专利名称：：小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及的是一种船舶工程
技术领域：
的高速双体船船的辅助设备，具体是小水线面船的一种控制装置。
背景技术：
：随着航运事业的发展以及人来对海洋资源的开发利用，人们对各种运载工具的性能要求也在逐渐的发生变化。高性能船的研制就成为世界造船业的发展趋势，出现了各种各样的高性能船，如高速双体船、小水线面双体船、穿浪船、复合型双体船等；典型的高速双体船由两个瘦长的单体船(称为片体)组成，上部用甲板桥连接。高速双体船由于把单一船体分成两个片体，使每个片体更瘦长，从而减小了兴波阻力，使其具有较高的航速，目前其航速已普遍达到35-40节；由于双体船的性能明显优于单体船，且具有承受较大风浪的能力，因而被世界各国广泛应用于军用和民用船舶。为了提高船的航速，通过增设固定式水翼来提高船舶的动升力，依靠水翼的动升力来承担一部分静水浮力，在抬升船体同时较大幅度地减小船的排水体积和湿面积，从而减少摩擦阻力和兴波阻力获得更高的航速。在增设水翼提高船的航速的同时，也带来一定的问题，船体的抬升导致其自身稳性的恶化，并且使得船体容易受到外界如风、浪、流等的干扰，使船在迎浪高速行驶时船的升沉运动剧烈，这将降低船的适航性。小水线面双体船本身具有良好的横稳性，故不会设有横减摇装置，设有水翼的双体船在直航时的横向摇摆较单体船有很大的改善，但在转向的过程中，不可避免的会产生一定的倾斜和摇摆，那么对于船的任务使命有一定的影响。那么需要对小水线面双体船增设的水翼结构做一些改进或其他方法来提高其适航性。经对现有的技术文献检索发现，在对双体船提速时一般在下部增设前后两个水翼，可以使船舶的阻力降低。所增设的水翼包括有单纯的水翼，也包括附有襟翼的水翼，但附有襟翼的数量一般只有一个。文章名称日立造船公司开发水翼助航双体船，水运科技信息，1994年第五期，该文章介绍了1993年日本日立造船公司的"超级喷水30型"SUPERJET-30水翼助航双体船。该船安装有水翼，并且水翼上附有襟翼。但是与本发明相比，该文章没有说明襟翼的数量，襟翼的功能单一，只用来控制船舶的纵向运动。本发明一共包含有两个水翼在双体船上使用，每个水翼包含有两个襟翼，不只具有控制纵向运动的能力，还能控制横向运动，倾斜角|#坐/又寸。Worldwidedatabase中专利(KR950011592)，该专利介绍了一种用于水翼艇提升船体的waveploughs装置，该装置一共两个，每个装置装备有一个liftfl即。与本发明相比，waveploughs装置只附有一个liftfl即，起到提升水翼艇船体的作用。本发明应用于小水线面双体船，既有提升船体的作用，又有waveploughs所不能及的其他功能。Worldwidedatabase中专利(JP6127459)，该专利介绍了一种双体船的结构，提及到在该双体船上安装有Hydrofoils,并且在Hydrofoils上有一个fl即。与本发明相比，该专利主要介绍的是双体船的结构，并且他所使用的Hydrofoils上只有一个fl即，本发明主要介绍的是一种多功能的控制装置，介绍的重点不一样，而且本发明一共包含有4四个襟翼，专利(JP6127459)所介绍的Hydrofoils与本发明在安装位置，所具有的功能都有很大的差距。Worldwidedatabase中专利(GB1226323)，该专利也是主要介绍了一种双体船结构，该结构使用了一种Plate,plate可以为hydrofoil,也可以为具有adjustablefl即的pivotal。与本发明相比，该专利主要介绍的是双体船的结构。与本发明的多功能控制装置结构无论在结构还是在功能上也都有很大的差距。从已有的文章和专利来看，现有的水翼结构功能单一，功能也单一，另外不具有控制航向的功能。本发明与现有水翼的主要区别在于，本发明在双体船上一共使用有两套，包括有四个襟翼，主要控制双体船纵向运动、制横向运动、倾斜角度等。两个柱翼舵，主要控制航向。四个襟翼与柱翼舵联合起来还能综合控制航向/横摇运动。
发明内容本发明的目的在于提供一种能有效的减小升沉和纵摇运动，减小转向时的船体倾斜和摇摆运动，而且还具有调整控制小水线面双体船的航向功能的小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置。本发明的目的是这样实现的包括两个水翼和柱翼舵机构；每个水翼和柱翼舵机构的组成包括水翼，固定在水翼上的水翼支柱，对称分布在水翼上、水翼支柱两侧的两个襟翼，设置在水翼支柱上的柱翼舵组成；两个水翼和柱翼舵机构分别安装在小水线面双体船的前部和后部，其中水翼与小水线面双体船的两片片体以一定的安装角固定相连，水翼支柱与小水线面双体船的上部连接体固定连接。本发明还可以包括1、水翼和柱翼舵机构还包括连接体，水翼支柱与水翼通过连接体连接。2、襟翼与水翼之间通过内嵌在水翼中的第一连接轴连接。3、柱翼舵与水翼支柱之间通过内嵌在水翼支柱中的第二连接轴连接。本发明为了解决现有增设有水翼的小水线面船双体船在高速航行时易受外界干扰，升沉和纵摇运动剧烈，以及在转向过程中无法控制船体倾斜角和横摇的问题，提供了一种小水线面双体船使用的多功能新型控制装置，该控制装置能有效的减小升沉和纵摇运动，减小转向时的船体倾斜和摇摆运动，而且还具有调整控制小水线面双体船的航向功能。本发明的工作原理是前后水翼上的四块襟翼和前后水翼支柱上的两块柱翼舵分别由各自的一套控制系统来控制其的转动角度。当小水线面双体船在静水中处于体航状态时，本发明前后水翼上的四个襟翼和水翼支柱上的两个柱翼舵全部都处于复位的状态，以保证双体船的平稳航行。当小水线面双体船从体航状态到翼航状态转变时，可以同步控制四个襟翼的攻角变大，使水翼的动升力增大，縮短从体航状态到翼航状态的过渡时间。待到达翼航状态后，再同步调整四个襟翼的攻角大小，从而调整双体船的吃水深度。当小水线面双体船在迎浪高速翼航行驶时，双体船会有剧烈的升沉运动和纵摇运动，根据外界的干扰同步控制本发明的四个襟翼可以减小深沉运动的剧烈程度。例如在上4升速度和距离过大的，我们可以同步减小四个襟翼的攻角，使水翼的动升力减小，双体船的上升运动趋势将会减弱。在控制双体船的纵摇运动时，对本发明同水翼上的左右两个襟翼同步控制、前后水翼的两对襟翼进行差动控制即可达到减纵摇的目的。例如当双体船绕船体坐标系y轴有顺时针的纵摇运动时(见图7)，可以调整前水翼的左右襟翼的攻角同步增大，襟翼攻角的变大使水翼产生的动升力变大，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产生的动升力变小，这时双体船的首部和尾部产生两个不同的力，使双体船产生恢复平稳的恢复力矩，从而减小了双体船的纵摇。当小水线面双体船在波浪中行驶的过程中，双体船不可避免的会产生横向的摇摆，本发明左右两侧襟翼通过差动控制可以起到减横摇的作用。例如当双体船绕船体坐标系x轴有逆时针的横摇运动时(见图7)，可以调整前后水翼的右侧襟翼的攻角同步增大，襟翼攻角的变大使水翼右侧产生的动升力变大，前后水翼的左侧襟翼的攻角同步反向增大，襟翼攻角的反向增大使水翼左侧产生的动升力变小，这时双体船的左右两侧产生不同的力，使双体船产生恢复平稳的扶正力矩，从而减小了双体船的横摇。当小水线面双体船在转向的过程中，船体会产生一定的倾斜，如果倾斜角度过大，降低双体船的适航性，有可能造成灾难。如果倾斜角度过小，双体船的转向机动性就会降低，回转半径变大。本发明的左右两侧襟翼通过差动控制可以控制双体船的倾斜角度，使双体船在转向的过程中船体的倾斜稳定的一个理想的角度范围内。例如双体船在右转向的过程中，控制船体向右倾斜的角度，如果向右倾斜的角度过大，可以调整前后水翼的右侧襟翼的攻角同步增大，襟翼攻角的变大使水翼右侧产生的动升力变大，前后水翼的左侧襟翼的攻角同步反向增大，襟翼攻角的反向增大使水翼左侧产生的动升力变小，这时双体船的左右两侧产生不同的力，使双体船稳定在理想的倾斜角度内。提高双体船的转向机动性、縮小的回转半径，同时提高了适航性。当小水线面双体船在转向的过程中，本发明前后水翼支柱上的柱翼舵起到了控制航向的舵的作用，在双体船不安装有转向舵的情况下实现双体船的转向。双体船在改变航向时，控制柱翼舵具有不同方向的转角，则双体船会产生两个相反方向的力，与使用尾部舵转向时相比，增大了双体船的转向力矩，縮短了双体船的回转半径，使其能很快的调整到需要的航向上去。柱翼舵在控制航向产生艏摇力矩的同时，还能产生可观的横摇力矩，与襟翼进行航向/横摇联合控制(襟翼横摇控制原理如前所述)，能在保持良好的航向控制效果的同时，获得更好的减摇效果。本发明具有多功能性，能縮短体航到翼航的过渡时间，减弱小水线面双体船的升沉运动和纵摇运动，减弱双体船的横摇运动，控制船体的倾斜角度，具有航向调节功能，能有效的縮短转向回转半径，提高了小水线面双体船的安全性、适航性、机动性。图1是本发明小水线面双体船的安装位置底部仰视示意图；图2是本发明的结构三维示意图；图3是本发明的俯视示意图；图4是本发明的侧视示意图；图5是本发明含有襟翼部分的剖面示意图6是本发明含有柱翼舵部分的剖面示意图；图7是船体坐标系。具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1和2，本发明包括水翼4、9，水翼支柱5、10，水翼上左右对称襟翼7、8、12、13，水翼支柱上的柱翼舵6、11，连接体14、17，柱翼舵与水翼支柱的连接体15、18，襟翼与水翼的连接轴16、19。本发明的水翼4、9与双体船的两个片体1、2固定连接，水翼具体的安装位置和安装攻角需要根据的具体设计需求来决定。水翼4、9与水翼支柱5、10通过连接体14、17固定连接，水翼支柱5、10与双体船的上部连接体3固定连接。水翼4、9上的左右襟翼7、8、12、13通过连接轴16、19与水翼4、9连接。水翼支柱5、10上的柱翼舵6、11通过内嵌在水翼支柱5、10中的连接轴15、18与水翼支柱5、10连接。如图3所示，所述的本发明的水翼4、9，连接体14、17，襟翼7、8、12、13，可见结构为左右对称结构。如图4所示，所述的本发明的水翼支柱5、10，柱翼舵6、11，可见结构为柱翼舵的位置在水翼支柱尾沿的中下部，目的是为防止在翼航时柱翼舵全部露出水面，具体的位置由双体船翼航翼航状态时设计的吃水线决定。如图5所示，所述的本发明的水翼4、9、襟翼7、8、12、13和连接轴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围为0.200.25，水翼的foilborneratio、厚度比、展长与弦长需要根据的具体设计需求来决定，连接轴16、19内嵌在水翼4、9中的。如图6所示，所诉的本发明的水翼支柱5、10、柱翼舵6、11和连接轴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围为0.200.25，水翼支柱的厚度比、展长与弦长需要根据的具体设计需求来决定，连接轴15、18内嵌在水翼支柱5、10中的。以控制小水线面双体船的升沉运动、纵摇运动和航向/横摇联合运动为例说明功能的具体实现方式。当上升速度和距离过大的，我们可以同步减小四个襟翼7、8、12、13的攻角，使水翼4、9的动升力减小，双体船的上升运动将会减弱。当双体船绕船体坐标系y轴有顺时针的纵摇运动时(见图7)，可以调整水翼4的左右襟翼7、8的攻角同步增大，襟翼7、8攻角的变大使水翼4产生的动升力变大，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产生的动升力变小，这时双体船的首部和尾部产生两个大小不同的力，使双体船产生恢复平稳的恢复力矩，从而减小了双体船的纵摇。当小水线面双体船在向右转向的过程中，控制柱翼舵6具有向左的转角，同时控制柱翼舵11具有向右的转角，则双体船首尾会产生两个相反方向的力，在水流的影响下使双体船产生转向力矩，实现向右转向。在转右向的过程中，会产生一定的横摇，以绕船体坐标系x轴有逆时针的横摇运动来说明(见图7)，可以调整水翼4，9的右侧襟翼8，13的攻角同步增大，水翼4，9右侧产生的动升力变大，水翼4，9的左侧襟翼7，12的攻角同步反向增大，水翼4，9左侧产生的动升力变小，这时双体船的左右两侧产生不同的力，使双体船产生6恢复平稳的扶正力矩，从而减小了双体船的横摇。实现了既能保持良好的航向控制效果，又能获得更好的减摇效果。权利要求一种小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置，包括两个水翼和柱翼舵机构；其特征是每个水翼和柱翼舵机构的组成包括水翼，固定在水翼上的水翼支柱，对称分布在水翼上、水翼支柱两侧的两个襟翼，设置在水翼支柱上的柱翼舵组成；两个水翼和柱翼舵机构分别安装在小水线面双体船的前部和后部，其中水翼与小水线面双体船的两片片体以一定的安装角固定相连，水翼支柱与小水线面双体船的上部连接体固定连接。2.根据权利要求1所述的小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置，其特征是水翼和柱翼舵机构还包括连接体，水翼支柱与水翼通过连接体连接。3.根据权利要求1或2所述的小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置，其特征是襟翼与水翼之间通过内嵌在水翼中的第一连接轴连接。4.根据权利要求1或2所述的小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置，其特征是柱翼舵与水翼支柱之间通过内嵌在水翼支柱中的第二连接轴连接。5.根据权利要求3所述的小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置，其特征是柱翼舵与水翼支柱之间通过内嵌在水翼支柱中的第二连接轴连接。全文摘要本发明提供的是一种小水线面船水翼和柱翼舵多功能控制装置。包括两个水翼和柱翼舵机构；每个水翼和柱翼舵机构的组成包括水翼，固定在水翼上的水翼支柱，对称分布在水翼上、水翼支柱两侧的两个襟翼，设置在水翼支柱上的柱翼舵组成；两个水翼和柱翼舵机构分别安装在小水线面双体船的前部和后部，其中水翼与小水线面双体船的两片片体以一定的安装角固定相连，水翼支柱与小水线面双体船的上部连接体固定连接。本发明具有多功能性，能缩短体航到翼航的过渡时间，减弱小水线面双体船的升沉运动和纵摇运动，减弱双体船的横摇运动，控制船体的倾斜角度，具有航向调节功能，能有效的缩短转向回转半径，提高了小水线面双体船的安全性、适航性、机动性。文档编号B63B39/00GK101708767SQ20091007344公开日2010年5月19日申请日期2009年12月17日优先权日2009年12月17日发明者刘胜,常绪成,李冰,李高云申请人:哈尔滨工程大学