CN101670887A

CN101670887A - 轮船灵活转向装置

Info

Publication number: CN101670887A
Application number: CN200910209529A
Authority: CN
Inventors: 徐国彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2010-03-17

Abstract

本发明公开了一种轮船灵活转向装置，是在轮船吃水线以下的位置，在船头或/和船尾安装对船体产生横向推力的推进装置。这种轮船灵活转向装置能够实现轮船的快速转向和增加制动装置，自动配合使用，以提高其灵活性，特别适合大型轮船和战舰使用。

Description

轮船灵活转向装置

技术领域

本发明涉及一种轮船灵活转向装置，具体来说是利用侧向喷水或吸水产生侧向推、拉力，实现轮船快速转向的装置。同时还需要减速制动装置(原螺旋桨反转)，或另一推进装置与原螺旋桨转向相反的装置。

背景技术

根据传统力学理论，一维空间中的力，单一个力，不可能平衡。必须另外一个力，才有可能平衡。平衡条件是：二力平衡的平衡条件是：大小相等、方向相反，作用在同一直线上(刚体)，或者是作用在同一直线的同一点上(变形体)。

二维空间中力偶矩：将力的平衡引申一步，如果平衡的二力不作用同一直线上，二力相距为d，此时就产生了一个新的力素：力偶矩M＝F·d；虽然包含两个力，但因不作用在同一直线上，不能平衡，故形成一个新的力素——力偶矩。力偶矩和力不能互相代替，是二维空间的力素。一个力偶矩也不能平衡，它使物体发生转动，要平衡必定有另外一个力偶矩，平衡的条件是：数值大小相等，方向相反，作用在同一平面上(刚体)，或作用在同一平面的同一点上(变形体)。

将二维力偶矩的平衡，再引申一步，如果两个力偶矩不作用在同一平面A上，而另外一个力偶矩作用在与平面A相距d的B面上。因二力矩不在同一平面上，不可能相等，因此在三维空间又产生了一个新的力素——矩偶。以前材料力学中称之为扭矩。将它们看作为相互平衡的两个力矩。矩偶与力矩的区别在于：

(1)矩偶是由两个力偶矩在三维空间形成的新力素。矩偶是不能平衡的(产生运动或几何变形)，必须施加另外一对矩偶才能与它平衡。

(2)矩偶是三维空间中的力素，要平衡必须另一对矩偶。平衡条件是：数值大小相等、因为力偶矩和矩偶都是只有正负的代数量，只要作用在同一三维空间中，符号相反，即可平衡。

(3)矩偶就是三维空间客观存在的力素，它的作用效果使物体运动状态发生变化或几何形态发生变化。

目前控制轮船转向的装置主要是安装在船尾的舵，由直插或斜插入水中的舵柱、和舵叶组成，航行中的船舶，流动的水在舵叶上产生横向作用力，故作用力的大小取决于船速，速度越快，作用力越大。根据船舶的航向转动舵叶，使船舶产生被动的转动力矩，保持所需航向。但船体极不灵活。

因舵产生的转矩极小，难以控制轮船的灵活性，为改善船舶的操控灵活性，人们对舵的结构持续进行了改进，例如带导流罩舵，襟翼舵，多叶舵，差动舵，然而其基本工作原理都没有改变。

然而，对于大吨位轮船，由于船身较长，船体庞大，且由于水的阻力小，船体航行时惯性力的作用明显，因此造成仅靠水对舵叶产生的被动作用力来使船舶转向，转弯半径较大，其结果是造成在近距离避开障碍物时，会躲避不及，易出事故。例如有名的泰坦尼克号冰海沉船，就是由于眼见冰山，却躲避不及，导致1500余人葬身海底。直到目前，还常见报导轮船相撞事故、撞桥墩、撞海岸的频发事故。

发明内容

针对目前轮船采用船舵转向造成的转向不灵活问题，本发明的目的在于提供一种新型的轮船灵活转向装置，利用了新的力学概念(矩偶理论——详见徐国彬著“多维变形体力学”一书)。注意：任何物体都是三维变形体，现实中不可能有二维绝对刚体。

本发明采用如下技术方案：一种轮船灵活转向装置，是在轮船吃水线以下的位置，在船头和船尾安装产生横向推力(对船整体是矩偶)的推进装置。

所述的推进装置可以为喷水装置或吸水装置，以增加转动的灵活性。同时原推进器可反向转动以克服前进惯性，增加矩偶使其转向。

所述的喷水装置可以为螺旋桨或射流装置，只要能够向外排水，利用水流产生矩偶。

所述的吸水装置也可以为螺旋桨或射流装置，通过抽水使船体两侧产生压差来推动船体转动。

所述的推进装置可以是安装在吃水线以下，轮船前后两侧的对称设置的凹槽内，比较理想的是所述的凹槽为流线型。

所述的喷水装置或吸水装置还可以是安装在一个从左右两侧贯通船体的横向涵洞内。

所述的涵洞可以采用两端出口从内向外逐渐变大的喇叭口结构。

为避免由于行进速度快急转弯时造成轮船侧翻，还包括安装在轮船上的减速制动装置，所述的减速制动装置为一个独立的制动螺旋浆，或者是由原推进螺旋桨和控制其反转的自动控制器构成。

本发明的这种轮船灵活转向装置，由于是在船头、船尾增加产生横向推力的推拉装置，使得能够直接对船体产生转动矩偶，因此与船舵相比，这种转向装置能够对船身的造成更大的主动矩偶，原船舵是靠船前进产生的被动横向力，而此装置可产生主动的转动矩偶，使船体转弯速度更快，特别适合于大型轮船和战舰使用，以躲避鱼雷和导弹的袭击。

附图说明

图1本发明的轮船灵活转向装置的平面布置图。

图2为本发明的另一种轮船灵活转向装置的平面布置图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细描述，以助于理解本发明的内容。

实施例1

如图1所示，是一种轮船灵活转向装置的实施方式示意图，是在船体1前后两侧，位于吃水线以下的位置，设置有逐渐内凹的流线型凹槽1a、1A、1b、1B，在凹槽内各装有一个螺旋桨(或喷头)，分别为螺旋桨2a、2A、2b、2B，螺旋桨结构形式可以采用船尾用于使轮船前进的推进器用的螺旋桨。这样当轮船需要向右转弯时，螺旋桨2a、2B中一个启动或者两个同时启动，对船头或船尾产生一个使船体1向右旋转的横向推力(和/或拉力，当螺旋桨反转吸水时)，此推力形成的矩偶，使船体快速向右转向。同理，需要向左转动时，则启动螺旋桨2b、2A中任一个或两个同时启动。螺旋桨2a、2A、2b、2B也可以采用射流泵，与螺旋桨一样通过向船体外侧排水和/或吸水，实现对船体产生横向推拉力。

将螺旋桨等设置在凹槽内使其不向外凸出于船体，能够减少船体行驶时的阻力，和防止与其它物体相碰。采用流线形状，减少水流经该位置的阻力。

如图2所示，还可以在船体前、后部各设置一个从左右两侧贯通船体的横向涵洞3a、3b，在涵洞内中部位置安装一个螺旋桨2a、2b等类似的喷水或吸水装置，由于涵洞3a、3b贯通船体，这样可以实现从一侧进水一侧排水，转弯更加迅速，通过调整螺旋桨的旋转方向可以改变船体是向左转还是向右转。涵洞采用两端出口从内向外逐渐变大的喇叭口结构，减少水流过时的阻力。

在转向达到所需角度后还可以通过横向推进装置产生反向的横向推力，来达到制动或平衡船体的效果。

另外，这种装置在风浪较大时船体倾斜时可以用于平衡船身维持平衡和稳定。

根据上述描述可以理解，这种横向推进装置可以只安装在靠近船头部位，也可以安装在靠近船尾部位，或者船头船尾都安装。

还包括安装在轮船尾部的制动装置，所述的制动装置为一个独立的制动螺旋浆，或者是由推进螺旋桨和控制其反转的控制器构成，以在转弯时降低行进速度。

Claims

1、一种轮船灵活转向装置，其特征在于：是在轮船吃水线以下的位置，在船头或/和船尾安装对船体产生横向推力的推进装置。

2、如权利要求1所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：所述的推进装置为喷水装置或吸水装置。

3、如权利要求2所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：所述的喷水装置为螺旋桨或射流装置。

4、如权利要求2所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：所述的吸水装置为螺旋桨或射流装置。

5、如权利要求1至4中之一所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：所述的推进装置是安装在所述轮船两侧的对称设置的凹槽内。

6、如权利要求5所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：所述的凹槽为流线型。

7、如权利要求1至4中之一所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：所述的喷水装置或吸水装置是安装在一个从左右两侧贯通船体的横向涵洞内。

8、如权利要求7所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：涵洞采用两端出口从内向外逐渐变大的喇叭口结构。

9、如权利要求1至4中之一所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：还包括轮船减速制动装置。

10、如权利要求9所述的轮船灵活转向装置，其特征在于：所述的减速制动装置为一个独立的制动螺旋浆，或者是由推进螺旋桨和控制其反转的控制器构成。