多功能自主半潜船

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种多功能自主半潜船。

背景技术

现今海洋运输业事关国民经济发展的命运(全球70％的货物贸易依赖海洋船舶运输)，而海上气候的多变性及海况的恶劣性限制了海洋船舶与海洋运输业的发展，造成如：海上大件货物运输困难、海员工作危险性大、船舶运营成本居高不下等问题。另外事关综合国力的火箭回收面临技术难度大、成本高昂的发展瓶颈。从国外航天强国发展趋势来看，由于海洋面积十分广阔，在海上实现火箭回收可以降低着陆安全风险，大大降低回收成本。

现有半潜船技术都是为了装载海上大型货物而设定，一般设计使装载甲板面积尽量大，并且可以通过注、排压载水实现不同的吃水变化，同时具备动力定位系统和推进系统，可以准确移位到货物下方，以此来实现海上大件货物的装载和运输功能。半潜船一般采用交流电力推进、轴浆传动等技术，配备多台燃油发电机组为全船提供电力，环保等级受燃油性质影响。现有半潜船均需配备几十名船员进行日常运营工作，无自主化功能。

由于现有半潜船技术非全回转动力定位系统，所以很难承受火箭回收降落时所带来的冲击力。并且对于火箭回收功能则需要有更大的无障碍甲板面积的高等级动力定位船舶，并且在甲板面上铺设耐高温的材料。

现有半潜船技术设计功能较单一，不利于多元化运营，由于海上大型货物量相对较少，船舶利用率低，附加值不高；自主化程度低，需要配备大量船员，运营人力成本高；船载设备多，系统复杂，维保费用高；燃油电力推进系统，节能减排效果差，环保性能一般。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种多功能自主半潜船。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种多功能自主半潜船，其包括主甲板，主甲板包括主甲板艏部、主甲板艉部和主甲板中部段；主甲板中部段设于主甲板艏部和主甲板艉部之间；主甲板中部段下方设有边压载舱、底压载舱、动力设备间和管控设备间；边压载舱设于船舶内腔的两侧，底压载舱设于船舶内腔底部；边压载舱和底压载舱形成U形，动力设备间和管控设备间设于边压载舱和底压载舱围成区域内；主甲板艏部下方和主甲板艉部下方均设有控制室辅助设备间和可上升至主甲板上方并可下降至主甲板下方的控制中心；主甲板艏部下方还设有前压载舱，主甲板艉部下方还设有后压载舱；船舶中部设有具有防火绝缘材料层的中部横舱壁；主甲板艏部和主甲板艉部分别位于中部横舱壁的两侧；主甲板中部段包括可以朝舷外打开的上层光伏板和设于上层光伏板下方的下层光伏板；上层光伏板的外侧面设有耐高温材料层，上层光伏板的外侧面为主甲板中部段的顶面；主甲板艏部下方的船首底部和主甲板艉部下方的船尾底部各设有两个吊舱式全回转推进器；控制中心下降到主甲板下方后的主甲板形成用于放置回收物的回收平台。

动力设备间和管控设备间均各有两个，两个动力设备间分别设于中部横舱壁的两侧，两个管控设备间分别设于中部横舱壁的两侧；两个控制中心分别设于中部横舱壁的两侧，两个控制室辅助设备间分别设于中部横舱壁的两侧。

船舶上设有用于调节压载舱水量以实现船舶上浮下潜并保证稳态的压载泵。

动力设备间内设有具有固体动力电池、电容储能装置和光伏发电装置的绿色动力系统；动力设备间内还设有采用直流电网和冗余环网架构并具备自诊断、自恢复功能的智能配电系统；动力设备间内还设有用于对电池和电站进行管理的能量管理系统。

管控设备间内设有用于收集海洋环境信息、航行数据、船体结构状态信息、设备状态信息并收集船内外视频图像的感知系统，管控设备间内还设有用于对管理网络与现场总线进行控制的控制网络模块组。

控制中心内设有用于全船数据的清洗、学习、处理和存储的大数据管理模块；控制中心内还设有基于大数据并通过数学模型的建立与分析后实现各类智能应用的决策分析模块；控制中心内还设有可根据决策分析结果自主选择执行装置并下达控制命令的控制执行模块；控制中心内还设有配合进行导航操作的天线。

控制室辅助设备间内具有用于对控制中心和管控设备间进行补充的物料和设备。

上层光伏板包括位于左侧的左侧光伏板和位于右侧的右侧光伏板；左侧光伏板的左端部、右侧光伏板的右端部分别铰接于船体；船舶上设有用于控制上层光伏板打开角度的旋转机构。

主甲板中部段设有可以吸附金属物品的电磁吸附装置。

位于主甲板艏部下方的两个吊舱式全回转推进器对称设于船中线的两侧；位于主甲板艉部下方的两个吊舱式全回转推进器对称设于船中线的两侧。

本发明的有益效果在于：本发明的多功能自主半潜船，实现了半潜船的多功能化，还实现了船舶的自主化运营模式，解决了现有技术下常规半潜船作用单一，仅用于装载大件货物且运营人力成本高、环保程度低的难题。本发明经过先进自主化设计，一船多用，附加值更高，自主化后可以最大限度减少船员，降低人力成本，并且使用绿色动力技术，搭载多种绿色能源作为动力源，大大降低排放，实现零排放，符合全球海事的环保理念。此外，本半潜船可作为火箭发射回收平台解决了目前国内海上火箭回收的难题，实现了海上火箭回收平台的应用，提高了附加值。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的结构示意图。

图2为图1中A-A剖视示意图。

图3为图1中B-B剖视示意图。

图4为图1中C-C剖视示意图。

图5为本发明较佳实施例的主甲板中部段的上层光伏板打开时的结构示意图。

图6为图5中D-D剖视示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种多功能自主半潜船，其包括主甲板，主甲板包括主甲板艏部20、主甲板艉部30和主甲板中部段40；主甲板中部段40设于主甲板艏部20和主甲板艉部30之间。

主甲板中部段40下方设有边压载舱41、底压载舱42、动力设备间43和管控设备间44；边压载舱41设于船舶内腔的两侧，底压载舱42设于船舶内腔底部；边压载舱41和底压载舱42形成U形，动力设备间43和管控设备间44设于边压载舱41和底压载舱42围成区域内。

主甲板艏部20下方和主甲板艉部30下方均设有控制室辅助设备间和可上升至主甲板上方并可下降至主甲板下方的控制中心；具体为主甲板艏部20下方设有控制中心21和控制室辅助设备间22；主甲板艉部30下方设有控制中心31和控制室辅助设备间32。

图3中，控制中心21上方的虚线表示的部件，为控制中心21上升至主甲板上方时的状态；控制中心31上方的虚线表示的部件，为控制中心31上升至主甲板上方时的状态。

主甲板艏部20下方还设有前压载舱23，主甲板艉部30下方还设有后压载舱33。

船舶中部设有具有防火绝缘材料层的中部横舱壁50。主甲板艏部20和主甲板艉部30分别位于中部横舱壁50的两侧。

动力设备间43和管控设备间44均各有两个，两个动力设备间43分别设于中部横舱壁50的两侧，两个管控设备间44分别设于中部横舱壁50的两侧。

控制中心21和控制中心31分别设于中部横舱壁50的两侧，控制室辅助设备间22和控制室辅助设备间32分别设于中部横舱壁的两侧。

主甲板中部段40包括可以朝舷外打开的上层光伏板45和设于上层光伏板下方的下层光伏板46；上层光伏板45的外侧面设有耐高温材料层47，上层光伏板的外侧面为主甲板中部段的顶面。

主甲板艏部20下方的船首底部和主甲板艉部30下方的船尾底部各设有两个吊舱式全回转推进器60。

控制中心下降到主甲板下方后的主甲板形成用于放置回收物的回收平台。

船舶上设有用于调节压载舱水量以实现船舶上浮下潜并保证稳态的压载泵(图上未示出)。本实施例中，主甲板下共有50个压载舱，管路环形布置，包括两侧的边压载舱、底部的底压载舱以及前后压载舱。压载泵根据液位情况自动调节压载舱水量，达到上浮下潜目的，同时保证稳态。

动力设备间内设有绿色能量系统，绿色能量系统包括：具有固体动力电池、电容储能装置和光伏发电装置的绿色动力系统；采用直流电网和冗余环网架构并具备自诊断、自恢复功能的智能配电系统；用于对电池和电站进行管理的能量管理系统。

绿色动力系统包括超级固体动力电池、超级电容储能、光伏发电装置以及快速无线充电装置。

智能配电系统采用直流电网，冗余环网架构，具备自诊断、自恢复功能。

能量管理系统(EMS)包括电池管理系统(BMS)和电站管理系统(PMS)。

能量管理系统(EMS)可以保证在不同工况下全船用电策略的合理性，并可以实时监测每个电池单元的性能，包括温度、湿度、电量、电压等参数，并可以通过智能旁通技术，自动隔离发生故障的电池单元，从而避免影响其他电池单元，保证能量的稳定性。

管控设备间内设有用于收集海洋环境信息、航行数据、船体结构状态信息、设备状态信息并收集船内外视频图像的感知系统，管控设备间内还设有用于对管理网络与现场总线进行控制的控制网络模块组。

本实施例中，感知系统还包括分布于全船的大量高精度智能传感器、智能天线、智能摄像头，感知系统主要感知以下信息：

(1)海洋环境信息：气象、风、浪、流、涌等。

(2)航行数据：航向、航速、推进力、推进角度、回转速率、转弯半径等。

(3)船体结构状态信息：结构应力、结构温度、运动姿态(纵摇、横摇)、加速度、首部抨击、蠕变等。

(4)设备状态信息：振动、温度、压力、转速、电压、电流等。

(5)视频/图像：周边海况、障碍物、船载设备运行、货物状态等视频/图像。

控制网络模块组可以对管理网络与现场总线进行控制。上层的管理网络采用以太网plus，具有优良的开放性和共享性。下层的CAN plus现场总线具有优良的快速性和抗干扰能力，可以有效避免网络堵塞，满足对控制实时性和准确性的要求。管理网络与现场总线通过智能网关实现连接。通过明确各层的功能设定，各层信息能够相对独立地隔离开来，各层网络负荷能够相应得到控制，保证控制的可靠性，避免受到无关信息的干扰。

控制中心内设有用于全船数据的清洗、学习、处理和存储的大数据管理模块；控制中心内还设有基于大数据并通过数学模型的建立与分析后实现各类智能应用的决策分析模块；控制中心内还设有可根据决策分析结果自主选择执行装置并下达控制命令的控制执行模块；控制中心内还设有配合进行导航操作的天线。

控制中心采用首尾冗余布置，并可根据不同工况自由升降。控制中心通过控制网络将全船的信息汇总到控制中心进行计算和处理，可以实现：

(1)大数据管理：也是全船的数据中心。全船数据的清洗、学习、处理和存储。

(2)决策分析：基于大数据，通过数学模型的建立与分析，实现各类智能应用。

(3)控制执行：可根据决策分析结果，自主选择执行装置，下达控制命令。

(4)空天数据分析：该功能处于火箭回收模式下，控制中心可与航宇中心对接，并跟踪火箭降落轨迹，在降落点实现精准承接。

当船舶处于航行工况时，控制中心升到最高位置，并将所有天线开启进行导航操作。

控制室辅助设备间内具有用于对控制中心和管控设备间进行补充的物料和设备。

上层光伏板包括位于左侧的左侧光伏板和位于右侧的右侧光伏板；左侧光伏板的左端部、右侧光伏板的右端部分别铰接于船体；船舶上设有用于控制上层光伏板打开角度的旋转机构(图上未示出)。

上层光伏板为可折叠式光伏板。在航行工况下，当天气晴朗时，上层光伏板可以打开，打开角度可以根据太阳照射角度自动调节，以吸收更多的太阳能来给动力系统充电。

上层光伏板外侧面的耐高温材料层，具有耐高温材料，在火箭回收时，可使回收平台能承受火箭火焰产生的高温。耐高温材料铺设于上层光伏板的背面，形成耐高温材料层。当上层光伏板闭合时，该耐高温材料层为主甲板中部段的顶面。

主甲板中部段设有可以吸附金属物品的电磁吸附装置(图上未示出)。电磁吸附装置属于现有部件，在此就不再赘述。电磁吸附装置可实现对大件货物的固定和装载功能。电磁吸附装置集成于上层光伏板的背面，当上层光伏板闭合时，主甲板中部段的顶面上的电磁吸附装置可以稳固地吸附住各类金属货品。

位于主甲板艏部下方的两个吊舱式全回转推进器对称设于船中线的两侧；位于主甲板艉部下方的两个吊舱式全回转推进器对称设于船中线的两侧。船首底部和船尾底部各设有两个吊舱式全回转推进器，可以根据船舶航行或作业情况选择使用推进器数量，实现快速推进及动力定位的功能。

当本发明的多功能自主半潜船用于火箭回收时，从火箭控制中心获取火箭的飞行轨迹与预计着陆点等信息，并提前赶赴着陆点。船上的各类传感器把风速、风向、海水流速、流向等关键信号传到船舶上的控制中心，经分析后把控制信号传递给推进器，同时通过与宇航中心的数据交流获取火箭的实时动态，将船的摆动幅度以及定位精度控制在一定的范围内。火箭降落后，船舶甲板的电磁吸附装置将火箭牢牢固定在船舶甲板上，取代了人工焊接固定的方式。

本船集海上大件货物运输、海上火箭回收平台等多种功能于一身，具有多元化、自主化运营的特点。自主化设计，大大节省船员人力成本。本船采用电磁吸附装置解决了海上大件货物无法自动固定装载的难题。甲板面上敷设的耐高温材料及高级动力定位系统的设计，保证了海上火箭回收降落的稳定性和安全性。

本船采用绿色动力系统(电池+超级电容+光伏)，可以有效地提高环保性能，并且安装空间相对较小。同时，配备四台吊舱推进器组成矢量推进系统，可以实现“两驱”，也可以实现“四驱”推进模式，保证航速的高效性。船基配备先进的通讯导航系统可实现船与船(其他船只)、船与岸(海事组织、航运公司、宇航中心)、船与空(卫星、火箭)等通信对象的信息交互、共享。综合安保系统可以抵御海盗入侵并保障船舶各类网络及信息安全。

本发明的多功能自主半潜船，实现了半潜船的多功能化，还实现了船舶的自主化运营模式，解决了现有技术下常规半潜船作用单一，仅用于装载大件货物且运营人力成本高、环保程度低的难题。

本发明经过先进自主化设计，一船多用，附加值更高，自主化后可以最大限度减少船员，降低人力成本，并且使用绿色动力技术，搭载多种绿色能源作为动力源，大大降低排放，实现零排放，符合全球海事的环保理念。此外，本半潜船可作为火箭发射回收平台解决了目前国内海上火箭回收的难题，实现了海上火箭回收平台的应用，提高了附加值。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。