[发明专利]一种使用风能太阳能复合驱动的新能源帆船及其控制方法

说明书

本发明涉及一种使用风能太阳能复合驱动的新能源帆船及其控制方法，所述新能源帆船包括控制系统、风能动力系统、储能系统、电驱动系统、传感器组和船体；控制系统包括上位机和硬件控制器；风能动力系统包括太阳能翼帆、桅杆控制装置和可折叠桅杆；储能系统包括风力发电装置和电池组；电驱动系统包括驱动电机、螺旋桨和舵机；通过传感器组与硬件控制器、上位机通讯，可以实时感知新能源帆船的环境信息和航行信息。当环境有大风时，张开复合太阳能电池组的翼帆，利用风能前进，同时太阳能翼帆将太阳能转化为电能储存在储能系统里，利用风能发电装置将多余的风能转化为电能存储在储能系统里；当环境微风时，则风能与电能混合动力前进；没有风时，利用电能推进。

技术领域

本发明属于船舶技术领域，涉及一种使用风能太阳能复合驱动的新能源帆船及其控制方法。

背景技术

使用清洁新能源的船舶，作为一种新概念船，因为绿色环保，受到了越来越多的关注。在新能源帆船领域，当前主要存在以下的技术难题：

1、目前新能源帆船存在最大的缺点就是因为船体较小和能量转换效率较低，无法获取足够的能量，因此航行时间和续航里程有限。而我国海洋范围广阔，需要大范围的监控，因此航程的限制极大地影响了新能源帆船在海洋领域的大范围应用。

2、智能化是新能源帆船的重中之重，也是研究中的最大难点，由于新能源帆船要具备在恶劣条件下航行的能力，单纯靠人力去控制，难度非常大，而且无法经济地使用这些能源，因此实时的监测航行中各种气象数据，规划出节能的驾驶策略十分重要。

总之，目前所有新能源帆船存在最大问题就是航程的限制，新能源帆船作为一个水面移动平台，还需要搭载任务设备，因此自身对电力供应要求也比较高。任务设备的增加不仅会使燃料的装载进一步降低，而且会对航程有更加不利的影响。如何制作新型能源供能以达到超长续航能力的新能源帆船是新能源帆船创新发展的难点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有新能源帆船续航能力有限的缺点，旨在提供一种使用风能太阳能复合驱动的新能源帆船，以满足长续航的使用要求。

本发明提供了一种使用风能太阳能复合驱动的新能源帆船及其控制方法。

本发明采取的技术方案为：一种使用风能太阳能复合驱动的新能源帆船，包括控制系统、风能动力系统、储能系统、电驱动系统、传感器组和船体，其特征在于：所述控制系统包括硬件控制器和上位机；所述风能动力系统包括可折叠太阳能翼帆、桅杆控制装置和桅杆；所述储能系统包括风力发电装置和电池组；所述电驱动系统包括驱动电机、螺旋桨和舵机；所述控制系统、风能动力系统、储能系统、电驱动系统均布置在船体上。

上述传感器组、桅杆控制装置、电驱动系统与上位机为电气连接。

上述传感器组包括帆角检测仪、位姿检测仪、多普勒计程仪、风速感应器、风向感应器、光照度传感器、水流速度传感器、水流方向传感器和位置传感器；其中帆角检测仪设置在桅杆底部、位姿检测仪设置在船体艏部，光照度传感器、风速感应器和风向感应器设置在桅杆顶部上；水流速度和方向传感器设置在船底部；上述传感器与硬件控制器之间通过电连接或无线网络相连，实时上传数据。

上述太阳能翼帆为可折叠设计，由支撑层、光电转换层和透明保护层组成，用以捕获风能前进和转化太阳能为电能。

上述桅杆控制装置包括桅杆折叠机构和桅杆转向控制机构；桅杆折叠机构利用电机带动丝杠，使桅杆折叠和立起，同时实现太阳能帆的收帆和放帆；桅杆转向控制机构包括旋转底座和旋转电机，在硬件控制器的指令下执行动作。

上述桅杆的形式为塔形桅杆，桅杆的底部固连在旋转底座上，所述旋转底座转动设置在船体上，所述直流电机通过传动机构和旋转底座传动连接，控制桅杆的转向；桅杆的顶端通过缭绳与固定在船体上的直流电机连接。