本發(fā)明涉及海上船只領域，尤其涉及一種面向海洋預警的無人船。

背景技術：

現(xiàn)代航海業(yè)與海洋行業(yè)的發(fā)展受到自然界及海洋環(huán)境因素的影響和制約，復雜多變的海洋氣象對船舶海上航行及海上工作者的安全構成了極大的威脅。為減少海上傷亡、消除潛在隱患，及時掌握海上第一時間海況氣象信息，完善健全海上預警機制是必要的，也是當務之急的首要任務。

現(xiàn)有技術中的海洋預警無人船存在能源供給不足的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種面向海洋預警的無人船，以克服上述技術問題。

本發(fā)明一種面向海洋預警的無人船，包括：

太陽能電池板、摩擦納米發(fā)電機、船體、GPS定位導航單元、單片機、蓄電池以及數據采集單元；

所述船體內部設有兩個腔體隔板，所述單片機和所述GPS定位導航單元設置于其中一個腔體內，所述蓄電池置于另一腔體內，所述蓄電池分別與太陽能轉化電能單元、所述GPS定位導航單元以及所述單片機連接，所述數據采集單元與所述單片機連接；

所述太陽能電池板固定于所述腔體隔板上端，所述摩擦納米發(fā)電機為設置于船體外殼外部的摩擦納米層，所述船體的外殼與所述摩擦納米層采用螺桿固定，所述太陽能電池板、所述摩擦納米發(fā)電機分別與所述蓄電池連接；

所述數據采集單元用于采集海面數據，包括：溫度傳感器、氣壓傳感器、濕度傳感器、攝像頭以及風速儀。

進一步地，還包括：

用于將風能轉化動能的風筒，所述風筒設置于船體上表面。

進一步地，所述波浪能轉化動能單元，包括：

側板、機翼片以及步進電動機；

所述側板與螺桿垂直連接，前端采用半圓形，尾端采用丁字形，下方開設有槽口，所述槽口用于掛載所述機翼片，所述機翼片后端安裝所述步進電動機。

進一步地，所述側板可以為單片或者雙片。

進一步地，所述槽口頂端還設置有孔洞，用于加固機翼片。

本發(fā)明利用平臺能量自產自銷的特性監(jiān)測位置、天氣狀況、風壓、風速、風向等信息，為海上安全保駕護航。并且通過新能源發(fā)電對機器魚進行能源補給的方案，利用新能源發(fā)電技術不僅能夠使無人船在海上執(zhí)勤過程中給自身進行能源供給，而且在全球能源危機的時代為節(jié)約能源給予一定的幫助，充分地利用了太陽能、波浪能和風能這幾種新能源解決了無人船水下續(xù)航的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明面向海洋預警的無人船系統(tǒng)原理結構示意圖；

圖2為本發(fā)明面向海洋預警的無人船船體上部結構示意圖；

圖3為本發(fā)明面向海洋預警的無人船船體下部結構示意圖；

圖4為本發(fā)明面向海洋預警的無人船舵及舵機部分結構示意圖；

圖5為本發(fā)明面向海洋預警的無人船納米摩擦發(fā)電機結構示意圖；

圖6為本發(fā)明面向海洋預警的無人船整體結構示意圖。

附圖標號說明：

1-螺桿；2-機翼片；3-側板；4-連接圓軸；5-船殼；6-蓄電池；7-太陽能電池板1；8-風筒；9-單片機和GPS；10-摩擦電納米發(fā)電機；11-步進電動機；12-舵片；13-導流罩；14-摩擦納米層；15-絕緣層。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明面向海洋預警的無人船系統(tǒng)原理結構示意圖，如圖所示，本實施例的無人船系統(tǒng)可以包括：

由摩擦納米發(fā)電機和太陽能電池板組成的新能源系統(tǒng)，通過整流器將海洋能和太陽能轉化為電能存儲在蓄電池中，用于數據采集、方向控制等獨立單元的能量供應。船底機翼片構成的主動力單元，將波浪動能轉化為前進動能，提供無人船主要行駛動力。

圖6為本發(fā)明面向海洋預警的無人船整體結構示意圖，如圖6所示，本實施例的無人船可以包括：

船體包括船殼5、風筒8、單片機和GPS9、太陽能電池板(兩塊)7、蓄電池6。所述船體的內部設有兩塊腔體隔板(圖中前后兩部分)，用于密封兩塊腔體隔板之間的區(qū)域；船體內部的兩塊腔體隔板之間的區(qū)域，裝設有蓄電池6、單片機和GPS9，且單片機與蓄電池6連接，蓄電池6用于向單片機和GPS9提供電能；船體的上部還安裝有密封蓋(由于太陽能板的緣故圖中未顯示)，用于將船體的內部密封。所述太陽能電池板設有兩塊，即第一太陽能電池板7和第二太陽能電池板，第一太陽能電池板7和第二太陽能電池板分別通過緊固螺釘固定連接在船體上部。船體上增加一個摩擦電納米發(fā)電機裝置10，當船體與海水沖擊時，無人船會產生振動，摩擦電納米發(fā)電機10中的聚合物薄片內表面由于摩擦電效應，從而產生一定量的交流電，將產生的電能存入蓄電池，為單片機和GPS9供電；GPS用于向單片機提供無人船的位置數據，船體整體的后方還安裝有風筒8，用于提供無人船的動力并固定其前進方向。船體上部結構如圖2所示。

具體來說，在船體螺桿上方安裝攝像監(jiān)控系統(tǒng)，向岸端傳送實時畫面或照片，蓄電池供電，單片機控制器進行岸端控制；檢測當前的水流矢量數據，并結合當前無人船的航行矢量數據進行矢量計算，計算得出水流實際流速和水流實際方向；可以在船殼底部安裝水溫傳感器，蓄電池供電，監(jiān)測當地水溫；在船上適當增加氣溫傳感器、氣壓傳感器、濕度傳感器和風速儀類似這類監(jiān)測儀器，起到預警作用。

進一步地，所述波浪能轉化動能單元，包括：

側板、機翼片以及步進電動機；

所述側板與螺桿垂直連接，前端采用半圓形，尾端采用丁字形，下方開設有槽口，所述槽口用于掛載所述機翼片，所述機翼片后端安裝所述步進電動機。進一步地，所述側板可以為單片或者雙片。進一步地，所述槽口頂端還設置有孔洞，用于加固機翼片。

具體來說，如圖3至圖4所示，波浪能轉化動能單元包括側板3、固定螺桿1、機翼片2。所述采用薄板，側板3頭部采用半圓形設計，尾部采用“丁”字形設計；側板3的下方開有槽口，用于減少側向阻力以及提供掛載空間，槽口后方采用半圓形設計，前方采用弧形設計，弧形半徑與側板3頭部相同；側板3的槽口上方設有孔洞，用于安裝固定機翼片。側板3設有單片或者雙片(圖中為單片)，側板采用四根固定螺桿對稱連接固定。

本實施例所述機翼片共設有10片，均為外側機翼片2；外側機翼片2分別對稱設置在側板3的外側，且機翼片采用機翼片組結構與側板3垂直連接。如圖2所示，所述機翼片組結構包括連接圓軸4、扭簧、軸承(圖中未展現(xiàn))，兩片外側機翼片2的兩端通過緊固螺釘各固定有兩個連接圓軸4，兩片外側機翼片2分別通過緊固螺釘，利用連接圓軸4各自固定在側板3的兩端。帶有扭簧的連接圓軸4穿過側板3上相應位置的孔洞，利用固定在側板3上的軸承與側板3緊固在一起，使機翼片組結構與側板3連接，保證機翼片的位置的相對固定。機翼后側安裝有步進電動機11和舵片12，步進電動機11由蓄電池6供電，帶動舵片12進行工作，控制行駛方向，從而實現(xiàn)無人船的轉向調整。整個過程，無外部能量供給，完全依靠機械結構將波浪能轉換為向前的推力。

如圖5所示，進一步地，還包括：與所述蓄電池連接的摩擦納米發(fā)電機；所述摩擦納米發(fā)電機為設置于船體外殼外部的摩擦納米層，所述船體的外殼與所述摩擦納米層采用螺桿固定。

具體來說，在船殼14上加一層外殼15，使其與船殼14間在無壓力的條件下保留自由存在的間隙，在船殼雙層殼內部增加摩擦納米層，船的外殼設為發(fā)電機的絕緣層，這兩種聚合物材料在俘獲電子能力方面有著較大的差異。船的內外殼都由底部的固定螺桿1固定，通過波浪的不定向撞擊，雙層殼會因為碰撞產生摩擦，從而與船殼內表面的摩擦納米層進行緊密接觸并發(fā)生電荷轉移，使得兩個聚合物薄片內表面由于摩擦電效應通過周期性的接觸—分離而帶有電性相反的摩擦電荷。當由于波浪的不定向運動使得形變被釋放的時候，兩個帶相反電荷的表面就會自動分開，相反的摩擦電荷將會在兩個面之間產生一個電場，從而在兩個電極間形成一個電勢差，為了屏蔽這個電勢差，電子就會被驅動著經過外電路從一個電極流到另一個電極。在這個過程中產生的電流將持續(xù)，直到兩個電極的電勢再次達到相等。隨后，當外殼再次向船殼外部的摩擦納米層壓縮時，摩擦電荷誘導的電勢差開始降低到零，轉移的電荷將通過外電路流回，從而產生另一個方向相反的電流脈沖。當波浪使得這種周期性的機械形變持續(xù)時，交變電流信號將會持續(xù)產生，從而誘導出周期性的電勢差變化。兩層薄板之間有納米材料支撐，如果用連桿將它與船體固定住，加上上面與船殼扣上一層套，可以將外殼固定住。波浪起伏引起水面搖蕩船的垂蕩運動，該垂蕩運動通過連桿引起水下牽引機的升降運動，轉動關節(jié)水翼將升降運動轉換為水下牽引機的前向運動，該前向運動通過連桿引起水面搖蕩船的前向移動。所以，在波浪起伏的海面上，水下牽引機一直處在水面搖蕩船前下方。

當波浪凸起時，水面搖蕩船在浮力作用下發(fā)生豎直向上的垂蕩運動，由于受到連桿的向前向下的拉力作用，產生了前向速度，即波起時，船一定前向運動。當波浪凸起時，水下牽引機受到連桿向上向后的拉力作用，水翼產生向下向前的升力作用，此時難以確定水下牽引機是否前向運動。但是，此時有一個判定水下牽引機前后運動的臨界角度，當繩纜與垂線構成的夾角小于臨界角度，水下牽引機向前運動，當大于臨界角度時，水下牽引機向后運動(波浪凸起時，水面搖蕩船一定前進，所以夾角逐漸減小，促使夾角小于臨界角度，水下牽引機開始向前運動)。當波浪凹落時，水面搖蕩船在自身重力作用下發(fā)生豎直向下的垂蕩運動，此時水面搖蕩船是否前向運動仍未確定。但是，此時有一個判斷水面搖蕩船是否前向運動的臨界距離(連桿的長度)，即當連桿繃緊時，水面搖蕩船一定前向運動，當連桿松弛時，水面搖蕩船保持原位不動。該過程中，水面搖蕩船在波浪作用下發(fā)生向下垂蕩，其速度符合正弦規(guī)律，即在平衡位置具有較高的下行速度，對水下牽引機來說，其在自身重力作用下向下滑行，具有恒定的滑行速度，所以最可能的松弛過程發(fā)生在波浪凹落的中間時段，此時，水面搖蕩船靜止不前，水下牽引機前向滑行。在波浪凹落的前端時段，水面搖蕩船前行，水下牽引機亦前行；后端時段，水面搖蕩船前行，水下牽引機前行。

本發(fā)明通過結合機械動力傳輸技術、光生伏特效應太陽能板、波浪能轉化動能裝置、轉子風筒風力推進系統(tǒng)及無線傳輸和海上預警技術。光生伏特效應即采用光—電直接轉換方式，該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能；風能的利用，運用轉筒帆工作時運用的空氣動力學原理為馬格納斯效應，旋轉的圓柱體向前運動，將會受到垂直于運動方向的側向力作用；波浪能利用，主要由框架組成，框架內設有可上下浮動的飄浮板，特點是漂浮板上設有曲柄及連桿，曲柄通過軸承座設置在框架上，連桿與飄浮板活動相連，曲柄還外接一個動力輸出。并在船體外表面增加納米摩擦薄膜層，使船體在與海水沖擊時，使船殼內外層產生相對位移，引起內外層摩擦產生電能，并存入蓄電池，達到充分利用波浪能的目的；信息傳輸，依托現(xiàn)有的船岸無線傳輸技術，在船身上裝配攝像頭等，配備無線通訊裝置，獲取它的位置、天氣狀況、風壓、風速、風向等，以此來實現(xiàn)預警功能。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。