本文围绕无人水面艇(USV)技术展开详细文献综述,并据此完成一款新型USV概念的结构设计。综述追溯了USV的历史演变,考察了其多样化的军事与民用应用场景,并对船体设计、复合材料、推进系统以及制导、导航与控制(GNC)技术等领域的最新发展进行了系统分析。这些洞见进一步得到了一项涵盖56艘当代USV的比较数据集所衍生的统计分析支撑,从而为后续设计提供了依据。结构设计聚焦于一艘高速滑行单体USV,采用E-玻璃纤维增强复合材料建造。该概念方案长9.50米、宽3.20米,静水最高航速可达30节,专为情报、监视与侦察(ISR)任务量身定制。设计方法遵循DNV《高速轻艇入级规范》(DNV-RU-HSLC),涵盖作战需求定义、静态与动态载荷计算、所有结构构件的迭代尺寸分析,同时确立了有效载荷集成要求、标准作战场景详细描述及初步风险评估。
本文旨在为后续开发面向国防或民用应用的USV工作提供先导。这一目标通过两个主要部分实现:其一,详尽的文献综述,涵盖USV历史演变、当前船体结构与材料、关键使能技术以及多样化应用领域;其二,提出一个经过技术验证的USV概念方案——具体为一艘面向ISR任务的高速滑行单体USV——该方案以船舶原理为基础,并按照DNV船级社规范进行设计。
第二章回顾了USV的历史演变,分析了多元化的军事与民用应用,考察了船体设计、材料、动力与推进领域最常用的实践做法及当前趋势,以及关键的自主技术与传感器系统。本章奠定了技术背景,为后续设计选择提供依据。第三章概述了USV设计方法论,详细阐述了基于DNV-RU-HSLC框架的分析概念生成与结构设计,定义了作战需求、材料属性并布局了结构配置,计算了设计载荷并完成了板与加强筋的尺寸分析,最后确定了有效载荷选型并进一步建立了USV的作战能力。第四章总结并讨论了本研究的关键成果,指出了研究的局限性,并为后续工作提出了有力建议。