可控水翼滑行艇及其控制方法

2023-06-22 12:25:06

專利名稱：可控水翼滑行艇及其控制方法
技術領域：
本發明屬於船艇製造技術領域，具體為一種水翼滑行艇。
背景技術：
滑行艇具有優異的水動力學特性，廣泛應用於小型船艇中，如巡邏艇、垂釣艇、勤務艇、救護艇及體育競技艇等。當滑行艇處於滑行狀態時，滑行艇尾底部的結構作為主要滑行面提供動升力，抬升艇體減少溼表面積，摩擦阻力減小，航速得到相應增加。因此很多滑 行艇在其中後部增加附體以增加滑行面，增加動升力。由於艇體抬起，滑行艇艇體與水面接觸面積變小從而導致滑行艇的適航性較差。為了改善滑行艇的航行性能，中國專利申請號為200910063716. 5、名稱為「一種設有分列式升力板裝置的滑行艇」，其升力板固定於船體上，能解決艇底中部產生的負壓以及海底門進水的問題，降低航行阻力，使航速得到有效提高。中國專利號為ZL 89202475. 5、名稱為「水橇板滑行艇」，在艇體底部固定安裝有兩塊水橇板，水橇板與艇體之間用減震裝置加以連接，在高速行駛時可大大減少阻力，提高行駛速度，轉彎時不易傾翻。中國專利申請號為200910190216. 8、名稱為「三可控水翼滑行艇」，具有艇尾的淺浸主水翼和艇艏的輔助水翼，艇艏的輔助水翼輔助起滑，艇尾的主水翼實現滑行艇航行姿態的調整，只能實現變攻角，通過液壓控制系統控制兩個主水翼和一個輔助水翼的協同作用實現滑行艇航行姿態的調整和運動性能的改善。上述三項公開技術均只能改善滑行艇性能中的一個或幾個，且增加的外圍設備為固定式，無法實現對船體運動姿態的控制，其控制範圍和控制精度都受到限制。

發明內容
本發明的目的是為進一步改善滑行艇的航行性能、提升滑行艇附屬設備的控制範圍和控制精度而提供一種可控水翼滑行艇，本發明同時還提供該可控水翼滑行艇的控制方法，實現滑行艇垂蕩、縱搖、橫搖、側移、迴轉、急停及減速功能的控制。本發明可控水翼滑行艇採用的技術方案是包括艇體，艇體的橫向的左右兩側是艇舷，在兩側艇舷上各設置一個凹槽軌道，兩個凹槽軌道左右對稱，凹槽軌道沿艇體的縱向布置且凹槽軌道的中心是艇舷的重心；在凹槽軌道內設置液壓傳動裝置，液壓傳動裝置具有液壓推桿，液壓推桿的頂端固定連接水翼系統；水翼系統包括水翼、電動機和S閉的水S盒，水密盒位於凹槽軌道內並可沿縱向來回滑動，液壓推桿的頂端固定連接水密盒；水密盒內設有電動機，電動機的輸出軸垂直於艇舷並伸出凹槽軌道外且固定連接水翼；凹槽軌道外部設有中央處理器和與液壓傳動裝置相連接的液壓控制系統，液壓控制系統和電動機分別連接中央處理器。本發明可控水翼滑行艇的控制方法採用的技術方案具有如下步驟:A、當滑行艇滑行狀態以前，中央處理器發出指令控制電動機帶動水翼旋轉到與水平面成最佳變攻角α，中央處理器同時控制液壓控制系統使液壓傳動裝置中的液壓推桿推動水翼向船艏方向移動獲得力矩，使滑行艇抬首；B、當滑行艇滑行狀態時，水翼移至重心位置附近，使變攻角α與水平面夾角接近O度；C、當滑行艇滑行狀態以後，調節水翼在凹槽軌道內的位置與變攻角α以抵抗外載荷；D、當滑行艇急停和減速時，調節水翼的變攻角α成90度夾角；Ε、當滑行艇迴轉時，調節一側水翼的變攻角α產生較大阻力，調節另外一側水翼的變攻角α產生較小阻力,產生一個迴轉力矩。與現有的水翼艇與滑行艇相比較，本發明的優點在於
I、本發明通過水翼在轉動平面內任意攻角定位和沿滑行艇縱向運動協同工作，可以 在兩個自由度內自由運動和定位，擴大了水翼的調控範圍，充分發揮調節的靈活性，能適應複雜多變的海洋環境，較大程度實現對升沉、縱搖、橫搖、側移、迴轉、急停、減速等功能的控制，改善滑行艇航行性能。2、通過調節水翼的縱向位置和變攻角，可以達到輔助滑行艇起滑，縮短滑行艇在起滑階段越過阻力峰的時間和減少主機變轉速次數的效果，進而節省主機消耗功率，達到節能減排的效果。3、水翼可以根據控制目標以及外載荷實現連續控制，加快控制響應速度與精度，實現對航行中滑行艇的高精度控制。4、本發明滑行艇結構簡單、功能強大、造價低，且不會增加滑行艇的設計難度，同時可以解決目前滑行艇適航性差中的多方面因素。


圖I是本發明可控水翼滑行艇的主視 圖2是圖I中A-A向剖視 圖3是圖I中I局部放大 圖4是圖2中II局部放大 圖中1.艇體；2.水翼；3.凹槽軌道；4.輸出軸；5.電動機；6.螺釘；7.封板；8.液壓推桿；9.液壓傳動裝直；10.水S盒；11.中央處理器；12.導線；13.液壓控制系統；14.導線。
具體實施例方式參見圖1-4所示，本發明可控水翼滑行艇包括艇體1，艇體I的橫向左右兩側是艇舷，橫向左右兩側的艇舷上各設置一個凹槽軌道3，兩個凹槽軌道3左右對稱。凹槽軌道3沿艇體I的縱向布置，且凹槽軌道3的中心是艇舷的重心。在凹槽軌道3內安裝液壓傳動裝置9。參見圖3，液壓傳動裝置9固定於凹槽軌道3內，用封板7把液壓傳動裝置9密封於凹槽軌道3內，同時，用螺釘6將封板7固定於艇體I上。液壓傳動裝置9具有液壓推桿8，液壓推桿8的頂端沿縱向伸出封板7外並固定連接水翼系統。水翼系統包括水翼2、電動機5和密閉的水密盒10，水翼2是淺浸水翼，液壓推桿8的頂端固定連接水密盒10，水密盒10位於凹槽軌道3內並可在沿凹槽軌道3內沿縱向來回滑動，在水密盒10內安裝電動機5,電動機5的輸出軸4垂直於艇舷並伸出凹槽軌道3外,在輸出軸4的外端上固定連接水翼2，這樣，由液壓傳動裝置9中的液壓推桿8推動水翼系統中的水密盒10沿凹槽軌道3縱向運動與定位。電動機5帶動水翼2可以在轉動平面內任意角度旋轉與定位，轉動平面與轉動軸4相垂直並平行於艇舷。在凹槽軌道3外部設置液壓控制系統13和中央處理器(PLC) 11，液壓傳動裝置9通過導線14連接液壓控制系統13，液壓控制系統13和電動機5分別通過導線12連接中央處理器11。通過中央處理器11發出指令，實現對液壓控制系統13和電動機5的控制，進而實現對水翼2的縱向和水平面內的變攻角運動。當本發明的滑行艇處於靜止狀態時，水翼2垂直於水平而方向放置，並收攏靠近舷側，不會影響停泊。當滑行艇進入滑行狀態以前，中央處理器11發出指令控制電動機5帶動水翼2旋轉，使水翼2旋轉到與水平面呈適當的夾角，調節到最佳變攻角α，以便產生較大的動升力 和力矩。中央處理器11同時控制液壓控制系統13使液壓傳動裝置9中的液壓推桿8推動水翼2向船艏方向移動，使滑行艇開始獲得一個較大的力矩，使滑行艇抬首，增大滑行面，加速滑行艇越過阻力峰，有助滑行艇快速進入滑行狀態。如圖I所示，當水翼2以一定變攻角α隨滑行艇高速航速時，水翼2產生一個動升力，水翼2向艇艏運動時，滑行艇會產生一個逆時針力矩，使滑行艇抬首，加速進入滑行狀態。當滑行艇處於滑行狀態時，水翼2移至重心位置附近，使變攻角α與水平面夾角接近O度，可以達到提升滑行艇滑行狀態的穩性與直航能力的功能。當滑行艇進入滑行狀態以後，通過調節水翼2在縱向凹槽軌道3內的位置與變攻角α來抵抗外載荷。如圖I所示，以不斷增加的風速為例，當風速增大時，滑行艇航行阻力增大，在主機輸出功率一定的前提下，滑行艇航速下降，艇體I出現下沉現象，通過調整水翼2的變攻角α產生動升力來彌補由於航速下降引起的艇體I動升力減小值，滑行艇就不會出現下沉現象，同時把水翼2移向艇尾部，使滑行艇獲得一個順時針力矩，用來抵消由於航速下降引起的逆時針力矩的增加值，從而保證滑行艇航行的平穩性。水翼2的存在，相當於增加了艇寬，對滑行艇的航向穩定性有益。當高速航行的滑行艇急停和減速時，調節水翼2的變攻角α成90度夾角，水翼2阻水產生較大的阻力，增加滑行艇的制動能力，避免滑行艇艇艏吃水嚴重，有助於急停和減速。上述均是滑行艇直線航行時狀態，艇體I的兩舷側的水翼2同步調節。當滑行艇迴轉時，可以通過艇體I兩舷側水翼2的不同步調節，實現相應的功能，使一側水翼2的變攻角α產生較大阻力，而另外一側水翼2的變攻角α產生較小阻力，從而產生一個迴轉力矩，起到加速迴轉的作用，減弱側移現象。當滑行艇迴轉時，通過兩水翼2的不同步調節增加迴轉力矩，有助於提高滑行艇的迴轉性能。如圖I所示，以滑行艇右迴轉為例，右舷側的水翼2調節變攻角α與水平面夾角為90度左右，右舷側水翼2阻水產生較大阻力，而左舷側水翼2調節變攻角α與水平面夾角為O度左右，水流可以順暢的通過左舷側水翼2，產生較小的阻力，滑行艇兩側受力不平衡，右側阻力大於左側，從而產生了一個右迴轉力矩，使滑行艇右迴轉。滑行艇左迴轉的方法與右迴轉相反，增大艇體左側水翼2的變攻角α，調至90度附近,右側水翼2的變攻角α調至O度附近,左側水翼2產生的阻力遠遠大於右側水翼2，因此產生一個左迴轉力矩，滑行艇產生左迴轉運動。
權利要求
1.一種可控水翼滑行艇，包括艇體(1)，艇體(I)的橫向的左右兩側是艇舷，其特徵是在兩側艇舷上各設置一個凹槽軌道(3)，兩個凹槽軌道(3)左右對稱，凹槽軌道(3)沿艇體(1)的縱向布置且凹槽軌道(3)的中心是艇舷的重心；在凹槽軌道(3)內設置液壓傳動裝置(9)，液壓傳動裝置(9)具有液壓推桿(8)，液壓推桿(8)的頂端固定連接水翼系統；水翼系統包括水翼(2)、電動機(5)和密閉的水密盒(10)，水密盒(10)位於凹槽軌道(3)內並可沿縱向來回滑動，液壓推桿(8)的頂端固定連接水密盒(10);水密盒(10)內設有電動機(5)，電動機(5 )的輸出軸(4)垂直於艇舷並伸出凹槽軌道(3 )外且固定連接水翼(2 );凹槽軌道(3)外部設有中央處理器(11)和與液壓傳動裝置(9)相連接的液壓控制系統(13)，液壓控制系統(13)和電動機(5)分別連接中央處理器(11)。
2.根據權利要求I所述的可控水翼滑行艇，其特徵是液壓傳動裝置(9)用封板(7)密封於凹槽軌道(3)內，封板(7)用螺釘(6)固接於艇體(I)上；液壓推桿(8)的頂端沿縱向伸出封板(7)外。
3.—種如權利要求I所述的可控水翼滑行艇的控制方法，其特徵是具有如下步驟 A、當滑行艇滑行狀態以前，中央處理器(11)發出指令控制電動機(5)帶動水翼(2)旋轉到與水平面呈變攻角a，中央處理器(11)同時控制液壓控制系統(13)使液壓傳動裝置(9)中的液壓推桿(8)推動水翼(2)向船艏方向移動獲得力矩，使滑行艇抬首； B、當滑行艇滑行狀態時，水翼(2)移至重心位置附近，使變攻角a與水平面夾角接近0度； C、當滑行艇滑行狀態以後，調節水翼(2)在凹槽軌道(3)內的位置與變攻角a以抵抗外載荷； D、當滑行艇急停和減速時，調節水翼(2)的變攻角a成90度夾角； E、當滑行艇迴轉時，調節一側水翼(2)的變攻角a產生較大阻力，調節另外一側水翼(2)的變攻角a產生較小阻力，產生一個迴轉力矩。
全文摘要
本發明公開一種可控水翼滑行艇及其控制方法，在兩側艇舷上各設置一個凹槽軌道，在凹槽軌道內設置液壓傳動裝置，液壓推桿的頂端固定連接水翼系統；水密盒位於凹槽軌道內並可沿縱向來回滑動，液壓推桿的頂端固定連接水密盒；水密盒內設有電動機，電動機的輸出軸垂直於艇舷並伸出凹槽軌道外且固定連接水翼；由中央處理器發出指令控制電動機帶動水翼旋轉到與水平面成呈最佳變攻角α，控制液壓控制系統使液壓推桿推動水翼移動獲得力矩，能高精度控制滑行艇的升沉、縱搖、橫搖、側移、迴轉、急停、減速等，改善航行性能。
文檔編號B63B1/28GK102627138SQ201210111448
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者凌宏傑, 劉家歡, 劉曉健, 呂紅皊, 李鑫, 王志東, 竇京, 範露, 陳劍文 申請人:江蘇科技大學