CN104309778B - 一种弧面可调式的减摇鳍 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弧面可调式的减摇鳍，包括鳍支架，该鳍支架的外围设有相对布置的上下两个鳍面以及用于封闭鳍面两端部的端盖，每个鳍面均由多块可翻转的鳍弧板依次搭接而成，其中首尾两块鳍弧板铰接在鳍支架上，所述鳍支架上还设有用于驱动各个鳍弧板翻转的传动系统。由多块可翻转的鳍弧板依次搭接而成的鳍面，极大地便利了对减摇升力的控制。在不同的航速下，以及不同的风浪等级下，根据所需要的稳定力矩，传动系统可以有机地调节鳍面的形状，得到合适的减摇扭矩，产生相应的减摇升力，同时将减摇升力传递至船体，从而对船体形成有效的减摇力矩；保证在任何复杂海域中均能有效减摇，大大提高了减摇效率。

Description

一种弧面可调式的减摇鳍

技术领域

本发明涉及一种减摇鳍，具体涉及一种弧面可调式的减摇鳍。

背景技术

船舶航行于海上时，风、浪等不定天气对船舶的动态稳定性有很大影响，往往由于船舶严重的摇动，造成货品受损、船员工作效率降低，甚至影响到海上作战任务进行，如：作战时战斗系统射控稳定、反潜直升机起降等。船舶横摇运动阻尼很小，所以船舶在风浪中会产生剧烈地横摇。为了减小船舶横摇，人们已经设计了各种各样的减摇装置，但实际应用的并不多。减摇装置被大量淘汰的原因主要是使用要求很高，但减摇装置应该是有效的，可靠的，而且是经济的。所以人们还在寻找更好的方法来实现减摇。

如同飞机可凭借机翼飞上蓝天，船鳍同样可利用在水中运动时产生的升力起到减摇作用。在船两侧各安装一个鳍，通过安装在船体上一系列的装置使船两边的鳍面在水中产生一定的攻角，当有航速时就会产生升力，鳍面上产生方向相反的力，鳍的升力就产生了所需的稳定力矩，借以减少横摇。在实际的应用中，鳍的转角、角速度、角加速度对减摇效果至关重要，三个参数究竟按什么比例进行迭加才能得到最佳减摇效果，目前仍未得到满意解决。传统的减摇鳍是改变整个鳍面在水中的攻角来控制升力的大小，所以难以得到有效的配合参数。

公开号为CN103895833A的中国专利文献公开了一种柔性横轴减摇鳍装置，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。

该减摇鳍装置通过连杆伸缩调控鳍面的形状，但连杆伸缩的幅度是恒定的，所产生的减摇升力也是恒定的，使得船舶在不同的航速下，以及不同的风浪等级下航行时，减摇效率较差，减摇可靠性较低。

发明内容

本发明提供了一种弧面可调式的减摇鳍，该减摇鳍具有可调式弧面，在复杂航海条件下保持减摇的高效率和高可靠性。

一种弧面可调式的减摇鳍，包括鳍支架，该鳍支架的外围设有相对布置的上下两个鳍面以及用于封闭鳍面两端部的端盖，每个鳍面均由多块可翻转的鳍弧板依次搭接而成，其中首尾两块鳍弧板铰接在鳍支架上，所述鳍支架上还设有用于驱动各个鳍弧板翻转的传动系统。

由多块可翻转的鳍弧板依次搭接而成的鳍面，极大地便利了对减摇升力的控制。在不同的航速下，以及不同的风浪等级下，根据所需要的稳定力矩，传动系统可以有机地调节鳍面的形状，得到合适的减摇扭矩，产生相应的减摇升力，同时将减摇升力传递至船体，从而对船体形成有效的减摇力矩；保证在任何复杂海域中均能有效减摇，大大提高了减摇效率。

本发明中，整个减摇鳍的外围包裹有柔性的防水层。柔性防水层在保证减摇鳍内部结构处于密封状态的同时，保证鳍弧板的角度变换能实时地体现在减摇鳍的外围。

本发明中，鳍弧板之间的连接方式为：每个鳍面中，相邻的两块鳍弧板之间，其中一块鳍弧板带有限位槽，另一块鳍弧板的端部滑动搭接在该限位槽内。通过调节一块鳍弧板端部在另一块鳍弧板的限位槽内的滑动距离，可以调节鳍弧板的翻转角度。同一鳍面上所有鳍弧板均通过这种方式依次联动，实现所有鳍弧板之间的柔性连接。

作为优选，每个鳍面的鳍弧板中，包括与传动系统直接联动的主动鳍弧板以及仅受相邻主动鳍弧板带动的被动鳍弧板。并且，每个鳍面的主动鳍弧板按照相邻关系依次分为若干组，每组主动鳍弧板配置一套传动系统。如此在保证有效传动的基础上，可减少减摇鳍内部零件的数量，缩小内部结构的体积，降低制造和维修成本。

为保证传动系统与主动鳍弧板之间的联动效率，作为优选，每组主动鳍弧板中含有两块主动鳍弧板，每套传动系统包括：

输入轴，一端延伸至减摇鳍外部用以连接动力源，另一端处在减摇鳍内部；

两个调节臂，绞装在鳍支架上，各调节臂的摆动端与对应的主动鳍弧板联动；

丝杆螺母副，传动连接在输入轴与各调节臂之间，用于各调节臂运动。

丝杆螺母副用于将动力源的旋转运动转换为调节臂的摆动运动，其中，所述丝杆螺母副包括：

螺旋丝杆，与所述输入轴之间通过一对圆锥齿轮相啮合传动；

丝母滑块，与所述螺旋丝杆螺纹配合，且通过连动杆与两个调节臂联动。

螺旋丝杆受圆锥齿轮的驱使作旋转运动，丝母滑块则沿着螺旋丝杆滑动，滑动的丝母滑块通过连动杆牵引调节臂，使调节臂摆动，进而驱使与调节臂摆动端联动的主动鳍弧板作上下俯仰运动(即翻转)，调节自身的翻转角度，改变鳍面弧度。在水流的作用下，相应的鳍面弧度产生相应的升力，改变鳍面弧度即实现对升力的调节。

通过控制丝母滑块在螺旋丝杆上的滑动距离，即可调节鳍弧板的翻转角度，不仅易于实现，且控制精度较高。传动过程中将螺旋丝杆的旋转运动转换为调节臂摆动端的水平移动，使得鳍弧板在遭遇风浪等外力作用时，调节臂摆动端的水平移动不会反向转换为螺旋丝杆的旋转运动，即实现自锁功能，以始终保持住所需的弧形鳍面，不会发生变形。

作为优选，所述连动杆为两根，一端与丝母滑块铰接，另一端与对应的一个调节臂铰接。两根连动杆分别用于牵引每套传动系统中两个调节臂。

本发明中，所述两个调节臂形成剪叉结构，剪叉结构的中心铰接在鳍支架上，剪叉结构以螺旋丝杆的延伸方向为空间上的对称轴，受该剪叉结构驱动的两个主动鳍弧板处在对称轴的同一侧。两个调节臂形成剪叉结构，便于丝母滑块通过两根长度相同的连动杆同时牵引两个长度相同的调节臂，从而能够对同组中两个主动鳍弧板的翻转角度进行同时调节。否则离丝母滑块较远的主动鳍弧板需要较长的连动杆和较短的调节臂，不仅增加了传动系统的复杂性，还难以实现同组两个主动鳍弧板的翻转角度的同时调节。

根据相邻两个主动鳍弧板之间的相对位置，可以将剪叉结构的中心设置在调节臂的不同位置上，即剪叉结构不以剪叉结构的中心为对称轴。

本发明中，上下两个鳍面是相互对称的，可以独立控制，也可以同时控制。作为优选，上下两个鳍面中，位置相对的主动鳍弧板的传动系统之间相互联动。如此便于对上下两个鳍面的弧度同时进行调整。相互联动的方式可以是：两套传动系统的输入轴通过一组传动齿轮联动。

作为优选，每套传动系统中还包括两个限位连杆，所述鳍支架上设有布置在该传动系统剪叉结构的对称轴上的导向槽，所述两个限位连杆一端滑动配合在导向槽内，另一端与对应的一个调节臂铰接。限位连杆用于限制丝母滑块沿螺旋丝杆的滑动距离，避免调节臂摆动端的摆动幅度过大，防止相应的主动鳍弧板因翻转幅度过大而与相邻鳍弧板之间发生脱节。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明减摇鳍的每个鳍面均由多块可翻转的鳍弧板依次搭接而成，鳍支架上还设有用于驱动各个鳍弧板翻转的传动系统，在不同的航速以及不同的风浪等级下，根据所需要的稳定力矩，传动系统可以有机地驱动各个鳍弧板翻转一定的角度，调节鳍面的形状，得到合适的减摇扭矩，产生相应的减摇升力，同时将减摇升力传递至船体，从而对船体形成有效的减摇力矩，保证在任何复杂海域中均能有效减摇，大大提高了减摇效率。

(2)本发明的传动系统采用电机等作旋转运动设备作为动力源，并将动力源的旋转运动先通过丝杆螺母副转换为调节臂的摆动运动，在转换为各个主动鳍弧板的上下俯仰(翻转)运动，因此通过调节动力源的转速即可调整主动鳍弧板的翻转角度，从而实现对鳍面形状的调节；配合适当的控制系统即可为实现高效率和高可靠性的减摇。

附图说明

图1为本发明一种弧面可调式的减摇鳍的结构示意图；

图2为图1所示减摇鳍在后端盖处的结构示意图；

图3为图1所示减摇鳍在前端盖处的结构示意图；

图4为图1所示减摇鳍的局部剖视图；

图5为图4中A-A剖视图；

图6为图4中B-B剖视图；

图7为图6中一套传动系统的结构示意图；

其中，1：鳍支架；

2：鳍面，21：上鳍面，22：下鳍面；

3：端盖，31：前端盖，32：后端盖；

4：鳍弧板，41：限位槽，42：主动鳍弧板，43：被动鳍弧板；

5：传动系统，50：导向销轴，51：输入轴，52：圆锥齿轮，53：螺旋丝杆，54：丝母滑块，55：连动杆，56：调节臂，57：限位连杆，58：导向槽，59：导向滑槽；

6：传动齿轮。

具体实施方式

如图1、图5所示，本实施例一种弧面可调式的减摇鳍，包括鳍支架1，该鳍支架1的外围设有鳍面2以及用于封闭鳍面2两端部的端盖3，其中，鳍面2分为相对布置的上鳍面21和下鳍面22，端盖分为前端盖31和后端盖32。整个减摇鳍的外围包裹有柔性的防水层(图中省略)。

由图5、图6可见，每个鳍面2均由多块可翻转的鳍弧板4依次搭接而成，本实施例中，每个鳍面2上各有五块鳍弧板4；其中，首尾两块鳍弧板4均铰接在鳍支架1上，相邻两块鳍弧板4之间，其中一块鳍弧板4带有限位槽41，另一块鳍弧板4的端部滑动搭接在该限位槽41内。

如图5、图6所示，结合图4可见，鳍支架1上还设有用于驱动各个鳍弧板翻转的传动系统5。每个鳍面2的鳍弧板4中，包括与传动系统5直接联动的主动鳍弧板42以及仅受相邻主动鳍弧板42带动的被动鳍弧板43。本实施例中，每个鳍面2的五块鳍弧板4中，前四块均为主动鳍弧板42，最后一块为被动鳍弧板43；并且，第一、第二块主动鳍弧板42为一组，共用一套传动系统5(如图5)，第三、第四块主动鳍弧板42为一组，共用一套传动系统5(如图6)。

如图7所示，结合图4、图5、图6可见，每套传动系统5包括一根输入轴51，输入轴51的一端延伸至减摇鳍外部，与电机(图中省略)相连，另一端处在减摇鳍内部，并通过一对相啮合的圆锥齿轮52与螺旋丝杆53传动；螺旋丝杆53上螺纹配合有丝母滑块54，丝母滑块54通过连动杆55与两个调节臂56联动，而各调节臂56的摆动端则与对应的主动鳍弧板42联动。

由图6、图7可见，每套传动系统5中含有两根连动杆55，两根连动杆55的一端与丝母滑块54铰接，另一端与对应的一个调节臂56铰接。两个调节臂56形成剪叉结构，剪叉结构的中心铰接在鳍支架1上，剪叉结构以螺旋丝杆53的延伸方向为空间上的对称轴，受该剪叉结构驱动的两个主动鳍弧板42处在对称轴的同一侧。

并且，如图6、图7所示，每套传动系统5中还包括两根限位连杆57，鳍支架1上设有布置在该传动系统5剪叉结构的对称轴上的导向槽58，两根限位连杆57一端滑动配合在导向槽58内，另一端与对应的一个调节臂56铰接。限位连杆57用于限制丝母滑块54沿螺旋丝杆53的滑动距离，避免调节臂56摆动端的摆动幅度过大，防止相应的主动鳍弧板42翻转幅度过大。

由图4可见，为保证整块主动鳍弧板42同步翻转，同一根输入轴51上可以安装多对相啮合的圆锥齿轮52，输入轴51通过每一对圆锥齿轮52分别与一根螺旋丝杆53传动，每根螺旋丝杆53上均螺纹配合有丝母滑块54，每一丝母滑块54均通过连动杆55与两个调节臂56联动。处于同一竖直方向(与图4中剖面线相垂直)上的调节臂56与同一块主动鳍弧板42联动。

如图5、图6所示，本实施例中，调节臂56与主动鳍弧板42的联动方式为：主动鳍弧板42上设有导向滑槽59，与该主动鳍弧板42相配合的调节臂56上设有与导向滑槽59配合的导向销轴50。如此通过控制调节臂56摆动端的摆动幅度，即可控制主动鳍弧板42的俯仰方向和翻转角度。

本实施例中，上下两个鳍面2是相互对称的，并且，如图5所示，上下两个鳍面2中位置相对的主动鳍弧板42的传动系统5之间相互联动。相互联动的方式为：两套传动系统的输入轴51通过一组传动齿轮6联动。

Claims (7)

1.一种弧面可调式的减摇鳍，包括鳍支架，该鳍支架的外围设有相对布置的上下两个鳍面以及用于封闭鳍面两端部的端盖，其特征在于，每个鳍面均由多块可翻转的鳍弧板依次搭接而成，其中首尾两块鳍弧板铰接在鳍支架上，所述鳍支架上还设有用于驱动各个鳍弧板翻转的传动系统；

每个鳍面的鳍弧板中，包括与传动系统直接联动的主动鳍弧板以及仅受相邻主动鳍弧板带动的被动鳍弧板；

每个鳍面的主动鳍弧板按照相邻关系依次分为若干组，每组主动鳍弧板配置一套传动系统；

每组主动鳍弧板中含有两块主动鳍弧板，每套传动系统包括：

输入轴，一端延伸至减摇鳍外部用以连接动力源，另一端处在减摇鳍内部；

两个调节臂，绞装在鳍支架上，各调节臂的摆动端与对应的主动鳍弧板联动；

丝杆螺母副，传动连接在输入轴与各调节臂之间，用于牵引各调节臂运动。

2.如权利要求1所述的减摇鳍，其特征在于，每个鳍面中，相邻的两块鳍弧板之间，其中一块鳍弧板带有限位槽，另一块鳍弧板的端部滑动搭接在该限位槽内。

3.如权利要求1所述的减摇鳍，其特征在于，所述丝杆螺母副包括：

螺旋丝杆，与所述输入轴之间通过一对圆锥齿轮相啮合传动；

丝母滑块，与所述螺旋丝杆螺纹配合，且通过连动杆与两个调节臂联动。

4.如权利要求3所述的减摇鳍，其特征在于，所述连动杆为两根，一端与丝母滑块铰接，另一端与对应的一个调节臂铰接。

5.如权利要求3所述的减摇鳍，其特征在于，所述两个调节臂形成剪叉结构，剪叉结构的中心铰接在鳍支架上，剪叉结构以螺旋丝杆的延伸方向为空间上的对称轴，受该剪叉结构驱动的两个主动鳍弧板处在对称轴的同一侧。

6.如权利要求5所述的减摇鳍，其特征在于，每套传动系统中还包括两个限位连杆，所述鳍支架上设有布置在该传动系统剪叉结构对称轴上的导向槽，所述两个限位连杆一端滑动配合在导向槽内，另一端与对应的一个调节臂铰接。

7.如权利要求1～6任一所述的减摇鳍，其特征在于，所述主动鳍弧板上设有导向滑槽，与该主动鳍弧板相配合的调节臂上设有与所述导向滑槽配合的导向销轴。