一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，包括无人艇体刚柔复合鳍结构，操推及控制系统，自主抛投系统，喷洒系统及水质监测系统。无人艇体由两个完全相同的艇体由箱型结构连接桥连接在一起以及箱型结构上方两个T形机翼组成，两个T形机翼均由立柱与箱型结构连接桥连接，该无人艇体的两个艇体的外侧设置有三对刚柔复合鳍，内侧设置一对刚柔复合鳍；无人艇体的箱型结构连接桥上方布置有自主抛投系统和喷洒系统，可对养殖区域进行准确的抛食及对养殖环境的保护。本发明专利技术充分利用双体船的稳性、适航性好、甲板布置面积大的优点，自主投食时，可平稳、灵活、快速地到达养殖区域，根据不同需求定时定量开展投食作业，实现水产质量最优化。质量最优化。质量最优化。

【技术实现步骤摘要】
一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇及其设计方法


[0001]本专利技术涉及一种双体无人艇，尤其是涉及一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇及其设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，政府倡导将科学技术应用到农业生产中，这一举措引起了很大的反响，促使大批研究人员投入到农业科技建设中。水产养殖在农业生产中占有很大的比重，其中在水产养殖过程中充当着重要角色的是人，经常需要通过繁重的体力劳动来确定养殖过程不出差错，而将无人艇应用在水产养殖中，根据不同需要赋予其不同的功能，可以有效降低养殖人员的工作强度，提高养殖效益。
[0003]但是，现有的养殖无人船功能比较单一，只能代替人工进行饲料投喂，而且投料方式也都基本是平铺式随机投放，并没有考虑区域养殖物的密度。而且目前无人艇作业自动化程度不高，对养殖人员自身操作熟练性的要求较高。此外，在海上多区域养殖时，不能快速到达养殖区域，导致工作时长变长，也会浪费人力物力。因此，设计研发一种综合性强的养殖无人艇是很有必要的。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，减轻人力的负担，克服技术中存在的不足，能够灵活地对需要抛洒的区域进行抛投，对于不同区域的物种进行不同的抛投，高效环保，保护水域环境。并提供了其设计方法。
[0005]技术方案：一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，包括无人艇体、刚柔复合鳍结构、操推机构、控制系统、自主抛投系统、喷洒系统以及水质监测系统，无人艇体的相对两侧的下部分别间隔安装有多个刚柔复合鳍结构，操推机构在无人艇体相对两侧的尾部分别安装有一个，自主抛投系统安装于无人艇体顶部并靠近其首端，喷洒系统安装于无人艇体顶部并靠近其尾端，控制系统、水质监测系统分别安装于无人艇体上，刚柔复合鳍结构、操推机构、喷洒系统分别与控制系统信号连接。
[0006]进一步的，无人艇体包括艇体本体、连接甲板、T形机翼一、T形机翼二、第一立柱、第二立柱，艇体本体平行间隔设有两个，连接甲板设置于两个艇体本体之间并分别与两者的上部连接，T形机翼一通过第一立柱安装于连接甲板上并靠近其首部，T形机翼二通过第二立柱安装于连接甲板上并靠近其尾部，自主抛投系统设置于T形机翼一上，第一立柱内设有升降机构一，升降机构一穿设于T形机翼一并与自主抛投系统连接，第二立柱内设有升降机构二，升降机构二穿设于T形机翼二并与喷洒系统连接，两个艇体本体的外侧面上分别沿其长度方向讲个安装有多个刚柔复合鳍结构，内侧面的中部安装有一个刚柔复合鳍结构，操推机构安装于艇体本体的尾部，水质监测系统安装于连接甲板内。
[0007]最佳的，无人艇体总长为21～46m，长宽比为1.5～3.2，设计航速为13～18kn，艇体本体的外侧壁面为垂直面，连接甲板为外轮廓呈流线型的箱型结构并关于纵剖面线对称，
连接甲板与艇体本体通过刚性连接固定，T形机翼二的几何尺寸为T形机翼一的1.5～2倍，第一立柱长度为无人艇体总长的1/7～1/6倍，宽为其自身长度的1/3～1/2倍，高度为其自身长度的1.5～2倍，第二立柱长度为无人艇体总长的1/8～1/6倍，宽为其自身长度的1/4～1/3倍，高度为其自身长度的2～3倍。
[0008]进一步的，刚柔复合鳍结构包括水平翼、刚性翼、薄片、柔性翼，水平翼的一侧面固定于无人艇体上，刚性翼与水平翼的相对另一侧面的上部固定，柔性翼通过薄片安装于刚性翼的尾部，薄片为半钢半柔型，钢性部分与刚性翼连接，柔性部分与柔性翼连接，三者构成刚柔复合鳍，刚柔复合鳍结构设置于无人艇体的两侧的吃水线以下；水平翼纵剖面方向为对称翼型，弦长为刚性翼弦长的0.4～0.5倍，高度为无人艇体长度的6～10％，刚柔复合鳍水平剖面方向和纵剖面方向均为对称翼型，弦长为无人艇体长度的1/13～1/12；柔性翼长度占刚柔复合鳍的1/4～1/3。
[0009]进一步的，操推机构包括电机、螺旋桨、传动轴，电机安装于无人艇体内并靠近其尾部，传动轴的一端通过联轴器与电机相连接，另一端伸出艇外，螺旋桨与传动轴的伸出端连接，电机与控制系统信号连接。
[0010]进一步的，控制系统包括控制器、能源舱、毫米波雷达、声波测距仪、吊舱、摄像头、太阳能板，控制器、能源舱、太阳能板均布置于无人艇体上部的中心处，毫米波雷达安装于无人艇体首端上部的中心处，声波测距仪在无人艇体的周向间隔安装有多个，摄像头在无人艇体上部的首尾处分别设有一个，吊舱安装于于无人艇体的前端，太阳能板与能源舱连接，操推机构通过能源舱与控制器连接。
[0011]进一步的，自主抛投系统包括齿轮结构、饲料储存舱、齿轮电机、抛食通道，饲料储存舱的底部设有抛食通道，齿轮结构设于抛食通道一端口处，齿轮结构包括主动齿轮、齿条、弹簧和弹桶，主动齿轮为半齿结构，与齿轮电机连接，弹簧一端固定，另一端和弹桶连接呈一直线，弹桶的外侧面上固定有齿条并与抛食通道呈一水平线，齿条与主动齿轮啮合。
[0012]最佳的，喷洒系统包括喷头、输液管道、液体储存室及加压装置，输液管道的一端通过加压装置与液体储存室连通，另一端安装喷头，喷头为莲蓬状结构，其靠外的二分之一面上设有多个喷洒孔。
[0013]最佳的，水质监测系统包括PH传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器，均安装于无人艇体内。
[0014]一种如上述的具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇的设计方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一：设计变量；
[0016]设计变量包括螺旋桨直径D
P
和转速N、盘面比A
e
/A
o
、螺距比P
DP
、设计水线总宽B1,上建的顶层与底层长度比值β
L1
、上建的底层与船长的比值β
L2
、上建宽度与船宽的比值β
Ba
、吃水与型深比值d/D2、设计航速V、吃水d、重心垂向位置与型深比值δ
ZD
、片体横向间距b、顶层上建的高度H1,底层上建的高度H2，主、片体的方形系数C
B
、菱形系数C
P
、设计水线面系数C
WP
、浮心纵向位置L
cb
、排水量D
m
、湿面积S、船长L以及型宽B、水平翼面积S1、刚柔复合鳍弦长L2、鳍面积S2。
[0017]步骤二：总目标函数确定；
[0018]采用多目标优化设计对无人双体船进行优化，深度的考量了双体无人艇的快速性和操纵性，通过幂指数的乘积组合将这些子目标函数变成总目标函数，公式如下：
[0019]D(x)＝W1(x)
α1
*W2(x)
α2
；
[0020]其中，中
α1
代表快速性的权重；
α2
代表操纵性的权重；
[0021]步骤三：构建优化的子目标函数；
[0022]通过海军系数用于估计船舶主机的功率和航行速度，或比较同类型船舶的快速性系数，参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：包括无人艇体(1)、刚柔复合鳍结构(2)、操推机构、控制系统(3)、自主抛投系统(4)、喷洒系统(5)以及水质监测系统(6)，无人艇体(1)的相对两侧的下部分别间隔安装有多个刚柔复合鳍结构(2)，操推机构在无人艇体(1)相对两侧的尾部分别安装有一个，自主抛投系统(4)安装于无人艇体(1)顶部并靠近其首端，喷洒系统(5)安装于无人艇体(1)顶部并靠近其尾端，控制系统(3)、水质监测系统(6)分别安装于无人艇体(1)上，刚柔复合鳍结构(2)、操推机构、喷洒系统(5)分别与控制系统(3)信号连接。2.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：无人艇体(1)包括艇体本体(1
‑
1)、连接甲板(1
‑
2)、T形机翼一(1
‑
3)、T形机翼二(1
‑
4)、第一立柱(1
‑
5)、第二立柱(1
‑
6)，艇体本体(1
‑
1)平行间隔设有两个，连接甲板(1
‑
2)设置于两个艇体本体(1
‑
1)之间并分别与两者的上部连接，T形机翼一(1
‑
3)通过第一立柱(1
‑
5)安装于连接甲板(1
‑
2)上并靠近其首部，T形机翼二(1
‑
4)通过第二立柱(1
‑
6)安装于连接甲板(1
‑
2)上并靠近其尾部，自主抛投系统(4)设置于T形机翼一(1
‑
3)上，第一立柱(1
‑
5)内设有升降机构一(1
‑
51)，升降机构一(1
‑
51)穿设于T形机翼一(1
‑
3)并与自主抛投系统(4)连接，第二立柱(1
‑
6)内设有升降机构二(1
‑
61)，升降机构二(1
‑
61)穿设于T形机翼二(1
‑
4)并与喷洒系统(5)连接，两个艇体本体(1
‑
1)的外侧面上分别沿其长度方向讲个安装有多个刚柔复合鳍结构(2)，内侧面的中部安装有一个刚柔复合鳍结构(2)，操推机构安装于艇体本体(1
‑
1)的尾部，水质监测系统(6)安装于连接甲板(1
‑
2)内。3.根据权利要求2所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：无人艇体(1)总长为21～46m，长宽比为1.5～3.2，设计航速为13～18kn，艇体本体(1
‑
1)的外侧壁面为垂直面，连接甲板(1
‑
2)为外轮廓呈流线型的箱型结构并关于纵剖面线对称，连接甲板(1
‑
2)与艇体本体(1
‑
1)通过刚性连接固定，T形机翼二(1
‑
4)的几何尺寸为T形机翼一(1
‑
3)的1.5～2倍，第一立柱(1
‑
5)长度为无人艇体(1)总长的1/7～1/6倍，宽为其自身长度的1/3～1/2倍，高度为其自身长度的1.5～2倍，第二立柱(1
‑
6)长度为无人艇体(1)总长的1/8～1/6倍，宽为其自身长度的1/4～1/3倍，高度为其自身长度的2～3倍。4.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：刚柔复合鳍结构(2)包括水平翼(2
‑
1)、刚性翼(2
‑
2)、薄片(2
‑
3)、柔性翼(2
‑
4)，水平翼(2
‑
1)的一侧面固定于无人艇体(1)上，刚性翼(2
‑
2)与水平翼(2
‑
1)的相对另一侧面的上部固定，柔性翼(2
‑
4)通过薄片(2
‑
3)安装于刚性翼(2
‑
2)的尾部，薄片(2
‑
3)为半钢半柔型，钢性部分与刚性翼(2
‑
2)连接，柔性部分与柔性翼(2
‑
4)连接，三者构成刚柔复合鳍，刚柔复合鳍结构(2)设置于无人艇体(1)的两侧的吃水线以下；水平翼(2
‑
1)纵剖面方向为对称翼型，弦长为刚性翼(2
‑
2)弦长的0.4～0.5倍，高度为无人艇体(1)长度的6～10％，刚柔复合鳍水平剖面方向和纵剖面方向均为对称翼型，弦长为无人艇体(1)长度的1/13～1/12；柔性翼(2
‑
4)长度占刚柔复合鳍的1/4～1/3。5.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：操推机构包括电机(3
‑
5)、螺旋桨(3
‑
6)、传动轴(3
‑
9)，电机(3
‑
5)安装于无人艇体(1)内并靠近其尾部，传动轴(3
‑
9)的一端通过联轴器与电机(3
‑
5)相连接，另一端伸出艇外，螺旋桨(3
‑
6)与传动轴(3
‑
9)的伸出端连接，电机(3
‑
5)与控制系统(3)信号连接。6.根据权利要求1所述的一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇，其特征在于：控制
系统(3)包括控制器(3
‑
1)、能源舱(3
‑
2)、毫米波雷达(3
‑
3)、声波测距仪(3
‑
4)、吊舱(3
‑
7)、摄像头(3
‑
8)、太阳能板(3
‑
10)，控制器(3
‑
1)、能源舱(3
‑
2)、太阳能板(3
‑
10)均布置于无人艇体(1)上部的中心处，毫米波雷达(3
‑
3)安装于无人艇体(1)首端上部的中心处，声波测距仪(3
‑
4)在无人艇体(1)的周向间隔安装有多个，摄像头(3
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟，李帅，杨松林，罗广恩，李曼，靖书红，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：