CN202038436U - 滑行艇自动控制横摇减摇装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供滑行艇自动控制横摇减摇装置，包括姿态传感器、速度传感器、处理器、电机控制器、电机、液压器、艉板、液压驱动杆、驱动杆支撑架和驱动杆支撑孔，姿态传感器和速度传感器分别连接处理器，电机通过电机控制器与处理器相连，液压器与电机相连，艉板安装在滑行艇上、并与液压驱动杆相连，液压驱动杆穿过滑行艇上的驱动杆支撑孔连接液压器，驱动杆支撑架安装在滑行艇上、并支撑液压驱动杆。本实用新型原理清晰，结构简单，自动化程度高而且所采用的装置都比较普通，在驾驶自动化程度较高的滑行艇上，可以共享部分传感器数据及驱动控制装置，充分利用设备效能，提高滑行艇安全性能。

Description

滑行艇自动控制横摇减摇装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种减小船舶大幅度摆动的减摇装置。

背景技术

目前船舶横摇减摇设备一般有舭龙骨、减摇鳍、减摇水舱等被动、主动减摇装置，主要应用于大中型船舶。对于微小型高性能船舶，由于受性能、排水量、结构布置等参数的影响，很少采用横摇减摇装置。但是通过多起事故研究分析，研究者发现船舶高速航行时，横向稳定性丧失是引起事故的主要原因之一。高速航行时船舶横向稳性的丧失可能引起大幅度横摇、转弯时发生横甩、波浪航行时发生横摇参数共振从而引发倾覆事故。在各种高速艇比赛中此种事故时有发生。因此，结构简单、安装方便、响应快捷的高性能船横摇减摇装置成为学者们关注的热点。

发明内容

本实用新型的目的在于提供避免滑行艇高速航行时由于横向姿态变化过于剧烈引起航态失控的滑行艇自动控制横摇减摇装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型滑行艇自动控制横摇减摇装置，包括姿态传感器、速度传感器、处理器、电机控制器、电机、液压器，其特征是：还包括艉板、液压驱动杆、驱动杆支撑架和驱动杆支撑孔，姿态传感器和速度传感器分别连接处理器，电机通过电机控制器与处理器相连，液压器与电机相连，艉板安装在滑行艇上、并与液压驱动杆相连，液压驱动杆穿过滑行艇上的驱动杆支撑孔连接液压器，驱动杆支撑架安装在滑行艇上、并支撑液压驱动杆。

本实用新型的优势在于：原理清晰，结构简单，自动化程度高而且所采用的装置都比较普通，在驾驶自动化程度较高的滑行艇上，可以共享部分传感器数据及驱动控制装置，充分利用设备效能，提高滑行艇安全性能。

附图说明

图1为本实用新型实施方式1的原理示意图；

图2为本实用新型实施方式1实际应用时的侧视图；

图3为本实用新型实施方式1艉板结构及传动机构图；

图4为本实用新型实施方式1横摇减摇力学原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～4，滑行艇自动控制横摇减摇装置包括姿态传感器1、速度传感器2、处理器4、监视器3、电机控制器5、电机6、液压器7、艉板8、液压驱动杆9、驱动杆支撑架11和驱动杆支撑孔10，姿态传感器1、速度传感器2和监视器3分别连接处理器4，电机6通过电机控制器5与处理器4相连，液压器7与电机6相连，艉板8安装在滑行艇12上、并与液压驱动杆9相连，液压驱动杆9穿过滑行艇12上的驱动杆支撑孔10连接液压器7，驱动杆支撑架11安装在滑行艇12上、并支撑液压驱动杆9，艉板8有两个、对称安装在滑行艇12艉封板下边缘处。

当整套装置开始工作时，利用姿态传感器1(如罗经)以及速度传感器2(如多普勒测速仪)实时采集滑行艇12航行姿态数据并传输到处理器4(如PC104)中，处理器4根据算法程序计算出合适的驱动信号给电机控制器5，控制电机6驱动左右艉板8不同入水角度，利用左右艉板8产生的不对称升力，减少滑行艇12的横摇幅值以及周期，提高安全性能。

原理分析说明：

姿态传感器1：姿态传感器1用于采集滑行艇12的航行姿态，如横摇、纵摇、艏摇角度及角速度，根据实际采集和精度的需要，可以选择不同自由度和精度的传感器，一般使用磁罗经或电罗经，本装置只需使用采集横向自由度的传感器即可；

速度传感器2：速度传感器2用于采集滑行艇12的实际航速。本装置对实际速度数据正确与否比较敏感，采用高精度速度传感器可以确保装置的应用效果。也可根据滑行艇12设计时，发动机转速与速度的关系，近似确定滑行艇12实际航速，节约成本。对于设计优良的艇型，此方法可以大致满足精度要求；

监视器3：动态显示滑行艇12的航行信息及减摇装置实际效果；

处理器4：本装置的核心之一，对于实时控制，处理器4处理速度对装置效果有一定影响，主要影响为处理器4执行的程序。处理器4执行的程序主要是滑行艇12横摇运动实时控制算法。根据实时航行姿态采集数据及安全性能目标设定值进行对比分析，动态调整输出参数，控制左右艉板8的入水角度，艉板8入水角度的改变产生实时动态变化的恢复力又反作用于船体，改变航行姿态，如此循环，在短时间内减少滑行艇12横摇幅值；

电机控制器5：接受并执行处理器4发出的信号，控制电机6驱动液压器7；

电机6：驱动液压器7；

液压器7：驱动液压驱动杆9，调节艉板8与艉封板的角度；

艉板8：入水角度可调，左右角度非对称，利用流体压力，产生横摇恢复力。横摇运动微分方程为：

其中

分别代表惯性力(或力矩)系数、阻尼(或力矩)系数、恢复力(或力矩)系数、波浪扰动力(或力矩)。

一般由浮力提供，本装置正是利用艉板8产生的额外升力，增加了恢复力(或力矩)，减小横摇周期及横摇幅值。

滑行艇实际航行时，遭遇外界环境干扰，滑行艇12产生大幅度横倾，姿态传感器1及速度传感器2实时采集数据传输给处理器3，处理器3根据接受的数据及控制算法计算出预测横摇幅值及周期，对比预先设定的横摇幅值、周期安全限定值，若满足条件，则不输出电机控制信号，保持艉板8现有状态，若不满足条件，则处理器4程序根据现有瞬态数据插值艉板8受力重新计算预测横摇幅值，如此迭代循环，直至满足限定条件。程序内部插值计算满足条件时，根据迭代得出的艉板8受力值及现有速度值，计算出所需的左右艉板8入水角度值θ₁，θ₂。对于形状确定的艉板8，艉板8的受力大小与来流速度及入水角度关系是固定的，利用流体力学可以确定它们之间的关系。再根据得到的θ₁，θ₂值以及电机控制器5、电机6、液压器7控制协议，输出相应的控制信号，控制液压器7伸缩值，调整艉板8的角度值至正确值θ₁，θ₂。左右不对称的艉板8入水角度产生不同升力(艉板压力分布13、右艉板升力16、左艉板升力17)，再结合滑行艇重力15、滑行艇浮力14可以计算确定滑行艇12实时安全性能。所有计算都是在瞬时完成，此循环完成后处理器4将进入下一阶段循环计算。处理器4计算所得数据根据需要可以通过监视器3实时动态显示。

驱动杆支撑架11根据结构强度要求可有可无，视具体情况而定，且形式多变，满足固定支撑要求即可。

艉板8的形状、尺寸需根据水动力性能及横摇减摇要求而定，可以采用矩形平板，也可使用翼型。

Claims (3)

1.滑行艇自动控制横摇减摇装置，包括姿态传感器、速度传感器、处理器、电机控制器、电机、液压器，其特征是：还包括艉板、液压驱动杆、驱动杆支撑架和驱动杆支撑孔，姿态传感器和速度传感器分别连接处理器，电机通过电机控制器与处理器相连，液压器与电机相连，艉板安装在滑行艇上、并与液压驱动杆相连，液压驱动杆穿过滑行艇上的驱动杆支撑孔连接液压器，驱动杆支撑架安装在滑行艇上、并支撑液压驱动杆。

2.根据权利要求1所述的滑行艇自动控制横摇减摇装置，其特征是：所述的艉板有两个、对称安装在滑行艇艉封板下边缘处。

3.根据权利要求1或2所述的滑行艇自动控制横摇减摇装置，其特征是：所述的艉板的形状为矩形平板或翼型。

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