一种船尾减阻减纵摇装置

1.本发明涉及船舶设备技术领域，具体涉及一种船尾减阻减纵摇装置。


背景技术：

2.船舶在海上航行受到阻力，在波浪中航行还将产生波浪阻力，从而增加能源消耗，增加温室气体排放。如果采取技术措施减小船舶阻力，不仅能够节约成本，还能够减少温室气体排放。
3.船舶以较高速度航行时会形成较为明显的尾部上升流动，特别是方尾船型，尾部流动为斜后方向上，不同航速时的上升尾流和兴波波幅都有差异。现有做法主要采取压浪板技术，能在设计航速附近减小兴波阻力。随着航速的变化，压浪板减阻性能可能下降，另外现有的压浪板在不同航速时不可以调整角度，难以适应不同航速的减阻需求。
4.当船舶遭遇波浪发生摇荡运动，其中迎浪时船舶的垂荡与纵摇较为明显。船尾是发生摇荡运动较为剧烈的位置，垂向运动叠加纵摇引起的垂向运动，严重影响船上乘员的舒适性与安全性，工作人员开展作业活动也将受到限制。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种船尾减阻减纵摇装置，解决了船舶中高速航行阻力过大和船舶遭遇波浪会产生较大摇荡的问题。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种船尾减阻减纵摇装置，装置安装在船尾；装置包括摆动机构、支撑架、主翼和襟翼，支撑架的一端和对应骨架所在船尾位置的外表面固定连接，支撑架的另一端向船尾的外下方倾斜设置；主翼和支撑架的另一端固定连接，襟翼和主翼铰接，摆动机构的一端和船尾的外表面固定连接，摆动机构的另一端和襟翼固定连接，摆动机构和支撑架铰接。
8.作为一种优选，支撑架包括两个支撑臂，两个支撑臂的一端均和对应骨架所在船尾位置的外表面固定连接，两个支撑臂的另一端均和主翼固定连接，两个支撑臂并排设置；摆动机构包括两个摆动组件，两个摆动组件的一端均和船尾的外表面固定连接，两个摆动组件的另一端均与襟翼固定连接，两个摆动组件分别与两个支撑臂铰接，两个摆动组件并排设置。
9.作为一种优选，摆动组件包括液压缸、连杆、转动臂、拉杆和固定杆；液压缸和船尾的外表面固定连接，液压缸的输出杆沿竖直方向伸缩，液压缸的输出杆朝向船尾的底部设置；转动臂和支撑臂铰接，连杆的两端分别与液压缸的输出杆和转动臂的一端铰接；转动臂的另一端和拉杆的一端铰接，拉杆的另一端和固定杆的一端铰接；固定杆的另一端和襟翼固定连接。
10.作为一种优选，液压缸的输出杆设有第一通孔，连杆的一端设有第二通孔，液压缸的输出杆和连杆的一端通过第一转杆铰接，第一转杆的另一端依次穿过第一通孔和第二通孔，第一转杆和第一通孔转动连接，第一转杆和第二通孔转动连接，第一转杆的一端设有第
一限位块，第一转杆的另一端设有第一螺纹段，第一螺纹段连接有第一螺母。
11.作为一种优选，连杆的另一端设有第三通孔，转动臂的一端设有第四通孔，转动臂的一端和连杆的另一端通过第二转杆铰接，第二转杆的另一端依次穿过第三通孔和第四通孔，第二转杆和第三通孔转动连接，第二转杆和第四通孔转动连接，第二转杆的一端设有第二限位块，第二转杆的另一端设有第二螺纹段，第二螺纹段连接有第二螺母。
12.作为一种优选，转动臂的中部设有转动孔，支撑臂设有连接孔，转动臂和支撑臂通过第三转杆铰接，第三转杆的另一端依次穿过转动孔和连接孔，第三转杆和转动孔转动连接，第三转杆和连接孔转动连接，第三转杆的一端设有第三限位块，第三转杆的另一端设有第三螺纹段，第三螺纹段连接有第三螺母。
13.作为一种优选，拉杆的一端设有第五通孔，转动臂的另一端设有第六通孔，拉杆的一端通过第四转杆和转动臂的另一端铰接；第四转杆的另一端依次穿过第五通孔和第六通孔，第四转杆和第五通孔转动连接，第四转杆和第六通孔转动连接，第四转杆的一端设有第四限位块，第四转杆的另一端设有第四螺纹段，第四螺纹段连接有第四螺母。
14.作为一种优选，固定杆的一端设有第七通孔，拉杆的另一端设有第八通孔，拉杆的另一端和固定杆的一端通过第五转杆铰接；第五转杆的另一端依次穿过第七通孔和第八通孔，第五转杆和第七通孔转动连接，第五转杆和第八通孔转动连接，第五转杆的一端设有第五限位块，第五转杆的另一端设有第五螺纹段，第五螺纹段连接有第五螺母。
15.作为一种优选，连杆、拉杆和固定杆均为直杆结构，转动臂包括第一段和第二段，第一段和第二段一体成型设置，第一段和第二段折弯式分布，转动孔位于折弯处。
16.作为一种优选，主翼水平设置。
17.总的说来，本发明具有如下优点：
18.1.本发明基于流体动力学分析，利用船尾尾流特性，利用上升尾流产生前倾的升力，其水平分力可以起到减小船体阻力的作用；船舶在波浪中航行产生垂荡与纵摇运动，控制襟翼向船尾运动相同的方向偏转，可以模仿鱼尾拍动，不仅产生向前的推力，还产生垂向力和对应的力矩，布置在船尾的水翼产生的抗摇力矩很大，因而可以减缓船舶的纵摇运动，还可以将垂荡和纵摇运动的动能转化为推力，从而达到减阻减纵摇的目的。
19.2.本发明的装置结构简单，易于加工生产，易于装拆。
附图说明
20.图1为一种船尾减阻减纵摇装置的侧视图。
21.图2为一种船尾减阻减纵摇装置装配在船尾时的立体装配图。
22.图3为一种船尾减阻减纵摇装置装配在船尾时的局部放大立体图。
23.图4为主翼和襟翼利用船尾流动减阻的原理图。
24.图5为襟翼向下偏转时的示意图。
25.图6为襟翼向上偏转时的示意图。
26.图7为主翼和襟翼装配之后的俯视图。
27.其中，1为液压缸，2为连杆，3为转动臂，4为拉杆，5为固定杆，6为主翼，7为襟翼，8为支撑架，9为船尾。
具体实施方式
28.下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
29.实施例一
30.如图1-图3所示，一种船尾减阻减纵摇装置，装置安装在船尾；装置包括摆动机构、支撑架、主翼和襟翼，支撑架的一端和对应骨架所在船尾位置的外表面固定连接，支撑架的另一端向船尾的外下方倾斜设置；主翼和支撑架的另一端固定连接，襟翼和主翼铰接，摆动机构的一端和船尾的外表面固定连接，摆动机构的另一端和襟翼固定连接，摆动机构和支撑架铰接。
31.支撑架包括两个支撑臂，两个支撑臂的一端均和对应骨架所在船尾位置的外表面固定连接，两个支撑臂的另一端均和主翼固定连接，两个支撑臂并排设置；摆动机构包括两个摆动组件，两个摆动组件的一端均和船尾的外表面固定连接，两个摆动组件的另一端均与襟翼固定连接，两个摆动组件分别与两个支撑臂铰接，两个摆动组件并排设置。
32.摆动组件包括液压缸、连杆、转动臂、拉杆和固定杆；液压缸和船尾的外表面固定连接，液压缸的输出杆沿竖直方向伸缩，液压缸的输出杆朝向船尾的底部设置；转动臂和支撑臂铰接，连杆的两端分别与液压缸的输出杆和转动臂的一端铰接；转动臂的另一端和拉杆的一端铰接，拉杆的另一端和固定杆的一端铰接；固定杆的另一端和襟翼固定连接。
33.液压缸的输出杆设有第一通孔，连杆的一端设有第二通孔，液压缸的输出杆和连杆的一端通过第一转杆铰接，第一转杆的另一端依次穿过第一通孔和第二通孔，第一转杆和第一通孔转动连接，第一转杆和第二通孔转动连接，第一转杆的一端设有第一限位块，第一转杆的另一端设有第一螺纹段，第一螺纹段连接有第一螺母。
34.连杆的另一端设有第三通孔，转动臂的一端设有第四通孔，转动臂的一端和连杆的另一端通过第二转杆铰接，第二转杆的另一端依次穿过第三通孔和第四通孔，第二转杆和第三通孔转动连接，第二转杆和第四通孔转动连接，第二转杆的一端设有第二限位块，第二转杆的另一端设有第二螺纹段，第二螺纹段连接有第二螺母。
35.转动臂的中部设有转动孔，支撑臂设有连接孔，转动臂和支撑臂通过第三转杆铰接，第三转杆的另一端依次穿过转动孔和连接孔，第三转杆和转动孔转动连接，第三转杆和连接孔转动连接，第三转杆的一端设有第三限位块，第三转杆的另一端设有第三螺纹段，第三螺纹段连接有第三螺母。
36.拉杆的一端设有第五通孔，转动臂的另一端设有第六通孔，拉杆的一端通过第四转杆和转动臂的另一端铰接；第四转杆的另一端依次穿过第五通孔和第六通孔，第四转杆和第五通孔转动连接，第四转杆和第六通孔转动连接，第四转杆的一端设有第四限位块，第四转杆的另一端设有第四螺纹段，第四螺纹段连接有第四螺母。
37.固定杆的一端设有第七通孔，拉杆的另一端设有第八通孔，拉杆的另一端和固定杆的一端通过第五转杆铰接；第五转杆的另一端依次穿过第七通孔和第八通孔，第五转杆和第七通孔转动连接，第五转杆和第八通孔转动连接，第五转杆的一端设有第五限位块，第五转杆的另一端设有第五螺纹段，第五螺纹段连接有第五螺母。
38.连杆、拉杆和固定杆均为直杆结构，转动臂包括第一段和第二段，第一段和第二段一体成型设置，第一段和第二段折弯式分布，转动孔位于折弯处。
39.主翼水平设置。
40.实施例二
41.如图4和图5所示，船舶以较高速度航行时会形成较为明显的尾部上升流动，特别是方尾船型，尾部流动为斜后方向上，在船后水线下方安装水翼，水翼遭受斜上方流动，受到斜前方向的水动力，一方面可以改善船舶的纵倾，水翼增加船尾底部压力，减小船尾兴波，可以减小阻力；当航行速度为高速时，可以控制液压缸向上运动，襟翼向下转动，进一步提升水动力，减小阻力。因此水翼可以吸收船尾上升流和兴波的能量，不同航速时可以调整襟翼角度，适应不同航速的减阻需求。本实施例中的水翼指的是主翼和襟翼装配之后形成的零部件。
42.本实施例未提及部分同实施例一。
43.实施例三
44.如图4和图6所示，当船舶遭遇波浪发生摇荡运动，其中迎浪时船舶的垂荡与纵摇较为明显。船尾是发生摇荡运动较为明显的位置，垂荡运动叠加纵摇运动引起的垂向运动，船尾的上下运动幅值较大。船尾减摇减阻装置随船运动有如鲸鱼尾部的摆动，不仅受到较大的垂向力还受到向前的推力。为了进一步增强鲸鱼尾上下摆动产生的推力，在船尾向上运动的过程中控制襟翼向下转动，在船尾向下运动的过程中控制襟翼向上转动，如此结合运动姿态感知系统得到船尾的运动，发出指令，通过控制液压缸伸缩运动，主翼和襟翼运动类似鲸鱼尾摆动产生推力，减小船舶的摇荡运动，并将摇荡运动转化为推进力，减小了船舶的阻力。船体运动带动尾部水翼运动产生抗摇力矩，可显著减小纵摇与垂荡运动幅值，提升乘员舒适性，改善作业环境。同时船尾水翼的上下运动类似鲸鱼尾部运动，可以产生向前的推力，减小船舶阻力，节约能耗。
45.本实施例未提及部分同实施例一。
46.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种船尾减阻减纵摇装置，装置安装在船尾；其特征在于：装置包括摆动机构、支撑架、主翼和襟翼，支撑架的一端和对应骨架所在船尾位置的外表面固定连接，支撑架的另一端向船尾的外下方倾斜设置；主翼和支撑架的另一端固定连接，襟翼和主翼铰接，摆动机构的一端和船尾的外表面固定连接，摆动机构的另一端和襟翼固定连接，摆动机构和支撑架铰接。2.按照权利要求1所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：支撑架包括两个支撑臂，两个支撑臂的一端均和对应骨架所在船尾位置的外表面固定连接，两个支撑臂的另一端均和主翼固定连接，两个支撑臂并排设置；摆动机构包括两个摆动组件，两个摆动组件的一端均和船尾的外表面固定连接，两个摆动组件的另一端均与襟翼固定连接，两个摆动组件分别与两个支撑臂铰接，两个摆动组件并排设置。3.按照权利要求2所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：摆动组件包括液压缸、连杆、转动臂、拉杆和固定杆；液压缸和船尾的外表面固定连接，液压缸的输出杆沿竖直方向伸缩，液压缸的输出杆朝向船尾的底部设置；转动臂和支撑臂铰接，连杆的两端分别与液压缸的输出杆和转动臂的一端铰接；转动臂的另一端和拉杆的一端铰接，拉杆的另一端和固定杆的一端铰接；固定杆的另一端和襟翼固定连接。4.按照权利要求3所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：液压缸的输出杆设有第一通孔，连杆的一端设有第二通孔，液压缸的输出杆和连杆的一端通过第一转杆铰接，第一转杆的另一端依次穿过第一通孔和第二通孔，第一转杆和第一通孔转动连接，第一转杆和第二通孔转动连接，第一转杆的一端设有第一限位块，第一转杆的另一端设有第一螺纹段，第一螺纹段连接有第一螺母。5.按照权利要求4所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：连杆的另一端设有第三通孔，转动臂的一端设有第四通孔，转动臂的一端和连杆的另一端通过第二转杆铰接，第二转杆的另一端依次穿过第三通孔和第四通孔，第二转杆和第三通孔转动连接，第二转杆和第四通孔转动连接，第二转杆的一端设有第二限位块，第二转杆的另一端设有第二螺纹段，第二螺纹段连接有第二螺母。6.按照权利要求5所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：转动臂的中部设有转动孔，支撑臂设有连接孔，转动臂和支撑臂通过第三转杆铰接，第三转杆的另一端依次穿过转动孔和连接孔，第三转杆和转动孔转动连接，第三转杆和连接孔转动连接，第三转杆的一端设有第三限位块，第三转杆的另一端设有第三螺纹段，第三螺纹段连接有第三螺母。7.按照权利要求6所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：拉杆的一端设有第五通孔，转动臂的另一端设有第六通孔，拉杆的一端通过第四转杆和转动臂的另一端铰接；第四转杆的另一端依次穿过第五通孔和第六通孔，第四转杆和第五通孔转动连接，第四转杆和第六通孔转动连接，第四转杆的一端设有第四限位块，第四转杆的另一端设有第四螺纹段，第四螺纹段连接有第四螺母。8.按照权利要求7所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：固定杆的一端设有第七通孔，拉杆的另一端设有第八通孔，拉杆的另一端和固定杆的一端通过第五转杆铰接；第五转杆的另一端依次穿过第七通孔和第八通孔，第五转杆和第七通孔转动连接，第五转杆和第八通孔转动连接，第五转杆的一端设有第五限位块，第五转杆的另一端设有第五螺纹段，第五螺纹段连接有第五螺母。
9.按照权利要求8所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：连杆、拉杆和固定杆均为直杆结构，转动臂包括第一段和第二段，第一段和第二段一体成型设置，第一段和第二段折弯式分布，转动孔位于折弯处。10.按照权利要求1所述的一种船尾减阻减纵摇装置，其特征在于：主翼水平设置。

技术总结
本发明涉及一种船尾减阻减纵摇装置，装置安装在船尾；装置包括摆动机构、支撑架、主翼和襟翼，支撑架的一端和对应骨架所在船尾位置的外表面固定连接，支撑架的另一端向船尾的外下方倾斜设置；主翼和支撑架的另一端固定连接，襟翼和主翼铰接，摆动机构的一端和船尾的外表面固定连接，摆动机构的另一端和襟翼固定连接，摆动机构和支撑架铰接。本发明将液压缸的伸缩运动转变为襟翼的转动运动，适应不同航速的减阻功能；船舶在波浪中运动时发生垂荡和纵摇运动，通过控制襟翼的运动可以提供抗摇力矩，可以减小船体摇荡运动幅值，同时将摇荡运动转换为推进力，减小船舶在波浪中的阻力。本发明结构简单，属于船舶设备技术领域。属于船舶设备技术领域。属于船舶设备技术领域。


技术研发人员：许国冬 蔡昊鹏 焦甲龙 周斌珍
受保护的技术使用者：中国科学院声学研究所
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/3/30