毕业设计--高速无人艇设计及运动预报仿真系统

以色列于2003年研制的多用途无人艇——“保护者”号 以色列某公司开发的Seastar（海星）高速无人水面艇
江苏科技大学本科毕业设计
二、国内高速无人艇的发展概况
❖ 中国的无人艇研究尚在起步阶段。目前国内的无人 艇技术多处于概念设计阶段，很多关键领域都是空 白，与欧美等发达国家相比存在很大差距。
❖ 实艇建造方面几乎是空白。1972年中华造船厂建造 了一艘无人遥控扫雷艇，但没有后续报道，从时间 上来说，其技术已经落伍。2002年我国北方某通信 修理厂将一艘退役导弹快艇改装为无人遥控靶船， 通过远距离摇控指挥，实现对船航速、航向、灯光 信号识别等要素的战术控制。
❖ 根据建立的三自由度运动数学模型，用Visual Basic（VB）程序语言编写仿真系统，进行三自 由度运动预报模拟。
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高速无人艇的研究意义（一） ❖高速水面无人艇能弥补在体系作战中的许多不足，形成 局部战术优势，达到影响局部战争的目的，是未来海战中 不可或缺的角色，为顺应武器智能化的历史潮流，开展高 速无人艇的技术研究己迫在眉睫。
美国海军”斯巴达侦察兵“号无人艇
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2、以色列
❖ “保护者”由以色列拉 斐尔武器发展局开发， 以9米长的刚性充气艇 为基础，喷水推进，航 速超过30节，最大作战 有效载荷1000千克。
❖以色列其他公司开发 产品，如图所示： Seastar（海星）高速 无人水面艇正在高速 航行。
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前言：
21世纪是海洋的世纪，海洋将成为世界各国竞 争的焦点。进入21世纪以来，海洋科学日益发展， 海洋与人类联系也越来越密切。船舶（广义船舶包 括各种浮式平台），是人类探索、开发和利用海洋 的重要手段。海洋资源的竞争，海洋主权的完整， 不可以没有先进的船舶技术，更不可以没有强大的 海军。由于世界海域的广阔，在船舶领域，高速船 舶的地位日益提高；而高速无人艇更是各类船舶中 新概念、新思想最丰富、最具挑战性的领域，具有 广阔的前景。
的排水量 0.7t
用Maxsurf所建的双体模型
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用Maxsurf对艇静止在水面时的模型基本计算
❖ 排水量
0.70t
❖ 水线之下容量 6.85m3
❖ 吃水
0.30m
❖ 设计水线长 5.03m
❖ 水下湿表面积 2.92m2
❖ 棱形系数
0.78
❖ 方形系数
0.65
❖ 中横剖面系数 0.834
❖ 水线面系数 0.831
❖ 浮心高度
0.183m
❖ 每厘米吃水吨数 0.030t/cm
❖ 每厘米纵倾力矩 0.011t.m
模型立体视图
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❖ 中国航天科工集团公 司沈阳新光公司研制 成功的中国第一艘无 人驾驶海上探测船 “天象一号”为北京 奥运会的青岛奥帆比 赛提供气象保障服务， 这也是世界上首次应 用无人船进行气象探 测。
中国第一艘无人驾驶海上探测船——天象一号
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❖ 在阻力计算系列图谱研究方面，中国船舶科学研 究中心(CSSRC)以各种滑行艇艇形阻力试验结果 整理成的一套估算阻力图谱。这是一种艇底舯后 扭曲的型线，目前这种艇型在我国被大量采用。
❖ 此外，哈尔滨工程大学水下智能机器人实验室在 水下机器人技术研究方面也积累了较丰富的经验， 目前正在开展水面无人艇的概念设计和艇体初步 设计等工作。
❖ 另外国内一些船舶院校，如上海交通大学、江苏 科技大学等，在某些方面也做过一定的研究。
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第二章 船体建模
单体模型的主尺度
❖ 滑行艇长L=6.0m ❖ 滑行型宽B=2.09m ❖ 滑行型深D=0.82m ❖ 设计吃水t=0.47m
1、美国
“斯巴达侦察兵” 是 一种具备半自主能力、可 从水面舰船或岸上发射的 无人水面艇，可执行水雷 战，情报、监视与侦察， 护防，及反潜战等任务。
在2006年弗吉尼亚ultiagency展会上的TUSSV-HTF无人艇
上图为美国海军水面 作战中心卡德罗克分部研 发的无人驾驶海面舰艇， 其正在美国东海岸之外的 海面上行动。
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第一章 研究背景
一、国外高速无人艇的发展概况
水面高速无人艇的研发较水下无人潜器、无人 飞机等的研发起步晚，但其发展十分迅速，目前己 有多种无人水面艇应用于军事上；在港口作业中， 也有应用无人艇的使用；特别是以美、欧为代表的 国家己将其列为重要的发展方向。
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高速无人艇的研究意义（二） ❖初步建立具有侦察/探测等功能，并可更换任务模块、具 有自主知识产权的智能水面高速无人艇系统，将填补我国 在该领域的空白，并带动其他产业的发展面无人艇是保卫国家主权的需要，也 是解决维护国家统一的台海问题、周边地区的冲突问题和 霸权国家潜在的威胁问题等的需要。
❖ 静止在水中的满载排
水水量 2.50t
用Maxsurf所建的单体模型
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用Maxsurf对艇静止在水面时的模型基本计算
❖ 排水量
2.50t
❖ 水线之下容量 2.46m3
❖ 吃水
0.47m
❖ 设计水线长 5.77m
❖ 水下湿表面积 7.60m2
❖ 棱形系数
0.654
❖ 方形系数
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论文主要内容
❖ 针对目前国内外的高速无人艇研究现状展开了调 查研究，并进行简单的介绍。
❖ 确定无人艇的主尺度及主要参数，利用Maxsurf软 件进行单体、双体船体模型方案初步设计。
❖ 对无人艇进行水动力分析，并做出初步的性能评 估。
❖ 建立滑行艇前进、升沉及纵摇三自由度运动数学 模型，开展三自由度运动预报。
0.501
❖ 中横剖面系数 0.791
❖ 水线面系数 0.726
❖ 浮心高度
0.284m
❖ 每厘米吃水吨数 0.078 t/cm
❖ 每厘米纵倾力矩 0.027 t·m
模型立体视图
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双体高速艇的主尺度
❖总长 L=5.20m ❖片体总长 L=5.20m ❖型宽 B=1.80m ❖片体型宽 B=0.45m ❖型深 D=0.855m ❖设计吃水 t=0.30m ❖ 静止在水中