本發(fā)明屬于無人艇裝備，尤其涉及一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇。

背景技術：

1、無人艇作為無人系統(tǒng)的一個分支，近年來得到了快速發(fā)展，無人艇的研究正朝著替代人工測量、長時間序列海洋數據獲取、多平臺協(xié)作等方向發(fā)展。特別是利用海洋可再生資源，風能和太陽能，實現無人艇的長航時作業(yè)，是未來的一個重要趨勢。

2、當前技術在無人艇利用可再生能源方面存在若干局限性。首先，盡管嘗試通過加裝風帆來利用風能，但這種做法降低了無人艇的穩(wěn)定性，使其難以抵御惡劣天氣的侵襲，從而限制了其生存能力。此外，盡管光能的利用在理論上可行，但連續(xù)的陰天條件可能導致能源供應不足，進而影響無人艇的全天候運行能力。同時，當試圖整合風能和光能系統(tǒng)時，必須考慮這些能源機構與無人艇甲板上既有設備之間的兼容性，以及它們對無人艇重心高度的潛在影響。以往的專利文獻通常僅對傳統(tǒng)風帆結構進行改造，而未能充分考慮風帆與太陽能板的一體化設計，以實現多樣化的工作模式，滿足無人艇在長續(xù)航和全天候運行需求。

3、現有技術存在如下不足：1.無人艇若僅依賴化石燃料或單一能源，如風能或太陽能，將難以實現全天候運行，且續(xù)航能力有限。2.現有的風帆和太陽能裝置設計往往對甲板上的設備布局造成干擾，特別是與必須安裝的攝像頭和雷達等設備的兼容性問題尤為突出。3.裝載風帆和太陽能板后，無人艇的重心升高，穩(wěn)定性降低，在惡劣海況下存在較高傾覆的風險。

技術實現思路

1、本發(fā)明提供一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，旨在克服現有無人艇在各種天氣下的續(xù)航能力、穩(wěn)定性以及太陽能收集系統(tǒng)對甲板布局影響方面的局限性。

2、為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術方案如下：

3、本發(fā)明實施例提供了一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，其包括船體（1）、裝配于船體（1）的左右舷上的兩個多模態(tài)柔性變形風帆、風帆骨架形態(tài)轉化電力驅動組件和風帆整體模態(tài)轉換驅動組件；

4、每個多模態(tài)柔性變形風帆均包括風帆主體骨架組件和覆蓋在所述風帆主體骨架組件上的柔性帆面（2），所述柔性帆面（2）上設置有多個柔性太陽能板；

5、所述風帆主體骨架組件包括多組多關節(jié)柔性桿，每組多關節(jié)柔性桿包括多個柔性桿（3）和連接多個柔性桿（3）的柔性關節(jié)（4），多個柔性桿（3）內設置有桿內鋼絲纜及高彈力帶（5）；

6、所述風帆骨架形態(tài)轉化電力驅動組件與每組多關節(jié)柔性桿中的桿內鋼絲纜及高彈力帶（5）和多個柔性桿（3）連接，用于控制所述柔性帆面（2）的形態(tài)變化；所述帆整體模態(tài)轉換驅動組件與每組多關節(jié)柔性桿中的端部柔性桿（3）連接，通過調節(jié)端部柔性桿（3）的位置和角度，用于實現所述多模態(tài)柔性變形風帆在不同工作模式間的轉換。

7、根據本發(fā)明一可選實施例，每組多模態(tài)柔性變形風帆的柔性帆面（2）上的多個柔性太陽能板間隔設置在多組多關節(jié)柔性桿的間隙內。

8、根據本發(fā)明一可選實施例，所述風帆骨架形態(tài)轉化電力驅動組件為伺服電機（6）。

9、根據本發(fā)明一可選實施例，所述風帆整體模態(tài)轉換驅動組件包括單一帆位姿轉換機構（7）和柔性帆總體位姿轉換機構（8），所述單一帆位姿轉換機構（7）用于控制單個所述多模態(tài)柔性變形風帆的姿態(tài)，所述柔性帆總體位姿轉換機構（8）控制兩個所述多模態(tài)柔性變形風帆的總體姿態(tài)。

10、根據本發(fā)明一可選實施例，船體（1）前進方向定義為x軸，水平面垂直于船體（1）前進的方向定義為y軸；

11、當所述風帆整體模態(tài)轉換驅動組件繞x軸旋轉時，兩個多模態(tài)柔性變形風帆直立設置，啟用揚帆模式，以捕獲風力并推動無人艇前進；

12、當所述風帆整體模態(tài)轉換驅動組件繞y軸旋轉時，兩個多模態(tài)柔性變形風帆邊緣緊貼船體（1）甲板上設置，船體（1）左右舷上的兩個多模態(tài)柔性變形風帆的多關節(jié)柔性桿在船體（1）中部沿縱向貼合設置，形成有拱頂結構，進入折疊模式，以提升無人艇在惡劣海況下的生存能力；

13、當所述風帆整體模態(tài)轉換驅動組件保持水平狀態(tài)時，船體（1）左右舷上的兩個多模態(tài)柔性變形風帆的多關節(jié)柔性桿的前端與后端對齊，實現平展模式，以優(yōu)化航行阻力并提供必要的升力。

14、根據本發(fā)明一可選實施例，所述單一帆位姿轉換機構（7）和所述柔性帆總體位姿轉換機構（8）均包括plc控制系統(tǒng)、角度調節(jié)機構、電機組件和升降桿，所述升降桿一端與每組多關節(jié)柔性桿中的端部柔性桿（3），另一端固定在所述角度調節(jié)機構的活動轉臺上，所述角度調節(jié)機構的活動轉臺與所述電機組件連接，所述plc控制系統(tǒng)用于控制所述電機組件的旋轉。

15、與現有技術相比，本發(fā)明實施例提供一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，具有以下有益效果：

16、（1）、本發(fā)明設計了一種創(chuàng)新的多模態(tài)柔性變形風帆，專用于海洋無人艇。該多模態(tài)柔性變形風帆采用翼面材料的柔性太陽能板，并以多關節(jié)柔性桿構成骨架，左右舷各裝配一個，以優(yōu)化空間利用和功能性。

17、（2）、該風帆系統(tǒng)具備三種操作模式，以適應不同的海洋環(huán)境和操作需求。在揚帆模式下，風帆直立，能夠在多數海況中為無人艇提供主要的推進力。在折疊模式下，風帆通過多關節(jié)柔性桿的變形能力，引導翼面材料的風帆轉變?yōu)榱骶€型的弧頂形狀，這使得無人艇即使在惡劣海況下也能保持航行和勘測能力，此外，得益于流線型弧頂設計，無人艇在傾覆后能夠自行恢復平衡。在平展模式下，風帆展開，充當類似機翼的作用，為無人艇提供額外的升力，從而減少航行阻力和能量消耗，同時提升航行速度。通過這些創(chuàng)新設計，本發(fā)明的多模態(tài)柔性變形風帆不僅提升了無人艇的環(huán)境適應性和穩(wěn)定性，還增強了海洋無人艇能源利用效率和航行性能。

技術特征：

1.一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，其特征在于，包括船體（1）、裝配于船體（1）的左右舷上的兩個多模態(tài)柔性變形風帆、風帆骨架形態(tài)轉化電力驅動組件和風帆整體模態(tài)轉換驅動組件；

2.根據權利要求1所述的一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，其特征在于，每組多模態(tài)柔性變形風帆的柔性帆面（2）上的多個柔性太陽能板間隔設置在多組多關節(jié)柔性桿的間隙內。

3.根據權利要求2所述的一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，其特征在于，所述風帆骨架形態(tài)轉化電力驅動組件為伺服電機（6）。

4.根據權利要求3所述的一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，其特征在于，所述風帆整體模態(tài)轉換驅動組件包括單一帆位姿轉換機構（7）和柔性帆總體位姿轉換機構（8），所述單一帆位姿轉換機構（7）用于控制單個所述多模態(tài)柔性變形風帆的姿態(tài)，所述柔性帆總體位姿轉換機構（8）控制兩個所述多模態(tài)柔性變形風帆的總體姿態(tài)。

5.根據權利要求4所述的一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，其特征在于，船體（1）前進方向定義為x軸，水平面垂直于船體（1）前進方向定義為y軸；

6.根據權利要求5所述的一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，其特征在于，所述單一帆位姿轉換機構（7）和所述柔性帆總體位姿轉換機構（8）均包括plc控制系統(tǒng)、角度調節(jié)機構、電機組件和升降桿，所述升降桿一端與每組多關節(jié)柔性桿中的端部柔性桿（3），另一端固定在所述角度調節(jié)機構的活動轉臺上，所述角度調節(jié)機構的活動轉臺與所述電機組件連接，所述plc控制系統(tǒng)用于控制所述電機組件的旋轉。

技術總結
本發(fā)明公開了一種具有多模態(tài)柔性變形風帆的海洋無人艇，包括船體、裝配于船體的左右舷上的兩個多模態(tài)柔性變形風帆、風帆骨架形態(tài)轉化電力驅動組件和風帆整體模態(tài)轉換驅動組件；兩個多模態(tài)柔性變形風帆具備三種操作模式，以適應不同的海洋環(huán)境和操作需求；在揚帆模式下，風帆直立，能夠在多數海況中為無人艇提供主要的推進力；在折疊模式下，風帆通過多關節(jié)柔性桿的變形能力，引導翼面材料轉變?yōu)榱骶€型的弧頂形狀，這使得無人艇即使在惡劣海況下也能保持航行和勘測能力；在平展模式下，風帆展開，充當類似機翼的作用，為無人艇提供額外的升力，從而減少航行阻力和能量消耗，同時提升航行速度。

技術研發(fā)人員：魏漢迪,賈存超,趙國成,肖龍飛,袁林
受保護的技術使用者：上海交通大學三亞崖州灣深?？萍佳芯吭?br/>技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/8/21