CN103144737B - 前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶。它是在现有的船舶基础上，继承了其主体结构并保留了普通功能和基本特征，专为此设计的具有前置推进装置与艉鳍式航向控制系统相结合并采用空气润滑减少摩擦阻力的船舶。其基于艉鳍内螺旋桨产生的推力控制航向，底部是敞口向下的网格阶梯式多巢结构，通过控制系统与空气供排系统适时的对巢内进行送气或排气，调整巢内水量与船底的隔离状态，减小摩擦阻力，增加船舶的稳性，消波艏配合艏螺旋桨改变船艏附近的水流压力场，减小兴波阻力。前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶具有更好的航向控制、减摇性能和降低能源损耗的优点，从而有效地提高了船舶的动力性能和适航性能。

Description

前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶

技术领域

本发明主要涉及到船舶设计与船舶建造领域，特指一种用于提高船舶性能的方法与装置。

背景技术

现有技术中，在航运方面广泛使用具有艉部螺旋桨，艉舵或水箱减摇装置的船。现有船舶存在以下主要问题：

1、现有船舶螺旋桨推力的一部分能量转变成艉浪而损失，船舶艉部形状严重影响水流进入螺旋桨的状态，导致螺旋桨工作效率降低，发动机功率损失。

2、现有船舶航向控制由螺旋桨产生的水流和舵联合完成，螺旋桨在低速运转时，水流通过舵产生的横向力较小，此时船的航向控制能力减弱。当螺旋桨高速运转时，还可能出现舵的失效现象。由于船的惯性作用，船员无法及时发现失效现象，导致航向控制延迟。同时，舵的推力又使船舶向相对于转向的反方向漂移，在紧急时刻出现这种现象是非常危险的。

3、大多数船舶的水箱减摇装置需要配置耗能大的水泵，而且这种装置产生的减摇力矩响应速度慢，对船舶稳性的控制效果并不理想。

4、船舶阻力消耗着大量的能源，改善船舶阻力有利于节能环保。

以上导致船舶运行成本高和航行安全性低的问题一直未得到较好的解决。

发明内容

为了改善现有船舶所存在的上述问题，本发明的目的在于：提供是一种包括推进效率高的前置推进装置、航向控制性能好的艉鳍式航向控制系统和摩擦阻力较小的空气润滑系统的新型船舶。

前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶是通过艉鳍内马达驱动的螺旋桨产生推力改变船舶的航向。船员操作驾驶室或两翼的航向操作手柄，进而通过控制柜、电动或液压系统调整螺旋桨的转速，该装置具有航向控制能力强，回转性能好的特点。避免了现有船舶回转性能差、转舵时出现偏移推力或舵失效导致航向控制困难等问题。

前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶是在船舶的底部设计一种具有敞口向下，网格阶梯式的多巢结构。多巢结构是由左右舷毗龙骨、艏部流线型突出体和艉部的流线型突出体组成封闭的外围与船底共同构成一个巢型，巢型结构内被多个纵向封板隔离为多个封闭区域，高度不等的纵向封板从中间向两舷排列，并且纵向封闭区域又被多个横向槽型结构隔离。多巢结构各隔离空间的横向槽型结构上均配置空气进出口，使多巢结构具备空气储存功能。

前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶的控制柜根据巢内分布的各个传感器发出的信号，对船舶的摇摆角度与摇摆周期等数据进行分析处理，并利用分析处理后的结果控制空气供排系统。

前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶的空气供排系统能够对巢内部分别进行送气或排气，达到调整巢内水量、保障船舶处于良好的航行状态的目的。

空气供排系统能够适时的对巢内进行空气补充，使船底与水处于隔离状态。由于空气的润滑作用，既能减小船舶摩擦阻力又能保护船底。当空气压缩机启动时，压缩空气进入高压储气罐，使高压储气罐能提供足够的空气快速对巢内进行空气补充。高压储气罐的压力到达安全值时压力传感器启动，通过控制柜断开电源使空气压缩机停止工作。

高压储气罐的空气是通过空气管道、手动阀、送气电磁阀、空气口进入巢内，并将水挤出，使巢内水位到达设定值。此时，由低位传感器发出信号，通过控制柜关闭送气电磁阀，停止对巢内送气。当高压储气罐的压力低于设定值时，空气压缩机自动开始工作。高压储气罐的作用是储存一定量的空气，避免空气压缩机启动过于频繁。

当船向左摇，横摇角度大于设定极限值时，压力传感器发出信号，控制柜内的航行状态分析系统开启右排气电磁碟阀，船舶右舷开始排气，减小右舷浮力，降低横摇力矩。排气后巢内水面到达一定位置，右高位传感器发出信号，高液位开关断开，控制柜电路关闭右排气电磁阀，停止排气。由于惯性作用，船舶左摇到极限值，之后由左向右横摇，低位传感器向控制柜发出信号开启送气电磁阀，向巢内送气保证空气存量。

当船向右摇时，横摇角度大于设定极限值时，压力传感器发出信号，控制柜内的航行状态分析系统开启左排气电磁碟阀，船舶左舷开始排气，减小左舷浮力，降低横摇力矩。排气后巢内水面到达一定位置，左高位传感器发出信号，高液位开关断开，控制柜电路关闭左排气电磁阀，停止排气。由于惯性作用，船舶右摇到极限值，之后由右向左横摇，低位传感器向控制柜发出信号开启送气电磁阀，向巢内送气保证空气存量。

当船纵摇角度大于设定极限值时，控制柜即关闭送气电磁碟阀，停止送气。

前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶在停航时，空气供排系统适时对巢内部补充空气，确保船底与水处于隔离状态，空气能够达到保护船底的作用，避免海洋生物对船底的破坏。空气压缩机启动时，将空气压缩进高压储气罐，使高压储气罐有足够的空气能够快速的对巢内部进行空气补充。当高压储气罐的压力到达安全值时，压力传感器启动并通过控制柜断开电源使空气压缩机停止工作。高压储气罐的空气通过空气管道、手动阀、电磁阀、空气口进入巢内部，巢内的水被挤出，水面到设定值时，低位传感器发出信号，通过控制柜的电路关闭送气电磁阀，停止对巢内送气。

前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶的前置发动机通过驱动齿轮箱带动前置传动轴，前置传动轴穿过球鼻艏延伸到船体外，螺旋桨固定在前置传动轴前端。根据不同船型设计的球鼻艏以及球鼻艏与艏螺旋桨的相对位置，使艏螺旋桨在前方产生的水流压力场和螺旋桨后方水流与球鼻艏形成的水流压力场共同改善船舶的兴波阻力。同时，前置动力装置还避免了传统推进方式产生的能量损失。

附图说明

图1是具有本发明的船舶斜轴测图

图2是具有本发明的船舶侧视图

图3是具有本发明的船舶局部剖视图

图4是图3的A-A剖面图

图5是前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶的系统原理图

附图标记说明：

船体1                 艉鳍2                   马达3

螺旋桨4               航向操作手柄5           控制柜6

电动或液压系统7       巢底8                   毗龙骨9

艏部流线型突出体10    艉部流线型突出体11      纵向封板12

横向槽型结构13        空气口14                电源15

空气压缩机16          总电磁阀17              高压储气罐18

空气管道19            手动阀20                送气电磁阀21和22

排气电磁阀23，24和25  压力传感器26和27        低位传感器28和29

高位传感器30和31      高液位开关32，33和34    前置发动机35

驱动齿轮箱36          前置传动轴37            球鼻艏38

艏螺旋桨39

具体实施方式：

以下将基于附图对本发明的实施方式进行说明。

如图1及图5所示，安装在艉鳍2内的马达3带动螺旋桨4旋转，船员操作驾驶室或两翼的航向操作手柄5，通过控制柜6和电动或液压系统7调整马达3转速。

如图1，图2及图4所示，部分船底作为巢底8，毗龙骨9、艏部流线型突出体10和艉部流线型突出体11组成封闭的外围，这个外围与巢底8形成巢结构。巢结构的敞口向下。巢内部被多个纵向封板12隔离为多个封闭区域，高度不等的纵向封板12从中间向两舷排列。纵向封闭区域被多个横向槽型结构13隔离，横向槽型结构13开有空气口14。

如图1或图5所示，控制柜6根据巢内分布的各个传感器发出的信号，对船舶的摇摆角度与摇摆周期等数据进行分析处理，由分析处理的结果控制空气供排系统对巢内分别进行送气和排气。空气供排系统适时的对巢内进行补充空气，保证船底与水的隔离状态。当空气压缩机16启动，压缩空气进入高压储气罐18，高压储气罐18的压力到达设定值，控制柜6断开电源15，空气压缩机16停止工作。高压储气罐18的空气是通过空气管道19、手动阀20、送气电磁阀21、送气电磁阀22、空气口14进入巢内。当巢内的水面达到设定位置时，低位传感器28或低位传感器29发出信号，通过控制柜6关闭送气电磁阀21，对巢内停止送气。当高压储气罐18的压力低于设定值时，空气压缩机16启动。

当船向左摇时，横摇角度大于设定极限值，压力传感器26和压力传感器27发出信号，控制柜6开启右排气电磁碟阀24，船舶右舷开始排气。排气后，水面到达一定位置，右高位传感器31发出信号，并且高液位开关33断开，控制柜6电路关闭右排气电磁阀24，排气停止。由于惯性作用，船舶左摇到极限值，之后船开始由左向右横摇，低位传感器29发出信号，控制柜6开启送气电磁阀21和送气电磁阀22，开始右舷送气。

当船向右摇时，横摇角度大于设定极限值，压力传感器26和压力传感器27发出信号，控制柜6开启左排气电磁碟阀23，船舶左舷进行排气。排气后，水面到达一定位置，左高位传感器30发出信号，并且高液位开关32断开，控制柜6电路关闭左排气电磁阀23，排气停止。由于惯性作用，船舶右摇到极限值，之后船开始由右向左横摇，低位传感器28发出信号，控制柜6开启送气电磁阀21和送气电磁阀22，开始左舷送气。

当船纵摇角度大于设定极限值，控制柜6关闭送气电磁碟阀21，送气停止。

如图1及图5所示，停航时，空气供排系统适时的对巢内进行补充空气，确保船底与水处于隔离状态。当空气压缩机16启动，压缩空气进入高压储气罐18，当高压储气罐18的压力到达设定值，控制柜6断开电源15，停止空气压缩机16工作。高压储气罐18的空气是通过空气管道19、手动阀20、送气电磁阀21、送气电磁阀22和空气口14进入巢内。巢内的水面达到设定位置，低位传感器28和29发出信号通过控制柜6关闭送气电磁阀21，对巢内停止送气。

如图2及图3所示，前置发动机35驱动齿轮箱36，带动前置传动轴37，前置传动轴37通过球鼻艏38内的轴承和轴封延伸到船体外，艏螺旋桨39固定在前置传动轴37前端。

Claims (5)

1.一种前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶，其特征是：有船体(1)、艉鳍(2)、马达(3)、螺旋桨(4)、航向操作手柄(5)、控制柜(6)、电动或液压系统(7)、巢底(8)、毗龙骨(9)、艏部流线型突出体(10)、艉部流线型突出体(11)、纵向封板(12)、横向槽型结构(13)、空气口(14)、电源(15)、空气压缩机(16)、总电磁阀(17)、高压储气罐(18)、空气管道(19)、手动阀(20)、送气电磁阀(21，22)、排气电磁阀(23，24，25)、压力传感器(26，27)、低位传感器(28，29)、高位传感器(30，31)、高液位开关(32，33，34)、前置发动机(35)、驱动齿轮箱(36)、前置传动轴(37)、消波艏(38)和艏螺旋桨(39)；由艉鳍(2)、马达(3)、螺旋桨(4)、航向操作手柄(5)、控制柜(6)、电动或液压系统(7)和电源(15)组成的艉鳍式航向控制装置；由控制柜(6)、巢底(8)、毗龙骨(9)、艏部流线型突出体(10)、艉部流线型突出体(11)、纵向封板(12)、横向槽型结构(13)、空气口(14)、电源(15)、空气压缩机(16)、总电磁阀(17)、高压储气罐(18)、空气管道(19)、手动阀(20)、送气电磁阀(21，22)、排气电磁阀(23，24，25)、压力传感器(26，27)、低位传感器(28，29)、高位传感器(30，31)和高液位开关(32，33，34)组成空气供排系统；由前置发动机(35)、驱动齿轮箱(36)、前置传动轴(37)、消波艏(38)和艏螺旋桨(39)组成前置推进装置。

2.根据权利要求书1所述的前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶，其特征在于：艉鳍(2)、马达(3)和螺旋桨(4)位于船体(1)艉部的水线以下，并且马达(3)轴垂直于舯纵剖面，马达(3)固定在艉鳍(2)内，艉鳍(2)与船体(1)艉部形成一个整体，航向操作手柄(5)通过控制柜(6)和电动或液压系统(7)控制马达(3)运转。

3.根据权利要求书1所述的前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶，其特征在于：毗龙骨(9)、艏部流线型突出体(10)和艉部流线型突出体(11)组成封闭的外围，这个封闭的外围与部分船底作为巢底(8)形成巢结构，巢结构敞口向下，巢结构内被多个纵向封板(12)隔离为多个封闭区域，高度不等的纵向封板(12)从中间向两舷排列，纵向封闭区域被多个横向槽型结构(13)隔离，横向槽型结构(13)上均开有空气口(14)。

4.根据权利要求书3所述的前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶，其特征在于：多种传感器分布在巢结构内，其中包括压力传感器(26，27)、低位传感器(28，29)、高位传感器(30，31)、高液位开关(32，33，34)，每种传感器多于两个，它们的信号通过控制柜控制空气供排系统，适时对巢内进行送气与排气，达到调整巢内水量。

5.根据权利要求书1所述的前置推进与艉鳍式航向控制的空气减阻船舶，其特征在于：安装在靠近船艏部的前置发动机(35)通过驱动齿轮箱(36)带动前置传动轴(37)，前置传动轴(37)贯通消波艏(38)延伸到船体外，艏螺旋桨(39)安装在前置传动轴(37)上，前置推进装置的数量为一至三套。