無人水面艇為無人駕駛水面船舶，由智能控制以達(dá)成自主駕駛，艇上配備先進(jìn)的武器系統(tǒng)、智能感知系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)等。其完成使命后，通常需要回收到搭載平臺(tái)上，以補(bǔ)充能源、下載數(shù)據(jù)、維護(hù)保養(yǎng)和重新設(shè)置使命。其執(zhí)行任務(wù)適應(yīng)能力非常強(qiáng)，且相關(guān)的研究依然在不斷深入。

一、研究背景與意義

近些年來，海洋環(huán)境保護(hù)等問題甚囂塵上，而且各軍事大國(guó)對(duì)于經(jīng)略海洋亦十分重視。我國(guó)應(yīng)積極探究無人水面艇的相關(guān)技術(shù)，以推動(dòng)海洋開發(fā)，并保護(hù)海洋環(huán)境，同時(shí)保衛(wèi)海洋安全。提高收放過程的自動(dòng)化程度，減少高海況下人為操作不便等不利因素，可為任務(wù)成功提供更好的保障，對(duì)該技術(shù)展開研究分析十分必要。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

無人水面艇收放技術(shù)，是指在將其放置水面和回收到母船的過程，其十分重視快速性、安全性和高效性、可靠性。經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀分析，收放形式主要涵括了吊放式及滑道式2種收放型式，西方國(guó)家在該技術(shù)研究試驗(yàn)驗(yàn)證等方面領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)。

⒈吊放式收放

吊放式收放型式在有人小艇收放方面已經(jīng)得到了多年應(yīng)用，通過適應(yīng)性改進(jìn)，用于無人艇的釋放回收操作。根據(jù)小艇吊點(diǎn)數(shù)量，分為單吊點(diǎn)和雙吊點(diǎn)2種形式。前者的適用范圍為8.5m以下小艇，操作較為簡(jiǎn)單且快速，但其對(duì)艇體姿態(tài)穩(wěn)定性不易控制，為有效改善這一情況，通常需增加波浪補(bǔ)償、防搖擺裝置以及艇艏艉防旋轉(zhuǎn)纜；后者在控制方面較為復(fù)雜，防旋轉(zhuǎn)及艏艉翹動(dòng)性能較好，吊放時(shí)需注意雙點(diǎn)間的高度差情況，建議增加防擺機(jī)構(gòu)。雙點(diǎn)吊型式通常用于長(zhǎng)度超出8.5m的小艇。如上圖（來自網(wǎng)絡(luò)，編者加）。

國(guó)外典型企業(yè)產(chǎn)品包含德國(guó)GlobalDavit公司所予以開發(fā)的吊艇架式工作艇收放系統(tǒng)，即為最為典型的回轉(zhuǎn)式系統(tǒng)，可用于15～36kN無人水面艇；美國(guó)的洛克希德-馬丁公司、英國(guó)的CALAY公司等歐美海洋裝備生產(chǎn)企業(yè)均對(duì)無人艇（器）及其收放裝置開展了相關(guān)研發(fā)工作。

我國(guó)的有人小艇吊放系統(tǒng)已經(jīng)在功能、種類、負(fù)載等多方面追趕上國(guó)際行列，但無人艇吊放系統(tǒng)起步較晚。目前，國(guó)內(nèi)典型的無人艇吊放系統(tǒng)，有上海大學(xué)設(shè)計(jì)的小型艇塢式回收系統(tǒng)、中船綠洲鎮(zhèn)江船舶輔機(jī)有限公司的無人艇收放系統(tǒng)等。前者采用“捕捉籠”概念的微型“艇塢”結(jié)構(gòu)，形成完整的捕捉系統(tǒng)；后者采取“引導(dǎo)＋加緊＋鎖止”結(jié)構(gòu)配合專用伸縮式起吊裝置，形成無人艇的收放系統(tǒng)。

⒉滑道式收放

滑道式收放技術(shù)常見的有：船塢、固定、鉸接、伸縮、縱向傾斜沖排、轉(zhuǎn)運(yùn)滑道式等。法國(guó)的ECAGROUP公司是以專業(yè)的各類機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)和仿真技術(shù)而聞名，其研發(fā)的無人艇帶無人航行器進(jìn)行自動(dòng)收放，該技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先地位，具有適用高海況，自動(dòng)化程度高和適配性好等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)該國(guó)研制的OPV90近海巡邏艦，所采用的則為艉部雙滑道式系統(tǒng)。如下圖，縱向傾斜沖排式滑道（來自《廣東造船》，編者加）。

目前，國(guó)內(nèi)的執(zhí)法船、外貿(mào)船上，艉部滑道收放技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，有單滑道和雙滑道之分，且在部分院所中，也具有比較成熟的艉滑道式載人小艇收放技術(shù)，及單、雙滑道系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。為更好應(yīng)對(duì)無人水面艇發(fā)展趨勢(shì)，可繼續(xù)深入研究，開發(fā)出更為先進(jìn)的艉部滑道收放技術(shù)。如下圖，運(yùn)轉(zhuǎn)式滑道收放系統(tǒng)（來自《廣東造船》，編者加）。

三、后續(xù)研究

⒈搭載適配性技術(shù)研究

結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有無人艇收放裝置使用需求，現(xiàn)存的有人小艇船只，是重要搭載、改裝適用群體，參考現(xiàn)有收放裝置存放空間、環(huán)境、供給配置等特點(diǎn)進(jìn)行無人艇收放技術(shù)研究，契合當(dāng)下實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)。以此為基礎(chǔ)，在獲得充足數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)后不斷完善。

吊放式收放裝置，設(shè)備組成具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可根據(jù)搭載任務(wù)需求的不同，做特定的布置組合。開展適配性研究，提高收放裝置的通用化、模塊化程度。在滑道式收放型式中，為確保無人水面艇回收成功率，對(duì)于滑道最低端，其與水線相比，應(yīng)保持較低水平，但或可致滑道位置與母船底部空間更為接近，會(huì)影響到艉部艙室的設(shè)備布置。鑒于此，滑道的位置可設(shè)置為下翻式艉門結(jié)構(gòu)，并將之視作滑道延伸部位，以對(duì)上述問題有效解決。針對(duì)于艉滑道式收放，一方面可于不同母船上進(jìn)行通用型滑道裝置安裝；另一方面還可對(duì)其托架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同規(guī)格無人艇的收放要求。

⒉自動(dòng)捕捉技術(shù)

無人艇回收過程中，艇相對(duì)母船具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，勢(shì)必會(huì)存在一定航速差，若不能及時(shí)將其阻攔，則可導(dǎo)致其沖出捕捉機(jī)構(gòu)或滑道的情況，甚至撞擊船體。因此，應(yīng)予以自動(dòng)阻攔或捕捉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以吸收捕捉過程時(shí)的動(dòng)能。吊放式收放技術(shù)中，采用捕捉、鎖緊模塊與吊放系統(tǒng)組合的型式?；朗绞辗偶夹g(shù)中，采用阻尼緩沖牽引及側(cè)部托架支撐的組合型式。在釋放無人艇工況下，阻尼緩沖牽引機(jī)構(gòu)可方便解除對(duì)無人艇的約束，使其釋放入水中。

為提升高海況下設(shè)備操作安全性，捕捉技術(shù)應(yīng)以實(shí)現(xiàn)釋放、回收過程的無人化掛、脫鉤為最終目標(biāo)。由于無人艇沒有乘員，無法通過人工干預(yù)進(jìn)行掛、脫鉤操作。脫鉤可以通過遙控方式解決，難點(diǎn)是掛鉤操作。

由于母船和無人艇均處于水面上，在高海況下，相對(duì)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)比較復(fù)雜，通過對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的研究，確定自動(dòng)捕捉技術(shù)的設(shè)計(jì)方案。收放技術(shù)擬通過掛、攀（引導(dǎo)）－夾緊（對(duì)中）－固定（鎖緊）的3步驟進(jìn)行自動(dòng)捕捉。其中，掛攀的解決方案為在收放裝置的捕捉裝置上設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)，通過控制無人艇使安裝在無人艇上的鎖扣機(jī)構(gòu)和捕捉裝置上設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)相連接，對(duì)中機(jī)構(gòu)類似于機(jī)械手，將通過一組對(duì)稱的伸縮臂收縮動(dòng)作，將捕捉裝置和無人艇對(duì)中，鎖緊動(dòng)作是通過桿件的伸縮動(dòng)作，將無人艇上固定點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械式固定，完成整個(gè)無人艇的捕捉動(dòng)作。

⒊高精度回收引導(dǎo)控制技術(shù)

在復(fù)雜海域情況下，對(duì)高精度回收引導(dǎo)控制技術(shù)予以應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)跟蹤母船的效果，并識(shí)別母船、滑道標(biāo)識(shí)等，以智能化躲避障礙物，并對(duì)自身位置予以不斷調(diào)整，在克服海浪、尾流影響之后，成功駛?cè)牖?，完成回收?/p>

因海況復(fù)雜，艇體在這種情況勢(shì)必會(huì)發(fā)生劇烈晃動(dòng)，且加之雨霧情況，會(huì)影響到雷達(dá)等傳感器探測(cè)精度，因此在回收過程中，可采用多傳感器相融合的辦法，針對(duì)高精度回收引導(dǎo)算法展開深入研究，從而使跟蹤過程更為準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

四、結(jié)語

隨著無人水面艇技術(shù)的日趨完善，其運(yùn)維成本也會(huì)降低，各種高性能、新型功能的涌現(xiàn)，有望在救援、運(yùn)輸、測(cè)繪以及勘探等諸多任務(wù)場(chǎng)景中予以應(yīng)用。與此同時(shí)，關(guān)于無人艇收放技術(shù)，國(guó)內(nèi)仍處于初步階段，需不斷深入研究，以追趕與其他先進(jìn)國(guó)家的差距。本文對(duì)吊放式、滑道式收放技術(shù)進(jìn)行了分析，并指出后續(xù)技術(shù)研究發(fā)展的方向，對(duì)無人水面艇收放技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)予以把握，以深入并有的放矢地開展研究，促進(jìn)行業(yè)進(jìn)步。

【作者簡(jiǎn)介】文/許亮 趙明清，均來自中船綠洲鎮(zhèn)江船舶輔機(jī)有限公司；第一作者許亮，男，1982年出生，工程師，研究方向?yàn)榇眯⊥辗叛b置和船用起重設(shè)備。文章來自《船舶物資與市場(chǎng)》（2021年第7期），參考文獻(xiàn)略，用于學(xué)習(xí)與交流，版權(quán)歸作者及出版社共同擁有，文中圖片均系本平臺(tái)加載，由“溪流之海洋人生”編輯與整理。