大學(xué)生創(chuàng)新性試驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)-水翼潛水機(jī)器人平臺(tái)

1、附件 1 1大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)項(xiàng)目編號(hào)_項(xiàng)目名稱(chēng) _項(xiàng)目主持人_聯(lián)系電話(huà)_所在學(xué)院_機(jī)電工程學(xué)院_學(xué) 號(hào)_專(zhuān)業(yè)班級(jí)_指導(dǎo)教師_E-mailE-mail _申請(qǐng)日期_起止年月_中南大學(xué)填寫(xiě)說(shuō)明1 1本申請(qǐng)書(shū)所列各項(xiàng)內(nèi)容均須實(shí)事求是，認(rèn)真填寫(xiě)，表達(dá)明 確嚴(yán)謹(jǐn)，簡(jiǎn)明扼要。2 2申請(qǐng)人可以是個(gè)人，也可為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，首頁(yè)只填主持人， 均為參加項(xiàng)目的學(xué)生。 “項(xiàng)目編號(hào)”一欄不填。3 3 .本申請(qǐng)書(shū)為大十六開(kāi)本（A4A4）,左側(cè)裝訂成冊(cè)?？删W(wǎng)上下 載、自行復(fù)印或加頁(yè)，但格式、內(nèi)容、大小均須與原件一致。4 4.主持人所在學(xué)院認(rèn)真審核 , , 經(jīng)初評(píng)和答辯，簽署意見(jiàn)后，將申請(qǐng)書(shū)（一式兩份）報(bào)送中南大學(xué)

2、創(chuàng)新辦（一辦319319）、基本情況項(xiàng)目 名稱(chēng)潛水機(jī)器人平臺(tái)所屬 學(xué)科機(jī)電一體化申請(qǐng) 金額2000020000 元起止年月20092009 年 7 7 月 20102010 年 1010 月主持人姓名性別男民族漢出生年月學(xué)號(hào)聯(lián)系電話(huà)宅：手機(jī)：指導(dǎo) 教師聯(lián)系電話(huà)宅：手機(jī)：主持人曾經(jīng)參 與科研的情況指導(dǎo)教師承擔(dān) 科研課題情況指導(dǎo)教師對(duì)本項(xiàng)目的支持情況項(xiàng)目組主要成員姓 名學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)所在學(xué)院項(xiàng)目中的分工二、項(xiàng)目研究的目的和主要研究?jī)?nèi)容目的：建立潛水探測(cè)機(jī)器人平臺(tái)。開(kāi)發(fā)一種既能高速水面追擊，又能潛水偵查作業(yè)的機(jī)器人平臺(tái)研究?jī)?nèi)容：1 1、 高速水面航行水翼船原理。2 2、 整機(jī)氣動(dòng)、水動(dòng)外形設(shè)計(jì)。3 3

3、、 水面及水下航行原理設(shè)計(jì)。4 4、 動(dòng)力系統(tǒng)及切換設(shè)計(jì)。5 5、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。6 6 導(dǎo)航、遙控設(shè)計(jì)。工作原理如下圖 1 1、圖 2 2 為設(shè)計(jì)原理三維圖水面航行- -水翼張開(kāi)狀態(tài)（初步）機(jī)器平臺(tái)主體2自由度螺旋槳f* jJ aH二.-.豈也棗一ivkq電護(hù)| Ji.曲3A - L?時(shí)tit目前水翼張開(kāi)狀態(tài)后水翼圖 1 1 水面航行- -水翼張開(kāi)狀態(tài)圖1 1、高速水面航行與水下潛行原理。水翼船為一種水面快速航行的新型水面航行器，靠向后噴水獲得前進(jìn)動(dòng)力的船， 速度可達(dá)100km/s100km/s 以上, ,速度可達(dá)一般輪船的 2 2 到 3 3 倍，可實(shí)現(xiàn)快速追趕。并且整機(jī)體 積小、重量輕，

4、配上合適發(fā)動(dòng)機(jī)，速度很容易提高。如上圖 1 1 為水面航行- 水翼張開(kāi)狀態(tài)圖當(dāng)距離敵方輪船距離較近時(shí)，需要潛到水底進(jìn)行作業(yè)，要求一定速度和方向控制 靈敏。下圖 2 2為水下潛行的水下潛行一一水翼收攏狀態(tài)圖。I；屮舸是谿規(guī)押的水現(xiàn)秸的弒扯吒這到-定達(dá)度后侔瞄笳怖曲吊秋會(huì)?CSHfi牛于附取 叱時(shí)挪初承用就像風(fēng)笫柝如僧 辿林f|力鮒增加臉希你的水翟曲血的電圧T :fc化儂的顒力含越來(lái)越大 X 辦盒越來(lái)越歸mz麒戸打熾說(shuō)卜降劃理r卸帚r i下的水1H麗盪最當(dāng)鮭達(dá)麴一定怨度后 構(gòu)術(shù)鑿產(chǎn)生的J1力祀IWfMft出加11也就赴i!t*翼沖*屮的折女工么彳 I 詵例水囂產(chǎn)生的升力廂仰的鵜邃電徒詢(xún)比惻免毎黃乘

5、圖2 2水下潛行- -水翼收攏狀態(tài)圖 下圖 3 3 為水翼船航行時(shí)速度對(duì)自重和升力的效果分析J1力rfl力2 2、 整機(jī)氣動(dòng)、水動(dòng)外形設(shè)計(jì)。（1 1） 水翼船在水面航行，要求自重輕速度才可提高，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，參考飛 機(jī)機(jī)翼、機(jī)身的結(jié)構(gòu)，當(dāng)速度達(dá)到較高時(shí)，機(jī)身產(chǎn)生足夠的升力與自重抵消大 部分，從而可以實(shí)現(xiàn)快速航行。（2 2） 水下航行提速設(shè)計(jì)，充分考慮流體動(dòng)力學(xué)原理。減少潛行時(shí)的阻力根據(jù)氣動(dòng)外形分析水翼船速度，效果如下圖 3 3：3 3、 水面及水下航行原理設(shè)計(jì)。（1 1） 水面航行采用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，速度快，長(zhǎng)航時(shí)，尾部螺旋槳提供動(dòng)力和控制方向;（2 2） 水下潛行，變換動(dòng)力，采用電池供電，

6、三個(gè)螺旋槳同時(shí)工作，可靈活控制航速 和航向。4 4、 動(dòng)力系統(tǒng)及切換設(shè)計(jì)。燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與電池電機(jī)的動(dòng)力切換，控制設(shè)計(jì)。5 5、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。速度、航向調(diào)節(jié)、攝像頭障礙監(jiān)測(cè)與避障控制。下圖為速度、航向調(diào)節(jié)初步控制原理圖。三、國(guó)內(nèi)、外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)水翼船，18911891 年，法國(guó)人拉貝爾特首先提出在船底艏艉端安裝水翼的設(shè)計(jì)。19191919年，加拿大人貝爾制造出第一艘水翼船。我國(guó)在19581958 年起步進(jìn)行水 翼船的研究，并于 19601960 年設(shè)計(jì)建造了國(guó)內(nèi)第一艘長(zhǎng)江水翼船。隨后我國(guó)又設(shè)計(jì)出長(zhǎng)江“水翼二號(hào)”、小型自穩(wěn)式水翼船“飛魚(yú)號(hào)”、自控水翼船“北星號(hào)”。2020 世紀(jì)末，全世界已有

7、水翼船 10001000 多艘，其中蘇聯(lián)擁有 800800 多艘，主要作為內(nèi)河、湖泊、沿海的高速客船。在軍用 方面，美國(guó)、蘇聯(lián)和歐洲一些國(guó)家把水翼船作為導(dǎo)彈快艇，魚(yú)類(lèi)快艇，并發(fā)展為能攜 帶直升飛機(jī)的反潛艦艇?，F(xiàn)今存在的水翼船大多不超過(guò)一千噸，并以近海航行為主。跟其他的高速艦艇技術(shù)相比，水翼船（主要是全浸型）的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠在惡劣海情 下航行，船身的顛簸較少。而且高速航行時(shí)所產(chǎn)生的興波較為少，對(duì)岸邊的影響較低。 缺點(diǎn)主要在制造大型的水翼船、或進(jìn)一步提高速度，目前還存有技術(shù)困難。水翼所能 提供的浮力與長(zhǎng)度成平方關(guān)系，但是船的重量卻與長(zhǎng)度成立方關(guān)系。故此制造更大型 的水翼船存在一定的難度。要進(jìn)一步提

8、高速度，水翼在告訴下會(huì)產(chǎn)生氣泡的問(wèn)題亦需 要解決。此外全浸式水翼的結(jié)構(gòu)及控制較為復(fù)雜，亦令成本上漲。水翼船使用燃?xì)庖?擎花費(fèi)燃料較多亦是商業(yè)運(yùn)作上的考慮之一。近年來(lái)，美國(guó)的蕭忠鎮(zhèn)，日本的宮崎國(guó) 男，國(guó)內(nèi)的黃文章，藍(lán)少雄和周洪斌等人，分別針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或控制系統(tǒng)進(jìn)行了水翼 船的設(shè)計(jì)。無(wú)人遙控潛水器，也稱(chēng)水下機(jī)器人。它的工作方式是。由水面母船上的工作人員， 通過(guò)連接潛水器的臍帶提供動(dòng)力，操縱或控制潛水器，通過(guò)水下電視、聲吶等專(zhuān)用設(shè) 備進(jìn)行觀察，還能通過(guò)機(jī)械手，進(jìn)行水下作業(yè)。目前，無(wú)人遙控潛水器主要有，有纜 遙控潛水器和無(wú)纜遙控潛水器兩種，其中有纜避控潛水器又分為水中自航式、拖航式 和能在海底結(jié)構(gòu)物上

9、爬行式三種。特別是近 1010 年來(lái)，無(wú)人遙控潛水器的發(fā)展是非?？?的。從 19531953 年第一艘無(wú)人遙控潛水器問(wèn)世，到 19741974 年的 2 20 0年里，全世界共研制了 2020 艘。特別是 19741974 年以后，由于海洋油氣業(yè)的迅速發(fā)展，無(wú)人遙控潛水器也得到飛速發(fā) 展。到 19811981 年，無(wú)人遙控潛水器發(fā)展到了 400400 余艘，其中 9090%以上是直接；或間接為海洋石油開(kāi)采業(yè)服務(wù)的。19881988 年，無(wú)人遙控潛水器又得到長(zhǎng)足發(fā)展，猛增到 958958 艘， 比 19811981 年增加了 110110%。這個(gè)時(shí)期增加的潛水器多數(shù)為有纜遙控潛水器，大約為800

10、800艘上下，其中 420420 余艘是直接為海上池氣開(kāi)采用的。無(wú)人無(wú)纜潛水器的發(fā)展相對(duì)慢一 些，只研制出2626 艘，其中工業(yè)用的儀 8 8 艘，其他的均用于軍事和科學(xué)研究。另外，載 人和無(wú)人混合理潛水器在這個(gè)時(shí)期也得到發(fā)展，已經(jīng)研制出3232 艘，其中 2828 艘用于工業(yè)服務(wù)。目前綜合水翼船與無(wú)人操作潛水機(jī)器人的研究設(shè)計(jì)很少，還沒(méi)有非常成熟的產(chǎn)品。四、項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色創(chuàng)新點(diǎn)：1 1、概念創(chuàng)新本機(jī)器人集水面航行水翼船、水下潛行、滿(mǎn)足空氣動(dòng)力學(xué)的機(jī)翼外形于一身。同 時(shí)連接了船、潛艇、飛機(jī)三個(gè)概念，屬于邊緣機(jī)械。2 2、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新動(dòng)力外形結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足空氣動(dòng)力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)原理且曲線(xiàn)具有藝術(shù)美感，可

11、折疊前 水翼巧妙實(shí)現(xiàn)了水面快速航行和水下潛行兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單而實(shí)用。3 3、工藝創(chuàng)新本機(jī)器人平臺(tái)制作需制作磨具鋪貼，體積小，可用木頭制作模型翻模然后選用廉 價(jià)符合材料鋪貼，然后機(jī)體噴流線(xiàn)型動(dòng)感漆色，制造出來(lái)輕便、結(jié)實(shí)而美觀。4 4、原理創(chuàng)新水面航行和水下潛行兩種工作狀態(tài)的動(dòng)力切換，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與電池電極的轉(zhuǎn)換使 本機(jī)器人平臺(tái)具有雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，自然而巧妙。特色：本水翼潛行機(jī)器人平臺(tái)跨多個(gè)學(xué)科，新穎而具有較深的科技含量，基本原理簡(jiǎn)單， 比較容易達(dá)到預(yù)期航行效果，其應(yīng)用價(jià)值及其廣泛，可用于檢測(cè)水下工作情況，可用 于軍事偵察、采集樣本等多種場(chǎng)合。五、預(yù)期成果和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題預(yù)期成果：1、作品樣機(jī)由于

12、目前工作原理及三維設(shè)計(jì)基本完成，半年內(nèi)可完成樣機(jī)的試制，完成后可到湘江進(jìn)行試機(jī) 檢驗(yàn)，完成水上航行及水下潛行功能。可調(diào)試安裝攝像頭，試行拍攝。2、論文通過(guò)對(duì)水翼船及潛艇、飛機(jī)飛行原理的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，發(fā)表相關(guān)論文。3、專(zhuān)利完成設(shè)計(jì)及樣機(jī)試制后，可申請(qǐng)相關(guān)的發(fā)明或?qū)嵱眯滦蛯?zhuān)利，進(jìn)行專(zhuān)利保護(hù)及專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓?zhuān)x擇 核心及有價(jià)值技術(shù)應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域，真正實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。4、比賽獲獎(jiǎng)樣機(jī)試制后，可參加各種創(chuàng)新性大賽，爭(zhēng)取獲得機(jī)械設(shè)計(jì)及挑戰(zhàn)杯相關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：1、 水翼船水面航行狀態(tài)航行速度的提升。如何盡量提高水翼船航行狀態(tài)，達(dá)到120甚至更高是一個(gè)值得研究和實(shí)驗(yàn)的題目，通過(guò)對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)及飛機(jī)機(jī)翼的

13、研究，設(shè)計(jì)出一款能夠在水面快速航行的航行器。2、 水翼船與水下航行的轉(zhuǎn)換水面航行于水下潛行屬于兩個(gè)不同的領(lǐng)域，如何巧妙、平穩(wěn)的完成切換是一個(gè)需要實(shí)際試驗(yàn)才 能完成的問(wèn)題。3、 精準(zhǔn)遠(yuǎn)程控制目前市場(chǎng)上的遠(yuǎn)程控制器很多，10公里控制器價(jià)格2000元左右，如何調(diào)試既能準(zhǔn)確完成水面控制又能完成精準(zhǔn)水下控制是一個(gè)很值得研究的問(wèn)題。六、項(xiàng)目研究進(jìn)度安排目前已完成初步設(shè)計(jì)，大體設(shè)計(jì)原理和思想已經(jīng)經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)成員反復(fù)討論和斟酌。1、2009年6月7月完善方案2、2009年7月一-9月細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)確定方案3、2009年9月一-10月外購(gòu)件購(gòu)買(mǎi)4、2009年10月一11月主機(jī)磨具制作5、2009年11月一12月其他部件加

14、工6、2009年12月一2010年1月完成裝配7、2010年1月一-2010年2月試驗(yàn)、調(diào)試8、2010年2月一-2010年4月改進(jìn)、完善8、2010年5月驗(yàn)收，完工七、已有基礎(chǔ)1.與本項(xiàng)目有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)（1） 基本原理已設(shè)計(jì)完成（2） 速度和方向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已完成（3） 相關(guān)領(lǐng)域參考資料已非常豐富（4） 開(kāi)發(fā)整機(jī)的磨具制作方案已基本定型（5） 外購(gòu)件型號(hào)大體定型，發(fā)動(dòng)機(jī)及螺旋槳型號(hào)基本定型。（6） 論文方向大體已找到，相關(guān)領(lǐng)域論文研究方向已經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)和消化。（7） 外協(xié)加工廠家已聯(lián)系好，制作裝配車(chē)間具備。（8） 相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜規(guī)煲颜业?，已向相關(guān)專(zhuān)家請(qǐng)教并討論過(guò)設(shè)計(jì)原理和方案。2.已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法（1）研發(fā)團(tuán)隊(duì)（2）外協(xié)加工單位（3）設(shè)計(jì)原理一一三維圖、控制原理圖初步方案已完成（4）磨具加工、開(kāi)模方案已有初步設(shè)計(jì)。（5）需采購(gòu)?fù)赓?gòu)件主要配件已經(jīng)過(guò)選型。尚缺少的條件：（1）缺少啟動(dòng)資金（2）缺少加工、裝配工具（3）缺少學(xué)校相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件支持八、經(jīng)費(fèi)預(yù)算開(kāi)支科目預(yù)算金費(fèi)（元）主要用途階段下達(dá)經(jīng)費(fèi)計(jì)劃（兀）前半階 段后半階段預(yù)算經(jīng)費(fèi)總額20000加工制作150005000機(jī)械加工5000機(jī)械加工、磨具及鋪貼材料4