CN109835434B

CN109835434B - 一种快艇结构

Info

Publication number: CN109835434B
Application number: CN201811641476.8A
Authority: CN
Inventors: 杨光宇; 吴国松; 李菊红; 盛慧; 徐亚雄; 李秀春
Original assignee: Wuhan Wuchuan Special Boat Co ltd
Current assignee: Wuhan Wuchuan Special Boat Co ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2038-12-29
Also published as: CN109835434A

Abstract

本发明公开了一种快艇结构，该结构包括船体，所述船体具有双折线的线性结构，所述双折线分别位于水面线上下且均由船艉平滑过渡至船艏；其中，所述双折线为近似平行的两条折线。该结构的双折线线型，有效减少了甲板上浪与高海况下的船舶阻尼运动；艏部海浪抨击区域的线型设计提高了全船的适航性；船艉的折角线型设计提高了船舶的稳定性；同时折线线型有效减少了船舶的阻力提高航行速度。采用的制作材料对于环境的危害低。具有自扶正功能，全船综合布局在保证该艇性能的同时，可在快艇倾覆后自动扶正。

Description

一种快艇结构

技术领域

本发明涉及船舶制造技术领域，特别是涉及一种自扶正铝合金高速快艇结构。

背景技术

随着国家经济快速发展，新的建筑、港口码头、油库等重要设施不断建成投入使用，各类巡逻、救助、引航等任务逐渐增多。目前国内常用于此类任务的船型大部分为玻璃钢材质，或由国外淘汰产品引进。玻璃钢制品不具备降解，且不能自然分解，焚烧烟雾有毒，一旦船舶使用寿命到期或淘汰将会对环境和人类造成很大的危害。国外引进船型大部分使用年龄较长，船上设备均为进口，各种外语标识不利于船员操船和维护，且后续设备的故障率和维护费将会给用户带来很大的负担，一旦不能使用还会使用户的经营管理上带来巨大的损失。目前国内仍在使用的同类型船舶航速较低，不能高效率的完成任务，对海上巡逻、快速救助和引航的及时反应能力带来的不利影响极为明显；在高海况的环境下，此类船舶的航行安全性能大大降低，只能负责沿海区域低海况环境下的作业任务，一旦有近海任务将无法提供救援或出航作业任务。

发明内容

本发明提供了一种快艇结构。该结构通过双折线船型的设计，改善了船舶航行的高速性能、安全性能，其制作材料对于环境的危害也降至最低。

本发明提供了如下方案：

一种快艇结构，包括：

船体，所述船体具有双折线的线性结构，所述双折线分别位于水面线上下且均由船艉平滑过渡至船艏；

其中，所述双折线为近似平行的两条折线。

优选地：位于所述水面线下的折线包括依次平滑过渡的艏部段、所述船舯段以及所述艉部段；所述艏部段、船舯段以及艉部段在垂直方向上的投影均与所述船体的甲板线平行；所述艏部段在水平方向上与所述船体的基线面呈5.2°～5.8°夹角，所述船舯段在水平方向上与所述船体的基线面呈9.0°～9.6°夹角，所述艉部段在水平方向上与所述船体的基线面呈6.1°～6.5°夹角。

优选地：位于所述水面线上的折线在垂直方向上的投影与所述船体的甲板线平行，在水平方向上与所述船体的基线面平行。

优选地：所述船体的整船重量重心位置位于近船艉处，所述船体满载出港时重心高度距离所述船体的基线1.4～1.6米。

优选地：所述船体的静稳性曲线在0～180°范围时，力臂均为正值。

优选地：所述船体的通体及上部建筑均为水密封区域；所述船体上包含的所有通向大气的管路系统均设置有防水倒灌机构。

优选地：所述防水倒灌机构包括锥形管，所述锥形管的小口径端与位于所述船体内的管路相连，所述锥形管的大口径端通过封堵组件与大气导通；所述锥形管内设置有聚乙烯材质制作的球体，所述球体直径大于所述锥形管的小口径端的直径。

优选地：所述船体采用铝合金材质制作而成；所述上部建筑采用铝合金材质制作而成且与所述船体固定相连。

优选地：所述船体包括推进系统，所述推进系统连接有倾斜传感器。

优选地：所述船体包括艉封板，所述艉封板下沿设置有可调节流板。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种快艇结构，在一种实现方式下，该结构可以包括船体，所述船体具有双折线的线性结构，所述双折线分别位于水面线上下且均由船艉平滑过渡至船艏；其中，所述双折线为近似平行的两条折线。该结构的双折线线型，有效减少了甲板上浪与高海况下的船舶阻尼运动；艏部海浪抨击区域的线型设计提高了全船的适航性；船艉的折角线型设计提高了船舶的稳定性；同时折线线型有效减少了船舶的阻力提高航行速度。采用的制作材料对于环境的危害低。具有自扶正功能，全船综合布局在保证该艇性能的同时，可在快艇倾覆后自动扶正。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种快艇结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的折线夹角示意图；

图3是本发明实施例提供的翻转干燥区示意图；

图4是本发明实施例提供的防水倒灌机构示意图；

图5是本发明实施例提供的艉封板及可调节流板示意图。

图中：船体1、水面线上的折线11、水面线下的折线12、艏部段121、艉部段122、锥形管2、船体内的管路3、球体4、艉封板5、可调节流板6、艏横剖面7、艉封板横剖面8、干燥区9、水面线DWL、基线BL。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1、图2，为本发明实施例提供的一种快艇结构，如图1所示，该结构包括船体1，所述船体1具有双折线的线性结构，所述双折线分别位于水面线上下且均由船艉平滑过渡至船艏；其中，所述双折线为近似平行的两条折线。

具体的，如图2所示，位于所述水面线下的折线12包括依次平滑过渡的艏部段121、船舯段(图中未示出)以及艉部段122；所述艏部段121、船舯段以及艉部段122在垂直方向上的投影均与所述船体1的甲板线平行；所述艏部段121在水平方向上与所述船体的基线面呈5.2°～5.8°夹角(侧端部下倾)，所述船舯段在水平方向上与所述船体的基线面呈9.0°～9.6°夹角，所述艉部段122在水平方向上与所述船体的基线面呈6.1°～6.5°夹角。位于所述水面线上的折线在垂直方向上的投影与所述船体的甲板线平行，在水平方向上与所述船体的基线面平行。其中，甲板线(deck line)，勘绘于船中两舷，其上边缘位于干舷甲板边缘上表面向外延伸与船体外表面的交线上。基线面所在基线为过首尾垂线间距(垂线间长)的中点，作一条竖直线，这条线与船底龙骨线相交，过这个交点作水平线，就是船的基线。也即船底板的理论线，水线高度以此线为0点。

该结构的双折线线型，有效减少了甲板上浪与高海况下的船舶阻尼运动；艏部海浪抨击区域的线型设计提高了全船的适航性；船艉的折角线型设计提高了船舶的稳定性；同时折线线型有效减少了船舶的阻力。

考虑到近海区域高速艇的机动性要求越来越高，同时其适用范围越来越广的变化趋势。国内现有的高速艇通常采用单折线线型设计方式，或通过增加干舷、船宽等方式来提升船舶稳性。但这些设计方法都是相互关联，提升空间受限，船型无法保证恶劣环境下船舶的安全性。

本发明实施例提供的快艇结构，具有双折线船体线型，水线面上下，由艉至艏，船体线型有两处近似平行折线。具体实施时，水线面下折线在垂直方向上的投影与甲板线平行，在水平方向上艏部折线与船体基线面约5.5°夹角(侧端部下倾)，朝船舯顺势过渡至约9.3°，朝艉部顺势过渡至约6.3°；水线面上折线在垂直方向上的投影与甲板线平行，在水平方向上与船体基线面平行。此设计不仅降低了船的重心，增加了干舷，还增加了船宽，达到了船舶稳性明显提升的目的。

为了实现给快艇的自动扶正功能，进一步的，所述船体整船重量重心位置位于近船艉处，且其满载出港时重心高度距离所述船体的基线1.4～1.6米。所述船体静稳性曲线在0～180°范围时，力臂均为正值(左倾至170°才为负值)。如图3所示，所述船体通体及上部建筑均为水密封区域；所述船体上包含的所有通向大气的管路系统及通风系统均设置有防水倒灌机构。如图4所示，所述防水倒灌机构包括锥形管2，所述锥形管2小口径一端与位于所述船体内的管路3相连，大口径一端通过封堵组件与大气导通；所述锥形管2内设置有聚乙烯材质制作的球体4，所述球体4直径大于所述锥形管2小口径一端的直径。所述上部建筑采用铝合金材质制作而成且均与所述船体固定相连。可保证自扶正过程中不会移动对周围人员或设备造成伤害。所述船体包括推进系统，所述推进系统连接有倾斜传感器。

为了进一步实现自扶正功能，通过全船合理化综合布置，将整船重量重心位置控制在稍靠近船艉，且其满载出港时重心高度距船体基线约1.5m附近，此时重心距离水线的距离较水线以下深度略小，从而实现设计复原力臂总是大于设计风压倾斜力臂，及时船舶倾覆，也能在复原力臂的做功下自动扶正。经考验，扶正时间仅7秒。

自扶正是在极端恶劣环境下，对船员和船舶安全有效保护的其中一项措施，但毕竟翻转后对人员身体状况和船舶安全性能都是极大的考验。假如摒除此功能，为了提升船舶稳性，我们还要考虑在横倾时，提高船舶的进水角。提高进水角最有效措施就是注意船舶水线以上的开口位置和风雨密性及水密性。本发明实施例铝合金高速艇主船体及上建都为水密封闭区域。配备有水密门窗、舱口盖、耐压水密玻璃以及防海水倒灌装置，实现本实施例最大横倾角超过70°，即使倾覆翻转也不会有海水进入。

水密门窗、舱口盖等舾装件均选至船舶标准或国家标准，本发明实施例在使用过程中水密门窗、舱口盖均为关闭状态，无需考虑在翻转时的进水问题，但透气管路和通风管路与外界连通，这就需要特殊的设计来实现管路上的海水倒灌问题。图4为本实施例为解决海水倒灌问题的其中一处设计，在船舶翻转时，燃油会从透气管流出，图中聚乙烯球密度较燃油密度大，会自动下垂且在燃油压力的情况下堵住透气管，即可实现燃油不会泄露，海水不会倒灌，若使用其他材质小球，密封性能会相对较低。

通风管路在翻转时的自动关闭是接下来需要考虑的重点。船舶通风舱室包括机舱、各类液舱、空舱及生活舱室等。

本发明实施例中机舱通风设计为机械进风和机械出风，可保证主机全负荷运行所需供气量和机舱换热所需通风量，自动启闭通风盖的设计一方面可实现机舱灭火系统的有效运行，另一方面可保证船舶在倾覆至危险角度或更大时能自动关闭(防止海水倒灌)，机舱四个通风口均设置有自动启闭通风盖，通风盖通过气缸连接，本发明实施例液舱中布置有压缩空气瓶，气瓶经控制阀、减压阀、滤水装置、组合电磁阀连接至气缸，在液舱、机舱和驾驶室均可实现对通风盖的快速控制，经验证通风盖的启闭时间均小于3秒，压缩气瓶的容量可保证所有风盖启闭次数达到45次，气瓶压力低时会提示报警；

本发明实施例液舱和空舱通风设计为自然通风(满足相应规范和法规要求)，与外界连通的通风口均设置在干燥区。干燥区即为船舶在翻转时不接触水的区域。通过船体在翻转时各部位受力分析，在纵向方向上每处位置的干燥区区域大小均不同，在本发明实施例进行翻转试验时，干燥区的分析和计算获得了验证。同时针对于外界连通的通风口还设置了防止回功能，不仅考虑到自扶正过程中的进水问题，也考虑到了船舶在下沉时的进水问题，双重防进水措施极大的提升了船舶的安全性。

本发明实施例驾驶室及生活舱室通风设计为机械出风、自然进风(满足相应规范和法规要求)，此处的通风口选型国外进口通风帽，原理类似于传统船用标准通风帽，利用管道内浮球实现下沉及自扶正过程中防止海水倒灌。

本发明实施例推进系统选用两套进口主机、高弹、齿轮箱、连接短轴及喷泵。选型阶段对比了众多品牌(MTU、SCANIA、VOLVO、ZF、TWINDISC、Hamilton、RR、461所等)，根据不同的选型，绘制了预估航速曲线，竟要能保证航速(马力足够)，也要能进行合理布置(外形尺寸)，同时还需要考虑设备本身自扶正时的控制方式和后续船东维护的便利性。通过本发明实施例的航速试验，证明其满足设计要求(本船在装载100％的燃油和淡水，以及6位船员，航速不小于35节)。主机厂家配套提供的倾斜传感器实现了自扶正过程中对主机的保护，保证了扶正后船舶的正常航行。通过倾斜传感器进行控制，可保证在扶正后仍能正常工作，给该艇提供动力。

进一步的，如图5所示，所述船体包括艉封板5，所述艉封板5下沿设置有可调节流板6。其大小和可调范围依据该艇规格进行专门设计。本发明实施例艉封板5设置有可调节流板6，节流板6的作用为加强船舶稳定性，一般常规高速艇在高速时会有腾空现象，其实是由于船舶航行时艏部上扬、艉部下层。腾空会给船舶的航速、稳定性以及螺旋桨空泡带来影响，针对常规高速艇的这些缺陷，本发明实施例设置可调节流板。节流板的高度需根据航行试验时具体情况进行调节，在本发明实施例试航时发现腾空情况时有发生，特别是逆行时，我们将小艇起吊起来对节流板高度进行调节(适当的下降约2-3mm)，此现象随之消除。

进一步的，所述船体采用铝合金材质制作而成。本发明实施例主船体和上层建筑可以采用牌号为5083-H116的进口铝合金板材及6082-T6的铝合金型材(其屈服强度为275N/mm²，焊后强度为125N/mm²)。铝合金密度仅为钢密度的1/3，使用铝合金制作船舶，船体重量可减轻50％以上；铝合金耐海水腐蚀，易维护，对提高船体使用寿命、降低维护费用和维修时间具有很大的好处；铝合金具有良好的焊接性能，船体建造质量可做到像钢板造船一样方便；无低温脆性转变，机械性能在低温下反而增高；进口铝合金相比国产，内应力消除、组织致密性、氧化性能好，具有较好的质量优势。

本发明实施例在船体板厚、纵骨及其他结构计算时，可以根据船东的需求，将船重心处的垂向加速度(a_cg)增加到3g(29.43m/s²)。a_cg的选择大小与船舶营运航区有关，该取值越大，则相应的船体板厚及结构就会更厚更强。固通过加大取值实现船舶在高海况下的安全航行。板厚及结构的改变必然会提升全船的空船重量，对航速也会带来极大的影响，为了航行安全和最低航速能同时满足要求，通过不断的预算和测试，最终才得以实现，最主要还是通过全船重量重心的控制。

下面通过具体的船体设计对本申请提供的结构进行详细说明：

例如，该结构在进行如下尺寸设计时，提供的船体长14.5m，型宽4.05m，型深1.865m，设计吃水0.875m，该船体可在4级海况下执行救助任务，6级海况下安全航行，最大航速35节，垂向加速度a_cg可达3g。通过控制各舱室位置和大小，以及对各专业设备的选型、重量中心位置等进行有效的计算，使艇的静稳性曲线在0-180°范围时，力臂均为正值(左倾至170°才为负值)，具备自扶正功能，船舶在外界环境因素影响下翻转后可自动扶正，扶正后仍能安全航行。采用上述尺寸设计的快艇结构静稳性最大横倾力臂超过0.35m，最大横倾角超过70°所述艇板厚、纵骨及其他结构计算时在满足规范最低结构强度要求的情况下，将a_cg提高至3g(29.43m/s²)。在船型和结构设计中将a_cg提高至3g(29.43m/s²)，实现了该艇可在4级海况下执行救助任务，6级海况下安全航行，垂向加速度a_cg可达3g。同时对各类进口品牌推进系统(主机、高弹、齿轮箱、轴、喷泵)进行参数对比和航速曲线评估，最终保证了该艇最大航速超过35节。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种快艇结构，其特征在于，包括：

位于所述水面线上的折线在垂直方向上的投影与所述船体的甲板线平行，在水平方向上与所述船体的基线面平行；

位于所述水面线下的折线包括依次平滑过渡的艏部段、船舯段以及艉部段；所述艏部段、船舯段以及艉部段在垂直方向上的投影均与所述船体的甲板线平行；所述艏部段在水平方向上与所述船体的基线面呈5.2°～5.8°夹角，所述船舯段在水平方向上与所述船体的基线面呈9.0°～9.6°夹角，所述艉部段在水平方向上与所述船体的基线面呈6.1°～6.5°夹角；所述船体的整船重量重心位置位于近船艉处，所述船体满载出港时重心高度距离所述船体的基线1.4～1.6米。

2.根据权利要求1所述的快艇结构，其特征在于，所述船体的静稳性曲线在0～180°范围时，力臂均为正值。

3.根据权利要求1所述的快艇结构，其特征在于，所述船体的通体及上部建筑均为水密封区域；所述船体上包含的所有通向大气的管路系统均设置有防水倒灌机构。

4.根据权利要求3所述的快艇结构，其特征在于，所述防水倒灌机构包括锥形管，所述锥形管的小口径端与位于所述船体内的管路相连，所述锥形管的大口径端通过封堵组件与大气导通；所述锥形管内设置有聚乙烯材质制作的球体，所述球体直径大于所述锥形管的小口径端的直径。

5.根据权利要求3所述的快艇结构，其特征在于，所述船体采用铝合金材质制作而成；所述上部建筑采用铝合金材质制作而成且与所述船体固定相连。

6.根据权利要求1所述的快艇结构，其特征在于，所述船体包括推进系统，所述推进系统连接有倾斜传感器。

7.根据权利要求1所述的快艇结构，其特征在于，所述船体包括艉封板，所述艉封板下沿设置有可调节流板。