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主办单位：中国造船工程学会
学术媒体支持：水下无人系统学报
全国海洋航行器设计与制作大赛是面向全日制非成人教育在校生的综合性竞赛项目。经过十三年的发展，现已成为我国船舶与海洋工程领域内层次最高、规模最大、覆盖面最广的竞赛。2024年，大赛共吸引了386家院校和科研机构、2555支队伍、13559名师生参赛。最终评选出特等奖76个，一等奖165个，二等奖174个。
《水下无人系统学报》作为中国造船工程学会会刊，持续关注并积极推广该项赛事。为充分展示新时代大学生的创新思维和实践能力成果，不断激发青年创新团队科研探索热情，同时为公众了解海洋航行器设计魅力、普及相关科学知识和技术原理、促进知识的共享和技术传播广度，我刊官微特开设专栏展示参赛团队优秀获奖作品，如有感兴趣团队欢迎踊跃报名，感谢关注。
B组 “文鳐”——带可升降式共形水翼的多航态无人艇
团队简介
指导老师：王鸿东 黄晓钰
成员姓名：王志鸿、章文彬、钱畅、石梦迪、张咏舟
指导教师点评
上海交通大学
船舶海洋与建筑工程学院
王鸿东 黄晓钰老师
“文鳐”团队以兼具高机动性和高隐蔽性的多航态水翼无人艇为特色，作品创新性的提出了兼具横稳性与大升力的可升降共形水翼设计、考虑浅浸效应的弦长浸深比设计和针对应力集中的“匚”形结构设计，拥有广泛的应用前景，希望赛后不断完善作品，再接再厉。
采访实录
本团队作品的主要优势有哪些？
答：“文鳐”多航态水翼无人艇具备航态热切换能力和优良的适航性、快速性、隐蔽性和美观性，是对多航态无人艇概念的一次深度设计尝试。在传统的全浸式水翼艇船型的基础上，针对多航态的概念和需求，提出了多项创新方案，解决了传统水翼艇水面航态（半潜航态）适航性差的弊端，在同一艘无人艇上实现了翼航航态和半潜航态的结合以及无人艇航行中两种航态的快速切换。
本团队作品的在设计中遇到的难点有哪些？
答:一是不同航态及过渡航态对船体性能需求的兼顾问题。
二是可升降式共型水翼及推进机构建模和装配的优化问题。
三是过渡航态下面对阻力突变船体姿态的控制问题。
获奖作品介绍
研究背景及意义
21世纪以来，随着信息化、智能化技术与舰艇装备的深度融合，无人舰艇这一新质战斗力越来越受到世界各国的重视。然而，目前大多数无人舰艇都是基于传统有人船舶进行改进设计，没有跳出传统有人船舶的设计思路。针对以上问题和挑战，多航态无人艇概念应运而生。
“文鳐”多航态水翼无人艇具备适应多航态的新型船体外形设计与分舱设计，采用模块化的设计理念，可以搭载不同的推进模块和功能模块适应不同需求。基于可升降式共型水翼设计，“文鳐”的翼航航态的快速性、半潜航态的适航性和隐蔽性相比于传统无人艇大幅提升。“文鳐”还搭载了软硬件协同的姿态控制系统，确保不同航态下及航态切换时的姿态平稳。大大拓展了无人艇的功能，是实现无人艇脱离既有有人船发展思路的有效途径。
总体设计
本作品基于多航态水翼无人艇的设计目标，针对不同航态及过渡航态对船体性能需求的兼顾问题，结合了高速滑行艇和潜艇的部分外形设计理念，设计了适应多航态的新型船体外形，利用大透水舱的分舱设计，实现了压载水的被动调节，显著提高了航态切换能力；针对传统水翼船水面航态适航性差、阻力大的问题，设计了可升降式共型水翼及其升降机构，显著提高了水翼适应多航态航行的能力；针对过渡航态及滑行航态船体姿态的复杂控制问题，设计了攻角可调节水翼及姿态控制器，并对实验船体进行虚拟仿真验证，显著提高船体姿态控制能力。
在完成多航态水翼无人艇概念设计和详细设计的基础上，使用3D打印等技术自主制造了多航态水翼无人艇自航模，设计开发了用于控制升降机构、水翼攻角、推进机构的电控系统和多航态水翼无人艇的遥控、自控系统。
本作品最终实现了具有航态热切换能力和优良的适航性、快速性、隐蔽性和美观性的多航态水翼无人艇的设计与制造。
多航态水翼无人艇三维设计图
创新点
设计新型共形水翼，减小横倾影响，利用CFD计算方法得到新型水翼升、阻力系数，确保新型水翼的大升力特性；利用升降机构实现水翼布放与回收，布放保证翼航下的水翼浸深，回收保证潜航下的完整线型
2、考虑浅浸效应的弦长浸深比设计
确定弦长浸深比对水翼升力系数、阻力系数的影响，综合考虑共形、船宽等因素，选取弦长浸深比为1的比例系数，解决水翼受可升降设计限制浸深较浅，翼航状态下难以保证水翼全浸问题。
设计“匚”形结构，利用三维软件计算得到100N受力情况下的形变量，“匚”形设计减少50%以上的最大形变，缓解翼航状态下，航速高升力大，水翼受力集中，容易产生变形的问题。
应用前景
本作品具有两种性能优良的航态和无人带来的低成本与高自持力，可广泛应用于：
1、海洋环境监测：利用翼航航态的快速和低阻力，实现快速灵活部署，利用潜航的特性更好的监测海洋生物和海底环境，并能实现长期自主监测，减少大型船舶的出动率，更加节能环保；
2、海上执法巡逻：对于需要长期部署的敏感海域，多航态水翼无人艇利用半潜航态的高自持力进行长期巡逻，在发现目标船只后可以切换滑行航态进行高速跟踪和拦截；
3、海上攻防作战：在海峡、入海口、岛礁等受限海域的海上攻防作战中利用半潜航态的高隐蔽性接近敌方目标进行侦察或潜伏，利用翼航航态进行高速打击，极大的缩短了敌方的反应时间，提高打击成功率。完成任务后，亦可使用翼航航态快速撤离，提高自身生存能力。
航行器图片/视频集锦
作品图片
船体模型图
实物图
水翼机构图
视频展示
演示视频
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速览
《水下无人系统学报》是由中国船舶集团有限公司主管，西安精密机械研究所和中国造船工程学会联合主办的综合性学术期刊，现为中国造船工程学会会刊，中国科技核心期刊、JST、Scopus收录期刊，连续入选《科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告》，以及中国科协航海领域、舰船科学领域、兵器科学与技术（武器工业）领域高质量科技期刊。主要收稿范围: 水下无人系统、水下信息网/系统、水下声学及非声探测、水下无人平台、水下预置系统、无人水下航行器（UUV）、无人水面艇（USV）、水中兵器、水下集群与跨域协同、有人-无人协同及水下作战体系等方面内容。
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