專利名稱：前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到船舶設(shè)計(jì)與船舶建造領(lǐng)域，特指一種用于提高船舶性能的方法
與裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，在航運(yùn)方面廣泛使用具有艉部螺旋槳，艉舵或水箱減搖裝置的船?，F(xiàn)有船舶存在以下主要問(wèn)題:1、現(xiàn)有船舶螺旋槳推力的一部分能量轉(zhuǎn)變成艉浪而損失，船舶艉部形狀嚴(yán)重影響水流進(jìn)入螺旋槳的狀態(tài)，導(dǎo)致螺旋槳工作效率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失。2、現(xiàn)有船舶航向控制由螺旋槳產(chǎn)生的水流和舵聯(lián)合完成，螺旋槳在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水流通過(guò)舵產(chǎn)生的橫向力較小，此時(shí)船的航向控制能力減弱。當(dāng)螺旋槳高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，還可能出現(xiàn)舵的失效現(xiàn)象。由于船的慣性作用，船員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)失效現(xiàn)象，導(dǎo)致航向控制延遲。同時(shí)，舵的推力又使船舶向相對(duì)于轉(zhuǎn)向的反方向漂移，在緊急時(shí)刻出現(xiàn)這種現(xiàn)象是非常危險(xiǎn)的。3、大多數(shù)船舶的水箱減搖裝置需要配置耗能大的水泵，而且這種裝置產(chǎn)生的減搖力矩響應(yīng)速度慢，對(duì)船舶穩(wěn)性的控制效果并不理想。4、船舶阻力消耗著大量的能源，改善船舶阻力有利于節(jié)能環(huán)保。以上導(dǎo)致船舶運(yùn)行成本高和航行安全性低的問(wèn)題一直未得到較好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善現(xiàn)有船舶所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于:提供是一種包括推進(jìn)效率高的前置推進(jìn)裝置、航向控制性能好的艉鰭式航向控制系統(tǒng)和摩擦阻力較小的空氣潤(rùn)滑系統(tǒng)的新型船舶。前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶是通過(guò)艉鰭內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳產(chǎn)生推力改變船舶的航向。船員操作駕駛室或兩翼的航向操作手柄，進(jìn)而通過(guò)控制柜、電動(dòng)或液壓系統(tǒng)調(diào)整螺旋槳的轉(zhuǎn)速，該裝置具有航向控制能力強(qiáng)，回轉(zhuǎn)性能好的特點(diǎn)。避免了現(xiàn)有船舶回轉(zhuǎn)性能差、轉(zhuǎn)舵時(shí)出現(xiàn)偏移推力或舵失效導(dǎo)致航向控制困難等問(wèn)題。前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶是在船舶的底部設(shè)計(jì)一種具有敞口向下，網(wǎng)格階梯式的多巢結(jié)構(gòu)。多巢結(jié)構(gòu)是由左右舷毗龍骨、艏部流線型突出體和艉部的流線型突出體組成封閉的外圍與船底共同構(gòu)成一個(gè)巢型，巢型結(jié)構(gòu)內(nèi)被多個(gè)縱向封板隔離為多個(gè)封閉區(qū)域，高度不等的縱向封板從中間向兩舷排列，并且縱向封閉區(qū)域又被多個(gè)橫向槽型結(jié)構(gòu)隔離。多巢結(jié)構(gòu)各隔離空間的橫向槽型結(jié)構(gòu)上均配置空氣進(jìn)出口，使多巢結(jié)構(gòu)具備空氣儲(chǔ)存功能。 前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶的控制柜根據(jù)巢內(nèi)分布的各個(gè)傳感器發(fā)出的信號(hào)，對(duì)船舶的搖擺角度與搖擺周期等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并利用分析處理后的結(jié)果控制空氣供排系統(tǒng)。
前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶的空氣供排系統(tǒng)能夠?qū)Τ矁?nèi)部分別進(jìn)行送氣或排氣，達(dá)到調(diào)整巢內(nèi)水量、保障船舶處于良好的航行狀態(tài)的目的。空氣供排系統(tǒng)能夠適時(shí)的對(duì)巢內(nèi)進(jìn)行空氣補(bǔ)充，使船底與水處于隔離狀態(tài)。由于空氣的潤(rùn)滑作用，既能減小船舶摩擦阻力又能保護(hù)船底。當(dāng)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐，使高壓儲(chǔ)氣罐能提供足夠的空氣快速對(duì)巢內(nèi)進(jìn)行空氣補(bǔ)充。高壓儲(chǔ)氣罐的壓力到達(dá)安全值時(shí)壓力傳感器啟動(dòng)，通過(guò)控制柜斷開電源使空氣壓縮機(jī)停止工作。高壓儲(chǔ)氣罐的空氣是通過(guò)空氣管道、手動(dòng)閥、送氣電磁閥、空氣口進(jìn)入巢內(nèi)，并將水?dāng)D出，使巢內(nèi)水位到達(dá)設(shè)定值。此時(shí)，由低位傳感器發(fā)出信號(hào)，通過(guò)控制柜關(guān)閉送氣電磁閥，停止對(duì)巢內(nèi)送氣。當(dāng)高壓儲(chǔ)氣罐的壓力低于設(shè)定值時(shí)，空氣壓縮機(jī)自動(dòng)開始工作。高壓儲(chǔ)氣罐的作用是儲(chǔ)存一定量的空氣，避免空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)過(guò)于頻繁。當(dāng)船向左搖，橫搖角度大于設(shè)定極限值時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，控制柜內(nèi)的航行狀態(tài)分析系統(tǒng)開啟右排氣電磁碟閥，船舶右舷開始排氣，減小右舷浮力，降低橫搖力矩。排氣后巢內(nèi)水面到達(dá)一定位置，右高位傳感器發(fā)出信號(hào)，高液位開關(guān)斷開，控制柜電路關(guān)閉右排氣電磁閥，停止排氣。由于慣性作用，船舶左搖到極限值，之后由左向右橫搖，低位傳感器向控制柜發(fā)出信號(hào)開啟送氣電磁閥，向巢內(nèi)送氣保證空氣存量。當(dāng)船向右搖時(shí)，橫搖角度大于設(shè)定極限值時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，控制柜內(nèi)的航行狀態(tài)分析系統(tǒng)開啟左排氣電磁碟閥，船舶左舷開始排氣，減小左舷浮力，降低橫搖力矩。排氣后巢內(nèi)水面到達(dá)一定位置，左高位傳感器發(fā)出信號(hào)，高液位開關(guān)斷開，控制柜電路關(guān)閉左排氣電磁閥，停止排氣。由于慣性作用，船舶右搖到極限值，之后由右向左橫搖，低位傳感器向控制柜發(fā)出信號(hào)開啟送氣電磁閥，向巢內(nèi)送氣保證空氣存量。當(dāng)船縱搖角度大于設(shè)定極限值時(shí)，控制柜即關(guān)閉送氣電磁碟閥，停止送氣。前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶在停航時(shí)，空氣供排系統(tǒng)適時(shí)對(duì)巢內(nèi)部補(bǔ)充空氣，確保船底與水處于隔離狀態(tài)，空氣能夠達(dá)到保護(hù)船底的作用，避免海洋生物對(duì)船底的破壞?？諝鈮嚎s機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將空氣壓縮進(jìn)高壓儲(chǔ)氣罐，使高壓儲(chǔ)氣罐有足夠的空氣能夠快速的對(duì)巢內(nèi)部進(jìn)行空氣補(bǔ)充。當(dāng)高壓儲(chǔ)氣罐的壓力到達(dá)安全值時(shí)，壓力傳感器啟動(dòng)并通過(guò)控制柜斷開電源使空氣壓縮機(jī)停止工作。高壓儲(chǔ)氣罐的空氣通過(guò)空氣管道、手動(dòng)閥、電磁閥、空氣口進(jìn)入巢內(nèi)部，巢內(nèi)的水被擠出，水面到設(shè)定值時(shí)，低位傳感器發(fā)出信號(hào)，通過(guò)控制柜的電路關(guān)閉送氣電磁閥，停止對(duì)巢內(nèi)送氣。前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶的前置發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪箱帶動(dòng)前置傳動(dòng)軸，前置傳動(dòng)軸穿過(guò)球鼻艏延伸到船體外，螺旋槳固定在前置傳動(dòng)軸前端。根據(jù)不同船型設(shè)計(jì)的球鼻艏以及球鼻艏與艏螺旋槳的相對(duì)位置，使艏螺旋槳在前方產(chǎn)生的水流壓力場(chǎng)和螺旋槳后方水流與球鼻艏形成的水流壓力場(chǎng)共同改善船舶的興波阻力。同時(shí)，前置動(dòng)力裝置還避免了傳統(tǒng)推進(jìn)方式產(chǎn)生的能量損失。


圖1是具有本發(fā)明的船舶斜軸測(cè)2是具有本發(fā)明的船舶側(cè)視3是具有本發(fā)明的船舶局部剖視4是圖3的A-A剖面圖
圖5是前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶的系統(tǒng)原理圖附圖標(biāo)記說(shuō)明:船體I艉鰭2馬達(dá)3螺旋槳4航向操作手柄5控制柜6電動(dòng)或液壓系統(tǒng)7巢底8毗龍骨9艏部流線型突出體10艉部流線型突出體11縱向封板12橫向槽型結(jié)構(gòu)13空氣口 14電源15空氣壓縮機(jī)16總電磁閥17高壓儲(chǔ)氣罐18空氣管道19手動(dòng)閥20送氣電磁閥21和22排氣電磁閥23，24和25壓力傳感器26和27低位傳感器28和29高位傳感器30和31高液位開關(guān)32，33和34 前置發(fā)動(dòng)機(jī)35驅(qū)動(dòng)齒輪箱36前置傳動(dòng)軸37球鼻艏38艏螺旋槳39
具體實(shí)施方式
:
以下將基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。如圖1及圖5所示，安裝在艉鰭2內(nèi)的馬達(dá)3帶動(dòng)螺旋槳4旋轉(zhuǎn)，船員操作駕駛室或兩翼的航向操作手柄5，通過(guò)控制柜6和電動(dòng)或液壓系統(tǒng)7調(diào)整馬達(dá)3轉(zhuǎn)速。如圖1，圖2及圖4所示，部分船底作為巢底8，毗龍骨9、艏部流線型突出體10和艉部流線型突出體11組成封閉的外圍，這個(gè)外圍與巢底8形成巢結(jié)構(gòu)。巢結(jié)構(gòu)的敞口向下。巢內(nèi)部被多個(gè)縱向封板12隔離為多個(gè)封閉區(qū)域，高度不等的縱向封板12從中間向兩舷排列?？v向封閉區(qū)域被多個(gè)橫向槽型結(jié)構(gòu)13隔離，橫向槽型結(jié)構(gòu)13開有空氣口 14。如圖1或圖5所示，控制柜6根據(jù)巢內(nèi)分布的各個(gè)傳感器發(fā)出的信號(hào)，對(duì)船舶的搖擺角度與搖擺周期等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，由分析處理的結(jié)果控制空氣供排系統(tǒng)對(duì)巢內(nèi)分別進(jìn)行送氣和排氣?？諝夤┡畔到y(tǒng)適時(shí)的對(duì)巢內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充空氣，保證船底與水的隔離狀態(tài)。當(dāng)空氣壓縮機(jī)16啟動(dòng)，壓縮空氣進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐18，高壓儲(chǔ)氣罐18的壓力到達(dá)設(shè)定值，控制柜6斷開電源15，空氣壓縮機(jī)16停止工作。高壓儲(chǔ)氣罐18的空氣是通過(guò)空氣管道19、手動(dòng)閥20、送氣電磁閥21、送氣電磁閥22、空氣口 14進(jìn)入巢內(nèi)。當(dāng)巢內(nèi)的水面達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，低位傳感器28或低位傳感器29發(fā)出信號(hào)，通過(guò)控制柜6關(guān)閉送氣電磁閥21，對(duì)巢內(nèi)停止送氣。當(dāng)高壓儲(chǔ)氣罐18的壓力低于設(shè)定值時(shí)，空氣壓縮機(jī)16啟動(dòng)。當(dāng)船向左搖時(shí)，橫搖角度大于設(shè)定極限值，壓力傳感器26和壓力傳感器27發(fā)出信號(hào)，控制柜6開啟右排氣電磁碟閥24,船舶右舷開始排氣。排氣后,水面到達(dá)一定位置,右高位傳感器31發(fā)出信號(hào)，并且高液位開關(guān)33斷開,控制柜6電路關(guān)閉右排氣電磁閥24,排氣停止。由于慣性作用，船舶左搖到極限值，之后船開始由左向右橫搖，低位傳感器29發(fā)出信號(hào)，控制柜6開啟送氣電磁閥21和送氣電磁閥22,開始右舷送氣。當(dāng)船向右搖時(shí)，橫搖角度大于設(shè)定極限值，壓力傳感器26和壓力傳感器27發(fā)出信號(hào)，控制柜6開啟左排氣電磁碟閥23，船舶左舷進(jìn)行排氣。排氣后，水面到達(dá)一定位置，左高位傳感器30發(fā)出信號(hào)，并且高液位開關(guān)32斷開,控制柜6電路關(guān)閉左排氣電磁閥23,排氣停止。由于慣性作用，船舶右搖到極限值，之后船開始由右向左橫搖，低位傳感器28發(fā)出信號(hào)，控制柜6開啟送氣電磁閥21和送氣電磁閥22,開始左舷送氣。當(dāng)船縱搖角度大于設(shè)定極限值，控制柜6關(guān)閉送氣電磁碟閥21，送氣停止。如圖1及圖5所示，停航時(shí)，空氣供排系統(tǒng)適時(shí)的對(duì)巢內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充空氣，確保船底與水處于隔離狀態(tài)。當(dāng)空氣壓縮機(jī)16啟動(dòng)，壓縮空氣進(jìn)入高壓儲(chǔ)氣罐18，當(dāng)高壓儲(chǔ)氣罐18的壓力到達(dá)設(shè)定值，控制柜6斷開電源15，停止空氣壓縮機(jī)16工作。高壓儲(chǔ)氣罐18的空氣是通過(guò)空氣管道19、手動(dòng)閥20、送氣電磁閥21、送氣電磁閥22和空氣口 14進(jìn)入巢內(nèi)。巢內(nèi)的水面達(dá)到設(shè)定位置，低位傳感器28和29發(fā)出信號(hào)通過(guò)控制柜6關(guān)閉送氣電磁閥21，對(duì)巢內(nèi)停止送氣。如圖2及圖3所示,前置發(fā)動(dòng)機(jī)35驅(qū)動(dòng)齒輪箱36,帶動(dòng)前置傳動(dòng)軸37,前置傳動(dòng)軸37通過(guò)球鼻艏38內(nèi)的軸承和軸封延伸到船體外，艏螺旋槳39固定在前置傳動(dòng)軸37前端。
權(quán)利要求
1.一種前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶，其特征是:有船體(1)、艉鰭(2)、馬達(dá)(3)、螺旋槳(4)、航向操作手柄(5)、控制柜(6)、電動(dòng)或液壓系統(tǒng)(7)、巢底(8)、毗龍骨(9)、艏部流線型突出體(10)、艉部流線型突出體(11)、縱向封板(12)、橫向槽型結(jié)構(gòu)(13)、空氣口(14)、電源(15)、空氣壓縮機(jī)(16)、總電磁閥(17)、高壓儲(chǔ)氣罐(18)、空氣管道(19)、手動(dòng)閥(20)、送氣電磁閥(21，22)、排氣電磁閥(23，24，25)、壓力傳感器(26，27)、低位傳感器(28，29)、高位傳感器(30，31)、高液位開關(guān)(32，33，34)、前置發(fā)動(dòng)機(jī)(35)、驅(qū)動(dòng)齒輪箱(36)、前置傳動(dòng)軸(37)、消波艏(38)和艏螺旋槳(39)。本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有船舶技術(shù)的特征是有由艉鰭(2)、馬達(dá)(3)、螺旋槳(4)、航向操作手柄(5)、控制柜￠)、電動(dòng)或液壓系統(tǒng)⑵和電源(15)組成的艉鰭式航向控制裝置。由控制柜(6)、巢底(8)、毗龍骨(9)、艏部流線型突出體(10)、艉部流線型突出體(11)、縱向封板(12)、橫向槽型結(jié)構(gòu)(13)、空氣口(14)、電源(15)、空氣壓縮機(jī)(16)、總電磁閥(17)、高壓儲(chǔ)氣罐(18)、空氣管道(19)、手動(dòng)閥(20)、送氣電磁閥(21，22)、排氣電磁閥(23，24，25)、壓力傳感器(26，27)、低位傳感器(28，29)、高位傳感器(30，31)和高液位開關(guān)(32，33，34)組成的空氣供排系統(tǒng)。由前置發(fā)動(dòng)機(jī)(35)、驅(qū)動(dòng)齒輪箱(36)、前置傳動(dòng)軸(37)、消波艏(38)和艏螺旋槳(39)組成前置推進(jìn)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的艉鰭式航向控制裝置，其特征在于:艉鰭⑵、馬達(dá)⑶和螺旋槳(4)位于船體(1)艉部的水線以下，并且馬達(dá)(3)軸垂直于腫縱剖面，馬達(dá)(3)固定在艉鰭(2)內(nèi)，艉鰭(2)與船體(1)艉部形成一個(gè)整體，航向操作手柄(5)通過(guò)控制柜(6)和電動(dòng)或液壓系統(tǒng)(7)控制馬達(dá)(3)運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的空氣減阻，其特征在于:毗龍骨(9)、艏部流線型突出體(10)和艉部流線型突出體(11)組成封閉的外圍，這個(gè)封閉的外圍與部分船底作為巢底(8)形成巢結(jié)構(gòu)，巢結(jié)構(gòu)敞口向下，巢結(jié)構(gòu)內(nèi)被多個(gè)縱向封板(12)隔離為多個(gè)封閉區(qū)域，高度不等的縱向封板(12)從中間向兩舷排列，縱向封閉區(qū)域被多個(gè)橫向槽型結(jié)構(gòu)(13)隔離，橫向槽型結(jié)構(gòu)(13)上均開有空氣口(14)。由控制柜(6)、空氣壓縮機(jī)(16)、總電磁閥(17)、高壓儲(chǔ)氣罐(18)、空氣管道(19)、手動(dòng)閥(20)、送氣電磁閥(21，22)、排氣電磁閥(23，24，25)、壓力傳感器(26，27)、低位傳感器(28，29)、高位傳感器(30，31)、高液位開關(guān)(32，33，34)和空氣口(14)組成空氣供排系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I或3所述，其特征在于:多種傳感器分布在巢結(jié)構(gòu)內(nèi)，其中包括壓力傳感器(26，27)、低位傳感器(28，29)、高位傳感器(30，31)、高液位開關(guān)(32，33，34)，每種傳感器多于兩個(gè)，它們的信號(hào)通過(guò)控制柜控制空氣供排系統(tǒng)，適時(shí)對(duì)巢內(nèi)進(jìn)行送氣與排氣，達(dá)到調(diào)整巢內(nèi)水量。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的前置推進(jìn)裝置，其特征在于:安裝在靠近船艏部的前置發(fā)動(dòng)機(jī)(35)通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪箱(36)帶動(dòng)前置傳動(dòng)軸(37)，前置傳動(dòng)軸(37)貫通消波艏(38)延伸到船體外，艏螺旋槳(39)安裝在前置傳動(dòng)軸(37)上，前置推進(jìn)裝置的數(shù)量為一至三套。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶。它是在現(xiàn)有的船舶基礎(chǔ)上，繼承了其主體結(jié)構(gòu)并保留了普通功能和基本特征，專為此設(shè)計(jì)的具有前置推進(jìn)裝置與艉鰭式航向控制系統(tǒng)相結(jié)合并采用空氣潤(rùn)滑減少摩擦阻力的船舶。其基于艉鰭內(nèi)螺旋槳產(chǎn)生的推力控制航向，底部是敞口向下的網(wǎng)格階梯式多巢結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制系統(tǒng)與空氣供排系統(tǒng)適時(shí)的對(duì)巢內(nèi)進(jìn)行送氣或排氣，調(diào)整巢內(nèi)水量與船底的隔離狀態(tài)，減小摩擦阻力，增加船舶的穩(wěn)性，消波艏配合艏螺旋槳改變船艏附近的水流壓力場(chǎng)，減小興波阻力。前置推進(jìn)與艉鰭式航向控制的空氣減阻船舶具有更好的航向控制、減搖性能和降低能源損耗的優(yōu)點(diǎn)，從而有效地提高了船舶的動(dòng)力性能和適航性能。
文檔編號(hào)B63B39/00GK103144737SQ201210169120
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者林思桐 申請(qǐng)人:林思桐