CN108137146B - 操纵船舶的方法 - Google Patents

Abstract

操纵船舶的方法。本发明涉及一种操纵船舶的方法，所述船舶具有带纵向中心线的船体和与所述纵向中心线成直角布置在所述船体中的至少两个隧道推进器，每个隧道推进器具有固定螺距螺旋桨，该固定螺距螺旋桨具有沿优选旋转方向的转速以递送正推力，所述至少两个隧道推进器中的第一隧道推进器的正推力具有与所述至少两个隧道推进器中的第二隧道推进器的正推力相反的方向，所述方法包括以下步骤：在不需要操纵动作时，通过两个隧道推进器递送恒等正推力；以及在需要操纵动作时，增加所述第一隧道推进器的转速，以增加所述第一隧道推进器的正推力。

Description

操纵船舶的方法

技术领域

本发明涉及用于操纵船舶(marine vessel)的方法和装置。

背景技术

几十年来，通常的做法是在船舶的船首和/或船尾设置有横向于船舶的纵向布置在该船舶船体中的隧道推进器(tunnel thruster)。这种隧道推进器的目的是将船舶或其一端侧向移动，例如，用于入坞(docking)或动态定位的目的。用于这种隧道推进器的螺旋桨可以是固定螺距螺旋桨(FPP)或者可控螺距螺旋桨(CPP)。固定螺距螺旋桨(FPP)的典型特征是其旋转方向必须改变以改变推进器隧道中的流动方向。因此，由FPP产生的转向力或推力仅取决于螺旋桨的转速和方向。CPP的隧道中的流动方向的改变通过改变螺旋桨的螺距来完成，从而可以保持螺旋桨的旋转方向。由此转向力或推力取决于CPP的螺距角(pitchangle)和转速两者。

目前，船舶经常设置有并排布置在船舶船体中的两个或更多个隧道推进器，如图1中示意性地所示，以确保转向力足以满足要求最苛刻的应用(在入坞时或者在保持船舶在海上的位置不变时)。使用两个隧道推进器有多个原因。

首先，不考虑隧道推进器的类型(即，FPP或CPP)，隧道推进器始终具有使螺旋桨效率处于最佳的优选操作方向。由此，通过将隧道推进器布置在船舶船体中使得它们的优选操作方向相反，沿两个方向的可适用的转向力相等。

其次，轻型操纵任务中只需使用一个隧道推进器，即，可用于其优选操作方向的主动推进器。由此，另一隧道推进器可以被认为是被动式备用隧道推进器(passive sparetunnel thruster)或者用于困难操纵任务的隧道推进器，尽管与其优选操作方向相反。

第三，使用两个较小的隧道推进器代替一个能够沿与其优选操作方向相反的方向处理最严酷的操纵任务的大型推进器可以既节省船舶船体沿垂直方向的空间又节省至少在轻型操纵任务中的能量。

然而，最近据悉，一前一后布置并以传统方式运行的隧道推进器具有一些可以纠正的弱点。

首先，已知的事实是，固定螺距螺旋桨具有比可控螺距螺旋桨更高的效率比，这主要是由于以下事实：CPP的螺旋桨叶片必须被设计成按所有可适用叶片角来工作，由此它们的设计在任何叶片角度都不是最佳的。

其次，即使固定螺距螺旋桨似乎是隧道推进器的最佳选择，必须按与其优选操作方向相反的方向运行这一事实也要求在其设计时必须考虑到这种情况。这意味着FPP叶片的一些最佳特征必须被牺牲，才能使其可沿相反方向操作。

第三，在实践中已经知道，操纵的准确性不如它可以的那么好，尤其在它是一个需要低功率和由此通过隧道推进器的小流量的小型操纵问题时。

第四，在实践中已经知道，在船舶船体侧向移动的方向即将从左舷(port)改变到右舷(starboard)或反之亦然的情况下，操作一对隧道推进器的传统方式是缓慢的，即，导致响应时间长，隧道推进器必须停止以使它们的旋转方向反转。

鉴于上述情况，本发明的目的是，考虑到与在转向和操纵船舶中使用隧道推进器有关的多个不同方面，以优化操纵船舶为目标。这里，在本说明书中，词语“操纵”应被广义地理解为涵盖船舶、其船尾或其船首沿侧向的任何预期相对移动。换句话说，每次在船舶船体中横向于船体中心线布置的至少一个隧道推进器正在产生推力时，该操作被称为“操纵”。因此，无论风力、波浪和/或水流如何都要将船舶保持在适当位置(所谓的动态定位)和实际上沿侧向移动船只都被包括在术语“操纵”中。

本发明的另一目的是，找到一种用于操纵船舶的总体经济的方法和装置。

本发明的又一目的是，以使隧道推进器沿与其优选方向相反的方向的使用最小化为目标。

本发明的进一步的目的是提高操纵的准确性，尤其是考虑到小规模的移动。

本发明的又进一步的目的是，在操纵船舶时使附加噪声和振动的产生最小化。

发明内容

本发明的上述和其它目的通过一种操纵船舶的方法来实现，所述船舶具有带纵向中心线的船体和与所述纵向中心线成直角布置在所述船体中的至少两个隧道推进器，每个隧道推进器具有固定螺距螺旋桨(FPP)，该固定螺距螺旋桨具有沿优选旋转方向的转速以递送正推力，所述至少两个隧道推进器中的第一隧道推进器的正推力具有与所述至少两个隧道推进器中的第二隧道推进器的正推力相反的方向，所述方法包括以下步骤：在不需要操纵动作时，通过所述至少两个隧道推进器中的所述第一隧道推进器和所述第二隧道推进器两者递送恒等正推力；以及在需要操纵动作时，增加所述第一隧道推进器的转速，以增加所述至少两个隧道推进器中的所述第一隧道推进器的正推力。

本发明在解决至少一个上述问题时，还带来了多个优点，其中一些优点已在下面列出：

·对具有固定螺距螺旋桨的隧道推进器的投资低于具有可控螺距螺旋桨的投资，

·使用固定螺距螺旋桨的隧道推进器的能量消耗低于使用可控螺距螺旋桨的隧道推进器的能量消耗，

·在使用本发明的操纵方法和装置时的操纵准确性远远好于在使用传统操纵方法和装置时的操纵准确性，

·隧道推进器可以在其寿命的大部分时间内按其优选旋转方向运行，以及

·船舶船体侧向移动方向的改变可以非常平稳且迅速完成。

然而，应当理解，所列出的优点只是可选的，由此如果获得所述优点中的一个或更多个，则取决于实施本发明的方式。

附图说明

下面，参照附图，对用于操纵本发明的船舶的方法和装置进行更详细说明，其中，

图1示意性地例示了横向于船舶的纵向中心线布置在船舶船首处的两个隧道推进器，

图2例示了在功耗-所需推力图表中的固定螺距螺旋桨和可控螺距螺旋桨之间的比较，

图3例示了两种现有技术的隧道推进器的作为推力需求的函数的推力递送，

图4例示了FPP型和CPP型隧道推进器之间功率减少的差异，

图5例示了两种现有技术的隧道推进器的作为推力需求的函数的隧道推进器的转速，

图6例示了根据本发明的第一优选实施方式的、按照新颖运行方案运行的两个隧道推进器的作为推力需求的函数的推力递送，

图7例示了根据本发明的第一优选实施方式的、按照新颖运行方案运行的CPP型隧道推进器和FPP型隧道推进器之间的功率减小的差异，

图8例示了根据本发明的第一优选实施方式的、按照新颖运行方案运行的两个隧道推进器的作为推力需求的函数的隧道推进器的转速，

图9例示了根据本发明的第二优选实施方式的、按照新颖运行方案运行的两个隧道推进器的作为推力需求的函数的推力递送，

图10例示了根据本发明的第二优选实施方式的、按照新颖运行方案运行的CPP型隧道推进器和FPP型隧道推进器之间的功率减小的差异，

图11例示了根据本发明的第二优选实施方式的、按照新颖运行方案运行的两个隧道推进器的作为推力需求的函数的隧道推进器的转速，

图12例示了根据本发明的优选实施方式的、用于操纵船舶的装置，以及

图13例示了用于人工控制隧道推进器的转速的示例性实施方式。

具体实施方式

图1示意性地例示了在其船首设有两个隧道推进器12和14的船舶10，所述隧道推进器12和14具有驱动单元16和18以及螺旋桨20和22，所述螺旋桨被设置成使得它们的优选操作方向相反。隧道推进器已被定位成，使其轴线与船舶船体的中心线成直角。如果假定一螺旋桨的优选操作方向是将水汲取水经过驱动单元，则隧道推进器12在其优选方向操作时，推动船舶船首朝向左舷方向(即，左侧)，而隧道推进器14向右舷方向或向右推动，即，沿与示出水流经过隧道推进器的方向的箭头相反的方向。下列描述通过利用图1的隧道推进器装置作为本发明的优选隧道推进器装置来讨论本发明。然而，必须理解的是，隧道推进器装置中的隧道推进器的数量也可能超过两个。

本发明的出发点在于这样的事实，即，大多数船舶的操纵任务是对推力的需求相对较低(低于最大可用推力的30％)的小规模任务。这种任务尤其包括动态定位应用，其意指无论风力、波浪和/或水流条件如何都将船舶保持在适当位置。从效率的角度来看，固定螺距螺旋桨是隧道推进器的优选，因为它们的结构比可控螺距螺旋桨的结构更简单，由此对这种隧道推进器的投资较低。

另外，如图2所示，固定螺距螺旋桨比可控螺距螺旋桨更节能。图2的图表比较了驱动单元(例如，电动机)所需的功率(y轴)，以产生隧道推进器所需的推力(x轴)。在完全100％的推力下，由曲线A表示的、具有可控螺距螺旋桨(CPP)的隧道推进器所需的功率比由曲线B表示的、具有固定螺距螺旋桨(FPP)的隧道推进器所需的功率高大约6％。然而，当到达较低推力区域(即，所需推力是最大可用推力的50％或更少)时，可以看出，曲线A和B开始离开，使得表示具有FPP螺旋桨的隧道推进器的功耗的曲线B在所需负载变窄至0％时变窄至0％。表示具有CPP螺旋桨的隧道推进器的曲线A保持在功耗的25％以上，由此，在低需求推力下所需功率的差异是巨大的(即，与FPP型隧道推进器相比，CPP型隧道推进器的功率需求大约为10倍)。CPP型隧道推进器的功耗较高的主要原因是其工作原理是通过调节螺旋桨叶片角度来改变推力，由此，即使叶片角度几乎为0度，螺旋桨仍在旋转并因此消耗能量。较高推力下的较高功耗是基于CPP的流体动力学设计不如FPP的流体动力学设计最佳的事实，部分因为CPP叶片设计必须考虑到叶片角度的变化，并且因此无法设计成针对单个叶片角度最佳，并且部分因为CPP型隧道推进器的较大轮毂容纳叶片的螺距偏转机构。FPP型隧道推进器的工作原理就其部分而言，通过改变螺旋桨的转速来调节推力，由此，自然地，随着推力需求变低，功耗随着转速的降低而降低。另外，当叶片角度固定时，螺旋桨叶片可以被设计成在水动力学方面更佳。

图3例示了基本情况，即，运行两个FPP型隧道推进器的传统的、现有技术方式，图4比较了如图3所示的FPP型隧道推进器和CPP型隧道推进器之间的功耗，而图5示出了推力需求对FPP型隧道推进器转速的影响。图3是一个图表，其中，X轴表示两个隧道推进器的推力需求，以这两个隧道推进器的最大可用组合推力的百分比单位为单位，而Y轴表示单个隧道推进器的推力递送，以该单个隧道推进器的最大可用推力递送的百分比单位为单位。换句话说，就像图表所示出的那样，这两个隧道推进器的图形彼此交叠(one on top ofanother)，使得例如，当总推力需求为50％时，两个隧道推进器都运行，以使它们递送它们的最大推力的50％。推力需求(X轴)中的正值或负值意指推力沿左舷或右舷方向操纵船舶或其船尾或船首。推力递送(Y轴)中的正值和负值指示单个隧道推进器的推力值。正值意指沿FPP螺旋桨的优选操作方向的推力，而负值意指沿与FPP螺旋桨优选操作方向相反的方向的推力。该优选方向可以被视为螺旋桨将水汲取经过隧道推进器的驱动单元的方向。Y轴上的刻度(即，X轴上方的正值和其下方的负值)表示图形C所示的第一隧道推进器的推力，而由图形D表示的针对第二隧道推进器的刻度是相反的(即，在X轴下方的正值和其上方的负值(这可结合图6更好地见到))。如可以在图3中看出，两个隧道推进器的组合推力递送是单个隧道推进器的推力需求的线性函数。这意指，在实践中，为了沿一个方向(即，沿左舷或者右舷方向)递送希望推力，一个隧道推进器沿其优选操作方向以希望相对推力运行，以产生正推力，而另一个沿与其优选操作方向相反的方向以相同的希望相对推力运行，以产生负推力。为清楚起见，在组合推力时，执行计算如下：组合推力＝(第一隧道推进器的推力-第二隧道推进器的推力)/2(负号-是考虑隧道推进器的相反优选操作方向)。该等式通过将“第一隧道推进器的推力-第二隧道推进器的推力”除以因子二，来考虑两个隧道推进器的组合推力实际上处于最高200％的事实，由此，能够使用100％的相对推力作为最高的相对组合推力值，该因子必须除以二。这里，例如，第一隧道推进器是产生针对将船舶或其船尾或船首向右舷方向移动的方向的正推力的隧道推进器，而第二隧道推进器是产生针对将船舶或其船尾或船首向左舷方向移动的方向的正推力的隧道推进器。即，从而正向组合推力将船舶或其船尾或船首向右舷方向移动，而负向组合推力将船舶或其船尾或船首向左舷方向移动。

当从功耗的角度考虑时，图4示出了与图2一致地，贯穿推力需求(X轴)的整个范围，CPP型螺旋桨的功耗(Y轴)(图形CPP)如何高于FPP型螺旋桨的功耗(图形FPP)。第三图形(PR)例示了在使用FPP型螺旋桨代替CPP型螺旋桨时的功率减少(单位为百分比)。可以看出，功率减少自然地在推力需求处于-50％与+50％之间的区域处(即，在动态定位应用的典型区域处)最高。无论如何，整个推力需求范围(-100％…+100％)的总体功率减少为34％。

图5例示了FPP型隧道推进器的作为组合推力需求(X轴)的函数转速(Y轴)。很容易看出，转速与推力需求没有线性关系，但特别是在原点附近，需要非常高的转速变化才能实现推力的小变化。

鉴于上述现有技术研究，似乎在隧道推进器中使用固定螺距螺旋桨是很好的基础，并且应被视为进一步优化的起点。如已经在本说明书的介绍部分中所讨论的那样，操作FPP型隧道推进器的现有技术方式，即，以其优选方向一次一个地运行螺旋桨，或者在较重情况下，运行两个螺旋桨，使得它们可以沿左舷或右舷方向递送推力，由此，在船舶船体的移动方向可能几乎恒定变化的动态定位应用中，螺旋桨必须连续地启动和停止，从而导致对改变移动方向的需求响应非常缓慢。这可以借助于船舶或其船首或其船尾的侧向运动的方向应当改变的例子来进行更详细说明。因此，这种情况在其最坏情况下，使得水沿同一方向流过两个隧道推进器，并且为了改变船舶或其船首或船尾的移动方向，两个螺旋桨的旋转方向必须改变。现在，在推进器隧道内，螺旋桨必须首先对抗水流的惯性，意味着浪费能量，直到水流可以在两个隧道中转向希望的相反方向为止。这种水流方向的改变需要时间，并且在那段时间期间，实际上没有任何方向的操纵动作。另外，推进器隧道中流动方向的突然且有时几乎连续的改变会导致噪声和振动，这可能被认为是不太理想的特征。

为了提高船舶的可操纵性，本发明建议按以下方式运行隧道推进器：在低操纵或零操纵动作时，事实至少两个隧道推进器中的两个隧道推进器递送正向推力(即，沿其优选操作方向的推力)，并且对于所述至少两个隧道推进器的显著操作部分(即，在操纵动作中)，一个隧道推进器负责所需操纵的推力递送。基本上，用于纠正上述问题的第一种新颖且创造性的方式是准备在低推力区域(即，动态定位时使用的区域)例如通过将两个螺旋桨沿其优选方向运行以产生正推力改变船舶、其船首或其船尾的移动方向，由此根本不需要改变推进器隧道中的水流的方向，而只是调节流速，即，体积流量。第二种新颖且创造性的方式是以不同的转速运行隧道推进器，并且通过这样做，来调节船舶、其船首或船尾发生的实际或相对移动方向。

通过以上讨论的方式，本发明的装置总是准备好改变船舶、其船首或其船尾的移动方向，而在大多数可应用场合无需改变推进器隧道中的流动方向。即使在某些例外情况下推进器隧道中的流动方向可能需要改变，其也仅在一个推进器隧道中发生，而不是像现有技术方法和装置那样在两者中发生。另外，通过在低推力需求下连续递送相反方向的推力，不存在根本未进行的有效操纵动作的单个时段，由此，例如防止动态定位中的任何暂时不稳定性，并显著降低振动和噪音。下面，在图表6和9的原点处，两个隧道推进器都沿相反方向产生推力，并且当从原点在任一方向移动时，任一个方向总是存在推力，以增加了船舶的稳定性。

图6以图3所示现有技术运行方案的运行方案的方式在推力需求-推力递送图中例示了根据本发明的第一优选实施方式的隧道推进器中的至少两个。换句话说，图6是一个图表，其中，X轴表示两个隧道推进器的推力需求，其以这两个隧道推进器的最大可用组合推力的百分比单位为单位，而Y轴表示单个隧道推进器的推力递送，其以该单个隧道推进器的最大可用推力递送的百分比单位为单位。换句话说，就像图表所示出的那样，这两个隧道推进器的图形在+45％和-45％的推力需求之外彼此交叠并在其间分开。推力需求(X轴)中的正值或负值意指沿左舷或右舷方向操纵船舶或其船尾或船首的推力。推力递送(Y轴)中的正值和负值指示单个隧道推进器的推力值。正值意指沿第一FPP螺旋桨的优选操作方向的推力，而负值意指沿与第一FPP螺旋桨优选操作方向相反的方向的推力。该优选方向可以被视为螺旋桨将水汲取经过隧道推进器的驱动单元的方向。Y轴上的刻度(即，X轴上方的正值和其下方的负值)表示图形C所示的第一隧道推进器的推力，而由图形D表示的针对第二隧道推进器的刻度是相反的(即，在X轴下方的正值和其上方的负值)。图6的图表具有垂直线L，通过该垂直线L可以更好地说明推力需求和推力递送之间的关系。线L与X轴相交的点是针对特定操纵动作所需的推力需求或需要(即，在这个例子中，这两个隧道推进器的最大组合推力的+15％)。并且线L与图形T1和T2相交的点指示导致两个隧道推进器的15％的组合推力的隧道推进器T1和T2的所需的推力递送。换句话说，使用结合图3讨论的等式，现在隧道推进器T1递送大约+35％的推力，而隧道推进器T2递送大约+5％的推力，组合推力为(推力T1-推力T2)除以2，即，(35％-5％)/2＝15％。

该图表也可以理解如下。在X轴上方(推力需求)，由图形T1表示的第一隧道推进器沿其优选操作方向旋转以递送正推力，而由图形T2表示的第二隧道推进器沿与其优选操作方向相反的方向旋转以递送负推力。自然地，在X轴下方，第二隧道推进器沿其优选操作方向旋转以递送正推力，而第一隧道推进器沿与其优选操作方向相反的方向旋转以递送负推力。在Y轴的右侧，“主导”或主动隧道推进器是第一个隧道推进器，即，第一个隧道推进器负责船舶、其船首或船尾沿由该第一隧道推进器的优选旋转方向所产生的正推力移动其的方向移动。然而，除了第一隧道推进器的正推力之外，在高于某一预定推力需求的某处(这里，大约40％)，第二隧道推进器单元通过变成沿与其优选方向相反的方向旋转而开始通过用其产生的负推力辅助移动船舶、其船首或其船尾来负起责任。在Y轴的左侧，“主导”隧道推进器是第二个隧道推进器，即，船舶、其船首或船尾沿由该第二隧道推进器的优选旋转方向所产生的正推力移动其的方向移动。然而，在高于某一预定推力需求的某处(这里，大约-40％)，第一隧道推进器通过变成沿与其优选方向相反的方向旋转而开始通过用其产生的负推力辅助移动船舶、其船首或其船尾来负起责任。

因此，所述至少两个隧道推进器按以下方式运行：例如在动态定位时，不需要沿任一方向的移动(即，真实推力需求为0)，两个隧道推进器都被设定成沿其优选方向递送预定正推力，例如，其最大能力的5％至10％(这里示出5％的设定点)，由此，沿相反方向作用的相等的正推力相互抵消。现在，根据本发明的优选实施方式，当需要沿任一方向移动时，隧道推进器中的一个(在此，第一隧道推进器)转变成主动隧道推进器(通过增加其转速)，而另一个(在此，第二隧道推进器)保持被动或怠速(转速保持不变)。通过利用其优选旋转方向来沿希望侧向推动船舶、其船首或其船尾的第一隧道推进器的转速以及正推力递送(图形T1)由此增加，而保持第二隧道推进器的正推力递送(图形T2)(此处为5％)。然而，如果组合推力需求超过预定值，在这个例子中，总可用推力的40％，那么这意味着第一隧道推进器的推力递送升高至边界值，在该示例性实施方式中，达到了85％(换句话说，针对第一隧道推进器和第二隧道推进器中的每一个的40％总组合推力需求意味着针对第一隧道推进器的85％推力递送，因为其还必须抵消第二隧道推进器以相反方向运行的5％推力递送)，第二隧道推进器通过以下方式采取动作：通过首先将其转速减小到零，通过将其转变成沿与其优选方向相反的方向旋转，并且由此使推进器隧道中的水流以相反方向转向，并且最终提高第二隧道推进器的速度，使得其递送其最大推力的份额等于第一个隧道推进器的推力。自然地，后者的动作意味着第一隧道推进器的转速或正推力递送必须以相应方式减小，使得由两个隧道推进器递送的总推力或组合推力保持在图表的对角线上。

图7例示了隧道推进器运行方案变化对隧道推进器功耗的影响。再次地，将FPP型隧道推进器的使用与CPP型隧道推进器进行比较。FPP型隧道推进器的功耗保持低于CPP型隧道推进器的功耗，除了功率减少图形(PR)变为负值的大约40％或-40％推力需求的区域以外。然而，鉴于总的操作范围，使用FPP型隧道推进器时包括的功率减少非常重要。

图8例示了根据图6的方案运行的FPP型隧道推进器的作为总推力需求或组合推力需求(x轴)的函数的转速(y轴)。这里，再次地，线L表示根据图6的运行方案达到希望总推力的+15％，第一隧道推进器T1需要以其全速的60％运行，而隧道推进器T2以其全速的大约22％运行。换句话说，第一隧道推进器T1的+35％的递送推力(参见图6)需要+60％的转速，而第二隧道推进器T2的+5％的递送推力(参见图6)需要+22％的转速。在原点处，即，推力需求为0的位置，两个隧道推进器的转速保持在隧道推进器的全速值的大约20％至25％的相等正值。正值意指隧道推进器沿其优先方向旋转并且它们产生正推力。隧道推进器的这种转速产生了来自隧道推进器的最大可用推力的大约5％-10％的正推力(参见图6)。同样，术语正推力意指通过隧道推进器沿其优选方向旋转而产生的推力。

当船舶、其船首或其船尾需要在水中侧向移动时，隧道推进器中的一个(例如，第一隧道推进器T1)的转速增加，而第二隧道推进器T2的转速保持恒定。如果第一隧道推进器T1达到其针对推力需求的预定边界线(如图6所示)，则采用第二隧道推进器T2来参与推力递送。首先，第二隧道推进器T2的转速减小到0，由此第二隧道推进器T2的正推力减小到0并且不再抵抗第一隧道推进器T1的正推力。接下来，改变第二隧道推进器T2的旋转方向并其开始产生负推力，其具有与第一隧道推进器T2的正推力相同的方向。由于，第二隧道推进器T2参与沿与第一隧道推进器T1相同的方向的推力产生，在大约45％的推力需求下，第一隧道推进器T1的转速可以减小并且其推力产生份额减小以满足第二隧道推进器T2的推力产生份额。此后，即，在45％推力需求值以上，两个隧道推进器的转速同等地改变。

图9例示了根据本发明的第二优选实施方式的隧道推进器的运行方案。其功能差异可以在图形T3和T4中看到，其中，图5的图形T1和T2的所有“拐角”都是圆形的。在实践中，这意味着隧道推进器的较平滑操作以及船舶侧向移动中不太明显的加速或减速。另外，其减小了隧道推进器装置中各种组件(尤其是叶片、齿轮以及驱动单元)所经受的应力。

图10例示了隧道推进器运行方案变化对隧道推进器功耗的影响。与图7比较时，很容易看到推力递送中的“角的变圆”也导致功耗中的“角的变圆”。现在，功率减少图形(PR)在隧道推进器的整个操作范围内保持为正。

图11例示了根据图9的方案运行的FPP型隧道推进器作为推力需求(X轴)的函数的转速(Y轴)。如果与图9的表示比较，则在原点处，即，推力需求为0的位置，两个隧道推进器的转速保持在隧道推进器的全速值的大约30％至35％的相等正值。正值意指隧道推进器沿其优选方向旋转。隧道推进器的这种转速产生来自隧道推进器的最大可用推力的大约10％的正推力(参见图9)。同样，术语正推力意指通过隧道推进器沿其优选方向旋转而产生的推力。通过在从原点移开时，同时增加第一隧道推进器T3的转速并减小第二隧道推进器T4的转速来实现图9的运行方案中的角的变圆。然而，由于第二隧道推进器T4的转速在一定的推力需求/递送下仅减小到大约20％-25％的值，并且此后保持恒定直至组合推力需求已升高至其边界线值的情况，隧道推进器的运行方案大致如结合第一优选实施方式所介绍和解释的而继续。该运行方案中的另一个小改变可以在边界线值附近看到，其中，如在图8的实施方式中那样，第一隧道推进器的转速增加没有立即停止，而是稳定地减少速度增加并然后稳定地将其转变成减速。通过平滑地执行速度改变，整个操作更加平滑，并且其因振动和噪声而对船舶造成的影响不太显著。

如从图6-11中讨论的实施方式中可以看出，当与现有技术相比时，本发明具有许多优点。首先，针对隧道推进器的大部分真实操作或操纵范围(这里为-40％与+40％的组合推力需求之间)，隧道推进器的螺旋桨的旋转方向不改变。只有在非常例外情况下，才需要大于+/-40％的组合推力。在实践中，这意味着推进器隧道中的体积流量通常不会改变，这等于减少了能耗、噪声以及振动。另外，几乎总是以同一的方向运行的驱动器或齿轮箱可能会被认为是一种优势，因为基于怠速齿轮方式，对于齿轮，到70％的当前应用的载荷减少可能会增加到90％。这将允许在同一推进器单元上的更多的动力，导致降低成本。当齿轮沿两个方向操作时，由于齿轮的齿在两侧被加载，因此应用载荷减少。该双面载荷会对疲劳载荷(fatigue loading)产生影响，因此应用到70％的载荷减少。

关于上面讨论的本发明的两个优选实施方式，应当理解，该运行方案在本发明的覆盖范围内可以有很大的变化。例如，在第二隧道推进器转变成以沿同一方向的推力来辅助第一隧道推进器之前，有可能增加或减少允许单隧道推进器产生的最大推力递送。当隧道推进器以相同推力但相反方向运行时，也可以减少或增加“空转”正推力。另外，“被动”隧道推进器的恒定低正推力可以根据两个提出的优选实施方式中示出的值来增加或减少。此外，显然在本发明的装置中使用的隧道推进器的数量可以多于两个。一种选择是隧道推进器成对出现，由此存在两对相等的隧道推进器，一对具有沿其左舷方向的优选操作方向，而另一对具有沿其右舷方向的优选操作方向。在这种情况下，每对都可以像上述实施方式的单个隧道推进器那样运行。在另一情况下，按照上述实施方式的方式，一对隧道推进器中的一个隧道推进器可以与另一对隧道推进器中的另一隧道推进器单独运行。另一种选择是存在三个隧道推进器使得存在两个较小的隧道推进器和一个较大的隧道推进器的情况。在这种情况下，两个较小的隧道推进器可以具有沿一个方向的优选操作方向，而较大的隧道推进器可以具有沿相反方向的优选操作方向。现在，两个较小的隧道推进器可以一次运行一个或者一起运行。然而，在任一种情况下，较小的隧道推进器可以被认为是一个隧道推进器，而较大的隧道推进器可以被认为是另一隧道推进器，并且按上述实施方式的方式驱动。此外，一种选择是，具有三个隧道推进器，其中，两个类似，它们的操作方向相反，而第三个推进器仅在那两个隧道推进器中的任一个需要帮助时使用。在这种情况下，可以如早前实施方式中所讨论的那样运行两个首先提到的隧道推进器。

图12例示了根据本发明的优选实施方式的用于操纵船舶的装置。该装置包括一对隧道推进器30和32，每个隧道推进器都具有驱动单元和固定螺距螺旋桨。隧道推进器30和32的驱动器联接至控制单元34，以便调节隧道推进器30和32的转速。控制单元34是船舶的推进控制系统36的一部分，其可以例如通过动态定位系统38来自动控制，或者借助于控制杆40来人工控制。

图13例示了用于人工控制隧道推进器的转速的示例性实施方式。图表的x轴表示从左舷(左侧)到右舷(右侧)的控制杆位置，而y轴表示隧道推进器螺旋桨的相对转速。在x轴上方的区域，隧道推进器的螺旋桨沿其优选旋转方向旋转，而在x轴下方，隧道推进器的螺旋桨沿与其优选方向相反的方向旋转。实线表示第一隧道推进器，而虚线表示第二个隧道推进器。例如进行人工控制，使得在需要操纵动作时，控制杆向右移动，由此第一推进器的转速相对于控制杆移动线性增加。同时，第二推进器的转速沿其优选旋转方向以较小值保持恒定。当第一推进器的转速在控制杆位置5处达到其最大值时，首先将第二推进器的转速减小到0，并且然后使旋转方向反转。此后，当控制杆仍然向右移动时，第一推进器的转速保持在其最大值，并且第二推进器的转速增加，使得在控制杆达到其最大值(图中的10)时达到其最大速度值。图13清楚地公开了两个隧道推进器如何在它们的总控制范围的相当大的一部分上以其优选方向运行，即，两个隧道推进器可以在它们的优选方向上运行其控制范围的四分之三。另外，当中心区域(即，沿任一方向的控制杆位置1-4)形成大部分(至少80％)操纵任务(包括动态定位)时，隧道推进器很少沿与其优选方向相反的方向运行。

上面讨论的本发明的实施方式揭示，实际上隧道推进器的转速(rpm)控制借助于或多或少的自动化装置来进行。如果是不管风力、波浪或潮流如何船舶保持在适当位置的动态定位问题，那么定位和操纵可以被完全自动执行。操作员只需要指示控制系统维持船舶的位置，此后，该系统例如使用GPS或某一其它合适的位置检测系统以及存储在控制计算机中的软件来执行所需操纵任务，其主要特征已经结合图6-11的实施方式进行了讨论。尽管船舶的普通入坞也可以自动执行，但通常的做法是船舶的操作员通过使用一个或更多个控制杆(如结合图13所讨论的控制杆)来人工执行入坞。然而，如可以在图13中看出，控制杆从一个位置到另一位置的每次移动对于不同的隧道推进器都意味着不同的事情。由此清楚的是，控制杆位置和其移动方向都指示软件按照正确的次序和定时执行所需操纵任务，其主要特征已经结合图6-11的实施方式进行了讨论。例如，将控制杆从针对左舷的位置6(从左侧)移动至位置5指示根据图13执行以下任务：1)将第一隧道推进器的转速转变成其优选旋转方向，以及2)将第一隧道推进器的转速增加至其全转速的10％。然而，如果同一控制杆位置从右侧(即，从控制杆位置4)接近，则该任务是不同的，如下：1)将第二隧道推进器的速度增加至全速，2)将第一隧道推进器的转速转变成与其优选旋转方向相反的方向，以及3)此后沿与其优选旋转方向相反的方向，将第一隧道推进器的转速增加至其全转速的10％。

应当理解，以上仅仅是用于操纵船舶的新颖且创造性的方法和装置的示例性描述。应当理解，尽管上述说明书讨论了一对隧道推进器的某些类型的运行方案，但所讨论的运行方案并不将本发明限制于所讨论的方案。因此，上述解释不应被理解为通过任何方式来限制本发明，而是本发明的整个范围仅由所附权利要求来限定。另外清楚的是，隧道推进器的螺旋桨的驱动不仅可以通过机械齿轮和轴驱动器来设置，而且还可以借助于布置在推进器轮毂中的电动马达或液压马达来设置。从根据上述描述，应当理解，即使在本说明书或附图中没有具体示出或讨论本发明的单独特征与其它单独特征的组合，也可以结合这种组合来使用。

Claims (11)

1.一种操纵船舶的方法，所述船舶具有带纵向中心线的船体和与所述纵向中心线成直角布置在所述船体中的至少两个隧道推进器，每个隧道推进器具有固定螺距螺旋桨FPP，该固定螺距螺旋桨具有沿旋转方向的转速以递送正推力，所述至少两个隧道推进器中的第一隧道推进器的正推力具有与所述至少两个隧道推进器中的第二隧道推进器的正推力相反的方向，所述方法包括以下步骤：

a)在不需要操纵动作时，通过所述至少两个隧道推进器中的所述第一隧道推进器和所述第二隧道推进器两者递送恒等正推力，以及

b)在需要操纵动作时，增加所述第一隧道推进器的转速，以增加所述至少两个隧道推进器中的所述第一隧道推进器的正推力。

2.根据权利要求1所述的操纵船舶的方法，其特征在于，在实施步骤b)时，通过保持所述至少两个隧道推进器中的所述第二隧道推进器的转速恒定来保持其正推力。

3.根据权利要求1所述的操纵船舶的方法，其特征在于，在实施步骤b)时，降低所述第二隧道推进器的转速，以降低所述至少两个隧道推进器中的所述第二隧道推进器的正推力。

4.根据权利要求1所述的操纵船舶的方法，其特征在于，在实施步骤b)时，将所述第二隧道推进器的转速降低至其原始值与零之间的值，以降低所述至少两个隧道推进器中的所述第二隧道推进器的正推力，但仍保持所述推力为正。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的操纵船舶的方法，其特征在于，在实施步骤b)时，将所述第一隧道推进器的转速增加至一预定水平以递送正推力，或者增加所述第一隧道推进器的转速以递送预定正推力。

6.根据权利要求5所述的操纵船舶的方法，其特征在于，当所述第一隧道推进器已经达到其预定转速或者其预定正推力时，操作所述第二隧道推进器以降低其转速。

7.根据权利要求6所述的操纵船舶的方法，其特征在于，通过以下步骤来操作所述第二隧道推进器以降低其转速：

i.首先将其转速降低至零，以及

ii.其次沿相反方向增加其转速，以递送负推力。

8.根据权利要求7所述的操纵船舶的方法，其特征在于，与步骤i和步骤ii同时地，降低所述第一隧道推进器的转速，以降低其递送的正推力。

9.根据权利要求7所述的操纵船舶的方法，其特征在于，与步骤i和步骤ii同时地，保持所述第一隧道推进器的转速，以维持其递送的推力恒定。

10.根据权利要求8所述的操纵船舶的方法，其特征在于，将所述第一隧道推进器的正推力和所述第二隧道推进器的负推力稳定至等值。

11.根据权利要求10所述的操纵船舶的方法，其特征在于，如果需要更多推力，则同等地增加所述第一隧道推进器的转速和所述第二隧道推进器的转速，以同等地增加它们递送的推力。