專利名稱：：小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種船舶工程
技術(shù)領(lǐng)域：
的高速雙體船船的輔助設(shè)備，具體是小水線面船的一種控制裝置。
背景技術(shù)：
：隨著航運事業(yè)的發(fā)展以及人來對海洋資源的開發(fā)利用，人們對各種運載工具的性能要求也在逐漸的發(fā)生變化。高性能船的研制就成為世界造船業(yè)的發(fā)展趨勢，出現(xiàn)了各種各樣的高性能船，如高速雙體船、小水線面雙體船、穿浪船、復(fù)合型雙體船等；典型的高速雙體船由兩個瘦長的單體船(稱為片體)組成，上部用甲板橋連接。高速雙體船由于把單一船體分成兩個片體，使每個片體更瘦長，從而減小了興波阻力，使其具有較高的航速，目前其航速已普遍達(dá)到35-40節(jié)；由于雙體船的性能明顯優(yōu)于單體船，且具有承受較大風(fēng)浪的能力，因而被世界各國廣泛應(yīng)用于軍用和民用船舶。為了提高船的航速，通過增設(shè)固定式水翼來提高船舶的動升力，依靠水翼的動升力來承擔(dān)一部分靜水浮力，在抬升船體同時較大幅度地減小船的排水體積和濕面積，從而減少摩擦阻力和興波阻力獲得更高的航速。在增設(shè)水翼提高船的航速的同時，也帶來一定的問題，船體的抬升導(dǎo)致其自身穩(wěn)性的惡化，并且使得船體容易受到外界如風(fēng)、浪、流等的干擾，使船在迎浪高速行駛時船的升沉運動劇烈，這將降低船的適航性。小水線面雙體船本身具有良好的橫穩(wěn)性，故不會設(shè)有橫減搖裝置，設(shè)有水翼的雙體船在直航時的橫向搖擺較單體船有很大的改善，但在轉(zhuǎn)向的過程中，不可避免的會產(chǎn)生一定的傾斜和搖擺，那么對于船的任務(wù)使命有一定的影響。那么需要對小水線面雙體船增設(shè)的水翼結(jié)構(gòu)做一些改進(jìn)或其他方法來提高其適航性。經(jīng)對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在對雙體船提速時一般在下部增設(shè)前后兩個水翼，可以使船舶的阻力降低。所增設(shè)的水翼包括有單純的水翼，也包括附有襟翼的水翼，但附有襟翼的數(shù)量一般只有一個。文章名稱日立造船公司開發(fā)水翼助航雙體船，水運科技信息，1994年第五期，該文章介紹了1993年日本日立造船公司的"超級噴水30型"SUPERJET-30水翼助航雙體船。該船安裝有水翼，并且水翼上附有襟翼。但是與本發(fā)明相比，該文章沒有說明襟翼的數(shù)量，襟翼的功能單一，只用來控制船舶的縱向運動。本發(fā)明一共包含有兩個水翼在雙體船上使用，每個水翼包含有兩個襟翼，不只具有控制縱向運動的能力，還能控制橫向運動，傾斜角|#坐/又寸。Worldwidedatabase中專利(KR950011592)，該專利介紹了一種用于水翼艇提升船體的waveploughs裝置，該裝置一共兩個，每個裝置裝備有一個liftfl即。與本發(fā)明相比，waveploughs裝置只附有一個liftfl即，起到提升水翼艇船體的作用。本發(fā)明應(yīng)用于小水線面雙體船，既有提升船體的作用，又有waveploughs所不能及的其他功能。Worldwidedatabase中專利(JP6127459)，該專利介紹了一種雙體船的結(jié)構(gòu)，提及到在該雙體船上安裝有Hydrofoils,并且在Hydrofoils上有一個fl即。與本發(fā)明相比，該專利主要介紹的是雙體船的結(jié)構(gòu)，并且他所使用的Hydrofoils上只有一個fl即，本發(fā)明主要介紹的是一種多功能的控制裝置，介紹的重點不一樣，而且本發(fā)明一共包含有4四個襟翼，專利(JP6127459)所介紹的Hydrofoils與本發(fā)明在安裝位置，所具有的功能都有很大的差距。Worldwidedatabase中專利(GB1226323)，該專利也是主要介紹了一種雙體船結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用了一種Plate,plate可以為hydrofoil,也可以為具有adjustablefl即的pivotal。與本發(fā)明相比，該專利主要介紹的是雙體船的結(jié)構(gòu)。與本發(fā)明的多功能控制裝置結(jié)構(gòu)無論在結(jié)構(gòu)還是在功能上也都有很大的差距。從已有的文章和專利來看，現(xiàn)有的水翼結(jié)構(gòu)功能單一，功能也單一，另外不具有控制航向的功能。本發(fā)明與現(xiàn)有水翼的主要區(qū)別在于，本發(fā)明在雙體船上一共使用有兩套，包括有四個襟翼，主要控制雙體船縱向運動、制橫向運動、傾斜角度等。兩個柱翼舵，主要控制航向。四個襟翼與柱翼舵聯(lián)合起來還能綜合控制航向/橫搖運動。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能有效的減小升沉和縱搖運動，減小轉(zhuǎn)向時的船體傾斜和搖擺運動，而且還具有調(diào)整控制小水線面雙體船的航向功能的小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括兩個水翼和柱翼舵機構(gòu)；每個水翼和柱翼舵機構(gòu)的組成包括水翼，固定在水翼上的水翼支柱，對稱分布在水翼上、水翼支柱兩側(cè)的兩個襟翼，設(shè)置在水翼支柱上的柱翼舵組成；兩個水翼和柱翼舵機構(gòu)分別安裝在小水線面雙體船的前部和后部，其中水翼與小水線面雙體船的兩片片體以一定的安裝角固定相連，水翼支柱與小水線面雙體船的上部連接體固定連接。本發(fā)明還可以包括1、水翼和柱翼舵機構(gòu)還包括連接體，水翼支柱與水翼通過連接體連接。2、襟翼與水翼之間通過內(nèi)嵌在水翼中的第一連接軸連接。3、柱翼舵與水翼支柱之間通過內(nèi)嵌在水翼支柱中的第二連接軸連接。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有增設(shè)有水翼的小水線面船雙體船在高速航行時易受外界干擾，升沉和縱搖運動劇烈，以及在轉(zhuǎn)向過程中無法控制船體傾斜角和橫搖的問題，提供了一種小水線面雙體船使用的多功能新型控制裝置，該控制裝置能有效的減小升沉和縱搖運動，減小轉(zhuǎn)向時的船體傾斜和搖擺運動，而且還具有調(diào)整控制小水線面雙體船的航向功能。本發(fā)明的工作原理是前后水翼上的四塊襟翼和前后水翼支柱上的兩塊柱翼舵分別由各自的一套控制系統(tǒng)來控制其的轉(zhuǎn)動角度。當(dāng)小水線面雙體船在靜水中處于體航狀態(tài)時，本發(fā)明前后水翼上的四個襟翼和水翼支柱上的兩個柱翼舵全部都處于復(fù)位的狀態(tài)，以保證雙體船的平穩(wěn)航行。當(dāng)小水線面雙體船從體航狀態(tài)到翼航狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，可以同步控制四個襟翼的攻角變大，使水翼的動升力增大，縮短從體航狀態(tài)到翼航狀態(tài)的過渡時間。待到達(dá)翼航狀態(tài)后，再同步調(diào)整四個襟翼的攻角大小，從而調(diào)整雙體船的吃水深度。當(dāng)小水線面雙體船在迎浪高速翼航行駛時，雙體船會有劇烈的升沉運動和縱搖運動，根據(jù)外界的干擾同步控制本發(fā)明的四個襟翼可以減小深沉運動的劇烈程度。例如在上4升速度和距離過大的，我們可以同步減小四個襟翼的攻角，使水翼的動升力減小，雙體船的上升運動趨勢將會減弱。在控制雙體船的縱搖運動時，對本發(fā)明同水翼上的左右兩個襟翼同步控制、前后水翼的兩對襟翼進(jìn)行差動控制即可達(dá)到減縱搖的目的。例如當(dāng)雙體船繞船體坐標(biāo)系y軸有順時針的縱搖運動時(見圖7)，可以調(diào)整前水翼的左右襟翼的攻角同步增大，襟翼攻角的變大使水翼產(chǎn)生的動升力變大，后水翼的左右襟翼的攻角同步反向增大，襟翼攻角的反向增大使水翼產(chǎn)生的動升力變小，這時雙體船的首部和尾部產(chǎn)生兩個不同的力，使雙體船產(chǎn)生恢復(fù)平穩(wěn)的恢復(fù)力矩，從而減小了雙體船的縱搖。當(dāng)小水線面雙體船在波浪中行駛的過程中，雙體船不可避免的會產(chǎn)生橫向的搖擺，本發(fā)明左右兩側(cè)襟翼通過差動控制可以起到減橫搖的作用。例如當(dāng)雙體船繞船體坐標(biāo)系x軸有逆時針的橫搖運動時(見圖7)，可以調(diào)整前后水翼的右側(cè)襟翼的攻角同步增大，襟翼攻角的變大使水翼右側(cè)產(chǎn)生的動升力變大，前后水翼的左側(cè)襟翼的攻角同步反向增大，襟翼攻角的反向增大使水翼左側(cè)產(chǎn)生的動升力變小，這時雙體船的左右兩側(cè)產(chǎn)生不同的力，使雙體船產(chǎn)生恢復(fù)平穩(wěn)的扶正力矩，從而減小了雙體船的橫搖。當(dāng)小水線面雙體船在轉(zhuǎn)向的過程中，船體會產(chǎn)生一定的傾斜，如果傾斜角度過大，降低雙體船的適航性，有可能造成災(zāi)難。如果傾斜角度過小，雙體船的轉(zhuǎn)向機動性就會降低，回轉(zhuǎn)半徑變大。本發(fā)明的左右兩側(cè)襟翼通過差動控制可以控制雙體船的傾斜角度，使雙體船在轉(zhuǎn)向的過程中船體的傾斜穩(wěn)定的一個理想的角度范圍內(nèi)。例如雙體船在右轉(zhuǎn)向的過程中，控制船體向右傾斜的角度，如果向右傾斜的角度過大，可以調(diào)整前后水翼的右側(cè)襟翼的攻角同步增大，襟翼攻角的變大使水翼右側(cè)產(chǎn)生的動升力變大，前后水翼的左側(cè)襟翼的攻角同步反向增大，襟翼攻角的反向增大使水翼左側(cè)產(chǎn)生的動升力變小，這時雙體船的左右兩側(cè)產(chǎn)生不同的力，使雙體船穩(wěn)定在理想的傾斜角度內(nèi)。提高雙體船的轉(zhuǎn)向機動性、縮小的回轉(zhuǎn)半徑，同時提高了適航性。當(dāng)小水線面雙體船在轉(zhuǎn)向的過程中，本發(fā)明前后水翼支柱上的柱翼舵起到了控制航向的舵的作用，在雙體船不安裝有轉(zhuǎn)向舵的情況下實現(xiàn)雙體船的轉(zhuǎn)向。雙體船在改變航向時，控制柱翼舵具有不同方向的轉(zhuǎn)角，則雙體船會產(chǎn)生兩個相反方向的力，與使用尾部舵轉(zhuǎn)向時相比，增大了雙體船的轉(zhuǎn)向力矩，縮短了雙體船的回轉(zhuǎn)半徑，使其能很快的調(diào)整到需要的航向上去。柱翼舵在控制航向產(chǎn)生艏搖力矩的同時，還能產(chǎn)生可觀的橫搖力矩，與襟翼進(jìn)行航向/橫搖聯(lián)合控制(襟翼橫搖控制原理如前所述)，能在保持良好的航向控制效果的同時，獲得更好的減搖效果。本發(fā)明具有多功能性，能縮短體航到翼航的過渡時間，減弱小水線面雙體船的升沉運動和縱搖運動，減弱雙體船的橫搖運動，控制船體的傾斜角度，具有航向調(diào)節(jié)功能，能有效的縮短轉(zhuǎn)向回轉(zhuǎn)半徑，提高了小水線面雙體船的安全性、適航性、機動性。圖1是本發(fā)明小水線面雙體船的安裝位置底部仰視示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)三維示意圖；圖3是本發(fā)明的俯視示意圖；圖4是本發(fā)明的側(cè)視示意圖；圖5是本發(fā)明含有襟翼部分的剖面示意圖6是本發(fā)明含有柱翼舵部分的剖面示意圖；圖7是船體坐標(biāo)系。具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1和2，本發(fā)明包括水翼4、9，水翼支柱5、10，水翼上左右對稱襟翼7、8、12、13，水翼支柱上的柱翼舵6、11，連接體14、17，柱翼舵與水翼支柱的連接體15、18，襟翼與水翼的連接軸16、19。本發(fā)明的水翼4、9與雙體船的兩個片體1、2固定連接，水翼具體的安裝位置和安裝攻角需要根據(jù)的具體設(shè)計需求來決定。水翼4、9與水翼支柱5、10通過連接體14、17固定連接，水翼支柱5、10與雙體船的上部連接體3固定連接。水翼4、9上的左右襟翼7、8、12、13通過連接軸16、19與水翼4、9連接。水翼支柱5、10上的柱翼舵6、11通過內(nèi)嵌在水翼支柱5、10中的連接軸15、18與水翼支柱5、10連接。如圖3所示，所述的本發(fā)明的水翼4、9，連接體14、17，襟翼7、8、12、13，可見結(jié)構(gòu)為左右對稱結(jié)構(gòu)。如圖4所示，所述的本發(fā)明的水翼支柱5、10，柱翼舵6、11，可見結(jié)構(gòu)為柱翼舵的位置在水翼支柱尾沿的中下部，目的是為防止在翼航時柱翼舵全部露出水面，具體的位置由雙體船翼航翼航狀態(tài)時設(shè)計的吃水線決定。如圖5所示，所述的本發(fā)明的水翼4、9、襟翼7、8、12、13和連接軸16、19，水翼和襟翼采用弓背型翼型，保持流型一致，襟翼和水翼的尾弦比取值范圍為0.200.25，水翼的foilborneratio、厚度比、展長與弦長需要根據(jù)的具體設(shè)計需求來決定，連接軸16、19內(nèi)嵌在水翼4、9中的。如圖6所示，所訴的本發(fā)明的水翼支柱5、10、柱翼舵6、11和連接軸15、18，水翼支柱和柱翼舵采用NACA-015翼型，保持流型一致，柱翼舵和水翼支柱的尾弦比取值范圍為0.200.25，水翼支柱的厚度比、展長與弦長需要根據(jù)的具體設(shè)計需求來決定，連接軸15、18內(nèi)嵌在水翼支柱5、10中的。以控制小水線面雙體船的升沉運動、縱搖運動和航向/橫搖聯(lián)合運動為例說明功能的具體實現(xiàn)方式。當(dāng)上升速度和距離過大的，我們可以同步減小四個襟翼7、8、12、13的攻角，使水翼4、9的動升力減小，雙體船的上升運動將會減弱。當(dāng)雙體船繞船體坐標(biāo)系y軸有順時針的縱搖運動時(見圖7)，可以調(diào)整水翼4的左右襟翼7、8的攻角同步增大，襟翼7、8攻角的變大使水翼4產(chǎn)生的動升力變大，水翼9的左右襟翼12、13的攻角同步反向增大，襟翼12、13攻角的反向增大使水翼9產(chǎn)生的動升力變小，這時雙體船的首部和尾部產(chǎn)生兩個大小不同的力，使雙體船產(chǎn)生恢復(fù)平穩(wěn)的恢復(fù)力矩，從而減小了雙體船的縱搖。當(dāng)小水線面雙體船在向右轉(zhuǎn)向的過程中，控制柱翼舵6具有向左的轉(zhuǎn)角，同時控制柱翼舵11具有向右的轉(zhuǎn)角，則雙體船首尾會產(chǎn)生兩個相反方向的力，在水流的影響下使雙體船產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力矩，實現(xiàn)向右轉(zhuǎn)向。在轉(zhuǎn)右向的過程中，會產(chǎn)生一定的橫搖，以繞船體坐標(biāo)系x軸有逆時針的橫搖運動來說明(見圖7)，可以調(diào)整水翼4，9的右側(cè)襟翼8，13的攻角同步增大，水翼4，9右側(cè)產(chǎn)生的動升力變大，水翼4，9的左側(cè)襟翼7，12的攻角同步反向增大，水翼4，9左側(cè)產(chǎn)生的動升力變小，這時雙體船的左右兩側(cè)產(chǎn)生不同的力，使雙體船產(chǎn)生6恢復(fù)平穩(wěn)的扶正力矩，從而減小了雙體船的橫搖。實現(xiàn)了既能保持良好的航向控制效果，又能獲得更好的減搖效果。權(quán)利要求一種小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置，包括兩個水翼和柱翼舵機構(gòu)；其特征是每個水翼和柱翼舵機構(gòu)的組成包括水翼，固定在水翼上的水翼支柱，對稱分布在水翼上、水翼支柱兩側(cè)的兩個襟翼，設(shè)置在水翼支柱上的柱翼舵組成；兩個水翼和柱翼舵機構(gòu)分別安裝在小水線面雙體船的前部和后部，其中水翼與小水線面雙體船的兩片片體以一定的安裝角固定相連，水翼支柱與小水線面雙體船的上部連接體固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置，其特征是水翼和柱翼舵機構(gòu)還包括連接體，水翼支柱與水翼通過連接體連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置，其特征是襟翼與水翼之間通過內(nèi)嵌在水翼中的第一連接軸連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置，其特征是柱翼舵與水翼支柱之間通過內(nèi)嵌在水翼支柱中的第二連接軸連接。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置，其特征是柱翼舵與水翼支柱之間通過內(nèi)嵌在水翼支柱中的第二連接軸連接。全文摘要本發(fā)明提供的是一種小水線面船水翼和柱翼舵多功能控制裝置。包括兩個水翼和柱翼舵機構(gòu)；每個水翼和柱翼舵機構(gòu)的組成包括水翼，固定在水翼上的水翼支柱，對稱分布在水翼上、水翼支柱兩側(cè)的兩個襟翼，設(shè)置在水翼支柱上的柱翼舵組成；兩個水翼和柱翼舵機構(gòu)分別安裝在小水線面雙體船的前部和后部，其中水翼與小水線面雙體船的兩片片體以一定的安裝角固定相連，水翼支柱與小水線面雙體船的上部連接體固定連接。本發(fā)明具有多功能性，能縮短體航到翼航的過渡時間，減弱小水線面雙體船的升沉運動和縱搖運動，減弱雙體船的橫搖運動，控制船體的傾斜角度，具有航向調(diào)節(jié)功能，能有效的縮短轉(zhuǎn)向回轉(zhuǎn)半徑，提高了小水線面雙體船的安全性、適航性、機動性。文檔編號B63B39/00GK101708767SQ20091007344公開日2010年5月19日申請日期2009年12月17日優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日發(fā)明者劉勝,常緒成,李冰,李高云申請人:哈爾濱工程大學(xué)