CN104890832B - 一种t型转子翼低速减摇装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种T型转子翼低速减摇装置，包括立柱和水平转子圆柱，立柱上端固定于船底，下端与水平转子圆柱连接，液压油缸位于立柱内部，液压油缸驱动水平转子圆柱前后摆动，水平转子圆柱内部的电机装置驱动水平转子圆柱旋转。在零航速下，T型转子翼在液压油缸驱动下水平转子圆柱摆动到与水流方向垂直位置，以此作为初始位置前后摆动，同时水平转子圆柱内部的电机驱动水平转子圆柱旋转；在低航速下，水平转子圆柱摆动到与水流方向垂直位置后，水平转子圆柱内部的电机驱动水平转子圆柱旋转，本发明可以改善船舶耐波性，不需要T型转子翼工作时，在液压油缸驱动下水平转子圆柱收回到立柱尾部，可以减少航行阻力，节约燃料并提高航速。

Description

一种T型转子翼低速减摇装置

技术领域

本发明涉及一种减摇装置，尤其涉及一种T型转子翼低速减摇装置。

背景技术

随着海上运输业的迅速发展，各式各样的船舶随之增多。双体船是其中被广泛应用的船型之一。双体船宽大的甲板面积、大的舱容空间以及便于豪华装饰的特点而被普遍看好，成为近几年来发展迅速，应用广泛，建造数量较多的一类船型。由于双体船的宽度比单体船大得多，其稳定性明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力，双体船不仅具有良好地操作性，而且还具有阻力峰不明显，装载量大等特点，因而被世界各国广泛用做军船和民船。在高航速双体船迅速兴起的同时低速双体船的应用也逐渐增多如军用测量船、大型游轮、邮船、双体观光船等。低速双体船的广泛应用，导致低速减摇成为双体船设计必须考虑的一个问题，而双体船传统减摇装置T型水翼虽然在高航速下具有较好的减摇效果，但在低速情况下减摇效果大大降低。本发明基于这一问题提出的一种T型转子翼低速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。

在专利申请公布号为CN103287551，名称为一种液压驱动式的可变面积的T形减摇水翼是通过添加副翼增大翼面积和展弦比，提高升力系数，增强抑制纵摇和垂荡的作用。但是，该减摇装置没能克服传统T型水翼在低航速下减摇效果差在零航速下没有减摇效果的缺点，而低航速或零航速下的摇荡运动同样影响船体耐波性，加之低速双体船的广泛应用导致低速双体船减摇问题被提上日程。传统的双体船减摇装置为T型水翼，T型水翼包括立柱，水平主翼和襟翼，其减摇原理是在高航速下通过改变襟翼攻角，引起襟翼上下面的水流速度改变，襟翼上下面产生压力差，从而产生抵抗海浪干扰的力和力矩，从而起到减摇的作用。但是，传统T型水翼只在高航速下具有很好的减摇效果，也即只适用于高速船舶，在低航速和零航速下，减摇作用变差，减摇效果不佳，也即减摇效果很差甚至不具有减摇作用。

发明内容

本发明的目的是为了能实现船舶在低航速或零航速下的有效减摇而提供一种T型转子翼低速减摇装置。

本发明的目的是这样实现的：包括立柱和对称设置在立柱两侧的水平转子圆柱，所述立柱内对称设置有两个液压油缸，每个液压油缸的活塞杆的端部都通过活动铰链与设置在立柱内的第一力臂的一端铰接，每个第一力臂的另一端都通过设置在立柱上的固定铰链与第二力臂的一端铰接，每个所述的水平转子圆柱内设置有转子活塞，且所述转子活塞的外表面与水平转子圆柱的内表面是贴合的，每个转子活塞内设置有电机，每个电机的输出轴的端部固连有第一法兰，第一法兰的端面固连有第二法兰，且第二法兰与所述转子活塞固连，每个所述的第二力臂的另一端伸至对应的转子活塞内并与电机的壳体固连，所述立柱的上表面与船体固定连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述立柱是NACA翼型。

2.所述立柱的上面设置有圆孔，液压油缸的进油管路和出油管路通过所述圆孔与船体油源连接。

3.所述水平转子圆柱的外表面设置有一层保护层，且所述保护层的材料是耐腐蚀材料。

4.所述转子活塞的材料是防滑材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的T型转子翼是收放式水翼的一种，是根据马格纳斯原理设计的一种低航速减摇装置。T型转子翼与传统的T型水翼不同，T型转子翼减摇系统使用的是快速旋转的圆柱，当船舶在水面航行的时候，由于旋转方向的不同，在圆柱上产生向上或向下的力，进而产生抵抗纵摇和垂荡的力和力矩，也即抵抗海浪干扰的力和力矩，从而达到减摇的效果。当船舶在零航速状态下，水平转子圆柱进行前后摆动同时圆柱旋转，水平转子圆柱上下面产生压力差，产生抵抗海浪干扰的力和力矩，实现有效的船舶减摇，具有很好的减摇效果。本发明有效地解决了低航速或零航速下双体船减摇问题，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，降低晕船率和改善乘坐或工作环境。

本发明是根据马格纳斯效应设计的T型转子翼低速减摇装置，对双体船低航速和零航速下具有很好的减摇效果，弥补了传统T型水翼低速减摇效果差的缺点。本发明所设计的T型转子翼包括立柱和水平转子圆柱两部分。水平转子圆柱的前后摆动是由位于立柱内部的液压油缸驱动的，水平转子圆柱的旋转是由位于水平转子圆柱内部的电机装置驱动的。根据实际海况，水平转子圆柱前后摆动的速度，摆动的角度以及旋转的速度都可人为设定，达到对船舶减摇实时控制。在需要时，水平转子圆柱在液压油缸驱动下打开到与立柱垂直位置作为初始位置，低航速下，水平转子圆柱在电机驱动下旋转，在零航速下，液压油缸驱动水平转子圆柱前后摆动同时水平转子圆柱绕自身轴旋转，根据马格纳斯原理，水平转子圆柱上下面产生压力差，产生升力，抵抗海浪干扰，起到很好的减摇效果。当不需要T型转子翼时，水平转子圆柱在立柱内液压油缸的驱动作用下摆动到立柱尾部，与水流方向相同，降低了航行的阻力，降低了油耗并减少了T型转子翼的腐蚀和磨损，也即水平转子圆柱在不需要时收回到立柱后面，减少阻力，降低燃料消耗并提高航速。同时，立柱选择NACA翼型，进一步降低了航行阻力。通过以上分析，本发明的T型转子翼在工作时既能起到很好的减摇效果，在不工作时也不会给航行带来很大的航行阻力，是一种很好的双体船低速减摇装置，改善了低速双体船在低航速或零航速下的耐波性问题，提高乘客的乘坐舒适度、改善工作人员的工作环境，提高工作人员的服务质量。

附图说明

图1是本发明在船体的安装位置示意图；

图2是马格纳斯效应原理示意图；

图3是本发明的三维结构示意图；

图4(a)是本发明要收回时的结构示意图，图4(b)是本发明收回完成的结构示意图；

图5(a)是本发明的水平转子圆柱收回时的结构示意图，图5(b)是本发明的水平转子圆柱打开时的结构示意图；

图6是俯视本发明时的结构示意图；

图7是本发明电机与转子活塞部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图7，包括立柱1和对称设置在立柱两侧的水平转子圆柱2，所述立柱1内对称设置有两个液压油缸4，每个液压油缸4的活塞杆5的端部都通过活动铰链7与设置在立柱1内的第一力臂6的一端铰接，每个第一力臂6的另一端都通过设置在立柱1上的固定铰链8与第二力臂9的一端铰接，每个所述的水平转子圆柱2内设置有转子活塞14，且所述转子活塞14的外表面与水平转子圆柱2的内表面是贴合的，每个转子活塞14内设置有电机12，每个电机12的输出轴16的端部固连有第一法兰18，第一法兰18的端面固连有第二法兰17，且第二法兰17与所述转子活塞14固连，每个所述的第二力臂的另一端伸至对应的转子活塞内并与电机的壳体15固连，所述立柱1的上表面与船体固定连接。

本发明还可以是：所述立柱1是NACA翼型。

所述立柱1的上面设置有圆孔3，液压油缸4的进油管路10和出油管路11通过所述圆孔3与船体油源连接。

所述水平转子圆柱2的外表面设置有一层保护层，且所述保护层的材料是耐腐蚀材料。

所述转子活塞14的材料是防滑材料。

图1为T型转子翼实船安装位置示意图且T型转子翼处于工作状态。T型转子翼由立柱1和水平转子圆柱2组成；立柱1上端固定于船底，下端位于水中；水平转子圆柱2旋转是由其内部的电机驱动；水平转子圆柱2前后摆动是由液压油缸驱动，液压油缸位于立柱1内部；立柱1以及水平转子圆柱2均位于水中；立柱1与水平转子圆柱2垂直连接；水平转子圆柱2不用时，可收回到立柱1尾部。

图2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角速度w顺时针旋转运动，水流由左向右以速度U流动，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。

图3为本发明的整体示意图。T型转子翼包括立柱1和水平转子圆柱2；立柱1与水平转子圆柱2垂直连接；固定铰链点8是固定于立柱1上；T型转子翼前后摆动是由液压油缸驱动，液压油缸位于立柱1内部；水平转子圆柱2内部装有使其旋转的电机装置(之后介绍)；立柱1采用NACA翼型，水流平滑流过降低航行阻力。

图4(a)和图4(b)为T型转子翼收回状态示意图。图4(a)为T型转子翼收回的过程示意图，水平转子圆柱2在立柱内液压油缸的驱动下收回到立柱尾部。图4(b)为T型转子翼收回后的状态图，水平转子圆柱位于立柱后面，降低了航行阻力，提高了航速。具体收回过程如下：当需要T型转子翼时分两种工作情况，在零航速下，水平转子圆柱2在液压油缸驱动下来回摆动，使水平转子圆柱与海水具有一定的相对速度，此时在水平转子圆柱2内部的电机工作，驱动水平转子圆柱2旋转低航速下，将水平转子圆柱2在液压油缸作用下打开到与水流流向垂直位置，水平转子圆柱2在其内部电机的驱动下旋转，根据马格纳斯效应，水平转子圆柱2上下面产生压力差，产生抵抗海浪干扰的力和力矩；当不需要T型转子翼时，水平转子圆柱2在液压油缸驱动下会收回到立柱1尾部，与水流方向相同，降低航行阻力，降低油耗和减少器件磨损。

图5(a)和图5(b)为应用马格纳斯效应设计的T型转子翼。图5(a)为水平转子圆柱收回到立柱尾部示意图，图5(b)为水平转子圆柱摆动到与水流方向垂直位置示意图。为便于分析T型转子翼的部件构成，下图是T型转子翼去掉立柱后的水平转子翼收回和伸开的示意图。水平转子圆柱2与第一力臂6铰链连接到固定铰链点8；第一力臂6与油缸杆5铰链到活动铰链点7；液压油缸铰链到立柱1上，随着油缸杆的前后运动，液压油缸也会在铰链状态下运动；进油管10和出油管11向液压油缸输送液压油；根据扭矩原理，当液压油缸4驱动油缸杆5前后运动，将会带动水平转子圆柱2在水平位置上前后摆动；在水平转子圆柱2内中间部分装有电机，驱动水平转子圆柱2旋转；根据马格纳斯效应，水平转子圆柱2上下面产生压力差，产生抵抗海浪干扰的力和力矩；水平转子圆柱2上含有一层保护层，保护层采用耐腐蚀材料，减少海水对水平转子圆柱2的腐蚀。

图6为本发明俯视图。液压油缸4铰链到立柱1上；进油管10和出油管11向液压油缸4输送液压油；油缸杆5在液压油缸4的推动下，活动铰链点7带动第一力臂6运动；第一力臂6运动通过固定铰链点8带动第二力臂9绕固定铰链点8转动；水平转子圆柱2在第二力臂9的带动下前后摆动；水平转子圆柱2内部装有电机12，驱动水平转子圆柱2旋转；水平转子圆柱2旋转或者摆动同时旋转，根据马格纳斯效应，水平转子翼上下面产生压力差，产生升力，抵抗海浪干扰，改善船体耐波性；立柱1和水平转子圆柱2总是工作在水中，均采用防水部件。

图6中电机装置部分放大如图7所示，第二力臂9的两端分别连接电机12的壳体15和固定铰链点8，电机12通过电机转轴16(电机输出轴)连接第一法兰18，第一法兰18通过螺丝钉19与第二法兰17连接；第二法兰17边缘与转子活塞14相连接；转子活塞14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16旋转带动下第一法兰18旋转，第二法兰17带动转子活塞14转动，进而水平转子圆柱2在转子活塞14的带动下开始旋转运动，水平转子圆柱2上下面产生压力差，进而产生升力，抵抗海浪干扰。

本发明的T型转子翼水平转子圆柱半径和长度的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，水平转子圆柱的半径和长度应通过具体计算获得。同时，T型转子翼在船体的安装位置，水平转子圆柱旋转速度都需要根据实船大小、航行速度和航行海况具体设计，零航速下的水平转子圆柱摆动的速度以及摆动的角度，亦是根据实际计算情况而定。

而本发明的T型转子翼是针对低速双体船推出的一款可收放式的减摇装置。在需要时推出工作，水平转子圆柱旋转，同时前后摆动，根据马格纳斯效应，水平转子圆柱上下的产生压力差，从而产生抵抗海浪干扰的力和力矩，进而改善船体的耐波性和适航性，提高了乘客的乘坐舒适性，改善了船员的工作环境。

Claims (3)

1.一种T型转子翼低速减摇装置，其特征在于：包括立柱和对称设置在立柱两侧的水平转子圆柱，所述立柱内对称设置有两个液压油缸，每个液压油缸的活塞杆的端部都通过活动铰链与设置在立柱内的第一力臂的一端铰接，每个第一力臂的另一端都通过设置在立柱上的固定铰链与第二力臂的一端铰接，每个所述的水平转子圆柱内设置有转子活塞，且所述转子活塞的外表面与水平转子圆柱的内表面是贴合的，每个转子活塞内设置有电机，每个电机的输出轴的端部固连有第一法兰，第一法兰的端面固连有第二法兰，且第二法兰与所述转子活塞固连，每个所述的第二力臂的另一端伸至对应的转子活塞内并与电机的壳体固连，所述立柱的上表面与船体固定连接，所述立柱是NACA翼型，所述立柱的上面设置有圆孔，液压油缸的进油管路和出油管路通过所述圆孔与船体油源连接。

2.根据权利要求1所述的一种T型转子翼低速减摇装置，其特征在于：所述水平转子圆柱的外表面设置有一层保护层，且所述保护层的材料是耐腐蚀材料。

3.根据权利要求1或2所述的一种T型转子翼低速减摇装置，其特征在于：所述转子活塞的材料是防滑材料。