一种太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇制造技术

本实用新型专利技术公开了一种太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇；主要由主船体和拖曳体构成；所述拖曳体包括鱼雷型主体和波浪能驱动水翼；多个波浪能驱动水翼间隔设置在鱼雷型主体的两侧，波浪能驱动水翼通过转轴与鱼雷型主体上的开孔活动连接，波浪能驱动水翼绕转轴在正负20度的范围内运动；鱼雷型主体前端安装有压力传感器；主船体上拖缆一端缠绕在绞车上，另一端穿过主控箱和主梁与拖曳体相连；拖缆为中空结构的钢质缆绳，中空中设有输电线和抽水管。本实用新型专利技术采用波浪能驱动水翼所产生的推进力作为克服拖曳阻力的一种辅助手段，使无人艇可以更高效地完成海水参数采水作业。

A Seawater Sampling Unmanned Vehicle Driven by Solar Energy and Wave Energy

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇
本技术涉及一种水质采样无人艇，特别是涉及一种综合利用太阳能和波浪能的多层次推进、时空连续海水参数采样监测无人艇。
技术介绍
水质监测是人们研究海洋，开发海洋和利用海洋的重要手段。通过丰富的水质监测资料人们可以总结出特定水域的水质特点，进而为后续开发研究工作做出指导。为了获取详尽的水质检测资料，需要定期在检测海域时空连续或间断定时定点提取水样。尽管提取水样的工作并不复杂，所获取的水样体积也不大，但是为了完成这一任务却需要有数人组成的采样团队成员乘船出海完成，这样就增大了采样过程中的人力和物力的投入，造成不必要的浪费。基于此，为了使得水质采用更加方便、安全、高效，用可遥控的无人艇作为采样工作的替代工具不失为一种上佳之选。由于水质采样往往涉及近岸100海里范围内的区域，需要无人艇具备良好的耐波性，续航力和可遥控性。现阶段市面上无人艇的船型多为小型船型，对目标水域范围内的波浪抵抗能力较低。而由于船体尺寸的限制，无人艇无法携带充足的储备能源和完备的遥控设备以应对远距离航行。虽然有些产品采用了利用光伏等可再生能源手段作为航行过程中的能量来源，但是单一的补充手段和有限的转化设备同样限制了续航力的延伸。因此从满足实际海水参数采集的操作需求的角度看，开发一型可以利用多种可再生能源、采用多种推进方式、可以时空连续海水参数采样、方便远程遥控并具有充足储备荷载的无人艇符合市场预期和实际需要。
技术实现思路
本技术的目的在于结合水质采样无人艇的工作特点，提供一种合理利用太阳能和波浪能作为动力来源的太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，以实现远程遥控和稳定航行并节能。本技术通过以下技术手段实现：一种太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，其特征在于，主要由主船体和拖曳体构成；所述拖曳体包括鱼雷型主体和波浪能驱动水翼；多个波浪能驱动水翼间隔设置在鱼雷型主体的两侧，波浪能驱动水翼通过转轴与鱼雷型主体上的开孔活动连接，波浪能驱动水翼绕转轴在正负20度的范围内运动；鱼雷型主体前端安装有压力传感器；所述的主船体包括左右两侧的片体、纵梁、横梁、主梁、支柱和主控箱；左右两侧片体内装有蓄电池，左右两侧片体的尾部底端均安装有一台无刷电机推进器；左右两侧的片体间隔设置，片体上两根纵梁横向之间间隔设有多根横梁，片体上两根纵梁纵向之间间隔设有多根纵梁，左右两侧的片体的中部设有主梁；左右两侧的片体的纵梁和横梁上设有太阳能电池板；主梁与横梁连接；主梁的上方设有主控箱，后方与操纵舵相连；主控箱中部放置绞车及抽水泵，中部两端分别设有控制设备室和水样仓；水样仓与抽水泵连接；控制设备室设有控制设备；拖缆一端缠绕在绞车上，另一端穿过主控箱和主梁与拖曳体相连；拖缆为中空结构的钢质缆绳，中空中设有输电线和抽水管；抽水管一端连接抽水泵，另一端从拖曳体伸出；输电线一端与压力传感器和监测管道内壁上的传感器分别连接，另一端与控制设备串联；太阳能电池板与蓄电池连接；蓄电池与控制设备连接；控制设备分别与操纵舵、无刷电机推进器、抽水泵和绞车连接。为进一步实现本技术目的，优选地，在每个片体上表面设有固定板，纵梁通过支柱与固定板连接。优选地，所述的波浪能驱动水翼对称设置在鱼雷型主体的两侧。优选地，所述的鱼雷型主体外周间隔设有监测管道；监测管道内壁上安装有化学元素传感器和物理传感器。优选地，所述的纵梁为12根、横梁为8根、支柱为16根，纵梁、横梁、主梁和支柱焊接在一起形成框架结构，并通过支柱下端的固定板利用螺栓与左右两侧片体相连接；框架结构中间形成的空档，空档上安装太阳能电池板。优选地，所述的左右两侧片体内部被分为四个区域，尾部区域用于安装有无刷电机推进器；两储备舱间设有舱室，舱室设有一层舱底甲板，舱底甲板放置蓄电池；蓄电池为12块，选用雷克12V/200Ah铅酸蓄电池；两储备舱为无人艇提供储备浮力或临时作为储物仓。优选地，所述的主控箱正下方及主梁对应位置开有通孔供拖缆穿过，所开通孔应相对拖缆直径留有5-10cm的裕度，并且在通孔周围做加强处理。优选地，所述的控制设备选用ARM嵌入式开发控制板TMS320C6657，其上整合有华为ME909S-120MiniPCIe4G无线通信模块，30MHZ短波通信模块及GPS定位芯片；优选地，所述的雷型主体与波浪能驱动水翼均由铝合金材料制成，其中鱼雷型主体尺寸为Φ0.3×2.15m，壁厚为10mm；所述的波浪能驱动水翼翼型为NACA0018，弦长为0.4m，翼展为1.4m，壁厚为5mm。优选地，所述的左右两侧片体采用玻璃钢材料制造长为6m，宽为0.4m，型深为0.55m，片体壁厚为5mm；舱底甲板与片体1的材料相同；所述的主梁由Q235钢材料制成，规格为5.01×0.3×0.3m，壁厚为5mm；所述的纵梁由Q235钢材料制成，规格为1.58×0.05×0.05m，壁厚为2mm；所述的横梁由Q235钢材料制成，规格为1.766×0.05×0.03m，壁厚为2mm；所述的支柱由Q235钢材料制成，规格为0.2×0.05×0.04m，壁厚为2mm；所述的太阳能电池板5共12块，选用额定功率为200W的硬质光伏板；所述的拖缆的直径为3cm，抽水管的直径为1cm，输电线的直径为0.5cm；所述的无刷电机推进器选用48磅船用推进器；所述的绞车选用24V小型电动绞车；所述的操纵舵的舵叶翼展为0.4m，弦长为0.4m，舵杆长为0.23m，直径为5cm，舵机为48V鲨鱼无刷舵机。相比于现有技术，本技术有如下技术优势：1)本技术采用波浪能驱动水翼所产生的推进力作为克服拖曳阻力的一种辅助手段，使无人艇可以更高效地完成海水参数采水作业。拖曳体在拖曳过程中所受的阻力较大，如果不加以考虑，不但会影响无人艇的航行速度，也会造成更大的能量损耗。为解决这一问题，技术人发现，将波浪能驱动水翼与拖曳体相结合，利用无人艇整体在波浪中的垂向运动，可以使波浪能驱动水翼在重力和水动力的作用下产生向前的推力，进而抵消拖曳体在拖曳过程中所受的部分阻力。2)本技术可以实现在时间和空间上的连续采样，并对样本进行实时分析。本技术融合了波浪能驱动水翼技术，降低了拖曳阻力，在航行时也可以将鱼雷型主体放入水中进行时间上的连续采样。安装在鱼雷型主体前端的压力传感器则可以检测鱼雷型主体所处位置的水压，而根据水压数据，控制设备可以判断鱼雷型主体所处水深，通过绞车调节拖缆长度，控制鱼雷型主体的水深位置，可以实现空间上的连续深度控制采样作业。而设置在鱼雷型主体四周的管道内安装有相关化学元素及物理传感器，当拖曳过程中水流过管道时，可以对海水参数进行实时分析和监测。3)本技术耐波性能更好，储备能源及载荷充足。由于船体采用左右两侧片体组成的双体船的构造形式，使本技术无人艇可以应对更大更复杂的波浪，从而更加适合远距离的航行。另一方面，双体船结构形式也增大了无人艇所搭载设备的布置空间，使其可以携带更多蓄电池和装备以应对更为复杂的情况。4)本技术波浪能与太阳能同时为无人艇供能，增加了无人艇的动力来源，增大了无人艇的续航力。5)本技术通信距离远，遥控便利。本技术所述无人艇，在近岸25km范围内采用4G通信模式，借助岸边所覆盖的4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，其特征在于，主要由主船体和拖曳体构成；所述拖曳体包括鱼雷型主体和波浪能驱动水翼；多个波浪能驱动水翼间隔设置在鱼雷型主体的两侧，波浪能驱动水翼通过转轴与鱼雷型主体上的开孔活动连接，波浪能驱动水翼绕转轴在正负20度的范围内运动；鱼雷型主体前端安装有压力传感器；所述的主船体包括左右两侧的片体、纵梁、横梁、主梁、支柱和主控箱；左右两侧片体内装有蓄电池，左右两侧片体的尾部底端均安装有一台无刷电机推进器；左右两侧的片体间隔设置，片体上两根纵梁横向之间间隔设有多根横梁，片体上两根纵梁纵向之间间隔设有多根纵梁，左右两侧的片体的中部设有主梁；左右两侧的片体的纵梁和横梁上设有太阳能电池板；主梁与横梁连接；主梁的上方设有主控箱，后方与操纵舵相连；主控箱中部放置绞车及抽水泵，中部两端分别设有控制设备室和水样仓；水样仓与抽水泵连接；控制设备室设有控制设备；拖缆一端缠绕在绞车上，另一端穿过主控箱和主梁与拖曳体相连；拖缆为中空结构的钢质缆绳，中空中设有输电线和抽水管；抽水管一端连接抽水泵，另一端从拖曳体伸出；输电线一端与压力传感器和监测管道内壁上的传感器分别连接，另一端与控制设备串联；太阳能电池板与蓄电池连接；蓄电池与控制设备连接；控制设备分别与操纵舵、无刷电机推进器、抽水泵和绞车连接。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，其特征在于，主要由主船体和拖曳体构成；所述拖曳体包括鱼雷型主体和波浪能驱动水翼；多个波浪能驱动水翼间隔设置在鱼雷型主体的两侧，波浪能驱动水翼通过转轴与鱼雷型主体上的开孔活动连接，波浪能驱动水翼绕转轴在正负20度的范围内运动；鱼雷型主体前端安装有压力传感器；所述的主船体包括左右两侧的片体、纵梁、横梁、主梁、支柱和主控箱；左右两侧片体内装有蓄电池，左右两侧片体的尾部底端均安装有一台无刷电机推进器；左右两侧的片体间隔设置，片体上两根纵梁横向之间间隔设有多根横梁，片体上两根纵梁纵向之间间隔设有多根纵梁，左右两侧的片体的中部设有主梁；左右两侧的片体的纵梁和横梁上设有太阳能电池板；主梁与横梁连接；主梁的上方设有主控箱，后方与操纵舵相连；主控箱中部放置绞车及抽水泵，中部两端分别设有控制设备室和水样仓；水样仓与抽水泵连接；控制设备室设有控制设备；拖缆一端缠绕在绞车上，另一端穿过主控箱和主梁与拖曳体相连；拖缆为中空结构的钢质缆绳，中空中设有输电线和抽水管；抽水管一端连接抽水泵，另一端从拖曳体伸出；输电线一端与压力传感器和监测管道内壁上的传感器分别连接，另一端与控制设备串联；太阳能电池板与蓄电池连接；蓄电池与控制设备连接；控制设备分别与操纵舵、无刷电机推进器、抽水泵和绞车连接。2.根据权利要求1所述的太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，其特征在于，在每个片体上表面设有固定板，纵梁通过支柱与固定板连接。3.根据权利要求1所述的太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，其特征在于，所述的波浪能驱动水翼对称设置在鱼雷型主体的两侧。4.根据权利要求1所述的太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，其特征在于，所述的鱼雷型主体外周间隔设有监测管道；监测管道内壁上安装有化学元素传感器和物理传感器。5.根据权利要求1所述的太阳能与波浪能联合驱动海水采样无人艇，其特征在于，所述的纵梁为12根、横梁为8根、支柱为16根，纵梁、横梁、主梁和支柱焊接在一起形成框架结构，并通过支柱下端的固定板利用螺栓与左右两侧片体相连接；框架结构中间形成的空档，空档上安装太阳能电池板。6.根据权利要求1所述的太阳能与波浪能联合驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁严，吴家鸣，陈宇庆，张仕华，李润锋，张鸣阳，陈锐东，罗鹿鸣，范书华，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州市顺海造船有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44