CN114750871A - 基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构及方法，其中，潜体导向结构具有延伸方向，潜体导向结构的一端固接于船体，潜体导向结构的另一端延伸至船体的下方高度；水翼结构位于船体的下方，且水翼结构与潜体导向结构的另一端之间相固接；潜体结构基于延伸方向可位移式装配于潜体导向结构，且潜体结构的可位移范围为潜体导向结构沿延伸方向的两端之间。解决了现有技术中没有能够同时满足既能在高海况状态下高速稳定航行，又能在高海况下稳定静浮的自动控制切换的船型结构，在面对远海、高海况海域以及恶劣天气时的性能达不到要求，船舶出勤率低的技术问题。

Description

基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构及方法

技术领域

本发明涉及船型结构技术领域，具体而言，涉及一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构及方法。

背景技术

目前，小水线面双体船是指一种水线面积小，具有两个潜水体的船型结构，其具有抗浪性强的优点，但是在航行状态下的阻力大，能耗高，速度慢。

全浸式水翼船，是指水翼全部浸沉在水中的“水翼船”，因其水翼浸沉深，水翼离开水的自由表面远，故而不易受波浪影响，即，随着深度的增加，物体受波浪的影响成指数级下降。因此，全浸式水翼船更适于海上航行，处于航行状态下的水翼船阻力小，能耗低，速度快，但是其在静浮状态时，由于没有速度，没有动升力，水翼起不到承力的作用，船体重力仍然靠船体外形所产生的浮力来提供，导致水翼船在静浮状态下的抗浪性会大幅减弱。

现有技术中，没有一种能够同时满足既能在高海况状态下高速稳定航行，又能在高海况下稳定静浮的自动控制切换的船型结构，整体性能不强，尤其是面对远海、高海况海域以及恶劣天气时，船舶出勤率较低。

发明内容

为此，本发明提供了一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构及方法，以解决现有技术中没有能够同时满足既能在高海况状态下高速稳定航行，又能在高海况下稳定静浮的自动控制切换的船型结构，在面对远海、高海况海域以及恶劣天气时的性能达不到要求，船舶出勤率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，包括：

船体；

潜体导向结构，具有一个延伸方向，所述潜体导向结构沿所述延伸方向的一端固接于所述船体，所述潜体导向结构沿所述延伸方向的另一端延伸至所述船体的下方高度；

水翼结构，位于所述船体的下方，且所述水翼结构与所述潜体导向结构的另一端之间相固接；

潜体结构，基于所述延伸方向可位移式装配于所述潜体导向结构，且所述潜体结构的可位移范围为所述潜体导向结构沿所述延伸方向的两端之间。

在上述技术方案的基础上，对本发明做如下进一步说明：

作为本发明的进一步方案，所述船体具有前进方向，且所述船体基于所述前进方向分别形成船体前端和船体后端；所述潜体导向结构包括前导向桅杆和后导向桅杆，所述前导向桅杆和所述后导向桅杆均设有两组；所述水翼结构包括前水翼和后水翼。

两组所述前导向桅杆的一端分别一一对应固接于所述船体前端的两侧壁，两组所述后导向桅杆的一端分别一一对应固接于所述船体后端的两侧壁；所述前水翼的两侧端分别与两组所述前导向桅杆的另一端之间一一对应固接，所述后水翼的两侧端分别与两组所述后导向桅杆的另一端之间一一对应固接。

作为本发明的进一步方案，所述前水翼和所述后水翼均为鸭式布局，且所述前水翼和所述后水翼的尾端均转动装配有升力控制舵。

作为本发明的进一步方案，所述前水翼的升力控制舵和所述后水翼的升力控制舵均配置有自动控制系统，所述控制系统分别装配于所述前水翼和所述后水翼的内部。

所述控制系统包括中央控制电脑，以及分别与所述中央控制电脑的控制输入端通过电路相连且对应所述前水翼和/或所述后水翼的姿态角传感器、角速度传感器、角加速度传感器、水平位置传感器、高度传感器和速度传感器。

所述中央控制电脑的控制输出端通过电路连接有舵面作动器，所述舵面作动器与所述升力控制舵之间传动相连。

作为本发明的进一步方案，所述潜体结构包括潜体主安装部。

一组所述潜体主安装部与分别位于所述船体同侧壁的所述前导向桅杆和所述后导向桅杆之间相传动装配，使得所述潜体主安装部能够基于同侧的所述前导向桅杆和所述后导向桅杆沿着所述延伸方向进行位移。

作为本发明的进一步方案，所述前导向桅杆和所述后导向桅杆均固接有沿所述延伸方向的导向传动齿条，所述潜体主安装部设有驱动电机以及与所述驱动电机的扭矩输出端传动相连的导向传动齿轮，所述导向传动齿轮与所述导向传动齿条之间啮合传动。

所述驱动电机与所述中央控制电脑的控制输出端之间通过电路相连。

作为本发明的进一步方案，所述潜体结构还包括压水舱部。

所述压水舱部分别开设于所述潜体主安装部的前后两端内部，且所述潜体主安装部的前后两端还分别固接有水泵，所述水泵与所述压水舱部之间一一对应配置，且所述压水舱部通过所述水泵与外部相连通。

所述水泵与所述中央控制电脑的控制输出端之间通过电路相连。

一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换方法，应用了所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，包括以下步骤：

S1：在切换至航行状态时，潜体结构位移至潜体导向结构靠近船体的一端；

S2：在切换至静浮状态时，潜体结构位移至潜体导向结构远离船体的一端。

作为本发明的进一步方案，步骤S1的具体过程为：

在切换至航行状态时，船体沿着前进方向航行，此时控制系统监测到船体航行后自动向潜体结构中的驱动电机发出控制信号，驱动电机启动并输出扭矩带动其输出端的导向传动齿轮旋转，导向传动齿轮利用与前导向桅杆和后导向桅杆中的导向传动齿条之间的啮合传动作用，使得潜体结构分别基于前导向桅杆和后导向桅杆自动上升既定距离后停止，此时，潜体结构处于前导向桅杆和后导向桅杆的上部。

在潜体结构的自动上升过程中，控制系统自动向潜体结构中的压水舱部对应的水泵发出控制信号，水泵启动将压水舱部内部的水向外排空。

作为本发明的进一步方案，步骤S2的具体过程为：

在切换至静浮状态时，船体停止沿前进方向航行，此时船体运动速度为0，控制系统监测到船体静浮后自动向潜体结构中的驱动电机发出控制信号，驱动电机启动并反向输出扭矩带动其输出端的导向传动齿轮反向旋转，导向传动齿轮利用与前导向桅杆和后导向桅杆中的导向传动齿条之间的啮合传动作用，使得潜体结构分别基于前导向桅杆和后导向桅杆自动下降既定距离后停止，此时，潜体结构处于前导向桅杆和后导向桅杆的下部，且潜体结构与位于前导向桅杆底端的前水翼和位于后导向桅杆底端的后水翼均处于水面以下。

在潜体结构的自动下降过程中，控制系统自动向潜体结构中的压水舱部对应的水泵发出控制信号，水泵反向启动向压水舱部内部注水，注水既定时长后停止，此时压水舱部注满水进行配重。

本发明具有如下有益效果：

该装置通过潜体结构有效基于潜体导向结构在航行与静浮两种状态下自动调节切换，以此实现在船体航行时，收起潜体结构仅使水翼结构浸没至水中而形成水翼船体构型，实现在高海况下的稳定高速航行，在船体静浮时，下放潜体结构使其与水翼结构同步浸没至水中而形成小水线面双体船体构型，由于潜体结构无论是否具有运动速度，均能够承受船体的全部重量，从而实现在高海况下的稳定静浮，进而有效提升船体在远海、高海况海域以及恶劣天气下的性能，并显著提高了出勤率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构在航行状态下的整体轴测结构示意图。

图2为本发明实施例提供的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构在静浮状态下的整体轴测结构示意图。

图3为本发明实施例提供的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构在航行状态下的整体侧视应用状态示意图。

图4为本发明实施例提供的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构在静浮状态下的整体侧视应用状态示意图。

图5为本发明实施例提供的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构中潜体导向结构、水翼结构及潜体结构之间的位置结构示意图。

图6为本发明实施例提供的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构中潜体结构的内部结构示意图。

图7为本发明实施例提供的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构中潜体导向结构与水翼结构的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

船体1：船体前端11、船体后端12；

潜体导向结构2：前导向桅杆21、后导向桅杆22、导向传动齿条23；

水翼结构3：前水翼31、后水翼32、升力控制舵33；

潜体结构4：潜体主安装部41、压水舱部42。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，包括船体1、潜体导向结构2、水翼结构3和潜体结构4，用以通过潜体结构4有效基于潜体导向结构2在航行与静浮两种状态下自动调节切换，以此实现在船体1航行时，收起潜体结构4仅使水翼结构3浸没至水中而形成水翼船体构型，实现在高海况下的稳定高速航行，在船体1静浮时，下放潜体结构4使其与水翼结构3同步浸没至水中而形成小水线面双体船体构型，由于潜体结构4无论是否具有运动速度，均能够承受船体1的全部重量，从而实现在高海况下的稳定静浮，进而有效提升船体1在远海、高海况海域以及恶劣天气下的性能，并显著提高出勤率。具体设置如下：

如图1至图4所示，所述船体1具有前进方向，且所述船体1基于所述前进方向分别形成船体前端11和船体后端12。

所述潜体导向结构2包括前导向桅杆21和后导向桅杆22，所述前导向桅杆21和所述后导向桅杆22均设有两组；其中，两组所述前导向桅杆21的一端分别一一对应固接于所述船体前端11的两侧壁，两组所述后导向桅杆22的一端分别一一对应固接于所述船体后端12的两侧壁，且所述前导向桅杆21和所述后导向桅杆22均为竖向延伸设置，用以通过前导向桅杆21和后导向桅杆22分别对应固接水翼结构3，并同步形成潜体结构4的功能切换运行轨道。

具体的是，如图5至图7所示，所述水翼结构3包括前水翼31和后水翼32；其中，所述前水翼31的两侧端分别与两组所述前导向桅杆21的另一端之间一一对应固接，所述后水翼32的两侧端分别与两组所述后导向桅杆22的另一端之间一一对应固接，用以以此形成全浸没水翼结构，实现稳定高速航行。

所述前水翼31和所述后水翼32均采用鸭式布局，且所述前水翼31和所述后水翼32的尾端均转动装配有升力控制舵33，用以通过升力控制舵33的旋转动作有效改变前水翼31和/或后水翼32的升力，进而确保船体1在航行过程中保持姿态稳定，提升了结构的功能实用性。

优选地，所述前水翼31的升力控制舵33和所述后水翼32的升力控制舵33均配置有自动控制系统，所述控制系统分别装配于所述前水翼31和所述后水翼32的内部；具体的是，所述控制系统包括中央控制电脑以及分别与所述中央控制电脑的控制输入端通过电路相连且对应所述前水翼31和/或所述后水翼32的姿态角传感器、角速度传感器、角加速度传感器、水平位置传感器、高度传感器和速度传感器，用以通过上述传感器实时监测前水翼31和/或后水翼32的各种姿态、速度和高度等；所述中央控制电脑的控制输出端通过电路连接有舵面作动器，所述舵面作动器与所述升力控制舵33之间传动相连，用以在监测到前水翼31和/或后水翼32的各种实时姿态数据等发生偏移并发送至中央控制电脑后，通过中央控制电脑的控制输出端发出控制信号控制舵面作动器驱动升力控制舵33进行相应旋转微调，使得前水翼31和/或后水翼32能够始终自动保持正确姿态，确保稳定航行。

所述舵面作动器可选择但不限于液压作动器、电动作动器。

请继续参考图5至图7，所述潜体结构4设有两组，且两组所述潜体结构4分别一一对应传动装配于位于所述船体1两侧壁的潜体导向结构2。

具体地，所述潜体结构4包括潜体主安装部41以及开设于所述潜体主安装部41端部的压水舱部42；其中，一组所述潜体主安装部41与分别位于所述船体1同侧壁的所述前导向桅杆21和所述后导向桅杆22之间相传动装配，使得潜体主安装部41能够基于同侧的前导向桅杆21和后导向桅杆22进行竖向位移，以此有效完成在航行与静浮两种状态下的调节切换。

优选地，所述前导向桅杆21的外壁和所述后导向桅杆22的外壁均固接有呈竖向延伸的导向传动齿条23，所述潜体主安装部41的内部设有驱动电机以及与所述驱动电机的扭矩输出端传动相连的导向传动齿轮，所述导向传动齿轮与所述导向传动齿条23之间相啮合传动，用以以此使得潜体主安装部41能够在导向传动齿轮与导向传动齿条23的啮合传动作用下完成自动升降。

更为优选的是，所述驱动电机的控制输入端与所述中央控制电脑的控制输出端之间通过电路相连，用以至少根据由速度传感器向中央控制电脑发送的速度数据信息，中央控制电脑实时判断船体1处于航行或静浮状态，并以此自动控制驱动电机启动正反转，完成潜体主安装部41升降以自动匹配相应状态。

所述压水舱部42分别开设于所述潜体主安装部41的前后两端内部，且所述潜体主安装部41的前后两端还分别固接有小型水泵，所述水泵与所述压水舱部42之间一一对应配置，且所述压水舱部42通过所述水泵与外部相连通，所述水泵与所述中央控制电脑的控制输出端之间通过电路相连，用以在处于静浮状态时，通过中央控制电脑控制水泵向压水舱部42的内部注水进行自动配重，使得潜体结构4下降后能够以更大的自重确保承受船体1的全部重量，从而在高海况下始终保持船体1处于较为稳定的高度静浮，并且还可在处于航行状态时，通过中央控制电脑控制水泵将压水舱部42内部的水自动向外排放，进而有效减轻上升后的潜体结构4重量，降低船体1航行时载重。

需要说明的是，所述中央控制电脑可采用但不限于型号为STM32的微控制器、型号为AT80C51的单片机控制板。

所述舵面作动器可采用但不限于型号为PY-SM5的舵面作动器。

所述驱动电机可采用但不限于型号为YZ-ACSD608的伺服电机。

所述水泵可采用但不限于型号为ST20HP的抽排水泵。

该实施例还提供了一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换方法，具体包括如下步骤：

S1：在切换至航行状态时，船体1沿着前进方向航行，此时控制系统监测到船体1航行后自动向潜体结构4中的驱动电机发出控制信号，驱动电机启动并输出扭矩带动其输出端的导向传动齿轮旋转，导向传动齿轮利用与前导向桅杆21和后导向桅杆22中的导向传动齿条23之间的啮合传动作用，使得潜体结构4分别基于前导向桅杆21和后导向桅杆22自动上升既定距离后停止，此时，潜体结构4处于前导向桅杆21和后导向桅杆22的上部。

在潜体结构4的自动上升过程中，控制系统自动向潜体结构4中的压水舱部42对应的水泵发出控制信号，水泵启动将压水舱部42内部的水向外排空。

S2：在切换至静浮状态时，船体1停止沿前进方向航行，此时船体1运动速度为0，控制系统监测到船体1静浮后自动向潜体结构4中的驱动电机发出控制信号，驱动电机启动并反向输出扭矩带动其输出端的导向传动齿轮反向旋转，导向传动齿轮利用与前导向桅杆21和后导向桅杆22中的导向传动齿条23之间的啮合传动作用，使得潜体结构4分别基于前导向桅杆21和后导向桅杆22自动下降既定距离后停止，此时，潜体结构4处于前导向桅杆21和后导向桅杆22的下部，且潜体结构4与位于前导向桅杆21底端的前水翼31和位于后导向桅杆22底端的后水翼32均处于水面以下。

在潜体结构4的自动下降过程中，控制系统自动向潜体结构4中的压水舱部42对应的水泵发出控制信号，水泵反向启动向压水舱部42内部注水，注水既定时长后停止，此时压水舱部42注满水进行配重，即可。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，其特征在于，包括：

船体；

潜体导向结构，具有一个延伸方向，所述潜体导向结构沿所述延伸方向的一端固接于所述船体，所述潜体导向结构沿所述延伸方向的另一端延伸至所述船体的下方高度；

水翼结构，位于所述船体的下方，且所述水翼结构与所述潜体导向结构的另一端之间相固接；

潜体结构，基于所述延伸方向可位移式装配于所述潜体导向结构，且所述潜体结构的可位移范围为所述潜体导向结构沿所述延伸方向的两端之间。

2.根据权利要求1所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，其特征在于，

所述船体具有前进方向，且所述船体基于所述前进方向分别形成船体前端和船体后端；所述潜体导向结构包括前导向桅杆和后导向桅杆，所述前导向桅杆和所述后导向桅杆均设有两组；所述水翼结构包括前水翼和后水翼；

两组所述前导向桅杆的一端分别一一对应固接于所述船体前端的两侧壁，两组所述后导向桅杆的一端分别一一对应固接于所述船体后端的两侧壁；所述前水翼的两侧端分别与两组所述前导向桅杆的另一端之间一一对应固接，所述后水翼的两侧端分别与两组所述后导向桅杆的另一端之间一一对应固接。

3.根据权利要求2所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，其特征在于，

所述前水翼和所述后水翼均为鸭式布局，且所述前水翼和所述后水翼的尾端均转动装配有升力控制舵。

4.根据权利要求3所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，其特征在于，

所述前水翼的升力控制舵和所述后水翼的升力控制舵均配置有自动控制系统，所述控制系统分别装配于所述前水翼和所述后水翼的内部；

所述控制系统包括中央控制电脑，以及分别与所述中央控制电脑的控制输入端通过电路相连且对应所述前水翼和/或所述后水翼的姿态角传感器、角速度传感器、角加速度传感器、水平位置传感器、高度传感器和速度传感器；

所述中央控制电脑的控制输出端通过电路连接有舵面作动器，所述舵面作动器与所述升力控制舵之间传动相连。

5.根据权利要求4所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，其特征在于，

所述潜体结构包括潜体主安装部；

一组所述潜体主安装部与分别位于所述船体同侧壁的所述前导向桅杆和所述后导向桅杆之间相传动装配，使得所述潜体主安装部能够基于同侧的所述前导向桅杆和所述后导向桅杆沿着所述延伸方向进行位移。

6.根据权利要求5所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，其特征在于，

所述前导向桅杆和所述后导向桅杆均固接有沿所述延伸方向的导向传动齿条，所述潜体主安装部设有驱动电机以及与所述驱动电机的扭矩输出端传动相连的导向传动齿轮，所述导向传动齿轮与所述导向传动齿条之间啮合传动；

所述驱动电机与所述中央控制电脑的控制输出端之间通过电路相连。

7.根据权利要求6所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，其特征在于，

所述潜体结构还包括压水舱部；

所述压水舱部分别开设于所述潜体主安装部的前后两端内部，且所述潜体主安装部的前后两端还分别固接有水泵，所述水泵与所述压水舱部之间一一对应配置，且所述压水舱部通过所述水泵与外部相连通；

所述水泵与所述中央控制电脑的控制输出端之间通过电路相连。

8.一种基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换方法，其特征在于，应用了如权利要求7所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换船型结构，包括以下步骤：

S1：在切换至航行状态时，潜体结构位移至潜体导向结构靠近船体的一端；

S2：在切换至静浮状态时，潜体结构位移至潜体导向结构远离船体的一端。

9.根据权利要求8所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换方法，其特征在于，步骤S1的具体过程为：

在切换至航行状态时，船体沿着前进方向航行，此时控制系统监测到船体航行后自动向潜体结构中的驱动电机发出控制信号，驱动电机启动并输出扭矩带动其输出端的导向传动齿轮旋转，导向传动齿轮利用与前导向桅杆和后导向桅杆中的导向传动齿条之间的啮合传动作用，使得潜体结构分别基于前导向桅杆和后导向桅杆自动上升既定距离后停止，此时，潜体结构处于前导向桅杆和后导向桅杆的上部；

在潜体结构的自动上升过程中，控制系统自动向潜体结构中的压水舱部对应的水泵发出控制信号，水泵启动将压水舱部内部的水向外排空。

10.根据权利要求8所述的基于提升抗浪性的航行静浮状态自动切换方法，其特征在于，步骤S2的具体过程为：

在切换至静浮状态时，船体停止沿前进方向航行，此时船体运动速度为0，控制系统监测到船体静浮后自动向潜体结构中的驱动电机发出控制信号，驱动电机启动并反向输出扭矩带动其输出端的导向传动齿轮反向旋转，导向传动齿轮利用与前导向桅杆和后导向桅杆中的导向传动齿条之间的啮合传动作用，使得潜体结构分别基于前导向桅杆和后导向桅杆自动下降既定距离后停止，此时，潜体结构处于前导向桅杆和后导向桅杆的下部，且潜体结构与位于前导向桅杆底端的前水翼和位于后导向桅杆底端的后水翼均处于水面以下；

在潜体结构的自动下降过程中，控制系统自动向潜体结构中的压水舱部对应的水泵发出控制信号，水泵反向启动向压水舱部内部注水，注水既定时长后停止，此时压水舱部注满水进行配重。

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