可用于涵洞被淹车辆救生的三栖无人艇概念设计【字数：17875】
摘 要无人艇是现代国家发展海洋资源的重要工具和手段之一，同时也随着科技的发展而进入人们生活中来，国内外对其研究和关注的热度经久不衰。本文简单叙述了无人艇的发展进展、性能、特点、和当前的应用情况及使用范围。本文的研究基于近些年来越来越多的车辆被淹后而造成的经济和人员损失，针对被淹车辆所造成的危险大、经济损失高、被淹车辆解救难度大的问题，依照成本低廉、解决方法简单和所造成的社会影响小的原则，在无人艇或两栖无人艇的基础上提出一个全新的设计即三栖无人艇。其核心创意在于利用现有无人艇和两栖无人艇技术制造出一款三栖无人艇，以降低涵洞被淹车辆所造成的经济损失和社会影响，本装置的设计立足当前需求，按照设计-计算-验证-改进的思路，逐渐完善方案，提出一套切实可行的装置理论，也可作为未来解救涵洞被淹车辆问题的一种新的解决方法。在画图方面，主要采用CAD及openfoam软件，画出设计理念图及各构件的细节图；对无人艇外形、所用材料、和构件的连接方式进行了筛选；在计算过程中使用分析软件来验证这种三栖无人艇的可行性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3课题主要研究的内容 3
第二章 被淹车辆事故产生的社会影响 4
2.1被淹车辆造成的经济损失 4
2.2被淹车辆造成的人员伤亡 4
第三章 openfoam的相关介绍 5
3.1openfoam发展历程 5
3.2openfoam简述 5
3.3openfoam的框架结构与特点 6
第四章 三栖无人艇概念设计与模型制作 8
4.1三栖无人艇形状的优劣性论证 8
4.1.1形状特点 9
4.1.2多用途性 10
4.1.3经济性 10
4.2主体艇与侧体选型 10
4.2.1主船艇选型 10
4.2.2侧船体选型 12
第五章 三栖无人艇动力选配 13
5.1三栖无人艇总能源选择 13
5.2水面动力组成 15
5.2.1主推力器 15
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.2.2螺旋桨 16
5.3水下动力组成 17
5.4空中动力系统 18
5.4.1升空原理 18
5.4.2桨叶选配 19
第六章 三栖无人艇内部部署及工作性能测评 20
6.1无人艇内部部署 20
6.2无人艇智能控制系统的组成 20
6.2.1Wincon8741简介 21
6.2.2运行模式 21
6.3无人艇工作方式 23
第七章 总结与展望 25
7.1论文工作总结 25
7.2研究展望 25
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1课题的目的和意义
随着近些年的天气环境越来越恶劣的情况，有一现象越来越受到人们的关注，由于特别恶劣的天气环境影响，我国部分地区出现降雨急、降水量大的情况，而这一情况则会出现车辆被淹的情况。而随着时间的推移此问题显得更加突出。
被淹车辆不仅会造成交通拥堵、交通事故等社会不良影响，由于车辆被淹而造成汽车持有人和保险公司的经济损失，严重时更会造成人员伤亡的重大损失，虽然车辆被淹会造成很大的损失但是在如何解决被淹车辆的问题上一直都存在困难。
本文由上述的事件提出一种三栖无人艇可用于对被淹的车辆进行解救，该无人艇可在水面、水下和空中三种不同的环境下进行工作，这就意味着它比其他的无人艇或两栖无人机有着更大的优势。首先它有着更加好的续航能力可以行使更加远的航程，由于该无人艇可以落入在水面上，因此当电池电量低时就可以在水面上利用太阳能进行充电而这就是它可以进行中长距离工作的基础。其次它可以更加直接的观察车辆被淹的情况，普通的飞行器由于受到续航和工作条件的限制不能对被淹车辆的具体情况作出一个很细致的观察而这款三栖的无人艇则可以更加仔细的判断出车辆被淹的情况。最后由于它是三栖的无人艇决定他的动力系统会比其他的无人艇和两栖无人机更强，因此让携带大功率的设备成为了可能，这就意味着它可以进入更加复杂的工作环境，处理更加危险的工作，能够更加有效的完成指定的工作。
本论文的目的，是通过上述的三栖无人艇由最初的概念设计到最终的模型产生，经过一系列的实验和验证该艘三栖无人艇的优势和在面对涵洞被淹车辆问题上该无人艇的作用，为未来被淹车辆的解决提供方法和思路。
1.2国内外研究现状
由于目前还没有公开的关于三栖无人艇信息所以我们以已有的无人艇、两栖无人艇作为参考依据。20世纪初，一些发达国家的海军就对海上智能水面无人艇进行了关注，其最初的作用是用来防止受到别人攻击的威胁，并通过无人艇对战场进行监视、侦查和网络化的情报收集从而达到提高预警能力，争夺信息优势的作用[1]。世界各大海洋强国都把研究无人艇放在一个重要的位置上。美国在无人艇的发展道路上有着举足轻重的地位，其无人艇技术在目前来说还是处在世界的领先水平，2007年美国发布了《海军无人水面艇主计划》[2]这一系统的出台确定了美国的未来无人艇发展方向。其中有很多款的无人艇已经准备被测试，甚至有一部分无人艇已经可以投入实际的部署中去。在这些早期的无人艇中比较让人熟知的就是美国的“斯巴达侦察兵”无人艇，这艘艇的重量是13502250kg，长度是11m，它的最高时速可以到达到每小时50km[2]当时美国海军的“葛底士堡”舰艇上就部署了这艘无人艇，用它来进行情报的搜集，侦查巡逻，打击敌人等任务。除了这艘无人艇之外，目前美国的西风海事公司研发的海狐系列的无人艇“海狐MK1”和“海狐MK2”也被美国海军所使用，该系列艇的任务主要有两个：一个是对作战区域进行评估，一个是对部队作战的安全进行保障[2]。
近些年来日本在深海领域的研究和发展有着很大的突破，其根本原因在于其无人艇的发展实力的进步甚至在某些地方已经超过了美国。日本现在已经拥有可以进行海洋调查的多种无人艇如R2 projectR2D4和R1 Robot等[3]，目前，世界上最大的海沟:马里亚纳海沟而日本的船舶设计师们正在计划这去设计出一艘无人艇去征服它。“银枪鱼”[1]是一艘无人艇它是在2008年由以色列的埃尔比特公司研发出来的，现在已经被引入了以色列的水面战斗系统，该艘无人艇的长度为12m最高航速为45节，并且可以行使约500km其艇壳采用的是复合材料[1]。通过此艘无人艇和之前就已经部署的“黄貂鱼”和“保护者”型无人艇，以色列的水面无人侦查体系已经初步形成。2009年，“旗鱼”无人艇研制项目被法国提上了日程，该项目的开展是法国未来反水雷项目计划的重要部分之一，其目的就是为了使用先进的无人艇代替人工排雷所产生的危险和减少由于不确定因素而造成的损失。从而提高反水雷的作战能力，该艘无人艇于2011年下水实验，“旗鱼”无人艇长度为17m，排水量为25t[1]。除了以上说的国家的无人艇外还有很多国家致力于无人艇的研究开发如英国的“FENRIR”俄罗斯的“探索者”无人艇的等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3课题主要研究的内容 3
第二章 被淹车辆事故产生的社会影响 4
2.1被淹车辆造成的经济损失 4
2.2被淹车辆造成的人员伤亡 4
第三章 openfoam的相关介绍 5
3.1openfoam发展历程 5
3.2openfoam简述 5
3.3openfoam的框架结构与特点 6
第四章 三栖无人艇概念设计与模型制作 8
4.1三栖无人艇形状的优劣性论证 8
4.1.1形状特点 9
4.1.2多用途性 10
4.1.3经济性 10
4.2主体艇与侧体选型 10
4.2.1主船艇选型 10
4.2.2侧船体选型 12
第五章 三栖无人艇动力选配 13
5.1三栖无人艇总能源选择 13
5.2水面动力组成 15
5.2.1主推力器 15
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.2.2螺旋桨 16
5.3水下动力组成 17
5.4空中动力系统 18
5.4.1升空原理 18
5.4.2桨叶选配 19
第六章 三栖无人艇内部部署及工作性能测评 20
6.1无人艇内部部署 20
6.2无人艇智能控制系统的组成 20
6.2.1Wincon8741简介 21
6.2.2运行模式 21
6.3无人艇工作方式 23
第七章 总结与展望 25
7.1论文工作总结 25
7.2研究展望 25
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1课题的目的和意义
随着近些年的天气环境越来越恶劣的情况，有一现象越来越受到人们的关注，由于特别恶劣的天气环境影响，我国部分地区出现降雨急、降水量大的情况，而这一情况则会出现车辆被淹的情况。而随着时间的推移此问题显得更加突出。
被淹车辆不仅会造成交通拥堵、交通事故等社会不良影响，由于车辆被淹而造成汽车持有人和保险公司的经济损失，严重时更会造成人员伤亡的重大损失，虽然车辆被淹会造成很大的损失但是在如何解决被淹车辆的问题上一直都存在困难。
本文由上述的事件提出一种三栖无人艇可用于对被淹的车辆进行解救，该无人艇可在水面、水下和空中三种不同的环境下进行工作，这就意味着它比其他的无人艇或两栖无人机有着更大的优势。首先它有着更加好的续航能力可以行使更加远的航程，由于该无人艇可以落入在水面上，因此当电池电量低时就可以在水面上利用太阳能进行充电而这就是它可以进行中长距离工作的基础。其次它可以更加直接的观察车辆被淹的情况，普通的飞行器由于受到续航和工作条件的限制不能对被淹车辆的具体情况作出一个很细致的观察而这款三栖的无人艇则可以更加仔细的判断出车辆被淹的情况。最后由于它是三栖的无人艇决定他的动力系统会比其他的无人艇和两栖无人机更强，因此让携带大功率的设备成为了可能，这就意味着它可以进入更加复杂的工作环境，处理更加危险的工作，能够更加有效的完成指定的工作。
本论文的目的，是通过上述的三栖无人艇由最初的概念设计到最终的模型产生，经过一系列的实验和验证该艘三栖无人艇的优势和在面对涵洞被淹车辆问题上该无人艇的作用，为未来被淹车辆的解决提供方法和思路。
1.2国内外研究现状
由于目前还没有公开的关于三栖无人艇信息所以我们以已有的无人艇、两栖无人艇作为参考依据。20世纪初，一些发达国家的海军就对海上智能水面无人艇进行了关注，其最初的作用是用来防止受到别人攻击的威胁，并通过无人艇对战场进行监视、侦查和网络化的情报收集从而达到提高预警能力，争夺信息优势的作用[1]。世界各大海洋强国都把研究无人艇放在一个重要的位置上。美国在无人艇的发展道路上有着举足轻重的地位，其无人艇技术在目前来说还是处在世界的领先水平，2007年美国发布了《海军无人水面艇主计划》[2]这一系统的出台确定了美国的未来无人艇发展方向。其中有很多款的无人艇已经准备被测试，甚至有一部分无人艇已经可以投入实际的部署中去。在这些早期的无人艇中比较让人熟知的就是美国的“斯巴达侦察兵”无人艇，这艘艇的重量是13502250kg，长度是11m，它的最高时速可以到达到每小时50km[2]当时美国海军的“葛底士堡”舰艇上就部署了这艘无人艇，用它来进行情报的搜集，侦查巡逻，打击敌人等任务。除了这艘无人艇之外，目前美国的西风海事公司研发的海狐系列的无人艇“海狐MK1”和“海狐MK2”也被美国海军所使用，该系列艇的任务主要有两个：一个是对作战区域进行评估，一个是对部队作战的安全进行保障[2]。
近些年来日本在深海领域的研究和发展有着很大的突破，其根本原因在于其无人艇的发展实力的进步甚至在某些地方已经超过了美国。日本现在已经拥有可以进行海洋调查的多种无人艇如R2 projectR2D4和R1 Robot等[3]，目前，世界上最大的海沟:马里亚纳海沟而日本的船舶设计师们正在计划这去设计出一艘无人艇去征服它。“银枪鱼”[1]是一艘无人艇它是在2008年由以色列的埃尔比特公司研发出来的，现在已经被引入了以色列的水面战斗系统，该艘无人艇的长度为12m最高航速为45节，并且可以行使约500km其艇壳采用的是复合材料[1]。通过此艘无人艇和之前就已经部署的“黄貂鱼”和“保护者”型无人艇，以色列的水面无人侦查体系已经初步形成。2009年，“旗鱼”无人艇研制项目被法国提上了日程，该项目的开展是法国未来反水雷项目计划的重要部分之一，其目的就是为了使用先进的无人艇代替人工排雷所产生的危险和减少由于不确定因素而造成的损失。从而提高反水雷的作战能力，该艘无人艇于2011年下水实验，“旗鱼”无人艇长度为17m，排水量为25t[1]。除了以上说的国家的无人艇外还有很多国家致力于无人艇的研究开发如英国的“FENRIR”俄罗斯的“探索者”无人艇的等。
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