一种新型可升降的半潜式游艇的制作方法

本发明涉及水上交通运输领域，具体涉及一种新型可升降的半潜式游艇，可以应用于近海区域水下观光游览，促进海岛和沿海城市旅游业的发展。

背景技术：

据联合国统计，1998年世界海洋经济总产值达到了1万亿美元，占全球经济总产值(23万亿美元)的4.4%。21世纪海洋经济将会以更高的速度发展，预计2010年总产值将达到2万亿美元，2020年有可能达到3万亿～3.5万亿美元，占世界经济总产值的10%左右。国家报告提出，提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，建设海洋强国是未来建设的重要目标。随着中国经济的不断开发，海洋旅游业也逐渐繁荣。目前，沿海城市的旅游开发大部分是依靠海岸风光、海滨景观、水族馆、海水世界等海洋资源来进行的。进一步建设新型海洋旅游项目，开发沿海城市海洋旅游业的潜力，对于沿海城市发展和国家经济的发展具有重要的经济意义。

目前，沿海城市的海洋旅游项目多在水面上进行，而相关潜水项目则需要考取潜水资格证，这大大降低了游客对潜水项目的需求。因此，迫切需要一种更加方便，易于操作的潜水设备应用于海洋旅游产业中。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计一种可升降的半潜式游艇，可以搭载游客进行水面、水下观光游览。该游艇能够实现水面上的高速平稳航行和水面下多角度的游览效果。此外，该新型可升降的半潜式游艇成本较大型观光船而言具有成本低，可拆解，易于运输和维修的优势，且具有良好的安全保障措施，能够广泛应用于沿海旅游业，具有一定的实用价值和重要的经济意义。

为了实现上述目的，其技术解决方案为：

一种新型可升降的半潜式游艇，包括两个浮力舱、载客舱和控制端；

所述浮力舱包括流线型外壳、压载水舱、电机、螺旋桨、升降机和蓄电池，所述流线型外壳提供浮力，所述压载水舱排出和吸入水以控制浮力舱浸水的体积，所述电机和螺旋桨用于推进游艇前进、后退和转向，所述升降机用于调整载客舱的位置（浮出、潜入），所述蓄电池用于提供推进装置、升降机、控制端等装置的电力。

所述载客舱包括座舱、控制台、升降连接装置、观景玻璃、探照灯和声呐，所述座舱乘坐乘客，所述控制台控制游艇的前进、后退、转向和载客舱的升降，所述升降连接装置连接载客舱和两侧浮力舱并实现载客舱的进一步下潜，所述观景玻璃采用聚甲基丙烯酸甲酯（亚克力板）用于观光游览，所述探照灯和声呐用于水下照明和测量游艇底部与海底的距离。

所述控制端包括电机驱动模块和模式转换模块，所述电机驱动模块控制两个浮力舱中的电机旋转，从而控制游艇前进、后退和转向，所述模式转换模块通过控制升降机和升降连接装置控制载客舱的上浮和下潜。

在上述可升降的半潜式游艇，综合考虑材料遇水后的变化、材料密度、强度和加工难度，采用具有轻质高强、理化性质稳定、绝缘性能好、可塑性强等诸多优点的pvc作为浮力舱的主要材料。

在上述可升降的半潜式游艇，所述浮力舱有两个，分别连接于载客舱的两侧，载客舱浮出时，游艇相当于双体船，双体船具有：高速航行时，阻力较小；初稳性较好；操纵性较好等优点。

在上述可升降的半潜式游艇，所述流线型外壳利用solidworks做出无人艇整体结构模型，然后导入连续介质力学数值软件star-ccm+中。通过施加相应的波浪流条件，建立cfd模型，利用vof方法来对cfd中带有自由液面问题进行求解、分析，进而进行测试仿鱼雷外壳底部，载客舱浮出状态下，游艇所受行波阻力和游艇的稳定性。

在上述可升降的半潜式游艇，所述蓄电池连接升压模块与升降机器、升降连接装置、压载水舱的水泵、电机和控制端；所述推进装置包括电机和螺旋桨。

在上述可升降的半潜式游艇，所述升降机和升降连接装置通过螺钉连接，且升降机和升降连接装置均为套缸式液压传动。

在上述可升降的半潜式游艇，根据最小系统控制外围电路的工作原理，所述控制端选用基于cortex-m4内核的stm32f4系列产品作为主控模块，stm32f407主控模块具有低价格、多外设、高性能、功耗控制杰出和开发成本低廉等优异性，是专门为工业控制和无线网络等领域设计的。stm32f407单片机丰富的片内外设和接口可以满足了游艇航行和上浮下潜的设计要求，且开发效率高，程序下载和调试较为方便。

在上述可升降的半潜式游艇，所述stm32ff407微处理器所需要提供的额定工作电压、电机驱动模块所需电压、升降机所需电压和蓄电池提供电压不一致，因此需要进行升压和稳压电路设计，采用ams电源管理ic设计公司生产的型号为ams1117的低压差线性稳压源芯片为各模块提供稳定的工作电压。ams1117的片上微调可以把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力，使电路电压更加稳定。

本发明的有益效果为：

1.这种可升降的半潜式游艇，可以实现在水面上高速、稳定航行的同时。也可实现水面下的观光游览，解决了由于光的镜面效应导致水面上难以看清水面下物体的问题，为沿海城市和海岛地区的旅游经济发展提供了新的设备和项目，进一步促进当地经济发展；

2.代替了传统需要考取潜水资格证才能下潜游览的局限，半潜式游艇无需游客有任何专业知识；

3.优化线性后的外壳可以有效减少兴波阻力，提高了浮出状态下游艇的航行速度，并减少了能耗。

附图说明

图1a是本发明的主视图。

图1b是图1a的侧视图。

图1c是图1a的俯视图。

图1d是本发明的立体结构图。

图2是本发明浮力舱的剖面图。

图3a是上浮时升降机时状态图。

图3b是下潜时升降机状态图。

图3c是游艇上浮效果图。

图3d是游艇下潜效果图。

图4是本发明变形模块驱动电路图。

图5是本发明电机驱动模块电路图。

图6是本发明控制端采用的stm32f407电路原理图。

图7是本发明采用的稳压源芯片ams1117电路原理图。

图8是本发明设计的升压、降压电路图。

图9a是船体附近水域的网格划分图。

图9b是图9a的局部放大图。

图9c是船体前部的网格划分。

图10是本发明行驶时兴波阻力示意图。

图中1-浮力舱，2-载客舱，3-控制端，4-护栏，5-水密橡胶圈，6-螺旋桨，7-舱顶盖，8-观景玻璃，9-蓄电池，10-升降机，11-电机，12-压载水舱，13-浮力舱外壳，14-升降连接装置，15-扶梯，16-座椅，17-探照灯和声呐。

具体实施方式

如图所示，一种新型可升降的半潜式游艇，包括浮力舱1、载客舱2、位于载客舱2内部的控制端3。浮力舱1包括流线型外壳13、压载水舱12、螺旋桨6、升降机10和蓄电池9，流线型外壳13提供浮力，优化线性后的流线型外壳13能减少兴波阻力，压载水舱12排出和吸入水以控制浮力舱浸水的体积，以调解由于游艇因重量分布不均导致的横倾和纵倾，并保证螺旋桨6一直在水面一下，螺旋桨6和电机7用于推进游艇前进、后退和转向，前进时，两个螺旋桨以相同转速向前推动，后退时，两个螺旋桨以相同转速向后推动，转向时，左右螺旋桨速度不一致，利用差速转向，该方式较单螺旋桨船舶而言更加快捷灵活，升降机10用于调整载客舱2的位置（浮出、潜入），蓄电池9用于提供电机7、升降机10、控制端3等装置的电力。

载客舱2包括控制端3、观景玻璃8、升降连接装置14、扶梯15座椅16，控制端3可以控制螺旋桨6的转速和旋转方向，从而操纵游艇，并可控制升降机10的运转，从而控制载客舱2的上浮和下潜，观景玻璃8采用采用聚甲基丙烯酸甲酯（亚克力板）用于观光游览，升降连接装置14与浮力舱中的升降机10连接，扶梯15用于游客和驾驶员的登入和登出，座椅16乘坐乘客，探照灯和声呐17用于水下照明和测量游艇底部与海底的距离，以保证良好的能见度和游艇底部与海底的安全距离。

所述控制端3根据最小系统控制外围电路的工作原理，主控模块选用具有低价格、多外设、高性能、功耗控制杰出和开发成本低廉等优异性的基于cortex-m4内核的stm32f4系列产品，其丰富的片内外设和接口可以满足了游艇航行和上浮下潜的设计要求，且开发效率高，程序下载和调试较为方便，其电路原理图如图6所示。主控模块控制模式转换模块和电机驱动模块，电机驱动模块和模式转换模块分别在图4和图5中给出，电机驱动模块控制两个浮力舱中的电机旋转，从而控制游艇前进、后退和转向，模式转换模块通过控制升降机控制载客舱的上浮和下潜。

在上述可升降的半潜式游艇，所述stm32ff407微处理器所需要提供的额定工作电压、电机驱动模块所需电压、升降机所需电压和蓄电池提供电压不一致，因此需要进行升压、降压和稳压电路设计，本发明采用ams电源管理ic设计公司生产的型号为ams1117的低压差线性稳压源芯片为各模块提供稳定的工作电压。ams1117的片上微调可以把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力，使电路电压更加稳定。升压、降压则自主设计。ams1117电路原理图和本发明设计的升压、降压电路图分别如图7和图8。

为提高游艇速度，降低游艇功耗，需要对流线型外壳13进行优化设计，以减少游艇在水中上浮状态下航行的阻力，船舶在航行过程中，其总阻力分为水上部分阻力和水下部分阻力。这里仅考虑水下部分阻力，当前比较普遍的计算船舶阻力的做法是，根据船舶受到的各部分阻力产生的原因，将总阻力rt分成摩擦阻力rf，粘压阻力rpv和兴波阻力rw三部分，即：rt=rf+rpv+rw，其中rf采用相当平板进行计算，rpv和rw采用相似比较率进行换算，对于中高速船，兴波阻力可以达到总阻力的40%～50%。因此减小摩擦阻力和兴波阻力可以极大地提高船舶速度，本发明参考鱼雷的线型设计，浮力舱底部为半鱼雷状。

流线型外壳13的阻力分析步骤如下：

步骤1：利用solidworks做出游艇整体结构模型；

步骤2：将建立好的游艇整体结构模型导入连续介质力学数值软件star-ccm+中；

步骤3：通过施加相应的波浪流条件，建立cfd模型；

步骤4：利用vof方法来对cfd中带有自由液面问题进行求解、分析，进而测试无人艇结构的稳定性，计算精度划分如图9所示，得出的兴波阻力大小和分布如图10所示。