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1、(10)申请公布号 CN 103072679 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103072679 A *CN103072679A* (21)申请号 201310034401.4 (22)申请日 2013.01.30 B63H 19/02(2006.01) B63H 9/06(2006.01) B63H 21/17(2006.01) (71)申请人 国家海洋局第一海洋研究所 地址 266061 山东省青岛市崂山区仙霞岭路 6 号 (72)发明人 金久才 张杰 邵峰 官晟 马毅 (74)专利代理机构 青岛海昊知识产权事务所有 限公司 37201 代理人 张中南 (54) 发明名。
2、称 一种海洋可再生能源驱动的无人船 (57) 摘要 本发明涉及一种海洋可再生能源驱动的无人 船。 包括由甲板和船底构成的船体、 三角帆、 桅杆、 船体内的控制与导航系统、 电源和波浪驱动装置， 其特征在于上述的船体的内部还包括有固定在甲 板之下重块、 固定在船底上的浮体以及重块与浮 体之间有弹簧支撑， 且船体是由甲板、 船底与左侧 软板、 右侧软板、 后侧软板构成的一个类皮囊状、 楔形船体， 所述的左侧软板、 右侧软板和后侧软板 是能够弯曲变形的软的弹性片体， 并在甲板上设 置太阳能电池板。充分利用太阳能、 风能和波浪 能， 具有普适性， 且清洁持久与长续航能力， 解决 了无人船续航时间短的问。
3、题， 可用于长期海洋监 测。其结构合理紧凑、 成本低， 也解决了大船无法 进入海域的相关海洋测量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103072679 A CN 103072679 A *CN103072679A* 1/1 页 2 1. 一种海洋可再生能源驱动的无人船， 包括由甲板 (6) 和船底 (10) 构成的船体 (2)、 三角帆 (1)、 桅杆 (3)、 船体 (2) 内的控制与导航系统 (15) 与电源 (14) 和波浪。
4、驱动装置 (16)， 其特征在于上述的船体 (2) 的内部还包括有固定在甲板 (6) 之下重块 (5)、 固定在船 底 (10) 上的浮体 (11) 以及重块 (5) 与浮体 (11) 之间有弹簧 (4) 支撑， 且重块 (5)， 弹簧 (4) 和浮体 (11) 的连线中心与船体重心垂直轴重合， 且船体 (2) 是由甲板 (6)、 船底 (10) 与左侧软板(7)、 右侧软板(12)、 后侧软板(9)构成的一个类皮囊状、 楔形船体， 所述的左侧 软板(7)、 右侧软板(12)和后侧软板(9)是能够弯曲变形的软的弹性片体， 并在甲板(6)上 设置太阳能电池板。 2. 如权利要求 1 所述的海洋可。
5、再生能源驱动的无人船， 其特征在于上述的波浪驱动装 置 (16) 是一个包括船底 (10) 前部设有的一个入水口 (13)， 后侧软板 (9) 设有两个出水口 (8)。 3. 如权利要求 1 所述的海洋可再生能源驱动的无人船， 其特征在于上述的三角帆 (1) 表面安装有太阳能电池板。 4. 如权利要求 1 所述的海洋可再生能源驱动的无人船， 其特征在于上述的甲板 (6) 和 船底 (10) 呈等腰三角形， 甲板 (6) 和船底 (10) 的腰长与底边的比例均大于 1.5 而小于 2， 底边长范围为 1-1.5 米， 腰长范围为 1.5-3 米， 船体 (2) 的高度范围为 0.3-0.5 米。。
6、 5. 如权利要求 1 所述的海洋可再生能源驱动的无人船， 其特征在于上述的左侧软板 (7)、 右侧软板 (12) 和后侧软板 (9) 是橡胶片或 PVC 板制成。 6. 如权利要求 1 所述的海洋可再生能源驱动的无人船， 其特征在于上述的甲板 (6) 和 船底 (10) 是由玻璃钢或不锈钢板或硬塑料板制成。 权 利 要 求 书 CN 103072679 A 2 1/3 页 3 一种海洋可再生能源驱动的无人船 技术领域 0001 本发明涉及一种海洋可再生能源驱动的无人船， 该无人船的驱动能源为波浪能、 风能和太阳能， 可作为一种海洋监测的传感器集成运动平台。 背景技术 0002 在海洋监测领域。
7、， 无人船是一种新型的搭载平台， 其以小型船舶为基础， 具有控制 与导航能力， 可搭载多种海洋测量传感器， 以遥控、 自主的工作方式， 完成对用户感兴趣区 域的相关海洋测量， 可用于港口、 污染海域、 岛礁周边等区域的多种要素同步测量， 也可完 成大范围海洋现场监测、 取样和遥感现场定标等任务， 有效减少人力， 提高测量效率。 0003 无人船通常可分为船体、 驱动、 能源、 控制与导航系统、 传感器等部分。 现阶段绝大 部分无人船使用燃油和电池作为能源， 续航能力有限， 这严重地限制了其长期性的海洋测 量能力。 虽然目前可利用的海洋可再生能源主要有潮汐、 波浪、 温差、 盐度梯度、 海流、 。
8、风能、 太阳能等， 但现阶段并非所有能源都可以作为驱动无人船的能源。 例如， 潮汐能发电比较成 熟， 但其装置巨大且固定位置， 并不适合用作无人船的能源 ； 温差能利用不同水层温差作为 能源， 但航行于海表面的无人船并不适用 ； 利用盐度梯度发电是一种先进技术， 但离实际应 用还比较远 ； 海流能很大程度上受限于位置， 转化装置也难以用于无人船。 0004 通过分析这些海洋可再生能源转化装置的特点和技术要求， 表明目前可能适用于 无人船的海洋可再生能源主要是波浪能、 风能和太阳能。因此如何将这三种海洋可再生能 源应用于驱动无人船， 构建一个具有长续航能力的无人船是非常必要的。 发明内容 000。
9、5 本发明的目的是提供一种海洋可再生能源驱动的无人船， 使用波浪能、 风能和太 阳能， 以提高无人船的续航能力， 弥补现有无人船无法用于长期海洋测量的不足。 0006 在波浪驱动船舶方面， 波浪直接转化为机械动力， 已经有 100 多年的发展历史， 通 常是利用弹簧或弹性板将波浪能转化为驱动板的弹性势能， 进而以 “踢水” 的方式， 驱动船 体前进。对于风能， 通常以风帆的形式驱动船舶。太阳能通常作为船舶的充电来源。 0007 本发明以波浪能驱动无人船， 是通过合理设计船体， 采用一种类皮囊状、 楔形船体 的形式， 利用波浪实现船体支撑与压缩而实现吸水与喷水， 利用喷水的水动力驱动无人船。 对。
10、于风能和太阳能， 将风帆和太阳能板合二为一。 0008 本发明的波浪驱动装置是一个包括船底前部设有的一个入水口， 后侧软板设有两 个出水口的类皮囊状、 楔形船体， 以喷水的方式为无人船提供前进动力。 甲板和船底呈等腰 三角形， 甲板和船底的腰长与底边的比例均大于1.5而小于2， 底边长范围为1-1.5米， 腰长 范围为 1.5-3 米， 船体的高度范围为 0.3-0.5 米。 0009 本发明的左侧软板、 右侧软板和后侧软板是橡胶片或 PVC 板。本发明的甲板和船 底是由玻璃钢或不锈钢板构成。 本发明的船体呈中空状态， 船体内重物固定于甲板之下， 浮 体固定于船底之上， 重物和浮体之间有弹簧连。
11、接。 船底前部设有一个入水口， 船尾设有两个 说 明 书 CN 103072679 A 3 2/3 页 4 出水口， 形成一个类似风箱的吸水喷水的楔形船体， 以吸水喷水的方式为无人船提供前进 动力。当存在波浪时， 在船体下降过程中， 弹簧将支撑起船体， 完成船体吸水。当船体下落 至海表面， 重物起到压缩船体的作用， 完成船体喷水。浮体的作用是为无人船提供浮力。出 水口和进水口为圆形， 考虑喷水效率， 入水口和进水口的半径范围为 3-5 厘米， 两个出水口 对称分布在船体尾部后侧软板上， 以提供对称的喷水推进力， 入水口设置在船底前部， 能够 充分完成吸水。 所述的船体甲板表面设置有太阳能电池板。
12、， 吸收太阳能， 为无人船的电源供 电。所述的船体船底装有舵， 用于改变无人船航行方向。 0010 本发明的三角帆， 材料采用玻璃钢或铝板等材料， 其表面贴有太阳能电池板， 为无 人船的电源供电。三角帆作为风帆， 可绕其中心的桅杆旋转， 改变三角帆的方向， 兼顾太阳 直射方向和风向， 以风帆形式辅助无人船前进。 0011 本发明的无人船具有控制与导航功能， 能够自动根据风向、 风力和太阳光强度自 动调整三角帆方向 ； 能够控制舵调整无人船的航向， 实现无人船沿设定方向前进。 0012 本发明具有以下优点 ： 0013 所述的海洋可再生能源驱动的无人船， 使用波浪能、 风能和太阳能这三种海洋可 。
13、再生能源， 具有普适性， 且清洁持久， 能够在大部分海域应用， 使无人船具有长续航能力。 本 发明的皮囊状、 楔形船体， 充分利用波浪能实现船体的吸水与喷水， 不断推动无人船前进， 原理上不消耗其它能量而实现船体驱动。本发明使用装有太阳能电池板的三角帆， 既实现 风能利用， 又可实现电力吸收， 一举两得。本发明是一种可用于长期海洋监测的平台， 能够 解决目前无人船续航时间短的问题， 有利于长期海洋观测任务的开展。 其结构合理紧凑、 成 本低， 也解决了大船无法进入海域的相关海洋测量。 附图说明 0014 图 1 是本发明的无人船主体示意图 ； 0015 图 2 是本发明的船体总体结构示意图 (。
14、 不包括三角帆 ) ； 0016 图 3 是本发明的波浪驱动示意图 ； 0017 图 4 是本发明的无人船受波浪作用示意图。 0018 其中， 1三角帆， 2船体， 3桅杆， 4弹簧， 5重块， 6甲板， 7左侧软板， 8排水口， 9后侧 软板， 10船底， 11浮体， 12右侧软板， 13入水口， 14电源， 15控制与导航系统， 16波浪驱动装 置， 17 波浪， 18 波峰， 19 波谷， 20 太阳能电池板 具体实施方式 0019 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 0020 如图 1、 2， 本发明包括由甲板 6 和船底 10 构成的船体 2、 三角帆 1、 桅杆。
15、 3、 船体 2 内的控制与导航系统 15 与电源 14 和波浪驱动装置 16， 其特征在于上述的船体 2 的内部还 包括有固定在甲板 6 之下重块 5、 固定在船底 10 上的浮体 11 以及重块 5 与浮体 11 之间有 弹簧 4 支撑， 且重块 5， 弹簧 4 和浮体 11 的连线中心与船体重心垂直轴重合， 且船体 2 是由 甲板 6、 船底 10 与左侧软板 7、 右侧软板 12、 后侧软板 9 构成的一个类皮囊状、 楔形船体， 在 波浪平静的情况下， 弹簧 4 能够支撑起重块 5， 使船体 2 呈支撑状态。 0021 所述的左侧软板7、 右侧软板12和后侧软板9是能够弯曲变形的软的弹。
16、性片体， 并 说 明 书 CN 103072679 A 4 3/3 页 5 在甲板 6 上放置太阳能电池板。 0022 如图 3 所示， 本发明上述的波浪驱动装置 16 是一个包括船底 10 前部设有的一个 入水口 13， 后侧软板 9 设有两个出水口 8， 以喷水的方式为无人船提供前进动力。当波浪驱 动装置 16 由压缩状态变为支撑状态时， 水从入水口 13 沿箭头方向进入， 船体 2 内充满水。 当波浪驱动装置 16 由支撑状态变为压缩状态时， 水从两个排水口 8 沿箭头方向喷出， 形成 推进力， 推动无人船前进。 0023 如图 4， 在存在波浪 17 的情况下， 当船体 2 从波峰 1。
17、8 向波谷 19 下落过程中， 由于 弹簧 4 的作用， 船体 2 呈现支撑状态， 水从入水口 13 进入， 完成吸水过程。当船体下落至波 谷 19 时， 由于船体失重， 以及重块 5 的惯性运动， 波浪对船底 10 的减速作用， 完成对船体 2 的压缩， 如图 4 所示， 船体 2 的厚度减小， 水从后侧软板 9 的两个排水口 8 喷出， 形成喷水推 进， 推动无人船前进。当船体 2 波谷 19 运动到波峰时， 因为波浪的升力和重块 5 的作用， 船 体 2 将保持挤压状态， 重新进入下一个吸水喷水周期。如此周而复始， 波浪驱动装置 16 将 利用波浪势能转化为流体机械能， 作为无人船动力驱。
18、动能源。甲板 6 上也覆盖有太阳能电 池板 20， 吸收太阳能存储于电源 14。电源 14 和控制与导航系统 15 安装于船底之上， 并考 虑平衡性， 通常对称安装于船体内部。电源 14 和控制与导航系统 15 安装于船底之上， 并考 虑平衡性， 通常对称安装于船体内部。 0024 本发明的甲板 6 和船底 10 呈等腰三角形， 甲板 6 和船底 10 的腰长与底边的比例 均大于 1.5 而小于 2， 底边长范围为 1-1.5 米， 腰长范围为 1.5-3 米， 船体 2 的高度范围为 0.3-0.5 米。 0025 本发明的左侧软板 7、 右侧软板 12 和后侧软板 9 是橡胶片或 PVC 。
19、板制成。 0026 本发明的甲板 6 和船底 10 是由玻璃钢或不锈钢板或硬塑料板制成。 0027 本发明的三角帆 1 的表面的安装太阳能电池板 20， 吸收的太阳能存储于电源 14， 为无人船的控制与导航系统 15 和搭载的其它传感器供电。又利用三角帆 1 作为风帆， 并可 绕桅杆 3 改变与风的作用方向， 辅助无人船前进。因为三角帆 1 具有吸收太阳能和风力应 用两种功能， 所以其方向转动将兼顾太阳能和风能的利用效率， 具体控制策略为 ： 当风速低 于或等于 34 级， 无人船控制与导航系统 15 将控制三角帆 1 转向太阳方向， 且兼顾不会增 加风阻力， 主要功能是吸收太阳能 ； 当风速高于34级时， 无人船控制与导航系统15将根据 风向控制三角帆角度， 利用风力驱动无人船。利用控制与导航系统 15 控制舵实现无人船按 预定航向前进。 说 明 书 CN 103072679 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103072679 A 6 2/2 页 7 图 4 说 明 书 附 图 CN 103072679 A 7 。