座通过法兰连接，所述的风帆基座固定安装在主船体(01)的船底中部的纵桁上；设置在无人艇本体上的电力***、推进***和控制***。本发明的复合动力无人艇，为具有瘦削船首的穿浪型三体船，能够在风能、电能和化石能之间切换，并且耐波性好、适航性高。

Description

一种复合动力无人艇

技术领域

本发明属于船舶制造技术领域，特别涉及一种复合动力无人艇。

背景技术

水面无人艇是一个可以在复杂海洋环境中执行各种军用和民用任务的智能化无人平台，因其体积小、隐形性好，目前是国际船舶发展的一个重要和热点方向，美国、以色列、英国等国家已经设计建造了一系列的无人艇，我国在该方面也有相当力度的研究。不过，现有技术的水面无人艇主要以单体船型和双体船型为主，由于艇型的排水量及其尺度都小，对于外部的风、浪和水流的环境特别敏感，在风浪中摇荡运动幅度大。为保持比较稳定的航速。而且现有无人艇动力来源一般是内燃机，噪音大，隐蔽性差，其续航力以及安全可靠性不高。

在很多军事和民用应用中，希望有一种平时能长时间安静低速巡航、突发任务时能高速追击，并且耐波性好、适航性高的水面无人艇。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种复合动力无人艇，为具有瘦削船首的穿浪型三体船，能够在风能、电能和化石能之间切换，平时能长时间安静低速巡航、突发任务时能高速追击，并且耐波性好、适航性高。

本发明的具体技术方案一种复合动力无人艇，其特征在于，包括，

无人艇本体，所述的无人艇本体包括一个主船体和主船体两侧对称的一对片体，所述的主船体具有瘦削的船首；

连接桥，用于连接主船体和一对片体；

铺板，用于将连接桥、主船体上甲板、一对片体的上部连成一个安装平面；

风帆，为翼帆结构，包括桅杆和风帆基座，所述的桅杆与风帆基座通过法兰连接，所述的风帆基座固定安装在主船体的船底中部的纵桁上；

设置在无人艇本体上的电力***、推进***和控制***。

更进一步地，所述的主船体具有位于船体中前部的电池舱，所述的电池舱分层设置，层与层间采用带网格的铺板分隔，电池舱中间留有过道，所述的电力***包括，太阳能电池组，其布置安装在铺板的上表面；蓄电池组，其安装在电池舱内。

更进一步地，所述的主船体具有位于船体中后部的机舱，所述的推进***包括，喷水推进器，安装在主船体尾部；电动机和柴油机，安装在主船体机舱，能够分别驱动喷水推进器的主轴。

更进一步地，所述的控制***包括，控制器和连接所述的控制器的电池控制器、传感器、通讯天线、定位导航模块，所述的电池控制器用于控制蓄电池组的充电和放电

更进一步地，所述的风帆还包括顶部传感器安装平台、翼帆组件和收放帆机构，所述的风帆基座包括转帆机构和底座，所述的桅杆为中空的，

所述的翼帆组件包括帆布和从上至下顺序套在所述的桅杆上的上骨架、多个中间骨架和下骨架，所述的下骨架固定安装在所述的桅杆的下部，所述的上骨架和中间骨架能够沿桅杆上下移动，所述的帆布缝制在的上骨架、中间骨架和下骨架上，在上骨架拉至桅杆的顶部时，整个帆布在上骨架、中间骨架和下骨架的支撑下，形成外形光顺的翼帆，

所述的顶部传感器安装平台包括多根小柱和平台顶板，所述的多根小柱均匀地固定安装在桅杆上端面的边缘上，小柱的长度方向与桅杆平行，所述的平台顶板固定安装在多根小柱的顶端，

所述的底座包括上底座板和下底座板，上底座板和下底座板之间具有间隙，所述的下底座板固定安装在船体结构上，

转帆机构包括电机、中空的内轴、轴承和套在内轴外的外轴，所述的桅杆的底端固定安装在所述的外轴上端的连接法兰上，所述的外轴中心线共线，所述的轴承和内轴固定安装，所述的电机用于驱动外轴转动，内轴固定安装在所述的底座的上底座板上表面，上底座板上具有有开孔，该开孔位置与中空的内轴的通孔对应，

所述的收放帆机构包括卷扬机、底座收放滑轮、二个帆顶收放滑轮、和钢丝绳，所述的底座收放滑轮安装在底座的正下方，所述的二个帆顶收放滑轮并排安装在顶部传感器安装平台的平台顶板的下表面，所述的钢丝绳一端连接在卷扬机上，另一端穿过上底座板和下底座板之间的间隙，绕过底座收放滑轮的绳轮后，分为两根，两根钢丝绳穿过中空的内轴和桅杆后，分别绕过二个帆顶收放滑轮，从顶部传感器安装平台的平台顶板与桅杆顶端之间的空隙间穿出，分别连接到上骨架上。

更进一步地，所述的桅杆分为上段的翼帆段和下段的过渡段，翼帆段和过渡段之间有台阶，所述的中间骨架有5个，所述的上骨架和中间骨架套在翼帆段上，所述的下骨架固定在翼帆段和过渡段之间的台阶上。

更进一步地，所述的桅杆的翼帆段两侧具有从上至下的导轨，所述的上骨架包括上骨架本体、多个导轨滑轮座和安装在导轨滑轮座上的导轨滑轮，所述的上骨架本体对称中心处具有套在桅杆上的开孔，所述的导轨滑轮安装在上骨架本体的开孔处，能够与翼帆段两侧的导轨配合滑动。

更进一步地，所述的转帆机构还包括减速器、小齿轮、大齿轮和中空的底座支柱，所述的小齿轮安装减速器的输出轴上，所述的大齿轮与小齿轮啮合，大齿轮与外轴固定并且旋转轴线共线，所述的电机的输出轴与减速器的轴入轴连接，所述的内轴通过底座支柱固定安装在所述的底座的上底座板上表面，所述的轴承为圆锥滚子轴承。

本发明的有益效果是1)本发明的复合动力无人艇属高速穿梭三体船型，该船型由一个主船体与两个片体结合而成，主船体采用具有瘦削船首的穿浪型结构，主船体和片体间通过连接桥结构实现连接，该船型结合了穿梭艇和三体船的优点，既具有良好的快速性，又具有良好的稳性，对海上的恶劣环境有着良好的适应性；

2)本艇属绿色智能船舶，绿色体现在其能源配置上：本船的动力***分为柴油机动力***和风帆动力***，在低速巡航(6节以下)可采用风帆***提供动力，而不需使用柴油机，仅当需要高速航行时使用柴油机；本船的电力来源是甲板上铺设的太阳能电池板，不需要其他发电装置，对风能和太阳能的利用可大大降低对化石燃料的消耗，从而减少碳排放和环境污染；

3)本艇除柴油机外，通过电池板和风帆***，本船可以利用太阳能和风能为其提供动力。通过推进控制***的集成，可以实现长时间海上巡航，执行侦察、巡逻等任务。在必要时，也可以高速航行机动；

4)为最大程度地利用太阳能，本艇甲板不仅限于主船体部分的甲板，在主船体和连接桥的基础上进行了外延，一直延伸至片体与连接桥连接处上端；

5)本艇的风帆位于船中附近，采用了模块化可拆卸结构，可以简单方便地从主船体内部的风帆基座上安装和拆卸，风帆基座是船底纵桁抬升而成，这种结构能够实现风帆载荷的有效传递，也保证了船底结构连续性；

6)由于太阳能的使用需要，本艇装载了大量蓄电池和相关电力设备，这些设备在船体前部的电池舱分层布置，层与层间采用带网格的铺板分隔，保证了电池的散热，电池舱中部留出过道，方便电池的装卸和人员进出维修；

7)本发明的无人艇的具有以下优点，7.1)风帆采用翼帆帆形，能够精确建立迎风角度与操帆***的反馈，便于无人艇的控制***进行操控；7.2)收放帆机构结构简单，采用钢丝绳从顶部吊起可伸缩的翼帆帆布和骨架，钢丝绳从中空的桅杆中穿过，安全可靠、耐腐蚀、美观大方；7.3)上骨架和中间骨架采用滑轮与桅杆上的轨道配合滑动，使翼帆升降滑动顺畅，也不会相对于桅杆转动；7.4)转帆机构采用桅杆安装在外轴上，外轴绕内轴旋转的结构，内轴***空心的外轴中，使桅杆稳定性更高；7.5)转帆机构采用圆锥滚子轴承安装在内外轴之间，不但能承受径向载荷，也使外轴旋转更自如；7.6)整个转帆机构和收放帆机构的卷扬机等主要部位安装在无人艇上甲板之下舱内结构上，使这些设备不受环境影响，提高使用寿命和可靠性；7.7)安装底座具有中空的通道，可以穿引收放帆机构的钢丝绳，使风帆整体结构紧凑、美观；7.8)在桅杆的顶端具有传感器安装平台，不但可安装避撞雷达等传感器，也可从其中的空隙中引出收放帆机构的钢丝强，传感器安装平台之上还可以安装照明、指示灯具安装座。

附图说明

图1为本发明的复合动力无人艇的正视图；

图2为本发明的复合动力无人艇的侧视图；

图3为本发明的复合动力无人艇的俯视图；

图4为本发明的复合动力无人艇的无人艇风帆的立体结构示意图；

图5为本发明的复合动力无人艇的无人艇风帆的翼帆组件的正视图；

图6为图5中的A-A剖视图；

图7为图5中的B-B剖视图；

图8为图5中的C放大图；

图9为图6中的D放大图；

图10为本发明的复合动力无人艇的无人艇风帆的转帆机构和底座的剖视图；

图11为本发明的复合动力无人艇的无人艇风帆的收放帆机构与翼帆组件关系的结构示意图；

其中，

主船体01，风帆02，片体03，连接桥04，铺板05，

机舱011，电池舱012，首尖舱013，调度室014，首部导航灯及传感器安装柱015，尾部导航灯及传感器安装柱016，

太阳能电池组061，

顶部传感器安装平台1，

翼帆组件2，上骨架21，中间骨架22，下骨架23，上骨架本体211，骨架滑轮座212，骨架滑轮213，

桅杆3，

转帆机构4，电机41，减速器42，小齿轮43，内轴44、轴承45、外轴46、大齿轮47、底座支柱48，

底座5，

卷扬机61，底座收放滑轮62，帆顶收放滑轮63、钢丝绳64。

具体实施方式

下面结构说明书附图对本发明的具体技术方案作进一步地描述。

如附图1-3所示，本发明的一种复合动力无人艇，其特征在于，包括，

无人艇本体，所述的无人艇本体包括一个主船体01和主船体两侧对称的一对片体03，所述的主船体01具有瘦削的船首；

连接桥04，用于连接主船体01和一对片体03；

铺板05，用于将连接桥04、主船体01上甲板、一对片体03的上部连成一个安装平面；

风帆02，为翼帆结构，包括桅杆3和风帆基座，所述的桅杆3与风帆基座通过法兰连接，所述的风帆基座固定安装在主船体01的船底中部的纵桁上；

设置在无人艇本体上的电力***、推进***和控制***。

所述的主船体01具有位于船体中前部的电池舱012，所述的电池舱012分层设置，层与层间采用带网格的铺板分隔，电池舱012中间留有过道，所述的电力***包括，太阳能电池组061，其布置安装在铺板05的上表面；蓄电池组，其安装在电池舱012内。

所述的主船体01具有位于船体中后部的机舱011，所述的推进***包括，喷水推进器，安装在主船体尾部；电动机和柴油机，安装在主船体机舱011，能够分别驱动喷水推进器的主轴。

所述的控制***包括，控制器和连接所述的控制器的电池控制器、传感器、通讯天线、定位导航模块，所述的电池控制器用于控制蓄电池组的充电和放电。

所述的风帆还包括顶部传感器安装平台1、翼帆组件2和收放帆机构，所述的风帆基座包括转帆机构4和底座5，所述的桅杆3为中空的。

所述的翼帆组件2包括帆布和从上至下顺序套在所述的桅杆3上的上骨架21、多个中间骨架22和下骨架23，所述的下骨架23固定安装在所述的桅杆3的下部，所述的上骨架21和中间骨架22能够沿桅杆3上下移动，所述的帆布缝制在的上骨架21、中间骨架22和下骨架23上，在上骨架21拉至桅杆3的顶部时，整个帆布在上骨架21、中间骨架22和下骨架23的支撑下，形成外形光顺的翼帆。所述的桅杆3分为上段的翼帆段和下段的过渡段，翼帆段和过渡段之间有台阶，所述的中间骨架22有5个，所述的上骨架21和中间骨架22套在翼帆段上，所述的下骨架23固定在翼帆段和过渡段之间的台阶上。所述的桅杆3的翼帆段两侧具有从上至下的导轨，所述的上骨架21包括上骨架本体211、多个导轨滑轮座212和安装在导轨滑轮座212上的导轨滑轮213，所述的上骨架本体211对称中心处具有套在桅杆3上的开孔，所述的导轨滑轮213安装在上骨架本体211的开孔处，能够与翼帆段两侧的导轨配合滑动。中间骨架22与桅杆3的翼帆段之间也可采用导轨滑轮式的滑动连接结构，也可采用其它滑动连接结构。桅杆3的顶部还安装有缓冲弹簧，在钢丝绳64拉着上骨架21升至最高处时，防止撞桅杆3顶部结构。收放帆机构的卷扬机61的钢丝绳64连接处还有拉力传感器，当钢丝绳64拉力不断上升超过一定阈值时，卷扬机61停止转动。

所述的顶部传感器安装平台1包括4根小柱和平台顶板，所述的多根小柱均匀地固定安装在桅杆3上端面的边缘上，小柱的长度方向与桅杆3平行，所述的平台顶板固定安装在多根小柱的顶端。

所述的底座5包括上底座板和下底座板，上底座板和下底座板之间具有间隙，所述的下底座板固定安装在船体结构上。

转帆机构4包括电机41、减速器42、小齿轮43、中空的内轴44、轴承45、套在内轴44外的外轴46、大齿轮47和中空的底座支柱48，所述的桅杆3的底端具有安装法兰，固定安装在所述的外轴46上端的连接法兰上，所述的外轴46的旋转轴线与桅杆3中心线共线，所述的轴承45的外圈和内圈分别与外轴46和内轴44固定安装，所述的电机41用于驱动外轴46转动，内轴44固定安装在所述的底座5的上底座板上表面，内轴44的下部具有一圈环状的凸台，用于安装轴承45的内圈。上底座板上具有有开孔，该开孔位置与中空的内轴44的通孔对应。所述的小齿轮43安装减速器42的输出轴上，所述的大齿轮47与小齿轮43啮合，大齿轮47与外轴46固定并且旋转轴线共线，所述的电机41的输出轴与减速器42的轴入轴连接，所述的内轴44通过底座支柱48固定安装在所述的底座5的上底座板上表面，所述的轴承45为圆锥滚子轴承。减速器42为涡轮蜗杆减速器，其输出轴上安装有编码器。

所述的收放帆机构包括卷扬机61、底座收放滑轮62、二个帆顶收放滑轮63、和钢丝绳64，所述的底座收放滑轮62安装在底座5的下底座板的上表面上，位于内轴44的正下方，所述的二个帆顶收放滑轮63并排安装在顶部传感器安装平台1的平台顶板的下表面，所述的钢丝绳64一端连接在卷扬机61上，另一端穿过上底座板和下底座板之间的间隙，绕过底座收放滑轮62的绳轮后，分为两根，两根钢丝绳64穿过中空的内轴44和桅杆3后，分别绕过二个帆顶收放滑轮63，从顶部传感器安装平台1的平台顶板与桅杆3顶端之间的空隙间穿出，分别连接到上骨架21上。升帆时，卷扬机61牵引钢丝绳64通过底座收放滑轮62和二个帆顶收放滑轮63引导拉起上骨架21，当上骨架21触及安装在桅杆3顶部的缓冲弹簧后，钢丝绳64受力增大，拉力传感器达到一定阈值，卷扬机64停止；降帆时，卷扬机64反转，上骨架21依靠重力往下滑动，帆降到最低点，钢丝绳64受力降低，拉力传感器达到一定阈值，卷扬机64停止。

虽然本发明已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (7)

1.一种复合动力无人艇，其特征在于，包括，

无人艇本体，所述的无人艇本体包括一个主船体(01)和主船体两侧对称的一对片体(03)，所述的主船体(01)具有瘦削的船首；

连接桥(04)，用于连接主船体(01)和一对片体(03)；

铺板(05)，用于将连接桥(04)、主船体(01)上甲板、一对片体(03)的上部连成一个安装平面；

设置在无人艇本体上的电力***、推进***和控制***；

风帆(02)，为翼帆结构，包括顶部传感器安装平台(1)、翼帆组件(2)、桅杆(3)、收放帆机构和风帆基座，所述的桅杆(3)与风帆基座通过法兰连接，所述的风帆基座固定安装在主船体(01)的船底中部的纵桁上，所述的风帆基座包括转帆机构(4)和底座(5)，所述的桅杆(3)为中空的，

所述的翼帆组件(2)包括帆布和从上至下顺序套在所述的桅杆(3)上的上骨架(21)、多个中间骨架(22)和下骨架(23)，所述的下骨架(23)固定安装在所述的桅杆(3)的下部，所述的上骨架(21)和中间骨架(22)能够沿桅杆(3)上下移动，所述的帆布缝制在的上骨架(21)、中间骨架(22)和下骨架(23)上，在上骨架(21)拉至桅杆(3)的顶部时，整个帆布在上骨架(21)、中间骨架(22)和下骨架(23)的支撑下，形成外形光顺的翼帆，

所述的顶部传感器安装平台(1)包括多根小柱和平台顶板，所述的多根小柱均匀地固定安装在桅杆(3)上端面的边缘上，小柱的长度方向与桅杆(3)平行，所述的平台顶板固定安装在多根小柱的顶端，

所述的底座(5)包括上底座板和下底座板，上底座板和下底座板之间具有间隙，所述的下底座板固定安装在船体结构上，

转帆机构(4)包括电机(41)、中空的内轴(44)、轴承(45)和套在内轴(44)外的外轴(46)，所述的桅杆(3)的底端固定安装在所述的外轴(46)上端的连接法兰上，所述的外轴(46的旋转轴线与桅杆(3)中心线共线，所述的轴承(45的外圈和内圈分别与外轴(46)和内轴(44)固定安装，所述的电机(41)用于驱动外轴(46)转动，内轴(44)固定安装在所述的底座(5)的上底座板上表面，上底座板上具有有开孔，该开孔位置与中空的内轴(44)的通孔对应，

所述的收放帆机构包括卷扬机(61)、底座收放滑轮(62)、二个帆顶收放滑轮(63)、和钢丝绳(64)，所述的底座收放滑轮(62)安装在底座(5的下底座板的上表面上，位于内轴(44)的正下方，所述的二个帆顶收放滑轮(63)并排安装在顶部传感器安装平台(1)的平台顶板的下表面，所述的钢丝绳(64)一端连接在卷扬机(61)上，另一端穿过上底座板和下底座板之间的间隙，绕过底座收放滑轮(62)的绳轮后，分为两根，两根钢丝绳(64)穿过中空的内轴(44)和桅杆(3)后，分别绕过二个帆顶收放滑轮(63)，从顶部传感器安装平台(1)的平台顶板与桅杆(3)顶端之间的空隙间穿出，分别连接到上骨架(21)上。

2.如权利要求1所述的一种复合动力无人艇，其特征在于，所述的主船体(01)具有位于船体中前部的电池舱(012)，所述的电池舱(012)分层设置，层与层间采用带网格的铺板分隔，电池舱(012)中间留有过道，所述的电力***包括，太阳能电池组(061)，其布置安装在铺板(05)的上表面；蓄电池组，其安装在电池舱(012)内。

3.如权利要求1所述的一种复合动力无人艇，其特征在于，所述的主船体(01)具有位于船体中后部的机舱(011)，所述的推进***包括，喷水推进器，安装在主船体尾部；电动机和柴油机，安装在主船体机舱(011)，能够分别驱动喷水推进器的主轴。

4.如权利要求1所述的一种复合动力无人艇，其特征在于，所述的控制***包括，控制器和连接所述的控制器的电池控制器、传感器、通讯天线、定位导航模块，所述的电池控制器用于控制蓄电池组的充电和放电。

5.如权利要求1所述的一种复合动力无人艇，其特征在于，所述的桅杆(3)分为上段的翼帆段和下段的过渡段，翼帆段和过渡段之间有台阶，所述的中间骨架(22)有5个，所述的上骨架(21)和中间骨架(22)套在翼帆段上，所述的下骨架(23)固定在翼帆段和过渡段之间的台阶上。

6.如权利要求5所述的一种复合动力无人艇，其特征在于，所述的桅杆(3)的翼帆段两侧具有从上至下的导轨，所述的上骨架(21)包括上骨架本体(211)、多个导轨滑轮座(212)和安装在导轨滑轮座(212)上的导轨滑轮(213)，所述的上骨架本体(211)对称中心处具有套在桅杆(3)上的开孔，所述的导轨滑轮(213)安装在上骨架本体(211)的开孔处，能够与翼帆段两侧的导轨配合滑动。

7.如权利要求1所述的一种复合动力无人艇，其特征在于，所述的转帆机构(4)还包括减速器(42)、小齿轮(43)、大齿轮(47)和中空的底座支柱(48)，所述的小齿轮(43)安装减速器(42)的输出轴上，所述的大齿轮(47)与小齿轮(43)啮合，大齿轮(47)与外轴(46)固定并且旋转轴线共线，所述的电机(41)的输出轴与减速器(42)的轴入轴连接，所述的内轴(44)通过底座支柱(48)固定安装在所述的底座(5)的上底座板上表面，所述的轴承(45)为圆锥滚子轴承。

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