CN111674503A - 基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置及其控制系统，涉及船体航行技术领域。本发明中：主处理控制器对船体尾端逆流导入通道入流端口位置处的导流板和逆流导入通道下游端口位置处的尾流板进行相应的角度调节；主处理控制器对船体行驶速度和水体流速进行分析，主处理控制器对船体尾端逆流导入通道入流端口位置处的导流板和逆流导入通道下游端口位置处的尾流板的驱动调节装置进行相应的驱动功率的调节。本发明降低了船体受到的受到侧风、侧流所产生的偏移趋势作用，同时对船体尾部的方位导流板、方位尾流板的调节角度以及所需要的调节动力进行控制，实现一种节能、高效的船体逆风逆流辅助行驶驱控。

Description

基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置及其控制系统

技术领域

本发明属于船体航行技术领域，特别是涉及基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置及其控制系统。

背景技术

流水行船问题又叫流水问题，是指船在江河里航行时，除了本身的前进速度外，还受到流水的侧推或顶逆，在这种情况下分析船只的航行速度、时间和所行的路程。

船体在行驶过程中受到逆向或侧向的水流冲击时，尤其是侧向的水流冲击，船体本身都有存在侧偏的趋势，为了稳定行驶路线，不得多采用相应的助力，以消除侧向偏移的冲击，这种方式虽然消除了侧向偏移趋势，但额外增加侧推器，无疑增大了很多能耗，不节能环保，而且可控性差。本发明便是针对降低船体受到的受到侧风、侧流所产生的偏移趋势作用，以及实现节能、高效的船体逆风逆流辅助行驶驱控等问题进行深入的分析设计，解决航行过程中所受的侧向冲击趋势问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置及其控制系统，降低了船体受到的受到侧风、侧流所产生的偏移趋势作用，同时对船体尾部的方位导流板、方位尾流板的调节角度以及所需要的调节动力进行控制，实现一种节能、高效的船体逆风逆流辅助行驶驱控。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置，包括船体，船体的船底尾部设有一组对称分布的逆流导入通道；逆流导入通道的下游段为朝向船体弯曲的通道；逆流导入通道的外围设有外部开口仓。

逆流导入通道上设有位于船体的边侧位置处的第一导流调节装置；第一导流调节装置上配合驱动连接有第一方位导流板；逆流导入通道的下游端口位置处设有第一尾流调节装置；第一尾流调节装置上配合驱动连接有第一方位尾流板；逆流导入通道中设有交错设置的通道方向桨叶；外部开口仓内设有若干外部推力桨叶；通道方向桨叶通过齿轴结构驱动外部推力桨叶。

作为本发明的一种优选技术方案，逆流导入通道和外部开口仓中贯通安装有若干第一转轴杆；外部推力桨叶配合安装在第一转轴杆的外端；逆流导入通道内设有若干第二固定杆；相邻的通道方向桨叶安装在第二固定杆的不同距离点位置处；第二固定杆上通过轴承活动装设有第二转轴杆；通道方向桨叶配合安装在第二转轴杆的上游端；第二转轴杆的下游端设置有导入侧锥形齿轮；第一转轴杆上配合装设有与导入侧锥形齿轮配合连接的推力侧锥形齿轮。

作为本发明的一种优选技术方案，第一导流调节装置的输出端设有用于驱动调节第一方位导流板的导流驱动组件；第一尾流调节装置的输出端设有用于驱动调节第一方位尾流板的尾流驱动组件。

作为本发明的一种优选技术方案，逆流导入通道的尾端端口倾斜向后；第一尾流调节装置驱动调节第一方位尾流板进行尾流的流速调节。

基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控控制系统，包括系统信息进行分析处理和相应机构驱动控制的主处理控制器，船体上自配备船体行驶系统，对船体行驶方向和船体行驶速度进行实时监测，船体上设有风力传感检测装置，风力传感检测装置对船体行驶过程中的实时风向角度进行传感检测，同步的传输到主处理控制器，主处理控制器将风向信息对应化的生成由风力而导致的船体行驶水流方向信息。

主处理控制器对风力传感检测装置检测到的风向信息进行偏阻方位以及偏阻角度的分析，主处理控制器对船体尾端逆流导入通道入流端口位置处的导流板和逆流导入通道下游端口位置处的尾流板进行相应的角度调节。

船体浸入水中的位置处设置有水体流速传感装置，对行驶过程中的水流速率进行传感检测。

主处理控制器对船体行驶速度和水体流速进行分析，主处理控制器对船体尾端逆流导入通道入流端口位置处的导流板和逆流导入通道下游端口位置处的尾流板的驱动调节装置进行相应的驱动功率的调节。

作为本发明的一种优选技术方案，主处理控制器内根据船体实时的行驶方向设定极坐标方向，同步在该极坐标参考系内导入风速/水流方向信息；主处理控制器以船体实时的行驶方向为参考系方向，分区设定正面区域和反面区域；主处理控制器将风速/水流方向信息与成为参考系方向的船体实时的行驶方向进行比较，判断风速/水流方向所属的方位区域；主处理控制器根据风速/水流方向所属的方位区域对相应侧逆流导入通道上的调节装置进行驱动控制。

作为本发明的一种优选技术方案，设风力传感检测装置检测到的实时风向角度为Wf；设船体行驶系统中的船体行驶方向相对行驶角度为Ws；则存在阻偏角度Wp＝│Wf-Ws│；主处理控制器驱动控制船体尾端逆流导入通道入流端口位置处的导流板的开转角度Wk＝π-Wp。

设船体行驶速度为Vc；设水体流速为Vs；则存在水流产生的行驶反速率为Vf＝Vs·COS(Wp)，WP≤90或Vf＝-Vs·COS(Wp)，WP〉90°。

则存在逆流导入通道上的外侧端口位置处的导流板调节相对速率为Vd＝Vc+Vf；主处理控制器根据分析计算出的导流板调节相对速率Vd，对相应侧的导流调节装置进行导流板功率调节操作。

作为本发明的一种优选技术方案，船体浸入水中的水体流速传感装置设置在船体尾侧的逆流导入通道入流端口的前侧方位，对船底尾部的水流流速进行传感监测。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在船体尾部设置带有内弯的逆流导入通道，在存在较大侧向水流时，水流进入逆流导入通道，对通道方向桨叶形成推力，带动外部推力桨叶转动，对船体形成辅助前进推力，同时弯曲位置处的外部推力桨叶倾斜推动船体，降低船体受到的受到侧风、侧流所产生的偏移趋势作用；

2、本发明通过对船体行驶过程中所受到的风向阻力、水流阻力等参数进行传感采集，通过对船体行驶状态与相应阻力参数之间的分析、计算，对船体尾部的方位导流板、方位尾流板的调节角度以及所需要的调节动力进行控制，实现一种节能、高效的船体逆风逆流辅助行驶驱控。

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的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明中船体尾端一组对称分布的逆流导入通道的结构示意图；

图2为本发明中其中一个逆流导入通道的结构示意图；

图3为本发明中船体上风力传感检测装置、水体流速传感装置的位置示意图；

图4为本发明中阻力方向性判断的示意图；

图5为本发明中导流板开转角度调节的系统逻辑示意图；

图6为本发明中导流板驱动功率调节的系统逻辑示意图；

图7为本发明中导流驱动调节与导流相对速率之间的关系示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-船体；2-逆流导入通道；3-外部开口仓；4-第一导流调节装置；5-第一方位导流板；6-第一尾流调节装置；7-第一方位尾流板；8-第一转轴杆；9-外部推力桨叶；10-第二固定杆；11-通道方向桨叶；12-导流驱动组件；13-尾流驱动组件；14-第二转轴杆；15-导入侧锥形齿轮；16-推力侧锥形齿轮；17-风力传感检测装置；18-水体流速传感装置。

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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1、图2、图3所示，本发明中涉及基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置，船体1的船底尾部设有一组对称分布的逆流导入通道2；逆流导入通道2的下游段为朝向船体1弯曲的通道；逆流导入通道2的外围设有外部开口仓3；逆流导入通道2上设有位于船体1的边侧位置处的第一导流调节装置4；第一导流调节装置4上配合驱动连接有第一方位导流板5；逆流导入通道2的下游端口位置处设有第一尾流调节装置6；第一尾流调节装置6上配合驱动连接有第一方位尾流板7；逆流导入通道2中设有交错设置的通道方向桨叶11；外部开口仓3内设有若干外部推力桨叶9；通道方向桨叶11通过齿轴结构驱动外部推力桨叶9。

逆流导入通道2和外部开口仓3中贯通安装有若干第一转轴杆8；外部推力桨叶9配合安装在第一转轴杆8的外端；逆流导入通道2内设有若干第二固定杆10；相邻的通道方向桨叶11安装在第二固定杆10的不同距离点位置处；第二固定杆10上通过轴承活动装设有第二转轴杆14；通道方向桨叶11配合安装在第二转轴杆14的上游端；第二转轴杆14的下游端设置有导入侧锥形齿轮15；第一转轴杆8上配合装设有与导入侧锥形齿轮15配合连接的推力侧锥形齿轮16。

第一导流调节装置4的输出端设有用于驱动调节第一方位导流板5的导流驱动组件12；第一尾流调节装置6的输出端设有用于驱动调节第一方位尾流板7的尾流驱动组件13。

逆流导入通道2的尾端端口倾斜向后；第一尾流调节装置6驱动调节第一方位尾流板7进行尾流的流速调节。

实施例二

本发明中涉及基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控控制系统，包括系统信息进行分析处理和相应机构驱动控制的主处理控制器，船体1上自配备船体行驶系统，对船体1行驶方向和船体1行驶速度进行实时监测，船体1上设有风力传感检测装置17，风力传感检测装置17对船体1行驶过程中的实时风向角度进行传感检测，同步的传输到主处理控制器，主处理控制器将风向信息对应化的生成由风力而导致的船体行驶水流方向信息。

主处理控制器对风力传感检测装置17检测到的风向信息进行偏阻方位以及偏阻角度的分析，主处理控制器对船体1尾端逆流导入通道2入流端口位置处的导流板和逆流导入通道2下游端口位置处的尾流板进行相应的角度调节。

船体1浸入水中的位置处设置有水体流速传感装置18，对行驶过程中的水流速率进行传感检测；主处理控制器对船体1行驶速度和水体流速进行分析，主处理控制器对船体1尾端逆流导入通道2入流端口位置处的导流板和逆流导入通道2下游端口位置处的尾流板的驱动调节装置进行相应的驱动功率的调节。

如图1、图3、图4所示，主处理控制器内根据船体1实时的行驶方向设定极坐标方向，同步在该极坐标参考系内导入风速/水流方向信息；主处理控制器以船体1实时的行驶方向为参考系方向，分区设定正面区域和反面区域；主处理控制器将风速/水流方向信息与成为参考系方向的船体1实时的行驶方向进行比较，判断风速/水流方向所属的方位区域；主处理控制器根据风速/水流方向所属的方位区域对相应侧逆流导入通道2上的调节装置进行驱动控制。

如图1、图3、图5所示，设风力传感检测装置17检测到的实时风向角度为Wf；设船体行驶系统中的船体1行驶方向相对行驶角度为Ws；则存在阻偏角度Wp＝│Wf-Ws│；主处理控制器驱动控制船体1尾端逆流导入通道2入流端口位置处的导流板的开转角度Wk＝π-Wp。

如图1、图3、图6所示，设船体1行驶速度为Vc；设水体流速为Vs；则存在水流产生的行驶反速率为Vf＝Vs·COS(Wp)，WP≤90或Vf＝-Vs·COS(Wp)，WP〉90°；则存在逆流导入通道2上的外侧端口位置处的导流板调节相对速率为Vd＝Vc+Vf；主处理控制器根据分析计算出的导流板调节相对速率Vd，对相应侧的导流调节装置进行导流板功率调节操作。

如图1、图3所示，船体1浸入水中的水体流速传感装置18设置在船体尾侧的逆流导入通道2入流端口的前侧方位，对船底尾部的水流流速进行传感监测。

实施例三

如图1、图2所示，船体1尾部设置带有内弯的逆流导入通道2，船体本体两侧切线方向的水流顺流进入逆流导入通道，而斜侧的较大侧向水流，具有一定的侧向冲击力，侧向水流以一定倾斜角度进入逆流导入通道；两侧方位的水流同步进入逆流导入通道，对通道方向桨叶形成推力，带动外部推力桨叶转动，对船体形成辅助前进推力，同时弯曲位置处的外部推力桨叶倾斜推动船体，降低船体受到的受到侧风、侧流所产生的偏移趋势作用。

请参阅图1、图2、图3、图4所示，对风向方向(水流方向)与船体行驶方向进行参考系化的分析，建立以船体行驶方向为基准方向，对水流方向的阻偏方位和阻偏角度进行分析计算。如A1中水流方向相对行驶方向，为正面方位，阻偏角度为Wp1，则启动船体1尾部负面方位的逆流导入通道2(图1中的左侧逆流导入通道2)；如如A2中水流方向相对行驶方向，为负面方位，阻偏角度为Wp2，则启动船体1尾部正面方位的逆流导入通道2(图1中的右侧逆流导入通道2)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置，包括船体(1)，其特征在于：

所述船体(1)的船底尾部设有一组对称分布的逆流导入通道(2)；

所述逆流导入通道(2)的下游段为朝向船体(1)弯曲的通道；

所述逆流导入通道(2)的外围设有外部开口仓(3)；

所述逆流导入通道(2)上设有位于船体(1)的边侧位置处的第一导流调节装置(4)；

所述第一导流调节装置(4)上配合驱动连接有第一方位导流板(5)；

所述逆流导入通道(2)的下游端口位置处设有第一尾流调节装置(6)；

所述第一尾流调节装置(6)上配合驱动连接有第一方位尾流板(7)；

所述逆流导入通道(2)中设有交错设置的通道方向桨叶(11)；

所述外部开口仓(3)内设有若干外部推力桨叶(9)；

所述通道方向桨叶(11)通过齿轴结构驱动外部推力桨叶(9)。

2.根据权利要求1所述的基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置，其特征在于：

所述逆流导入通道(2)和外部开口仓(3)中贯通安装有若干第一转轴杆(8)；

所述外部推力桨叶(9)配合安装在第一转轴杆(8)的外端；

所述逆流导入通道(2)内设有若干第二固定杆(10)；

相邻的通道方向桨叶(11)安装在第二固定杆(10)的不同距离点位置处；

所述第二固定杆(10)上通过轴承活动装设有第二转轴杆(14)；

所述通道方向桨叶(11)配合安装在第二转轴杆(14)的上游端；

所述第二转轴杆(14)的下游端设置有导入侧锥形齿轮(15)；

所述第一转轴杆(8)上配合装设有与导入侧锥形齿轮(15)配合连接的推力侧锥形齿轮(16)。

3.根据权利要求1所述的基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置，其特征在于：

所述第一导流调节装置(4)的输出端设有用于驱动调节第一方位导流板(5)的导流驱动组件(12)；

所述第一尾流调节装置(6)的输出端设有用于驱动调节第一方位尾流板(7)的尾流驱动组件(13)。

4.根据权利要求1所述的基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控装置，其特征在于：

所述逆流导入通道(2)的尾端端口倾斜向后；

所述第一尾流调节装置(6)驱动调节第一方位尾流板(7)进行尾流的流速调节。

5.基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控控制系统，包括系统信息进行分析处理和相应机构驱动控制的主处理控制器，船体(1)上自配备船体行驶系统，对船体(1)行驶方向和船体(1)行驶速度进行实时监测，其特征在于：

船体(1)上设有风力传感检测装置(17)，风力传感检测装置(17)对船体(1)行驶过程中的实时风向角度进行传感检测，同步的传输到主处理控制器，主处理控制器将风向信息对应化的生成由风力而导致的船体行驶水流方向信息；

主处理控制器对风力传感检测装置(17)检测到的风向信息进行偏阻方位以及偏阻角度的分析，主处理控制器对船体(1)尾端逆流导入通道(2)入流端口位置处的导流板和逆流导入通道(2)下游端口位置处的尾流板进行相应的角度调节；

船体(1)浸入水中的位置处设置有水体流速传感装置(18)，对行驶过程中的水流速率进行传感检测；

主处理控制器对船体(1)行驶速度和水体流速进行分析，主处理控制器对船体(1)尾端逆流导入通道(2)入流端口位置处的导流板和逆流导入通道(2)下游端口位置处的尾流板的驱动调节装置进行相应的驱动功率的调节。

6.根据权利要求5所述的基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控控制系统，其特征在于：

主处理控制器内根据船体(1)实时的行驶方向设定极坐标方向，同步在该极坐标参考系内导入风速/水流方向信息；

主处理控制器以船体(1)实时的行驶方向为参考系方向，分区设定正面区域和反面区域；

主处理控制器将风速/水流方向信息与成为参考系方向的船体(1)实时的行驶方向进行比较，判断风速/水流方向所属的方位区域；

主处理控制器根据风速/水流方向所属的方位区域对相应侧逆流导入通道(2)上的调节装置进行驱动控制。

7.根据权利要求5所述的基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控控制系统，其特征在于：

设风力传感检测装置(17)检测到的实时风向角度为Wf；

设船体行驶系统中的船体(1)行驶方向相对行驶角度为Ws；

则存在阻偏角度Wp＝│Wf-Ws│；

主处理控制器驱动控制船体(1)尾端逆流导入通道(2)入流端口位置处的导流板的开转角度Wk＝π-Wp；

设船体(1)行驶速度为Vc；

设水体流速为Vs；

则存在水流产生的行驶反速率为Vf＝Vs·COS(Wp)，WP≤90或Vf＝-Vs·COS(Wp)，WP〉90°；

则存在逆流导入通道(2)上的外侧端口位置处的导流板调节相对速率为Vd＝Vc+Vf；

主处理控制器根据分析计算出的导流板调节相对速率Vd，对相应侧的导流调节装置进行导流板功率调节操作。

8.根据权利要求5所述的基于行驶参数监测的逆风行船辅助调控控制系统，其特征在于：

船体(1)浸入水中的水体流速传感装置(18)设置在船体尾侧的逆流导入通道(2)入流端口的前侧方位，对船底尾部的水流流速进行传感监测。

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