一种可调节式t型水翼隐身复合船及其控制方法
阅读说明：本技术 一种可调节式t型水翼隐身复合船及其控制方法 (Adjustable T-shaped hydrofoil stealth composite ship and control method thereof ) 是由 孙士艳 王梦 李苏宁 魏姗姗 鹿玮川 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可调节式T型水翼隐身复合船及其控制方法,包括船身、工作箱、升降装置和水翼件,所述工作箱通过升降装置设置在船身下方,所述工具箱内设置有传动装置和收缩装置,所述传动装置包括第一伺服电机、齿轮组和传动轴组件,所述传动轴组件一段与齿轮组连接,所述水翼件连接设置在传动轴组件另一端,并设置在工作箱外,还包括上下旋转装置完成机翼上下旋转,通过气缸调节机翼入水深度。本发明通过将可调节式T型翼安装于隐身单体船艏部的龙骨下方,转动水翼和升降水翼功能使得水翼能够在舰船不同航行状况处于不同的位置,解决了传统内倾型隐身船稳定性能差的缺点,改善了内倾舰船的稳定性。(The invention discloses an adjustable T-shaped hydrofoil stealth composite ship and a control method thereof. According to the invention, the adjustable T-shaped wing is arranged below the keel of the bow of the stealth single ship, and the hydrofoil can be positioned at different positions under different navigation conditions of the ship by rotating the hydrofoil and lifting the hydrofoil, so that the defect of poor stability of the traditional inward-inclined stealth ship is solved, and the stability of the inward-inclined ship is improved.)
技术领域
本发明涉及船舶工程技术领域，具体为一种可调节式T型水翼隐身复合船及其控制方法。
背景技术
近年来，内倾船型由于其良好的隐身性能而被各国广泛关注，其船型特点为折角线以上内倾设计和穿浪型舰艏，折角线以上内倾设计，使暴露在水面上的船体表面积大幅减少，以达到隐身的效果。然而，这类非传统船型的自身特点使得其稳性性能和常规船型相比差别很大，其内倾设计导致船体倾斜时复原力矩较常规船型明显减少，尤其是大倾角时的复原力矩，且内倾船型甲板上浪严重，有时整个艏部会埋入波浪中，引起较大的稳性损失。因此，在高海况条件下，内倾船型的倾覆危险会明显大于常规船型，稳性问题已成为制约内倾船型在水面舰船上应用的关键。
T型翼作为船舶附体，从最开始的研发到现在的应用目的非常明确，就是为了减小船舶在高速情况下的纵摇和垂荡。国外还有一些军用和民用船舶安装了带有航态控制系统的T型翼，并且对T型翼这种附体给出了积极的评价。随着21世纪的逐渐深入，高性能船舶不断向更高航速发起挑战，T型翼这种附体的作用也将越来越明显。但是传统水翼攻角、入水深度不可调整，为给船舶的航行带来了许多的困扰。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种可调节式T型水翼隐身复合船及其控制方法，通过将可调节式T型翼安装于隐身单体船艏部的龙骨下方，转动水翼和升降水翼功能使得水翼能够在舰船不同航行状况处于不同的位置，解决了传统内倾型隐身船稳定性能差的缺点，改善了内倾舰船的稳定性。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种可调节式T型水翼隐身复合船，包括船身、工作箱、升降装置和水翼件，所述工作箱通过升降装置设置在船身下方，所述工具箱内设置有传动装置和收缩装置，所述传动装置包括第一伺服电机、齿轮组和传动轴组件，所述传动轴组件一段与齿轮组连接，所述水翼件连接设置在传动轴组件另一端，并设置在工作箱外，所述第一伺服电机通过齿轮组带动传动轴旋转从而带动水翼件旋转，所述收缩装置设置在传动装置与水翼件之间，所述收缩装置包括收缩件和带动收缩件收缩的第二伺服电机，所述收缩件设有多个，多个收缩件与第二伺服电机并列设置，还包括上下旋转装置，所述旋转装置包括第二气缸，所述第二气缸固定在工作箱内，所述水翼件通过伸缩杆与第二气缸连接设置。
优选的，所述升降装置包括第一气缸、安装底板和导柱，所述第一气缸通过法兰板与安装底板连接设置，所述导柱一端固定工作箱上，所述安装底板通过导柱固定在工具箱上方，所述导柱设有多个，多个导柱分别设置在第一气缸两侧。
优选的，所述导柱上套设有弹簧，所述弹簧设置在安装底板与工具箱之间，所述导柱端部设有导套，所述导柱通过导套与安装地板固定。
优选的，所述传动装置还包括安装座板，所述第一伺服电机通过电机支架固定在安装座板上，所述电机支架下方设置有加强筋，所述加强筋另一端固定在安装座板上，所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮，所述第一齿轮连接设置在第一伺服电机上，所述第二齿轮与第一齿轮啮合设置，所述传动轴组件包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴与第二齿轮固定连接，所述第二传动轴与第一传动轴可转动连接，所述水翼件固定设置在第二传动轴的另一端。
优选的，所述收缩装置还包括滚轮和滑轨，所述滚轮设置在收缩件端部并滑动设置在滑轨中，所述滑轨固定设置在安装座板未设有传动装置的一侧，所述第二伺服电机固定在固定架上，所述固定架通过加强筋与滑轨固定，所述第二伺服电机上连接有联轴器，所述联轴器上连接有丝杠，所述丝杠通过螺母座固定至安装座板上。
优选的，所述上下旋转装置还包括球铰座，所述球铰座固定在第二传动轴上，所述第二气缸采用双耳型气缸，所述双耳型气缸上分别连接有伸缩杆，两根伸缩杆的另一端固定在球铰座上。
优选的，所述船身采用内倾式结构，所述工作箱的未设有水翼件的两侧设有圆弧形支柱，所述水翼件设置在船身下方距离船首四分之一处。
优选的，所述水翼件采用NACA4412翼型，所述水翼件的长度为船身的二十分之一，所述水翼件上开设五个可开合减压孔。
一种可调节式T型水翼隐身复合船的控制方法，包括以下步骤：步骤1.将船身放置在实验池中，确定是否需要放下水翼件；步骤2.如果需要放下水翼件，升降装置工作，将工作箱放下，确定是否需要翼航；步骤3.如果需要翼航，第二伺服电机进行工作，带动水翼件收缩，收缩后第一伺服电机进行工作，将水翼件旋转至合适位置后，运转结束；步骤4.如果不需要翼航，第二伺服电机进行反向工作，将水翼件伸长，第一伺服电机工作带动水翼件旋转至与水平面垂直后，运转结束；步骤5.如果不需要放下水翼件，则运转结束。
优选的，在步骤2中，工作箱连带水翼件放下后，第二气缸开始工作，水翼件向下旋转至水平。
与现有技术相比，采用了上述技术方案的可调节式T型水翼隐身复合船及其控制方法，具有如下有益效果：
一、采用本发明的可调节式T型水翼隐身复合船，通过转动水翼和升降水翼功能使得水翼能够在舰船不同航行状况处于不同的位置，在翼航时放下，起到托起船体，减少船舶阻力，改善船舶耐波性能的作用，在浅水区、岗区非翼航时收起，不增加吃水；此外机翼的升力大小和机翼的吃水深度也有着莫大的关联，升降的高度也可以在对机翼升力进行调整；
二、对于不同海况，所需要的最优水翼攻角是不一样的，此时可以通过旋转机翼功能调整机翼攻角为舰船提供最优托举力；当舰船需要减速时，攻角为90°的T型水翼也可以为舰船提供可观的阻力，充分利用内倾船型优秀的隐蔽的性能的同时改善内倾舰船的稳定性。
附图说明
图1为本发明可调节式T型水翼隐身复合船实施例的结构示意图；
图2为本实施例中水翼装置的结构示意图；；
图3为本实施例中工作箱内部的结构示意图；
图4为本实施例中传动装置的结构示意图；
图5为本实施例中收缩装置的结构示意图；
图6为本实施例中滚轮的结构示意图；
图7为本实施例中水翼件上下旋转的结构示意图；
图8为本实施例中水翼件旋转后的结构示意图；
图9为本实施例中升降装置的结构示意图；
图10为本实施例中可调节式T型水翼隐身复合船的控制流程图。
附图标记：1、船身；2、水翼件；4、工作箱；5、第一气缸；6、安装底板；8、第一传动轴；9、第二传动轴；11、电机支架；12、安装座板；13、第一伺服电机；14、第一齿轮；15、第二齿轮；16、滚轮；17、滑轨；18、加强筋；19、第二伺服电机；20、联轴器；21、收缩件；22、固定架；23、螺母座；24、丝杠；25、伸缩杆；26、球铰座；27、第二气缸；34、弹簧；36、导柱；37、导套；39、法兰板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示为可调节式T型水翼隐身复合船的结构示意图，如图2所示为水翼装置的结构示意图，包括船身1、工作箱4、升降装置和水翼件2，船身1采用内倾式结构，增强舰船的隐蔽性。工作箱4通过升降装置设置在船身1下方，如图3所示为工作箱内部的结构示意图，工具箱内设置有传动装置和收缩装置。
如图9所示为升降装置的结构示意图，升降装置包括第一气缸5、安装底板6和导柱36，第一气缸5通过法兰板38与安装底板6连接设置，导柱36一端固定工作箱4上，安装底板6通过导柱36固定在工具箱上方，导柱36设有多个，多个导柱36分别设置在第一气缸5两侧，在本实施例中，导柱36设有两个，两个导柱36对称设置在第一气缸5两侧。导柱36上套设有弹簧34，弹簧34设置在安装底板6与工具箱之间，从而缓解气缸运动过快产生的冲击。导柱36端部设有导套37，导柱36通过导套37与安装地板固定，并且导套37采用四个螺栓、螺母、垫片固定在气缸安装座板12之上，提高升降的装置的稳定性。
如图4所示为传动装置的结构示意图，传动装置包括第一伺服电机13、齿轮组、传动轴组件和安装座板12，传动轴组件一段与齿轮组连接，水翼件2连接设置在传动轴组件另一端，并设置在工作箱4外，第一伺服电机13通过齿轮组带动传动轴旋转从而带动水翼件2旋转。
第一伺服电机13通过电机支架11固定在安装座板12上，电机支架11下方设置有加强筋18，加强筋18另一端固定在安装座板12上，齿轮组包括第一齿轮14、第二齿轮15，第一齿轮14连接设置在第一伺服电机13上，第二齿轮15与第一齿轮14啮合设置，并采用键加强连接的紧密性。
传动轴组件包括第一传动轴8和第二传动轴9，第一传动轴8与第二齿轮15固定连接，第二传动轴9与第一传动轴8可转动连接，水翼件2固定设置在第二传动轴9的另一端。第一伺服电机13通过齿轮组之间的传动控制水翼件2的旋转，并且传动轴组件穿过工作箱4箱体部分采用密封圈进行密封，在机翼转动的同时能够保证工作箱4的密封性。
如图5所示为收缩装置的结构示意图，收缩装置设置在传动装置与水翼件2之间，收缩装置包括收缩件21、带动收缩件21收缩的第二伺服电机19、滚轮16和滑轨17，如图6所示为滚轮16的结构示意图，收缩件21设有多个，多个收缩件21与第二伺服电机19并列设置，滚轮16设置在收缩件21端部并滑动设置在滑轨17中，在本实施例中，收缩件21设有两个，滑轨17设有四条，其中两条滑轨17固定设置在安装座板12未设有传动装置的一侧，另外两条滑轨17对应固定在工作箱4内，两个收缩件21分别设置在四个滑轨17中，用于连接并维持工作机构的稳定性能。
第二伺服电机19固定在固定架22上，固定架22通过加强筋18与滑轨17固定，在实施例中，加强筋18设有三个。第二伺服电机19上连接有联轴器20，联轴器20上连接有丝杠24，丝杠24通过螺母座23固定至安装座板12上，控制丝杠24正反转控制平台升降，带动水翼件2伸缩。
还包括上下旋转装置，如图7所示为水翼件上下旋转的结构示意图，如图8所示为水翼件旋转后的结构示意图，旋转装置包括第二气缸27、伸缩杆25和球铰座26，第二气缸27固定在工作箱4内，水翼件2通过伸缩杆25与第二气缸27连接设置。球铰座26固定在第二传动轴9上，第二气缸27采用双耳型气缸，双耳型气缸上分别连接有伸缩杆25，两根伸缩杆25的另一端固定在球铰座26上，第二气缸27通过伸缩运动控制机翼上下旋转。
工作箱4采用长方体式设计，工作箱4前部配置圆弧形支柱，降低支柱在水中的阻力。水翼件2采用NACA4412翼型，如图1所示，船身长度为L，水翼件2设置在船身1下方距离船首L/4处，水翼件2的长度为船身1的L/20，水翼件2上开设五个可开合减压孔，防止水翼工作时因过大的水压而导致变形。
一种可调节式T型水翼隐身复合船的控制方法，如图10所示为可调节式T型水翼隐身复合船的控制流程图，包括以下步骤：步骤1.将船身1放置在实验池中，确定是否需要放下水翼件2；步骤2.如果需要放下水翼件2，升降装置工作，将工作箱4放下，确定是否需要翼航，工作箱4连带水翼件2放下后，第二气缸27开始工作，水翼件2向下旋转至水平。
步骤3.如果需要翼航，第二伺服电机19进行工作，带动水翼件2收缩，收缩后第一伺服电机13进行工作，将水翼件2旋转至合适位置后，运转结束；步骤4.如果不需要翼航，第二伺服电机19进行反向工作，将水翼件2伸长，第一伺服电机13工作带动水翼件2旋转至与水平面垂直后，运转结束；步骤5.如果不需要放下水翼件2，则运转结束。
在工作中，水翼件2通过调整其攻角、伸缩长度以及入水深度适应舰船的不同航行状态，提高舰船稳定性，降低舰船的倾覆率。采用第一伺服电机13与齿轮传动控制机翼旋转，改变机翼升力与阻力。丝杠24传动与第二伺服电机19的组合使水翼件2具有伸缩功能，CB双耳型气缸与球铰座26配合完成机翼上下旋转，通过气缸调节机翼入水深度，不仅可以调节水翼件2升力与阻力，亦可以使舰船在浅水区、港区非翼航行时，收起水翼，不增加吃水。
当海况较为平缓，舰船需要快速航行时首部翘起，水翼收缩并旋转至与船身1平行状态，减小水翼件2所受阻力的同时维持舰船的稳性，舰船减速航行时水翼伸长，水翼旋转至与水面垂直90°方向，闭合孔打开为舰船提供阻力，缩短降速过程。当海况较为恶劣时，不考虑舰船航速优化效果，只考虑舰船稳定性能，调整水翼件2攻角。当舰船面临港湾等潜水地区时，CB双耳型气缸工作，水翼向上旋转，收缩装置工作，收起水翼件2收起。
以上是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
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