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更新日志
CN109649590B 一种波浪能和太阳能综合发电四体无人艇
申请日：2018.12.03
IPC分类号：B63B35/00
公开日：20201215
申请人：江苏科技大学
发明人：曹志伟;余永强;汪保江;张迪;杨松林
一种波浪能和太阳能综合发电四体无人艇
一种波浪能和太阳能综合发电四体无人艇，属于船舶工程技术领域
提供一种既能利用太阳能又能利用多个自由度的波浪能发电，能自主进行移动的四体无人艇
一种波浪能和太阳能综合发电四体无人艇，其包括上艇体和位于其下方的四个浮体、连接两者的波浪能发电系统；其中，甲板上方设有上层建筑，上层建筑上设有太阳能发电装置，上艇体装有两套对称分布的吊舱推进装置，上层建筑后方设有与主控器相连接的环境感知装置和自主或半自主航行系统
本发明综合利用多自由度的波浪能发电装置和辅助太阳能发电设备，提高了无人艇续航力，有相当的经济性，并且可以根据天气情况自主航行进行区域转移，提高了灵活性，在航行过程中可利用制动装置将浮子固定，从而保证艇体在高海况航行过程中的良好性能
申请号：CN201811465460.6
公开（公告）号：CN109649590B
申请日：2018.12.03
公开（公告）日：20201215
优先权：
同族：中国
同族引用文献：5
同族施引专利：7
申请人：江苏科技大学
申请人地址：212003 江苏省镇江市梦溪路2号
权利人：江苏科技大学
权利人地址：212003 江苏省镇江市梦溪路2号
发明人：曹志伟;余永强;汪保江;张迪;杨松林
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：楼高潮
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1.一种波浪能和太阳能综合发电四体无人艇，包括：上艇体(1)、对称地设置在上艇体(1)前后的前后浮体(2)和左右的左右浮体(3)，所述前后浮体(2)和左右浮体(3)通过波浪能发电系统(4)与上艇体(1)连接成一体；所述上艇体(1)后部装有两套对称分布的吊舱推进系统(5)，甲板(6)上方设有上层建筑(7)，上层建筑(7)上设有多块太阳能板(8)，太阳能板(8)通过控制器(12)与蓄电池(13)相连接，上层建筑(7)后方及船舱内部设有环境感知装置(9)和自主或半自主航行系统(10)；
其中，所述波浪能发电系统(4)包括多组垂荡发电装置(41)、纵荡发电装置(42)和摆动发电装置(43)，所述前后浮体(2)和左右浮体(3)在波浪的带动下产生上下振荡运动，使得所述垂荡发电装置(41)发电产生电能；所述前后浮体(2)和左右浮体(3)在波浪的带动下产生前后振荡运动，使得所述纵荡发电装置(42)发电产生电能；所述前后浮体(2)和左右浮体(3)在波浪的带动下产生摆动运动，使得所述摆动发电装置(43)发电产生电能；
所述垂荡发电装置(41)、纵荡发电装置(42)和摆动发电装置(43)同时工作产生电能，且产生的电能经过整流桥(44)储存连接至所述蓄电池(13)中。
10.一种基于性能综合优化计算波浪能和太阳能综合发电四体无人艇的各尺度比及各部分几何形状的方法，其特征在于，其用于权利要求1-9任意一项所述的波浪能和太阳能综合发电四体无人艇的计算优化，其包括以下步骤：
(1)设计变量
优化设计变量包括：潜体长度Lh，潜体直径D1，船长L，船宽B，吃水T，浮心纵向位置Lcp，螺旋桨直径DP，盘面比Aeo，螺距比PDP，螺旋桨转速N，设计航速VS，方形系数Cb，水线长Lw，水线面系数Cw，四体船片体间距C0，重心高度Zg；
(2)优化数学模型
将无人艇的快速性、操纵性、耐波性、绿色能源系统四个子系统的目标函数综合起来，具体采用幂指数乘积的形式构成性能综合优化总目标函数f(x)如下：
其中：f1(x)为快速性目标函数中阻力方面的子目标函数，其表达式为，
式中：Rtotal航行总阻力(单位：N)；排水体积(单位：m3)
f2(x)为快速性目标函数中推力方面的子目标函数，其表达式为，
f2(x)＝P.C＝ηHηRηSη0；
式中：推进系数P.C，η0螺旋桨敞水效率，ηH船身效率，ηR相对旋转效率，ηS轴系效率
f3(x)为操纵性目标函数，其表达式为，
f3(x)＝C
直线稳定性衡准系数C
f4(x)为耐波性目标函数f4(x)，其表达式如下，
式中：Tφ船舶固有周期、Wφ横摇固有频率、s秒的单位、I'xx船体本身惯性矩与附加惯性矩之和，
h船舶初稳性高、Δ排水量、Ixx船体本身惯性矩、Jxx附加惯性矩，
f5(x)为绿色能源系统目标函数，其表达式如下，
式中：Ps主机功率、KQ螺旋桨推力系数、DP螺旋桨直径、n螺旋桨转速、ρ海水密度
式中：α1,α2,α3,α4,α5分别为无人艇快速性、操纵性、耐波性和绿色能源系统的权重，且满足α1×α2×α3×α4×α5＝1；
(3)约束条件
约束条件包括：静水浮性约束、推力阻力平衡约束、转矩平衡约束、翼航时升力约束、螺旋桨需满足空泡约束、初稳性高约束、横摇周期约束、太阳能布置面积与风帆之间的约束；
将上述的设计变量、约束条件和目标函数构成综合优化数学模型，结合现代智能优化算法遗传、混沌、粒子群相结合的混合算法进行优化计算，最终得出其尺度及各部分几何形状。