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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇的研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品構(gòu)造了一種集小水線面三體船、水翼艇和沖翼艇三者優(yōu)良性能于一體的新型高性能復(fù)合船型——水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇，突破了目前國(guó)內(nèi)外只選用剛性充氣艇和單體滑行艇作為無(wú)人艇平臺(tái)的局限性。同時(shí)開(kāi)發(fā)了其水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）功能和避碰功能，在彌補(bǔ)海洋浮標(biāo)的缺陷之余，能夠大大降低人員成本，可應(yīng)用于目標(biāo)監(jiān)測(cè)、水文信息監(jiān)測(cè)、水面巡邏、水面緝私等領(lǐng)域，擁有顯著的應(yīng)用價(jià)值和產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 水面環(huán)境變化莫測(cè)，對(duì)船舶和海洋結(jié)構(gòu)物的運(yùn)營(yíng)安全影響甚巨。因此實(shí)時(shí)有效地掌握水面環(huán)境顯得格外重要。目前水面監(jiān)測(cè)主要使用海洋浮標(biāo)測(cè)量，然而海洋浮標(biāo)擁有不宜布置、無(wú)操縱功能、只能進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量等缺點(diǎn)，亦又有流失之虞。當(dāng)測(cè)量部分海域數(shù)據(jù)時(shí)需計(jì)算布置大量的海洋浮標(biāo)，當(dāng)更改測(cè)量海域的時(shí)候，還需要重新計(jì)算布置，不僅工作量巨大，經(jīng)濟(jì)效益也低。 同時(shí)針對(duì)目前沖翼艇研究的幾點(diǎn)技術(shù)難題和障礙，如操縱性問(wèn)題、波浪中的起降問(wèn)題和發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕問(wèn)題等，本作品構(gòu)造了一型新穎的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇可較好地處理了以上幾個(gè)技術(shù)難題和障礙。順應(yīng)智能化的高性能船發(fā)展趨勢(shì)，滿足一定需求下船舶智能控制技術(shù)平臺(tái)的需求，本作品在提供復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇綜合航行性能試驗(yàn)研究的同時(shí)，開(kāi)發(fā)了其水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）功能和避碰功能，在彌補(bǔ)海洋浮標(biāo)的缺陷之余，能夠大大降低人員成本，擁有顯著的應(yīng)用價(jià)值和產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益。 基本思路： 1.針對(duì)現(xiàn)有沖翼艇操縱性等問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用綜合評(píng)價(jià)和現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)一型復(fù)合三體沖翼艇艇型作為無(wú)人艇艇型； 2.自主設(shè)計(jì)和組裝基于單片機(jī)、可編程控制器、可編程自動(dòng)控制器等多種智能控制方法的沖翼艇推進(jìn)及其控制系統(tǒng)和操縱及其控制系統(tǒng)； 3.自主設(shè)計(jì)基于GPS和三維電子羅盤的定位系統(tǒng)和基于無(wú)線傳輸模塊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 4.自主設(shè)計(jì)基于激光測(cè)距傳感器等設(shè)備的避碰系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)其智能避碰功能； 5.開(kāi)發(fā)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇的水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）功能； 6.充分考慮綠色船舶設(shè)計(jì)的理念，設(shè)計(jì)將鋰電池作為動(dòng)力來(lái)源同時(shí)設(shè)計(jì)完成太陽(yáng)能電板給鋰電池充電系統(tǒng)； 7.進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，綜合實(shí)驗(yàn)測(cè)試各性能，修改完善各系統(tǒng)，保證項(xiàng)目設(shè)計(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 針對(duì)現(xiàn)有沖翼艇操縱性問(wèn)題、波浪中的起降問(wèn)題和發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于綜合評(píng)價(jià)和現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)，設(shè)計(jì)了一型集水翼艇、小水線面船和三體船優(yōu)良航行特性于一體的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇； 2.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)和組裝基于單片機(jī)、可編程控制器、可編程自動(dòng)控制器等多種船舶智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合三體沖翼艇的無(wú)人自主航行，并且將該系統(tǒng)推廣應(yīng)用于廣大船型； 3.作品融入了綠色船舶設(shè)計(jì)的理念，采用鋰電池作為動(dòng)力的同時(shí)，在船體表面合理地安裝布置了太陽(yáng)能電板以完成對(duì)電池的充電，大大地提高了水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇的續(xù)航能力； 4.基于激光測(cè)距傳感器和可視化監(jiān)視系統(tǒng)，運(yùn)用優(yōu)化智能控制方法所實(shí)現(xiàn)的復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇的避碰功能可以更好地完善無(wú)人沖翼艇的航行性能，同時(shí)可有效地解決實(shí)際船舶避碰問(wèn)題； 5.基于無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊和可視化監(jiān)視系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇的水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）的功能可以更好地解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.無(wú)人艇水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）功能的信息數(shù)據(jù)采集及其分析技術(shù)； 2.集水翼艇、小水線面船和三體船于一體的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇艇型的優(yōu)化技術(shù)； 3.基于自控船模及其船載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的多體船或其它船型性能分析技術(shù)； 4.基于單片機(jī)、可編程控制器、可編程自動(dòng)控制器等多種智能控制方法的無(wú)人艇控制系統(tǒng)技術(shù)； 5.基于復(fù)合三體沖翼艇艇型的無(wú)人艇優(yōu)良綜合航行性能的保持技術(shù)； 6.基于優(yōu)化智能控制方法的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇避碰功能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.具有水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）功能； 2.具有避碰功能； 3.具有定位系統(tǒng)和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)； 4.具有智能控制的推進(jìn)和操縱系統(tǒng)； 5.具有太陽(yáng)能電板充電系統(tǒng)； 6.船長(zhǎng)為0.5-1.8米； 7.航速10kn～25kn； 8.有效載荷40kg； 9.航程100km； 10.作為中間試驗(yàn)艇適航海情為2級(jí)。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目前水面監(jiān)測(cè)主要使用海洋浮標(biāo)測(cè)量，然而海洋浮標(biāo)擁有不宜布置、無(wú)操縱功能、只能進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量等缺點(diǎn)，亦又有流失之虞。當(dāng)測(cè)量海域時(shí)需計(jì)算布置大量海洋浮標(biāo)，不僅工作量巨大，經(jīng)濟(jì)效益也低。本作品構(gòu)造的一型新穎的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇在提供復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇綜合航行性能試驗(yàn)研究的同時(shí)，具有水面監(jiān)測(cè)功能和避碰功能，在彌補(bǔ)海洋浮標(biāo)的缺陷之余，能夠大大降低人員成本，擁有顯著的應(yīng)用價(jià)值和產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益。 創(chuàng)新點(diǎn)：1.基于綜合評(píng)價(jià)和現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)，設(shè)計(jì)了集小水線面三體船、水翼艇和沖翼艇優(yōu)良航行特性于一體的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇；2.自主設(shè)計(jì)和組裝基于單片機(jī)、可編程控制器、可編程自動(dòng)控制器等多種船舶智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人自主航行，并且將該系統(tǒng)推廣應(yīng)用于廣大船型；3.基于激光測(cè)距傳感器和可視化監(jiān)視系統(tǒng)，運(yùn)用優(yōu)化智能控制方法所實(shí)現(xiàn)的避碰功能可以更好地完善無(wú)人沖翼艇的航行性能，同時(shí)可有效地解決實(shí)際船舶避碰問(wèn)題。 技術(shù)關(guān)鍵：1.無(wú)人艇水面監(jiān)測(cè)功能的信息數(shù)據(jù)采集及其分析技術(shù)；2.水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇復(fù)合艇型的優(yōu)化技術(shù)；3.基于多種船舶智能控制方法的無(wú)人艇控制系統(tǒng)技術(shù)；4.基于優(yōu)化智能控制方法的無(wú)人艇避碰功能技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.具有水面監(jiān)測(cè)功能和避碰功能；2.具有定位系統(tǒng)和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、智能控制的推進(jìn)和操縱系統(tǒng)和太陽(yáng)能電板充電系統(tǒng)；3.船長(zhǎng)為0.5-1.8米，航速10kn～25kn，有效載荷40kg，航程100km；4.作為中間試驗(yàn)艇適航海情為2級(jí)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.與現(xiàn)有沖翼艇技術(shù)比較，本作品采用的是具有更好航行性能的復(fù)合三體艇型作為載體，結(jié)合了水翼艇與小水線面船的優(yōu)良航行特性使沖翼艇具有了更好的穩(wěn)性和適航性，提高了沖翼艇的技術(shù)指標(biāo)，較好地處理了現(xiàn)有沖翼艇操縱性問(wèn)題、波浪中的起降問(wèn)題和發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕問(wèn)題。 2.基于激光測(cè)距傳感器和可視化監(jiān)視系統(tǒng)，運(yùn)用優(yōu)化智能控制方法實(shí)現(xiàn)了水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇的避碰功能可以更好地改善無(wú)人沖翼艇的航行性能，同時(shí)可有效地解決實(shí)際船舶避碰問(wèn)題，該功能理論和方法目前國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)報(bào)道。 3.本作品構(gòu)造的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇具有水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）功能，更好地拓寬了其作為民品船舶的經(jīng)濟(jì)用途，提升了在當(dāng)今信息化下沖翼艇的軍事用途價(jià)值。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年6月9日于上海，由教育部科技查新工作站L19給出了查新結(jié)果：在所檢國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)表的中文文獻(xiàn)范圍內(nèi)，未見(jiàn)有與本項(xiàng)目“水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇的研制”查新點(diǎn)完全相同的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖片、錄像、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 作品技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)： 1.復(fù)合三體艇型構(gòu)造的沖翼艇，提高了沖翼艇的航行性能； 2.充分利用太陽(yáng)能能源一方面提高了無(wú)人水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體艇的續(xù)航力，另一方面可以起到對(duì)環(huán)境保護(hù)的作用； 3.設(shè)計(jì)了智能控制的推進(jìn)系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)以及定位與無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 4.基于單片機(jī)、可編程控制器、可編程自動(dòng)控制器等多種船舶智能控制系統(tǒng)可即插即用； 5.基于優(yōu)化智能控制方法的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇避碰功能提高了無(wú)人艇的航行性能，同時(shí)具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值； 6. 水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇具有水面監(jiān)測(cè)（包括目標(biāo)監(jiān)測(cè)和風(fēng)浪流等環(huán)境監(jiān)測(cè)）功能，同時(shí)亦可更換多功能模塊，發(fā)展前景巨大。 市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 產(chǎn)品技術(shù)性能突出，研制的水面監(jiān)測(cè)復(fù)合三體無(wú)人沖翼艇適合軍民兩用（如進(jìn)行水文信息監(jiān)測(cè)和緝私巡邏），市場(chǎng)前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益比較好。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)： 從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，以蘇聯(lián)阿列克謝耶夫水翼艇中央設(shè)計(jì)局為代表的一批研究機(jī)構(gòu)，開(kāi)始對(duì)地效翼船進(jìn)行了大規(guī)模的基礎(chǔ)研究。1966年，最大起飛質(zhì)量544t，最大航速500km/h的KM型地效翼船首航成功。70年代初又開(kāi)始批量生產(chǎn)最大起飛質(zhì)量140t，巡航速度400km/h的“雛鷹”型地效翼船。此外，美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)和日本也在對(duì)地效翼船進(jìn)行研究試驗(yàn)，但實(shí)際應(yīng)用方面都不成熟。伊朗國(guó)防部2010年9月28日公開(kāi)新型“信心2”型地效飛行器的照片。 在無(wú)人艇方面，因其獨(dú)特的性能特點(diǎn)：模塊化、無(wú)人、高速、智能等優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)的非對(duì)稱戰(zhàn)爭(zhēng)中無(wú)人艇將起到不可忽視的作用，也日益引起世界各國(guó)的重視。然而在艇型的選擇方面往往比較單調(diào)。目前絕大多數(shù)國(guó)家采用單體滑行艇作為無(wú)人艇的平臺(tái)，也有在此基礎(chǔ)上增設(shè)了氣囊，形成剛性沖翼艇。現(xiàn)在有國(guó)家開(kāi)始嘗試?yán)貌鄣阑型Ш腿w滑行艇作為無(wú)人艇的艇型，然而也只是處在概念設(shè)計(jì)和試驗(yàn)階段。例如，美國(guó)海軍水面戰(zhàn)中心卡德羅克分部近年來(lái)就提出了一種三體船型無(wú)人水面艇的概念設(shè)計(jì)。因而新型的無(wú)人艇艇型設(shè)計(jì)將在以后的無(wú)人艇設(shè)計(jì)中占據(jù)重要的地位。 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)： 我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始起步研究地效翼船，經(jīng)過(guò)49余年的努力，已掌握縱向穩(wěn)定性、起飛降落性能等相關(guān)的核心技術(shù)，如中國(guó)船舶科學(xué)研究中心與中國(guó)船舶及海洋工程研究院等單位都成功地研制出一些性能良好的地效翼試驗(yàn)船，并在船型系列上向?qū)嵱没痛笮突杆侔l(fā)展，成為在該研究領(lǐng)域僅次于俄羅斯與德國(guó)并駕齊驅(qū)的國(guó)家。中國(guó)船舶科學(xué)研究中心1993年設(shè)計(jì)建造了我國(guó)第一艘海上地效翼試驗(yàn)艇XYW-2和1999年建造的最大起飛質(zhì)量為6t的掠海地效翼試驗(yàn)艇XTW-4。 在無(wú)人艇方面，2008年北京奧運(yùn)會(huì)，用于青島奧帆賽的“天象一號(hào)”無(wú)人氣象艇具有智能駕駛功能。中國(guó)航天科工集團(tuán)在第三屆中國(guó)(北京)國(guó)際警用裝備展上展出多款無(wú)人裝備。包括無(wú)人機(jī)及無(wú)人船氣象探測(cè)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)無(wú)人艇艇型選擇方面也只是基于單體滑行艇的改造。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始著手無(wú)人艇艇型方面的研究，并提出了單體滑行艇、槽道滑行艇、三體滑行艇三種應(yīng)用于無(wú)人艇的方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行各種性能的理論分析。然而在試驗(yàn)測(cè)試和試驗(yàn)應(yīng)用中還鮮有報(bào)道。目前，國(guó)內(nèi)部分研究所和高校已經(jīng)著手開(kāi)始開(kāi)發(fā)新型的無(wú)人艇艇型，必將掀起一股無(wú)人艇設(shè)計(jì)的颶風(fēng)。
