一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇制造技术

本发明专利技术是一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，包括艇体、推进系统、监测系统、通信系统、中心控制系统以及电力系统，在艇体上安装有可收放的水翼板；推进系统包括安装在艇体尾部的水下螺旋桨装置、空气推进器以及设于艇体两侧的辅助动力装置；中心控制系统布置于艇体上层建筑内部且中心控制系统与推进系统、监测系统、通信系统以及电力系统连接，分析处理数据信息以下达任务指令。通信系统实时与岸地基站进行数据交换，电力系统为所有设备提供电源，同时搭载太阳能板。本发明专利技术所提供的无人艇能够在极地冰水混合的复杂环境下切换航行姿态，以改善艇体的操纵性、快速性和耐波性，同时能够准确、实时、有效地完成极地海洋环境监测的任务。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇
本专利技术涉及属于无人艇领域，具体涉及一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇。
技术介绍
无人驾驶船最早见于20世纪五六十年代出现的靶艇或扫雷艇，但仅限于在有人平台的遥控范围内进行水面作业。随着卫星定位与通讯技术、自主导航技术以及智能规划和控制技术的进步，作为海面任务平台的无人艇使用范围已拓展至远海区域，甚至南北极地，无人艇根据需要执行不同的任务，使用各种不同的任务模块，携带不同的传感器或执行设备，进而执行海上测绘科考、海上监视侦察、反水雷战、独立或协同进行反潜、反舰等任务。对于现有技术中的无人艇，大多只能在水面航行，由于极地海域大面积被冰层覆盖，这在一定程度上限制无人艇的使用灵活性与应用范围，中国专利CN104626901A公开了一种水冰两栖科考艇，该无人艇在艇身的底部设有一对冰刀和辅助动力装置，采用喷气推进，类似雪橇在冰面航行，但是这种艇体结构在水面航行时，具有较大的航行阻力，且耐波性较差。现有技术中的无人艇处于极地海域时，对艇体结构设计、运动性能预报、极地环境感知、自主控制、系统集成等性能方面提出了更高要求。
技术实现思路
针对上述无人艇及技术的不足问题，本专利技术提供了一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，以适应水面、冰面、雪地、冰水混合的极地复杂海洋环境，满足极地开发的需求。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术是一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，该无人艇包括艇体、推进系统、监测系统、通信系统、中心控制系统以及电力系统；艇体采用一种半槽道滑行艇船体，艇体上安装有可收放的水翼板；推进系统包括安装在船尾的水下螺旋桨、空气推进器以及设于艇体两侧的辅助动力装置；监测系统包括摄像头和传感器阵列；通信系统包括信号发送器、信号接收器，实时与岸地基站传输数据；中心控制系统布置于艇体上层建筑内部，且与推进系统、监测系统、通信系统以及电力系统连接，分析处理数据信息以下达任务指令；电力系统为所有设备提供电源，同时搭载太阳能板，增加无人艇续航时间。本专利技术的进一步改进在于：艇体采用一种改良的半槽道滑行艇线型，艇体底部结构包括一个中心滑行面和两个侧滑行面，中心滑行面以一定大小的横向斜升角过渡到两个侧滑行面，艇体底板中间向内凹陷形成槽道，所艇艏开口呈喇叭形状。本专利技术的进一步改进在于：可收放的水翼板包括V型前水翼板和后水翼板，两个前水翼板对称安装在艇体两侧，两个前水翼板分别通过两个第一液压装置实现收放，可放至艇体1甲板，通过第一液压装置伸缩可以实现前水翼板转动，后水翼板通过第二液压装置进行收放，可嵌入艇体底部收纳舱。本专利技术的进一步改进在于：水下螺旋桨装置包括螺旋桨、支柱、设置在位于艇尾的固定套中的转向机构以及升降机构，螺旋桨与支柱的下端相连接，支柱的上端设置在转向机构的内部，支柱与转向机构的设置方式为：支柱可以在转向机构中上下移动，而支柱与转向机构之间不能相互转动；升降机构为两个液压升降油缸，两个升降液压油缸的一端分别铰接在支柱的两侧，另一端固定在转向机构的底部，转向机构、升降机构实现螺旋桨进行上下伸缩与转向，转向机构设置在位于船尾的固定套中，转向机构沿周向设有三个销支座，其中两个销支座内开有导向孔，锁紧销的一端沿导向孔轴向运动，锁紧销的另一端通过转动连接件与转动轴套转动连接，构成曲柄滑块装置，另一个销支座上安装有驱动油缸，驱动油缸的活塞杆通过转动连接件与转动轴套转动连接，驱动转动轴套旋转，销支座和驱动油缸分别通过固定板安装在艇体上。本专利技术的进一步改进在于：两个空气推进器对称的设置在艇尾，空气推进器包括设于艇体尾部的空气螺旋桨、导流管支架、空气舵以及驱动电机，空气螺旋桨安装在艇尾的导流管支架内，空气舵传动铰接在空气螺旋桨后侧以控制方向，驱动电机带动空气螺旋桨旋转，辅助动力装置包括第三液压装置、驱动马达以及锯齿滚轮,第三液压装置的一端铰接在艇体上，第三液压装置的活塞杆端部为驱动马达，驱动马达的输出轴与锯齿滚轮连接。本专利技术的进一步改进在于：监测系统包括安装在艇艏的传感器阵列、设于上层建筑的用于采集海冰分布情况的红外摄像机，传感器阵列包括但不限于水位传感器、浪流传感器、风速风向传感器、温度传感器、湿度传感器，通信系统包括信号发送器、信号接收器，实时与岸地基站传输数据，电力系统为所有设备提供电源，摄像机用于采集海冰分布情况，监测系统将极地海域的环境信息指标发送给控制系统，分析处理数据并调整无人艇搭载的其它系统的工作，同时可通过通信系统传输信息至岸地基站，对海域进行实时监测。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所提供的无人艇结合了滑行艇速度快和水翼艇耐波性好、兴波小的优点，通过控制系统切换无人艇航行姿态，既可当作水翼艇又可当作滑行艇，可在水面、冰水混合的碎冰区、冰面以及雪地航行。(2)无人艇基于水翼艇航行时，水下螺旋桨推进，适用于水面、冰水混和的碎冰区；水翼航行时艇体离开水面，由安装的可收放水翼板提供升力，同时艇体可以避免与海冰碰撞诱导形成的冰载荷，大大减小航行阻力。(3)无人艇基于滑行艇航行时，喷气推进，适用于冰面和雪地航行；其采用滑行艇线型，艇首为弧形过渡段，艇身为平直段，沿艇体底板中间向内凹陷形成槽道，两侧分布有突起的侧滑行面，在冰面和雪地上航行时由两个侧滑行面支撑整个船体，航行时由于与地面接触面积小，从而大大减小了摩擦阻力，同时采用辅助动力装置可以为无人艇提供一个辅助动力，且还有防止无人艇在冰面打滑的作用。(4)冰水两栖无人艇通过智能航行系统也就是基于控制系统调配推进系统、监测系统、通信系统等工作，可实现极地海域多种恶劣工况环境下航行，扩大环境监测范围。附图说明图1为本专利技术所述两栖无人艇的结构示意图。图2为无人艇底部结构示意图。图3为无人艇的水翼板安装结构示意图。图4为前V型前水翼板结构示意图。图5为无人艇尾部结构示意图。图6为水下螺旋桨结构示意图。图7为无人艇侧面结构示意图。图8为辅助动力装置结构示意图。图9为无人艇首部结构示意图。图10为无人艇水翼航行状态结构示意图。图11为无人艇冰面航行状态结构示意图。其中：1艇体；2推进系统；3监测系统；4通信系统；5控制系统；6电力系统；1-1中心滑行面；1-2侧滑行面；1-3艇艏开口；1-4前水翼板；1-5后水翼板；1-4-1前水翼板的横截面；1-4-2卡槽；1-4-3铰接轴套；1-4-4第一液压装置；1-4-5支座；1-5-1第二液压装置；1-5-2收纳舱；2-1水下螺旋桨；2-2空气推进器；2-2-1空气螺旋桨；2-2-2空气舵；2-2-3导流管支架；2-2-4驱动电机；2-1-1螺旋桨；2-1-2支柱；2-1-3升降机构；2-1-4转向机构；2-1-4-1销支座；2-1-4-2转动连接件；2-1-4-3锁紧销；2-1-4-4转动轴套；2-1-4-5驱动油缸；2-3辅助动力装置；2-3-1第三液压装置；2-3-2驱动马达；2-3-3锯齿滚轮；3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，包括艇体(1)、推进系统(2)、监测系统(3)、通信系统(4)、中心控制系统(5)以及电力系统(6)，其特征在于：/n在所述艇体(1)上安装有可收放的水翼板；/n所述推进系统(2)包括安装在所述艇体(1)尾部的水下螺旋桨装置(2-1)、空气推进器(2-2)以及设于所述艇体(1)两侧的辅助动力装置(2-3)；/n所述中心控制系统(5)布置于所述艇体(1)上层建筑内部且所述中心控制系统(5)与所述推进系统(2)、监测系统(3)、通信系统(4)以及电力系统(6)连接，分析处理数据信息以下达任务指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，包括艇体(1)、推进系统(2)、监测系统(3)、通信系统(4)、中心控制系统(5)以及电力系统(6)，其特征在于：
在所述艇体(1)上安装有可收放的水翼板；
所述推进系统(2)包括安装在所述艇体(1)尾部的水下螺旋桨装置(2-1)、空气推进器(2-2)以及设于所述艇体(1)两侧的辅助动力装置(2-3)；
所述中心控制系统(5)布置于所述艇体(1)上层建筑内部且所述中心控制系统(5)与所述推进系统(2)、监测系统(3)、通信系统(4)以及电力系统(6)连接，分析处理数据信息以下达任务指令。


2.根据权利要求1所述一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，其特征在于：所述艇体(1)采用半槽道滑行艇线型，所述艇体(1)底部结构包括一个中心滑行面(1-1)和两个侧滑行面(1-2)，所述中心滑行面(1-1)以一定大小的横向斜升角过渡到两个所述侧滑行面(1-2)，所述艇体(1)底板中间向内凹陷形成槽道，所述艇体艏部的艇艏开口(1-3)呈喇叭形状。


3.根据权利要求1所述一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，其特征在于：所述可收放的水翼板包括V型前水翼板(1-4)和后水翼板(1-5)，两个所述前水翼板(1-4)对称安装在所述艇体两侧，在所述艇体(1)上设置有第一液压装置(1-4-4)，在所述前水翼板(1-4)上设置有卡槽(1-4-2)，所述第一液压装置(1-4-4)与所述卡槽(1-4-2)铰接，所述前水翼板(1-4)的一端通过轴套(1-3-1)铰接在所述艇体(1)的支座(1-4-5)上，在所述艇体(1)底部设置有收纳舱(1-5-2)，在所述收纳舱(1-5-2)的内部与所述后水翼板(1-5)之间设置有第二液压装置(1-5-1)。


4.根据权利要求1所述一种适用于极地海域的冰水两栖无人艇，其特征在于：所述水下螺旋桨装置(2-1)包括螺旋桨(2-1-1)、支柱(2-1-2)、设置在位于艇尾的固定套中的转向机构(2-1-4)以及升降机构(2-1-3)，所述螺旋桨(2-1-1)与所述支柱(2-1-2)的下端相连接，所述支柱(2-1-2)的上端设置在所述转向机构(2-1-4)的内部且所述支柱(2-1-2)在所述转向机构(2-1-4)中上下移动，所述升降机构(2-1-3)为两个液压升降油缸，两个所述升降液压油缸的一端分别铰接在所述支柱(2-1-2)的两侧，两个所述升降液压油缸的另一端固定在所述转向机构(2-1-4)的底部，所述转向机构(2-1-4)、升降机构(2-1-3)实现所述螺旋桨(2-1-1)进行上下伸缩与转向。


5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志富，周渝凯，石玉云，闫允鹤，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32