專利名稱：一種海洋可再生能源驅(qū)動的無人船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種海洋可再生能源驅(qū)動的無人船技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，該無人船的驅(qū)動能源為波浪能、風(fēng)能和太陽能，可作為一種海洋監(jiān)測的傳感器集成運動平臺。
背景技術(shù)：
[0002]在海洋監(jiān)測領(lǐng)域，無人船是一種新型的搭載平臺，其以小型船舶為基礎(chǔ)，具有控制與導(dǎo)航能力，可搭載多種海洋測量傳感器，以遙控、自主的工作方式，完成對用戶感興趣區(qū)域的相關(guān)海洋測量，可用于港口、污染海域、島礁周邊等區(qū)域的多種要素同步測量，也可完成大范圍海洋現(xiàn)場監(jiān)測、取樣和遙感現(xiàn)場定標(biāo)等任務(wù)，有效減少人力，提高測量效率。[0003]無人船通?？煞譃榇w、驅(qū)動、能源、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、傳感器等部分?，F(xiàn)階段絕大部分無人船使用燃油和電池作為能源，續(xù)航能力有限，這嚴(yán)重地限制了其長期性的海洋測量能力。雖然目前可利用的海洋可再生能源主要有潮汐、波浪、溫差、鹽度梯度、海流、風(fēng)能、太陽能等，但現(xiàn)階段并非所有能源都可以驅(qū)動無人船。例如，潮汐能發(fā)電比較成熟，但其裝置巨大且位置固定，并不適合用作無人船的能源；溫差能利用不同水層溫差作為能源，但航行于海表面的無人船并不適用；利用鹽度梯度發(fā)電是一種先進(jìn)技術(shù)，但離實際應(yīng)用還比較遠(yuǎn)；海流能很大程度上受限于位置，轉(zhuǎn)化裝置也難以用于無人船。[0004]通過分析這些海洋可再生能源轉(zhuǎn)化裝置的特點和技術(shù)要求，表明目前可能適用于無人船的海洋可再生能源主要是波浪能、風(fēng)能和太陽能。因此如何將這三種海洋可再生能源應(yīng)用于驅(qū)動無人船，構(gòu)建一個具有長續(xù)航能力的無人船是非常必要的。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實用新型的目的是提供一種海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，使用波浪能、風(fēng)能和太陽能，以提高無人船的續(xù)航能力，彌補(bǔ)現(xiàn)有無人船無法用于長期性海洋測量的不足。[0006]在波浪驅(qū)動船舶方面，波浪能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械動力，已經(jīng)有100多年的發(fā)展歷史，通常是利用彈簧或彈性板將波浪能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動板的彈性勢能，進(jìn)而以“踢水”的方式，驅(qū)動船舶前進(jìn)。對于風(fēng)能，通常以風(fēng)帆的形式驅(qū)動船舶。太陽能通常作為船舶的充電來源。[0007]本實用新型以波浪能驅(qū)動無人船，是通過合理設(shè)計船體，采用一種類皮囊狀、楔形船體的形式，利用波浪實現(xiàn)船體支撐與壓縮而實現(xiàn)吸水與噴水，利用噴水的水動力驅(qū)動無人船。對于風(fēng)能和太陽能，將風(fēng)帆和太陽能電池板合二為一。[0008]本實用新型的波浪驅(qū)動裝置是一個包括船底前部設(shè)有的一個入水口，后側(cè)軟板設(shè)有兩個出水口的類皮囊狀、楔形船體，以噴水的方式為無人船提供前進(jìn)動力。甲板和船底均呈等腰三角形，甲板和船底的腰長與底邊的比例均大于1.5而小于2，底邊長范圍為1-1.5米，腰長范圍為1.5-3米，船體的高度范圍為0.3-0.5米。本實用新型的左側(cè)軟板、右側(cè)軟板和后側(cè)軟板是橡膠片或PVC板。本實用新型的甲板和船底是由玻璃鋼或不銹鋼板構(gòu)成。本實用新型的船體呈中空狀態(tài)，船體內(nèi)重物固定于甲板之下，浮體固定于船底之上，重物和浮體之間有彈簧連接。船底前部設(shè)有一個入水口，船尾設(shè)有兩個出水口，形成一個類皮囊狀、楔形的船體，以吸水噴水的方式為無人船提供前進(jìn)動力。當(dāng)存在波浪時，在船體下降過程中，彈簧將支撐起船體，完成船體吸水。當(dāng)船體下落至海表面，由于慣性，重物將壓縮彈簧從而壓縮船體，完成船體噴水。浮體的作用是為無人船提供浮力。出水口和進(jìn)水口為圓形，考慮噴水效率，入水口和進(jìn)水口的半徑范圍為3-5厘米，兩個出水口對稱分布在船體尾部后側(cè)軟板上，以提供對稱的噴水推進(jìn)力，入水口設(shè)置在船底前部，能夠充分完成吸水。所述的船體甲板表面安裝有太陽能電池板，吸收太陽能，為無人船的電源供電。所述的船體船底裝有舵，用于改變無人船航行方向。本實用新型的三角帆，其表面貼有太陽能電池板，為無人船的電源供電。三角帆作為風(fēng)帆，可繞其中心的桅桿旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)欠姆较颍骖櫶栔鄙浞较蚝惋L(fēng)向，以風(fēng)帆形式輔助無人船前進(jìn)。三角帆采用玻璃鋼或鋁板等材料制成。本實用新型具有控制與導(dǎo)航功能，能夠自動根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)力和太陽光強(qiáng)度自動調(diào)整三角帆方向；能夠控制舵調(diào)整無人船的航向，按照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)無人船沿設(shè)定方向前進(jìn)。本實用新型具有以下優(yōu)點:所述的海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，使用波浪能、風(fēng)能和太陽能這三種海洋可再生能源，具有普適性，且清潔持久，能夠在大部分海域應(yīng)用，使無人船具有長續(xù)航能力。本發(fā)明的類皮囊狀、楔形船體，充分利用波浪能實現(xiàn)船體的吸水與噴水，不斷推動無人船前進(jìn)，原理上不消耗其它能量而實現(xiàn)船體驅(qū)動。本實用新型的太陽能電池板的三角帆，既實現(xiàn)風(fēng)能利用，又可實現(xiàn)電力吸收，一舉兩得。其結(jié)構(gòu)合理緊湊、成本低，也解決了大船無法進(jìn)入海域的相關(guān)海洋測量。顯然是一種可用于長期海洋監(jiān)測的平臺，能夠解決目前無人船續(xù)航時間短的問題，有利于長期海洋觀測任務(wù)的開展。

圖1是本實用新型的無人船主體示意圖。圖2是本實用新型的船體總體結(jié)構(gòu)示意圖(不包括三角帆)。圖3是本實用新型的波浪驅(qū)動示意圖。圖4是本實用新型的無人船受波浪作用示意圖。其中，I三角帆，2船體，3桅桿，4彈簧，5重塊，6甲板，7左側(cè)軟板，8排水口，9后側(cè)軟板，10船底，11浮體，12右側(cè)軟板，13入水口，14電源，15控制與導(dǎo)航系統(tǒng)，16波浪驅(qū)動裝置，17波浪，18波峰，19波谷，20太陽能電池板。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1、2，本實用新型包括由甲板6和船底10構(gòu)成的船體2、三角帆1、桅桿3、船體2內(nèi)的控制與導(dǎo)航系統(tǒng)15與電源14和波浪驅(qū)動裝置16，其特征在于上述的船體2的內(nèi)部還包括有固定在甲板6之下重塊5、固定在船底10上的浮體11以及重塊5與浮體11之間有彈簧4支撐，且重塊5，彈簧4和浮體11的連線中心與船體重心垂直軸重合，且船體2是由甲板6、船底10與左側(cè)軟板7、右側(cè)軟板12、后側(cè)軟板9構(gòu)成的一個類皮囊狀、楔形船體，在波浪平靜的情況下，彈簧4能夠支撐起重塊5，使船體2呈支撐狀態(tài)。所述的左側(cè)軟板7、右側(cè)軟板12和后側(cè)軟板9是能夠彎曲變形的軟的彈性片體，并在甲板6上放置太陽能電池板。[0022]如圖3所示，本實用新型上述的波浪驅(qū)動裝置16是一個包括船底10前部設(shè)有的一個入水口 13，后側(cè)軟板9設(shè)有兩個出水口 8，以噴水的方式為無人船提供前進(jìn)動力。當(dāng)波浪驅(qū)動裝置16由壓縮狀態(tài)變?yōu)橹螤顟B(tài)時，水從入水口 13沿箭頭方向進(jìn)入，船體2內(nèi)充滿水。當(dāng)波浪驅(qū)動裝置16由支撐狀態(tài)變?yōu)閴嚎s狀態(tài)時，水從兩個排水口 8沿箭頭方向噴出，形成推進(jìn)力，推動無人船前進(jìn)。[0023]如圖4，在存在波浪17的情況下，當(dāng)船體2從波峰18向波谷19下落過程中，由于彈簧4的作用，船體2呈現(xiàn)支撐狀態(tài)，水從入水口 13進(jìn)入，完成吸水過程。當(dāng)船體下落至波谷19時，由于船體失重，以及重塊5的慣性運動，波浪對船底10的減速作用，完成對船體2的壓縮,如圖4所示，船體2的厚度減小,水從后側(cè)軟板9的兩個排水口 8噴出，形成噴水推進(jìn)，推動無人船前進(jìn)。當(dāng)船體2從波谷19運動到波峰時，因為波浪的升力和重塊5的作用，船體2將保持?jǐn)D壓狀態(tài)，重新進(jìn)入下一個吸水噴水周期。如此周而復(fù)始，波浪驅(qū)動裝置16將利用波浪勢能轉(zhuǎn)化為流體機(jī)械能，作為無人船動力。甲板6上也覆蓋有太陽能電池板20，吸收太陽能存儲于電源14。電源14和控制與導(dǎo)航系統(tǒng)15安裝于船底之上，并考慮平衡性，通常對稱安裝于船體內(nèi)部。電源14和控制與導(dǎo)航系統(tǒng)15安裝于船底之上，并考慮平衡性，通常對稱安裝于船體內(nèi)部。[0024]本實用新型的甲板6和船底10呈等腰三角形，甲板6和船底10的腰長與底邊的比例均大于1.5而小于2，底邊長范圍為1-1.5米，腰長范圍為1.5-3米，船體2的高度范圍為 0.3-0.5 米。[0025]本實用新型的左側(cè)軟板7、右側(cè)軟板12和后側(cè)軟板9是橡膠片或PVC板制成。[0026]本實用新型的甲板6和船底10是由玻璃鋼或不銹鋼板或硬塑料板制成。[0027]本實用新型的三角帆I(xiàn)的表面的安裝太陽能電池板20，吸收的太陽能存儲于電源14，為無人船的控制與導(dǎo)航系統(tǒng)15和搭載的其它傳感器供電。又利用三角帆I(xiàn)作為風(fēng)帆，并可繞桅桿3改變與風(fēng)的作用方向，輔助無人船前進(jìn)。因為三角帆I(xiàn)具有吸收太陽能和風(fēng)力應(yīng)用兩種功能，所以其方向轉(zhuǎn)動將兼顧太陽能和風(fēng)能的利用效率，具體控制策略為:當(dāng)風(fēng)速低于或等于3 4級，無人船控制與導(dǎo)航系統(tǒng)15將控制三角帆I(xiàn)轉(zhuǎn)向太陽方向，且兼顧不會增加風(fēng)阻力，主要功能是吸收太陽能；當(dāng)風(fēng)速高于3 4級時，無人船控制與導(dǎo)航系統(tǒng)15將根據(jù)風(fēng)向控制三角帆角度，利用風(fēng)力驅(qū)動無人船。利用控制與導(dǎo)航系統(tǒng)15控制舵實現(xiàn)無人船按預(yù)定航向前進(jìn)。
權(quán)利要求1.一種海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，包括由甲板(6)和船底(10)構(gòu)成的船體(2)、三角帆(I)、桅桿(3)、船體⑵內(nèi)的控制與導(dǎo)航系統(tǒng)(15)與電源(14)和波浪驅(qū)動裝置(16)，其特征在于上述的船體(2)的內(nèi)部還包括有固定在甲板(6)之下重塊(5)、固定在船底(10)上的浮體(11)以及重塊(5)與浮體(11)之間有彈簧(4)支撐，且重塊(5)，彈簧(4)和浮體(11)的連線中心與船體重心垂直軸重合，且船體(2)是由甲板￠)、船底(10)與左側(cè)軟板(X)、右側(cè)軟板(12)、后側(cè)軟板(9)構(gòu)成的一個類皮囊狀、楔形船體，所述的左側(cè)軟板(7)、右側(cè)軟板(12)和后側(cè)軟板(9)是能夠彎曲變形的軟的彈性片體，并在甲板(6)上設(shè)置太陽能電池板。
2.如權(quán)利要求1所述的海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，其特征在于上述的波浪驅(qū)動裝置(16)是一個包括船底(10)前部設(shè)有的一個入水口(13)，后側(cè)軟板(9)設(shè)有兩個出水口⑶。
3.如權(quán)利要求1所述的海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，其特征在于上述的三角帆(I)表面安裝有太陽能電池板。
4.如權(quán)利要求1所述的海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，其特征在于上述的甲板(6)和船底(10)呈等腰三角形，甲板(6)和船底(10)的腰長與底邊的比例均大于1.5而小于2，底邊長范圍為1-1.5米，腰長范圍為1.5-3米，船體(2)的高度范圍為0.3-0.5米。
5.如權(quán)利要求1所述的海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，其特征在于上述的左側(cè)軟板(7)、右側(cè)軟板(12)和后側(cè)軟板(9)是橡膠片或PVC板制成。
6.如權(quán)利要求1所述的海洋可再生能源驅(qū)動的無人船，其特征在于上述的甲板(6)和船底(10)是由玻璃鋼或不銹鋼 板或硬塑料板制成。
專利摘要本實用新型涉及一種海洋可再生能源驅(qū)動的無人船。包括由甲板和船底構(gòu)成的船體、三角帆、桅桿、船體內(nèi)的控制與導(dǎo)航系統(tǒng)、電源和波浪驅(qū)動裝置，其特征在于上述的船體的內(nèi)部還包括有固定在甲板之下重塊、固定在船底上的浮體以及重塊與浮體之間有彈簧支撐，且船體是由甲板、船底與左側(cè)軟板、右側(cè)軟板、后側(cè)軟板構(gòu)成的一個類皮囊狀、楔形船體，所述的左側(cè)軟板、右側(cè)軟板和后側(cè)軟板是能夠彎曲變形的軟的彈性片體，并在甲板上放置太陽能電池板。充分利用太陽能、風(fēng)能和波浪能，具有普適性，且清潔持久與長續(xù)航能力，解決了無人船續(xù)航時間短的問題，可用于長期海洋監(jiān)測。其結(jié)構(gòu)合理緊湊、成本低，也解決了大船無法進(jìn)入海域的相關(guān)海洋測量。
文檔編號B63H11/02GK203064192SQ201320049868
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者金久才, 張 杰, 邵峰, 官晟, 馬毅 申請人:國家海洋局第一海洋研究所