CN1093058C - 气垫刚性气封装置 - Google Patents

Abstract

本发明气垫刚性气封装置是供侧壁或双体气垫船形成气垫的首、尾气封装置；它用以取代目前这类船舶使用的易损的柔性围裙。本发明采用一特殊的船首疏整船舶迎面的波浪，再以刚性的并能调整操控的首气封曲板和尾气封滑板作为气封形成气垫；借操控此首、尾气封板还可使船舶达到和保持理想的航态。本发明可用于侧壁/双体气垫船、双体船、槽道型滑行船供达到和保持航态以降低阻力和适应海况以能平稳航行。

Description

气垫刚性气封装置

本发明气垫刚性气封装置，是作为侧壁式气垫船或双体式气垫船首、尾气封之用，以取代目前这一类气垫船的柔性围裙以及/或一般的尾部用船底作为滑行面的滑板式尾气封；它特别适合于在湖泊、水库、内河或其他较小波浪航域航驶的中、小型这一类气垫船上用以作为气封，形成气垫；对于大、中型这一类气垫船，在增加对首、尾气封装置的自动操纵控制系统后，也可用于具一定海况下的海上航运。

目前的气垫船都采用或部分采用柔性围裙作为形成气垫的气封装置。柔性围裙是由织造物加涂橡胶或塑料作围裙材料，在其接触水面处受水流——特别是含泥沙量大水流的冲刷易于磨损，它和船体刚性固接处亦易于撕裂。世界上即使是设计成熟以优良材质制作的柔性围裙，其修补更换期都远远短于船体结构或其他常规船舶附件的大修期和使用寿命。故柔性围裙是目前气垫船的一大缺陷，它不但增加船舶的维护费用，而且降低船舶的出航率，影响船舶营运收入。(参见国防工业出版社，1960年出版，恽良编著：气垫船的原理和设计，第七章，第十二章)。

本气垫刚性气封装置发明的目的有二：一是以刚性材料和刚性的铰接连结来取代目前柔性围裙，屏弃了传统气垫船具有柔性围裙易于损伤的缺陷，降低维护保养费用，提高船舶出航率，从而提高这类船舶的经济性能；二是本发明提出的首、尾刚性气封装置的连接和支持是可以调节、操纵控制，达到能调节、操纵控制这类气垫船的首、尾吃水，使适应不同航域和不同海况要求，以达到提高这一类气垫船的经济性和适航性的目的。

今说明本发明气垫刚性气封装置用于侧壁式和双体式气垫船的技术方案及其独具的特点如下(参见附图)。

首先对各图及其中代号一一加以说明。

图1为装设本发明气垫刚性气封装置船舶纵中剖面的示意图。

船之前端为刚性固定船首1。2所指的黑点区域为具气压p的气垫腔体。3为防碰舱壁。4是首气封装置的曲面首气封曲板；此板横向宽展至主船体两侧片体或侧壁的内沿5。板的上端铰支于A点，板的下部内侧有系着点B，靠系索6由此点引出后通过滑轮7沿箭头Z引向首气封曲板操纵控制部分。船后近尾设置尾气封装置的主体为尾气封滑板8，其内沿铰接于尾曲臂封板9和连杆10的下端，其铰接处分别为C和D。气垫腔体后为固定封板11，E为铰接点。气垫腔体顶板12下设固定支座13，F也为铰接点。油缸14一端铰支于与主船体固定的铰支点G，另一端铰支于与尾曲臂封板固定的铰支点H。C′、D′分别为油缸收缩为GH′时相应的铰接点。19为侧壁或双体的龙骨。BL为基线。W₀L₀为船舶静浮或排水航行时的水线，W₁L₁为气垫航行时的水线。Φ是尾气封滑板相对来流的攻角。

图2为图1中A-A的剖视图，它表明首气封曲板4被系索6牵引的情况。其中系着点Bp、Bs分别为左、右舷，7p、7s分别为在左、右舷的滑轮，Zs为系索6的拉环。

图3为图2中A-I的剖视图，它表明系索6的拉环Zs在拉力Z拉动下的位置变动；Zs示首气封装置的曲面首气封曲板4放下，Zξ示首气封装置的曲面首气封曲板4拉起。

图4为A型密封，示首气封装置的曲面首气封曲板4或尾曲臂封板9和侧壁的内沿5间的密封，15为气密封条。图5为一种B型密封，示固定封板11和尾曲臂封板9间的密封，16为气密膜片。图6为又一种B型密封，示首气封装置的曲面首气封曲板4和防碰舱壁3间的密封。

图7示可控制的首、尾控制面亦可作为沉浸入水中处于两侧壁或片体之间的短翼情况，17为首控制面，18为尾控制面。

本发明是供在侧壁式气垫船或双体式气垫船上气垫航行时形成垫升气压腔体，此腔体的两侧与现有的这类气垫船相同，都是靠船体的刚性侧壁或片体插入水中形成腔体气压与舷外水的界面，而腔体气压在船舶前、后的界面即是本发明不同于现有这类气垫船而独具特征的刚性气封装置。

本发明的前气垫腔体气压界面即前刚性气封装置是由在船首端具有的固定刚性船首1和此固定刚性船首1后防碰舱壁3下面的首气封曲板4共同组成取代现有这类气垫船首端的柔性围裙的船首气垫气封；首气封曲板4横跨在船体的两侧壁/片体之间，其上面一边铰支于防碰舱壁3的A点，下边有系着点B可供拉引，因而首气封曲板4可以绕A点转动使其受气垫压力时下面压贴水面，从而由固定刚性船首1和首气封曲板4共同组成气垫航行时气垫腔体气压与外间的船舶首端界面。

本发明的后气垫腔体气压界面即后刚性气封装置，是由在船尾端设置的与船体两侧壁/片体连成一体的固定封板11和下面的尾气封滑板8共同组成取代现有这类气垫船尾端的柔性围裙的船尾气垫气封；尾气封滑板8横跨在船体的两侧壁/片体之间，其上面用尾曲臂封板9和连杆10分别铰支于固定封板11的E点和气垫腔体顶板12下固定支座13的F点，这种形成四连杆机构的支持使尾气封滑板8能具有一定相对迎面水流的攻角而被压贴于水面，从而由固定封板11和尾气封滑板8共同组成气垫航行时气垫腔体气压与外间的船舶尾端界面。

本发明的另一特点是此首、尾刚性气垫气封装置，如本发明所采用的连接和支持，都是可调节和操纵控制——用人力或动力，预为设置或自动控制，从而进行船舶不同航态的操控。

采用本发明专利后的侧壁式或双体式气垫船与现有这类气垫船相比将具有以下一些技术和经济上的优点。

首先本发明气垫刚性气封装置取代了现有传统的柔性围裙以克服目前气垫船的一大缺陷，这是由于本发明刚性气封的主要部件都是由钢或硬铝合金或其他硬质耐磨的材料制成，其下沿和水接触处更能承耐水的冲刷和泥沙水流的磨耗，它能具有和主船体结构或其它船舶附件同等长期的使用寿命，故能减少维护费用，提高船舶出航率以保证船舶营运时间。

其次目前这类气垫船在风浪中的适航性差。因为气垫船是靠气垫垫升后减少了接触水的浸水面积从而减少磨擦阻力等原因才具有优点的，但在风浪中浪的波谷下陷底于侧壁/双体底沿时气流外泄气垫失压造成船舶颠簸下座和失速，这是这类气垫船的又一缺陷。由于本发明提出的首、尾刚性气封装置是可以调节、操纵控制的，使这类气垫船的首、尾吃水可以调节、操纵控制，以适应不同航域和不同海况的要求，使在风浪时可以加大吃水以保持侧壁/片体的底沿低于浪的波谷以避免气垫失压；且还在于所提出可控制的首、尾控制面工作于受到船舶两侧侧壁/片体作为屏障，其前沿又受到本发明提出的固定刚性船首防范的相对较为平整的局部水域中，所以能隔离航行中不均整的河道流态，如回涡、泡漩及滩险的陡波或风浪的影响，增加此控制面受力的稳定性，因而减小船舶的颠簸，改善船舶的适航性，从而能达到提高这一类气垫船的经济性和适航性的目的。

再次是目前的这类气垫船围裙的保养和维修时，船舶都要上排，既耗费又降低了出航率。本发明的刚性气封装置，由于侧壁或片体间的腔体有足够的空间高度，故装用本发明气垫刚性气封装置的船舶只需在船舶当中腔体底板上设置足够大小的孔及盖，且所有固定、连接部件都是可预制的金属件，使首气封曲板和尾气封滑板及其附件的检修、拆换、调整均可以在船舶浮态下进行，船舶不需进坞或上排，故能省却维修费用和缩短停航时间。

下面详细说明本发明气垫刚性气封装置的具体实施方案内容。

图1为装设本发明气垫刚性气封装置船舶纵中剖面的示意图，它具体表明本发明气垫刚性气封装置在船上的装设情况和工作原理。

船之前端为刚性固定船首1。此船首在船体当中气垫腔体2内自防碰舱壁3以后用为空壳，往下延伸截止至高于船舶气垫航行时的水线W₁L₁。在防碰舱壁后即为气垫刚性气封装置的首气封装置。此首气封装置主体为一曲面首气封曲板4，此板横向宽展至主船体两侧片体或侧壁的内沿5。板的上端铰支于A点，板的下部内侧有着点B，此点靠系索6拉住首气封曲板4。系索6通过滑轮7沿箭头Z引向首气封曲板操纵控制部分。收、放系索6即可调控制气垫船气垫航行时首吃水的大小。

船后近尾端处设置气垫刚性气封装置的尾气封装置。此尾气装置的主体为尾气封滑板8，此板横向宽展至主船体两侧片体或侧壁的内沿5。尾气封滑板8内沿铰接于尾曲臂封板9和连杆10的下端，其铰接处分别为C和D。尾曲臂封板9上沿与主船体气垫腔体2后固定封板11铰接于E点；连杆10的上端铰支于气垫腔体顶板12下固定支座13的F点。CDEF为一四连杆机构，故操控尾曲臂封板9使其绕E点转动，从而可操控尾气封滑板8的升、降即可调控气垫船气垫航行时尾吃水的大小以及该尾气封滑板8相对航行时与水面来流的攻角Φ。

本发明气垫刚性气封装置的首、尾气封装置的操纵控制系统，可采用凡能满足图1所示首气封曲板4和尾气封滑板8定位要求的任何操作方式和设备部件。下面仅举出常规的用绳索拉动和用液压油缸推拉的两种方式作为例子，以完整说明本发明气垫刚性气封装置的操纵要求和所达到的目的。

首气封曲板4的操纵控制要求定位于气垫航行时的首吃水。由于气垫压力p的作用推动首气封曲板4绕A点转动，故可以用软式的绳索进行操控。图2为图1中A-A的剖示，图3为图2中相应的A-I剖示：这些不说明系着点Bp、Bs(分别为左、右舷)、系索6、可摆动的导向滑轮7p、7s(分别为左、右舷)及操控滑轮Zs的布置情况。如操控滑轮Zs在操纵力沿图3中Z方向拉动下被拉至Zs′位置，则首气封曲板4被拉升高，船舶气垫航行时的首吃水即加大；反之，若和Z反向放出，则可减小气垫航行时的首吃水。Zs的移动可以用绳索、导向滑轮引至驾驶室，亦可直接用液压油缸推、拉定位。

尾气封滑板8的操纵控制要求定位于气垫航行时的尾吃水，并调整尾气封滑板8相对航行时与水面来流的攻角Φ。具体操控可以如图1所示直接用液压油缸14来完成。油缸14一端铰支于与主船体固定的铰支点G，另一端铰支于尾曲臂封板9后面固定的铰支点H。当油缸14收缩至GH′，尾曲臂封板9被拉动转升，C、D点就转升至C′、D′，尾气封滑板8即升高，从而使船舶气垫航行时的尾吃水增加。当CE＝DF且CD＝EF时，这是平行四边形四连杆机构，尾气封滑板8作平行移动，此时若尾吃水增加大于首吃水增加，则尾气封滑板相对来流的攻角Φ增大；反之若尾吃水增加小于首吃水增加，则尾气封滑板相对来流的攻角Φ减小。即使CD＝EF，若使CE≠DF，则还可调控攻角Φ的变化。

当以图示逆时针转向Φ角为正时，若DF＜CE时，绕点F的升高——即D点的升高大于绕E点的升高——即C点的升高，Φ角变化加大；反之若DF＞CE，则绕E点的升高大于绕F点的升高，则Φ角的变化减小。

为减小气垫的气流泄漏，首、尾气封装置在气垫与外部大气相邻的相对主船体活动的部位须采取防泄漏措施。这些部位是：首气封曲板4除了下面和水接触一边外的其余三边，即上面和主船体防碰舱壁3相铰接的一边和两旁与船体片体或侧壁内沿5相邻的两边；尾气封装置上尾曲臂封板9的四周，即上面和气垫腔体后固定封板11铰接点E处、下面和气封滑板8铰接点C处和两旁与船体片体或侧壁内沿5相邻的两边。这些部位的防泄漏措施可以采用各种常规的有效方式。如可采用图4中A式的气密封条15或图5以及图6中的B式的气密膜片16。图4中的A式用于相对移动距离较大之处，如首气封曲板4和尾曲臂封板9两旁与船体片体或侧壁内沿5相邻处；图5和图6的B式可用于其他铰接部位。气密封条15和气密膜片16均用稳定耐磨的柔性材料——如夹织造物的橡胶制成。由于气垫压力p将气密封条15或气密膜片16压贴于相邻的船体构件表面，从而防止气流泄漏。

下面进一步阐明本发明气垫刚性气封装置的工作原理。

船前的刚性固定船首1悬伸在船舶前端，其外形和结构与常规船舶无甚差别。它可以作为勺型，也可以作为V型。前者类似于纵流线型的压浪型船首，宜用于风浪较小的水域；后者可用于风浪较大的水域。固定船首向下不延伸到图1中的龙骨19，而是齐平的截止于略为高出船舶气垫航行时的首吃水。船舶气垫航行时首气封曲板4是处于船舶两侧固定的片体或侧壁之内，前面则为刚性固定船首1所屏蔽。气垫航行时水面不平整的波涛受到两侧片体或侧壁的隔阻，而迎面的水流又受到刚性固定船首1的预为梳整，使首气封曲板4是处在受防范的、波涛汹涌能量已受到阻遏大为减弱的局部水面中。首气封曲板4前沿的曲度再次引导和压整高出水面的余波，使其下沿和水面间的间隙得以维持较小，且波动影响也减弱，从而减小首部气流的泄漏，达到气封作用。

船后以刚性滑行面作为气垫气封。由于航行时尾气封滑板8相对来流有一冲角Φ，板面承受着水力压力，此压力当阻遏气垫内具气垫压力p的气流，从而达到气封作用。实际上在水流冲入尾气封滑板8表面时会卷入一些气垫气流一同沿滑板面流过，而带走的气流即为气垫逸流损失的主要部分；但这种气水混合的两相流会减小滑板面的摩擦损失。

本发明气垫刚性气封装置很重要的特点还在于首、尾作为气封的具体组件首气封曲板4和尾气封滑板8是可以调节控制的。气垫腔体2内的顶沿12设计距船舶在静浮时的水线W₀L₀有较大净余高度，使首气封曲板4和尾气封滑板8在收到最高位置后下沿高出水面。故装设本发明气垫刚性气封装置的船舶可借调节气垫风机压力p与首气封曲板4和尾气封滑板8的调节控制，以调整船舶在不同航速下所需要的首、尾吃水以达到理想的航态；且还可以视风浪的大小来操控吃水状态，避免风浪引起气垫内气流从侧壁或片体下逸漏。

若首气封曲板4的点B处直接用主动的刚性部件——例如液压油缸操纵控制，则本发明气垫刚性气封装置的首气封曲板4和尾气封滑板8即是可以供双体船、双体滑行艇、槽道行滑行艇作为增加水动力升力和控制航态的首、尾可调节控制面。

前述可控制的首、尾控制面亦可作为沉浸入水中处于两侧壁或片体之间的短翼，如图7所示的首控制面17和尾控制面18。

Claims (8)

1.本发明气垫刚性气封装置，用于侧壁式和双体式气垫船，供在这类气垫船上气垫航行时形成垫升气压腔体，本发明的特征是：在船首端具有固定刚性船首(1)，此固定刚性船首(1)其后为防碰舱壁(3)，下面设有首气封曲板(4)，首气封曲板(4)横跨在船体的两侧壁/片体之间，其上面一边铰支于防碰舱壁(3)的(A)点，下边有系着点(B)可供拉引，因而首气封曲板(4)可以绕(A)点转动使其受气垫压力时下面压贴水面，从而出固定刚性船首(1)和首气封曲板(4)共同组成气垫航行时气垫腔体气压与外间的船舶首端界面，用以取代现有这类气垫船首端的柔性围裙的船首气垫气封；在船尾端设有与船体两侧壁/片体连成一体的固定封板(11)，此固定封板(11)下面设有尾气封滑板(8)，尾气封滑板(8)横跨在船体的两侧壁/片体之间，其上面用尾曲臂封板(9)和连杆(10)分别铰支于固定封板(11)的(E)点和气垫腔体顶板(12)下固定支座(13)的(F)点，这种形成四连杆机构的支持使尾气封滑板(8)能具有一定相对迎面水流的攻角而被压贴于水面，从而由固定封板(11)和尾气封滑板(8)共同组成气垫航行时气垫腔体气压与外间的船舶尾端界面，用以取代现有这类气垫船尾端的柔性围裙的船尾气垫气封；此首、尾刚性气垫气封装置，如本发明所采用的连接和支持，即是可调节和操纵控制——用人力或动力，预为设置或自动控制，进行船舶不同航态的操控。

2.按照权利要求1所述的气垫刚性气封装置，其特征在于它的固定刚性船首可以是勺型或V型的，此船首线型和船舶整体配合，但其在两侧壁/片体之间的结构往下截止于气垫航行水线或略为高出该水线。

3.按照权利要求1所述的气垫刚性气封装置，其特征在于它的首气封曲板和尾气封滑板是可以同时或分别调节以改变船舶的航态直至被完全收起贴附于两侧壁/片体间的腔体底部，使船舶与常规双体船一样以适应不同航域和海况的航行要求，这就有别于现有这类气垫船只能以固定航态进行气垫航行。

4.按照权利要求1所述的气垫刚性气封装置，其特征在于它的首气封曲板是设置在固定刚性船首后的单曲面版，其上边铰接于固定刚性船首，下边可进行操控使此首气封曲板绕上边转动而升降，故为设置于首部承受水动力作用的控制面。

5.按照权利要求1所述的气垫刚性气封装置，其特征在于它的尾气封滑板是一种滑板并借连杆机构使其能升降和调节相对来流的攻角，故为设置于尾部承受水动力作用的控制面。

6.按照权利要求1所述的气垫刚性气封装置，其特征在于它的尾气封滑板是以横向扩展至主船体两侧壁/片体内沿而上边铰接于与主船体的尾封板铰接的一块曲臂封板作为操纵机构中的后边连杆，从而能达到气封作用。

7.按照权利要求1所述的气垫刚性气封装置，其特征在于它的首气封曲板和尾气封滑板在侧壁式/双体式气垫船、双体船、槽道型滑行船的腔体内首、尾设置可调节操控的控制面。

8.按照权利要求1所述的气垫刚性气封装置，其特征在于它及其主要部件都设置在由固定刚性船首和常规侧壁/双体或槽道围蔽成足够高的空间中使其内的水域相对较为平顺，且在当中腔体顶板(即两侧壁/片体当中连接桥的底板)上设置足够大的孔和盖，使这些设置的调整、检修和折换都可以在船舶浮态下进行，而船舶不需进坞或上排。

Images