阅读说明：本技术 一种油光电混合动力多体无人船 (Oil-light-electricity hybrid power multi-body unmanned ship ) 是由 陈延礼 张佳宝 许世坤 李继财 吴骄阳 朱少秋 邢行 程延耕 马习文 罗森 罗松 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：一种油光电混合动力多体无人船属于无人水面艇技术领域,目的在于解决现有技术存在的问题。本发明包括：主船身；和主船身中间位置可拆卸连接的副船身；对称设置在副船身两侧的一对悬臂；对称设置在一对伸缩悬臂末端的喷水推进及蓄排水装置；设置在主船体尾部的尾部电动机推进器；密封设置在主船身内的主电控单元,主电控单元对主船身和副船身未分离时的整体控制；密封设置在副船身内的副电控单元,副电控单元对副船身与主船身分离时控制副船身的运动；主电控单元和副电控单元通过与设备母线连接获取电能；以及蓄能单元,蓄能单元包括油电蓄能单元和光蓄能单元,油电蓄能单元和光蓄能单元为并联连接,产生电能经由动力母线和设备母线为整船供电。(An oil-light-electricity hybrid multi-body unmanned ship belongs to the technical field of unmanned surface boats and aims to solve the problems in the prior art. The invention comprises the following steps: a main hull; the auxiliary ship body is detachably connected with the middle position of the main ship body; a pair of cantilevers symmetrically arranged at two sides of the auxiliary hull; the water spraying propulsion, storage and drainage devices are symmetrically arranged at the tail ends of the pair of telescopic cantilevers; the tail motor propeller is arranged at the tail of the main ship body; the main electric control unit is hermetically arranged in the main hull and controls the whole main hull and the auxiliary hull when the main hull and the auxiliary hull are not separated; the auxiliary electric control unit is hermetically arranged in the auxiliary ship body and controls the movement of the auxiliary ship body when the auxiliary ship body is separated from the main ship body; the main electric control unit and the auxiliary electric control unit are connected with the equipment bus to obtain electric energy; and the energy storage unit comprises an oil-electricity energy storage unit and a light energy storage unit, the oil-electricity energy storage unit and the light energy storage unit are connected in parallel, and the generated electric energy supplies power to the whole ship through a power bus and an equipment bus.)

一种油光电混合动力多体无人船

技术领域

本发明属于无人水面艇技术领域，具体涉及一种油光电混合动力多体无人船。

背景技术

随着世界各国对海洋资源的不断深入探索，海上作业范围的不断延拓，无人船的地位堪比现今大热的无人机。无人船是实现海域任务的重要工程装备。它通过搭载各种电子设备，实现对海洋的开发、勘探、科考、作业等，其技术水平标志着国家海洋资源勘探开发甚至海洋权益维护能力。

传统的无人船较多采用单一的动力形式，续航能力低，无法满足长时作业的需求；同时，传统的无人船较多采用排水式船体，稳定性较差，应对复杂海况适应能力差；其次，传统的无人船作业模式单一，功能范围窄。

发明内容

本发明的目的在于提出一种油光电混合动力多体无人船，解决现有技术存在的续航能力低、稳定性较差、作业模式单一以及功能范围窄的问题。

为实现上述目的，本发明的一种油光电混合动力多体无人船包括：

主船身；

和所述主船身中间位置可拆卸连接的副船身；

对称设置在副船身两侧的一对伸缩悬臂；

对称设置在一对伸缩悬臂末端的前端呈锥状的喷水推进及蓄排水装置，通过喷水推进及蓄排水装置使无人船推进运动以及下潜和上浮动作；

设置在所述主船体尾部的尾部电动机推进器；

密封设置在主船身内的主电控单元，所述主电控单元对主船身和副船身未分离时的整体控制；

密封设置在副船身内的副电控单元，所述副电控单元对副船身与主船身分离时控制副船身的运动；所述主电控单元和副电控单元通过与设备母线连接获取电能；

以及蓄能单元，所述蓄能单元包括油电蓄能单元和光蓄能单元，所述油电蓄能单元和光蓄能单元为并联连接，并和所述动力母线和设备母线连接，产生电能经由所述动力母线和设备母线为整船供电。

所述主电控单元包括主控制器、主无线通讯模块、主调压模块、主传感器模块；所述蓄能单元通过设备母线经由主调压模块与主控制器、主无线通讯模块和主传感器模块连接供电，所述主控制器经由动力母线与伸缩悬臂、喷水推进及蓄排水装置、尾部电动机推进器连接并控制工作。

所述副电控单元包括副控制器、副无线通讯模块、副调压模块和副传感器模块；所述光蓄能单元通过设备母线经由副调压模块与副控制器、副无线通讯模块和副传感器模块连接供电；所述副控制器经由动力母线与伸缩悬臂、喷水推进及蓄排水装置连接并控制工作。

所述油电蓄能单元包括发动机、发电机、油箱、整流器和主蓄电池组；所述发动机进油口和油箱连接，输出轴和所述发电机通过皮带连接，所述发动机和主电控单元的主控制器电连接，通过所述主控制器控制发动机启停，带动所述发电机发电，所述发电机通过电源线经由整流器和主蓄电池组连接充电，所述油电蓄能单元与动力母线和设备母线连接并为其供电。

所述光蓄能单元由设置在所述副船身上的防水太阳能电池板和与防水太阳能电池板连接的副蓄电池组及稳压模块组成；所述防水太阳能电池板经由稳压模块和副蓄电池组连接并给其充电；所述光蓄能单元与油电蓄能单元为并联关系，光蓄能单元同样与动力母线和设备母线连接并为其供电。

所述喷水推进及蓄排水装置包括：

设置在所述喷水推进及蓄排水装置内部的贮水仓；

Z型进水管，所述Z型进水管的一端延伸至喷水推进及蓄排水装置的前端底部并伸出，作为吸水口，Z型进水管的另一端通过所述贮水仓的入水口和贮水仓内部连通；

Z型出水管，所述Z型出水管的一端通过贮水仓的出水口和贮水仓内部连通；

设置在所述喷水推进及蓄排水装置尾端的喷口，所述喷口和所述Z型出水管的另一端连通；

设置在Z型进水管底部的吸水电机，所述吸水电机的输出轴和一个带桨叶的转动轴固定连接，所述转动轴和所述贮水仓的入水口相对设置；

设置在Z型出水管顶部的排水电机，所述排水电机的输出轴和一个带桨叶的转动轴固定连接，所述转动轴和所述喷口相对设置。

所述喷水推进及蓄排水装置还包括：

空气压缩泵，所述空气压缩泵和所述贮水仓顶部设置的气孔连接；

设置在Z型进水管进水口处的CH型单向阀，用于阻止贮水仓内水回流。

所述主船身和副船身可拆卸连接具体为：

所述主船身顶部设置有连接槽；主船身顶部位于连接槽方向两端设置有通过步进电机驱动转动的方型卡箍；

所述副船身底部设置有和所述连接槽配合的连接块；副船身位于连接块方向两端设置有固定凸台；

步进电机驱动转动方型卡箍转动实现对固定固定凸台的锁紧或释放。

所述伸缩悬臂为三级可伸缩式结构，所述伸缩悬臂包括：

依次套接滑动配合的三个伸缩外壳；

设置在所述伸缩外壳内沿伸缩方向设置的两对三级伸缩伺服液压缸；

设置在伸缩外壳内的一对三级剪叉式伸缩臂，所述三级剪叉式伸缩臂由电机驱动伸长或缩短。

本发明的有益效果为：本发明的一种油光电混合动力多体无人船通过连接定位结构实现主船身和副船身的分离或连接，实现无人船一种形式工作姿态的变换，通过可伸缩臂向两侧的伸缩，调整末端的喷水推进及蓄排水装置与主船体间的相对距离，从而达到调整船体稳定性和速度的目的，利用喷水推进及蓄排水装置的排水功能，提供无人船向前推进的作用力，利用喷水推进及蓄排水装置的蓄排水功能调整无人船的工作状态，实现上浮或下潜的动作，适应能力强；另外，通过油光电混合的动力实现动力的输出，提高续航能力。

附图说明

图1为本发明的一种油光电混合动力多体无人船整体结构立体图；

图2为本发明的一种油光电混合动力多体无人船整体结构主视图；

图3为本发明的一种油光电混合动力多体无人船整体结构侧视图；

图4为本发明的一种油光电混合动力多体无人船整体结构俯视图；

图5为本发明的一种油光电混合动力多体无人船中主船身结构示意图；

图6为本发明的一种油光电混合动力多体无人船中主船身内部结构示意图；

图7为本发明的一种油光电混合动力多体无人船中副船身及内部搭载结构示意图；

图8为本发明的一种油光电混合动力多体无人船中喷水推进及蓄排水装置结构内部前视角示意图；

图9为本发明的一种油光电混合动力多体无人船中喷水推进及蓄排水装置结构内部后视角示意图；

图10为本发明的一种油光电混合动力多体无人船中伸缩悬臂结构示意图；

其中：1、主船身，101、连接槽，102、步进电机，103、方型卡箍，2、副船身，201、连接块，202、固定凸台，3、伸缩悬臂，301、三级伸缩伺服液压缸，302、三级剪叉式伸缩臂，303、伸缩外壳，4、喷水推进及蓄排水装置，401、贮水仓，402、Z型进水管，403、吸水口，404、入水口，405、出水口，406、Z型出水管，407、喷口，408、吸水电机，409、排水电机，410、CH型单向阀，411、空气压缩机，412、气孔，5、尾部电动机推进器，6、主电控单元，601、主控制器，602、主无线通讯模块，603、主调压模块，604、主传感器模块，7、副电控单元，701、副控制器，702、副无线通讯模块，703、副调压模块，704、副传感器模块，8、油电蓄能单元，801、发动机，802、发电机，803、油箱，804、整流器，805、主蓄电池组，9、光蓄能单元，901、防水太阳能电池板，902、副蓄电池组，903、稳压模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-附图4，一种油光电混合动力多体无人船包括：

主船身1；

和所述主船身1中间位置可拆卸连接的副船身2；

对称设置在副船身2两侧的一对伸缩悬臂3；

对称设置在一对伸缩悬臂3末端的前端呈锥状的喷水推进及蓄排水装置4，通过喷水推进及蓄排水装置4使无人船推进运动以及下潜和上浮动作；

设置在所述主船体尾部的尾部电动机推进器5；

无人船设置动力母线和设备母线两条供电线路；

密封设置在主船身1内的主电控单元6，所述主电控单元6对主船身1和副船身2未分离时的整体控制；

密封设置在副船身2内的副电控单元7，所述副电控单元7对副船身2与主船身1分离时控制副船身2的运动；所述主电控单元6和副电控单元7通过与设备母线连接获取电能；

以及蓄能单元，所述蓄能单元包括油电蓄能单元8和光蓄能单元9，所述油电蓄能单元8和光蓄能单元9为并联连接，并和所述动力母线和设备母线连接，产生电能经由所述动力母线和设备母线为整船供电。

主船身1和副船身2未分离时，由主电控单元6负责整船用电器件的工作控制，主船身1和副船身2未分离后，由主电控单元6负责主船身1的工作控制，由副电控单元7负责副船身2、伸缩悬臂3以及喷水推进和蓄排水装置4的工作控制。

所述主电控单元6包括主控制器601、主无线通讯模块602、主调压模块603、主传感器模块604；所述蓄能单元通过设备母线经由主调压模块603与主控制器601、主无线通讯模块602和主传感器模块604连接供电，所述主控制器601经由动力母线与伸缩悬臂3、喷水推进及蓄排水装置4、尾部电动机推进器5连接并控制工作。

所述副电控单元7包括副控制器701、副无线通讯模块702、副调压模块703和副传感器模块704；所述光蓄能单元9通过设备母线经由副调压模块703与副控制器701、副无线通讯模块702和副传感器模块704连接供电；所述副控制器701经由动力母线与伸缩悬臂3、喷水推进及蓄排水装置4连接并控制工作。

参见附图6和附图7，所述油电蓄能单元8包括发动机801、发电机802、油箱803、整流器804和主蓄电池组805；所述发动机801进油口和油箱803连接，输出轴和所述发电机801通过皮带连接，所述发动机801和主电控单元6的主控制器601电连接，通过所述主控制器601控制发动机801启停，带动所述发电机802发电，所述发电机802通过电源线经由整流器804和主蓄电池组805连接充电，所述油电蓄能单元8与动力母线和设备母线连接并为其供电。

所述光蓄能单元9由设置在所述副船身2上的防水太阳能电池板901和与防水太阳能电池板901连接的副蓄电池组902及稳压模块903组成；所述防水太阳能电池板901为喷涂防水材料的中国汉能公司的砷化镓柔性薄膜电池，所述防水太阳能电池板901经由稳压模块903和副蓄电池组902连接并给其充电；所述光蓄能单元9与油电蓄能单元8为并联关系，光蓄能单元9同样与动力母线和设备母线连接并为其供电。

所述油电蓄能单元与8和光蓄能单元7与所述动力母线和设备母线连接，通过动力母线直接连接尾部电动机推进器5、伸缩悬臂3、喷水推进及蓄排水装置4，通过设备母线连接主电控单元6和副电控单元7。

所述尾部电动机推进器5由主蓄电池组805和副蓄电池组902并联供电，由主控制器601控制其工作状态，可实现无人船速度变化与方向变化，从而调整船的运动状态；

所述伸缩悬臂3由主蓄电池组805和副蓄电池组902并联供电，当主船身1和副船身2未分离时，由主控制器601控制其工作状态，在副船身2和主船身1分离后，由副控制器901直接控制其工作状态，所述伸缩悬臂3可以实现三级伸缩，调整喷水推进及蓄排水装置4与船体间的相对距离，可以实现无人船的动力布局配置，在稳定性状态和高速运动状态间切换。

所述喷水推进及蓄排水装置4由主蓄电池组805和副蓄电池组902并联供电，当主船身1和副船身2未分离时，由主控制器601控制其工作状态，在副船身2和主船身1分离后，由副控制器901直接控制其工作状态，其喷水推进装置可与电动机推进器5实现无人船的协同速度控制，其蓄排水装置可以实现无人船的下潜和上浮动作；

参见附图8和附图9，所述喷水推进及蓄排水装置4包括：

设置在所述喷水推进及蓄排水装置4内部的贮水仓401；

Z型进水管402，所述Z型进水管402的一端延伸至喷水推进及蓄排水装置4的前端底部并伸出，作为吸水口403，Z型进水管的另一端通过所述贮水仓401的入水口和贮水仓401内部连通；

Z型出水管406，所述Z型出水管406的一端通过贮水仓401的出水口405和贮水仓401内部连通；

设置在所述喷水推进及蓄排水装置4尾端的喷口407，所述喷口407和所述Z型出水管406的另一端连通；

设置在Z型进水管402底部的吸水电机408，所述吸水电机408的输出轴和一个带桨叶的转动轴固定连接，所述转动轴和所述贮水仓401的入水口404相对设置；吸水电机408作用在于将船外部的水快速抽进贮水仓401；

设置在Z型出水管406顶部的排水电机409，所述排水电机409的输出轴和一个带桨叶的转动轴固定连接，所述转动轴和所述喷口407相对设置，排水电机409作用在于将贮水仓401内的水快速排出。

所述喷水推进及蓄排水装置4还包括：

空气压缩泵411，所述空气压缩泵411和所述贮水仓401顶部设置的气孔412连接；所述气孔412与空气压缩泵413由主电控单元6和副电控单元7分别独立控制，用于提供压缩空气来排出贮水仓401的水，以实现船的沉浮动作；

设置在Z型进水管402进水口处的CH型单向阀410，用于阻止贮水仓401内水回流。

参见附图5和附图7，所述主船身1和副船身2可拆卸连接具体为：

所述主船身1顶部设置有连接槽101；主船身1顶部位于连接槽101方向两端设置有通过步进电机102驱动转动的方型卡箍103；

所述副船身2底部设置有和所述连接槽101配合的连接块201；副船身2位于连接块201方向两端设置有固定凸台202；

步进电机102驱动转动方型卡箍103转动实现对固定固定凸台202的锁紧或释放。

主船身1和副船身2通过定位传感器确定相互位置，通过动力系统的微调，即副船身2通过喷水推进及蓄排水装置4向主船身1靠近，使得主船身1副船身2的连接槽101和连接块201契合，完全嵌入后，卡紧装置工作，即步进电机102驱动的方型卡箍103旋转至固定凸台202位置相互固定。在必要情况下，副船身2可以和主船身1分离，首先控制步进电机102驱动的方型卡箍103与固定凸台202分离，最后副船身2通过喷水推进及蓄排水装置4实现主船身1副船身2的连接槽101和连接块201的分离。

参见附图10，所述伸缩悬臂3为三级可伸缩式结构，所述伸缩悬臂3包括：

依次套接滑动配合的三个伸缩外壳303；

设置在所述伸缩外壳303内沿伸缩方向设置的两对三级伸缩伺服液压缸301，它是伸缩悬臂3完成伸缩动作的主要动力源；

设置在伸缩外壳303内的一对三级剪叉式伸缩臂302，所述三级剪叉式伸缩臂302由电机驱动伸长或缩短，它是伸缩悬臂3完成伸缩动作的辅助动力源。

所述三级伸缩伺服液压缸301和三级剪叉式伸缩臂302共同为伸缩悬臂3伸缩动作提供动力，实现稳定控制。

所述一对喷水推进及蓄排水装置4分别与副船身2两侧的一对可伸缩臂3相连接，所述可伸缩臂3可由无人船主电控系统6和副电控系统7根据主船身1和副船身2的连接状态分别独立地控制其伸缩状态，可以调整喷水推进及蓄排水装置4与主船体间的距离。

在所述混合动力系统的驱动下，该无人船可以实现水面航行、下潜、水下航行、上浮等动作；通过贮水仓401内的水量控制可以实现下潜、上浮等动作；利用吸水电机408和排水电机409可以调整无人船的运行速度和方向；设置在Z型进水管402底部的吸水电机408和伸至管内的带桨叶的转动轴410将船外部的水快速抽进贮水仓401，实现其充水，实现下潜，当水箱内水量达到合适值时，通过吸水电机408和排水电机409的转速调整实现贮水仓401的水量控制，从而实现无人船水中悬浮或潜航；上浮时，设置在Z型出水管406顶部的排水电机409和伸至管内的带桨叶的转动轴使贮水仓401内的水快速排出，实现上浮。