CN104890831A - 一种t型水翼和转子翼复合减摇装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于船收缩式和折叠式水翼领域，具体涉及一种针对高速船在低航速或者零航速下的减摇问题而设计的，改善了高速船在低航速下的耐波性和适航性的T型水翼和转子翼复合减摇装置。本发明由支柱、水平主翼、襟翼和转子翼组成，支柱1上端固定于船底，下端与水平主翼2垂直连接；转子翼3为圆柱体结构，位于水平主翼内部的副翼舱内，由液压油缸和电机驱动。高速船在低航速时，普通的减摇装置很难起到减摇效果，低航速和零航速下的摇荡运动同样影响船体耐波性。本发明旨在改善高速船在低航速下的耐波性问题，进而减少乘客的不适、改善工作人员的工作环境以及提高工作人员的服务质量。

Description

一种T型水翼和转子翼复合减摇装置

技术领域

本发明属于船收缩式和折叠式水翼领域，具体涉及一种针对高速船在低航速或者零航速下的减摇问题而设计的，改善了高速船在低航速下的耐波性和适航性的T型水翼和转子翼复合减摇装置。

背景技术

近年来，海上运输方式朝着多样化的趋势发展。随着海上运输的大型化、高速化以及较其他运输方式运费低廉等优势，越来越多的人选择船舶做为运输或者出行工具。穿浪艇是一种新型高速船，它最大的特点就是能适应恶劣海况运输，而且保证高速运行。然而，当穿浪艇航速很小时，T型水翼提供的升力也会很小，如果船体需要一个很大的T型水翼的升力，就需要使浸没在流体中的T型水翼的面积增加，水翼与流体接触产生的粘性阻力就增大，这意味着T型水翼适用于高速船舶，在低速航行时，T型水翼减摇功能大大降低。穿浪艇在低航速或者零航速下船舶的减摇效果不佳，耐波性差，降低了旅客乘坐的舒适性，对货品的归置，船体设备的维修都带来了一定的不便。本专利基于这一问题提出的一种由液压驱动的T型水翼和由电机驱动的转子翼复合而成的减摇装置为我们解决上述问题提供了一条非常简捷的途径。

穿浪艇的T型水翼，在海浪干扰作用下通过改变水翼攻角使其产生抵抗海浪干扰的力和力矩，进而降低纵摇和垂荡运动，改善乘坐环境，提高船舶耐波性。而转子翼是收放式减摇鳍的一种，是根据马格纳斯原理设计的一种低航速减摇装置，当快艇在水面航行时，由于转子圆柱旋转方向的不同，在转子圆柱上下面产生压力差，从而产生抵抗海浪的干扰的力和力矩，达到减摇的效果，本专利将这种转子圆柱称为转子翼。本专利将T型水翼和转子翼结合起来组成复合减摇装置，既保留了T型水翼高航速下减纵摇和垂荡的优点，又包含了转子翼低航速下减摇的特点，有效的改善了穿浪艇的耐波性和适航性，提高了旅客乘坐的舒适度，改善乘坐或工作环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善高速船在低航速下的耐波性问题，降低晕船率和改善工作环境的T型水翼和转子翼复合减摇装置。

本发明的目的是这样实现的：

T型水翼和转子翼复合减摇装置，由支柱、水平主翼、襟翼和转子翼组成，支柱1上端固定于船底，下端与水平主翼2垂直连接；转子翼3为圆柱体结构，位于水平主翼内部的副翼舱内，由液压油缸和电机驱动；襟翼4通过液压缸连接于水平主翼上，作动油缸5通过油缸杆14连接于转子翼3，油缸杆14延伸到转子翼3内部1/2处，由转子活塞连接，连接处有内陷槽，转子翼外面包有保护层10，支柱中部装有密封挡板18，密封挡板上设有过油孔和线路孔，过油孔和线路孔处安装有管接头17，油管19与进油管11和出油管13通过管接头连接，电机线路20与电机线路管道16也通过管接头连接，作动油缸通过法兰9连接进油管，出油管12以及电机线路管道；油缸杆连接于电机装置8。

所述的作动油缸把转子翼从副翼舱中推出，进油管和出油管对液压缸进行油液补给，电机电线15沿油缸杆14延伸到电机线路管道16与外界联通；油缸杆14长度与转子翼3长度相同，电机装置8位于转子翼3中，在副翼舱中安装油缸导向带，引导活塞做直线运动。

所述的油缸杆连接电机装置61和作动油缸；电机装置通过电机转轴71连接法兰81，法兰通过螺丝钉31与法兰91连接；法兰91边缘与转子活塞41相连接；电机转轴旋转带动下法兰旋转，法兰带动转子活塞转动，进而转子翼旋转运动。

本发明的有益效果在于：高速船在低航速时，普通的减摇装置很难起到减摇效果，低航速和零航速下的摇荡运动同样影响船体耐波性。本发明旨在改善高速船在低航速下的耐波性问题，进而减少乘客的不适、改善工作人员的工作环境以及提高工作人员的服务质量。

附图说明

图1为本发明实船安装位置示意图；

图2为本发明的示意实图；

图3为马格纳斯效应原理示意图；

图4为转子翼装置示意图；

图5为单侧水翼主视图；

图6为电机转子活塞装置内部结构示意图；

图7为转子翼伸出俯视图；

图8为转子翼收回俯视图；

图9为转子翼伸出三维示意图；

图10为转子翼收回三维示意图；

图11为航速10节时升力图；

图12为航速10节时阻力图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明由包括支柱、水平主翼、襟翼和可伸缩的转子翼作为副翼。转子翼是由电机驱动的。转子翼在高航速时缩回水平主翼中的副翼舱，减少阻力，降低燃料消耗并提高航速。在低航速下，转子翼从副翼舱中被推出，转子翼在绕自身轴旋转，产生升力，使得船舶在低航速或者零航速时，也能起到很好的减摇效果，改善了船舶的耐波性，提高了乘客及工作人员的乘坐环境和工作环境。

支柱上端固定于船底，下端与水平主翼连接，襟翼通过液压油缸与水平主翼相连接。在低航速下，转子翼借助作动油缸从水平主翼内部的副翼舱中推出，转子翼圆柱在电机作用下进行旋转，根据玛格纳斯原理知，转子翼圆柱上下产生压力差，进而产生抵抗海浪干扰的力和力矩，改善船舶耐波性。不需要转子翼时，在作动油缸作用下将转子翼收回副翼舱中，减少阻力，从而能够节约燃料并提高航速。

图1所示，T型水翼的支柱1上端固定于船底；下端与水平主翼2连接；支柱1与水平主翼2垂直连接；转子翼3位于水平主翼2内部，需要时伸出副翼舱，不需要时缩回副翼舱。

图2为本发明的整体示意图，包括支柱1、水平主翼2、转子翼3和襟翼4；支柱1与水平主翼2垂直连接，襟翼4通过液压缸连接于水平主翼2上，转子翼3位于水平主翼2内部；转子翼3由液压油缸和电机驱动，在水平主翼2内部特意安置有副翼舱，高航速时转子翼3收回至水平主翼2中的副翼舱，低航速时从副翼舱中推出工作。

图3为马格纳斯原理示意图。转子圆柱体由右至左运动的同时作顺时针旋转运动。转子圆柱顺时针旋转时，改变周围水的流场，产生向上的升力。可以看出上方的水流流动距离较下方更长，由伯努利定理，我们可以知道，上方的水速比底部高，进而，上方压强较小，下方压强较大，产生压差，进而产生一个向上的升力。将这一原理应用于实际，发明了转子翼，一种收放式低航速减摇装置。

图4为应用马格纳斯效应设计的转子翼。作动油缸5通过油缸杆14连接于转子翼3，油缸杆14延伸到转子翼3内部1/2处，并有转子活塞连接，卡槽7与转子翼3为一体式结构，连接处有内陷槽便于转子翼3旋转。转子翼是可伸缩减摇装置的一种，与传统的减摇装置不同，转子翼使用的是快速旋转的圆柱；转子翼3外面包有保护层10，防止海水的腐蚀；当快艇在水面航行的时候，由于旋转方向的不同，在转子圆柱上产生向上或向下的力，进而产生抵抗横摇的力矩，从而达到减摇的效果；转子翼包括水平安置的作动油缸5、转子翼3、油缸杆14、固定及防海水内漏卡槽7；油缸内腔51用于各种线路管道连接；保护层10和卡槽7都是由防水材质构成。

图5为本发明单侧水翼主视图。由于转子翼是电力驱动的，不需要安装液压泵，油源和昂贵的高压液压管线，没有油液的泄露和复杂的安装；支柱1中部装有密封挡板18，密封挡板18上设有过油孔和线路孔，过油孔和线路孔处安装有管接头17，油管19与进油管11和出油管13通过管接头17连接，电机线路20与电机线路管道16也通过管接头17连接，作动油缸5通过法兰9连接进油管11，出油管12以及电机线路管道16；油缸杆14连接于电机装置8；作动油缸5把转子翼3从副翼舱6中推出，进油管11和出油管13对液压缸进行油液补给，电机电线15沿油缸杆14延伸到电机线路管道16与外界联通；油缸杆14长度与转子翼3长度相同，电机装置8位于转子翼3中，在副翼舱中安装油缸导向带，引导活塞做直线运动，防止活塞因受力不均造成的走偏导致内漏，延长密封件使用寿命；转子翼3外部有防水材质的保护层10，防止转子翼3被海水腐蚀；作动油缸5、进油管11、出油管12、电机连接线路以及副翼舱均采用防水部件；水平主翼2和转子翼3不必进行密封；水平主翼2、转子翼3、襟翼4及支柱1下部总是工作在水中；副翼舱6位于水平主翼2内部，不与海水接触。

图5中电机装置8放大如图6所示。油缸杆14连接电机装置61和作动油缸；电机装置61通过电机转轴71连接法兰81，法兰81通过螺丝钉31与法兰91连接；法兰91边缘与转子活塞41相连接；转子活塞41由防滑材料构成与转子翼内表面紧密结合；电机输出电流，电机转轴71旋转带动下法兰91旋转，法兰91带动转子活塞41转动，进而转子翼开始旋转运动，转子翼上下面产生压力差，进而产生升力，抵抗海浪干扰。

图7为转子翼伸出俯视图。在低航速下，转子翼3在作动油缸5的作用下通过油缸杆14将其从副翼舱6中推出工作；卡槽7卡在水平主翼2末端，卡槽7半径较转子翼3大，防止海水内漏到副翼舱6中，卡槽7由防水材质构成；副翼舱6内安有导向槽和滑动轴承13，它们起到导向和固定可伸缩转子翼3的作用，防止可伸缩转子翼3在副翼舱6中晃动，延长转子翼3的使用寿命；法兰9连接作动油缸5和进油管11，出油管12以及电机线路；电机装置8位于转子翼内部，输出电流带动转子翼旋转；作动油缸5，进油管11和出油管12采用防水部件。

图8为转子翼收回示意图。当高速航行时，可伸缩转子翼3在作动油缸5作用下收于水平主翼2的副翼舱6中，降低航行阻力，减少油耗和转子翼的磨损，延长密封件使用寿命；副翼舱6中安装有滑动轴承13，支撑转子翼3，防止转子翼3在副翼舱6中晃动，降低转子翼3的损耗，延长使用寿命；在高航速下，襟翼4输出一个攻角，T型水翼进行正常的减摇工作。

翼的面积选取主要应考虑翼产生的升力和恢复力矩足以能抵抗流场或波浪作用在船上的纵倾力和力矩。因此，水翼面积应通过具体计算获得。

如图9和图10分别为转子翼伸出和收回三维示意图。支柱1、水平主翼2、转子翼3和襟翼4是本发明的主体部分。可伸缩的转子翼3在低航速时在作动油缸5的作用下通过油缸杆6从副翼舱中推出工作；卡槽7固定转子翼，同时防止海水内漏；转子翼3与水平主翼2的翼型不同；在高航速时将可伸缩的转子翼3收回副翼舱，降低航行时的阻力，既提高了航速同时降低受损机率和油耗。

从图11和图12中可以看出随着转子翼转速加快，转子翼产生的升力也逐渐变大；阻力曲线显示随着转速的增大阻力随着变小；在低航速下，调节转子翼的转动速度可以产生升力；改变转子翼的旋转方向可以改变升力的方向；在不同海况下，通过改变转速和旋转的方向可以有效的产生抵抗海浪干扰的力和力矩，改善船舶在低航速下的耐波性。

Claims (3)

1.一种T型水翼和转子翼复合减摇装置，由支柱、水平主翼、襟翼和转子翼组成，其特征在于：支柱(1)上端固定于船底，下端与水平主翼(2)垂直连接；转子翼(3)为圆柱体结构，位于水平主翼内部的副翼舱内，由液压油缸和电机驱动；襟翼(4)通过液压缸连接于水平主翼上，作动油缸(5)通过油缸杆(14)连接于转子翼(3)，油缸杆(14)延伸到转子翼(3)内部1/2处，由转子活塞连接，连接处有内陷槽，转子翼外面包有保护层(10)，支柱中部装有密封挡板(18)，密封挡板上设有过油孔和线路孔，过油孔和线路孔处安装有管接头(17)，油管(19)与进油管(11)和出油管(13)通过管接头连接，电机线路(20)与电机线路管道(16)也通过管接头连接，作动油缸通过法兰(9)连接进油管，出油管(12)以及电机线路管道；油缸杆连接于电机装置(8)。

2.根据权利要求1所述的一种T型水翼和转子翼复合减摇装置，其特征在于：所述的作动油缸把转子翼从副翼舱中推出，进油管和出油管对液压缸进行油液补给，电机电线(15)沿油缸杆(14)延伸到电机线路管道(16)与外界联通；油缸杆(14)长度与转子翼(3)长度相同，电机装置(8)位于转子翼(3)中，在副翼舱中安装油缸导向带，引导活塞做直线运动。

3.根据权利要求1所述的一种T型水翼和转子翼复合减摇装置，其特征在于：所述的油缸杆连接电机装置(61)和作动油缸；电机装置通过电机转轴(71)连接法兰(81)，法兰通过螺丝钉(31)与法兰(91)连接；法兰(91)边缘与转子活塞(41)相连接；电机转轴旋转带动下法兰旋转，法兰带动转子活塞转动，进而转子翼旋转运动。