本發(fā)明屬于船舶領(lǐng)域，具體涉及一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置。

背景技術(shù)：

近年來，能源枯竭和環(huán)境污染成為了全球范圍內(nèi)關(guān)注的熱點，而船舶行業(yè)作為能耗重點行業(yè)，其所需要消耗的能源以及所造成的環(huán)境污染等都是不容忽視的。高速船的型線設(shè)計以及其服務航速范圍使之在使用過程中具有一些難以克服的問題，具體體現(xiàn)在：航行時船體濕面積過大，帶來較大的航行阻力，抑制了航速的進一步提高，增大了油耗和排放量；航行過程中縱傾較大，使船員的工作能力下降，穩(wěn)性降低，設(shè)備安全隱患增加，螺旋槳推進效率惡化，降低了舒適性；高速情況下尾流場興波嚴重，增大主機能耗，惡化船舶航行性能，所產(chǎn)生的尾浪對堤壩、海岸、港口和近海結(jié)構(gòu)物具有嚴重的沖擊和威脅。更有一些執(zhí)行特殊工作和任務的高速船，如帶有拖網(wǎng)和拖曳設(shè)備的船只，由于這些現(xiàn)象而導致航速無法提高，能耗和排放量巨大，航行安全性無法保障，設(shè)備使用中存在威脅等問題。以上這些問題均是高速船與生俱來的問題，若干年來僅靠船舶自身的船型優(yōu)化和總體設(shè)計均無法改變。

專利申請?zhí)枮?00820173224.2的實用新型專利文件中公開了一種改進的可移動消波裝置，它包括浮筏體、破波墻、阻尼消波膜、沉力件，碎波墻固定設(shè)置在浮筏體上方，阻尼消波膜固定在浮筏體下方，沉力件固定在阻尼消波膜的底部；從浮筏體較長的兩邊支起碎波墻，碎波墻由若干人字架排列成骨架，骨架外罩網(wǎng)衣。該技術(shù)方案能破碎越浪，有效衰減越浪能量，并消減海面以下潛浪的強度。該技術(shù)方案所涉及的消波裝置主要用于海上，所涉及的消波裝置浮于水面，為被動式消波。而本發(fā)明所涉及的一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置通過船艏吸波口吸收艏部興波，吸入的海水通過驅(qū)動系統(tǒng)最終在船艉以可變高度水幕形式排出，形成船艉水幕阻流板，達到削減、消除船艏興波浪，調(diào)整船舶航態(tài)的效果；通過對船體航速、航態(tài)的實時監(jiān)測，自動調(diào)整吸入水量以及排水壓力，實現(xiàn)對水幕高度的自動調(diào)節(jié)，使船舶達到最佳航行狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種減小船艏興波、降低高速船阻力、提高航速、改善航態(tài)、降低排放量、增加船舶航行穩(wěn)定性、減小尾波、保護海岸的一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明為一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置，包括信息采集系統(tǒng)、分析控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、管路系統(tǒng)，其特征在于：所述的信息采集系統(tǒng)收集航態(tài)、航速信息，并把信息傳遞給分析控制系統(tǒng)；所述的分析控制系統(tǒng)整理、分析所采集到的信息，并依據(jù)信息制定方案，通過數(shù)據(jù)線傳遞給驅(qū)動系統(tǒng)；所述的驅(qū)動系統(tǒng)和管路系統(tǒng)各有兩套，分布在船舶左右兩側(cè)且相對獨立；所述的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動管路系統(tǒng)吸收船艏水波，使水波在船艉以水幕形式排出。

所述的信息采集系統(tǒng)包括三維航態(tài)儀1-1、航態(tài)信息采集系統(tǒng)2-1、航速傳感器1-2、航速信息采集系統(tǒng)2-2、若干纜線17和數(shù)據(jù)線18；三維航態(tài)儀1-1將收集的船體航態(tài)信息通過纜線17傳遞給航態(tài)信息采集系統(tǒng)2-1，航速傳感器1-2將航速信息通過纜線17傳遞給航速信息采集系統(tǒng)2-2，航態(tài)信息采集系統(tǒng)2-1和航速信息采集系統(tǒng)2-2分別對航態(tài)信息和航速信息進行濾波和采樣，將所得到數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線18傳遞給分析控制系統(tǒng)。

所述的分析控制系統(tǒng)包括分析系統(tǒng)5和控制系統(tǒng)6；分析系統(tǒng)5對信息采集系統(tǒng)傳遞來的數(shù)據(jù)進行整理、分析，把結(jié)果通過數(shù)據(jù)線18傳遞給控制系統(tǒng)6；控制系統(tǒng)6基于結(jié)果形成相應的控制方案，通過數(shù)據(jù)線18傳遞給電動機8和增壓機11，改變電動機8的轉(zhuǎn)速和增壓機11的壓力輸出。

所述的驅(qū)動系統(tǒng)包括自吸式離心泵7、電動機8、增壓機11、發(fā)電機艙、若干纜線17和電線19；自吸式離心泵7和電動機8驅(qū)動管路系統(tǒng)吸入船艏水波；增壓機11對通過自吸式離心泵7的海水進一步加壓處理，使其高速排出；發(fā)電機艙給電動機8和增壓機11提供電力。

所述的管路系統(tǒng)包括船艏吸波口12、過濾網(wǎng)16、過渡管9、儲水箱13、船艉噴頭15、船艉板14、噴頭側(cè)板20；船艏吸波口12通過船體表面伸入船艙，過濾網(wǎng)16位于船艏吸波口12外側(cè)，工作時，船艏吸波口12吸入海水，將海水從過渡管9輸入到儲水箱13暫存；船艉噴頭15固定于船艉板14上，過渡管9與船艉噴頭15之間通過彎管連接；噴頭側(cè)板20與船艉板14構(gòu)成縱向開口，開口寬度為b，b＜l/100；管路系統(tǒng)中其他函數(shù)關(guān)系為：0.8t＜h＜1.2t，s＜l/10，其中h、s、t、l分別表示船艏吸波口中心線距離水線高度、吸波口前端距艏柱距離、船的吃水、水線長。

所述的船艉噴頭15內(nèi)部存在帶軸21螺旋葉片22，入射水流帶動螺旋葉片22旋轉(zhuǎn)用以縱向傳遞水流，形成均勻水幕噴出船體；左右船艉噴頭15中間用隔板23隔開。

附圖說明

圖1為一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置的俯視示意圖。

圖3為一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置的船艉噴頭側(cè)視圖。

圖4為一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置的船艉噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖5為一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置的船艉噴頭內(nèi)部螺旋葉片示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

如圖1到圖5所示，一種高速船消波減阻及航態(tài)優(yōu)化裝置主要包括信息采集系統(tǒng)、分析控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、管路系統(tǒng)，所述的信息采集系統(tǒng)用于航態(tài)、航速信息的收集，并把信息傳遞給分析控制系統(tǒng)，所述的分析控制系統(tǒng)用于整理、分析所采集到的信息，并依據(jù)當前信息制定方案，通過數(shù)據(jù)線18傳遞給驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)用以驅(qū)動管路系統(tǒng)吸收船艏水波，并在船艉以水幕形式排出。

如圖1和圖2所示，信息采集系統(tǒng)主要包括三維航態(tài)儀1-1、航態(tài)信息采集系統(tǒng)2-1、航速傳感器1-2、航速信息采集系統(tǒng)2-2、若干纜線17和數(shù)據(jù)線18，船舶航行時，三維航態(tài)儀1-1將收集的船體航態(tài)信息通過纜線17傳遞給航態(tài)信息采集系統(tǒng)2-1，航速傳感器1-2將航速信息通過纜線17傳遞給航速信息采集系統(tǒng)2-2，由各自的信息采集系統(tǒng)進行濾波和采樣，再將所得到數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線18傳遞給分析控制系統(tǒng)，分析控制系統(tǒng)包括分析系統(tǒng)5和控制系統(tǒng)6，分析系統(tǒng)5對信息采集系統(tǒng)傳遞來的航態(tài)、航速信息進行整合、分析，并把結(jié)果通過數(shù)據(jù)線18傳遞給控制系統(tǒng)6，控制系統(tǒng)6基于當前的分析評估結(jié)果形成相應的控制方案，通過數(shù)據(jù)線18傳遞給電動機8和增壓機11，改變轉(zhuǎn)速和壓力輸出。船艏吸波口12作為系統(tǒng)吸入海水的入口，通過船體表面深入船艙，通過過渡管9-1把水輸入儲水箱13暫存，驅(qū)動系統(tǒng)中的自吸式離心泵7和電動機8為船艏海水的吸入提供動力，將儲水箱13中的海水吸出，通過過渡管9-3輸給增壓機11進行壓力增強處理，使其通過過渡管9-4高速進入船艉噴頭15，形成水幕噴出船體，改變船體周圍流場中的速度和壓力分布，實現(xiàn)減阻、提速、增加穩(wěn)性、減小尾浪的作用，之后船體將獲得新的航速和航態(tài)，繼續(xù)由三維航態(tài)儀1-1、航態(tài)信息采集系統(tǒng)2-1、航速傳感器1-2、航速信息采集系統(tǒng)2-2監(jiān)測新的船體信息，并傳遞給分析控制平臺進行新的評估和分析，如此反復循環(huán)，直至達到最優(yōu)狀態(tài)。

如圖1和圖2所示，船艏吸波口12前端有過濾網(wǎng)16，用以避免海洋垃圾以及海洋生物吸入船艙，造成設(shè)備損壞。

如圖3到圖5所示，船艉噴頭15固定于船艉板上14，噴頭側(cè)板20與船艉板14構(gòu)成縱向開口，開口寬度為b，船艉噴頭15內(nèi)部存在帶軸21螺旋葉片22，入射水流帶動螺旋葉片22旋轉(zhuǎn)用以縱向傳遞水流，形成均勻水幕噴出船體，左右船艉噴頭15不連續(xù)，中間用隔板23隔開，避免相互影響。

本發(fā)明采用多種傳感器獲得船體航行狀態(tài)下的信息，確保信息收集的全面、準確；

本發(fā)明具有數(shù)據(jù)整理和綜合分析功能，能夠提供針對當前船型和航行情況下的優(yōu)化控制方案；

本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)電力供應依靠船舶發(fā)電機艙，減少了額外設(shè)備投入；

本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)中的吸水泵采用自吸式離心泵，能夠自動排出管內(nèi)氣體，增加吸水效率；

本發(fā)明通過船艏吸波口削減、消除船艏興波，能夠有效降低船舶興波阻力，減小對于動力的消耗，增加航速，以及減少船艏波向外輻射對堤岸造成的危害；

本發(fā)明在船尾形成的水幕能夠起到調(diào)節(jié)船舶運動姿態(tài)的作用，通過水幕阻流作用改善船舶縱傾、增加船體升力、降低船艉興波；

本發(fā)明用噴射出的高壓水幕作為實現(xiàn)消波減阻、提升航速、節(jié)能環(huán)保、增強船舶穩(wěn)定性的裝置，既方便實時調(diào)控，極短時間內(nèi)實現(xiàn)船舶航速和航態(tài)的調(diào)控，又不需要其他多余設(shè)備，降低對于倉容和重量的要求，同時，不采用其他材質(zhì)也不會對環(huán)境造成相應的污染；

本發(fā)明的船艏吸波口裝有過濾網(wǎng)，有效避免海洋生物或是海洋垃圾堵塞設(shè)備；

本發(fā)明的過渡管與船艉噴頭之間通過彎管連接，最大程度避免流動局部損失；

本發(fā)明的船體兩側(cè)各有一套相對獨立的驅(qū)動系統(tǒng)和管路系統(tǒng)，可以通過控制輸出不同高度水幕來增強船舶轉(zhuǎn)向性能；

本發(fā)明采用閉環(huán)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，通過監(jiān)測—控制—調(diào)節(jié)—監(jiān)測—控制的循環(huán)修正方式，根據(jù)不同航速、航態(tài)及時改變海水吸入量以及水幕高度，使船舶的航速、航態(tài)達到指定要求。