江苏科技大学 途光三体多功能浅海观光旅游船制作类Word文件下载.docx

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□E船模竞速赛

□F帆船模型竞赛

2017-5-22

关于参赛作品说明书使用授权的说明

本人完全了解“第六届全国海洋航行器设计与制作大赛”关于保留、使用参赛作品说明书的规定，即：

参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛作品的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。

如作品有核心保密部分，请向组委会另行说明，将不予公开。

参赛队员签名：

带队教师签名：

日期：

参赛作品说明

目录

第一章背景与选题意义

1.1背景

1.2选题意义

第二章具体设计原理

2.1三维水动力方法

2.2玻璃钢设计

2.3可收缩的太阳能风帆

2.4太阳能系统设计

2.5避碰报警系统

第三章创新点与关键技术

3.1创新点

3.2关键技术

第四章支持作品的现有理论与技术

4.1太阳能船用系统

4.2红外线传感器

4.3三体船理论基础

4.4玻璃钢制船技术

第五章应用前景

1.1背景

随着旅游业的发展，人们已不再满足于游览一些常规的自然人文景观，而是开始寻求一些刺激，富有探险的参与性娱乐旅游活动。

潜水观光在近几年逐渐成为许多游客感兴趣的一个旅游项目。

目前水下观光主要有潜水、水下摩托、观光潜艇等，这些方式各有利弊，水下观光船舶大多为单体船，功能较为单一。

在此背景下，进行此次作品的设计与制造。

1.2选题意义

为什么选择三体船作为游艇的船型呢？

因为三体船是一种近年来备受国内外关注的新型高性能船型，与常规船型相比，具有着良好的横稳性和耐波性、航行阻力小、上甲板宽阔等优点，而这些优点很大程度地提高了游客海上旅游的舒适性。

其次，我国海洋发展虽然起步晚，但是随着经济快速发展，海洋旅游业的壮大也颇为可观。

但是就海底观光这一块，我国的发展还是相对较缓，迄今为止，全国海底观光潜艇不到10艘，海底观光更多的是靠个人潜水装备实现，安全性和便捷性远不如观光潜艇。

为了解决游艇的高耗能问题，我们将在船上采取太阳能和常规燃料相结合的方式，达到节能减排的目的。

同时，通过仿生防污涂料，降低游艇的运营成本。

第二章具体的系统设计原理

基于三维水动力方法的三体船连接桥波浪载荷计算分析，建立三体船水动力分析面元模型,计算三体船在迎浪状态下零航速和中低航速运动响应,并与三体船拖曳水池模型试验结果进行对比,证明了此计算方法的可行性。

通过计算,探讨了三体船连接桥波浪载荷随航速和浪向的变化规律及特点,并对连接桥的波浪诱导载荷量级进行了一定的分析,计算结果对于提高三体船耐波性能和加强三体船的强度校核有重要的参考价值。

采用三体船的船型，使稳定性大大增加，内部空间的增大使船的容纳量更大，游客的观光体验也更舒适。

且两可分离式侧体可下潜，为游客提供更丰富的观光体验。

实体图

艇体采用其他金属材料与玻璃钢的结合，目前玻璃钢船的设计方法主要有根据"

规范"

进行设计和仿照"

母型船"

进行换算的等代设计。

玻璃钢船设计与钢质船的最大区别,就在于在设计结构的同时,可以设计玻璃钢材料本身,因此比钢质船有更大的设计自由度。

2.3可收缩的太阳能风帆

通过可收缩的太阳能风帆的设计，风帆采用硬质材料，将太阳能电池板布置在其表面之上，在风况不利时，通过单片机将太阳能风帆放下来，减少风的阻力对船的影响。

利用太阳能的新能源发电技术和电力推进技术组成船舶综合电力推进技术已成为绿色船舶上最被关注的技术之一。

太阳能光伏系统在船舶中应用主要是运用布置在船上的太阳能电池板等装置将光能转换成电能，然后将转化后的电能进行采集并利用。

根据用户的需求和负载的不同，太阳能光伏发电系统一般分为独立型光伏发电系统、并网型光伏发电系统和混合型光伏发电系统三种。

当船舶电站总功率较小时,一般考虑使用独立型光伏发电系统，而当船舶电站总功率较大的船舶,则主要考虑采用并网型光伏发电系统或混合型光伏发电系统。

由于本船太阳能系统作为辅助能源，又主机功率较大，故选用混合型光伏发电系统。

太阳能光伏发电系统的布置优化问题主要是太阳能电池板的布置、蓄电池的布置和电缆的走线问题。

本三体船是以太阳能为辅助电力的旅游三体船，其太阳能电池板的布置优化结合以上布置优化思路，再综合考虑平台的特点及用途，并兼顾船舶外形的美观性及对科技感的需求，将太阳能电池板布置区域定为上层建筑上盖的中前部。

太阳能光伏发电系统的布置优化中需考虑以下几个问题：

（1）安全性。

在设计之初，需要考虑到太阳能光伏发电系统的布置对于船舶安全性的影响。

在船舶上层建筑布置的太阳能电池板可能会影响船舶的稳性和风阻。

其中，船舶稳性对船舶的安全性能很重要，所以一定要关注太阳能光伏发电系统对船舶安全性的影响；

（2）实用性。

对太阳能光伏发电系统进行布置时，布置区域和布置形式要结合本船舶的具体特点进行设计；

（3）经济性。

由于太阳能光伏发电系统前期资金投入高，维护成本高，效益回收周期较长，所以在船舶上安装太阳能光伏系统需要进行详尽的经济性评估和论证。

太阳能供电系统设计及续航能力设计

根据IEC规定中国近海附近每天有效光照有效时长为4.5小时。

在太阳能电池板到给蓄电池充电这一系统中存在损耗，损耗系数取15%，同时，目前单晶硅太阳能电池板的转化效率为18%，采用IEC标准在AM1.5下（AirMass:

大气质量），太阳光谱的辐射强度为1000。

通过船模3D模型可量出太阳能电池板的布置面积为0.06（m2）。

太阳能电池板每天能够产生总能量（其中转化效率为18%）：

7.29

（W.h）

根据表下表，可以推知大约的续航能力如下表所示。

表2.1不同航速续航时间

航速续航时间=总能量/有效功率单位

（2kn）607.5/75.2858=8.0693h

（4kn）607.5/149.0272=4.0764h

（6kn）607.5/219.6693=2.7655h

（8kn）607.5/285.6566=2.1267h

（10kn）607.5/457.6245=1.3275h

（12kn）607.5/882.7224=0.6882h

由上表可知，太阳能供电系统产生的电能作为辅助能源对本艇在高速航行时的续航时间较短，在低速时可实现使用太阳能进行8小时左右的航行。

太阳能风帆蓄电池直流负载

主开关控制器逆变器交流负载

发电机组

混合发电系统

2.5避碰报警系统

利用单片机作为系统设计的控制核心,采用直流电机的偏转来实现扩大扫描的范围,检测周围的船只。

根据红外传感器的测量的距离和时间的间隔来计算出船舶的速度。

当测量的船舶距离小于或者等于系统设定的安全值的时候,系统的电路产生报警,电路中报警单元LED提示灯点亮和蜂鸣器发出报警。

开始探测障碍物确定距离单片机

警报器报警结束

避碰系统

总控制系统

3.1创新点

1、采用三体船型，与单体船型相比航行稳定性更好，内部空间大，载客量更大，旅行舒适性更好。

2、采用可分离式侧体，两侧体可以下潜，进行海底观光，使游客观光体验更丰富。

3、水下观光部分深度足够且采用普通材料与玻璃钢结合，强度更好。

4、两侧船体设有潜水口以及缆绳，可供游客进行潜泳观光，并保证其安全性。

5、使用可收缩的太阳能风帆，采用混合动力，绿色环保，且不占空间，提高了船的续航力。

6、避碰报警系统，避免碰撞，提高了安全性。

1.设计可收缩的太阳能风帆，完成太阳能的收集；

2.侧体的分离，提供动能，完成海底观光；

3.设计避碰警报系统，提供障碍物距离；

4.玻璃钢与普通材料的结合使用。

第四章支撑作品的现有理论与技术

在太阳能船用系统中,主要负载为直流或交流电机,太阳能电池阵列产生的光生电流,转换传送到电机,驱动电机带动螺旋桨旋转,推动船舶前进。

剩余电量由蓄电池储存起来,以便太阳能电池板电量不足或阴雨天气时驱动电机。

利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。

红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。

任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。

红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。

所谓三体船就是三个船体组成，三个瘦长的船体共享一个主甲板及上层结构，与单体船相比，有以下的优点;

首先甲板空间大，还有就是平稳性能好，两侧船体为三体船提供良好的稳定性，可以提高船在高海况下的耐波性能，另外三体船的快速性能好，前面说过，由于甲板是三个船体共用的，所以每个单体可以做的比较细长，这样可以得到有较大的长宽比，利于降低高速航行时的兴波阻力，通过调整侧体和主体间相对位置，可获得有利的兴波干扰。

玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。

[1]它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。

复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。

1、本作品构造的“途光”三体多功能浅海观光旅游船，能够满足大多数游客的需求，三体船的船型构造，为旅游船提供良好的稳性，提升游客的舒适性；

两可分离式侧体可下潜，提高旅游体验的丰富性；

通过可收缩的太阳能风帆，保护环境，节约资源，节省成本；

通过红外线警报系统，提高了船舶的安全性，有效的保证了游客的生命安全。

2、可在海洋鱼类资源调查，水质检查，水下打捞方面进行相关技术改进研发；

参考文献:

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2.夏灏超,肖桃云60客位海景观光船结构强度计算和校核[J].船海工程.2011,06.

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船舶. 

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