如何做好一条无人调查船

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我们为什么要做船,这个问题不仅是同行和客户问过我,就连我们自己的员工也问过我同样的问题。很显然现在的无人船已经不是一个蓝海市场,早在好多年前,这已经是一个非常卷的赛道。尽管无人船的市场相对来说比一般的装备要大,但是玩家真的很多。


我们做船,是从我们企业的优势考虑的。机缘巧合之下,我们今年得到了行业内第一梯队的结构设计师,覆盖的领域从流体,推进到各种布防回收的甲板机械。本身我们又在水下探测传感器上积累了各种的优势。做载体成了我们自主创新上非常好的一个选择。所以我们决定在我们熟悉的领域完成我们在某个场景上可以深度进化的一款好产品。所以我们选择的场景,就是调查船。

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无人调查船是Robot还是Cobot(协作机器人)?



理解了这个问题,才能想清楚船应该怎么去做。在目前的技术背景下,水下调查应用的无人船还无法取代专业的载人测量船的作用,也无法离开人工干预,所以决定了调查用无人船只是一款用于提高效率的协作机器人。他和测量员的在特定天气窗口的协作可以在有限的资源下提高效率,甚至提升测量数据质量。

海上,调查用无人船还是离不开有人船的协助,因为通讯、缠绕、补能等各种限制都离不开有人船的保障,但是无人船的功效也是显而易见的,它可以在作业成本几乎不变的情况下使探测成倍的增加效率,而且无人船循线的优势,在勘查中大量的跑测线中会很好的体现。大家先来品味一下以下这段话,这是一个不卖烤海鲜演戏略浮夸的大师说的,也反映出此级别无人船在海上应用的一个现状:“无人船目前还是常规调查手段的一种有效补充。尤其是执行探测任务的无人船,并不是要在三、四级海况下工作才有存在的意义,且不说海浪拍打气泡产生的附面层会增大多少水面噪声,那种情况下海浪的特征波长都是无人船水线长的好几倍了,姿态测量数据还能用么?无人船作为大型探测船的‘增程器’,是说在可作业时间窗口内,与大船同步测量,从而在保证数据质量的前提下提高作业效率。”
即便在内河和湖泊测量勘查的场景中,无人船也需要人工参与进来,参与传感器的操控和数据质量控制,在交通繁忙的水域还要人为地控制航行。
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所以场景很重要,理解了场景,才能做好一条船。HydroFrog25是一艘专注于水下调查的船,应用的场景包括内陆湖泊河流,海上的浅滩港湾,如果非要去外海的话可以加一个天气的窗口,就是二级海况可以作业,三级海况可以回来。针对水下调查这个场景,我们做了如下的功能设计:

船型设计特色

采用类似于划艇的窄而长的船体,这样可以较低的推进功率获得较高的航速,细长的船体有明显的直线保持性能,这是为水下调查应用大量的循线工作而设计的。双体布置比单体船横摇小许多,首尾收敛的船体线型能减小一定程度的纵摇,虽然也扛不住大的波浪(毕竟船还是太小,我们的小目标也比较现实:二级海况还能干活,三级海况下能逃回来保命),但在穿过其他船只的尾迹时能够体会到。总之就是小测绘船也要尽量稳。

船体材料和结构

采用低密度、高韧性、轻量化的特种高分子材料(高低温-40℃120)的船体,这种材料具有环保、减震、隔热、阻燃、抗冲击的特性。虽然需要昂贵的模具制造,但产品生产的成本却相对较低,用户即便将船体当作耗材也能承受(复杂的作业环境,失误的操作,点背,不靠谱的承运方…..小船的损坏确实是常有的事)。船体多水密舱设计,部分舱段意外进水不会影响到船只的安全,即使极端情况下全部舱室被撞破而入水也不会沉没,这都得益于超轻且拒水的材料,即使结构失效,也可以作为排水体保证不沉。
材料的选用可以大大降低了船自身的重量,在标配续航电池的情况下,整个船空载自重削减到了45kg,给载荷富余出了也是45kg的重量。所以这是一个45kg+45kg的组合,基本能应对95%以上的浅水探测装备。空载自重和载荷重量达到了1:1,这也是行业内把这个比值做到了极致的一条船,因为总排水量一定的情况下,船体越轻,留给载荷和电池的重量就越多,而这两样是直接关乎这条船的功能型,所以做一条轻量的船,间接意味着就是做一条性能船。

电池和推进器

标配两块大容量防水电池(IP67),电芯采用的松下的18650电池,这种电芯可以有效的抵御穿刺和挤压,但在防水性能上欠缺,特别是过充过放的保护电路受潮的情况下,所以在设计上我们采用了IP67级的防水壳。标配电量经济航速下五小时,最高航速下一小时,也可以按任务需求同时搭载四块电池,续航直接可以加倍。两台1.2千瓦的导管桨,虽是传统的设计但是高效可靠,正倒车加无级变速可使船原地回旋,狭窄水域会体现出优势,配合低阻力的船体,四节巡航时只需不到400瓦的推进功率。全功率时达到十节航速。推进器虽不能快速拆卸但也只需拧4个螺丝和拔一个插头就行了。

设备隔热及冷却

中舱采用和船体相同的材料,所以也有良好的隔热性能,在寒冷地区这是一个优势。但在高温环境下工作时,就必须采取强制散热的方法,有以下三种方案可选择,我们把最常规的第一种散热方法作为了标配,在极端高温和暴晒下,可选用第二种第三种方式:
一:风扇散热,功耗低,1030瓦,但无法使温度低于环境温度。
二:半导体制冷,功耗约100瓦,视舱内设备发热量不同有可能使温度低于环境温度。(选配)
三:气体冷却,制冷迅速,但受气瓶容量限制工作时长有限。需配合温度传感器,当温度超过设定值时,喷射气体冷却。(选配)

间桁架

向专门生产碳纤维结构的工厂定制的中间桁架是组成这条船的关键部件,重量是铝制品的1/2,不锈钢的1/4,而强度足以承受一个强壮的成人坐在上面。它连接两个船体,并负担中间的设备舱。安装设备舱后桁架一端仍余下0.6平方米的面积,可以方便地搭载多种任务设备。
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中间舱

防水的中间舱内有船的通信、导航、控制等设备,另还有空间安放一些任务设备的主机。整个中舱可以在桁架上前后移动调整位置,也可以方便的拆下,以满足一些特殊的要求(拆下中舱,换上一张轻便的座椅......钓鱼......我司目前暂不对外提供这些升级附件,烦请期待)。

自动剖面绞车(选配)

在水下调查的场景中,需要完成各种剖面的测量和取水。CTD、多参数水质仪、采水器都需要用到剖面绞车。在多波束的测量中没有声速剖面的测量是不完整的,而很多船都忽略了这个重要的因素,为此,我们开发出了无人船用的剖面绞车,120m的储缆量,自带排缆器,基本覆盖了这种船型可及的全部场景。负载重量有2kg10kg的可选。

设备湿端升降架(升降鳍)

可以选配针对小型多波束专门设计的升降鳍,碳纤维结构,高刚性、无间隙、耐腐蚀。分手动和自动(选配)升降两种。IMU,天线,多波束安装在一个结构上,避免拆装后的相对位置变化。

运输

  • 皮卡车:2.5米长的船体可快速地拆为两段,其中长的一段为1.6米,拆开后可全部放进尾箱。
  • SUV:  拆下中仓和任务设备放入尾箱,中间桁架和船体一块倒放在车顶行李架上。
  • 面包车:可以整船运输。
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布放和回收

  1. 用吊车,船上有四个吊点,可配4汇1的吊绳。
  2. 分拆状态搬到水岸边再组装下水。
  3. 带轮子的牵引托架小车(选配)
  4. 肩扛手抬的传统手艺不能丢,这种方式的好处是可以加强操作员的身体健康
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最近疲惫地奔波于各个城市,今年剩下的几个月内,我们几个新的主力产品也要密集地推出。即便在忙碌中,也在中间得空切换了自己的模式。熙熙攘攘间,在奉天的Down Town和十(tan)三(shui)朝(de)古(tian)都(tang)的古城墙下连续两天邂逅了同一首歌。听到这首歌的时候,我仿佛看到了这个秋天缓缓飘落的枫叶,对我来说不仅仅是枫树在秋天的舞,更是一段久违的怀念。



在络曼现场,怀念大学期间做乐队时的快乐,就是简简单单的想呈现出一首歌最好的现场,可惜现在连一首歌也无法完整的弹下来。从学生时代对音乐单纯美好的热爱,到现在变成个追(tan)逐(cai)名(hao)利(se)的商人。可惜的是已然把热爱烧成了落叶,却换不回熟悉的那张脸。
在古城墙下,怀念蹭歌听的过往,门洞的声场打造出了天然的混响。头倚在对面的墙上,指尖婆娑在六百年历史城墙的砖缝里,感受历史和现代的共鸣。虽然他们不知名,但是仍在这个年纪坚持着最初的梦想。回忆立马闪现到15年前在天泰体育场外蹭听张学友演唱会的经历,那天记忆最深的一首歌,就是他翻唱的天黑黑,而我现在走在每天必须面对的分岔路上,一次次放弃了单纯美好的小幸福,赤裸裸奔向了纷繁杂尘的小世俗,就这样吧,改不了了,毕竟人终将活成他讨厌的样子。
跌跌撞撞说这这么多与船无瓜的事情,我觉得我写这些东西,比写船写的好,但是重点其实是,我想做好一条船,让它往东开两万六千里······

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墨趣
活跃在2024-12-1
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