一種海洋可再生能源驅動的無人船制造技術

本發明專利技術涉及一種海洋可再生能源驅動的無人船。包括由甲板和船底構成的船體、三角帆、桅桿、船體內的控制與導航系統、電源和波浪驅動裝置，其特征在于上述的船體的內部還包括有固定在甲板之下重塊、固定在船底上的浮體以及重塊與浮體之間有彈簧支撐，且船體是由甲板、船底與左側軟板、右側軟板、后側軟板構成的一個類皮囊狀、楔形船體，所述的左側軟板、右側軟板和后側軟板是能夠彎曲變形的軟的彈性片體，并在甲板上設置太陽能電池板。充分利用太陽能、風能和波浪能，具有普適性，且清潔持久與長續航能力，解決了無人船續航時間短的問題，可用于長期海洋監測。其結構合理緊湊、成本低，也解決了大船無法進入海域的相關海洋測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種海洋可再生能源驅動的無人船，該無人船的驅動能源為波浪能、風能和太陽能，可作為一種海洋監測的傳感器集成運動平臺。
技術介紹
在海洋監測領域，無人船是一種新型的搭載平臺，其以小型船舶為基礎，具有控制與導航能力，可搭載多種海洋測量傳感器，以遙控、自主的工作方式，完成對用戶感興趣區域的相關海洋測量，可用于港口、污染海域、島礁周邊等區域的多種要素同步測量，也可完成大范圍海洋現場監測、取樣和遙感現場定標等任務，有效減少人力，提高測量效率。無人船通常可分為船體、驅動、能源、控制與導航系統、傳感器等部分。現階段絕大部分無人船使用燃油和電池作為能源，續航能力有限，這嚴重地限制了其長期性的海洋測量能力。雖然目前可利用的海洋可再生能源主要有潮汐、波浪、溫差、鹽度梯度、海流、風能、太陽能等，但現階段并非所有能源都可以作為驅動無人船的能源。例如，潮汐能發電比較成熟，但其裝置巨大且固定位置，并不適合用作無人船的能源；溫差能利用不同水層溫差作為能源，但航行于海表面的無人船并不適用；利用鹽度梯度發電是一種先進技術，但離實際應用還比較遠；海流能很大程度上受限于位置，轉化裝置也難以用于無人船。通過分析這些海洋可再生能源轉化裝置的特點和技術要求，表明目前可能適用于無人船的海洋可再生能源主要是波浪能、風能和太陽能。因此如何將這三種海洋可再生能源應用于驅動無人船，構建一個具有長續航能力的無人船是非常必要的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提 供一種海洋可再生能源驅動的無人船，使用波浪能、風能和太陽能，以提高無人船的續航能力，彌補現有無人船無法用于長期海洋測量的不足。在波浪驅動船舶方面，波浪直接轉化為機械動力，已經有100多年的發展歷史，通常是利用彈簧或彈性板將波浪能轉化為驅動板的彈性勢能，進而以“踢水”的方式，驅動船體前進。對于風能，通常以風帆的形式驅動船舶。太陽能通常作為船舶的充電來源。本專利技術以波浪能驅動無人船，是通過合理設計船體，采用一種類皮囊狀、楔形船體的形式，利用波浪實現船體支撐與壓縮而實現吸水與噴水，利用噴水的水動力驅動無人船。對于風能和太陽能，將風帆和太陽能板合二為一。本專利技術的波浪驅動裝置是一個包括船底前部設有的一個入水口，后側軟板設有兩個出水口的類皮囊狀、楔形船體，以噴水的方式為無人船提供前進動力。甲板和船底呈等腰三角形，甲板和船底的腰長與底邊的比例均大于1.5而小于2，底邊長范圍為1-1.5米，腰長范圍為1.5-3米，船體的高度范圍為0.3-0.5米。本專利技術的左側軟板、右側軟板和后側軟板是橡膠片或PVC板。本專利技術的甲板和船底是由玻璃鋼或不銹鋼板構成。本專利技術的船體呈中空狀態，船體內重物固定于甲板之下，浮體固定于船底之上，重物和浮體之間有彈簧連接。船底前部設有一個入水口，船尾設有兩個出水口，形成一個類似風箱的吸水噴水的楔形船體，以吸水噴水的方式為無人船提供前進動力。當存在波浪時，在船體下降過程中，彈簧將支撐起船體，完成船體吸水。當船體下落至海表面，重物起到壓縮船體的作用，完成船體噴水。浮體的作用是為無人船提供浮力。出水口和進水口為圓形，考慮噴水效率，入水口和進水口的半徑范圍為3-5厘米，兩個出水口對稱分布在船體尾部后側軟板上，以提供對稱的噴水推進力，入水口設置在船底前部，能夠充分完成吸水。所述的船體甲板表面設置有太陽能電池板，吸收太陽能，為無人船的電源供電。所述的船體船底裝有舵，用于改變無人船航行方向。本專利技術的三角帆，材料采用玻璃鋼或鋁板等材料，其表面貼有太陽能電池板，為無人船的電源供電。三角帆作為風帆，可繞其中心的桅桿旋轉，改變三角帆的方向，兼顧太陽直射方向和風向，以風帆形式輔助無人船前進。本專利技術的無人船具有控制與導航功能，能夠自動根據風向、風力和太陽光強度自動調整三角帆方向；能夠控制舵調整無人船的航向，實現無人船沿設定方向前進。本專利技術具有以下優點所述的海洋可再生能源驅動的無人船，使用波浪能、風能和太陽能這三種海洋可再生能源，具有普適性，且清潔持久，能夠在大部分海域應用，使無人船具有長續航能力。本專利技術的皮囊狀、楔形船體，充分利用波浪能實現船體的吸水與噴水，不斷推動無人船前進，原理上不消耗其它能量而實現船體驅動。本專利技術使用裝有太陽能電池板的三角帆，既實現風能利用，又可實現電力吸收，一舉兩得。本專利技術是一種可用于長期海洋監測的平臺，能夠解決目前無人船續航時間短的問題，有利于長期海洋觀測任務的開展。其結構合理緊湊、成本低，也解決了大船無法進入海域的相關海洋測量。附圖說明圖1是本專利技術的無人船主體示意圖；圖2是本專利技術的船體總體結構示意圖(不包括三角帆)；圖3是本專利技術的波浪驅動示意圖；圖4是本專利技術的無人船受波浪作用示意圖。其中，I三角帆，2船體，3桅桿，4彈簧，5重塊，6甲板，7左側軟板，8排水口，9后側軟板，10船底，11浮體，12右側軟板，13入水口，14電源，15控制與導航系統，16波浪驅動裝置，17波浪，18波峰，19波谷，20太陽能電池板具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。如圖1、2，本專利技術包括由甲板6和船底10構成的船體2、三角帆1、桅桿3、船體2內的控制與導航系統15與電源14和波浪驅動裝置16，其特征在于上述的船體2的內部還包括有固定在甲板6之下重塊5、固定在船底10上的浮體11以及重塊5與浮體11之間有彈簧4支撐，且重塊5，彈簧4和浮體11的連線中心與船體重心垂直軸重合，且船體2是由甲板6、船底10與左側軟板7、右側軟板12、后側軟板9構成的一個類皮囊狀、楔形船體，在波浪平靜的情況下，彈簧4能夠支撐起重塊5，使船體2呈支撐狀態。所述的左側軟板7、右側軟板12和后側軟板9是能夠彎曲變形的軟的彈性片體，并在甲板6上放置太陽能電池板。如圖3所示，本專利技術上述的波浪驅動裝置16是一個包括船底10前部設有的一個入水口 13，后側軟板9設有兩個出水口 8，以噴水的方式為無人船提供前進動力。當波浪驅動裝置16由壓縮狀態變為支撐狀態時，水從入水口 13沿箭頭方向進入,船體2內充滿水。當波浪驅動裝置16由支撐狀態變為壓縮狀態時，水從兩個排水口 8沿箭頭方向噴出，形成推進力，推動無人船前進。如圖4，在存在波浪17的情況下，當船體2從波峰18向波谷19下落過程中，由于彈簧4的作用，船體2呈現支撐狀態，水從入水口 13進入，完成吸水過程。當船體下落至波谷19時，由于船體失重，以及重塊5的慣性運動，波浪對船底10的減速作用，完成對船體2的壓縮,如圖4所示，船體2的厚度減小,水從后側軟板9的兩個排水口 8噴出，形成噴水推進，推動無人船前進。當船體2波谷19運動到波峰時，因為波浪的升力和重塊5的作用，船體2將保持擠壓狀態，重新進入下一個吸水噴水周期。如此周而復始，波浪驅動裝置16將利用波浪勢能轉化為流體機械能，作為無人船動力驅動能源。甲板6上也覆蓋有太陽能電池板20，吸收太陽能存儲于電源14。電源14和控制與導航系統15安裝于船底之上，并考慮平衡性，通常對稱安裝于船體內部。電源14和控制與導航系統15安裝于船底之上，并考慮平衡性，通常對稱安裝于船體內部。本專利技術的甲板6和船底10呈等腰三角形，甲板6和船底10的腰長與底邊的比例均大于1. 5而小于2，底邊長范圍為1-1. 5米，腰長范圍為1. 5-3米，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海洋可再生能源驅動的無人船，包括由甲板(6)和船底(10)構成的船體(2)、三角帆(1)、桅桿(3)、船體(2)內的控制與導航系統(15)與電源(14)和波浪驅動裝置(16)，其特征在于上述的船體(2)的內部還包括有固定在甲板(6)之下重塊(5)、固定在船底(10)上的浮體(11)以及重塊(5)與浮體(11)之間有彈簧(4)支撐，且重塊(5)，彈簧(4)和浮體(11)的連線中心與船體重心垂直軸重合，且船體(2)是由甲板(6)、船底(10)與左側軟板(7)、右側軟板(12)、后側軟板(9)構成的一個類皮囊狀、楔形船體，所述的左側軟板(7)、右側軟板(12)和后側軟板(9)是能夠彎曲變形的軟的彈性片體，并在甲板(6)上設置太陽能電池板。

【技術特征摘要】
1.一種海洋可再生能源驅動的無人船，包括由甲板(6)和船底(10)構成的船體(2)、三角帆(1)、桅桿(3)、船體(2)內的控制與導航系統(15)與電源(14)和波浪驅動裝置(16)，其特征在于上述的船體(2)的內部還包括有固定在甲板(6)之下重塊(5)、固定在船底(10)上的浮體(11)以及重塊(5)與浮體(11)之間有彈簧(4)支撐，且重塊(5)，彈簧(4)和浮體(11)的連線中心與船體重心垂直軸重合，且船體(2)是由甲板￠)、船底(10)與左側軟板(X)、右側軟板(12)、后側軟板(9)構成的一個類皮囊狀、楔形船體，所述的左側軟板(7)、右側軟板(12)和后側軟板(9)是能夠彎曲變形的軟的彈性片體，并在甲板(6)上設置太陽能電池板。2.如權利要求1所述的海洋可再生能源驅動的無人船，其特征在于上述的波浪驅動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：金久才，張杰，邵峰，官晟，馬毅，
申請(專利權)人：國家海洋局第一海洋研究所，
類型：發明
國別省市：