水面无人艇混合动力串联式推进系统及切换控制方法技术方案

本发明专利技术涉及水面无人艇混合动力串联式推进系统及切换控制方法，该推进系统包括推进装置和推进监控系统，推进装置采用串联方式布置实现传动连接，包括自船艏至船艉方向依次设置的柴油机、齿轮箱、电机、推力轴承、轴系及螺旋桨；推进监控系统，包括中央监控站、控制箱、功率管理系统。本发明专利技术推进系统使无人艇兼顾高低航速要求，实现在高速工况下采用柴油机作为动力源推进，在低速工况下采用电机作为动力源推进，满足长时间保持低速航行的要求；推进监控系统自动对柴油机、推进电机及齿轮箱进行控制，实现推进模式的切换，简化了远程控制台控制的复杂程度，避免通信延迟对推进模式切换带来的不利影响，提高了无人艇推进模式状态切换的效率。的效率。的效率。

【技术实现步骤摘要】
水面无人艇混合动力串联式推进系统及切换控制方法


[0001]本专利技术涉及水面无人艇推进
，尤其是一种水面无人艇混合动力串联式推进系统及切换控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着通信技术和人工智能技术的发展，水面无人艇在民用领域得到快速发展。由于水面无人艇可以搭载多种不同的载荷，在许多方面都有广泛的应用，如海洋环境调查、巡逻监控及海上搜救等。
[0003]水面无人艇设计航速一般较高(通常在27节以上)，受到吨位和空间的限制，一般都采用高速机柴油机，其具有最低稳定转速(约600
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700转/分)，低于该转速柴油机无法正常工作。对于采用定距桨作为推进器的无人艇来说，即便高速机柴油机在最低稳定转速下，航速通常也在10节以上，难以保持6节以下的稳定航速。
[0004]另外柴电混合动力形式在水面无人艇方面应用较少，在艇上无人情况下柴油机推进和电力推进的切换控制方法也较少。推进模式切换控制涉及多个设备，如果通过远程控制台进行操纵，无人艇在水面航行时远距离的通信延迟会对推进模式切换产生不利影响。

技术实现思路

[0005]本申请人针对上述现有技术中的缺点，提供一种水面无人艇混合动力串联式推进系统及切换控制方法，从而使无人艇兼顾高低航速要求，实现在高速工况下采用柴油机作为动力源推进，在低速工况下采用电机作为动力源推进，满足长时间保持低速航行的要求。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种水面无人艇混合动力串联式推进系统，包括：r/>[0008]推进装置，采用串联方式布置实现传动连接，包括自船艏至船艉方向依次设置的柴油机、齿轮箱、电机、推力轴承、轴系及螺旋桨；所述电机内设置有电机转轴，所述推力轴承的输出端与轴系机械连接，所述轴系与螺旋桨机械连接；所述电机连接变频器，变频器连接配电板；
[0009]推进监控系统，包括中央监控站、控制箱、功率管理系统；所述控制箱与柴油机、齿轮箱、电机信号连接，所述功率管理系统配置在配电板上，所述中央监控站与控制箱、功率管理系统连接。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进：
[0011]所述柴油机的输出端通过联轴器与齿轮箱的输入端机械连接，所述齿轮箱的输出端与电机转轴机械连接，所述电机转轴与推力轴承的输入端机械连接。
[0012]所述柴油机位于机脚处设置有减振器，所述减振器与艇体的结构基座连接，所述齿轮箱、电机、推力轴承的机脚与艇体的结构基座刚性连接。
[0013]所述电机转轴一端与齿轮箱传动连接，另一端通过推力轴承和轴系传动连接；
[0014]所述电机内部设置有传动轴轴承，在电机不工作情况下，电机转轴跟随轴系、齿轮
箱转动，电机转轴起到传动连接的作用。
[0015]所述齿轮箱为减速齿轮箱，具有两个离合器，分别设置在齿轮箱的输入端和输出端，两个离合器分别单独控制进行脱排和合排，输入端离合器用于控制轴系的正转和反转，输出端离合器主要用于电力推进和柴油机推进的切换。
[0016]所述推进监控系统还包括电子调速系统、变频器及电磁阀；所述控制箱分别与电子调速系统、变频器及电磁阀连接；
[0017]所述电子调速系统用于控制柴油机的启动、停止及转速，所述变频器与电机连接，所述变频器内配置驱动控制单元，所述驱动控制单元用于控制电机的启动、停止及转速，通过电磁阀的开闭控制离合器的脱排和合排。
[0018]所述功率管理系统具备自动模式和半自动模式，在自动模式下，功率管理系统根据电力推进负荷自动实现发电机组自动启动、投入和并联运行、发电机组自动解列和停机；在半自动模式下，中央监控站能够通过功率管理系统对发电机组进行管理。
[0019]所述推进装置为2套，2套推进装置分别设置在左舷、右舷上，左舷和右舷上的推进装置完全独立，当一舷推进装置发生故障，不影响另一舷推进装置正常工作；
[0020]所述控制箱包括第一控制箱和第二控制箱，第一控制箱和第二控制箱分别对应2套推进装置，且在控制上完全独立，互不影响。
[0021]上述水面无人艇混合动力串联式推进系统的切换控制方法，在高速工况下(航速大于12节或者柴油机转速大于700rpm)，柴油机作为动力源，柴油机经齿轮箱去驱动轴系和螺旋桨转动，此时电机转轴跟随轴系转动，起到传动连接的作用，电机不工作；
[0022]在低速工况下(航速在12节以下或者柴油机转速在600～700rpm之间)，电机作为动力源，电机驱动轴系和螺旋桨转动，此时齿轮箱输出端的离合器脱排，柴油机和齿轮箱不工作。
[0023]在由柴油机推进转换为电力推进时，柴油机首先降速至怠速(转速在600～700rpm之间)，通过变频器内配置驱动控制单元(DCU)的功率模式使柴油机和电机进行短时并车，然后齿轮箱输出端的离合器脱排，轴系由电机驱动；
[0024]在由电力推进转换为柴油机推进时，柴油机首先启动运行至怠速(转速在600～700rpm之间)，变频器内配置的驱动控制单元(DCU)停止对电机的控制，使齿轮箱输出端自由减速，然后齿轮箱输出端的离合器合排，轴系由柴油机驱动。
[0025]本专利技术的有益效果如下：
[0026]本专利技术推进系统使无人艇兼顾高低航速要求，实现在高速工况下采用柴油机作为动力源推进，在低速工况下采用电机作为动力源推进，满足长时间保持低速航行的要求。本专利技术切换控制方法，由推进监控系统自动对柴油机、推进电机及齿轮箱进行控制，实现启动、加速、减速、停机、脱排及合排等控制，进而实现推进模式的切换，简化了远程控制台控制的复杂程度，避免通信延迟对推进模式切换带来的不利影响，提高了无人艇推进模式状态切换的效率。
[0027]本专利技术还包括如下优点：
[0028](1)本专利技术在低速工况下(航速在12节以下或者柴油机转速在600～700rpm之间)，推进电机替代柴油机作为动力源，减速齿轮箱不参与扭矩的传递，不仅增加了无人艇的续航力，而且减小了船体振动，可大幅降低推进系统的振动噪声。
[0029](2)本专利技术推进模式切换控制方法，使无人艇可以根据艇基自主航行系统的控制指令实现不同推进模式之间的状态切换，提高了推进模式切换的自动化水平。
附图说明
[0030]图1为本专利技术中推进装置的结构示意图。
[0031]图2为本专利技术中推进监控系统的组成示意图。
[0032]图3为本专利技术柴油机推进模式下的工作状态图(线框内的设备运行，线框外的设备不运行)。
[0033]图4为本专利技术电力推进模式下的工作状态图(线框内的设备运行，线框外的设备不运行)。
[0034]其中：10、柴油机；20、联轴器；30、齿轮箱；40、电机；41、电机转轴；50、推力轴承；60、轴系；70、螺旋桨。
具体实施方式
[0035]下面结合附图，说明本专利技术的具体实施方式。
[0036]如图1和2所示，本实施例的水面无人艇混合动力串联式推进系统，包括推进装置和推进监控系统；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水面无人艇混合动力串联式推进系统，其特征在于，包括：推进装置，采用串联方式布置实现传动连接，包括自船艏至船艉方向依次设置的柴油机(10)、齿轮箱(30)、电机(40)、推力轴承(50)、轴系(60)及螺旋桨(70)；所述电机(40)内设置有电机转轴(41)，所述推力轴承(50)的输出端与轴系(60)机械连接，所述轴系(60)与螺旋桨(70)机械连接；所述电机(40)连接变频器，变频器连接配电板；推进监控系统，包括中央监控站、控制箱、功率管理系统；所述控制箱与柴油机(10)、齿轮箱(30)、电机(40)信号连接，所述功率管理系统配置在配电板上，所述中央监控站与控制箱、功率管理系统连接。2.如权利要求1所述的水面无人艇混合动力串联式推进系统，其特征在于，所述柴油机(10)的输出端通过联轴器(20)与齿轮箱(30)的输入端机械连接，所述齿轮箱(30)的输出端与电机转轴(41)机械连接，所述电机转轴(41)与推力轴承(50)的输入端机械连接。3.如权利要求1所述的水面无人艇混合动力串联式推进系统，其特征在于，所述柴油机(10)位于机脚处设置有减振器，所述减振器与艇体的结构基座连接，所述齿轮箱(30)、电机(40)、推力轴承(50)的机脚与艇体的结构基座刚性连接。4.如权利要求1所述的水面无人艇混合动力串联式推进系统，其特征在于，所述电机转轴(41)一端与齿轮箱(30)传动连接，另一端通过推力轴承(50)和轴系(60)传动连接；所述电机(40)内部设置有传动轴轴承，在电机(40)不工作情况下，电机转轴(41)跟随轴系(60)、齿轮箱(30)转动。5.如权利要求1所述的水面无人艇混合动力串联式推进系统，其特征在于，所述齿轮箱(30)为减速齿轮箱，具有两个离合器，分别设置在齿轮箱(30)的输入端和输出端，两个离合器分别单独控制进行脱排和合排，输入端离合器用于控制轴系(60)的正转和反转，输出端离合器主要用于电力推进和柴油机(10)推进的切换。6.如权利要求5所述的水面无人艇混合动力串联式推进系统，其特征在于，所述推进监控系统还包括电子调速系统、变频器及电磁阀；所述控制箱分别与电子调速系统、变频器及电磁阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，杨恩，顾立君，程红蓉，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：