一种面向海洋预警的无人船技术领域
本发明涉及海上船只领域，尤其涉及一种面向海洋预警的无人船。
背景技术
现代航海业与海洋行业的发展受到自然界及海洋环境因素的影响和制约，复杂多
变的海洋气象对船舶海上航行及海上工作者的安全构成了极大的威胁。为减少海上伤亡、
消除潜在隐患，及时掌握海上第一时间海况气象信息，完善健全海上预警机制是必要的，也
是当务之急的首要任务。
现有技术中的海洋预警无人船存在能源供给不足的问题。
发明内容
本发明提供一种面向海洋预警的无人船，以克服上述技术问题。
本发明一种面向海洋预警的无人船，包括：
太阳能电池板、摩擦纳米发电机、船体、GPS定位导航单元、单片机、蓄电池以及数
据采集单元；
所述船体内部设有两个腔体隔板，所述单片机和所述GPS定位导航单元设置于其
中一个腔体内，所述蓄电池置于另一腔体内，所述蓄电池分别与太阳能转化电能单元、所述
GPS定位导航单元以及所述单片机连接，所述数据采集单元与所述单片机连接；
所述太阳能电池板固定于所述腔体隔板上端，所述摩擦纳米发电机为设置于船体
外壳外部的摩擦纳米层，所述船体的外壳与所述摩擦纳米层采用螺杆固定，所述太阳能电
池板、所述摩擦纳米发电机分别与所述蓄电池连接；
所述数据采集单元用于采集海面数据，包括：温度传感器、气压传感器、湿度传感
器、摄像头以及风速仪。
进一步地，还包括：
用于将风能转化动能的风筒，所述风筒设置于船体上表面。
进一步地，所述波浪能转化动能单元，包括：
侧板、机翼片以及步进电动机；
所述侧板与螺杆垂直连接，前端采用半圆形，尾端采用丁字形，下方开设有槽口，
所述槽口用于挂载所述机翼片，所述机翼片后端安装所述步进电动机。
进一步地，所述侧板可以为单片或者双片。
进一步地，所述槽口顶端还设置有孔洞，用于加固机翼片。
本发明利用平台能量自产自销的特性监测位置、天气状况、风压、风速、风向等信
息，为海上安全保驾护航。并且通过新能源发电对机器鱼进行能源补给的方案，利用新能源
发电技术不仅能够使无人船在海上执勤过程中给自身进行能源供给，而且在全球能源危机
的时代为节约能源给予一定的帮助，充分地利用了太阳能、波浪能和风能这几种新能源解
决了无人船水下续航的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明面向海洋预警的无人船系统原理结构示意图；
图2为本发明面向海洋预警的无人船船体上部结构示意图；
图3为本发明面向海洋预警的无人船船体下部结构示意图；
图4为本发明面向海洋预警的无人船舵及舵机部分结构示意图；
图5为本发明面向海洋预警的无人船纳米摩擦发电机结构示意图；
图6为本发明面向海洋预警的无人船整体结构示意图。
附图标号说明：
1-螺杆；2-机翼片；3-侧板；4-连接圆轴；5-船壳；6-蓄电池；7-太阳能电池板1；8-
风筒；9-单片机和GPS；10-摩擦电纳米发电机；11-步进电动机；12-舵片；13-导流罩；14-摩
擦纳米层；15-绝缘层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明面向海洋预警的无人船系统原理结构示意图，如图所示，本实施例的
无人船系统可以包括：
由摩擦纳米发电机和太阳能电池板组成的新能源系统，通过整流器将海洋能和太
阳能转化为电能存储在蓄电池中，用于数据采集、方向控制等独立单元的能量供应。船底机
翼片构成的主动力单元，将波浪动能转化为前进动能，提供无人船主要行驶动力。
图6为本发明面向海洋预警的无人船整体结构示意图，如图6所示，本实施例的无
人船可以包括：
船体包括船壳5、风筒8、单片机和GPS9、太阳能电池板(两块)7、蓄电池6。所述船体
的内部设有两块腔体隔板(图中前后两部分)，用于密封两块腔体隔板之间的区域；船体内
部的两块腔体隔板之间的区域，装设有蓄电池6、单片机和GPS9，且单片机与蓄电池6连接，
蓄电池6用于向单片机和GPS9提供电能；船体的上部还安装有密封盖(由于太阳能板的缘故
图中未显示)，用于将船体的内部密封。所述太阳能电池板设有两块，即第一太阳能电池板7
和第二太阳能电池板，第一太阳能电池板7和第二太阳能电池板分别通过紧固螺钉固定连
接在船体上部。船体上增加一个摩擦电纳米发电机装置10，当船体与海水冲击时，无人船会
产生振动，摩擦电纳米发电机10中的聚合物薄片内表面由于摩擦电效应，从而产生一定量
的交流电，将产生的电能存入蓄电池，为单片机和GPS9供电；GPS用于向单片机提供无人船
的位置数据，船体整体的后方还安装有风筒8，用于提供无人船的动力并固定其前进方向。
船体上部结构如图2所示。
具体来说，在船体螺杆上方安装摄像监控系统，向岸端传送实时画面或照片，蓄电
池供电，单片机控制器进行岸端控制；检测当前的水流矢量数据，并结合当前无人船的航行
矢量数据进行矢量计算，计算得出水流实际流速和水流实际方向；可以在船壳底部安装水
温传感器，蓄电池供电，监测当地水温；在船上适当增加气温传感器、气压传感器、湿度传感
器和风速仪类似这类监测仪器，起到预警作用。
进一步地，所述波浪能转化动能单元，包括：
侧板、机翼片以及步进电动机；
所述侧板与螺杆垂直连接，前端采用半圆形，尾端采用丁字形，下方开设有槽口，
所述槽口用于挂载所述机翼片，所述机翼片后端安装所述步进电动机。进一步地，所述侧板
可以为单片或者双片。进一步地，所述槽口顶端还设置有孔洞，用于加固机翼片。
具体来说，如图3至图4所示，波浪能转化动能单元包括侧板3、固定螺杆1、机翼片
2。所述采用薄板，侧板3头部采用半圆形设计，尾部采用“丁”字形设计；侧板3的下方开有槽
口，用于减少侧向阻力以及提供挂载空间，槽口后方采用半圆形设计，前方采用弧形设计，
弧形半径与侧板3头部相同；侧板3的槽口上方设有孔洞，用于安装固定机翼片。侧板3设有
单片或者双片(图中为单片)，侧板采用四根固定螺杆对称连接固定。
本实施例所述机翼片共设有10片，均为外侧机翼片2；外侧机翼片2分别对称设置
在侧板3的外侧，且机翼片采用机翼片组结构与侧板3垂直连接。如图2所示，所述机翼片组
结构包括连接圆轴4、扭簧、轴承(图中未展现)，两片外侧机翼片2的两端通过紧固螺钉各固
定有两个连接圆轴4，两片外侧机翼片2分别通过紧固螺钉，利用连接圆轴4各自固定在侧板
3的两端。带有扭簧的连接圆轴4穿过侧板3上相应位置的孔洞，利用固定在侧板3上的轴承
与侧板3紧固在一起，使机翼片组结构与侧板3连接，保证机翼片的位置的相对固定。机翼后
侧安装有步进电动机11和舵片12，步进电动机11由蓄电池6供电，带动舵片12进行工作，控
制行驶方向，从而实现无人船的转向调整。整个过程，无外部能量供给，完全依靠机械结构
将波浪能转换为向前的推力。
如图5所示，进一步地，还包括：与所述蓄电池连接的摩擦纳米发电机；所述摩擦纳
米发电机为设置于船体外壳外部的摩擦纳米层，所述船体的外壳与所述摩擦纳米层采用螺
杆固定。
具体来说，在船壳14上加一层外壳15，使其与船壳14间在无压力的条件下保留自
由存在的间隙，在船壳双层壳内部增加摩擦纳米层，船的外壳设为发电机的绝缘层，这两种
聚合物材料在俘获电子能力方面有着较大的差异。船的内外壳都由底部的固定螺杆1固定，
通过波浪的不定向撞击，双层壳会因为碰撞产生摩擦，从而与船壳内表面的摩擦纳米层进
行紧密接触并发生电荷转移，使得两个聚合物薄片内表面由于摩擦电效应通过周期性的接
触—分离而带有电性相反的摩擦电荷。当由于波浪的不定向运动使得形变被释放的时候，
两个带相反电荷的表面就会自动分开，相反的摩擦电荷将会在两个面之间产生一个电场，
从而在两个电极间形成一个电势差，为了屏蔽这个电势差，电子就会被驱动着经过外电路
从一个电极流到另一个电极。在这个过程中产生的电流将持续，直到两个电极的电势再次
达到相等。随后，当外壳再次向船壳外部的摩擦纳米层压缩时，摩擦电荷诱导的电势差开始
降低到零，转移的电荷将通过外电路流回，从而产生另一个方向相反的电流脉冲。当波浪使
得这种周期性的机械形变持续时，交变电流信号将会持续产生，从而诱导出周期性的电势
差变化。两层薄板之间有纳米材料支撑，如果用连杆将它与船体固定住，加上上面与船壳扣
上一层套，可以将外壳固定住。波浪起伏引起水面摇荡船的垂荡运动，该垂荡运动通过连杆
引起水下牵引机的升降运动，转动关节水翼将升降运动转换为水下牵引机的前向运动，该
前向运动通过连杆引起水面摇荡船的前向移动。所以，在波浪起伏的海面上，水下牵引机一
直处在水面摇荡船前下方。
当波浪凸起时，水面摇荡船在浮力作用下发生竖直向上的垂荡运动，由于受到连
杆的向前向下的拉力作用，产生了前向速度，即波起时，船一定前向运动。当波浪凸起时，水
下牵引机受到连杆向上向后的拉力作用，水翼产生向下向前的升力作用，此时难以确定水
下牵引机是否前向运动。但是，此时有一个判定水下牵引机前后运动的临界角度，当绳缆与
垂线构成的夹角小于临界角度，水下牵引机向前运动，当大于临界角度时，水下牵引机向后
运动(波浪凸起时，水面摇荡船一定前进，所以夹角逐渐减小，促使夹角小于临界角度，水下
牵引机开始向前运动)。当波浪凹落时，水面摇荡船在自身重力作用下发生竖直向下的垂荡
运动，此时水面摇荡船是否前向运动仍未确定。但是，此时有一个判断水面摇荡船是否前向
运动的临界距离(连杆的长度)，即当连杆绷紧时，水面摇荡船一定前向运动，当连杆松弛
时，水面摇荡船保持原位不动。该过程中，水面摇荡船在波浪作用下发生向下垂荡，其速度
符合正弦规律，即在平衡位置具有较高的下行速度，对水下牵引机来说，其在自身重力作用
下向下滑行，具有恒定的滑行速度，所以最可能的松弛过程发生在波浪凹落的中间时段，此
时，水面摇荡船静止不前，水下牵引机前向滑行。在波浪凹落的前端时段，水面摇荡船前行，
水下牵引机亦前行；后端时段，水面摇荡船前行，水下牵引机前行。
本发明通过结合机械动力传输技术、光生伏特效应太阳能板、波浪能转化动能装
置、转子风筒风力推进系统及无线传输和海上预警技术。光生伏特效应即采用光—电直接
转换方式，该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能；风能的利用，运用转筒
帆工作时运用的空气动力学原理为马格纳斯效应，旋转的圆柱体向前运动，将会受到垂直
于运动方向的侧向力作用；波浪能利用，主要由框架组成，框架内设有可上下浮动的飘浮
板，特点是漂浮板上设有曲柄及连杆，曲柄通过轴承座设置在框架上，连杆与飘浮板活动相
连，曲柄还外接一个动力输出。并在船体外表面增加纳米摩擦薄膜层，使船体在与海水冲击
时，使船壳内外层产生相对位移，引起内外层摩擦产生电能，并存入蓄电池，达到充分利用
波浪能的目的；信息传输，依托现有的船岸无线传输技术，在船身上装配摄像头等，配备无
线通讯装置，获取它的位置、天气状况、风压、风速、风向等，以此来实现预警功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。