[发明专利]一种柔性横轴减摇鳍装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种降低船舶横摇的装置，具体地说是一种柔性横轴减摇鳍装置。

背景技术

目前最常用且应用最成功的船舶主动式减摇装置是减摇鳍，减摇效果可达90%以上。高速船舶一般都装有减摇鳍。然而，只有船舶的航速较高时，减摇鳍才可以有效地减摇，船舶在低航速或零航速情况下，减摇鳍几乎不能进行减摇。近年来随着海洋工程的发展,需要在零航速下作用的船舶越来越多，为了在风浪条件下完成海上定点作用，迫切需要进行零航速减摇。但是现有减摇鳍产生升力的原理与固定翼飞机相似，只有当鳍处于一定速度的来流中才能产生升力,在零航速条件下减摇鳍上下表面压力差为零,无法产生升力。

从1998年开始，美国及荷兰的一些研究机构对零航速减摇问题进行了探索性研究，目前比较可行的方案是在中高航速下使减摇鳍以传统方式工作，而在低航速或系泊状态下通过减摇鳍的周期性振动产生升力，这样只需要设计和维护一套系统就可以实现任意航速减摇。美国的Quantum船舶工程公司于2002年开发了基于以上方案的零航速减摇鳍系统,实验和实际使用效果表明该系统具有良好的零航速减摇能力。在国内，近年中国船舶重工集团公司七零四研究所成功研发了国内首套伸缩式减摇鳍，被誉为“船用鱼翅”的减摇鳍，是船舶在大风大浪中保持安全姿态的必备装置，在船体两侧“能屈能伸”，实现阻力小、占舱少、重量轻，一些高校及研究机构对零航速减摇鳍进行了积极地探索，起初研究了能够在低航速或零航速状态下产生有效升力的机构，提出了采用Weis-Fogh结构的零航速减摇鳍，随后通过进一步的研究给出了基于单翼急拍工作方式的零航速减摇鳍系统，然而船舶在低航速或零航速下减摇效果并不是很明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产生的升力大、阻力小、噪声小、能量损失小的柔性横轴减摇鳍装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括鳍轴，安装在鳍轴上的鳍面，所述鳍面为柔性鳍面，鳍面内布置有两根支撑结构，鳍轴与船的艏尾线平行安装于船上，还包括两个由控制器控制的液压缸，两个液压缸的缸杆分别与两根支撑结构铰接，两个液压缸的缸铰接在船上。

无论船舶在零航速还是有航速情况下，该装置都能通过液压缸伸缩调控鳍面的形状并实现摆动，从而带动鳍面绕鳍轴横向摆动，产生横摇力矩，达到减横摇的目的，由于鳍面绕鳍轴横向摆动，鳍的迎水面小（鳍的纵截面）对船舶的阻力小且能产生较大横摇力矩，所以降低了推进系统与减摇系统的耦合，可改善船舶的操纵性,本装置采用柔性材料，在鳍摆动时对船舶的阻力减小，提高了产生横摇力矩的功效，与传统的减摇鳍相比该柔性横轴减摇鳍装置还能降低水动力噪声，有助于船舶的隐蔽；

减摇鳍采用柔性材料，摆动时可以根据升力的需要改变鳍面的弧度和摆动速度；横向安置的鳍轴为一根与船艏尾线平行的圆形直轴。鳍通过连杆伸缩调控鳍面的形状既可以做仿生鱼尾式绕轴摆动，也可以做改变鳍面曲率半径式绕轴摆动，做改变鳍面曲率半径式绕轴摆动过程分为产生升力阶段和鳍面恢复阶段，当鳍面曲率半径为最大时进入产生升力阶段，鳍通过连杆调控鳍面曲率半径逐渐减小，并做绕轴摆动，产生升力阶段结束后进入鳍面恢复阶段，鳍做反向摆动，鳍通过连杆调控鳍面进一步减小曲率半径至最小后相对升力产生阶段缓慢地增大曲率半径至最大，以降低低压涡旋的产生。液压缸前端与鳍面内的支撑结构通过铰链链接，支撑结构防止因鳍面在摆动过程中发生形变而导致流体泄漏。

该装置具有产生的升力大、阻力小、噪声小、能量损失小等特性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的减摇鳍纵向剖面图；

图3是本发明的减摇鳍横向剖面图；

图4是本发明的连杆与支撑结构链接示意图；

图5是本发明产生升力阶段示意图；

图6是本发明鳍面恢复阶段示意图；

图7是本发明中控制系统的方框图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合图1至图4，柔性横轴减摇鳍装置主要包括鳍轴1、用硬橡胶为主的柔性鳍面2、液压缸构成的连杆3等机械结构及控制系统，鳍轴1为一根圆形直轴与船的艏尾线平行，鳍轴1上安置鳍面2，鳍面2上装有连杆3，连杆3前端与鳍面内的支撑结构4通过铰链链接。当船体左右舷的柔性减摇鳍开始进入工作状态时，鳍通过连杆伸缩调控鳍面的形状，既可以做仿生鱼尾式绕轴摆动，也可以做改变鳍面曲率半径式绕轴摆动产生横摇力矩。做改变鳍面曲率半径式绕轴摆动过程分为产生升力阶段和鳍面恢复阶段。假设船体向右舷方向摇摆，以右侧减摇鳍为例：当鳍面曲率半径为最大时进入产生升力阶段如图5所示，这时控制单元根据船舶的横摇状态信号给出柔性鳍面的变形指令和摆动方式，伺服系统在控制信号的作用下控制连杆，鳍通过连杆调控鳍面曲率半径逐渐减小使鳍面呈上凸状，并绕轴做下摆运动，产生升力阶段结束后进入鳍面恢复阶段如图6所示，鳍做反向摆动，鳍通过连杆调控鳍面进一步减小曲率半径至最小后相对升力产生阶段缓慢地增大曲率半径最大，当鳍面的曲率半径达到最大时恢复阶段结束完成一次升力产生过程；当船舶向左舷方向摇摆时，连杆调控鳍面曲率半径逐渐减小使鳍面呈下凸状，并绕轴做上摆运动，产生升力阶段结束后进入鳍面恢复阶段，鳍做反向摆动，连杆调控鳍面进一步减小曲率半径至最小后相对升力产生阶段缓慢地增大曲率半径最大，当鳍面的曲率半径达到最大时鳍面恢复阶段结束再次进入产生升力阶段。控制系统如图7所示包括测量单元5，控制单元6、7，伺服系统8。船舶的横摇运动状态信号经控制单元6与测量单元5获得的减摇鳍装置9的状态信号进行比较后传递给控制单元7，控制单元7依据已设定的控制规律计算出鳍面2的形变程度及鳍面2的摆动方式，并将此控制信号传递给伺服系统8，使伺服电机带动鳍面2上的连杆3伸缩调控鳍面2做仿生鱼尾式绕轴摆动或做改变鳍面曲率半径式绕轴摆动产生横摇力矩，对抗船的横摇特性，从而降低了推进系统与减摇鳍的耦合，可改善船舶的操纵性。