一種氣推式減搖鰭及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣推式減搖鰭，包括鰭本體，所述的鰭本體的內(nèi)部設(shè)有高壓空氣通道，高壓空氣通道通過氣管連接船舶壓縮空氣系統(tǒng)，鰭本體的底壁上嵌穿有多個噴氣角度可調(diào)的止回噴氣閥，止回噴氣閥的進(jìn)氣口位于高壓空氣通道內(nèi)，止回噴氣閥的噴氣口位于鰭本體底壁的外面。本發(fā)明還提供了氣推式減搖鰭的控制方法。本發(fā)明的減搖鰭采用高壓空氣產(chǎn)生提升力矩，通過實時檢測角度、角速度、角加速度信號，然后計算克服橫搖力矩所需的升力矩的大小和止回噴氣閥所需要調(diào)節(jié)的角度，再實時調(diào)控止回噴氣閥的噴氣角度和噴氣壓力，實時性好，調(diào)控精確度高，系統(tǒng)容易控制，鰭的減搖效果好。
【專利說明】一種氣推式減搖鰭及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶減搖裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是一種氣推式減搖鰭及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于船舶橫搖運(yùn)動阻尼很小，所以船舶在風(fēng)浪中會產(chǎn)生劇烈的橫搖、縱搖和艏搖，嚴(yán)重影響船舶的推進(jìn)性能和操縱性能。減搖鰭是減少橫搖運(yùn)動的一種裝置，固定在船舶兩舷的舭部，在鰭容量和鰭型以及相應(yīng)的隨動系統(tǒng)確定后，減搖鰭的使用效果與采取的控制策略密切相關(guān)。減搖鰭分為主動減搖(可調(diào)鰭)和被動減搖(固定鰭)兩種。
[0003]可調(diào)鰭通過角度傳感器、角速度傳感器和角加速度傳感器得到角度、角速度和角加速度信號，并通過信號處理裝置將處理后的信號傳輸給液壓控制系統(tǒng)，推動一對或多對鰭同步運(yùn)動，增加船舶橫搖阻尼，從而減小橫搖運(yùn)動，其控制過程如圖1所示?？烧{(diào)鰭已經(jīng)應(yīng)用了七十多年，減搖效果已經(jīng)得到大眾的認(rèn)可。但是，可調(diào)鰭的控制問題一直是研究的熱點，此外，還有很多科研人員在對可調(diào)鰭的控制進(jìn)行詳細(xì)的研究。
[0004]可調(diào)鰭在減搖效果方面，存在諸多不足。目前，減搖鰭大多采用鰭角反饋控制，雖然可以起到一定的減搖效果，但是鰭上的升力和鰭角的對應(yīng)關(guān)系主要從鰭的水動力試驗得至IJ，動態(tài)條件下，水動力實驗誤差很大，因此控制力矩產(chǎn)生的升力無法很好地抵消橫搖力矩。此外，在復(fù)雜的船舶航行環(huán)境中，由于液壓機(jī)構(gòu)的存在，增加了減搖系統(tǒng)的時間常數(shù)，影響了系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制的實時性，減弱了船舶減搖效果，并且降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0005]固定鰭由于不可調(diào)節(jié)，只能被動減搖，減搖效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種氣推式減搖鰭，以解決復(fù)雜航行環(huán)境中普通減搖鰭不能及時動作、難以控制鰭的難題。
[0007]本發(fā)明的再一的目的是，提供一種氣推式減搖鰭的控制方法。
[0008]為實現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種氣推式減搖鰭，包括鰭本體，所述的鰭本體的內(nèi)部設(shè)有高壓空氣通道，高壓空氣通道通過氣管連接船舶壓縮空氣系統(tǒng)，鰭本體的底壁上嵌穿有多個噴氣角度可調(diào)的止回噴氣閥，止回噴氣閥的進(jìn)氣口位于高壓空氣通道內(nèi)，止回噴氣閥的噴氣口位于鰭本體底壁的外面。
[0009]進(jìn)一步地，所述的止回噴氣閥包括閥體和位于閥體空腔內(nèi)的上支撐板、下支撐板、托杠、擋板和彈簧，上支撐板固設(shè)在閥體的上部并開有多個進(jìn)氣孔，下支撐板固設(shè)在閥體的底部并開有多個噴氣孔，上支撐板和下支撐板的外周壁均與閥體內(nèi)壁密封，托杠的兩端分別固定在上支撐板和下支撐板上，擋板和彈簧穿設(shè)在托杠上，彈簧的兩端分別固定在擋板和下支撐板上，擋板在其外周與閥體內(nèi)壁接觸處固設(shè)有密封圈。
[0010]進(jìn)一步地，所述的止回噴氣閥的頂端設(shè)有臂架，噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接臂架而帶動止回噴氣閥旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變噴氣角度。
[0011]進(jìn)一步地，所述的噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)、兩個齒輪和連桿，連桿包括一根總連桿和多個分支連桿，總連桿的外表面設(shè)有螺紋，電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接齒輪一，齒輪一的外齒與齒輪二的外齒嚙合，齒輪二套設(shè)在總連桿上并且它們之間螺紋匹配，總連桿帶動多個分支連桿一起直線運(yùn)動，止回噴氣閥的臂架連接在分支連桿上。
[0012]作為一種實施方式，所述的止回噴氣閥的臂架鉸接在分支連桿上。
[0013]作為另一種實施方式，所述的止回噴氣閥的臂架的頂端固設(shè)有插槽，分支連桿在對應(yīng)插槽的位置上固設(shè)有橫截面為圓形的插桿，插桿插在插槽內(nèi)。
[0014]為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種氣推式減搖鰭的控制方法，在船舶上安裝上述的減搖鰭，由設(shè)置在船舶上的角度、角速度、角加速度檢測裝置檢測船舶橫搖時的角度、角速度和角加速度，通過信號處理裝置計算克服橫搖力矩所需要的升力矩的大小和止回噴氣閥所需要調(diào)節(jié)的角度，通過噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制止回噴氣閥的噴氣角度，并且通過壓縮空氣控制系統(tǒng)控制鰭本體高壓空氣通道內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，進(jìn)而給予減搖鰭一定的提升力矩，角度、角速度、角加速度檢測裝置在減搖過程中實時反饋檢測信號。
[0015]進(jìn)一步地，所述的角度、角速度、角加速度檢測裝置為角度、角速度、角加速度傳感器。
[0016]進(jìn)一步地，所述減搖鰭的左鰭和右鰭分別設(shè)置噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和壓縮空氣控制系統(tǒng)。
[0017]進(jìn)一步地，所述的噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在工作過程中使止回噴氣閥噴出的高壓空氣所產(chǎn)生的升力始終垂直于海平面。
[0018]本發(fā)明的減搖鰭采用高壓空氣產(chǎn)生提升力矩，通過實時檢測角度、角速度、角加速度信號，然后計算克服橫搖力矩所需的升力矩的大小和止回噴氣閥所需要調(diào)節(jié)的角度，再實時調(diào)控止回噴氣閥的噴氣角度和噴氣壓力，實時性好，調(diào)控精確度高，系統(tǒng)容易控制，鰭的減搖效果好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中減搖鰭的控制過程圖。
[0020]附圖2是本發(fā)明氣推式減搖鰭結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0021]附圖3是氣推式減搖鰭底壁的仰視圖。
[0022]附圖4是一種止回噴氣閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖5是另一種止回噴氣閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖6是止回噴氣閥旋轉(zhuǎn)一定角度后的示意圖。
[0025]附圖7是噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖8是分支連桿與止回噴氣閥配合的示意圖。
[0027]附圖9是船舶橫搖時分支連桿調(diào)節(jié)止回噴氣閥噴氣角度的示意圖。
[0028]附圖10是本發(fā)明氣推式減搖鰭的系統(tǒng)控制框圖。
[0029]附圖中涉及的附圖標(biāo)記和組成部分如下所示:
1.鰭本體2.底壁 3.高壓空氣通道4.止回噴氣閥
5.閥體6.上支撐板
7.進(jìn)氣孔8.下支撐板
9.噴氣孔10.托杠
11.彈簧12.擋板
13.密封圈14.臂架
15.插槽16.電動機(jī)
17.轉(zhuǎn)軸18.齒輪一
19.齒輪二20.總連桿
21.分支連桿22.插桿。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的【具體實施方式】作詳細(xì)說明；本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0031]請結(jié)合圖2和圖3，該氣推式減搖鰭的鰭本體I的內(nèi)部設(shè)有高壓空氣通道3，高壓空氣通道3可通過氣管連接船舶壓縮空氣系統(tǒng)。鰭本體I的底壁2上嵌穿有多個噴氣角度可調(diào)的止回噴氣閥4，止回噴氣閥4的進(jìn)氣口位于高壓空氣通道3內(nèi)，止回噴氣閥4的噴氣口位于鰭本體I底壁2的外面。止回噴氣閥4通過原位旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)噴氣角度，且只能出氣，不能進(jìn)水。止回噴氣閥4有規(guī)律的布滿鰭本體I的底壁2，相鄰止回噴氣閥4之間的間距根據(jù)鰭本體I的大小和實際應(yīng)用環(huán)境來確定。
[0032]請見圖4所示的一種止回噴氣閥4的結(jié)構(gòu)，圖中箭頭表示高壓空氣的流動方向。止回噴氣閥4它包括閥體5和位于閥體5空腔內(nèi)的上支撐板6、下支撐板8、托杠10、擋板12和彈簧11。上支撐板6固設(shè)在閥體5的上部并開有多個進(jìn)氣孔7，下支撐板8固設(shè)在閥體5的底部并開有多個噴氣孔9，上支撐板6和下支撐板8的外周壁均與閥體5內(nèi)壁密封。進(jìn)氣孔7的設(shè)置一方面不影響進(jìn)氣，另一方面由于孔徑的限制可以阻擋高壓空氣通道3內(nèi)可能存在的大尺寸雜質(zhì)進(jìn)入閥體5內(nèi)部而影響空氣流通性和閥的密封性。噴氣孔9的設(shè)置一方面不影響出氣，另一方面由于水本身的張力作用而不能穿過噴氣孔9進(jìn)入閥體5內(nèi)。
[0033]托杠10的兩端分別固定在上支撐板6和下支撐板8上，擋板12和彈簧11穿設(shè)在托杠10上，彈簧11的兩端分別固定在擋板12和下支撐板8上，擋板12在其外周與閥體5內(nèi)壁接觸處固設(shè)有密封圈13。高壓空氣穿過進(jìn)氣孔7進(jìn)入閥體5上部，在氣壓的作用下，擋板12壓縮彈簧11往下運(yùn)動使得擋板12外周與閥體5內(nèi)壁之間產(chǎn)生空隙，高壓空氣流過空隙后從噴氣孔9噴出，氣壓越大，擋板12外周與閥體5內(nèi)壁之間的空隙越大。沒有空氣流動時，在彈簧11的作用下使得擋板12向上頂住閥體5的內(nèi)壁，密封圈13可有效保證氣密性。
[0034]止回噴氣閥4的頂端設(shè)有臂架14，臂架14為鏤空結(jié)構(gòu)，不影響高壓空氣通道3內(nèi)的氣體進(jìn)入閥體5,噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接臂架14而帶動止回噴氣閥4旋轉(zhuǎn),進(jìn)而改變噴氣角度。
[0035]在圖4所示的止回噴氣閥4中，臂架14的頂端固設(shè)有插槽15，采用插接的方式與噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接。在圖5所示的另一種止回噴氣閥4中，臂架14的頂端設(shè)有鉸接孔，采用鉸接的方式與噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接。
[0036]請見圖6，在噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制下，止回噴氣閥4通過原位旋轉(zhuǎn)改變噴氣角度，進(jìn)而改變減搖鰭的提升力矩。
[0037]請參照圖7所示的噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)16、齒輪一 18、齒輪二 19和連桿，連桿包括一根總連桿20和多個分支連桿21，總連桿20的外表面設(shè)有螺紋。電動機(jī)16的轉(zhuǎn)軸17連接齒輪一 18，齒輪一 18的外齒與齒輪
二19的外齒嚙合，齒輪二 19套設(shè)在總連桿20上并且它們之間螺紋匹配，最終旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，總連桿20帶動多個分支連桿21 —起直線運(yùn)動。分支連桿21插入鰭本體I的高壓空氣通道3內(nèi)，止回噴氣閥4的臂架14連接在分支連桿21上。
[0038]請見圖8，當(dāng)止回噴氣閥4是圖4所示的結(jié)構(gòu)時，分支連桿21在對應(yīng)插槽15的位置上固設(shè)有橫截面為圓形的插桿22，插桿22插在插槽15內(nèi)。當(dāng)止回噴氣閥4是圖5所示的結(jié)構(gòu)時，臂架14鉸接在分支連桿21上，就采用普通的鉸接方式，該方式未用附圖示出。
[0039]圖9所示為船舶橫搖時分支連桿21調(diào)節(jié)止回噴氣閥4噴氣角度的示意圖，箭頭表示分支連桿21的運(yùn)動方向，雖然鰭本體I搖擺不定，但是可通過分支連桿21帶動止回噴氣閥4原位旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變噴氣角度，產(chǎn)生所需的升力距。
[0040]本發(fā)明氣推式減搖鰭的控制方法，是在船舶上安裝上述的減搖鰭，由設(shè)置在船舶上的角度、角速度、角加速度檢測裝置檢測船舶橫搖時的角度、角速度和角加速度，通過信號處理裝置計算左鰭和右鰭克服橫搖力矩所需要的升力矩的大小和止回噴氣閥所需要調(diào)節(jié)的角度，通過噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制止回噴氣閥4的噴氣角度，并且通過壓縮空氣控制系統(tǒng)控制鰭本體I高壓空氣通道3內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，進(jìn)而給予減搖鰭一定的提升力矩，角度、角速度、角加速度檢測裝置在減搖過程中實時反饋檢測信號。系統(tǒng)控制框圖請見圖10，本發(fā)明氣推式減搖鰭實時調(diào)控止回噴氣閥4的噴氣角度和噴氣壓力，實時性好，調(diào)控精確度高，系統(tǒng)容易控制，鰭的減搖效果好。
[0041]優(yōu)選地,所述的角度、角速度、角加速度檢測裝置為角度、角速度、角加速度傳感器。當(dāng)然，所述減搖鰭的左鰭和右鰭可以分別設(shè)置噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和壓縮空氣控制系統(tǒng)，互相不影響并相互協(xié)調(diào)作用。船舶在橫搖過程中，所述的噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在工作過程中使止回噴氣閥4噴出的高壓空氣所產(chǎn)生的升力始終垂直于海平面，可在最短時間內(nèi)抵消橫搖力矩。
[0042]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種氣推式減搖鰭，包括鰭本體，其特征在于,所述的鰭本體的內(nèi)部設(shè)有高壓空氣通道，高壓空氣通道通過氣管連接船舶壓縮空氣系統(tǒng)，鰭本體的底壁上嵌穿有多個噴氣角度可調(diào)的止回噴氣閥，止回噴氣閥的進(jìn)氣口位于高壓空氣通道內(nèi)，止回噴氣閥的噴氣口位于鰭本體底壁的外面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣推式減搖鰭，其特征在于，所述的止回噴氣閥包括閥體和位于閥體空腔內(nèi)的上支撐板、下支撐板、托杠、擋板和彈簧，上支撐板固設(shè)在閥體的上部并開有多個進(jìn)氣孔，下支撐板固設(shè)在閥體的底部并開有多個噴氣孔，上支撐板和下支撐板的外周壁均與閥體內(nèi)壁密封，托杠的兩端分別固定在上支撐板和下支撐板上，擋板和彈簧穿設(shè)在托杠上，彈簧的兩端分別固定在擋板和下支撐板上，擋板在其外周與閥體內(nèi)壁接觸處固設(shè)有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣推式減搖鰭，其特征在于，所述的止回噴氣閥的頂端設(shè)有臂架，噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接臂架而帶動止回噴氣閥旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變噴氣角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣推式減搖鰭，其特征在于，所述的噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)、兩個齒輪和連桿，連桿包括一根總連桿和多個分支連桿，總連桿的外表面設(shè)有螺紋，電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接齒輪一，齒輪一的外齒與齒輪二的外齒嚙合，齒輪二套設(shè)在總連桿上并且它們之間螺紋匹配，總連桿帶動多個分支連桿一起直線運(yùn)動，止回噴氣閥的臂架連接在分支連桿上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣推式減搖鰭，其特征在于，所述的止回噴氣閥的臂架鉸接在分支連桿上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣推式減搖鰭，其特征在于，所述的止回噴氣閥的臂架的頂端固設(shè)有插槽，分支連桿在對應(yīng)插槽的位置上固設(shè)有橫截面為圓形的插桿，插桿插在插槽內(nèi)。
7.一種氣推式減搖鰭的控制方法，其特征在于，在船舶上安裝權(quán)利要求1所述的減搖鰭，由設(shè)置在船舶上的角度、角速度、角加速度檢測裝置檢測船舶橫搖時的角度、角速度和角加速度，通過信號處理裝置計算克服橫搖力矩所需要的升力矩的大小和止回噴氣閥所需要調(diào)節(jié)的角度，通過噴氣角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制止回噴氣閥的噴氣角度，并且通過壓縮空氣控制系統(tǒng)控制鰭本體高壓空氣通道內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，進(jìn)而給予減搖鰭一定的提升力矩，角度、角速度、角加速度檢測裝置在減搖過程中實時反饋檢測信號。
【文檔編號】B63B39/08GK103935483SQ201410167162
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】劉彬, 沈愛弟, 褚建新, 蘭熙, 張帥, 閆石, 張兵 申請人:上海海事大學(xué)