基本信息
- 项目名称：
- 水面多体多用途无人艇研制
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品结合国内外无人艇以及多体船的相关研究，设计了这种全新概念的水面多体多用无人艇。多体无人水面艇采用模块化结构， 通过更换任务模块可执行不同使命，而且多体无人艇具有较高的负载能力、良好的平台稳定性和更好的航行性能，因而本作品提供了一个多体无人艇的模块化公共平台，便于艇上多功能设备系统的灵活布置和功能实现，拓展了其军民多用途方向的发展。
- 详细介绍：
- 水面无人艇近些年逐渐得到世界各国的重视与发展，但大多数水面高速无人艇都采用刚性充气艇艇型，而多体船具有更好的航行性能以适应无人艇的发展。本作品构造了一型快速性、稳性和适航性等综合性能优良的复合三体无人艇型，其搭建的多体无人艇的模块化公共平台，便于艇上多功能设备系统的灵活布置和功能实现，拓展了其军民多用途方向的发展。本作品设计的具有系统辨识功能的自控船模数据采集与分析系统，以及在此基础上开发的相应运动模式识别软件，再通过利用系统辨识方法对试验采集的数据进行分析，证明了本项目船模适用于试验研究，为多体船以及高性能船在综合航行性能研究方面提供了一种高效的新型试验手段。通过实验及相关研究表明：多体无人艇的技术特点较普通无人艇具有更好的发展前途，多体无人艇具有更好的航行性能，尤其是在无人艇的多用途拓展上发展潜力十分巨大。因而无论是从科研角度，还是从市场角度，水面多体多用途无人艇都将改变现有无人艇的发展局面，并以自己的优势为国内外水面高速无人艇系统带来一次全新的技术革命。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计目的：顺应智能化、无人化的发展趋势，满足我国不同战术需求下无人艇平台技术的需要；同时产生好的经济效益，提供无人艇多用途平台，多重配置，满足军民两用。 基本思路：1 采用综合评价和现代优化技术,优化设计一型复合三体船船型作为无人艇船型，完成船体的制作； 2．设计和组装基于可编程控制器的推进及其控制系统和操纵及其控制系统；3．配置定位系统和数据采集系统； 创新点：1、基于现代优化技术，提出了一型具有防飞溅艏鳍的复合三体无人艇型，提供了一个多体无人艇的模块化公共平台，便于艇上多功能设备系统的灵活布置和功能实现； 2、基于自控自航船模及其船载数据采集系统的多体船或其它船风浪中阻力特性、推进特性、操纵性、耐波性及前述两种以上性能耦合特性等分析系统； 3、基于复合三体无人艇优良自主导航系统（以PAC为中心的GPS、舵及其控制系统和推进及其系统等系统的闭环集中控制）。 技术关键：1多体船船型和复合多体船船型优化设计技术； 2 基于自控自航船模及其船载数据采集系统的多体船或其它船性能分析技术； 3 基于三体船船型和复合多体船船型的无人艇优良综合航行性能的保持技术； 4 自主导航技术。 主要技术指标： 1 艇长为2.5-3.5米;2 最大航速不小于3米/秒; 3 相对回转直径小于6; 4 具有船体推进、操纵和摇荡等运动数据自动采集及其运动模式辨识系统; 5 具有自控操纵和推进系统;6 具有定位系统及集控自主航行系统。
科学性、先进性
- 先进性分析： 与现有无人艇技术相比较，本项目构造了一型快速性、稳性和适航性等综合性能优良的复合三体无人艇型及其优化设计方法（此类无人艇型及其设计技术，目前国内外未见报道），利用PAC控制中心完成接受和发送指令，实现无人艇的规划航线自主航行。 项目组设计制作的具有系统辨识功能的自控船模数据采集与分析系统，是一种适合于多体船或其它船在风浪中阻力特性、推进特性、操纵性、耐波性以及复杂海况下的船舶摇荡及前述两种以上性能耦合特性研究的试验平台。（此类试验平台和试验技术及其数据处理方法，目前国内外未见报道） 本作品多体多用途无人艇采用模块化设计结构，多种配置，拓展了其军民多用途领域。详细分析见研究报告中。 无论是各种民用还是作为不同军事用途，仅需以此船型为基础，放大2-5倍既为实艇平台，基于相似理论，根据相似关系就可将各种实验数据用于实艇设计。如果及时作为军用无人艇，那将填补国内此类艇的空白、大大缩短与国外发达国家的差距，预计此类艇的国内近5至10年的需求达10至20亿元人民币。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年6月18日在某校对该项目进行了现场技术鉴定，以中国人民解放军镇江船艇学院资深船艇专家张干教授为主任委员的鉴定专家组一致认为：在项目研究中,(1)“基于现代优化技术，提出了一型具有防飞溅艏鳍的复合三体无人艇型，提供了一个多体无人艇的模块化公共平台，便于艇上多功能设备系统的灵活布置和功能实现”；(2)“基于自控自航船模及其船载数据采集系统的多体船或其它船风浪中阻力特性、推进特性、操纵性、耐波性及前述两种以上性能耦合特性等分析系统”；(3)“基于复合三体无人艇优良自主导航系统（以PAC为中心的GPS、舵及其控制系统和推进及其系统等系统的闭环集中控制”。上述三方面达到国内领先、国际先进水平。并建议课题组继续深入研究，根据实际需求，尽快完成各类用途的水面无人艇的设计、制造并投入使用，为国家的经济和国防建设作出贡献！
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术培训、技术指导和合作设计制造
作品可展示的形式
- ■实物 ■磁盘 ■现场演示 ■图片 ■录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品技术特点及优势： 1、基于复合三体船船型的多用途无人艇，综合航行性能优秀； 2、模块化无人艇平台用途广泛，发展前景巨大，综合技术性能好； 3、使用基于最优化的系统辨识新方法，提高了无人艇的运动性能。 市场分析与经济效益预测： 产品功能特点突出，构造了多用途无人艇平台，适合多重任务模块构建搭载，拓展了军民用途，市场前景广阔，经济效益会比较好。
同类课题研究水平概述
- 国外发展现状和趋势 智能水面无人艇较水下机器人、无人飞机、陆地机器人等的研发起步晚,但是发展迅速,目前已有多种水面无人艇开始应用于军事领域。以美国为代表的西方国家已将其列为重要的发展方向。典型的水面无人艇为美国的“斯巴达侦察兵”( Spartan Scout) 。其先期技术概念演示项目启动于2002年,目前已有多艘试验艇从技术上已达到了无人自主控制能力,并根据需求按模块化方式更替任务模块。目前能够完成ISR、兵力保护、精确打击、反潜等任务。除此之外，以色列、法国等在无人艇的研究上也卓有成效。但各国基本上都是采用模块化设计，根据任务要求配备不同的装备，通过遥控、制定程序和无人智能等方式完成指定的任务，少数国家已经达到了实用阶段。而且大多数水面高速无人艇都采用刚性充气艇艇型。 国内发展现状与趋势 在水面高速无人艇方面的研究目前国内还处于起步阶段。根据相关记载，相似的研究如下：1972年中华造船厂曾经建造了一艘无人遥控扫雷艇，但其技术早已经落伍。2002年我国北方某基地装备部通信修理厂将一艘退役导弹快艇改装为无人遥控靶船，通过远距离遥控指挥，实现对靶船航速、航向、灯光信号识别等要素的战术控制。目前从所见报道分析，我国对水面无人舰艇尚未进行系统的研究，还停留在对现有舰艇改装为遥控艇完成靶船任务的阶段，在真正意义上的自主航行的无人艇方面，与欧美有着非常明显的差距。为实践“科技奥运”理念、服务奥帆赛气象保障任务，08年沈阳航天新光集团与中国气象局大气探测技术中心共同研发出“天象一号”无人船。天象一号”无人船总长6.5米，船体用碳纤维制成，应用有包括智能驾驶、雷达搜索、卫星应用、图像处理与传输等诸多国际前沿技术，科技含量非常高。无人船驾驶有两种方式，一种是人工遥控，另一种为自动驾驶——可按预定航线行驶，如途中遇到障碍物可通过目标搜索识别系统和处理系统进行避让航行。
