CN105539759A - 一种蛙嘴式舭龙骨的控制方法 - Google Patents

一种蛙嘴式舭龙骨的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蛙嘴式舭龙骨的控制方法，所针对的蛙嘴式舭龙骨的主体结构包括固定蚌壳结构(2)和转动蚌壳结构(1)两部分，转动蚌壳结构(1)通过转轴系统与固定蚌壳结构(2)连接，其控制方法为：在船舶航行时，监测船舶横摇角度、角速度和角加速度，并获取船舶吃水信息，校核船舶稳性变化，如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数中的任何一个指标在设定时间内持续超出相应的安全阈值上限，则利用电机驱动转轴系统展开舭龙骨的转动蚌壳结构，如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数在设定时间内均持续低于相应的安全阈值下限，则利用电机驱动转轴系统折叠舭龙骨的转动蚌壳结构。本发明可智能地操控舭龙骨开合。本发明的舭龙骨控制方法，可以增加船舶的横摇阻尼，有效地减小船舶的横摇，增强横摇稳定性。

Description

一种蛙嘴式舭龙骨的控制方法
技术领域
本发明涉及一种减小横摇的船用设备，可以根据海况变化而改变形状的舭龙骨，即用于船舶抗沉减摇防倾覆的一种舭龙骨。
背景技术
船舶的摇荡运动是一种有害的船舶运动，它对船员、船体结构、机械设备等带来不利的影响。船舶摇荡运动包括横摇、纵摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡六种形式，其中横摇对船舶性能的影响最大，纵摇次之。为了减缓或降低船舶的摇摆，可在船舶上加设减摇装置。
根据构成稳定力矩的力的本质分类，可将减摇装置分为重力作用式、流体动力作用式、回转力作用式三类；按照控制形式又可分为被动式和主动式两类。目前，船舶常用的减摇装置有：舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱、回转仪减摇装置、舵减摇装置等。其中，舭龙骨因其结构简单、造价低、维护方便、效能较好而得到广泛应用，几乎每艘船舶都装有舭龙骨。
一般来说，舭龙骨是固定安装在船体外面舭部且尽量与舭列板垂直，沿着水流方向的一块长条板，它是最简单的一种被动式水动力船舶减摇装置。舭龙骨的长度一般为船长的1/3到1/2，宽度一般为船宽的4％至6％，且宽度通常不超过中横剖面的方框线。
舭龙骨减摇的原理为利用其装在船体舭部外壳上来产生对船舶横摇的附加水阻力，以减少船舶横摇。
已有的技术改进往往注重对不同船舶系数的船进行尺度上的经验优化，且致力于简单直线型的端部改进和断面优化，如：对于方形系数大的船舶，采用长而窄的舭龙骨，同时，为了避免舭龙骨参与总纵弯曲，设置为分段式结构；对于方形系数小的船舶，如渔船，舭龙骨尽可能安装在舭部上方，短而宽，可制成三角形以提高局部强度。
舭龙骨的优点为：横摇角度越大、越剧烈，其减摇效果越好；航行时减摇效果比停泊时更好；对船舶航行阻力小，横摇阻力较大；减摇效果好，结构简单，费用低廉，应用广泛。然而，现有的舭龙骨结构形式存在以下缺陷和不足：易遭损坏；对船舶产生一定的航行阻力；只能减横摇，不能减纵摇。而且，受舭龙骨尺寸的限制，减摇的阻尼力矩有限，减摇的能力(减小摆幅)受限，减摇效果一般在10％～20％左右，难以满足需求。此外，对于确定的舭龙骨，由于舭龙骨形状尺寸的固定，不能针对海况的变化及横摇角度和加速度的缓急进行动态调整，极大地影响其使用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种在不明显影响船舶快速性的同时可以增强横摇稳定性的舭龙骨。本发明的舭龙骨，展开状态的舭龙骨有效面积翻倍，可以增加船舶的横摇阻尼，有效地减小船舶的横摇，增强横摇稳定性；折叠状态的舭龙骨整体外形光顺，不会过多增加船舶航行阻力，从而不会明显影响船舶快速性；通过加装此套外张型可开合舭龙骨，可以使船舶灵活高效地实现控制横摇的目的，应对各种复杂海况和装载条件的变化。本发明的技术方案如下：
一种蛙嘴式舭龙骨的控制方法,主体结构包括固定壳体结构(2)和转动壳体结构(1)两部分，两部分合体后呈扁平形，首尾两端为流线型，固定蚌壳结构(2)固定连接于舭列板(3)，所述的转动蚌壳结构(1)通过转轴系统与固定蚌壳结构(2)连接，转轴系统用于转动蚌壳结构(1)的开合；转轴系统包括输入轴(5)、输出轴(6)和锥齿轮(7)，输出轴(6)位于紧靠船体一侧，作为转动壳体结构(1)的转动中心轴；输入轴(5)横向布置在固定壳体结构(2)的腔内，一端穿过舭列板(3)，连接到船体内部的电机，另一端通过锥齿轮(7)驱动与之垂直的输出轴(6)；输入轴(5)和输出轴(6)通过轴承与固定壳体结构(2)连接。控制方法为：为横摇角度、角速度、角加速度三个参数分别设定安全阈值上限和安全阈值下限，在船舶航行时，监测船舶横摇角度、角速度和角加速度，并获取船舶吃水信息，校核船舶稳性变化，如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数中的任何一个指标在设定时间内持续超出相应的安全阈值上限，则判断船舶横摇运动较大，利用电机驱动转轴系统展开舭龙骨的转动蚌壳结构，如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数在设定时间内均持续低于相应的安全阈值下限，则判断船舶横摇很小，利用电机驱动转轴系统折叠舭龙骨的转动蚌壳结构。
作为优选实施方式，在固定壳体结构(2)和转动壳体结构(1)之间设置有突出筒形结构，用于容纳输出轴(6)和锥齿轮(7)，所述的输出轴(6)在突出筒形结构的豁口位置与所述的转动壳体结构(1)固定在一起，使得转动壳体结构(1)实现在输出轴(6)的带动下转动；在固定蚌壳结构(2)和转动蚌壳结构(1)的腔内设置有加强板(9)。在加强板上开设有减轻孔。
采用本发明的有益效果是：
1.本发明的控制方法针对的舭龙骨结构形式，使得船舶能够实现灵活应对不同航行条件和要求。面对大风浪的情况或者对稳性要求较高时，可以展开舭龙骨，增大阻尼、减小横摇，增强稳性；面对小风浪的情况或限制航道内可折叠舭龙骨，防止触底、碰撞等，而且折叠状态的舭龙骨外形光顺不会影响船舶的快速性。
2.集成船舶运动实时监测设备的控制系统，可以准确掌握船舶具体航行状态，据此科学决策，便捷且智能地操控舭龙骨开合。
3.舭龙骨主体结构上下对称，前后对称，除去首尾两端，中间部分横截面形状相同。建造时可以使用同一套模具，批量模块化生产。
4.转轴传动系统结构简单可靠，且充分利用了舭龙骨封闭结构的内部空间。
5.外张型可开合舭龙骨，在展开后，增加了有效面积，但是基本不改变舭龙骨伸出船体的宽度，这样可以大大减小发生触底碰撞等事故的风险。
附图说明
图1为本发明适用的舭龙骨总体结构图；
图2为本发明适用的舭龙骨完全折叠状态图；
图3为本发明适用的舭龙骨完全展开状态图
图4为本发明适用的舭龙骨转轴系统的结构图；
图5为本发明的控制流程示意图；
1.转动壳体结构2.固定壳体结构3.舭列板4.覆板5.输入轴6.输出轴7.锥齿轮8.轴承9.加强板
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
本发明的控制方法适用一种蛙嘴式舭龙骨，主要用于各类船舶，用于在多种复杂状态下抑制横摇。
如图1至图4所示，此种舭龙骨，主体结构由固定壳体结构2和转动壳体结构1两部分组成，所述的固定壳体结构2和转动壳体结构1为互相对称的扁平型封闭结构。首尾两端为流线型，保持舭龙骨纵向的流线光顺。上下首尾共4个端部完全相同，可以批量建造。除去首尾两端，中间部分横截面形状相同，建造时可以使用同一套模具分段建造。因此舭龙骨主体部分可以实现模块化批量生产，降低建造成本。固定壳体结构2固定连接于舭列板3，且垂直于舭列板3，连接处焊接覆板，在这一侧设置突出的筒形结构，作为轴套包裹内部的转轴，在适当的位置设置有豁口，供转动壳体结构1与里面的转轴连接，但是要保证在这些位置的防水；所述的转动壳体结构1位于上方，通过转轴系统与固定壳体结构2的筒形结构内的转轴系统连接。在固定壳体结构2和转动壳体结构1的封闭结构内设置加强板9，用以增强结构强度。作为本专利的一种实现形式，舭龙骨的厚度较小，本身质量不大，不需要在加强板上设置减轻孔。由于舭龙骨中间部分横截面相同，故加强板形状完全相同，可以批量建造。当然如果舭龙骨质量较大，可以在保证强度的前提下在加强板9上设置减轻孔。
转轴系统由输入轴5、输出轴6组成。输出轴6紧靠船体一侧，位于筒形突出结构内，作为转动壳体结构1的转动中心轴。输入轴6横向布置在固定壳体结构2的腔内，一端穿过舭列板3，连接到船体内部的发动机；另一端通过锥齿轮7驱动与之垂直的输出轴6；输入轴5、输出轴6上，在如图所示的位置布置轴承8，用以支承、固定轴系的位置，所述的轴承8要与固定壳体结构2上的突出筒形结构固定在一起。所述的输出轴6要在筒形结构的豁口位置与所述的转动壳体结构1固定在一起，使得转动壳体结构1实现在输出轴6的带动下转动。
如图5所示，本发明采用的控制系统由船舶运动实时监测设备、数据采集分析显示系统、电动机控制系统组成。在船侧设置的液位测量仪，用以实时监测船舶两舷的吃水。在船舶重心轴线位置附近设置动态参数测量仪，实时监测船舶的横摇速度、角速度等数据。数据采集分析显示系统将监测到的电信号输入计算机，转化为相应的物理量，据此得出船舶的运动状态，并且给出船舶航行状态优劣的判断，以及舭龙骨开合的建议，将其直观地呈现在驾驶室的屏幕上。作为本专利的一种实现形式，可以由计算机自动操控，辅助以驾驶人员手动操控电动机控制系统，控制电动机转动，最终使舭龙骨相应地实现展开或折叠，自动调节船舶横摇。当然也可以完全由驾驶人员手动操控电机控制系统。
在船舶航行时，船舶运动实时监测系统监测到船舶横摇角度、角速度、角加速度等，结合船舶吃水，作为参数输入计算机，校核船舶稳性变化，如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数中的任何一个指标在设定时间内(比如设定为船舶固有周期的1/4)持续超出某一安全阈值(比如角度阈值设为10度)，判断船舶横摇运动较大，且数据采集分析显示系统会向驾驶室发出警报，并将结果显示在屏幕上。随后电动机控制系统自动展开舭龙骨的转动壳体结构，如图3所示，增大舭龙骨有效面积，从而增大横摇阻尼，抑制横摇。如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数中的每个指标在设定时间内(比如设定为船舶固有周期的1/4)持续低于某一安全阈值(比如角度阈值设为5度)，船舶横摇很小，则电动机控制系统自动折叠舭龙骨的转动壳体结构，如图2所示。
对于航行于限制航道或其他特殊要求情况下，需要折叠(或展开)舭龙骨，可以由驾驶员手动控制舭龙骨开合。
以上所述的,仅为用以解释本发明的较佳实施例,并非企图据以对本发明作任何形式上的限制,于是,凡有在相同的创作精神下所作的任何修饰或变更,均仍应包括在本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种蛙嘴式舭龙骨的控制方法，所针对的舭龙骨的主体结构包括固定壳体结构(2)和转动壳体结构(1)两部分，两部分合体后呈扁平形，首尾两端为流线型，固定蚌壳结构(2)固定连接于舭列板(3)，所述的转动蚌壳结构(1)通过转轴系统与固定蚌壳结构(2)连接，转轴系统用于转动蚌壳结构(1)的开合。转轴系统包括输入轴(5)、输出轴(6)和锥齿轮(7)，输出轴(6)位于紧靠船体一侧，作为转动壳体结构(1)的转动中心轴；输入轴(5)横向布置在固定壳体结构(2)的腔内，一端穿过舭列板(3)，连接到船体内部的电机，另一端通过锥齿轮(7)驱动与之垂直的输出轴(6)；输入轴(5)和输出轴(6)通过轴承与固定壳体结构(2)连接。控制方法为：为横摇角度、角速度、角加速度三个参数分别设定安全阈值上限和安全阈值下限，在船舶航行时，监测船舶横摇角度、角速度和角加速度，并获取船舶吃水信息，校核船舶稳性变化，如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数中的任何一个指标在设定时间内持续超出相应的安全阈值上限，则判断船舶横摇运动较大，利用电机驱动转轴系统展开舭龙骨的转动蚌壳结构，如果横摇角度、角速度、角加速度三个参数在设定时间内均持续低于相应的安全阈值下限，则判断船舶横摇很小，利用电机驱动转轴系统折叠舭龙骨的转动蚌壳结构。
2.根据权利要求1所述的舭龙骨的控制方法，其特征在于，在固定壳体结构(2)和转动壳体结构(1)之间设置有突出筒形结构，用于容纳输出轴(6)和锥齿轮(7)，所述的输出轴(6)在突出筒形结构的豁口位置与所述的转动壳体结构(1)固定在一起，使得转动壳体结构(1)实现在输出轴(6)的带动下转动。
3.根据权利要求1所述的舭龙骨的控制方法，其特征在于，在固定蚌壳结构(2)和转动蚌壳结构(1)的腔内设置有加强板(9)。
4.根据权利要求3所述的舭龙骨的控制方法，其特征在于，在加强板上开设有减轻孔。
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