CN110667770B - 一种可适用于多海域航行的三体船 - Google Patents

一种可适用于多海域航行的三体船 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可适用于多海域航行的三体船，包括主船体，位于主船体侧边的侧体以及用于连接主体和侧体的连接桥，侧体分为左侧体和右侧体，左侧体和右侧体对称布置在主船体的两侧；所述连接桥由两个桁架结构组成，其中，两个桁架结构分别为桁架a和桁架b，桁架a一端固定在主船体上，桁架a另一端与桁架b通过转轴连接，桁架a上设有液压缸，液压缸固定端固定在桁架a上，液压缸顶升端推动桁架b绕着转轴相对桁架a转动；侧体通过连接杆与桁架b的连接部滑动连接，连接部上设有驱动装置，连接杆在驱动装置的带动下沿主船体纵向相对连接部移动，并通过连接部上的定位装置固定在连接部上；侧体通过连接支架与连接杆固定连接。

Description

一种可适用于多海域航行的三体船
技术领域
本发明涉及一种可适用于多海域航行的三体船，属于船舶工程技术领域。
背景技术
随着人们对海洋可活动领域的不断开阔及对复杂海域应用需要的增大，水面船舶的形式也趋于多样化。我国海域辽阔复杂，船舶将不可避免的面对不同甚至具有较大差异的海况下航行。为具备良好的快速性和耐波性，出现了单体滑行艇、小水线面双体船等船型，其存在都是为了能使船舶更好的适应工作环境，达到相应的技术要求。但是，现有的水面船舶主要是以一种固定在船型存在，每种船型都有其相应的优劣势，故在适应复杂海域航行方面有所缺乏。
常规的三体船主要由一个主船体(中体)和两个辅船体(侧体)共享一个主甲板及上层建筑组成，拥有更大的甲板空间，两侧的船体为三体船提供了良好的稳定性，相比与常规单体船舶，可以提高其在高等级海况下的耐波性能。然而，研究表明三体船侧体布局对总阻力系数的影响较大，在不同的航速下，合理的设置侧体布局使得侧体兴波与主体兴起波浪在船首处相互叠加抵消，形成有利干扰，从而降低兴波阻力，提高船舶的快速性和航运效率。
此外，在三体船的结构强度方面，侧体的相对位置对波浪载荷沿船长、随浪向的分布规律以及对载荷大小都有所影响，特别是纵向扭矩的分布及大小，而连接桥上横向弯矩和横向扭矩同样受侧体位置影响较大，横浪状态下最危险。研究还指出，三体船侧体的最佳位置需综合考虑阻力和耐波性能，从阻力和耐波性综摇和垂荡来看，侧体越接近主体时性能为好，但对耐波性横摇来看，结果却恰恰相反。
传统的三体船侧体位置是固定的，即侧体位置是根据在某一具体航速下进行设计，并在考虑侧体所受载荷后加以调整和优化。故传统的三体船往往能实现在一种特定航行状态和海况条件下性能最优，而在当航行海域改变时，固定的侧体布局将无法最大程度地满足需要，而造成相应的损失。
因此，针对不同的航速、海况和工作任务，为实现三体船舶高效航行，侧体和主体相对位置的固定显然无法高效的完成要求，如何让三体船能更好的适应各种海况及作业任务，已成为现阶段发展和改进三体船性能的主要研究问题之一。
发明内容
发明目的：针对现有技术中三体船无法实现在各种海况和航速下均能进行高效稳定航行的缺点，本发明提供一种可适用于多海域航行的三体船，该三体船由于侧体能够相对主船体进行纵向、横向以及垂向的移动，因此其能够在不同航速、不同海况和不同任务要求下进行高效稳定航行，实现高效率作业。
本发明的技术方案为：一种可适用于多海域航行的三体船，包括主船体，位于主船体侧边的侧体以及用于连接主体和侧体的连接桥，侧体分为左侧体和右侧体，左侧体和右侧体对称布置在主船体的两侧；所述连接桥由两个桁架结构组成，其中，两个桁架结构分别为桁架a和桁架b，桁架a一端固定在主船体上，桁架a另一端与桁架b通过转轴连接，桁架a上设有液压缸，液压缸固定端固定在桁架a上，液压缸顶升端推动桁架b绕着转轴相对桁架a转动；侧体通过连接杆与桁架b的连接部滑动连接，连接杆在安装在桁架b上的驱动装置的带动下沿着主船体纵向相对连接部移动，并通过连接部上的定位装置固定在连接部上；侧体通过连接支架与连接杆固定连接。
其中，驱动连接杆相对连接部移动的驱动装置包括驱动电机、与驱动电机驱动端固定连接的滚珠丝杆以及套设在滚珠丝杆外且与滚珠丝杆传动连接的套筒组件，套筒组件与连接杆的其中一个端部固定连接，驱动电机安装在连接部上。
其中，还包括位于主船体上的液压泵和控制器，液压泵与控制器通过电缆连接，液压泵通过油管与液压缸连接，驱动电机通过电缆或无线通讯方式与控制器连接。
其中，连接部包括多个等距且并排设置的矩形箱，每个矩形箱上均设有供连接杆穿过的通孔以及将连接杆固定在连接部上的定位装置，多个矩形箱上通孔的中心线重合。
其中，定位装置包括驱动端以及在驱动端驱动下相对驱动端纵向伸缩的凸起。在侧体布局确定后驱动端驱动凸起与连接杆上的定位孔对接，完成侧体纵向位置的定位(固定)。
其中，连接杆包括穿过连接部通孔的杆体以及设置在杆体上的多个定位孔，定位孔与连接部上定位装置的凸起相互对应设置，连接杆上还设有限位块。连接杆其中一个端部与连接支架固定连接，连接杆另一个端部同时与套筒组件和连接支架固定连接。
有益效果：本发明三体船通过连接桥，可实现侧体相对主船体位置的调整，侧体能够相对主船体进行纵向、横向以及垂向的移动，从而使本发明三体船能够适用于不同航速和不同海域环境下的航行，具有航行速度快、稳定性高和航行安全的优点。
附图说明
图1为本发明三体船的爆炸图；
图2为主船体的结构示意图；
图3为船侧体的结构示意图；
图4为连接桥的外部结构示意图；
图5为连接桥的内部结构示意图；
图6为连接部其中一个矩形箱的剖面图；
图7为驱动装置与连接杆以及连接杆与侧体的连接示意图；
图8为连接桥中桁架a上液压缸的结构示意图；
图9为本发明三体船连接桥上横向弯矩Mcb随侧体位置变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明可适用于多海域航行的三体船，包括主船体1，位于主船体1侧边的侧体2以及用于连接主体1和侧体2的连接桥3，侧体2分为左侧体4和右侧体5，左侧体4和右侧体5对称布置在主船体1的两侧，左侧体4通过左连接桥6与主船体1连接，右侧体5通过右连接桥7与主船体1连接。
如图2所示，主船体1的长宽比约为8，主船体1底部曲面为类双曲面，船宽自船尾向船首减小，浮力提供主要在主船体1距船尾40％L处。主体船1船首为内倾式穿浪船首，水线以上干舷向中纵剖面倾斜，首柱后倾，使船舶面对海上大风浪环境时，能够劈开波浪，防止船舶淹湿，并具备一定的隐身性，船尾为方尾，横剖面为V型，能够提高船舶在海上航行时的耐波性。
如图3所示，侧体2的长宽比为10，沿主船体1纵向分布在船舯后距船尾35％L处，侧体2横剖面形状近似于一个矩形和倒三角形，船舯底升角设计为40°，该角度考虑了侧体的阻力性能和总布置。
如图4～8所示，连接桥3由外壳31以及设置在外壳31内的两个桁架结构组成，其中，两个桁架结构分别为桁架a32和桁架b33，桁架a32一端通过连接件34与主船体1焊接固定，桁架a32另一端与桁架b33通过转轴35铰接，桁架a32上设有液压缸36，液压缸36固定端361固定在桁架a32上，液压缸36顶升端362推动桁架b33绕着转轴35相对桁架a32转动，从而实现侧体2相对主船体1的横向距离和垂向位置的调整；侧体2通过连接杆21与桁架b33的连接部37滑动连接，连接杆21在桁架b33(连接部37)上的驱动装置的带动下沿着主船体1纵向相对连接部37移动，并通过连接部37上的定位装置38固定在连接部37上；侧体2通过连接支架45与连接杆21固定连接；其中，驱动连接杆21相对连接部37移动的驱动装置包括驱动电机41、与驱动电机41驱动端固定连接的滚珠丝杆43以及套设在滚珠丝杆43外且与滚珠丝杆43传动连接的套筒组件42，套筒组件42与连接杆31的其中一个端部固定连接，驱动电机41安装在连接部37上，驱动装置驱动连接杆21沿着主船体1纵向进行前后移动，从而完成侧体2沿主船体1纵向的布局调整。
本发明还包括位于主船体1上的液压泵和控制器，液压泵与控制器通过电缆连接，液压泵通过油管与液压缸36连接；驱动电机41与控制器通过电缆或无线通讯连接。
其中，连接部37包括多个等距并排设置的矩形箱39，每个矩形箱39上均设有供连接杆21穿过的通孔391以及用于将连接杆21固定在连接部37上的定位装置38，多个矩形箱39上通孔391的中心线重合。定位装置38包括驱动端381以及在驱动端381驱动下相对驱动端381纵向伸缩的凸起382(定位装置38的驱动端381可以是固定在矩形箱39内的顶升气缸，顶升气缸的固定端固定在矩形箱39内，顶升气缸的驱动端端部与凸起382固定连接，顶升气缸驱动端带动凸起382从孔中伸出并伸入连接杆21上的定位孔221中，从而实现将连接杆21固定在连接部37上或顶升气缸驱动端带动凸起382从孔中缩回，顶升气缸通过控制器控制启闭；定位装置38也可以为自动升降柱)；连接杆21包括穿过连接部37通孔391的杆体22以及设置在杆体22上的多个定位孔221，定位孔221与连接部37上定位装置38的凸起382相互对应设置。连接部37上还设有限位块24。
当船舶根据航行海域条件和性能的要求，需对侧体2位置进行调整时，液压缸36顶推桁架b33，使桁架b33绕转轴35转动，使侧体2横向位置缩小，并减少侧体2吃水；反之，若需要横向位置增大、吃水增加，则收缩液压缸36顶升端362完成调整。
当根据航行海域条件和性能的要求，需要对侧体2做出纵向位置的调整时，驱动装置(驱动电机41转动)使侧体2和连接杆21一起发生(相对主船体1)纵向位置的改变，当达到目标调整量时，矩形箱39内定位装置38的凸起382升起，凸起382穿过连接杆21杆体22上的定位孔221，从而锁定连接杆21，达到防止侧体2在航行时再发生纵向移动而造成危险的问题，同时在连接杆21两端设置防脱落装置，即限位块24。
船舶航行时，通过船上搭载的测风传感器、波浪仪等监测仪器，采集当前环境下的风速、波浪大小以及实时航速，根据不同的海况和航速，各传感器将采集的数据传输给位于主船体1的控制器。控制器通过采集的数据计算出在该环境下最佳的侧体2位置，进而通过液压缸36(伸缩)和驱动电机41(转动方向)来调整侧体2相对主船体1的位置。
当船舶根据实际海域条件，以某一较高的航速行驶时，根据Cw_(Bh/L)曲线(其中Cw为兴波阻力系数，Bh为左右两连接桥中心线间的横向宽度，L为三体船(主船体)总长)，通过控制器控制液压缸36的启闭，从而改变不同航速下三体船的横向结构(即主船体与侧体的横向间距)，使三体船的船体之间的兴波干扰形成有利干扰，降低了三体船整体的兴波阻力，提高航行效率。
当船舶根据实际海域条件，船遭受恶劣海况条件时，三体船受波浪载荷的影响所受纵向扭矩Mlt、连接桥上横向弯矩Mcb、横向扭矩Mct均有所改变，根据Mlt-Ld/L、Mcb-Ld/L、Mct-Ld/L曲线(部分曲线如图9所示)，控制器通过上述曲线计算得到侧体最佳纵向位置，进而通过驱动电机41调整侧体的纵向位置(其中Ld为侧体中横剖面距船尾长度，L为三体船总长)。
当船舶需要停驻或需要紧急制动时，三体船可通过连接桥，完成侧体垂向位置和横向位置的调整，增大侧体吃水和稳性高，以获得更大的耐波性和稳性。
当受到较大波浪载荷时，通过驱动装置使侧体位于距船尾约35％～40％L处，此时各项载荷均较小。当受到较大横浪作用时，通过连接桥改变侧体的垂向位置，增加侧体吃水，提高三体船的稳性和耐波性。当海况良好，三体船航速较高时，通过调整侧体横向位置，使主船体在船首处获得有利的兴波干扰，减少航行阻力；当海况恶劣时，侧体纵向位置的调整能一定程度地降低三体船所需承受的波浪载荷，提高船舶安全性；若船舶需要停驻作业，调整侧体垂向位置，改变整船的重心，使三体船能更平稳的完成作业任务。
本发明三体船可通过连接桥完成侧体与主船体之间相对位置的调整，改变船体的主要排水状态，以达到能适应在不同航速、不同海况、不同作业任务要求下的高效率作业能力。

Claims (3)

1.一种可适用于多海域航行的三体船，其特征在于：包括主船体，位于主船体侧边的侧体以及用于连接主体和侧体的连接桥，侧体分为左侧体和右侧体，左侧体和右侧体对称布置在主船体的两侧；所述连接桥由两个桁架结构组成，其中，两个桁架结构分别为桁架a和桁架b，桁架a一端固定在主船体上，桁架a另一端与桁架b通过转轴连接，桁架a上设有液压缸，液压缸固定端固定在桁架a上，液压缸顶升端推动桁架b绕着转轴相对桁架a转动；侧体通过连接杆与桁架b的连接部滑动连接，连接部上设有驱动装置，连接杆在驱动装置的带动下沿主船体纵向相对连接部移动，并通过连接部上的定位装置固定在连接部上；侧体通过连接支架与连接杆固定连接；驱动连接杆相对连接部移动的驱动装置包括驱动电机、与驱动电机驱动端固定连接的滚珠丝杆以及套设在滚珠丝杆外且与滚珠丝杆传动连接的套筒组件，套筒组件与连接杆的其中一个端部固定连接，驱动电机安装在连接部上； 连接部包括多个等距且并排设置的矩形箱，每个矩形箱上均设有供连接杆穿过的通孔以及将连接杆固定在连接部上的定位装置，定位装置包括驱动端以及在驱动端驱动下相对驱动端纵向伸缩的凸起；多个矩形箱上通孔的中心线重合；连接杆包括穿过连接部通孔的杆体以及设置在杆体上的多个定位孔，定位孔与连接部上定位装置的凸起相互对应设置；
船舶航行时，通过船上搭载的测风传感器和波浪仪，采集当前环境下的风速、波浪大小以及实时航速，根据不同的海况和航速，各传感器将采集的数据传输给位于主船体的控制器；控制器通过采集的数据计算出在该环境下最佳的侧体位置，进而通过液压缸和驱动电机来调整侧体相对主船体的位置。
2.根据权利要求1所述的可适用于多海域航行的三体船，其特征在于：还包括位于主船体上的液压泵和控制器，液压泵与控制器通过电缆连接，液压泵通过油管与液压缸连接，驱动电机通过电缆或无线通讯方式与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的可适用于多海域航行的三体船，其特征在于：所述连接杆上还设有限位块。
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