一、水草纏繞：影響無人船作業(yè)效率的常見問題

　　在水環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文測(cè)量等野外作業(yè)場(chǎng)景中，無人船經(jīng)常需要進(jìn)入水草茂盛的河道、富營(yíng)養(yǎng)化湖庫或淺灘濕地進(jìn)行作業(yè)。然而，水草、藻類和漁網(wǎng)等漂浮物容易纏繞在推進(jìn)器上，導(dǎo)致動(dòng)力下降甚至推進(jìn)器卡死。傳統(tǒng)無人船多采用水下螺旋槳推進(jìn)方式，在水草較多區(qū)域容易被大面積水草纏繞，影響螺旋槳的正常轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦發(fā)生纏繞，輕則需要人工打撈清理，重則會(huì)造成推進(jìn)系統(tǒng)損壞，不僅影響作業(yè)進(jìn)度，也增加了維護(hù)成本。因此，推進(jìn)系統(tǒng)的防纏繞能力直接關(guān)系到無人船的作業(yè)效率和可靠性。

　　水草纏繞問題之所以成為行業(yè)痛點(diǎn)，根本原因在于傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。裸露在外的槳葉在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，會(huì)像紡織機(jī)上的線軸一樣將水中的絲狀藻類、帶狀水草卷吸進(jìn)來。一旦纏繞發(fā)生，槳葉上的水草在高速旋轉(zhuǎn)中被越纏越緊，有時(shí)甚至需要將船只回收上岸用刀具切割清理。對(duì)于無人船而言，回收清理過程中斷作業(yè)的時(shí)間成本往往比有人船更高。

　　二、涵道式推進(jìn)系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解析

　　涵道式推進(jìn)器（又稱導(dǎo)管螺旋槳），是在傳統(tǒng)螺旋槳外部加裝一個(gè)環(huán)形導(dǎo)流管（即涵道）構(gòu)成的推進(jìn)裝置。這個(gè)涵道將螺旋槳包裹在內(nèi)，其核心設(shè)計(jì)思路是通過物理防護(hù)來實(shí)現(xiàn)防纏繞。

　　結(jié)構(gòu)與防護(hù)原理。涵道外殼對(duì)螺旋槳形成了物理防護(hù)屏障，從外部接近的柔性物體（水草、藻類、漁網(wǎng)線等）首先接觸到光滑的涵道外殼表面，無法直接卷入槳葉部位。即便部分水草被水流吸向涵道入口，漿液在涵道內(nèi)部也會(huì)以較高流速通過，水草類柔性物體在涵道進(jìn)口處的剪切力作用下更容易被切斷或被水流沖走，難以纏實(shí)在螺旋槳軸上。這種防護(hù)方式相較于裸露槳葉，大幅降低了纏繞概率。多個(gè)無人船產(chǎn)品均采用了這一設(shè)計(jì)思路，例如中海達(dá)iBoatBS3的推進(jìn)器采用涵道式設(shè)計(jì)，外有防護(hù)罩，有效防止水草、魚網(wǎng)等物體纏繞。

　　流體動(dòng)力特性。從流體力學(xué)角度來看，涵道推進(jìn)器在低速高推力工況下的效率要優(yōu)于裸槳。涵道壁面形成的收縮-擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，使進(jìn)入涵道的水流加速并均勻化，減少了槳葉葉尖的渦流損失，從而提升了推進(jìn)效率。在無人船常見的較低航速作業(yè)工況中，這種效率優(yōu)勢(shì)較為明顯。

　　對(duì)于WD90和WD160這兩款無人船，推進(jìn)系統(tǒng)均采用了大功率涵道式雙推進(jìn)器設(shè)計(jì)。從已公開的技術(shù)信息來看，涵道推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)追求的是防水草、漁網(wǎng)纏繞，推進(jìn)器與船底齊平，能夠較好地過濾水草。

　　三、與常見推進(jìn)方式的對(duì)比分析

　　為了更清晰地理解涵道式推進(jìn)的技術(shù)定位，可以從以下幾個(gè)維度將其與傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)、噴水推進(jìn)進(jìn)行對(duì)比：

　　傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)。這是無人船上應(yīng)用較廣的推進(jìn)方式之一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟。但由于螺旋槳葉片完全裸露，在水草密集水域中一旦有柔性物體接觸槳葉，極易發(fā)生纏繞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致槳葉變形甚至電機(jī)燒毀。同時(shí)，螺旋槳對(duì)吃水深度有一定要求，在淺灘環(huán)境中存在觸底損壞的風(fēng)險(xiǎn)。許多采用此類設(shè)計(jì)的無人船不得不在水草密集區(qū)域停機(jī)避讓，這顯著影響了作業(yè)的連續(xù)性。

　　噴水推進(jìn)。噴水推進(jìn)器通過泵吸入水流后從噴口高速噴出，利用反作用力推動(dòng)船體前進(jìn)，沒有裸露在外的螺旋槳，因此在水草纏繞和淺灘適應(yīng)方面有較好表現(xiàn)。不過，噴水推進(jìn)系統(tǒng)的進(jìn)水口格柵在藻類密集水域中可能會(huì)被堵塞，且其復(fù)雜程度和制造成本相對(duì)較高。

　　涵道式推進(jìn)。涵道推進(jìn)介于上述兩者之間。相比于傳統(tǒng)螺旋槳，它在防纏繞方面有明顯提升；相比于噴水推進(jìn)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本較低。涵道推進(jìn)器在防纏繞能力、淺灘適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度之間取得了較好的平衡，這可能也是其在中型無人船上得到較多采用的原因之一。

　　四、防纏繞性能在無人船實(shí)際工況中的體現(xiàn)

　　從實(shí)際應(yīng)用來看，涵道式推進(jìn)系統(tǒng)在以下場(chǎng)景中發(fā)揮了防纏繞功能：

　　淺灘與近岸水域作業(yè)。淺灘區(qū)域通常水草茂密，且水深變化大。采用涵道式推進(jìn)器的無人船將推進(jìn)裝置與船底基本保持齊平，整船吃水深度控制在10厘米以內(nèi)，可以在淺灘作業(yè)時(shí)有效避免觸底風(fēng)險(xiǎn)。即使推進(jìn)器底部與水底沉積物有輕微接觸，涵道外殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也能夠抵御碰撞，而內(nèi)部的螺旋槳仍在保護(hù)之下。相比傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器在淺灘條件下“進(jìn)不去、打撈難”的困局，涵道設(shè)計(jì)讓無人船有了更強(qiáng)的區(qū)域適應(yīng)能力。

　　水草密集與漂浮物較多水域。在藍(lán)藻爆發(fā)期或水葫蘆滋生的水域，水面漂浮物密度較高。涵道式推進(jìn)器通過外殼將螺旋槳與外部纏繞物物理隔離，減少纏繞機(jī)會(huì)。整船推進(jìn)器可實(shí)現(xiàn)水下插拔，便于清理維護(hù)。用戶在實(shí)際作業(yè)時(shí)可根據(jù)水面雜物情況調(diào)整航線，涵道本身也會(huì)減少纏繞的發(fā)生頻次。

　　五、維護(hù)與配置的便利性

　　涵道式推進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)體現(xiàn)在維護(hù)配置方面。

　　模塊化與可拆卸設(shè)計(jì)。采用模塊化涵道式推進(jìn)器，推進(jìn)器與船底齊平，方便投放、淺灘作業(yè)和運(yùn)輸，同時(shí)易于存放和維護(hù)。涵道推進(jìn)器整體與船體采用可拆卸連接方式，當(dāng)需要清理或維修時(shí)，可將整個(gè)推進(jìn)模塊從船上分離，在岸上進(jìn)行處理。這對(duì)于野外作業(yè)環(huán)境來說較為重要，因?yàn)橛脩粼诂F(xiàn)場(chǎng)不需要特殊工具即可完成基本維護(hù)操作。

　　水下插拔功能。WD90/WD160的推進(jìn)系統(tǒng)具備水下插拔功能，這意味著即使在船只部分浸沒的狀態(tài)下，用戶仍可以對(duì)推進(jìn)器進(jìn)行操作，降低了將無人船整體回收上岸的頻率。

　　動(dòng)力配置。WD90和WD160均采用大功率涵道式雙推進(jìn)器配置。雙推進(jìn)器的布局不僅提供了冗余動(dòng)力（單推進(jìn)器失效時(shí)仍可依靠另一推進(jìn)器返航），同時(shí)通過差速控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)向舵的設(shè)計(jì)。這對(duì)于水草密集水域的機(jī)動(dòng)作業(yè)也帶來了便利。

　　六、適用場(chǎng)景與使用建議

　　綜合以上分析，配備涵道式防纏繞推進(jìn)系統(tǒng)的無人船適用于以下典型場(chǎng)景：

　　水文測(cè)量。在河道、湖庫中進(jìn)行水深測(cè)量和斷面測(cè)量時(shí)，無人船需要在主航道及近岸區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間巡航，水草纏繞會(huì)打斷測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性。涵道式推進(jìn)器可幫助減少中途停機(jī)和人工清理的情況，保障測(cè)量任務(wù)按計(jì)劃完成。

　　水質(zhì)監(jiān)測(cè)與采樣。湖庫和濕地淺灘往往是藻類滋生和水生植物茂密區(qū)域，同時(shí)也是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域。無人船需要進(jìn)入這些區(qū)域采集水樣、獲取水質(zhì)參數(shù)，對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)的防纏繞能力有較高要求。

　　生態(tài)巡查與水面巡邏。在水面漂浮物較多的城區(qū)河道或公園湖面，推進(jìn)器被塑料袋、漁線等雜物纏繞的風(fēng)險(xiǎn)較為突出。涵道外殼可以提供一定的物理防護(hù)，減少雜物接觸螺旋槳的可能性。

　　七、結(jié)語

　　水草纏繞是無人船在水上作業(yè)中較為常見的故障來源之一，涵道式推進(jìn)系統(tǒng)通過物理防護(hù)屏障實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺旋槳的有效保護(hù)，在一定程度上有助于提升無人船在復(fù)雜水域的作業(yè)可靠性。WD90和WD160無人船采用的涵道式雙推進(jìn)器設(shè)計(jì)，在防纏繞性能、淺灘適應(yīng)性和維護(hù)便利性之間提供了一種綜合性的解決方案。對(duì)于需要在淡水水系、富營(yíng)養(yǎng)化水體或近岸水域執(zhí)行任務(wù)的無人船用戶來說，涵道式防纏繞推進(jìn)系統(tǒng)是值得關(guān)注的配置方向。