绿色能源渔业监测船设计说明书

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1、目录作品内容简介11研制背景及意义22船体设计制作22.1设计方案22.2艇型设计与制作32.3推进系统设计与安装72.3.1螺旋桨设计与安装72.3.2 主机选型82.3.3轴系设计与安装92.4操纵系统设计与安装102.4.1舵叶设计112.4.2 船桨后舵的水动力计算122.4.3 舵的数目和安装形式142.5基于STM32智能控制系统142.6相关传感器设备搭载153 太阳能电力推进183.1太阳能光伏发电系统183.1.1光伏发电系统的工作原理183.1.2光伏发电系统的组成183.1.3光伏发电系统的运行方式183.2 太阳能电池183.2.1太阳能电池的分类193.2.2太阳能电

2、池方阵193.2.3蓄电池193.3太阳能电力推进的优势203.4太阳能输出数学模型213.5太阳能输出约束条件213.6太阳能供电系统的续航能力估算224 工作原理及性能分析224.1工作原理224.2 性能分析234.2.1 回转试验234.2.2直航稳定性试验234.2.3 差速转弯试验244.2.4 自主抛食试验255 创新点及应用256 未来工作展望26绿色能源渔业监测船设计说明书设计者：司鸿翔，潘松，陈姝，秦宇璇，郭涵慧，庄陈怡，刘祥聚指导教师：杨松林 周玉龙（江苏科技大学 船舶与海洋工程学院 江苏镇江 212000）摘要：此项发明能通过船体上层甲板高效太阳能板进行太阳能充放电，并

3、可对目标水域进行无人智能化巡逻，且自身携带风力驱鸟器和水循环增氧系统，最大化的提高能源利用率，符合绿色减排，节能低碳原则。关键词：节能减排 太阳能 无人艇 渔业辅助作品内容简介根据实际需求及相关实验设计制作此搜绿色能源渔业监测船。随着传统能源的逐步紧缺，及开发和不当使用传统能源所带来的生态环境破坏日益严重，清洁能源如太阳能、风能的开发和使用也变得愈发重要。同时随着人们的生活水平的提高，市场对各种养殖鱼、虾、大闸蟹等需求越来越旺盛，农村里大型鱼塘随处可见，但养殖方式仍然十分传统。同时国内用于渔业的无人艇几乎没有，于是为了推动现有传统渔业养殖形式向节能减排、经济环保的方向转变，想到了通过所学知识利

4、用太阳能电力推进，并综合多项科技将无人艇应用于养殖鱼塘。基于此，此项发明能通过船体上层甲板高效太阳能板、风力驱鸟器，利用清洁能源，在节能减排的同时为自己提供足够能量来对目标水域进行无人智能化巡逻，并且自身携带循环增氧系统，最大化的提高能源利用率。除此之外，无人艇还带有自主抛食系统，来对鱼塘的鱼进行科学高效的喂食。同时还可以对目标养殖水域水温、水浊度、pH值等水质数据进行监测，为养殖户提供有效水域数据。绿色减排，节能低碳，最终达到最佳经济效益。1研制背景及意义近年来随着能源形势的日益紧张与低碳环保的深入人心，船舶的巨大能耗与排放受到了社会各界的广泛关注，研究使用新能源替代传统的化石燃料正逐渐成为

5、热门研究学科在世界各国得到发展。同时随着环境污染日益严重，启用绿色能源推进的设计方案更加备受关注。太阳能，由于其获取方便、取之不尽、用之不竭等优点，将成为后化石能源时代的重要能源；光伏发电技术，以其相对较高的能源转化效率和能源品质，以及较低的工程化实施难度，成为当下主要的太阳能转化技术。太阳能在船舶上的利用有着无污染、无噪声、产品使用与维护成本低等优点；尽管同时存在着初期投资成本高，光伏电池的转化效率低、储能装置容量不足以及受地理环境与气候等因素影响大等缺点，太阳能的使用技术在日常生活供电中起到了不可或缺的作用，同时在船舶上的创新与应用也不断更新。另外作为渔业大国，我国渔业产量、养殖面积、渔船

6、数量和渔业人口都居于世界首位，渔业的发展为优化农业产业结构、增加渔民收入和保障粮食安全做出了重要贡献。但是，伴随着渔业的大发展，很多问题也暴露出来。比如：大部分渔业仍采取粗放式养殖；局部水域的污染给养殖业带来巨大的经济损失，同时也造成资源浪费；渔业水域生态功能退化；渔业资源利用还很不合理等。而水面无人艇是一种具有自主规划、自主航行、自主环境感知能力的全自主型无人船舶，以及非自主航行的遥控型无人船艇和按照内置程序航行并执行任务的半自主型无人船艇，它集船舶设计、人工智能、信息处理及运动控制等专业技术为一体。研究内容涉及自动驾驶、自主避障、规划与导航、模式识别等多种方面，可根据其使用功能的不同采用不

7、同的模块，搭载不同的传感器及设备，执行情报收集、监视侦察、水文地理勘测，渔业养殖辅助等功能，可以有效避免资源浪费对资源进行有效利用，提高对清洁能源的利用效率，大幅度减少污染，符合低碳减排的原则。2船体设计制作2.1设计方案1) 设计完成太阳能的收集及供电系统；2) 设计一套风力驱鸟器系统；3)设计一种基于stm32的船舶智能控制系统；4)设计一套激光传感器避碰岸机蜂鸣器警报系统；5)设计一套集pH值，水温度，水浊度传感器的渔业养殖水域监测传感系统；6)设计自主抛食系统； 7)设计一套可循环增氧泵系统；8)设计一套2.4G无线模块传输系统；9)系统调试，综合实验测试各性能，修改完善各系统，保证项

8、目设计目标的实现；细长三体船一种重要的高性能船型，具有航速高、稳定性好，适航性好、易于大型化等优势且该三体船都有较大的甲板布置面积，便于在上甲板布置太阳能电池板以充分利用太阳能。选取三体船作为水面无人艇船型可以更加方面布置搭载更多的设备仪器，同时也兼顾了水面无人船舶对稳定性和耐波性的要求。因此本项目选取M16为母型船对其进行改造为三体船为艇型，设计制作一种新型的水面无人艇。 2.2艇型设计与制作细长三体船一种重要的高性能船型，具有航速高、稳定性好，适航性好、易于大型化等优势且该三体船都有较大的甲板布置面积，便于在上甲板布置太阳能电池板以充分利用太阳能。选取三体船作为水面无人艇船型可以更加方面布

9、置搭载更多的设备仪器，同时也兼顾了水面无人船舶对稳定性和耐波性的要求。因此本项目选取M16为母型船对其进行改造为三体船为艇型，设计制作一种新型的水面无人艇。图2.0 M16型线图 三体船无人艇模型主船体采用玻璃钢制作，制作船模过程最主要就是保证船模型表面与型线图一致。为此，首先基于型线图进行骨架放样，以雪弗板为材料用激光雕刻技术加工出主船体骨架；然后拼接骨架，把轻木条用胶水粘在骨架外表面；进行表面预处理，打磨原子灰；最后糊制玻璃钢，具体过程（如下见图2.1所示）： （1）骨架放样。基于型线图进行骨架放样，在母型船改造法改造后的主船体型线图基础上以型线为外表面基线放样，放样时要考虑木条、原子灰和

10、玻璃钢厚度，骨架往内预留2mm余量。每个骨材的厚度为8mm，宽度为10mm； （2）骨架加工。为保证模型精度，以雪弗板为材质，将骨材加工CAD图导入激光雕刻机进行激光切割； （3）铺设船台。拼接骨架，首先将龙骨固定在船台上确保骨架不会因胶水变形，逐次将横向骨架粘在龙骨上，最后将其余纵向骨架拼接到横向骨架上； （4）贴木条。本论文中首次采用轻木来贴木条，与传统桐木条相比轻木更容易变形，使得木条更加贴合型表面。在曲率变化不大的部分，如船中可以整块轻木粘贴，大大减少剪裁木条工作量； （5）侧体制作与连接。按照侧体设计，用厚度为10mm雪弗板剪裁侧体各个外板，将每块外板四边削成楔形用强力胶水粘合，内部

11、等间距做3个实心肋板加强强度。侧体与主船体用雪弗板连接，等间距加上3个肘板加强强度； （6）涂原子灰。对艇体外表面木条之间缝隙处进行填补，干燥后打磨。反复此过程3到4遍，确保整个模型表面光顺没有缝隙； （7）糊玻璃钢。以环氧树脂与聚酰胺树脂以1：1的比例混合作为基体，以玻璃纤维布（玻璃纤维织物）为增强材料，糊制过程先将船模外表面清理好待充分干燥好后，将加有固化剂、促进剂等助剂并搅拌均匀的树脂混和料或胶衣，涂刷在模具成型面上，随后在其上铺放裁剪好的玻璃布(毡)，并注意浸透树脂、排除气泡。 （8）表面再处理。通风干燥后，对内部有空气泡的地方将玻璃钢打磨掉，在涂原子灰修补，对边缘突出的玻璃纤维进行相