本發(fā)明涉及一種新型小水線面單體無人半潛艇，屬于船舶與海洋工程技術領域。

背景技術：

隨著通導系統(tǒng)和自動駕駛技術的不斷完善，海上無人駕駛船舶發(fā)展越來越快，并在海上資源勘探、情報收集領域發(fā)揮越來越重要的作用。但是隨著海上資源勘探與情報收集向遠海發(fā)展，惡劣的海況限制了水面無人船的工作能力。在遠海工作時，由于常規(guī)設計的水面無人船尺度與海浪尺度相比較小，導致無人船受到的風浪流的影響較大，所以水面無人船在風浪中的動態(tài)響應也更為劇烈，這對于需要自主導航規(guī)避障礙物的無人船的路徑規(guī)劃能力產生了嚴重影響，其上布置的探測設備在搖擺劇烈的無人船上工作精度同樣下降嚴重，以上現(xiàn)狀嚴重限制了無人船在遠海領域的發(fā)展。為了增加無人船在海上工作的穩(wěn)定性，現(xiàn)有技術多采用增加減搖鰭等主動措施以及平衡翼等固定結構來減少動態(tài)響應，但是對于小尺度無人船在高海況下的工作環(huán)境這種裝置的效果非常有限，同時增加了控制系統(tǒng)的復雜程度。水線附近及船體水面以上的船體尺度過大是其動態(tài)響應過大的主要原因。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新型小水線面單體無人半潛艇。該無人半潛艇采用翼型浮箱，由于翼型浮箱主尺度與船體相比減小許多，保證無人半潛艇在高海況下航行時受到的波浪載荷較傳統(tǒng)無人船大大減小，可以顯著降低波浪中航行時的動態(tài)響應及阻力。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種新型小水線面單體無人半潛艇，包括主船體和翼型浮箱，所述主船體上方安裝有多個提供儲備浮力及恢復力矩的翼型浮箱，所述翼型浮箱包含首浮箱和尾浮箱，翼型浮箱平行于無人半潛艇的行進方向設置，翼型浮箱水平切面形狀為對稱翼型；主船體埋沒于水面以下依靠相連的伸出海面的翼型浮箱進行海上觀測與通訊；所述翼型浮箱沿主船體中軸線前后間隔適當?shù)木嚯x布置，翼型浮箱與主船體相連的部分埋沒于水中，高出水面的突出部分有適當?shù)母叨?；所述首浮箱的頂部安裝有雷達及通導天線，并通過首浮箱的內部管路與主船體內的控制設備艙內的設備相連接；所述尾浮箱安裝有方向舵，并與方向舵驅動電機相連接；所述主船體內根據(jù)用途不同使用水密艙壁分隔成電池艙、前置設備艙、后置設備艙、控制設備艙和推進艙；所述前置設備艙及后置設備艙內安放有用于探測偵查的聲吶、探深儀；控制設備艙內安裝有用于控制無人半潛艇航行的自主避障及路徑規(guī)劃程序的處理器以及實時處理探測數(shù)據(jù)的處理器；電池艙內安放用于供給推進系統(tǒng)及用電設備使用的電池組；推進艙內安放推進系統(tǒng)以及方向舵驅動電機，推進系統(tǒng)采用直流電機與減速箱配合驅動螺旋槳推進無人半潛艇。

所述翼型浮箱的前后布置具有適當?shù)木嚯x間隔，且尾浮箱的尺寸大于首浮箱的尺寸。

本發(fā)明的有益效果是：這種新型小水線面單體無人半潛艇由主船體、翼型浮箱、傳感器、控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、通導系統(tǒng)組成。翼型浮箱與主船體連接部分浸沒于水中，露出海水以上部分的翼型浮箱可以為無人半潛艇提供儲備浮力，在其頂部安裝監(jiān)測及通導設備，還可以在無人半潛艇發(fā)生縱傾時通過首尾浮箱的浮力差提供一個抵抗縱傾的恢復力矩，保證無人半潛艇航行時的浮態(tài)的穩(wěn)定性。采用翼型浮箱的設計，由于翼型浮箱主尺度與船體相比減小許多，保證了無人半潛艇在高海況下航行時受到的波浪載荷較傳統(tǒng)無人船大大減小，所以可以顯著降低波浪中航行時的動態(tài)響應及阻力。主船體浸沒于海水中，根據(jù)艙室功能的不同用水密艙壁將主船體劃分為前置設備艙、后置設備艙、控制設備艙、電池艙以及推進艙，艙室劃分有利于增強無人半潛艇的抗沉性，同時將電池艙布置于主船體底部可以起到壓艙物的作用從而控制重心始終在浮心之下，在任何縱橫傾角下都具有自扶正功能。與傳統(tǒng)的動態(tài)抵抗風浪的裝置方法相比，本發(fā)明顯著減少了活動部件的數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性及可維護性，同時無人半潛艇主體埋沒于海水中，保證了極佳的航行隱蔽性。

附圖說明

圖1是無人半潛艇的軸測視圖。

圖2是無人半潛艇的艙室分隔圖。

圖3是無人半潛艇的推進艙的結構簡圖。

圖4是無人半潛艇的工作示意圖。

圖中：1、水面，2、通導天線，3、雷達，5、主船體，6、螺旋槳，7、方向舵，8、首浮箱，9、前置設備艙，10、后置設備艙，11、控制設備艙，12、電池艙，13、推進艙，14、尾浮箱，15、水密艙壁，16、直流電機，17、下層支撐板，18、支撐柱，19、減速箱，20、上層支撐板，21、方向舵驅動電機，22、海浪，23、無浪海面，24、增加浮力區(qū)，25、減少浮力區(qū)。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體原理和產生的有益效果進行清楚、完整的描述，以充分理解本發(fā)明的效果及益處。

圖1示出了一種新型小水線面單體無人半潛艇。無人半潛艇包括主船體5、翼型浮箱、方向舵7、螺旋槳6、雷達3、通導天線2。翼型浮箱沿主船體5縱向間隔一定距離布置，且翼型浮箱的水平剖面對稱軸與主船體5前進方向重合，在翼型浮箱頂部安裝有用于探測的雷達3與通訊導航的通導天線2。在尾浮箱14上安裝有方向舵7以控制所述無人半潛艇的前進方向，方向舵7的垂向高度應位于正常工作時海平面之下，螺旋槳6則安裝于主船體5尾部以驅動無人半潛艇航行。

圖2示出了無人半潛艇的艙室分隔簡圖，艇體艙室可以按照功用可分隔為首浮箱8、尾浮箱14、前置設備艙9、后置設備艙10、控制設備艙11、電池艙12、推進艙13，各艙室之間通過水密艙壁15進行分隔以保證一定的抗沉性。首浮箱8與尾浮箱14之間的間距與由浮力差產生的恢復力矩的大小直接相關，所以浮箱之間的距離應盡可能地大一些。前置設備艙9和后置設備艙10內可以安放對海探測的設備，由于主船體始終保持在水中不會發(fā)生由于風浪作用而產生的出水情況，所以探測設備可以保證良好的工作狀態(tài)?？刂圃O備艙11負責控制無人半潛艇的運轉，包括通過雷達3來進行避障運動、通過通導天線2將探測數(shù)據(jù)實時回傳基地、通過螺旋槳6和方向舵7控制無人半潛艇的航行等。推進艙13內安裝有推進系統(tǒng)及方向舵驅動機構，并由電池艙12內的電池組提供能源。由于電池組重量很大，將電池艙12置于無人半潛艇主船體底部有利于增加無人半潛艇的穩(wěn)性。

圖3示出了無人半潛艇的推進器艙13內布置有用于推進的直流電機16，它與減速箱19相連，經過減速箱19減速后的傳動軸可以與螺旋槳6相連，直流電機16與減速箱19布置于推進艙13的下層支撐板17上。在直流電機16以及減速箱19上方布置上層支撐板20，在兩層支撐板之間通過支撐柱18支撐，在上層支撐板20上安裝為方向舵7提供轉動動力的方向舵驅動電機21。推進用直流電機16以及方向舵驅動電機21均接受控制設備艙11內的控制設備控制。由于無人半潛艇水線面面積很小，若采用內燃機則可能由于消耗燃油重量導致工作過程中浮態(tài)發(fā)生巨大變化進而不利于自主控制航行以及隱蔽性，而通過采用直流電機16作為驅動動力，無人半潛艇可以避免由于燃油消耗產生的浮力差。同時采用直流電機16作為驅動動力可以減少進氣管道以及排氣管道的設置，有利于節(jié)省空間。惡劣海況下，電動機的工作穩(wěn)定性與內燃機相比也有一定的優(yōu)勢。

圖4示出了無人半潛艇工作示意圖。無人半潛艇在海浪22中航行時與其在無浪海面23中航行所不同的是，其首尾翼型浮箱可能會分別處于高水位以及低水位，從而如圖所示在首浮箱8產生一個增加浮力區(qū)24，在尾浮箱14產生減少浮力區(qū)25。由于兩個翼型浮箱水線面面積很小，所以在高海況下兩個翼型浮箱產生的浮力差很小。同時由于浮箱尺度較小，在風浪作用下受到的外載荷也很小。無人半潛艇在高海況下工作時受外載荷作用較小，進而航行姿態(tài)能夠保持穩(wěn)定，為探測設備工作提供一個良好的工作環(huán)境。翼型浮箱的浮力差還可以在無人半潛艇發(fā)生縱傾時提供恢復力矩保證縱傾控制在一個較小的角度內，增加無人半潛艇工作的安全性。同時由于艇身阻力中心在主船體5中軸線上方，所以靜水航行過程中艇體會有輕度尾傾，增大尾浮箱14尺寸可以進一步減小阻力中心不對稱帶來的尾傾問題。