1、作品編號：JSKJDX B 005“第六屆全國海洋航行器設(shè)計與制作大賽”參賽作品說明書作品名稱：“途光”三體多功能淺海觀光旅游船學校名稱：江蘇科技大學參賽者姓名：莊陳怡 張迪鄒澤李雙月 李登華 劉祥聚 陳逸飛 類別： A創(chuàng)意設(shè)計V B設(shè)計與制作C艦船模型智能航行D名船名艦外觀模型仿真制作 E船模競速賽 F帆船模型競賽2017-5-22i關(guān)于參賽作品說明書使用授權(quán)的說明本人完全了解“第六屆全國海洋航行器設(shè)計與制作大賽”關(guān)于保留、使用參 賽作品說明書的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會可以在相 關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計方案、 技術(shù)報告以及參賽作品的視頻、圖像 資料，并將相關(guān)內(nèi)

2、容編纂收錄在組委會出版論文集中。如作品有核心保密部分， 請向組委會另行說明，將不予公開。參賽隊員簽名：帶隊教師簽名：日 期:3參賽作品說明目錄第一章背景與選題意義1.1背景1.2選題意義第二章具體設(shè)計原理2.12.22.32.4三維水動力方法 玻璃鋼設(shè)計可收縮的太陽能風帆 太陽能系統(tǒng)設(shè)計2.5避碰報警系統(tǒng)第三章創(chuàng)新點與關(guān)鍵技術(shù)3.1創(chuàng)新點3.2關(guān)鍵技術(shù)第四章 支持作品的現(xiàn)有理論與技術(shù)4.14.24.34.4太陽能船用系統(tǒng) 紅外線傳感器三體船理論基礎(chǔ) 玻璃鋼制船技術(shù)第五章應(yīng)用前景作品名稱：“途光”三體多功能淺海觀光旅游船第一章1.1背景背景與選題意義隨著旅游業(yè)的發(fā)展，人們已不再滿足于游覽一些常規(guī)

3、的自然人文景觀，而是 開始尋求一些刺激，富有探險的參與性娛樂旅游活動。潛水觀光在近幾年逐 漸成為許多游客感興趣的一個旅游項目。目前水下觀光主要有潛水、水下摩 托、觀光潛艇等，這些方式各有利弊，水下觀光船舶大多為單體船，功能較 為單一。在此背景下，進行此次作品的設(shè)計與制造。1.2選題意義 為什么選擇三體船 呢？因為三體船是 國內(nèi)外關(guān)注的新型 常規(guī)船型相比，具作為游艇的船型 一種近年來備受 高性能船型，與 有著良好的橫穩(wěn)性和耐波性、航行阻力小、上甲板寬闊等優(yōu)點，而這些優(yōu)點很大程度地提高 了游客海上旅游的舒適性。其次，我國海洋發(fā)展雖然起步晚，但是隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，海洋旅游業(yè)的壯 大也頗為可觀。但是就

4、海底觀光這一塊，我國的發(fā)展還是相對較緩，迄今為 止，全國海底觀光潛艇不到10艘，海底觀光更多的是靠個人潛水裝備實現(xiàn), 安全性和便捷性遠不如觀光潛艇。為了解決游艇的高耗能問題，我們將在船上采取太陽能和常規(guī)燃料相結(jié)合的 方式，達到節(jié)能減排的目的。同時，通過仿生防污涂料，降低游艇的運營成 本。第二章具體的系統(tǒng)設(shè)計原理2.1三維水動力方法基于三維水動力方法的三體船連接橋波浪載荷計算分析， 建立三體船水動力 分析面元模型，計算三體船在迎浪狀態(tài)下零航速和中低航速運動響應(yīng) ，并與 三體船拖曳水池模型試驗結(jié)果進行對比，證明了此計算方法的可行性。通過計算,探討了三體船連接橋波浪載荷隨航速和浪向的變化規(guī)律及特點，

5、并對連接橋的波浪誘導載荷量級進行了一定的分析，計算結(jié)果對于提高三體船耐 波性能和加強三體船的強度校核有重要的參考價值。采用三體船的船型，使穩(wěn)定性大大增加，內(nèi)部空間的增大使船的容納量更大，游客的觀光體驗也更 舒適。且兩可分離式側(cè)體可下潛，為游客提供更豐富的觀光體驗。實體圖2.2玻璃鋼設(shè)計艇體采用其他金屬材料與玻璃鋼的結(jié)合，目前玻璃鋼船的設(shè)計方法主要有根據(jù)"規(guī)范"進行設(shè)計和仿照"母型船"進行換算的等代設(shè)計。玻璃鋼船設(shè)計與鋼 質(zhì)船的最大區(qū)別，就在于在設(shè)計結(jié)構(gòu)的同時，可以設(shè)計玻璃鋼材料本身，因此 比鋼質(zhì)船有更大的設(shè)計自由度。2.3可收縮的太陽能風帆通過可收縮的太

6、陽能風帆的設(shè)計，風帆采用硬質(zhì)材料，將太陽能電池板布置 在其表面之上，在風況不利時，通過單片機將太陽能風帆放下來，減少風的 阻力對船的影響。2.4太陽能系統(tǒng)設(shè)計利用太陽能的新能源發(fā)電技術(shù)和電力推進技術(shù)組成船舶綜合電力推進技術(shù) 已成為綠色船舶上最被關(guān)注的技術(shù)之一。太陽能光伏系統(tǒng)在船舶中應(yīng)用主要 是運用布置在船上的太陽能電池板等裝置將光能轉(zhuǎn)換成電能，然后將轉(zhuǎn)化后的電能進行采集并利用。根據(jù)用戶的需求和負載的不同，太陽能光伏發(fā)電系 統(tǒng)一般分為獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)、 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合型光伏發(fā)電系 統(tǒng)三種。當船舶電站總功率較小時，一般考慮使用獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)，而 當船舶電站總功率較大的船舶，則主要考

7、慮采用并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)或混合 型光伏發(fā)電系統(tǒng)。由于本船太陽能系統(tǒng)作為輔助能源，又主機功率較大，故 選用混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的布置優(yōu)化問題主要是太陽能電池板的布置、蓄電池的布置和電纜的走線問題。本三體船是以太陽能為輔助電力的旅游三體船，其 太陽能電池板的布置優(yōu)化結(jié)合以上布置優(yōu)化思路，再綜合考慮平臺的特點及用途，并兼顧船舶外形的美觀性及對科技感的需求，將太陽能電池板布置區(qū) 域定為上層建筑上蓋的中前部。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的布置優(yōu)化中需考慮以下幾個問題：（1）安全性。在設(shè)計之初，需要考慮到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的布置對于船 舶安全性的影響。在船舶上層建筑布置的太陽能電池板可能會影響船舶

8、的穩(wěn) 性和風阻。其中，船舶穩(wěn)性對船舶的安全性能很重要，所以一定要關(guān)注太陽 能光伏發(fā)電系統(tǒng)對船舶安全性的影響；（2）實用性。對太陽能光伏發(fā)電系 統(tǒng)進行布置時，布置區(qū)域和布置形式要結(jié)合本船舶的具體特點進行設(shè)計；（3） 經(jīng)濟性。由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)前期資金投入高，維護成本高，效益回收 周期較長，所以在船舶上安裝太陽能光伏系統(tǒng)需要進行詳盡的經(jīng)濟性評估和 論證。太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計及續(xù)航能力設(shè)計根據(jù)IEC規(guī)定中國近海附近每天有效光照有效時長為 4.5小時。在太陽能電 池板到給蓄電池充電這一系統(tǒng)中存在損耗，損耗系數(shù)取15%同時，目前單晶硅太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率為 18%采用IEC標準在AM1.5下（Air

9、 Mass: 大氣質(zhì)量），太陽光譜的輻射強度為 1000?。通過船模3D模型可量出太陽能電池板的布置面積為0.06（m2）。太陽能電池板每天能夠產(chǎn)生總能量（其中轉(zhuǎn)化效率為18% : 7.29（W.h）根據(jù)表下表，可以推知大約的續(xù)航能力如下表所示。表2.1不同航速續(xù)航時間航速續(xù)航時間=總能量/有效功率單位(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(10k n)607.5/457.6245=1.3275h(12k n)607.5

10、/882.7224=0.6882h由上表可知，太陽能供電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能作為輔助能源對本艇在高速航行時 的續(xù)航時間較短，在低速時可實現(xiàn)使用太陽能進行 8小時左右的航行。i主開關(guān)控制器/逆變器4交流負載發(fā)電機組混合發(fā)電系統(tǒng)2.5避碰報警系統(tǒng)利用單片機作為系統(tǒng)設(shè)計的控制核心，采用直流電機的偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)擴大掃描 的范圍，檢測周圍的船只。根據(jù)紅外傳感器的測量的距離和時間的間隔來計 算出船舶的速度。當測量的船舶距離小于或者等于系統(tǒng)設(shè)定的安全值的時 候,系統(tǒng)的電路產(chǎn)生報警，電路中報警單元LED提示燈點亮和蜂鳴器發(fā)出報 警。開始9探測障礙物,：確定距離> 單片機警報器報警結(jié)束避碰系統(tǒng)9總控制系統(tǒng)第三章創(chuàng)新

11、點與關(guān)鍵技術(shù)3.1創(chuàng)新點1、采用三體船型，與單體船型相比航行穩(wěn)定性更好，內(nèi)部空間大，載客量 更大，旅行舒適性更好。2、采用可分離式側(cè)體，兩側(cè)體可以下潛，進行海底觀光，使游客觀光體驗 更豐富。3、水下觀光部分深度足夠且采用普通材料與玻璃鋼結(jié)合，強度更好。4、兩側(cè)船體設(shè)有潛水口以及纜繩，可供游客進行潛泳觀光，并保證其安全 性。5、使用可收縮的太陽能風帆，采用混合動力，綠色環(huán)保，且不占空間，提 咼了船的續(xù)航力。6、避碰報警系統(tǒng)，避免碰撞，提高了安全性。3.2關(guān)鍵技術(shù)1. 設(shè)計可收縮的太陽能風帆，完成太陽能的收集；2. 側(cè)體的分離，提供動能，完成海底觀光；3. 設(shè)計避碰警報系統(tǒng)，提供障礙物距離；4.

12、玻璃鋼與普通材料的結(jié)合使用。第四章支撐作品的現(xiàn)有理論與技術(shù)4.1太陽能船用系統(tǒng)在太陽能船用系統(tǒng)中，主要負載為直流或交流電機，太陽能電池陣列產(chǎn) 生的光生電流，轉(zhuǎn)換傳送到電機，驅(qū)動電機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，推動船舶前進。 剩余電量由蓄電池儲存起來，以便太陽能電池板電量不足或陰雨天氣時驅(qū)動 電機。4.2紅外線傳感器利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反 射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫 度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體 直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點。4.3三體船理論基礎(chǔ)所謂三體船就是三

13、個船體組成，三個瘦長的船體共享一個主甲板及上層 結(jié)構(gòu)，與單體船相比，有以下的優(yōu)點；首先甲板空間大，還有就是平穩(wěn)性能 好，兩側(cè)船體為三體船提供良好的穩(wěn)定性，可以提高船在高海況下的耐波性 能，另外三體船的快速性能好，前面說過，由于甲板是三個船體共用的，所 以每個單體可以做的比較細長，這樣可以得到有較大的長寬比，利于降低高 速航行時的興波阻力，通過調(diào)整側(cè)體和主體間相對位置，可獲得有利的興波 干擾。4.4玻璃鋼制船技術(shù)玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、 帶、氈、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。復 合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求，需要由兩種或兩

14、種以上的材料復合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復合材料。第五章應(yīng)用前景1、本作品構(gòu)造的“途光”三體多功能淺海觀光旅游船，能夠滿足大多數(shù)游 客的需求，三體船的船型構(gòu)造，為旅游船提供良好的穩(wěn)性，提升游客的舒適 性；兩可分離式側(cè)體可下潛，提高旅游體驗的豐富性；通過可收縮的太陽能 風帆，保護環(huán)境，節(jié)約資源，節(jié)省成本；通過紅外線警報系統(tǒng)，提高了船舶 的安全性，有效的保證了游客的生命安全。2、可在海洋魚類資源調(diào)查，水質(zhì)檢查，水下打撈方面進行相關(guān)技術(shù)改進研 發(fā)；參考文獻：1水下觀光潛艇(船)的研制簡介沈小榮 江蘇船舶1997-6-15期刊2. 夏灝超,肖桃云60客位海景觀光船結(jié)構(gòu)強度計算和校核J

15、.船海工 程.2011,06.3. 觀光潛艇舷窗有機玻璃制作的關(guān)鍵技術(shù)研究J.船海工程.2010,01.4. 水下觀光船J.船舶.1990,02.5.21世紀的海上觀光船J.崔為耀.技術(shù)經(jīng)濟信息.1991(02)6. 千島湖10客位觀光潛艇強度分析J.儲泉松.電子測試.2016(09)7. 微型觀光潛艇殼體系統(tǒng)研究D.段延峰.哈爾濱工程大學20118. 微型觀光潛艇推進裝置研究D.鄭毅.哈爾濱工程大學20119. 觀光潛艇動力用密封鉛酸蓄電池循環(huán)壽命的研究J.黃紅燕，李維俊.船電技術(shù).2005(04)10. 國產(chǎn)觀光潛艇獲國際認證即將出口泰國J.林鷹.交通與運輸.2005(06)11. 國內(nèi)首艘全潛式觀光潛艇開工建造J.船海工程.2003(01)12. 俄羅斯公開二種一一旅游潛艇設(shè)計方案J.林一平.交通與運輸.1999(01)13HFM型觀光潛艇通過鑒定J. 施平. 武漢造船.1996(02)14鮮為人知的我國深潛器與觀光潛艇