CN109334856B - 一种船体布局自适应的三体船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船体布局自适应的三体船，包括主船体和分别设在主船体两侧的两个片体，两个片体分别都通过连杆转动组件与主船体连接，连杆转动组件包括设在主船体上的主船体转动装置和设在片体上的片体转动装置，主船体转动装置和片体转动装置通过两个横向平行设置的伸缩滑轨机构连接，伸缩滑轨机构的两端都通过转动副分别与主船体转动装置和片体转动装置连接；三体船在不同航行状态下通过连杆转动组件调整船体布局。与现有技术相比，本发明使船体布局的调整范围较大，让三体船能够在不同航速、不同波浪频段都改变为最优船体布局，降低阻力，增加耐波性、减摇性，结构简单可靠、使用便捷，对于船舶的节能减排、航行安全都有重要的意义。

Description

一种船体布局自适应的三体船

技术领域

本发明涉及三体船的技术领域，尤其是涉及一种船体布局自适应的三体船。

背景技术

三体船由一个主船体与两个片体构成，近年来，随着船舶绿色航行的理念逐渐盛行，三体船的应用正逐步扩大。由于其中高速阻力性能优于传统单体船，因而消耗的能源更低，碳排放量也更少。此外，三体船拥有更强的耐波性和稳定性，对于海况拥有更强的适应性。随着国际上日益受人关注的船舶绿色航行理念的盛行以及我国对海洋战略的进一步发展，对三体船的发展需求日益迫切。

传统三体船的船体布局是固定的，即主船体和片体间的横向距离、纵向距离固定不变。一般是通过计算在何种布局情况下三体船在某个航速下受到兴波阻力最小来决定这个布局。在水中时，船体间存在兴波干扰，这个干扰随着航速的改变会有不同的影响，可能使整体的兴波阻力降低或增加。所以如果三体船以其他航速航行时，但船体布局却固定不变，会致使其兴波阻力无法下降到理想的更低值，除非使船体布局随航速进行改变。目前，绝大多数的三体船采用固定的船体布局，只通过考虑设计航速和某个波浪频段的情况下能使三体船的兴波阻力、耐波性、减摇性达到较好的船体布局，而忽略三体船的航速以及所处海域的波浪频段发生变化后会使原来较好的水动力特性变差的情况。

船舶在进行拐弯时，一般依靠舵或螺旋桨差速带来的力矩进行拐弯，而如果将三体船的片体进行不对称布置也能使三体船获得力矩进行拐弯，由此增加三体船的操纵性。

船舶在进行减速制动时，由于船舶较大的惯性，往往需要较大的制动距离，而如果将三体船的片体进行“外八字”布置，可以大大增加三体船受到的阻力，增加三体船的制动能力，增加其操纵性。

三体船拥有较强的耐波性和减摇性，但其耐波性和减摇性一般针对某个波浪频段进行设计。因为不同海域的波浪频段不同，所以如果三体船的船体布局可以进行改变，将大大增强其在恶劣海况中的耐波性和减摇性，增加船舶适应性和航行安全性。

目前，有一些可以令三体船船体布局进行改变的设计：

1、例如武汉理工大学在2017年11月13日申请了一个专利“片体可移动式三体船”(公开号CN107933817A)。在三体船主体的上方设置有与其长度方向中轴线垂直布置的中空状刚性连杆，刚性连杆内腔通过轴承安装有贯穿其轴向两端的电动横向伸缩杆，电动横向伸缩杆的两端各与一个片体的顶端固定连接；刚性连杆的外圈穿设有若干个纵向滚轮，主体的甲板上对应设置有沿主体长度方向布置用于供纵向滚轮滚动的纵向滚轮槽、以及用于驱动刚性连杆旋转带动纵向滚轮沿纵向滚轮槽向前或者向后滚动的电动驱动装置。这种三体船可以实现主体与片体的位置可变，使三体船型根据海况改变主体与片体的空间位置，获得优良的耐波性能和减摇性能。

2、中国船舶工业集团公司第七〇八研究所在2018年3月5日申请了一个专利“一种片体可移动模块化三体船”(公开号CN108275242A)。其中包括：箱型甲板结构、三模块化片体和双自由度齿轮齿条系统，箱型甲板结构设置在三模块化片体的上侧，双自由度齿轮齿条系统设置在箱型甲板结构的下表面，双自由度齿轮齿条系统包括两横向滑动机构和一纵向滑动机构，纵向滑动机构位于两横向滑动机构之间，其中一模块化片体通过纵向滑动机构与箱型甲板结构可滑动连接，其余两模块化片体分别通过两横向滑动机构与箱型甲板结构可滑动连接。本发明的片体可移动模块化三体船高速性能和低速性能均强劲，模块化设计方案提高了该船针对多种复杂任务要求的适应性同时降低了应对多种任务时设备的冗余性，箱型结构有良好的抗弯抗剪性能，可以提高三体船横向刚度。

3、武汉理工大学在2014年7月28日申请了专利“可折叠式三体船侧片体”(公开号CN105314062A)。由片体、连接杆1、连接杆2、连接杆3、连接杆4、转动副1、转动副2、转动副3、转动副4构成；片体为空心，外观呈流线型，其横截面轮廓呈“深V形”；转动副1、转动副2、转动副3、转动副4中内置自锁装置，当连接杆转动到所需角度后可以将连接杆锁定在该状态。通过4个连接杆的伸缩折叠，可折叠式三体船侧片体可实现三种工作状态：伸展状态、收缩状态及“V”字形状态。

目前布局可变三体船的几种方法存在很多缺点，包括：

1)船体布局可变范围较小，特别是前后间距可变范围小，而当三体船以高速航行时，片体一般都在船后方较远处才能令兴波阻力降低较多。上述第1个专利的方法无法让片体位于船后方较远处；第2个专利的方法无法令片体进行纵向布局的改变；第3个专利的方法的目的只是增加特定情况下的操纵性，而不考虑降低阻力、增强耐波性和减摇性，所以只能进行伸展、收缩、V字形三种布局。

2)连接装置易磨损，强度不够。第1个专利的方法同时采用了横向、纵向两套滑轨，磨损较大，且负责横向伸缩的连杆是中空的，强度欠佳；第3个专利的方法的片体连接装置较薄弱，转轴处强度不够。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种船体布局自适应的三体船。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种船体布局自适应的三体船，包括主船体和分别设在主船体两侧的两个片体，所述两个片体分别都通过连杆转动组件与主船体连接，所述连杆转动组件包括设在主船体上的主船体转动装置和设在片体上的片体转动装置，所述主船体转动装置和片体转动装置通过两个横向平行设置的伸缩滑轨机构连接，所述伸缩滑轨机构的两端都通过转动副分别与所述主船体转动装置和片体转动装置连接；

三体船在不同航行状态下通过连杆转动组件调整船体布局。

优选的，所述主船体转动装置处的转动副设有第一自锁装置。

优选的，所述伸缩滑轨机构设有第二自锁装置，且伸缩滑轨机构的伸长量受三体船控制。

优选的，所述船体布局包括中高速航行、低速航行、拐弯、制动和高稳定性布局。

优选的，三体船在所述中高速航行布局时，所述两个片体通过连杆转动组件都向主船体的后方转动且对称设置。

优选的，三体船在所述低速航行布局时，所述两个片体通过连杆转动组件都向主船体的前方转动且对称设置。

优选的，三体船在所述拐弯布局时，所述两个片体根据拐弯方向不对称布局使转动力矩增大。

优选的，三体船在所述制动布局时，所述两个片体形成开口朝向主船体前侧的“外八字”的布局。

优选的，三体船在所述高稳定性布局时，所述主船体两侧的伸缩滑轨机构对称地伸长。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过转动副和滑动副的结合保证船体布局的调整范围较大，在进行变换时可以快速、精确定位，让三体船能够在不同航速、不同波浪频段都改变为最优船体布局，降低阻力，增加耐波性、减摇性，结构简单可靠、使用便捷，对于船舶的节能减排、航行安全都有重要的意义。

2、该三体船不但能够使三体船在不同航速下的兴波阻力都能达到最低，在恶劣海况中获得比传统三体船更强的耐波性、减摇性，在拐弯、制动等操纵中获得比传统三体船更强的操纵性，除了让片体进行横向、纵向改变，还能进行八字形这样的特殊船体布局，增加了船体操纵性和适应性。

附图说明

图1是本发明三体船的结构示意图；

图2是本发明中高速航行时船体布局示意图；

图3是本发明低速航行时船体布局示意图；

图4是本发明左拐时船体布局示意图；

图5是本发明右拐时船体布局示意图；

图6是本发明制动时船体布局示意图；

图7是本发明高稳定性时船体布局示意图。

图中标注：1、主船体，2、右片体，3、左片体，4、主船体右转动装置，5、主船体左转动装置，6、右片体转动装置，7、左片体转动装置，8、右前伸缩滑轨机构，9、右后伸缩滑轨机构，10、左前伸缩滑轨机构，11、左后伸缩滑轨机构，12、第一转动副，13、第二转动副，14、第三转动副，15、第四转动副，16、第五转动副，17、第六转动副，18、第七转动副，19、第八转动副。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本申请提出一种船体布局自适应的三体船，旨在使三体船拥有较大的船体布局可变范围，并考虑了片体连接装置的强度和磨损情况。

如图1所示，本三体船包括主船体1和分别设在主船体1两侧的左片体3和右片体2，两个片体分别都通过连杆转动组件与主船体1连接。

连杆转动组件包括设在主船体1上的主船体转动装置和设在片体上的片体转动装置，主船体转动装置包括主船体右转动装置4和主船体左转动装置5，片体转动装置包括右片体转动装置6和左片体转动装置7。主船体右转动装置4和右片体转动装置6通过横向平行设置的右前伸缩滑轨机构8和右后伸缩滑轨机构9连接；主船体左转动装置5和左片体转动装置7通过横向平行设置的左前伸缩滑轨机构10和左后伸缩滑轨机构11连接。每个伸缩滑轨机构的两端都通过转动副分别与主船体转动装置和片体转动装置连接，即图中的第一转动副12、第二转动副13、第三转动副14、第四转动副15、第五转动副16、第六转动副17、第七转动副18和第八转动副19。

两个主船体转动装置可根据航行需求主动调节其上的转动副，即第三转动副14、第四转动副15、第五转动副16、第六转动副17的转动角度，并且这些转动副在达到目标角度后可以进行通过第一自锁装置自锁。而左、右片体转动装置6无法主动调节其上的转动副，即第一转动副12、第二转动副13、第七转动副18和第八转动副19的角度，而只能被动改变角度。四个伸缩滑轨机构可根据航行需求主动调节滑轨的伸长量，并且在达到目标长度后通过第二自锁装置进行自锁。通过主船体转动装置以及伸缩滑轨机构的调节，该三体船可以进行船体布局的改变。

通过程序的自动控制，三体船在不同航速下船体布局可以实现自适应来使兴波阻力下降；在进行拐弯或停驻时，船体布局可以自行改变来增加操纵性；在恶劣海况条件下船体布局可以改变来增加稳定性。本三体船包括有以下布局：中高速航行、低速航行、左拐、右拐、制动、高稳定性。其中根据不同的航速分为中高速航行和低速航行的布局，实现无极调节。

图2所示是三体船以某个较高的航速行驶时的船体布局，在主船体转动装置和伸缩滑轨机构的调节下，两个片体通过连杆转动组件都向主船体1的后方转动且对称设置，使片体与主船体1的纵向距离变大，横向距离也有一定调整，使三体船的船体之间的兴波干扰形成有利干扰，降低了整体的兴波阻力。

图3所示是三体船以某个较低的航速行驶时的船体布局，在主船体转动装置和伸缩滑轨机构的调节下，两个片体通过连杆转动组件都向主船体1的前方转动且对称设置，片体与主船体1的纵向距离变小，横向距离也有一定调整，使三体船的船体之间的兴波干扰形成有利干扰，降低了整体的兴波阻力。

图4和图5所示是三体船进行拐弯时的船体布局，通过片体不对称布局形成的力矩可以帮助三体船在拐弯中更加容易，增加了船舶的操纵性。

图6所示是三体船进行制动时的船体布局，通过将片体形成开口朝向主船体1前侧的“外八字”的布局，可以使三体船获得更大的阻力，减小制动距离，有效帮助三体船在紧急情况下快速制动，增加了船舶航行安全。

图7所示时三体船在某种恶劣海况中的高稳定性船体布局，通过将运动滑轨机构对称地伸长，改变三体船布局，使其获得更大的耐波性和减摇性。

Claims (3)

1.一种船体布局自适应的三体船，包括主船体和分别设在主船体两侧的两个片体，其特征在于，所述两个片体分别都通过连杆转动组件与主船体连接，所述连杆转动组件包括设在主船体上的主船体转动装置和设在片体上的片体转动装置，所述主船体转动装置和片体转动装置通过两个横向平行设置的伸缩滑轨机构连接，所述伸缩滑轨机构的两端都通过转动副分别与所述主船体转动装置和片体转动装置连接；

通过程序的自动控制，三体船在不同航行状态下通过连杆转动组件调整船体布局；

所述船体布局包括中高速航行布局、低速航行布局、拐弯布局、制动布局和高稳定性布局；三体船在所述中高速航行布局时，所述两个片体通过连杆转动组件都向主船体的后方转动且对称设置；三体船在所述低速航行布局时，所述两个片体通过连杆转动组件都向主船体的前方转动且对称设置；三体船在所述拐弯布局时，所述两个片体根据拐弯方向不对称布局使转动力矩增大；三体船在所述制动布局时，所述两个片体形成开口朝向主船体前侧的“外八字”的布局；三体船在所述高稳定性布局时，所述主船体两侧的伸缩滑轨机构对称地伸长。

2.根据权利要求1所述的一种船体布局自适应的三体船，其特征在于，所述主船体转动装置处的转动副设有第一自锁装置。

3.根据权利要求1所述的一种船体布局自适应的三体船，其特征在于，所述伸缩滑轨机构设有第二自锁装置，且伸缩滑轨机构的伸长量受三体船控制。