一种适用于中高速船舶的多功能扰流装置

摘要

本发明涉及一种适用于中高速船舶的多功能扰流装置，包括安装板，所述安装板为圆形结构，对称设于艉封板底部的两侧，每个安装板中部开有通孔，通孔内通过轴承装置连接有伺服电机的输出轴，安装板上设有扇形的扰流板，扰流板与安装板的圆心重合。本发明结构简单、紧凑，操作方便，适用于不同航行模式下的减阻需求，同时提升了船舶的操控性。

权利要求

1.一种适用于中高速船舶的多功能扰流装置，其特征在于：包括安装板(10)，所述安装板(10)为圆形结构，对称设于艉封板(6)底部的两侧，每个安装板(10)中部开有通孔，通孔内通过轴承装置连接有伺服电机(9)的输出轴，安装板(10)上设有扇形的扰流板(8)，扰流板(8)与安装板(10)的圆心重合，所述伺服电机(9)的输出轴与扰流板(8)连接，带动其旋转。

2.如权利要求1所述的适用于中高速船舶的多功能扰流装置，其特征在于：所述安装板(10)平行设于艉封板(6)上由船底边(11)和船舷侧边(12)所围成的夹角区域内；扰流板(8)半径至少为安装板(10)圆心至船底边(11)距离的两倍，扰流板(8)半径至少为安装板(10)圆心至船舷侧边(12)距离的两倍。

3.如权利要求2所述的适用于中高速船舶的多功能扰流装置，其特征在于：所述扰流板(8)的圆心角为90度。

4.如权利要求2所述的适用于中高速船舶的多功能扰流装置，其特征在于：伺服电机(9)的驱动器通过数据线(4)与安装在船舶驾驶室(2)内的控制面板(3)电连接。

5.如权利要求2所述的适用于中高速船舶的多功能扰流装置，其特征在于：伺服电机(9)固定于艉封板(6)内侧。

说明书

一种适用于中高速船舶的多功能扰流装置

技术领域

[0001] 本发明涉及船舶扰流装置技术领域，尤其是一种适用于中高速船舶的多功能扰流装置。

背景技术

[0002] 为了降低二氧化碳排放，减小对环境的破坏，船舶技术领域内节能型船型、节能型推进器以及节能型附体应运而生，其中节能型附体是一种成本更低、效果更好、安装更便捷的节能选择。

[0003] 为实现船舶的节能减阻效果，采用的主要方式为在船尾部加装附体，如：尾压浪板、尾锲形板、阻流板等结构。以阻流板为例，该装置为安装在艉封板下方或艉封板靠近舷侧一端，在船舶航行过程中，通过改变阻流板的伸出长度来改善船舶航行姿态、改善航行性能，对于单个阻流板来说，其功能单一，很难满足一板多用的功能需求。

发明内容

[0004] 本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的适用于中高速船舶的多功能扰流装置，规避了单个伸缩式阻流板使用功能单一的不足，采用旋转式阻流板，进一步扩展了阻流板功能，实现一板多用，从而大大提高船舶航行性能。

[0005] 本发明所采用的技术方案如下：

[0006] 一种适用于中高速船舶的多功能扰流装置，包括安装板，所述安装板为圆形结构，对称设于艉封板底部的两侧，每个安装板中部开有通孔，通孔内通过轴承装置连接有伺服电机的输出轴，安装板上设有扇形的扰流板，扰流板与安装板的圆心重合。

[0007] 作为上述技术方案的进一步改进：

[0008] 所述安装板平行设于艉封板上由船底边和船舷侧边所围成的夹角区域内；扰流板半径至少为安装板圆心至船底边距离的两倍，扰流板半径至少为安装板圆心至船舷侧边距离的两倍。

[0009] 所述扰流板的圆心角为90度。

[0010] 伺服电机的驱动器通过数据线与安装在船舶驾驶室内的控制面板电连接。

[0011] 伺服电机固定于艉封板内侧。

[0012] 本发明的有益效果如下：

[0013] 本发明结构简单、紧凑，操作方便，适用于不同航行模式下的减阻需求，同时提升了船舶的操控性。同时，本发明还具有如下优点：

[0014] 和传统的垂直伸缩式扰流板相比，去除了复杂的曲柄连杆机构，使传动机构更加简单，传动效率更高，易于装配成品；

[0015] 垂直伸缩式扰流板适用范围小，只能按照需求分区域安装，例如在需要提高航速时，则扰流板只能安装在艉封板下方，做垂向伸缩挡水运动，不能同时进行辅助船舶回转运动，本发明适用于不同航行模式下的挡水要求，根据船舶不同的航行状态，采用不同的工作模式，真正实现一板多用的功能；

[0016] 扇形扰流板的大小可以根据船舶的大小、吨位及航速进行灵活的装配，吨位较小的船只可以搭配扇形面积较小的扰流板即可达到优异的控制效果；吨位较大的船只则可以选装扇形面积较大的扰流板来实现优异的控制效果。

附图说明

[0017] 图1为本发明安装在船舶上的结构示意图。

[0018] 图2为图1中A部放大图。

[0019] 图3为本发明处于模式a运行的状态示意图。

[0020] 图4为本发明处于模式a状态的立体结构示意图。

[0021] 图5为图4中B部放大图。

[0022] 图6为本发明在模式a及模式b状态下性能测试过程中的扰流板初始状态示意图。

[0023] 图7为本发明处于模式a状态性能测试过程中扰流板旋转最小角度的示意图。

[0024] 图8为本发明处于模式a状态性能测试过程中扰流板旋转最大角度的示意图。

[0025] 图9为本发明处于模式b运行的状态示意图。

[0026] 图10为本发明处于模式b状态性能测试过程中扰流板旋转最小角度的示意图。

[0027] 图11为本发明处于模式b状态性能测试过程中扰流板旋转最大角度的示意图。

[0028] 图12为使用本发明的船舶与不使用扰流装置的船舶的回转半径的对比图。

[0029] 其中：2、驾驶室；3、控制面板；4、数据线；5、船艉；6、艉封板；7、设计吃水线；8、扰流板；9、伺服电机；10、安装板；11、船舷侧边；12、船底边。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

[0031] 如图1和图2所示，本实施例的适用于中高速船舶的多功能扰流装置，包括安装板10，安装板10为圆形结构，对称设于艉封板6底部的两侧，每个安装板10中部开有通孔，通孔内通过轴承装置连接有伺服电机9的输出轴，安装板10上设有扇形的扰流板8，扰流板8与安装板10的圆心重合。

[0032] 安装板10平行设于艉封板6上由船底边11和船舷侧边12所围成的夹角区域内；扰流板8半径至少为安装板10圆心至船底边11距离的两倍，扰流板8半径至少为安装板10圆心至船舷侧边12距离的两倍。

[0033] 扰流板8的圆心角为90度。

[0034] 伺服电机9的驱动器通过数据线4与安装在船舶驾驶室2内的控制面板3电连接。

[0035] 伺服电机9固定于艉封板6内侧。

[0036] 本实施例的适用于中高速船舶的多功能扰流装置的设计原理：

[0037] 艉封板6通常是没有曲率变化的平面板，艉封板6由设计吃水线7分割为水上部分和水下部分；通常采用船长傅氏数Fr来表征船舶速度的无因次量，本实施例的适用于中高速船舶的多功能扰流装置适用于中高速船舶或者船长傅氏数Fr大于0.3的船舶。在船舶静浮状态时，设计吃水线7位置固定不变，水下浸湿面积同样保持不变。当船舶航行在设计航速时，设计吃水线7会随着水动力的变化而发生改变，通常航速越高，船舶抬升越大，艉封板6浸湿面积就越小。

[0038] 本实例的适用于中高速船舶的多功能扰流装置需满足在船舶以设计航速或者巡航航速航行时，水下部分的浸湿面积大于零，同时满足设计吃水线7的高度位于圆形安装板10上方。

[0039] 扇形扰流板8的工作模式有两种，分别为：模式a，船舶直线航行状态；模式b，船舶操舵进行转弯、掉头等状态。

[0040] 如图3-图5所示，模式a的操控流程及运动状态：模式a一般应用在高速突击艇、高速客滚船、滑行艇、过渡艇、高速双体船、高速三体船、槽道艇等中高速水面舰船。通过驾驶室2的控制面板3输入控制指令，经数据线4将指令信息传至伺服电机9的驱动器，驱动伺服电机9转动，扇形的扰流板8随安装板10转至艉封板6下方的区域(超过船底边11伸入水下)。在该模式下，对安装在左右两侧的两个扰流板8同时进行控制，以达到最佳的减阻效果。

[0041] 扰流板8转至艉封板6下方区域，产生纵向挡水效应，改变船舶周围特别是艉封板6处的流场，在扰流板8前方的区域产生一个额外的沿船底法线方向的垂向升力Fz，而船艏5和船中的压力分布基本没有发生明显的变化，因此该额外垂向升力Fz即对船舶重心产生额外的艉部抬升力矩My，在艉封板6产生一个较大的正压区，使得船体纵倾角变小，提高了驾驶员视野，改变了船底压力分布，船体遭受的阻力得到降低，最终实现减阻、改善航态的效果。

[0042] 一般而言，在高速艇姿态变化比较剧烈的情况下，扰流板8的减阻减摇效果十分明显，通常可以减阻10％以上。

[0043] 减阻性能测试过程如下：

[0044] 在船舶航行过程中，根据GPS和六自由度姿态仪，读出在当前航行状态下的航速、地理位置、纵倾角和横倾角等实时数据。

[0045] 船舶直线航行状态下，通过控制面板3进行控制指令的输入，对船舶左右两侧的两个扰流板8进行同步控制，其两侧的扰流板8保持对称状态；扰流板8的旋转起始位置如图6所示，即扰流板8的随边L0L1与水平面垂直(记旋转角为0°)，在该模式下，扰流板8旋转角度范围为30-130°：导边L0L2的顶点L2开始从艉封板6内转入水中开始，直到导边L0L2经过艉封板6与舷侧板的交点位置，旋转角度的极限状态分别如图7、图8所示。

[0046] 测试过程的具体操作流程：扰流板8每隔10°进行一次旋转，控制面板3记录下在每间隔10°下的船舶航行纵倾角θ(°)以及航速Vs(kn)，并可以实时在控制面板上以曲线的方式进行直观显示，当扰流板8按照控制指令完成一次旋转运动时，根据控制面板3上的曲线走势图来确定在该航速下的最佳扰流板旋转角度，在该角度下，目标船的航速提升最大，节能效果最好。

[0047] 下表1为某高速艇以巡航速度直线航行过程中，旋转式扰流板在有效旋转角度下的航速和纵倾角的变化值。由表可知，当扰流板的有效旋转角度为75°时，航速Vs增幅最大，达到13.54％；同时纵倾角θ也得到了改善，降幅达到22.81％。

[0048] 表1扰流板不同旋转角度下的船舶航速和纵倾角变化值

[0049]旋转角度(°) Vs(kn) θ(°) 航速变化 纵倾变化
0 25.000 6.710 0.00％ 0.00％
30 25.000 6.710 0.00％ 0.00％
40 26.535 5.810 6.14％ -11.68％
50 26.970 5.518 7.88％ -15.47％
60 27.430 5.131 9.72％ -20.48％
70 28.385 4.952 13.54％ -22.81％
80 27.500 5.177 10.00％ -19.88％
90 27.203 5.422 8.81％ -16.71％
100 28.278 4.943 13.11％ -22.92％
110 27.573 4.094 10.29％ -33.94％
120 27.373 4.069 9.49％ -34.26％
130 27.030 4.898 8.12％ -36.47％

[0050] 如图9所示，模式b的操控流程及运动状态：模式b的应用范围比模式a更广泛，只需满足船长傅氏数Fr≥0.3即可。通过控制面板3输入控制指令经数据线4将指令信息传至伺服电机9的驱动器，驱动伺服电机9进行转动，将扰流板8转至艉封板6外侧(伸出船舷侧边12)，在该模式下依据船舶的转向来控制安装在两侧的扰流板8，例如船舶往左舷方向转弯，则只需将控制指令发送至左侧扰流板8，右舷扰流板9转至艉封板6内，无需伸出艉封板6外。
在船舶转向的过程中，通过左侧扰流板8的舷侧挡水效应，在扰流板8上产生一个力Fx，Fx为来流方向扰流板8受到的沿船长方向的力，该力与船的旋转中心不在同一位置，Fx产生一个船舶绕着垂向轴的回转力矩Mz，Mz的存在进一步增大了转船力矩，使得船的回转半径得到进一步的缩减，提高了船舶的回转性能和操纵性，通常回转半径可以减小10％以上。

[0051] 回转及操纵性能的测试过程如下：

[0052] 在船舶航行过程中，根据GPS和六自由度姿态仪，读出在当前航行状态下的航速、地理位置、纵倾角和横倾角等实时数据。

[0053] 操纵舵角进行改变船舶航向或者掉头转弯等运动状态时，通过控制面板3进行控制指令的输入，对两侧的两个扰流板8进行异步控制。以左满舵下的回转运动为例，此时只需对左侧扰流板8进行控制，右侧扰流板转至艉封板6内不再进行控制，扰流板8的旋转起始位置如图6所示，即左侧的扰流板8的随边L0L1与水平面垂直(记旋转角为0°)，在该模式下，扰流板8的旋转角度范围为：220-320°，导边L0L2经过艉封板6与舷侧板的交点位置开始到随边L0L1转入艉封板6时为止，旋转角度的极限状态分别如图10、图11所示。

[0054] 测试过程中，按照事先设定好控制面板3上的扰流板8最大面积旋转角度，实现最大程度的挡水效应，此时作用在扰流板8上的阻力最大，额外的转船力矩也是最大。其中，考虑到高速艇在回转的过程中出现内倾现象，因此扰流板8必须满足额外转船力矩所导致的船舶横倾在满足规范要求的前提下进行，如果出现横倾过大而超出规范要求，则需通过控制面板进一步调整扰流板8的最大挡水面积，来实现在提高回转性能的同时，横倾角也满足规范要求。

[0055] 如下表2所示，为某高速艇在全满舵舵角35°下不带扰流板和带扰流板工作下船舶定常回转直径及回转横倾对比表，扰流板8的有效挡水面积为最大挡水面积下的旋转角度值。由表可知，扰流板8工作时，横倾角稍有变大，船舶的回转直径减小了9.94％。模式b状态下，半径变小，操纵性好。

[0056] 表2船舶回转直径及回转横倾对比表

[0057]

[0058] 图12为回转圈对比图，虚线为带扰流板8的回转半径示意图，实线为不带扰流板8的回转半径示意图，可得出带扰流板8的船舶的回转半径更小，提高了操纵性能。

[0059] 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。