CN108313232B - 基于二维矢量推进器和移动重物的组合式船舶减摇装置 - Google Patents

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Abstract

基于二维矢量推进器和移动重物的组合式船舶减摇装置,涉及船舶减摇装置。横摇螺旋桨通过螺旋桨摆杆与直流动力电机联轴器连接,直流动力电机联轴器通过动力电机支架与动力电机连接,动力电机支架与摇摆电机通过直流动力电机联轴器连接,动力电机支架安装在直流电机托台上,后置动力螺旋桨支架与船舶用于前后移动的螺旋桨连接,导轨重物安装在导轨上,导轨安装在型材平台上,导轨左右两侧安装有直流电机托台,摇摆电机后部两侧安装有用于船体前后移动的船舶用于前后移动的螺旋桨,型材平台与两侧的直流电机托台紧邻安装,摇摆电机联轴器与摇摆电机相连,摇摆电机设在摇摆电机托台上,船体与型材板的连接件设在型材平台上。

Description

基于二维矢量推进器和移动重物的组合式船舶减摇装置

技术领域

本发明涉及船舶减摇装置,尤其是涉及基于二维矢量推进器和移动重物的组合式船舶减摇装置。

背景技术

船舶在海浪中航行,由于受到风、浪、海流等因素的影响,将产生6个自由度的运动:横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡。对这些运动的控制不当,会引起姿态失稳,危及船舶航行安全([1]Perez T,Blanke M.Ship roll damping control[J].Annual Reviews inControl,2012,36(1):129-147)。船舶在河海中航行时的摇晃以横摇为主,为了减少船舶的摇晃,一般船体上都会被改造装上一些减摇装置。在一些游艇为主的奢侈品中,舒适性成为衡量游艇优劣的非常重要的指标。

减摇鳍是目前效果比较好、应用范围广、装船量高的一种减摇方式,但是,减摇鳍只是在高速下减摇效果明显,在低速以及零航速下减摇效果很不明显。

减摇水仓应用范围也比较广,减摇水仓利用船内反向力矩的作用,减摇效果也非常好,但是减摇水仓对船体的改动较大一般占到全船约1%~4%的排水量,不适合小型机动性能高的船只。

减摇陀螺是利用动力陀螺的物理特性,在将其进动轴沿船体横向布置时,通过旋转飞轮的角动量与飞轮进动振荡的组合产生稳定转矩,以抵抗横摇运动。近年来,随着材料、电气驱动、数字控制等技术的进步,在游艇行业的发展及零航速减摇需求的推动下,陀螺稳定器又出现了进一步发展。如,最新驱动和轴承技术能够使旋转轮在尺寸缩小的同时增加其角速度;此外,数字控制系统可实现状态监测及动态特性自适应进动控制,以满足不同航行环境条件下的减摇控制要求([2]Steinmann P,Perez T.Gyro-stabilised high-speed trimarans[C]//RINA Iinternational Conference on Innovation in High-speed Marine Vessels,Fremantle,Australia.January,2009)。虽然减摇陀螺的减摇效果比较好,但是技术难度较高、造价较贵。

利用重物在转动系统中沿径向方向运动时的科氏效应,日本横滨国立大学的Hirakawa等([3]Hirakawa Y,Hirayama T,Kakizoe K,et al.Sea trial of prototypeVertical Weight Stabilizer(VWS)anti-rolling system for small ships[J].Journalof Marine Science&Technology,2014,19(3):292-301)提出了一种垂直重力稳定器系统,并在船模实验中证实了其有效性,然而缺乏合适的致动器,该系统实际应用较为困难。

所以,现在需要一种全航速下减摇效果比较好、对船体改动较小以及造价低廉的减摇装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够大幅度解决游艇横摇摇晃的作用,在各种航速下减摇效果都比较好、对船体改动较小以及造价低廉的基于二维矢量推进器和移动重物的组合式船舶减摇装置。

本发明设有横摇螺旋桨、螺旋桨摆杆、直流动力电机联轴器、动力电机支架、动力电机、后置动力螺旋桨支架、导轨重物、船体、船舶用于前后移动的螺旋桨、摇摆电机、型材平台、导轨、船体与型材板的连接件、直流电机托台、摇摆电机联轴器和摇摆电机托台;所述横摇螺旋桨通过螺旋桨摆杆与直流动力电机联轴器连接,直流动力电机联轴器通过动力电机支架与动力电机连接,动力电机支架与摇摆电机通过直流动力电机联轴器连接,动力电机支架安装在直流电机托台上,后置动力螺旋桨支架与船舶用于前后移动的螺旋桨连接,导轨重物安装在导轨上,导轨安装在型材平台上,导轨左右两侧安装有直流电机托台,摇摆电机后部两侧安装有用于船体前后移动的船舶用于前后移动的螺旋桨,型材平台与两侧的直流电机托台紧邻安装,摇摆电机联轴器与摇摆电机相连,摇摆电机设在摇摆电机托台上,船体与型材板的连接件设在型材平台上。

本发明的船舶横摇减摇装置包括导轨重物减摇和二维矢量减摇器。本发明的船体后面设有两个动力螺旋桨,通过控制两个动力螺旋桨的电机,进而控制螺旋桨的转速达到前进、后退、转向的目的,有利于船舶的全方位行走。

本发明的船体两侧的减摇螺旋桨由直流动力电机直接控制,当船体左右摇摆时,计算出船体摇摆的幅度和频率以及即将摇摆的方向,及时带动两侧的减摇螺旋桨以一定的幅度、一定的转速转动,把船体扶正,船体摆动的幅度越大,两侧的减摇螺旋桨杆摆动的幅度以及螺旋桨的转速也会相适应地增加,达到减少船体横摇的目的。

本发明的船体上方的导轨重物可以辅助两侧的矢量减摇器,达到更快速地反应更有效作用的目的,导轨上与船体重量相适应的重物可以更加精确地控制船体的姿态,更加灵敏地控制船体回正的反应速度。

本发明以提高船舶的舒适度、安全性、稳定性,该二维矢量推进器具有结构简单紧凑、体积较小、制造和维护成本低的优点。导轨上的重物、两侧的二维矢量推进器以及船体后置的动力螺旋桨协同作用产生回正力矩,从而在不同级别的风浪条件下达到保证船体平稳、最大极限减少船体横摇的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成前视图。

图2为本发明实施例的结构组成后视图。

图3为本发明实施例的结构组成俯视图。

图4为本发明实施例的结构组成等轴测图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的二维矢量推进器和重物移动式减摇装置作进一步说明。

参见图1~4,本发明实施例设有横摇螺旋桨1、螺旋桨摆杆2、直流动力电机联轴器3、动力电机支架4、动力电机5、后置动力螺旋桨支架6、导轨重物7、船体8、船舶用于前后移动的螺旋桨9、摇摆电机10、型材平台11、导轨12、船体与型材板的连接件13、直流电机托台14、摇摆电机联轴器15和摇摆电机托台16;所述横摇螺旋桨1通过螺旋桨摆杆2与直流动力电机联轴器3连接,直流动力电机联轴器3通过动力电机支架4与动力电机5连接,动力电机支架4与摇摆电机10通过直流动力电机联轴器3连接,动力电机支架4安装在直流电机托台14上,后置动力螺旋桨支架6与船舶用于前后移动的螺旋桨9连接,导轨重物7安装在导轨12上,导轨12安装在型材平台11上,导轨12左右两侧安装有直流电机托台14,摇摆电机10后部两侧安装有用于船体8前后移动的船舶用于前后移动的螺旋桨9,型材平台11与两侧的直流电机托台14紧邻安装,摇摆电机联轴器15与摇摆电机10相连,摇摆电机10设在摇摆电机托台16上,船体与型材板的连接件13设在型材平台11上。

本发明包括船体8与船体8相固结的型材平台11,与型材平台11用螺栓连接的是两侧的直流电机托台14,直流电机托台14采用分离式,即用两个托台托举一个动力电机与螺旋桨的组合件,这样可以是使减摇螺旋桨达到最大的摆幅,进而可以更高效地提高减摇装置的作用。摇摆电机10与动力电机支架4之间相连接的是直流动力电机联轴器3,摇摆电机联轴器15和摇摆电机10相连。型材平台11固结一个导轨重物减摇装置,导轨12上放置导轨重物7,导轨12上的重块可以横向摆动,当船体左右横摇时,横向移动重块就可以给船体施加一个抵消横摇的力矩,进而达到减摇的目的。

船体后部放置两部动力螺旋桨装置,通过控制左右的驱动电机进而控制船舶用于前后移动的螺旋桨9的转速、转向,当左侧的螺旋桨转速小于右侧时,转速差带来的力矩会迫使船体朝左侧转弯;同理,当右侧转速小时,船体就会右转。当两个动力螺旋桨都作反向转动时,船体会向后倒车。当船体需要快速机动时,可以控制船舶用于前后移动的螺旋桨9向不同的方向转向,从而达到最快速的机动转向目的。

当水面上比较平静时,船体利用后置的船舶用于前后移动的螺旋桨9完成前进、后退、转向的目的;

当水面上稍起风浪时,船体上的监测系统感知到风浪的程度,预测出船体即将进行的最大姿态变化,根据此姿态变化,调动导轨上面的导轨重物7移动,导轨12上的导轨重物7的移动可以精准调节回正力矩的大小,当风浪作用于船体上时,导轨12上的导轨重物7开始移动,产生的回正力矩与风浪作用于船体的横摇力矩抵消,从而达到维护船体平稳的目的;

当水面上有较大的风浪时,船体上的监测系统感知到风浪的程度,预测出船体即将进行的最大姿态变化,调动导轨12和两侧的二维矢量推进器,当风浪作用于船体上时,导轨上的导轨重物7和二维矢量推进器均满荷运行,达到最大程度减少船体横摇的目的;

当风浪的方向和船体纵向不相垂直时,调动后置的船舶用于前后移动的螺旋桨9,迅速转动船体的方向使得船体的纵向与风浪的方向相垂直,同时预测出船体即将进行的最大姿态变化,调动导轨和两侧的二维矢量推进器,达到减少船体横摇的目的。

Claims (1)

1.基于二维矢量推进器和移动重物的组合式船舶减摇装置,其特征在于设有横摇螺旋桨、螺旋桨摆杆、直流动力电机联轴器、动力电机支架、动力电机、后置动力螺旋桨支架、导轨重物、船体、船舶用于前后移动的螺旋桨、摇摆电机、型材平台、导轨、船体与型材板的连接件、直流电机托台、摇摆电机联轴器和摇摆电机托台;所述横摇螺旋桨通过螺旋桨摆杆与直流动力电机联轴器连接,直流动力电机联轴器通过动力电机支架与动力电机连接,动力电机支架与摇摆电机通过直流动力电机联轴器连接,动力电机支架安装在直流电机托台上,后置动力螺旋桨支架与船舶用于前后移动的螺旋桨连接,导轨重物安装在导轨上,导轨安装在型材平台上,导轨左右两侧安装有直流电机托台,摇摆电机后部两侧安装有用于船体前后移动的船舶用于前后移动的螺旋桨,型材平台与两侧的直流电机托台紧邻安装,摇摆电机联轴器与摇摆电机相连,摇摆电机设在摇摆电机托台上,船体与型材板的连接件设在型材平台上;
当水面上比较平静时,船体利用后置的船舶用于前后移动的螺旋桨完成前进、后退、转向的目的;
当水面上稍起风浪时,船体上的监测系统感知到风浪的程度,预测出船体即将进行的最大姿态变化,根据姿态变化,调动导轨上面的导轨重物移动,导轨上的导轨重物的移动精准调节回正力矩的大小,当风浪作用于船体上时,导轨上的导轨重物开始移动,产生的回正力矩与风浪作用于船体的横摇力矩抵消,从而达到维护船体平稳的目的;
当水面上有较大的风浪时,船体上的监测系统感知到风浪的程度,预测出船体即将进行的最大姿态变化,调动导轨和两侧的二维矢量推进器,当风浪作用于船体上时,导轨上的导轨重物和二维矢量推进器均满荷运行,达到最大程度减少船体横摇的目的;
当风浪的方向和船体纵向不相垂直时,调动后置的船舶用于前后移动的螺旋桨,迅速转动船体的方向使得船体的纵向与风浪的方向相垂直,同时预测出船体即将进行的最大姿态变化,调动导轨和两侧的二维矢量推进器,达到减少船体横摇的目的。
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