一种减小水上航行器横摇的平衡装置及其工作方法

本发明涉及水上航行器在海上实现稳定性的自适应调节结构，特别涉及一种减小水上航行器横摇的平衡装置及其工作方法。

背景技术：

1、随着海洋资源开发的迫切需求，水上航行器得到了迅速的发展。水上航行器对于国家开发海洋资源和淡水资源带来极大的经济效益，将是国家降低生产成本，提高经济效益，增强国际竞争力的必然选择。目前欧美等西方国家一直没有放弃对水上航行器的技术研究，正是着眼于水上航行器可应用于民事用途的强大潜力。航行的稳定性是保障航行器安全的基础，在航行中，航行器会受到海上风、浪、流等环境因素的干扰而产生横摇运动，航行器的横摇是非线性的，大幅度、严重的横摇运动会使得航行器发生翻船的事故，因此研究航行器横摇时的运动稳定性具有非常重要的现实意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种减小水上航行器横摇的平衡装置及其工作方法，能够减小水上航行器在受到海水作用时产生的横摇，并使水上航行器实现快速平衡。

2、技术方案：本发明所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，包括有水上航行器，所述水上航行器的两侧对置有翼板，所述翼板的底部为波浪形曲面，波浪形曲面的下侧斜置有斜板，所述翼板与斜板之间的开口朝向水上航行器的外侧；

3、所述斜板朝向翼板的端面上设置有推进器，所述推进器的推力方向朝向水上航行器的船身；

4、所述斜板朝向翼板的端面上设置有用于监测翼板以及斜板受力情况的传感器。

5、作为优选，所述翼板的整体为俯面是矩形与半圆组合的结构，垂直固定在水上航行器的侧面，翼板的宽度即俯面中矩形的宽与半圆的半径之和为水上航行器身宽的一半，长度即俯面中矩形的长，为水上航行器船身长度的四分之三，厚度为10-15mm。

6、作为优选，所述翼板底部的波浪形曲面的波为正弦波，以翼板与船身的连接处为原点，沿着翼板的板长方向为x轴，沿板厚方向为y轴，建立坐标系，波形的方程为y＝a|sin(ω*x)|，其中a为波形的振幅，为翼板厚度的三分之二，x为波在翼板长度方向的位置坐标，ω＝28π/l,l为翼板的板长,ω为该波形的频率。

7、作为优选，所述斜板的厚度与翼板的厚度相同，长度为翼板宽度的七分之三，宽度为斜板长度的三分之二，所述斜板与翼板所成夹角的角度在30°-45°之间，所述斜板焊接在翼板的接缝处。

8、作为优选，所述接缝设置在翼板的波浪形曲面中心，与水上航行器的船身平行，宽度大于斜板的厚度，长度大于斜板的长度，深度为翼板厚度的二分之一，所述接缝的倾斜度与斜板和翼板之间的夹角相同。

9、作为优选，所述推进器设置在斜板上中间靠近水上航行器的船艏处，推进器的中心线位于斜板长度的五分之二处，中心线与斜板的宽边平行。

10、作为优选，所述传感器设置在斜板上，位于推进器与斜板靠近水上航行器船艉的宽边之间的中心位置。

11、作为优选，所述水上航行器的船艉设置有凹板结构，所述凹板结构包括上板、腹板和下板，所述上板和下板上下对置在腹板的上下两端，所述腹板上设置有圆顶曲面，所述圆顶曲面顶点的高度为腹板厚度的1.5倍，所述上板、腹板和下板的长度相同，均小于水上航行器的船宽度，上板和下板的宽度相同，均为自身长度的三分之一，所述上板、腹板和下板的厚度均与翼板相同。

12、一种减小水上航行器横摇的平衡装置的工作方法，水上航行器在水中航行时，受到海水以及波浪的横向作用时，翼板的下侧的波浪形曲面增大整个翼板与海水的接触面积，增大海水对翼板的作用力，减小了水上航行器横摇的摇荡幅度，同时传感器完成对翼板以及斜板受力情况的监测，将监测数据传送给水上航行器后，根据受力数据，启动水上航行器受到海水横向总用合力一侧所对应的另一侧的推进器，推进器产生相应推力，对水上航行器产生横向载荷，完成对水上航行器的再平衡；在水上航行器受到前方波浪的冲击时，凹板结构增大水上航行器船艉的受力面积，从而增大海水对水上航行器的推力，由此减缓前方波浪的冲击力，同时海水对水上航行器的推力充当恢复力矩，快速平衡波浪冲击产生的反推力，完成对水上航行器的平衡。

13、有益效果：

14、(1)、本申请通过水上航行器两侧的翼板以及翼板下方设置的波浪形曲面增大了海水对水上航行器整体的力，从而大幅降低横摇对水上航行器船体的影响；

15、(2)、本申请通过推进器的设置，能够快速完成对倾斜的水上航行器船身的再平衡；

16、(3)、本申请通过凹板结构的设计，通过增大受力面积来增加海水对水上航行器向前的作用力的同时，能够利用该作用力作为恢复力矩，快速平衡波浪冲击产生的反推力；

17、(4)、本申请结构简单，能够快速对现有的水上航行器进行改进，从而满足水上航行器对减小海水冲击产生横摇，并且快速恢复平衡的需求。

技术特征：

1.一种减小水上航行器横摇的平衡装置，包括有水上航行器，其特征在于：所述水上航行器的两侧对置有翼板，所述翼板的底部为波浪形曲面，波浪形曲面的下侧斜置有斜板，所述翼板与斜板之间的开口朝向水上航行器的外侧；

2.根据权利要求1所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，其特征在于：所述翼板的整体为俯面是矩形与半圆组合的结构，垂直固定在水上航行器的侧面，翼板的宽度即俯面中矩形的宽与半圆的半径之和为水上航行器身宽的一半，长度即俯面中矩形的长，为水上航行器船身长度的四分之三，厚度为10-15mm。

3.根据权利要求1所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，其特征在于：所述翼板底部的波浪形曲面的波为正弦波，以翼板与船身的连接处为原点，沿着翼板的板长方向为x轴，沿板厚方向为y轴，建立坐标系，波形的方程为y＝a|sin(ω*x)|，其中a为波形的振幅，为翼板厚度的三分之二，x为波在翼板长度方向的位置坐标，ω＝28π/l,l为翼板的板长,ω为该波形的频率。

4.根据权利要求1所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，其特征在于：所述斜板的厚度与翼板的厚度相同，长度为翼板宽度的七分之三，宽度为斜板长度的三分之二，所述斜板与翼板所成夹角的角度在30°-45°之间，所述斜板焊接在翼板的接缝处。

5.根据权利要求4所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，其特征在于：所述接缝设置在翼板的波浪形曲面中心，与水上航行器的船身平行，宽度大于斜板的厚度，长度大于斜板的长度，深度为翼板厚度的二分之一，所述接缝的倾斜度与斜板和翼板之间的夹角相同。

6.根据权利要求1所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，其特征在于：所述推进器设置在斜板上中间靠近水上航行器的船艏处，推进器的中心线位于斜板长度的五分之二处，中心线与斜板的宽边平行。

7.根据权利要求1所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，其特征在于：所述传感器设置在斜板上，位于推进器与斜板靠近水上航行器船艉的宽边之间的中心位置。

8.根据权利要求1所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置，其特征在于：所述水上航行器的船艉设置有凹板结构，所述凹板结构包括上板、腹板和下板，所述上板和下板上下对置在腹板的上下两端，所述腹板上设置有圆顶曲面，所述圆顶曲面顶点的高度为腹板厚度的1.5倍，所述上板、腹板和下板的长度相同，均小于水上航行器的船宽度，上板和下板的宽度相同，均为自身长度的三分之一，所述上板、腹板和下板的厚度均与翼板相同。

9.根据权利要求1所述的一种减小水上航行器横摇的平衡装置的工作方法，其特征在于：水上航行器在水中航行时，受到海水以及波浪的横向作用时，翼板的下侧的波浪形曲面增大整个翼板与海水的接触面积，增大海水对翼板的作用力，减小了水上航行器横摇的摇荡幅度，同时传感器完成对翼板以及斜板受力情况的监测，将监测数据传送给水上航行器后，根据受力数据，启动水上航行器受到海水横向总用合力一侧所对应的另一侧的推进器，推进器产生相应推力，对水上航行器产生横向载荷，完成对水上航行器的再平衡；在水上航行器受到前方波浪的冲击时，凹板结构增大水上航行器船艉的受力面积，从而增大海水对水上航行器的推力，由此减缓前方波浪的冲击力，同时海水对水上航行器的推力充当恢复力矩，快速平衡波浪冲击产生的反推力，完成对水上航行器的平衡。

技术总结
本发明公开了一种减小水上航行器横摇的平衡装置及其工作方法，包括有水上航行器，水上航行器的两侧对置有翼板，翼板的底部为波浪形曲面，波浪形曲面的下侧斜置有斜板，翼板与斜板之间的开口朝向水上航行器的外侧；其中斜板朝向翼板的端面上设置有推进器，推进器的推力方向朝向水上航行器的船身；同时斜板朝向翼板的端面上设置有用于监测翼板以及斜板受力情况的传感器，本申请通过翼板以及波浪形曲面降低了横摇对水上航行器船体的影响；通过推进器完成对倾斜的水上航行器船身的再平衡，满足了水上航行器快速恢复平衡，航行安全的需求。

技术研发人员：董书梦,熊仲营,宋向荣,李亚楠
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13