本发明涉及一种多功能救援无人驾驶五体船及其工作方法，属于船舶工程技术领域。
背景技术：
我国水域广阔，内河湖泊众多，海岸线漫长，水上事故突发性高、救援难度大、环境复杂多变，易造成群体伤亡，因此，加强水上救援设备的建设，保障水上生产经营活动的安全，对我国经济社会发展具有极为重要的意义。
国内的水域搜索救援起步较晚，当前水域救援主要采取传统的救援船搜救方式，通过救援船及简单的设备进行。水域消防主要以消防艇为主，同时随着科技的进步，智能水域救援直升机逐渐广泛应用。水面救援船存在的普遍问题，主要是设备单一、功能单一、搜救区域小，且救援反应速度慢。无人艇是一种新型的救援工具，它具有自主规划、自主航行、智能避碰及远程遥控的智能操做推进系统，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，融合了实时监测、数据传输、gps定位等功能；水面救援无人艇出现，由于其快速性、设备齐全、功能多样，逐渐取代以往的救援设备。
本发明将无人艇与救援相结合，通过携带救生及灭火系统，包括智能灭火、救援监测设备、救援设备自主抛投等功能，形成一种多功能救援无人复合五体船，同时搭载的风帆与太阳能板绿色复合能源及其动力系统能够保证无人艇的续航能力。
技术实现要素：
本发明的目的是为解决目前水域救援设备匮乏的现状，同时克服当今救援活动的低效、低能及人力物力大量浪费的问题，提供一种体积小、速度高的多功能救援无人驾驶五体船，能够实现救援、搜救、灭火等多用途。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种多功能救援无人驾驶五体船，包括船体、动力系统、推进系统、操纵系统、救生系统和灭火系统；所述船体包括中部纵贯首尾的细长型主船体，所述主船体的首部两侧对称设有首片体，所述主船体和所述首片体上设有底板，所述首片体与所述主船体之间通过横向设置的水翼连接，所述水翼包括贯穿所述首片体和所述主船体的支柱和所述支柱外部的流线型翼板，所述主船体的尾部两侧对称设有尾片体，所述尾片体通过其中部竖直方向的轴与所述底板铰接，所述底板的上部设有甲板和上层建筑；所述动力系统包括设置在所述甲板上的若干太阳能电池板、可折叠风帆和设置在所述主船体舱室内的蓄电池，所述太阳能电池板通过转换器和稳压模块与所述蓄电池连接，所述可折叠风帆包括风帆、桅杆、转向器和底座，所述底座为空心柱体，固定在所述甲板上，所述转向器可转动的地安装在所述底座内，所述桅杆与所述转向器连接，所述风帆设在所述桅杆上；所述推进系统包括舵机、定位豆，舵柱、舵叶、螺旋桨、传动轴、万向联轴节和传动电机，所述传动电机安装在所述主船体的舱室内并通过所述万向联轴节和所述传动轴与所述螺旋桨传动连接，所述舵叶与设置在所述舵柱内的传动杆连接，并通过所述舵柱设置在所述螺旋桨后方，所述传动杆通过定位豆与舵机连接；所述操纵系统包括设置在船首的激光测距仪传感器、综合优化控制器和gps定位装置，所述激光测距仪传感器、所述gps定位装置、所述舵机、所述转向器均与所述综合优化控制器连接；所述救生系统包括设置在船尾中间部位的自主救援抛投器、设置在船首的救援摄像头、无线数据传送接收模块、设置在远程的岸机，所述自主救援抛投器设有向上倾斜的弹射轨道，所述弹射轨道包括弹射口和弹射片，所述弹射轨道的上方设有装备填入口，所述装备填入口通过连通所述弹射轨道的所述弹射片，所述无线数据传送接收模块以及所述自主救援抛投器与所述综合优化控制器连接；所述灭火系统包括设置在船首的火焰传感器和智能可调节式喷头以及设置在船尾的高压水泵，所述火焰传感器和所述智能可调节式喷头以及所述高压水泵均与所述综合优化控制器连接。
进一步优选的，所述主船体的长度与船体长度相同，宽度为船体宽度的1/5-1/4，长高比10-15，横剖面形状由首前部v型过渡至中后部u型。
进一步优选的，所述船体长10-30米，长宽比5-10，长高比5-10，设计航速15～20节。
进一步优选的，所述首片体的长度为船体长度的2/5-3/5，宽度为船体宽度的1/11-1/10，长高比10-15，横剖面形状由首前部v型过渡至中部u再过渡到后部v型；所述尾片体的长度为船体长度的1/5-2/5，宽度为船体宽度的1/11-1/10，长高比10-15，横剖面形状由首前部v型过渡至中部u再过渡到后部v型。
进一步优选的，所述水翼的设置位置距船首1/6-1/7船长，距所述甲板1/10-1/5船高，所述流线型翼板的翼展长度为3/4-4/5船宽，弦长为1/11-1/10翼展，所述支柱通过轴承与所述首片体和所述主船体铰接。所述流线型翼板的截面形状与亚声速机翼截面近似。
进一步优选的，所述太阳能电池板在所述上层建筑的两侧沿船体纵向布置，与水平面成30°-45°角，所述可折叠风帆为梯形结构，上底长度为1/6-1/5船长，上底与下底比1/4-1/3，靠近船尾部斜边长度为1/3-1/2船长，靠近船首部斜边长度为1/6-1/4船长，所述桅杆高为1/2-3/4船长，所述桅杆位于上底中心线偏短斜边侧，距上底中心线为1/5-1/4上底，所述风帆由所述桅杆撑开，所述可折叠风帆的旋转角度为正负45°。
进一步优选的，所述救援摄像头安装在船首正中，视角为±90°。
所述综合优化控制器的控制程序，是一种基于全局寻优能力强的改良遗传算法的船舶运动模式识别与分析系统辨识软件。其优化过程是一个多设计变量、多目标函数、多约束条件的优化问题，换句话说，船舶优化是一个多目标多属性的决策问题，传统的优化方法往往是找出一个重要的性能参数作为目标函数，对其求得极值，从而输出优化结果，然而这样往往得不到最佳优化结果。因此本发明提出了水动力性能综合优化这一设计方法，就是运用经典的方法把多目标问题转换成单目标问题然后优化。
本发明还提供上述多功能救援无人驾驶五体船的工作方法，包括蓄电池驱动模式和风力驱动模式：在蓄电池驱动模式时，所述综合优化控制器通过控制所述传动电机的正转、反转和转速实现前进、后退和加减速，通过控制所述舵机从而控制所述舵叶的偏转实现转向；
在所述风力驱动模式时，所述综合优化控制器通过控制所述转向器从而控制所述可折叠风帆的扬起与落下以及旋转实现前进、加减速与转向。
当所述激光测距仪传感器检测到有障碍物时，传递信号给所述综合优化控制器，所述综合优化控制器控制所述舵机和/或所述可折叠风帆实现转向，避免碰到障碍物。
当所述火焰传感器发现识别火焰后，传递信号给所述综合优化控制器，所述综合优化传感器控制所述高压水泵抽水，并控制所述智能可调节式喷头的角度可开度，实现灭火。
当所述救援摄像头将拍摄到的画面通过所述无线数据传送接收模块传递给所述岸机，所述岸机的人员从中识别是否有人员需要救助，如果需要救助则发送命令给所述综合优化控制器，所述综合优化控制器控制所述自主救援抛投器抛投救援装备。
所述自主救援抛投器通过控制所述弹射片转动将事先由所述装备填入口装入的救援装备沿所述弹射轨道抛出。
同时所述岸机也可将数据传入互联网，从而供更多人实时监测救援环境的变化。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的多功能救援无人驾驶五体船，具有多种功能性，大大拓展了水上救援设备的多样性。采用绿色复合能源，以风能、太阳能作为主能源，减少了汽柴油机驱动对环境的污染。中间细长主船体、首尾对称布置的片体以及改进型首部流线型水翼，减少航行时的阻力，提高航行速率。智能操作及推进系统保证了自主航行时救援五体船的安全性，救生及灭火系统可实时反馈现场状况，并对现场火源进行灭火救助，同时自主抛射救援设备，包括食品、淡水、救生圈、救生衣等设备，大大提高了人员的存活率。利用其小巧的优势大面积铺开搜救网，提高搜救成功率的同时也大大降低了人力物力的浪费。本多功能救援无人驾驶五体船依靠自身的实时传输功能、高度智能化与指挥中心形成一张强大的救援网络，保障了海难人员的安全。
附图说明
图1是本发明实施例的俯视简图；
图2为本发明实施例的推进系统简图；
图3为本发明实施例的左视简图；
图4为本发明实施例的船底部结构简图；
图5为本发明实施例中水翼主视图；
图6为本发明实施例中水翼主视图中a-a处剖视图；
图7为本发明实施例中自主救援抛投器结构简图；
图中：1为主船体、2为甲板、3为上层建筑、4为可折叠风帆、5为自主救援抛投器、101为尾片体、102为首片体、103为底板、104为支柱、105为流线型翼板、111为传动轴、112为舵叶、113为螺旋桨、114为万向联轴节、115为传动电机、116为舵柱、122为高压水泵、201为太阳能电池板、211为火焰传感器、212为智能可调节式喷头、221为激光测距仪传感器、231为救援摄像头、401为风帆、402为桅杆、403为转向器、404为底座、501为弹射口、502为弹射片、503为装备填入口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和方向术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
如图1至图6所示，为本发明的一种多功能救援无人驾驶五体船，包括船体、动力系统、推进系统、操纵系统、救生系统和灭火系统；所述船体包括中部纵贯首尾的细长型主船体1，所述主船体1的首部两侧对称设有首片体102，所述主船体1和所述首片体102通过骨架连接有底板103，并通过加强板加固，所述首片体102与所述主船体1之间通过横向设置的水翼连接，所述水翼包括贯穿所述首片体102和所述主船体1的支柱104和所述支柱104外部的流线型翼板105，所述主船体1的尾部两侧对称设有尾片体101，所述尾片体101通过其中部竖直方向的轴与所述底板103铰接，所述底板103的上部设有甲板2和上层建筑3；所述动力系统包括设置在所述甲板2上的若干太阳能电池板201、可折叠风帆4和设置在所述主船体1舱室内的蓄电池，所述太阳能电池板201通过转换器和稳压模块与所述蓄电池连接，所述可折叠风帆4包括风帆401、桅杆402、转向器403和底座404，所述底座404为空心柱体，固定在所述甲板2上，所述转向器403可转动的地安装在所述底座404内，所述桅杆402与所述转向器403连接，所述风帆401设在所述桅杆402上；所述推进系统包括舵机、定位豆，舵柱116、舵叶112、螺旋桨113、传动轴111、万向联轴节114和传动电机115，所述传动电机115安装在所述主船体1的舱室内并通过所述万向联轴节114和所述传动轴111与所述螺旋桨113传动连接，所述舵叶112与设置在所述舵柱116内的传动杆连接，并通过所述舵柱116设置在所述螺旋桨113后方，所述传动杆通过定位豆与舵机连接；所述操纵系统包括设置在船首的激光测距仪传感器221、综合优化控制器和gps定位装置，所述激光测距仪传感器221、所述gps定位装置、所述舵机、所述转向器均与所述综合优化控制器连接；所述救生系统包括设置在船尾中间部位的自主救援抛投器5、设置在船首的救援摄像头231、无线数据传送接收模块、设置在远程的岸机，所述自主救援抛投器5设有向上倾斜的弹射轨道，所述弹射轨道包括弹射口501和弹射片502，所述弹射轨道的上方设有装备填入口503，所述装备填入口503通过连通所述弹射轨道的所述弹射片502，所述无线数据传送接收模块以及所述自主救援抛投器5与所述综合优化控制器连接；所述灭火系统包括设置在船首的火焰传感器211和智能可调节式喷头212以及设置在船尾的高压水泵122，所述火焰传感器211和所述智能可调节式喷头212以及所述高压水泵122均与所述综合优化控制器连接。
上述所述主船体1的长度与船体长度相同，宽度为船体宽度的1/5，长高比10，横剖面形状由首前部v型过渡至中后部u型。
上述所述首片体102的长度为船体长度的2/5，宽度为船体宽度的1/11，长高比10，横剖面形状由首前部v型过渡至中部u再过渡到后部v型；所述尾片体101的长度为船体长度的1/5，宽度为船体宽度的1/11，长高比10，横剖面形状由首前部v型过渡至中部u再过渡到后部v型。
如图5和图6所示，所述水翼的设置位置距船首1/6船长，距所述甲板21/10船高，所述流线型翼板105的翼展长度为3/4船宽，弦长为1/11翼展，所述支柱104通过轴承与所述首片体102和所述主船体1铰接。
如图3所示，所述太阳能电池板201在所述上层建筑3的两侧沿船体纵向布置，与水平面成30°角，所述可折叠风帆4为梯形结构，上底长度为1/6船长，上底与下底比1/4，靠近船尾部斜边长度为1/3船长，靠近船首部斜边长度为1/6船长，所述桅杆402高为1/2船长，所述桅杆402位于上底中心线偏短斜边侧，距上底中心线为1/5上底，所述风帆401由所述桅杆402撑开，所述可折叠风帆4的旋转角度为正负45°。
所述救援摄像头231安装在船首正中，视角为±90°。所述火焰传感器211也安装在所述船首正中，数量为3个。
本发明的一种多功能救援无人驾驶五体船的工作方法，包括蓄电池驱动模式和风力驱动模式：在蓄电池驱动模式时，所述综合优化控制器通过控制所述传动电机115的正转、反转和转速实现前进、后退和加减速，通过控制所述舵机从而控制所述舵叶112的偏转实现转向；
在所述风力驱动模式时，所述综合优化控制器通过控制所述转向器403从而控制所述可折叠风帆4的扬起与落下以及旋转实现前进、加减速与转向。
当所述激光测距仪传感器221检测到有障碍物时，传递信号给所述综合优化控制器，所述综合优化控制器控制所述舵机和/或所述可折叠风帆4实现转向，避免碰到障碍物。
当所述火焰传感器211发现识别火焰后，传递信号给所述综合优化控制器，所述综合优化传感器控制所述高压水泵122抽水，并控制所述智能可调节式喷头212的角度可开度，实现灭火。
当所述救援摄像头231将拍摄到的画面通过所述无线数据传送接收模块传递给所述岸机，所述岸机的人员从中识别是否有人员需要救助，如果需要救助则发送命令给所述综合优化控制器，所述综合优化控制器控制所述自主救援抛投器5抛投救援装备。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。