基本信息
- 项目名称：
- 水面监测复合三体无人冲翼艇的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品构造了一种集小水线面三体船、水翼艇和冲翼艇三者优良性能于一体的新型高性能复合船型——水面监测复合三体无人冲翼艇，突破了目前国内外只选用刚性充气艇和单体滑行艇作为无人艇平台的局限性。同时开发了其水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）功能和避碰功能，在弥补海洋浮标的缺陷之余，能够大大降低人员成本，可应用于目标监测、水文信息监测、水面巡逻、水面缉私等领域，拥有显著的应用价值和产生好的经济效益。
- 详细介绍：
- 水面环境变化莫测，对船舶和海洋结构物的运营安全影响甚巨。因此实时有效地掌握水面环境显得格外重要。目前水面监测主要使用海洋浮标测量，然而海洋浮标拥有不宜布置、无操纵功能、只能进行单点测量等缺点，亦又有流失之虞。当测量部分海域数据时需计算布置大量的海洋浮标，当更改测量海域的时候，还需要重新计算布置，不仅工作量巨大，经济效益也低。 同时针对目前冲翼艇研究的几点技术难题和障碍，如操纵性问题、波浪中的起降问题和发动机的腐蚀问题等，本作品构造了一型新颖的水面监测复合三体无人冲翼艇可较好地处理了以上几个技术难题和障碍。顺应智能化的高性能船发展趋势，满足一定需求下船舶智能控制技术平台的需求，本作品在提供复合三体无人冲翼艇综合航行性能试验研究的同时，开发了其水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）功能和避碰功能，在弥补海洋浮标的缺陷之余，能够大大降低人员成本，拥有显著的应用价值和产生好的经济效益。 基本思路： 1.针对现有冲翼艇操纵性等问题，项目团队采用综合评价和现代优化技术，优化设计一型复合三体冲翼艇艇型作为无人艇艇型； 2.自主设计和组装基于单片机、可编程控制器、可编程自动控制器等多种智能控制方法的冲翼艇推进及其控制系统和操纵及其控制系统； 3.自主设计基于GPS和三维电子罗盘的定位系统和基于无线传输模块的数据采集系统； 4.自主设计基于激光测距传感器等设备的避碰系统从而实现其智能避碰功能； 5.开发复合三体无人冲翼艇的水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）功能； 6.充分考虑绿色船舶设计的理念，设计将锂电池作为动力来源同时设计完成太阳能电板给锂电池充电系统； 7.进行系统调试，综合实验测试各性能，修改完善各系统，保证项目设计指标的实现。 创新点： 1. 针对现有冲翼艇操纵性问题、波浪中的起降问题和发动机的腐蚀问题，项目团队基于综合评价和现代优化技术，设计了一型集水翼艇、小水线面船和三体船优良航行特性于一体的水面监测复合三体无人冲翼艇； 2.项目团队自主设计和组装基于单片机、可编程控制器、可编程自动控制器等多种船舶智能控制系统，实现了复合三体冲翼艇的无人自主航行，并且将该系统推广应用于广大船型； 3.作品融入了绿色船舶设计的理念，采用锂电池作为动力的同时，在船体表面合理地安装布置了太阳能电板以完成对电池的充电，大大地提高了水面监测复合三体无人冲翼艇的续航能力； 4.基于激光测距传感器和可视化监视系统，运用优化智能控制方法所实现的复合三体无人冲翼艇的避碰功能可以更好地完善无人冲翼艇的航行性能，同时可有效地解决实际船舶避碰问题； 5.基于无线数据采集模块和可视化监视系统，开发了复合三体无人冲翼艇的水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）的功能可以更好地解决实际应用问题。 技术关键： 1.无人艇水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）功能的信息数据采集及其分析技术； 2.集水翼艇、小水线面船和三体船于一体的水面监测复合三体无人冲翼艇艇型的优化技术； 3.基于自控船模及其船载数据采集系统的多体船或其它船型性能分析技术； 4.基于单片机、可编程控制器、可编程自动控制器等多种智能控制方法的无人艇控制系统技术； 5.基于复合三体冲翼艇艇型的无人艇优良综合航行性能的保持技术； 6.基于优化智能控制方法的水面监测复合三体无人冲翼艇避碰功能的实现技术。 主要技术指标： 1.具有水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）功能； 2.具有避碰功能； 3.具有定位系统和无线数据传输系统； 4.具有智能控制的推进和操纵系统； 5.具有太阳能电板充电系统； 6.船长为0.5-1.8米； 7.航速10kn～25kn； 8.有效载荷40kg； 9.航程100km； 10.作为中间试验艇适航海情为2级。
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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
- 目前水面监测主要使用海洋浮标测量，然而海洋浮标拥有不宜布置、无操纵功能、只能进行单点测量等缺点，亦又有流失之虞。当测量海域时需计算布置大量海洋浮标，不仅工作量巨大，经济效益也低。本作品构造的一型新颖的水面监测复合三体无人冲翼艇在提供复合三体无人冲翼艇综合航行性能试验研究的同时，具有水面监测功能和避碰功能，在弥补海洋浮标的缺陷之余，能够大大降低人员成本，拥有显著的应用价值和产生好的经济效益。 创新点：1.基于综合评价和现代优化技术，设计了集小水线面三体船、水翼艇和冲翼艇优良航行特性于一体的水面监测复合三体无人冲翼艇；2.自主设计和组装基于单片机、可编程控制器、可编程自动控制器等多种船舶智能控制系统，实现了无人自主航行，并且将该系统推广应用于广大船型；3.基于激光测距传感器和可视化监视系统，运用优化智能控制方法所实现的避碰功能可以更好地完善无人冲翼艇的航行性能，同时可有效地解决实际船舶避碰问题。 技术关键：1.无人艇水面监测功能的信息数据采集及其分析技术；2.水面监测复合三体无人冲翼艇复合艇型的优化技术；3.基于多种船舶智能控制方法的无人艇控制系统技术；4.基于优化智能控制方法的无人艇避碰功能技术。 主要技术指标：1.具有水面监测功能和避碰功能；2.具有定位系统和无线数据传输系统、智能控制的推进和操纵系统和太阳能电板充电系统；3.船长为0.5-1.8米，航速10kn～25kn，有效载荷40kg，航程100km；4.作为中间试验艇适航海情为2级。
科学性、先进性
- 1.与现有冲翼艇技术比较，本作品采用的是具有更好航行性能的复合三体艇型作为载体，结合了水翼艇与小水线面船的优良航行特性使冲翼艇具有了更好的稳性和适航性，提高了冲翼艇的技术指标，较好地处理了现有冲翼艇操纵性问题、波浪中的起降问题和发动机的腐蚀问题。 2.基于激光测距传感器和可视化监视系统，运用优化智能控制方法实现了水面监测复合三体无人冲翼艇的避碰功能可以更好地改善无人冲翼艇的航行性能，同时可有效地解决实际船舶避碰问题，该功能理论和方法目前国内外未见报道。 3.本作品构造的水面监测复合三体无人冲翼艇具有水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）功能，更好地拓宽了其作为民品船舶的经济用途，提升了在当今信息化下冲翼艇的军事用途价值。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年6月9日于上海，由教育部科技查新工作站L19给出了查新结果：在所检国内公开发表的中文文献范围内，未见有与本项目“水面监测复合三体无人冲翼艇的研制”查新点完全相同的公开文献报道。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、图片、录像、现场演示
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.复合三体艇型构造的冲翼艇，提高了冲翼艇的航行性能； 2.充分利用太阳能能源一方面提高了无人水面监测复合三体艇的续航力，另一方面可以起到对环境保护的作用； 3.设计了智能控制的推进系统和操纵系统以及定位与无线数据采集系统； 4.基于单片机、可编程控制器、可编程自动控制器等多种船舶智能控制系统可即插即用； 5.基于优化智能控制方法的水面监测复合三体无人冲翼艇避碰功能提高了无人艇的航行性能，同时具有较高的工程应用价值； 6. 水面监测复合三体无人冲翼艇具有水面监测（包括目标监测和风浪流等环境监测）功能，同时亦可更换多功能模块，发展前景巨大。 市场分析与经济效益预测： 产品技术性能突出，研制的水面监测复合三体无人冲翼艇适合军民两用（如进行水文信息监测和缉私巡逻），市场前景广阔，经济效益比较好。
同类课题研究水平概述
- 国外发展现状和趋势： 从20世纪50年代开始，以苏联阿列克谢耶夫水翼艇中央设计局为代表的一批研究机构，开始对地效翼船进行了大规模的基础研究。1966年，最大起飞质量544t，最大航速500km/h的KM型地效翼船首航成功。70年代初又开始批量生产最大起飞质量140t，巡航速度400km/h的“雏鹰”型地效翼船。此外，美国、澳大利亚、德国和日本也在对地效翼船进行研究试验，但实际应用方面都不成熟。伊朗国防部2010年9月28日公开新型“信心2”型地效飞行器的照片。 在无人艇方面，因其独特的性能特点：模块化、无人、高速、智能等优势，在未来的非对称战争中无人艇将起到不可忽视的作用，也日益引起世界各国的重视。然而在艇型的选择方面往往比较单调。目前绝大多数国家采用单体滑行艇作为无人艇的平台，也有在此基础上增设了气囊，形成刚性冲翼艇。现在有国家开始尝试利用槽道滑行艇和三体滑行艇作为无人艇的艇型，然而也只是处在概念设计和试验阶段。例如，美国海军水面战中心卡德罗克分部近年来就提出了一种三体船型无人水面艇的概念设计。因而新型的无人艇艇型设计将在以后的无人艇设计中占据重要的地位。 国内发展现状与趋势： 我国从20世纪60年代开始起步研究地效翼船，经过49余年的努力，已掌握纵向稳定性、起飞降落性能等相关的核心技术，如中国船舶科学研究中心与中国船舶及海洋工程研究院等单位都成功地研制出一些性能良好的地效翼试验船，并在船型系列上向实用化和大型化迅速发展，成为在该研究领域仅次于俄罗斯与德国并驾齐驱的国家。中国船舶科学研究中心1993年设计建造了我国第一艘海上地效翼试验艇XYW-2和1999年建造的最大起飞质量为6t的掠海地效翼试验艇XTW-4。 在无人艇方面，2008年北京奥运会，用于青岛奥帆赛的“天象一号”无人气象艇具有智能驾驶功能。中国航天科工集团在第三届中国(北京)国际警用装备展上展出多款无人装备。包括无人机及无人船气象探测系统。国内无人艇艇型选择方面也只是基于单体滑行艇的改造。目前国内学者已经开始着手无人艇艇型方面的研究，并提出了单体滑行艇、槽道滑行艇、三体滑行艇三种应用于无人艇的方案设计，并进行各种性能的理论分析。然而在试验测试和试验应用中还鲜有报道。目前，国内部分研究所和高校已经着手开始开发新型的无人艇艇型，必将掀起一股无人艇设计的飓风。
