CN117262107B - 一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,包括中间筏架以及上层隔振单元和下层隔振单元,上层隔振单元包括至少1组上层隔振器,下层隔振单元包括至少1组下层隔振器,上、下层隔振器均具有缸体、活动活塞和活塞杆,活塞杆可滑动装配在缸体中,以形成间隔的第一腔体和第二腔体,第一腔体和第二腔体内均设有液态介质,活塞杆具有连通第一腔体的容纳腔体,浮动活塞可滑动装配在容纳腔体中并形成封闭气腔,每组的隔振器的第一腔体通过液压连接管道连通与之同组的另一隔振器的第二腔体,同时形成上层隔振器的互联设置和下层隔振器的互联设置,进而保证外部设备在船体横摇、纵摇时的姿态稳定性,并实现被动式隔振效果。
Description
技术领域
本发明涉及船舶减振技术领域,特别涉及一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台。
背景技术
隔振平台利用隔振器的刚度和阻尼来降低振动的传递,以起到隔振效果,主要分为单层隔振平台、双层隔振平台和浮筏隔振平台等。
目前浮筏隔振平台的隔振效果最佳,浮筏隔振平台包括中间结构以及两层隔振器,一般是将多个机械设备通过其中一层隔振器安装到同一个中间结构上,再将中间结构通过另一层隔振器安装到船体上,而中间结构也称之为中间筏架或浮筏;通过多个机械设备的共同作用,机械设备之间以及机械设备与浮筏之间相互耦合、互相影响,以实现部分能量在浮筏隔振平台内部中互相抵消。
当浮筏隔振平台应用在船舶中时,海洋环境扰动(如船体在左、右舷方向上摇摆的横摇,以及在艏、艉或前、后方向上摇摆的纵摇)以及外部的机械设备(即外部设备)的自身扰动能够对浮筏隔振平台上的外部设备的姿态保持性能与隔振性能等造成严重影响,为解决此类技术问题,一般采用主动隔振平台,比如气囊隔振平台或六自由度隔振平台等,但存在成本高、结构复杂、体积大等问题,仅适用于军舰等高端船舶中。
发明内容
为此,本发明为解决上述问题,提供一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案如下:
一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,包括中间筏架以及分别装配在所述中间筏架两侧的上层隔振单元和下层隔振单元,所述上层隔振单元用于支撑外部设备,所述下层隔振单元固定在船体上,所述上层隔振单元包括至少1组上层隔振器;所述下层隔振单元包括至少1组下层隔振器;所述上层隔振器和所述下层隔振器均具有缸体、浮动活塞和用于承载载重的活塞杆,所述活塞杆可滑动的装配在所述缸体中并彼此密封配合,以形成间隔设置的第一腔体和第二腔体,所述第一腔体和第二腔体内均设有用于压力传递且能够提供阻尼的液态介质;所述活塞杆具有连通所述第一腔体的容纳腔体,所述浮动活塞可滑动的装配在所述活塞杆的容纳腔体中并彼此密封配合,并形成与所述第一腔体间隔设置的封闭气腔,且所述封闭气腔内密封有用于缓冲的气体并形成垂向刚度;每组的上层隔振器的第一腔体连通与之同组的另一上层隔振器的第二腔体,且每组的上层隔振器的第二腔体连通与之同组的另一上层隔振器的第一腔体,以形成上层隔振器的互联设置,并通过上层隔振器的互联设置保证外部设备在船体横摇或纵摇时的姿态稳定性;每组的下层隔振器的第一腔体连通与之同组的另一下层隔振器的第二腔体,且每组的下层隔振器的第二腔体连通与之同组的另一下层隔振器的第一腔体,以形成下层隔振器的互联设置,并通过下层隔振器的互联设置保证外部设备在船体横摇或纵摇时的姿态稳定性。
进一步的,所述上层隔振器的缸体固定在所述中间筏架的上面,所述上层隔振器的活塞杆连接外部设备;所述下层隔振器的活塞杆固定在所述中间筏架的下面,所述下层隔振器的缸体固定在船体上。
进一步的,所述液态介质为液压油;所述第一腔体和所述第二腔体之间连接有液压连接管道,所述液压连接管道内的管壁和流动在所述液压连接管道内的液压油之间具有阻尼摩擦,通过耗散摩擦生热形成的热量以耗散震动能量。
进一步的,所述气体为惰性气体或氮气,以保证基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台本身的固有频率远离外部设备运行时的转频。
进一步的,所述上层隔振器和所述下层隔振器均为同一隔振器。
进一步的,同一组的两个上层隔振器和同一组的下层隔振器均沿船体的横摇方向排列设置,以保证外部设备在横摇方向的姿态稳定性。
进一步的,同一组的两个上层隔振器和同一组的下层隔振器均沿船体的纵摇方向排列设置,以保证外部设备在纵摇方向的姿态稳定性。
进一步的,部分组的两个上层隔振器以及部分组的下层隔振器均沿船体的横摇方向排列设置,以保证外部设备在横摇方向的姿态稳定性;其他部分组的两个上层隔振器以及其他部分组的下层隔振器均沿船体的纵摇方向排列设置,以保证外部设备在纵摇方向的姿态稳定性。
通过本发明提供的技术方案,具有如下有益效果:
通过所述封闭气腔内的气体被所述浮动活塞限制,以形成不同的气压值,进而形成相应的垂向刚度,以实现因船体扰动以及外部设备的自身扰动形成的周期振动进行缓冲;再通过至少1组的上层隔振器的互联设置、至少1组的下层隔振器的互联设置以及能够形成阻尼的液态介质,在不影响垂向刚度的情况下,也能够有效提升抗侧倾刚度和抗俯仰刚度,即不需要外加能源或传感控制系统,以提升可靠性,同时保证外部设备在船体发生横摇或纵摇时的姿态稳定性,而且结构简单、体积小、制造成本低。
附图说明
图1所示为实施例一中基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台的结构示意图;
图2所示为图1中A区的放大示意图;
图3所示为实施例一中基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台的侧视图;
图4所示为实施例一中基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台的液压连接管道连接示意图;
图5所示为实施例二中基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台的液压连接管道连接示意图;
图6所示为实施例三中基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台的其中一种液压连接管道连接示意图;
图7所示为实施例三中基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台的另外一种液压连接管道连接示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例,本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一
参照图1至图4所示,实施例一提供一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台(以下简称为浮筏隔振平台),浮筏隔振平台包括中间筏架3以及分别装配在所述中间筏架3两侧的上层隔振单元和下层隔振单元,所述上层隔振单元用于支撑外部设备,所述下层隔振单元固定在船体上,所述上层隔振单元包括4组上层隔振器1,所述下层隔振单元包括4组下层隔振器2,上层隔振器1和下层隔振器2均具有缸体6、浮动活塞10和用于承载载重的活塞杆7,所述活塞杆7可滑动的装配在所述缸体6中并彼此密封配合,以形成间隔设置的第一腔体16和第二腔体15,第一腔体16和第二腔体15内均设有用于压力传递且能够提供阻尼的液态介质,活塞杆7具有连通第一腔体16的容纳腔体,浮动活塞10可滑动的装配在活塞杆7的容纳腔体中并彼此密封配合,并形成与第一腔体16间隔设置的封闭气腔17,且封闭气腔17内密封有用于缓冲的气体并形成垂向刚度,每组的上层隔振器1的第一腔体16连通与之同组的另一上层隔振器1的第二腔体15,且每组的上层隔振器1的第二腔体15连通与之同组的另一上层隔振器1的第一腔体16,以形成上层隔振器1的互联设置,并通过上层隔振器1的互联设置保证外部设备在船体横摇或纵摇时的姿态稳定性,且每组的下层隔振器2的第一腔体16连通与之同组的另一下层隔振器2的第二腔体15,且每组的下层隔振器2的第二腔体15连通与之同组的另一下层隔振器2的第一腔体16,以形成下层隔振器2的互联设置,并通过下层隔振器2的互联设置保证外部设备在船体横摇或纵摇时的姿态稳定性。
本实施例中,上层隔振器1和下层隔振器2均为同一结构的隔振器,因此,定义同一组的两个隔振器分别为第一隔振器和第二隔振器。
所述隔振器还包括导向盖8、端盖9、止动端盖11、管接头12、导向带13和密封圈,缸体6内具有上开口的安装腔体,活塞杆7具有支撑面73、第一周向壁体72以及连接在支撑面73和第一周向壁体72之间的第二周向壁体71,且支撑面73和第一周向壁体72呈上、下设置。
活塞杆7的第二周向壁体71和支撑面73围合形成具有下开口的容纳腔体,活塞杆7的第一周向壁体72与缸体6的内周壁之间通过导向带13形成滑动连接以及通过密封圈形成密封配合,以实现活塞杆7在外力作用(如激励力)下在缸体6中上、下滑动或升、降。
位于活塞杆7的第一周向壁体72上方的导向盖8通过端盖9固定在缸体6位于所述上开口两侧的内周壁上并通过密封圈实现密封配合,且导向盖8的内侧与活塞杆7的第二周向壁体71之间通过导向带13形成滑动连接并通过密封圈实现密封配合,此时,缸体6的内周壁、导向盖8以及活塞杆7的第二周向壁体71围合形成环绕活塞杆7外周的第二腔体15。
浮动活塞10可滑动的装配在活塞杆7的容纳腔体中,浮动活塞10的两端和活塞杆7的第二周向壁体71之间通过导向带13形成滑动连接并通过密封圈实现密封配合,此时,浮动活塞10、活塞杆7的第二周向壁体71以及活塞杆7的支撑面73围合形成封闭的封闭气腔17,且浮动活塞10、活塞杆7的第一周向壁体72、活塞杆7的第二周向壁体71以及活塞杆7的容纳腔体的底部围合形成第一腔体16。
位于活塞杆7的容纳腔体的下开口处设置有止动端盖11,以防止浮动活塞10被挤出活塞杆7的容纳腔体,并同时起到密封作用。
导向盖8和容纳腔体的底部分别具有上、下贯穿设置的安装孔,所述安装孔装配有管接头12,以形成第一腔体16和第二腔体15的介质流通孔,以使同一组中的其中一个隔振器的第一腔体16的介质流通孔通过液压连接管道5连通同一组中的另一个隔振器的第二腔体15的介质流通孔。
还有,所述第一隔振器和所述第二隔振器的第一腔体16、第二腔体15、封闭气腔17以及连接在所述第一隔振器和所述第二隔振器之间的液压连接管道5内的体积相加之后的总量是固定不变的。
具有一定体积的封闭气腔17内密封有定量的气体,并通过封闭气腔17内的气体被浮动活塞10限制,以形成不同的气压值,即浮筏隔振平台形成相应的垂向刚度以匹配来自外部的激励力,以实现缓冲因船体扰动以及外部设备的自身扰动形成的振动或冲击力,以实现减振效果。
当每个隔振器受到均衡的激励力或载荷时(如在垂向方向发生竖直振动时受到的作用力),浮筏隔振平台的垂向刚度取决于每个隔振器的封闭气腔17内的气压值,若浮筏隔振平台的垂向刚度处于较低时,能够提高浮筏隔振平台的隔振性能。
具体的液态介质为液压油,液压连接管道5内的管壁和流动在液压连接管道5内的液压油之间具有阻尼摩擦,并通过耗散彼此摩擦生热形成的热量以耗散震动能量,以实现液态介质的阻尼效果。
当所述第一隔振器(或所述第二隔振器)的活塞杆7在外部的激励力作用下(如受到外部设备自身的周期振动形成的冲击力,或在船体横摇或纵摇时,船体对浮筏隔振平台施加的作用力等)下降时,以使所述第一隔振器的第一腔体16的体积变小同时所述第一隔振器的第二腔体15的体积随之变大,迫使所述第一隔振器的第一腔体16内的液压油通过液压连接管道5流入所述第二隔振器的第二腔体15内,由于所述第二隔振器的第二腔体15内的液压油增多,迫使所述第二隔振器的活塞杆7下降,以使所述第二隔振器的第一腔体16的体积也随之变小,即所述第二隔振器的第一腔体16内的液压油通过液压连接管道5被挤压并流入所述第一隔振器的第二腔体15中,以补偿所述第一隔振器的第二腔体15的体积的变化量,直至所述第一隔振器和所述第二隔振器的活塞杆7分别受到的激励力达到一定的平衡之后,所述第一隔振器和所述第二隔振器的封闭气腔17内的气压也随之调节到一定值并形成能够匹配浮筏隔振平台在平衡状态时的垂向刚度,此时的浮筏隔振平台恢复到平衡状态,以实现平衡浮筏隔振平台的各点之间的压力差异,进而保证浮筏隔振平台的抗侧倾性能和抗俯仰性能,进而保证外部设备的姿态平衡,即保证外部设备在船体发生横摇或纵摇时的姿态稳定性。
而且液压油在液压连接管道5内流动的过程中,通过液压连接管道5内的管壁和流动在液压连接管道5内的液压油之间的阻尼摩擦,进而产生大量的热量,并热传导到外界以耗散热量,进而耗散来自外部设备以及船体的震动能量,以实现被动式隔振,在不影响垂向刚度的情况下,也能够有效提升抗侧倾刚度和抗俯仰刚度,即不需要外加能源或传感控制系统,以提升可靠性,而且结构简单、体积小、制造成本低。
当然的,在其他实施例中,上层隔振器1的设置组数可以是1组、两组、3组或5组以上,下层隔振器2的设置组数可以是1组、两组、3组或5组以上,上层隔振器1或下层隔振器2的具体设置组数是根据中间筏架3、外部设备以及现场实际使用环境等来决定的。
还有,所述上层隔振单元采用互联设置的上层隔振器1,且所述下层隔振单元采用属于现有技术的下层隔振器2(如现有的钢弹簧隔振器或气体弹簧隔振器);又或者,所述上层隔振单元采用属于现有技术的下层隔振器2(如现有的钢弹簧隔振器或气体弹簧隔振器),且所述下层隔振单元采用互联设置的上层隔振器1,在此不再详述。
再具体的,上层隔振器1的缸体6固定在中间筏架3的上面,上层隔振器1的活塞杆7连接外部设备,下层隔振器2的活塞杆7固定在中间筏架3的下面,下层隔振器2的缸体6固定在船体上。
具体实施时,上层隔振器1的缸体6和中间筏架3之间、上层隔振器1的活塞杆7和外部设备之间、下层隔振器2的活塞杆7和中间筏架3之间以及下层隔振器2的缸体6和船体之间分别通过螺栓连接固定在一起。
中间筏架3为框架结构的钢质结构件,以实现对在较高范围内的激励频率的振动起到衰减作用。
在另一优选的实施例中,所述气体为惰性气体,以保证浮筏隔振平台本身的固有频率远离外部设备运行时的转频,以避免共振形成,也能够起到减振效果。
当然的,在其他实施例中,所述气体也可以为氮气。
进一步优选的,同一组的两个隔振器均沿船体的横摇方向排列设置,以保证外部设备在横摇方向的姿态稳定性。
当船体发生横摇时,浮筏隔振平台在颠覆力矩的作用下,以使在横摇方向排列的同一组的第一隔振器和第二隔振器的受力不平衡且外部设备(或中间筏架3)处于瞬间倾斜状态,即所述第一隔振器受到外部设备(或中间筏架3)向下的压力以使所述第一隔振器的活塞杆7被压入所述第一隔振器的缸体6内,同时所述第二隔振器受到外部设备向上的拉力以使所述第二隔振器的活塞杆7从所述第二隔振器的缸体6中被拉出一定距离,此时,所述第一隔振器的第一腔体16的体积小于所述第二隔振器的第一腔体16的体积,且所述第一隔振器的第二腔体15的体积大于所述第二隔振器的第二腔体15的体积,通过液压连接管道5,所述第一隔振器的第一腔体16内的液压油迫入所述第二隔振器的第二腔体15中,以增加所述第二隔振器的第二腔体15内的液压油,进而驱使所述第二隔振器的活塞杆7向下移动,以减小所述第二隔振器的第一腔体16的体积,同时所述第二隔振器的第二腔体15内的液压油迫入所述第一隔振器的第一腔体16中,以增加所述第一隔振器的第一腔体16内的液压油,进而驱使所述第一隔振器的活塞杆7向上抬升,以减小所述第一隔振器的第一腔体16的体积,进而实现所述第一隔振器和所述第二隔振器之间通过液压连接管道5的互联作用而形成液压油的相互补偿机制,以使浮筏隔振平台恢复到平衡姿态。
实施例二
参照图5所示,实施例二提供一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,实施例二和实施例一的结构大体相同,不同之处在于:同一组的两个上层隔振器1和同一组的下层隔振器2均沿船体的纵摇方向排列设置,以保证外部设备在纵摇方向的姿态稳定性。
当船体发生纵摇时,浮筏隔振平台在颠覆力矩的作用下,以使在纵摇方向排列的同一组的第一隔振器和第二隔振器的受力不平衡而使浮筏隔振平台处于瞬间倾斜状态,即所述第一隔振器受到向下的压力以使所述第一隔振器的活塞杆被压入所述第一隔振器的缸体内,同时所述第二隔振器受到向上的拉力以使所述第二隔振器的活塞杆从所述第二隔振器的缸体中被拉出一定距离,此时,所述第一隔振器的第一腔体的体积小于所述第二隔振器的第一腔体的体积,且所述第一隔振器的第二腔体的体积大于所述第二隔振器的第二腔体的体积,通过液压连接管道5,所述第一隔振器的第一腔体内的液压油被迫入所述第二隔振器的第二腔体,以增加所述第二隔振器的第二腔体内的液压油,进而驱使所述第二隔振器的活塞杆向下移动,以减小所述第二隔振器的第一腔体的体积,同时所述第二隔振器的第二腔体内的液压油被迫入所述第一隔振器的第一腔体内,以增加所述第一隔振器的第一腔体内的液压油,进而驱使所述第一隔振器的活塞杆向上抬升,以减小所述第一隔振器的第一腔体的体积,进而实现所述第一隔振器和所述第二隔振器通过液压连接管道5的互联作用而形成液压油的相互补偿机制,以使浮筏隔振平台恢复到平衡姿态。
实施例三
参照图6或图7所示,实施例三提供一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,实施例三和实施例一的结构大体相同,不同之处在于:其中两组的两个上层隔振器1以及其中两组的下层隔振器2均沿船体的横摇方向排列设置,以保证外部设备在横摇方向的姿态稳定性,另外两组的两个上层隔振器1以及另外两组的下层隔振器2均沿船体的纵摇方向排列设置,以保证外部设备在纵摇方向的姿态稳定性。
通过将上层隔振器1和下层隔振器2同时设置在船体的横摇方向和纵摇方向上,并通过液压连接管道5的互联作用而形成液压油的相互补偿机制,以实现外部设备在船体同时发生横摇和纵摇时能够保证姿态的稳定性。
实施例四
实施例四提供一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,实施例四和实施例一的结构大体相同,不同之处在于:定义所述上层隔振器或下层隔振器的第一腔体和第二腔体的横截面积之间的绝对差值即为有效横截面积,所述下层隔振器的有效横截面积大于所述上层隔振器的有效横截面积。
当所述下层隔振器和所述上层隔振器的设置数量相同时,所述下层隔振器的承载能力大于所述上层隔振器的承载能力,能够减少所述下层隔振器的设置数量,以实现结构更佳简化。
实施例五
实施例五提供一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,实施例五和实施例一的结构大体相同,不同之处在于:所述下层隔振器的封闭气腔内气体的气压值大于所述上层隔振器的封闭气腔内气体的气压值。
当所述下层隔振器和所述上层隔振器的设置数量相同时,所述下层隔振器的承载能力大于所述上层隔振器的承载能力,能够减少所述下层隔振器的设置数量,以实现结构更佳简化。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,包括中间筏架以及分别装配在所述中间筏架两侧的上层隔振单元和下层隔振单元,所述上层隔振单元用于支撑外部设备,所述下层隔振单元固定在船体上,其特征在于:
所述上层隔振单元包括至少1组上层隔振器;所述下层隔振单元包括至少1组下层隔振器;
所述上层隔振器和所述下层隔振器均具有缸体、浮动活塞和用于承载载重的活塞杆,所述活塞杆可滑动的装配在所述缸体中并彼此密封配合,以形成间隔设置的第一腔体和第二腔体,所述第一腔体和第二腔体内均设有用于压力传递且能够提供阻尼的液态介质;
所述活塞杆具有连通所述第一腔体的容纳腔体,所述浮动活塞可滑动的装配在所述活塞杆的容纳腔体中并彼此密封配合,并形成与所述第一腔体间隔设置的封闭气腔,且所述封闭气腔内密封有用于缓冲的气体并形成垂向刚度;
所述液态介质为液压油;所述第一腔体和所述第二腔体之间连接有液压连接管道,所述液压连接管道内的管壁和流动在所述液压连接管道内的液压油之间具有阻尼摩擦,通过耗散摩擦生热形成的热量以耗散震动能量;
每组的上层隔振器的第一腔体连通与之同组的另一上层隔振器的第二腔体,且每组的上层隔振器的第二腔体连通与之同组的另一上层隔振器的第一腔体,以形成上层隔振器的互联设置,并通过上层隔振器的互联设置保证外部设备在船体横摇或纵摇时的姿态稳定性;
每组的下层隔振器的第一腔体连通与之同组的另一下层隔振器的第二腔体,且每组的下层隔振器的第二腔体连通与之同组的另一下层隔振器的第一腔体,以形成下层隔振器的互联设置,并通过下层隔振器的互联设置保证外部设备在船体横摇或纵摇时的姿态稳定性。
2.根据权利要求1所述的基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,其特征在于:所述上层隔振器的缸体固定在所述中间筏架的上面,所述上层隔振器的活塞杆连接外部设备;所述下层隔振器的活塞杆固定在所述中间筏架的下面,所述下层隔振器的缸体固定在船体上。
3.根据权利要求1所述的基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,其特征在于:所述气体为惰性气体或氮气,以保证基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台本身的固有频率远离外部设备运行时的转频。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,其特征在于:所述上层隔振器和所述下层隔振器均为同一结构的隔振器。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,其特征在于:同一组的两个上层隔振器和同一组的下层隔振器均沿船体的横摇方向排列设置,以保证外部设备在横摇方向的姿态稳定性。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,其特征在于:同一组的两个上层隔振器和同一组的下层隔振器均沿船体的纵摇方向排列设置,以保证外部设备在纵摇方向的姿态稳定性。
7.根据权利要求1或2或3所述的基于互联隔振器的被动式浮筏隔振平台,其特征在于:部分组的两个上层隔振器以及部分组的下层隔振器均沿船体的横摇方向排列设置,以保证外部设备在横摇方向的姿态稳定性;其他部分组的两个上层隔振器以及其他部分组的下层隔振器均沿船体的纵摇方向排列设置,以保证外部设备在纵摇方向的姿态稳定性。
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