CN111332420A - 一种高速单体船航向稳定鳍及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶配件领域，为解决现有高速单体船舶在航行时容易发生航向偏移，进而发生的船长操舵次数增加、能耗增大、船舶经济性降低等问题，本发明提供了一种高速单体船航向稳定鳍，并提供了其安装方法。所述航向稳定鳍包括芯部、内侧板和外侧板，内侧板为平直板且内侧板尾部向上延伸形成艉封板，外侧板由前端的锐板和后端的折板沿焊接线焊接形成。本发明能够有效避免偏航情况的发生；能够进一步起到稳定船体、防晃动防横移等作用；结构简洁精妙，利于工厂化生产加工和装设。

Description

一种高速单体船航向稳定鳍及其安装方法

技术领域

本发明涉及船舶配件领域，尤其涉及一种高速单体船航向稳定鳍及其安装方法。

背景技术

无论是单体高速船或是双体高速船，之所以能取得高速，主要原因是在同等主机推进功率和同等装载量的前提下，作为船舶自身的空船重量要相对较轻，这是最为关键的因素。也就是说，船舶的排水量要相对较小，但正因为其较轻的缘故，所以船舶高速航行时，会受到更大的波浪冲击和承受更大的风阻，由于风、浪、流是不可能一直与船舶的航向保持平行的方向，因而对比普通的低速船或大排水量船舶，高速船就自然会发生更加明显的偏航。而为了保持喷水推进高速船的良好航向稳定性，于是该发明就应运而生！并在实船中得到了良好的运用和验证。

作为喷水泵推进的单体高速船，由于其依靠喷射高速水流反推船舶前进航行，加上船舶高速航行时的航行姿态，受到风、浪、流等外力的影响，甚至船舶的左右舷线型也在建造过程中不能100%做到完全左右对称，往往导致单体高速船在高速航行状态时航向不稳定，造成船舶驾驶员频繁操舵，精神紧张，给船员造成额外的心理压力，可能发生操船不安全性；同时，由于船舶航向不稳，将比航向稳定的船舶消耗更多的燃料，降低了船舶的经济性。

因此，设计一种能够大幅度提高高速单体船舶直航时航向稳定性的稳定鳍是刻不容缓的。

发明内容

为解决现有高速单体船舶在航行时容易发生航向偏移，进而发生的船长操舵次数增加、能耗增大、船舶经济性降低等问题，本发明提供了一种高速单体船航向稳定鳍，并提供了其安装方法。其首先要实现的目的是提高高速单体船舶航向稳定性的目的，并在此基础上降低实施成本并提高其适用性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种高速单体船航向稳定鳍，所述航向稳定鳍包括芯部、内侧板和外侧板组成，芯部的上端面切割至与船尾底部契合并与船尾底部焊接且前端指向船头，所述内侧板和外侧板分别包覆在航向稳定鳍两侧并在芯部的前端和底部呈锐角相接，稳定鳍的后端面为梯形、前端为锥形，内侧板为平直板，外侧板由前端的锐板和后端的折板沿焊接线焊接形成，折板沿第一压弯线弯折为上部的上平板和下部的下导流板，上平板和下导流板之间呈166～168°的夹角，上平板板面与内侧板板面平行，下导流板与内侧板在芯部底部呈锐角相接，锐板为四边形板并沿第二压弯线分为上三角板和下三角板，上三角板与下三角板之间呈165～169°的夹角，第二压弯线一端与第一压弯线相连、另一端延伸至航向稳定鳍前端锥形顶点处，下三角板一边与内侧板焊接形成稳定鳍前端锥形的棱边，上三角板、下三角板和下导流板的表面形成导流面，内侧板和上平板表面形成平流面。

高速单体船舶在直航时发生偏航现象主要是由于在实际操船过程中，由于其依靠喷射高速水流反推船舶前进航行，加上船舶高速航行时的航行姿态，受到风、浪、流等外力的影响，甚至船舶的左右舷线型也在建造过程中不能100%做到完全左右对称，往往导致单体高速船在高速航行状态时航向不稳定，造成船舶驾驶员频繁操舵，精神紧张，给船员造成额外的心理压力，可能发生操船不安全性；同时，由于船舶航向不稳，将比航向稳定的船舶消耗更多的燃料，降低了船舶的经济性。

本发明所提供的航向稳定鳍，在航行过程中，由于其上三角板、下三角板和下导流板的表面形成导流面以及内侧板和上平板表面形成平流面的设置，使得航向稳定鳍不同部位表面所产生的水体流速产生偏差。这是因为海水在沿稳定鳍的导流面和平流面流动时的流量相同，但流动路径显然是导流面更长，因此需要更大的流速。再先根据伯努利方程式式1：p+1/2ρv²+ρgh=C或另一表述形式式2：p₁+1/2ρv₁ ²+ρgh₁=p₂+1/2ρv₂ ²+ρgh₂（式1和式2中p为流体中某点的压强，v为流体该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量）进行理想化计算，并结合速度环量积分计算可获得式3：L= ρv_∞Γ（式3中L为压力差，Γ为速度环量，v_∞为来流速度，ρ为流体密度），式3指出压力L的大小同速度环量Γ、来流速度V_∞和流体的密度ρ成正比。因此根据举力的产生原理进行多步计算后可得出航向稳定鳍的内侧板和外侧板所受到海水对其产生的压力差大小大致可视作海水密度、海水来流速度和绕航向稳定鳍的水流环量之积的结论，来流速度相当于船体的航速减去摩擦力所带来的影响。由于平流面表面流速小，压力大，又进一步导致摩擦力增大，使得平流面表面所受压力逐渐增大至趋于平衡，该趋于平衡的过程在高速航行时能够加快，使得航向稳定鳍的平流面和导流面之间的压力差快速达到最大，通过压力差形成矫正力。

在本发明中，内侧板和上平板表面所产生的压力基本相同，该压力能够在高速航行的船体发生晃动时或产生横移时起到抵消、矫正的作用，减小晃动和横移的幅度，使船体更加稳定，上平板与下导流板之间呈166～168°的夹角以及上三角板与下三角板之间呈165～169°的夹角使得压力差所产生力的方向为向下、向外和向前三个方向的矫正力，向下的矫正力能够进一步起到稳定船体的作用，能够略微加大船体的吃水深度。但在夹角过小时，所产生的向下的矫正力会使船体吃水深度过深并减小抵消导致偏航的向外的矫顽力，使用效果不佳。经多次试验后，证明在以上两个夹角范围能够起到更为优秀的使用效果。

更进一步地，所述第一压弯线与芯板上端面的夹角≤2°。

折板沿一与芯板上端面的夹角≤2°的第一压弯线弯折为上部的上平板和下部的下导流板，使得内侧板与下导流板之间形成斜向下、向前两个方向的矫正力，向前的力较小、起到抵消水体对船的阻力、略微提高航速、节省能耗的效果，向外的力较大，即能够起到抵消船体偏航时斜向力的作用，但若第一压弯线与芯板上端面的夹角过大，则会导致向外的力快速减小，抵消船体偏航时斜向力的作用效果减弱，因此必须将折板沿一与芯板上端面的夹角控制在2°的范围内，以保证航向稳定鳍能够保持良好的防止偏航的作用。

更进一步地，所述焊接处均通过打磨形成弧面。

弧面能够减少海水阻力，并能够将导流面向平流面略微扩散，进一步增大防止偏航的矫正力。

更进一步地，所述航向稳定鳍表面均涂有油漆进行保护。

油漆能够避免航向稳定鳍因氧化等影响导致表面变得不平整，进而导致导流面的导流效果下降，致使矫正力大幅度下降。

更进一步地，所述上三角板、下三角板和下导流板的表面均通过表面处理技术生长有纳米草结构。

纳米草是一种特殊的纳米结构，大多制备于船底板所用材料的表面，其在用于稳定鳍时可形成疏水的空气薄膜、减小海水与稳定鳍的滑动摩擦阻力，还具有防止海洋污染物附着等多种优异性能。纳米草优选为铝锌纳米草结构。

更进一步地，所述内侧板尾部向上延伸形成艉封板，艉封板焊接在船尾侧壁。

艉封板能够提高航向稳定鳍的安装稳定性，避免在压力差作用下航向稳定鳍产生倾斜。

更进一步地，所述内侧板和外侧板材质为铝合金6082，芯部材质为铝合金5083。

铝合金具有质轻且具有较优力学性能的特点。铝合金5083具有的焊接性能较差，因此以其作为芯部，可避免在焊接时发生变形而导致导流面表面的海水流速下降，铝合金5083是铝合金中少有的具有优异焊接性能的材料。

一种高速单体船航向稳定鳍的安装方法，所述航向稳定鳍在船体艉部的底端设有两个，航向稳定鳍的上端面均焊接在船体底端、艉封板均焊接在船体艉部的侧壁，两个航向稳定鳍均沿船体中心线相互对称且内侧板板面平行于片体中心线，内侧板与内侧板相对竖直设置。

通过在高速单体船舶底端设置对称的航向稳定鳍，可极大的提高高速单体船舶的航行稳定性并使其具有极为优异的航向稳定性。

更进一步地，所述两个航向稳定鳍的间距为船体宽度的40～50%。

间距设置过大时，根据流体力学原理分析计算可明显得知距离两个航向稳定鳍之间距离内侧板越远、海水流速越大，因此会对所形成的防止发生航向偏移的矫正力进行削弱。而航向稳定鳍之间相距过近时，则容易在两者之间形成紊流，不但无法起到避免偏航的作用，还容易导致船体失控。而在常规体型的深V底高速单体船舶中，该间距范围具有较优的使用效果。

更进一步地，所述两个航向稳定鳍的间距为船体宽度的44～45%。

经多次试验，在用于常规体型的深V底高速单体船舶时该间距为最佳间距。

本发明的有益效果是：

1）能够有效避免偏航情况的发生；

2）能够进一步起到稳定船体、防晃动防横移等作用；

3）结构简洁精妙，利于工厂化生产加工和装设。

附图说明

图1为本发明的侧视示意图；

图2为本发明的截视示意图；

图中，1航向稳定鳍，11芯部，12内侧板，121艉封板，13外侧板，131上平板，132下导流板，133上三角板，134下三角板，135第一压弯线，136第二压弯线，2船体。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示的一种高速单体船航向稳定鳍，所述航向稳定鳍1包括芯部11、内侧板12和外侧板13组成，内侧板12和外侧板13材质为铝合金6082，芯部11材质为铝合金5083，芯部11的上端面切割至与船尾底部契合并与船尾底部焊接且前端指向船头，内侧板12和外侧板13分别包覆在航向稳定鳍1两侧并在芯部11的前端和底部呈锐角相接，稳定鳍的后端面为梯形、前端为锥形，内侧板12为平直板并向上延伸形成艉封板121，艉封板121焊接在船尾侧壁，外侧板13由前端的锐板和后端的折板沿焊接线焊接形成，折板沿一与芯板上端面的夹角≤2°的第一压弯线135弯折为上部的上平板131和下部的下导流板132，上平板131和下导流板132之间呈166～168°的夹角，上平板131板面与内侧板12板面平行，下导流板132与内侧板12在芯部11底部呈锐角相接，锐板为四边形板并沿第二压弯线136分为上三角板133和下三角板134，上三角板133与下三角板134之间呈165～169°的夹角，第二压弯线136一端与第一压弯线135相连、另一端与稳定鳍前端锥形顶点相连，下三角板134一边与内侧板12焊接形成稳定鳍前端锥形的棱边，上三角板133、下三角板134和下导流板132的表面形成导流面，内侧板12和上平板131表面形成平流面。

所述航向稳定鳍1上的焊接处均通过打磨形成弧面，整体表面均涂有油漆对其进行保护，且所述上三角板133、下三角板134和下导流板132所形成的导流面表面还通过表面处理技术生长有纳米草结构。

本发明航向稳定鳍1在安装使用时，在船体2艉部的底端设有两个，航向稳定鳍1的上端面均焊接在船体2底端、艉封板121均焊接在船体2艉部的侧壁，两个航向稳定鳍1均沿船体2中心线相互对称且内侧板12板面平行于片体中心线，内侧板12与内侧板12相对竖直设置，且设置两个航向稳定鳍1的间距为船体或片体宽度的40～50%。在实际使用过程中，在船最大宽度为9.62m的船体上，两个航向稳定鳍的间距为4.32m。

Claims (9)

1.一种高速单体船航向稳定鳍，所述航向稳定鳍包括芯部、内侧板和外侧板组成，芯部的上端面切割至与船尾底部契合并与船尾底部焊接且前端指向船头，其特征在于，所述内侧板和外侧板分别包覆在航向稳定鳍两侧并在芯部的前端和底部呈锐角相接，稳定鳍的后端面为梯形、前端为锥形，内侧板为平直板，外侧板由前端的锐板和后端的折板沿焊接线焊接形成，折板沿第一压弯线弯折为上部的上平板和下部的下导流板，上平板和下导流板之间呈166～168°的夹角，上平板板面与内侧板板面平行，下导流板与内侧板在芯部底部呈锐角相接，锐板为四边形板并沿第二压弯线分为上三角板和下三角板，上三角板与下三角板之间呈165～169°的夹角，第二压弯线一端与第一压弯线相连、另一端延伸至航向稳定鳍前端锥形顶点处，下三角板一边与内侧板焊接形成稳定鳍前端锥形的棱边，上三角板、下三角板和下导流板的表面形成导流面，内侧板和上平板表面形成平流面。

2.根据权利要求1所述的一种高速单体船航向稳定鳍，其特征在于，所述第一压弯线与芯板上端面的夹角≤2°。

3.根据权利要求1所述的一种高速单体船航向稳定鳍，其特征在于，所述焊接处均通过打磨形成弧面。

4.根据权利要求1所述的一种高速单体船航向稳定鳍，其特征在于，所述航向稳定鳍表面均涂有油漆进行保护。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种高速单体船航向稳定鳍，其特征在于，所述内侧板尾部向上延伸形成艉封板，艉封板焊接在船尾侧壁。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的一种高速单体船航向稳定鳍，其特征在于，所述内侧板和外侧板材质为铝合金6082，芯部材质为铝合金5083。

7.一种如权利要求1至6任意一项所述的高速单体船航向稳定鳍的安装方法，其特征在于，所述航向稳定鳍在船体艉部的底端设有两个，航向稳定鳍的上端面均焊接在船体底端、艉封板均焊接在船体艉部的侧壁，两个航向稳定鳍均沿船体中心线相互对称且内侧板板面平行于片体中心线，内侧板与内侧板相对竖直设置。

8.根据权利要求7所述的一种高速单体船航向稳定鳍的安装方法，其特征在于，所述两个航向稳定鳍的间距为船体宽度的40～50%。

9.根据权利要求7所述的一种高速单体船航向稳定鳍的安装方法，其特征在于，所述两个航向稳定鳍的间距为船体宽度的44～45%。

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