[发明专利]自主航海船

说明书

技术领域

本文描述的本发明的实施例涉及自主运输工具(autonomous vehicle)的领域。更特别而言，但不以限制的方式，本发明的一个或多个实施例实现了自主无人航海船(autonomous unmanned sailing vessel)。

背景技术

对于自主无人交通工具的需求一直在增加。已经开发了在不同地形(诸如陆地、地面街道，甚至空间)上有了不同程度的成功的无人自主交通工具。然而，无人自主海上交通工具的技术的发展受到了限制。成为横渡大西洋的第一个完全自主船的Microtransat挑战还尚未完成。作为备案，由自主航海船实现的公布的创纪录距离只有78.9海里。参见2012年5月15日的Quick,Darren,"Fully autonomous ASV Roboat to make world record attempt,"Gizmag.com，可在http://www.gizmag.com/asv-roboat-fully-autonomous-sailboat-to-make-world-record-attempt/22559/中看到。

开放海洋研究、探索、监控和采集应用的其它数据的传统技术成本过高。一种方法是部署或租用能够留在海上达所需的持续时间的船。操作载人船只的费用很高，特别是如果操作涉及持续时间延长、与陆地的距离，或潜在的恶劣条件。另一种方法是部署一个或多个浮标。然而，在深水位置安装浮标的复杂性和成本很高。因此，使用浮标通常限于浅海区域。远程成像是可用于观察海洋的另一种方法。然而，使用成像技术只可观察到有限数据。

任何船可覆盖的距离的一个制约因素是功率的可用性。海洋交通工具必须携带、产生或以其它方式利用在远离陆地的行程过程中其消耗的所有功率。另一个制约因素是在恶劣海洋条件中导航的能力。这对于给定海面的特定危险条件的风力发电船尤其如此。虽然期望无人自主航海船能够进行长距离海洋航行以进行环境、军工、监测、科学、研究和其它活动，但是对发展技术的尝试都没有成功。为了克服如上所述的问题和限制，如本文所述具有对无人自主航海船的需要。

发明内容

提供了下面的简化概要以便给出本文描述的自主无人航海船的一些方面的基本理解。该概述不是宽泛的综述且不旨在标识关键或重要元件或描述本发明的范围。

本文中所描述的自主无人航海船的一个或多个实施例涉及一种无人自主航行船(an unmanned,autonomous ocean-going vessel)。

无人自主航行船包括具有主轴(primary axis)的主船体(primary hull)。在一个实施例中，主船体具有降低浮力的狭窄的船首(a narrow bow)。

在一个实施例中，无人自主航行船进一步包括：第一舷外支架船体(a first outrigger hull)，该第一舷外支架船体被配置为在主船体在围绕其主轴的第一方向上旋转时提供第一附加扶正力矩(a first additional righting moment)；和第二舷外支架船体(a second outrigger hull)，被配置为在主船体在围绕其主轴的第二方向上旋转时提供第二附加扶正力矩(a second additional righting moment)。该压载(ballast)足以从给定第一附加扶正力矩和第二附加扶正力矩的任意位置被动扶正(right)主船体。

无人自主航行船进一步包括与主船体旋转地耦接的刚性翼。刚性翼围绕刚性翼的旋转轴自由旋转。旋转轴可被选择以相对于刚性翼的旋转轴静态地平衡刚性翼。

无人自主航行船进一步包括被配置为保持期望的航向(heading)的控制器。

在一个实施例中，无人自主航行船进一步包括控制面元件(control surface element)，该控制面元件被配置为基于由控制面元件上的风施加的力以空气动力控制刚性翼的翼角。控制面元件可朝向刚性翼的后缘设置在刚性翼上。在一个实施例中，控制面元件设置在尾板，其中刚性翼与包括第一端和第二端的吊杆(boom，帆下桁)相耦接。吊杆的第二端与尾板相耦接并且从刚性翼的后缘(trailing edge)延伸。吊杆的第一端可从刚性翼的前缘延伸且可与配重耦接，所述配重被配置为相对于刚性翼的旋转轴动态地平衡刚性翼、吊杆和尾板。