專利名稱：具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種高性能新船型，特指具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船。
背景技術(shù)：
穿浪雙體船(艇)是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種具有優(yōu)良綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的高速船型，是一種公認(rèn)的優(yōu)良海洋雙體船型。它復(fù)合了雙體船和小水線面設(shè)計(jì)的概念，片體采用深V形的線型，首部尖肋能在高速時(shí)穿浪航行；上層主船體也是尖肋的，下部為V形線型，甲板離水線面的距離大。由于其特殊的深V形線型，故波浪阻力小，頂浪航行時(shí)船的升沉和縱搖就小，兼?zhèn)淞烁咚俸土己玫哪筒ㄐ裕壳耙严虼笮突l(fā)展。近年來(lái)又有人在其中央船體艏部的下方裝一縱剖面為水滴形、橫剖面為橢圓形，排水體積約為全船排水體積5-10％的半潛體，半潛體的兩側(cè)加一對(duì)固定的短水平鰭。在相同的排水量情況下，半潛體可以改變船體縱搖和首部升沉加速度峰值的相位及幅值，其與片體之間的興波干擾還能使船的阻力峰大大削減，剩余阻力減小；其兩側(cè)的被動(dòng)式減搖鰭對(duì)減小縱向運(yùn)動(dòng)效果更加顯著。調(diào)節(jié)半潛體的浸深及其相對(duì)浮體的縱向位量可以減小穿浪雙體船(艇)的阻力，改善耐波性能，在大浪里有效降低濕甲板和船底砰擊的可能性。
由于片體間的興波干擾，船的阻力曲線上總存在明顯的阻力峰現(xiàn)象，只有當(dāng)兩片體的間距很大時(shí)，這種不利干擾才會(huì)不明顯，但是片體間距太大會(huì)對(duì)連接橋的強(qiáng)度不利，為保證其強(qiáng)度，水面以上的甲板、上層建筑等構(gòu)件不得不增加自重，致使船總體重量的增加；而且穿浪雙體船(艇)頂浪前進(jìn)時(shí)受縱向彎矩的限制比小水線面類型的船明顯，要提高其抗縱向彎矩的能力，也勢(shì)必導(dǎo)致其縱向結(jié)構(gòu)重量的增加。
而且，隨著船舶的高速化和大型化，如何節(jié)約能源、利用能源也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題?，F(xiàn)在常用的節(jié)能方法有優(yōu)化船型和線型以減小阻力，如球鼻首、不對(duì)稱艉，等；加裝附體以提高推進(jìn)效率，例螺旋槳導(dǎo)流管、格林導(dǎo)輪、舵球等。但凡此種種，盡管在一定程度上節(jié)約了主機(jī)能量，對(duì)那些風(fēng)、浪、流等產(chǎn)生的能量卻沒(méi)有加以利用。
中國(guó)專利“一種可消除水阻力的船舶”，公開(kāi)號(hào)168848；其主要技術(shù)特點(diǎn)是“用可轉(zhuǎn)動(dòng)的浮具系統(tǒng)支承船舶本體，利用浮具系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)消除船舶的水阻力，并可實(shí)現(xiàn)利用水阻力推進(jìn)船舶”，該專利提供的可轉(zhuǎn)動(dòng)的浮具系統(tǒng)理論上講可在一定速度范圍內(nèi)減小一定航行阻力，但同時(shí)作為推進(jìn)器使用，其效率是非常低的；另中國(guó)專利“減小船舶興波阻力的方法”，公開(kāi)號(hào)1090542，主要技術(shù)特點(diǎn)是“在船艏部安裝吸水裝置，并使水流沿船舷向后流動(dòng)減小船艏部水壓力及由此引起的附加摩擦阻力，可有效地減小興波阻力，提高船速?！保@項(xiàng)專利在船首設(shè)置附加吸水裝置能夠起到減小船首興波強(qiáng)度，但是其本身需要?jiǎng)恿σ矔?huì)帶來(lái)附加阻力，總體經(jīng)濟(jì)性不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，以解決穿浪雙體船(艇)或小(或中等)水線面雙體船受縱、橫向彎矩限制較大的問(wèn)題，在不以損失快速性、耐波性、適航性和強(qiáng)度為代價(jià)的前提下，合理減小水線面以上結(jié)構(gòu)的總重量；同時(shí)還能利用船艏波浪、流產(chǎn)生的能量和回收船艉推進(jìn)器尾流的能量，用以船上其它諸如照明、管路、應(yīng)急設(shè)備等次要輔助方面，節(jié)省了能源。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為采用現(xiàn)有的雙體船，其特征在于中央船體艏部下方經(jīng)支架安裝可以繞垂直于船體舯縱剖面定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的艏部轉(zhuǎn)動(dòng)附體，并在兩片體尾部的推進(jìn)器后部也經(jīng)支架各安裝一個(gè)可以繞垂直于船體舯縱剖面定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的艉部轉(zhuǎn)動(dòng)附體，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體的軸都與能量轉(zhuǎn)換裝置相連接。
三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體的側(cè)視面為圓形，半徑為所裝雙體船設(shè)計(jì)吃水的2/3-9/7左右；橫剖面與水平剖面皆為菱形或近似菱形，其中艏部轉(zhuǎn)動(dòng)附體過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心的剖面為菱形或近似菱形，寬度為片體間距的1/10～1/5左右，艉部轉(zhuǎn)動(dòng)附體過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心的剖面為菱形或近似菱形，寬度小于或等于推進(jìn)器推力面的寬度。
三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體的支架的水平剖面為與轉(zhuǎn)動(dòng)附體外形相配合的月牙型，支腿的長(zhǎng)度以使附體底緣與片體底部接近為宜，內(nèi)部采用中空結(jié)構(gòu)，套著軸、軸套、軸承、齒輪等傳動(dòng)裝置。
在中央船體前端的底部，沿中縱剖面線開(kāi)一道凹槽用以安裝艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體的支架，槽道長(zhǎng)度為中央船體長(zhǎng)度的1/4～1/3，艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架通過(guò)滑塊安裝于槽道內(nèi)的導(dǎo)軌中，艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架與槽道間安裝齒輪齒條副，其中齒輪安裝在艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架上，齒條軌安裝于船體槽道內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)在槽道內(nèi)縱向移動(dòng)。
艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架中裝有電磁鎖定裝置，用于隨時(shí)鎖定艏附體的縱向位置，可很方便地對(duì)艏附體進(jìn)行鎖定和解鎖。
艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體的安裝是將支架直接置于片體后方，沿每個(gè)片體的中縱對(duì)稱軸布置。，或布置于推進(jìn)器的正后方。且設(shè)有附體水平轉(zhuǎn)角的信號(hào)反饋裝置可準(zhǔn)確反饋附體水平轉(zhuǎn)角的角度，從而實(shí)施控制。且設(shè)有左右艉附體連鎖裝置，確保附體轉(zhuǎn)動(dòng)同步，轉(zhuǎn)角相等。
能量轉(zhuǎn)換裝置由特制發(fā)電機(jī)、液壓離合器和轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置等組成。發(fā)電機(jī)定子電樞、液壓離合器、轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置均與轉(zhuǎn)動(dòng)附體的轉(zhuǎn)軸同軸安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)附體內(nèi)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置與離合器聯(lián)結(jié)，液壓離合器與轉(zhuǎn)動(dòng)附體聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置用于調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，液壓離合器的作用是當(dāng)需要能量回收則將其合上，當(dāng)不需要能量回收則將其分離。
這樣，前部轉(zhuǎn)動(dòng)附體除了能完成原來(lái)半潛體消波減阻、增加有利干擾，減小縱搖和首部升沉加速度的作用外，還可以利用自身的隨動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)吸收船艏波浪、流產(chǎn)生的動(dòng)能和摩擦能，一方面改善這些能量對(duì)船體(尤其是縱搖)的作用影響，另一方面又可以將這些吸收的能量加以利用，用于船上的其它用途。同時(shí)，后部的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體可以回收片體尾部推進(jìn)器發(fā)出的尾流動(dòng)能、船體興波和環(huán)境波浪能量，改善尾流場(chǎng)，并將這些能量?jī)?chǔ)存起來(lái)或轉(zhuǎn)化為其它形式被使用。同時(shí)，所有附體均可以水平轉(zhuǎn)動(dòng)±35°角。艉附體水平轉(zhuǎn)動(dòng)可起到舵的作用，控制船的航向；艏附體水平轉(zhuǎn)動(dòng)可起到艏側(cè)推的作用，以增加船操縱的靈活性。
本發(fā)明的有益效果為艏部附體通過(guò)隨動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)吸收了波浪、流的能量，緩和了它們對(duì)船首的砰擊影響，減小縱向彎矩對(duì)兩片體的限制，減輕了船體縱向的結(jié)構(gòu)重量，還有利于縱搖的改善和垂蕩加速度的降低，縱搖峰值和艏部加速度的改善幅度分別可望達(dá)到30％和40％，并且對(duì)波長(zhǎng)較小和較大兩種特殊情況均效果良好，從而使穿浪雙體船(艇)或小(或中等)水線面雙體船能適合航行在更廣的海域和海況；通過(guò)艏部轉(zhuǎn)動(dòng)附體與兩片體的有利干擾減小波阻，比無(wú)艏附體的船阻減小約10％左右，使阻力峰、谷點(diǎn)提前在較低的速度上發(fā)生，這樣不僅能使船的最大航速得到提高，也合理減小了兩片體的間距從而降低水線面以上的船體重量；艉部的轉(zhuǎn)動(dòng)附體回收推進(jìn)裝置損耗的余能，改善尾流場(chǎng)，與艏部附體一起吸收采集能量，起到能源再利用的作用，可有3～8％不等的節(jié)能效率。更重要的是，本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)附體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，毋需繁瑣的型線設(shè)計(jì)，易于加工，安裝也很方便。


圖1是本發(fā)明的側(cè)視2是本發(fā)明的艉視3是本發(fā)明的艏視4是本發(fā)明的附體(經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心)正菱形的剖面形狀圖5是本發(fā)明的附體(經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心)凸菱形的剖面形狀圖6是本發(fā)明的附體(經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心)凹菱形的剖面形狀圖7是本發(fā)明的艏附體示意8是本發(fā)明的艉附體示意9是圖7、圖8所示的A-A視圖1、船體2、艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體3、艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體4、艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架5、艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架6、發(fā)電機(jī)7、艏附體驅(qū)動(dòng)裝置8、電磁鎖定裝置9、轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置10、液壓離合器11、轉(zhuǎn)動(dòng)附體的轉(zhuǎn)軸12、滑塊13、導(dǎo)軌14、齒輪齒條軌副15、艉附體水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置具體實(shí)施方式
采用如圖1所示的普通雙體船；或小水線面雙體船；或中等水線面雙體船；或穿浪型雙體船。
如圖2、3所示，艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體2及艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體3均為中空水密結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有桁架加強(qiáng)，制造材質(zhì)為玻璃鋼、鋼、鋁合金均可，其側(cè)視面為圓形，半徑為所裝雙體船設(shè)計(jì)吃水的2/3-9/7左右，過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心的剖面為如圖4、5、6所示的菱形含正菱形、凸菱形、凹菱形，其中艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體2的最大剖面的寬度為片體間距的1/10～1/5左右，排水量小于船體總排水量的3％。艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體3的最大剖面的寬度小于或等于推進(jìn)器推力面的寬度，單個(gè)附體排水量小于船體總排水量的2％。
且艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架4與艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架5均為中空水密結(jié)構(gòu)，支架可水平轉(zhuǎn)動(dòng)，支架水平剖面為與轉(zhuǎn)動(dòng)附體外形相配合的月牙型，長(zhǎng)度以使附體底緣與片體底部接近為宜。
如圖7所示艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架4內(nèi)順序安裝著艏附體驅(qū)動(dòng)裝置7，其可完成艏附體縱向移動(dòng)和水平轉(zhuǎn)動(dòng)，其采取電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵向液壓馬達(dá)供給壓力油，再通過(guò)由導(dǎo)軌12、滑塊13組成的縱向移動(dòng)傳動(dòng)裝置和由14齒輪齒條軌副組成的水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)艏附體縱向移動(dòng)或支腿水平轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)角為左右各35°)。其中縱向移動(dòng)傳動(dòng)裝置主要起艏附體支架的縱向移動(dòng)導(dǎo)向和支承及穩(wěn)定作用，導(dǎo)軌12安裝于船體1的槽道內(nèi)，滑塊13安裝于支架上；齒輪齒條軌副14為艏附體支架的行走機(jī)構(gòu)，齒輪安裝于艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架4上，齒條軌安裝于船體槽道內(nèi)；且艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架4中裝有電磁鎖定裝置8，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)附體進(jìn)入指定的縱向位置后加以鎖定防其移位。并設(shè)有附體移動(dòng)位置和水平轉(zhuǎn)角的信號(hào)反饋裝置。
如圖8所示艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架5，考慮到雙體船的片體形式，船艉的直接可利用空間不是很大，故不采用凹槽，而是將支架直接裝于片體后方，沿每個(gè)片體的中縱對(duì)稱軸布置。艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架5內(nèi)順序安裝著艉附體水平驅(qū)動(dòng)裝置15，其采取液壓馬達(dá)接收船內(nèi)供給的壓力油，再通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)支腿水平轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)角為左右各35°，內(nèi)河船為左右各45°)。且設(shè)有附體水平轉(zhuǎn)角的信號(hào)反饋裝置，與左右艉附體連鎖裝置。
三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體內(nèi)部同軸順序組裝液壓離合器10、轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置9、能量轉(zhuǎn)換裝置6，通過(guò)附體轉(zhuǎn)軸與支架聯(lián)結(jié)。當(dāng)附體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(附體轉(zhuǎn)軸固定不轉(zhuǎn))順序帶動(dòng)各部件轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而輸出電能，該電能通過(guò)導(dǎo)體傳遞給用電器或儲(chǔ)能裝置。轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置的作用是隨著附體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個(gè)適當(dāng)范圍。液壓離合器的作用是當(dāng)不需要電能的時(shí)候使發(fā)動(dòng)機(jī)脫離與附體轉(zhuǎn)動(dòng)的聯(lián)結(jié)，從而減小船舶航行的阻力。
權(quán)利要求
1.具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，采用現(xiàn)有的雙體船，其特征在于中央船體艏部下方經(jīng)支架安裝可以繞垂直于船體舯縱剖面定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的艏部轉(zhuǎn)動(dòng)附體，并在兩片體尾部的推進(jìn)器后部也經(jīng)支架各安裝一個(gè)可以繞垂直于船體舯縱剖面定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的艉部轉(zhuǎn)動(dòng)附體，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體的軸都與能量轉(zhuǎn)換裝置相連接，同時(shí)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體均可以水平轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征是三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體的側(cè)視面為圓形，半徑為所裝雙體船設(shè)計(jì)吃水的2/3-9/7左右；橫剖面與水平剖面皆為菱形或近似菱形，其中艏部轉(zhuǎn)動(dòng)附體過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心的剖面為菱形或近似菱形，寬度為片體間距的1/10～1/5左右，艉部轉(zhuǎn)動(dòng)附體過(guò)旋轉(zhuǎn)軸心的剖面為菱形或近似菱形，寬度小于或等于推進(jìn)器推力面的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征是三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體的支架的水平剖面為與轉(zhuǎn)動(dòng)附體外形相配合的月牙型，支腿的長(zhǎng)度以使附體底緣與片體底部接近為宜，內(nèi)部采用中空結(jié)構(gòu)，套著軸、軸套、軸承、齒輪等傳動(dòng)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征是在中央船體前端的底部，沿中縱剖面線開(kāi)一道凹槽用以安裝艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體的支架，槽道長(zhǎng)度為中央船體長(zhǎng)度的1/4～1/3，艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架通過(guò)滑塊安裝于槽道內(nèi)的導(dǎo)軌中；艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架與中央船體前端的槽道間安裝齒輪齒條副，其中齒輪安裝在艏轉(zhuǎn)動(dòng)附體支架上，齒條軌安裝于船體槽道內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征是艉轉(zhuǎn)動(dòng)附體的安裝是將支架直接置于片體后方，沿每個(gè)片體的中縱對(duì)稱軸布置，或布置于推進(jìn)器的正后方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征是設(shè)有附體水平轉(zhuǎn)角的信號(hào)反饋裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征是設(shè)有左右艉附體連鎖裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征是能量轉(zhuǎn)換裝置由特制發(fā)電機(jī)6、液壓離合器10和轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置9組成，發(fā)電機(jī)定子電樞、液壓離合器10、轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置9均與轉(zhuǎn)動(dòng)附體的轉(zhuǎn)軸11同軸安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)附體內(nèi)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速補(bǔ)償裝置9、液壓離合器10、轉(zhuǎn)動(dòng)附體2(3)依次聯(lián)結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明為一種具有轉(zhuǎn)動(dòng)體的復(fù)合型高性能五體船，其特征在于中央船體艏部下方經(jīng)支架安裝可以繞垂直于船體舯縱剖面定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的艏部轉(zhuǎn)動(dòng)附體，并在兩片體尾部的推進(jìn)器后部也經(jīng)支架各安裝一個(gè)可以繞垂直于船體舯縱剖面定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的艉部轉(zhuǎn)動(dòng)附體，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)附體的軸都與能量轉(zhuǎn)換裝置相連接。解決了穿浪雙體船(艇)或小(或中等)水線面雙體船受縱、橫向彎矩限制較大的問(wèn)題，在不以損失快速性、耐波性、適航性和強(qiáng)度為代價(jià)的前提下，合理減小水線面以上結(jié)構(gòu)的總重量；同時(shí)還能利用船艏波浪、流產(chǎn)生的能量和回收船艉推進(jìn)器尾流的能量，用以船上其它諸如照明、管路、應(yīng)急設(shè)備等次要輔助方面，節(jié)省了能源。
文檔編號(hào)B63B39/08GK1631724SQ20041006598
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者楊松林, 周玉龍, 奚煒 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)