船舶纵向动态减摇方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种船舶纵向动态减摇方法与相应的船舶纵向动态减摇装置。该方法包括如下步骤：1)采集船尾纵向旋转的加速度或角速度，进一步换算成船体的纵摇角；2)当船体达到最大纵摇角时，调整水翼的翼片角度为γ。该装置包括水翼、支撑架、驱动装置、传动装置和控制系统；支撑架的前端固定在船尾底板上，水翼通过所述转轴铰接在支撑架的后端；驱动装置通过传动装置与水翼相连；控制系统包括控制器、船体纵摇传感器和水翼角度传感器；控制器的控制信号输出端与驱动装置的控制信号输入端相连，船体纵摇传感器和水翼角度传感器的测量信号输出端分别与控制器的测量信号输入端相连。该方法和装置可实现船体的动态纵向减摇，减摇效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种船舶纵向减摇系统，特别是指一种船舶纵向动态减摇方法与装置。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，人们越来越注重出行的安全性与舒适性。现今，航空与陆路方面的出行舒适度已得到很大的改善，而在海洋航行领域，因受海洋风浪的影响，船舶极易在航行过程中发生船体倾斜与摇摆。改善船舶航行状态、提高远洋航行舒适度也因此越来越受到人们的关注。面前，船舶在横向减摇方面的研究技术已经十分成熟，而在纵向减摇方面的研究却极少有成果，国内在纵向减摇方面的研究也较为空白。因此，发展纵向减摇技术在改善船体纵摇、提高船舶舒适度上具有很大的研究前景。现有的纵向减摇方式多为被动式，能够在一定程度上减小船体纵摇，但同时也存在一些问题。其减摇效果较差，减摇效率低，而且还会在一定程度上增加船体的航行阻力，降低航速。另外，现有减摇装置的结构较为复杂，布置困难，甚至由于增大了船体振荡的可能性反而降低了船舶航行的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实时减小船体纵倾幅度、减摇效率高的船舶纵向动态减摇方法，以及采用该方法的船舶纵向减摇装置。为实现上述目的，本专利技术所设计的船舶纵向动态减摇方法，包括如下步骤：1)通过船体纵摇传感器采集船尾纵向旋转的加速度或角速度，进一步换算成船体的纵摇角；2)当船体达到最大纵摇角时，通过驱动装置调整水翼(5)的翼片角度为γ，当纵摇角为最大正值时，γ取负值；当纵摇角为最大负值时，γ取正值。γ的正负代表方向，负值代表水翼指向船舶坐标系的x轴下方，正直代表水翼指向船舶坐标系的x轴上方，γ的绝对值代表大小，最大负值是指绝对值最大的负值。优选地，步骤2)中，当纵摇角为最大正值时，γ的取值范围为+5°～+30°；当纵摇角为最大负值时，γ的取值范围为调整范围-30°～-5°。优选地，步骤2)中，当纵摇角为最大正值时，γ的取值范围为+20°～+30°；当纵摇角为最大负值时，γ的取值范围为调整范围-30°～-20°。优选地，步骤2)中，以最大纵摇角为输出，以γ为输入建立闭环控制，自动控制水翼(5)的翼片角度，使船体的最大纵摇角不断减小。最大纵摇角可通过对角速度传感器测得的纵摇角速度进行积分求得。当纵摇角速度为0时，纵倾角幅值达到最大值，其正负可以通过纵摇角速度的变化趋势(即微分的正负)来判断。优选地，步骤2)中，水翼的翼片角度γ(t时刻)通过如下公式确定： γ = M 4 ρv 2 A d δ = ( f ( θ ·· ) + f ( θ · ) + f ( θ ) ) - ( f ( θ ·· 1 ) + f ( θ · 1 ) + f ( θ 1 ) ) ρv 2 A d δ ]]>式中，θ1是t时刻的船体纵摇角，由传感器测量得到；f(θ1)是t时刻的静水回复力矩，由以下公式确定：f(θ1)＝Δ×H×sinθ1，其中Δ是船舶排水量，H是纵稳性高，由船体要求得到；是t时刻的阻尼力矩，由以下公式确定：其中Igy是水线面对通过重心横轴的纵向惯性矩，由船体要求得到，f为常数，具体应用实例取f＝0.18计算；是t时刻的惯性力矩，由以下公式确定：Jyy是船体本身对通过重心横轴的转动惯量，Jyy′是船体对通过重心横轴的附加转动惯量，由船体要求得到；θ是0时刻(任取某时刻为0时刻)的船体纵摇角，由传感器测量得到，θ为初始值；f(θ)是0时刻的静水回复力矩，由以下公式确定：f(θ)＝Δ×H×sinθ，其中Δ是船舶排水量，H是纵稳性高，由船体要求得到；是0时刻的阻尼力矩，由以下公式确定：其中Igy是水线面对通过重心横轴的纵向惯性矩，由船体要求得到，f为常系数，具体应用实例取f＝0.18计算；是0时刻的惯性力矩，由以下公式确定：Jyy是船体本身对通过重心横轴的转动惯量，Jyy′是船体对通过重心横轴的附加转动惯量，由船体要求得到；ρ是海水密度，通常取值为1.025g/cm3；v是船航速，由船舶需求得到；A是水翼面积，对于正面为矩形的翼片由以下公式确定：A＝bl，b为水翼弦长，l为水翼展长；d是水翼中心到船体漂心的距离，近似等于垂线间长的一半，即d＝0.5LPP，LPP为船体垂线间长；δ是水翼转角与升力系数间的关系系数，由具体翼型得到；该方程建立起γ与θ1的关系，即为达到一定的船体纵摇角θ1，需要水翼转动多少角度γ。本专利技术同时提供了一种为实现上述方法而设计的船舶纵向动态减摇装置，安装在船体的船尾底板上，其包括水翼、支撑架、驱动装置、传动装置和控制系统；所述支撑架的前端固定在船尾底板上，所述支撑架的后端沿船舶横向设置有转轴，所述水翼通过所述转轴铰接在支撑架的后端；所述驱动装置安装在船体尾部的船舱内，通过传动装置与水翼相连，驱动水翼绕所述转轴旋转；所述控制系统包括控制器、船体纵摇传感器和水翼角度传感器，所述船体纵摇传感器用于监测船体的纵向摇动角速度或加速度，所述水翼角度传感器用于监测水翼的旋转角度，所述控制器的控制信号输出端与驱动装置的控制信号输入端相连，所述船体纵摇传感器的测量信号输出端和水翼角度传感器的测量信号输出端分别与控制器的测量信号输入端相连。优选地，所述驱动装置为步进电机(含驱动系统)或伺服电机(含伺服系统)。优选地，所述传动装置包括第一传动杆、第二传动杆和第三传动杆；所述第二传动杆从设置在船尾底板上的开孔中穿过，其两端分别与第一传动杆的一端、第三传动杆的一端铰链连接；所述第一传动杆的另一端铰接在水翼上表面远离所述转轴的位置处；所述第三传动杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶纵向动态减摇方法，其特征在于：包括如下步骤：1)通过船体纵摇传感器(13)采集船尾纵向旋转的加速度或角速度，进一步换算成船体的纵摇角；2)当船体达到最大纵摇角时，通过驱动装置调整水翼(5)的翼片角度为γ，当纵摇角为最大正值时，γ取负值；当纵摇角为最大负值时，γ取正值。

【技术特征摘要】
1.一种船舶纵向动态减摇方法，其特征在于：包括如下步骤：1)通过船体纵摇传感器(13)采集船尾纵向旋转的加速度或角速度，进一步换算成船体的纵摇角；2)当船体达到最大纵摇角时，通过驱动装置调整水翼(5)的翼片角度为γ，当纵摇角为最大正值时，γ取负值；当纵摇角为最大负值时，γ取正值。2.根据权利要求1所述的船舶纵向动态减摇方法，其特征在于：步骤2)中，当纵摇角为最大正值时，γ的取值范围为+5°～+30°；当纵摇角为最大负值时，γ的取值范围为调整范围-30°～-5°。3.根据权利要求2所述的船舶纵向动态减摇方法，其特征在于：步骤2)中，当纵摇角为最大正值时，γ的取值范围为+20°～+30°；当纵摇角为最大负值时，γ的取值范围为调整范围-30°～-20°。4.根据权利要求1所述的船舶纵向动态减摇方法，其特征在于：步骤2)中，以最大纵摇角为输出，以γ为输入建立闭环控制，自动控制水翼(5)的翼片角度，使船体的最大纵摇角不断减小。5.根据权利要求1所述的船舶纵向动态减摇方法，其特征在于：步骤2)中，水翼的翼片角度γ通过如下公式确定： γ = M 4 ρv 2 A d δ = ( f ( θ ·· ) + f ( θ · ) + f ( θ ) ) - ( f ( θ ·· 1 ) + f ( θ · 1 ) + f ( θ 1 ) ) ρv 2 A d ...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦江涛，戴敬，许磊，周智慧，姚兰，柳高飞，傅率智，马程前，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42