一種高速船節能減阻及航態自動優化控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高速船控制裝置，尤其涉及一種高速船節能減阻及航態自動優化控制裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，能源枯竭和環境污染成為了全球范圍內關注的熱點，而船舶行業作為能耗重點行業，其所需要消耗的能源以及所造成的環境污染等都是不容忽視的。國際海事組織(MO)的一項研宄發現，船舶二氧化碳排放量約占世界排放總量的1.8%左右，海洋環境的污染中有35%來自船舶。船舶節能減排關鍵技術主要包括船舶線型優化、提高主機效率、使用可替換能源和輕質造船材料等。雖然有人認為線型優化在船舶節能方面有一定的作用，并且在效果良好的情況下可以降低10%?15%的總阻力，但是一般情況下很難達到，而且船型優化在大多數情況下所覆蓋的航速段較窄。而我國船用發動機的整體研發水平與國外知名船用柴油機公司還存在較大的差距，自主知識產權船舶發動機水平不高，配套件技術水平不能滿足船舶柴油機的發展要求，因此，依靠提高發動機效率進行節能減排可以說具有一定的難度。而其他的新技術如開發可替換能源和采用輕質造船材料等，均沒有達到可直接用于工程實際的成熟度。
[0003]高速船的型線設計以及其服役的速度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，穩性降低，設備安全隱患增加，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，所產生的尾浪對堤壩、海岸、港口和近海結構物具有嚴重的沖擊和威脅。更有一些執行特殊工作和任務的高速船，如帶有拖網和拖曳設備的船只，由于這些現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化和總體設計均無法改變。
[0004]開發一種降低高速船阻力、提高航速、減少排放量、改善航態、優化尾流場、保障船舶和設備安全的裝置就成為了解決以上問題的唯一途徑。
[0005]經檢索發現，1.專利號為ZL 97236885.X的實用新型專利中涉及的減阻增速節能裝置，主要結構是在船體底部布置管道，是通過抽吸船首部流體再排向尾部來減少首部的興波阻力以達到減阻節能的方式，僅僅是通過減小局部阻力而實現減阻增速和節能的目標，相關機構和工作原理、效果并不明確。本發明專利所涉及的節能減阻及航態自動優化控制裝置是通過監測船體航行、航態信息，進行分析，給出控制指令，調節執行結構，改變船體繞流場和航態以實現減阻節能和對航態進行優化，并具有閉環的循環監測、調整過程，而且，針對其中的各個系統均有詳細說明，是對整套裝置和局部特征的發明，與專利號為ZL97236885.X的實用新型專利中涉及的減阻增速節能裝置在工作原理、整體結構、局部特征、工作方式方等方面存在不同。并且，本發明在實驗過程中針對設計航速減阻約12.5%，航態能控制在目標范圍內。
[0006]2.專利號為CN 202138498 U的發明專利中涉及的減阻節能裝置，主要工作方式是通過引入外界流體對主機和輔機進行冷卻，通過降低主機、輔機冷卻所需的供水系統功率，提高推進器的效率以達到減阻節能的目的。本發明是通過船舶粘性繞流場的改善和水動力性能的提高以達到減阻節能的目的，與專利號為CN 202138498 U的發明專利中涉及的減阻節能裝置在工作原理、結構方式和工作方式等方面完全不同。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為了提供一種既能節能減阻，又能改善船舶航態，降低排放量、執行效果可靠、增加船舶航行穩定性、設備安全性、人員舒適性，同時能減小尾波、保護海岸和近海結構物、低成本、易安裝的高速船節能減阻及航態自動優化控制裝置。
[0008]本發明的目的是這樣實現的:包括高速船體，在高速船體尾部安裝有驅動設備，驅動設置的輸出端連接有運動傳遞設備，運動傳遞設備的輸出端連接有傳動軸，與傳動軸連接是換向機構，換向機構的輸出端與傳動絲杠固連，傳動絲杠通過定位軸承和軸承支架安裝在船體艉封板上，且軸承支架的外部設置有第一保護罩，傳動絲杠上套裝有絲杠螺母，絲杠螺母與連接板固連，且所述連接板上還固定安裝有第一導向支架，所述連接板的下端的兩側還分別固連有兩個傳動方桿，兩個傳動方桿分別通過限位軸承安裝在船體艉封板上的對應位置，且限位軸承的外端分別設置有第二保護罩，且兩個第二保護罩位于螺旋槳的兩側，兩個傳動方桿的下端分別與阻流板固連，阻流板上還固定安裝有第二導向支架，且所述阻流板與船體艉封板緊密貼合，所述驅動設備與控制系統連接；
[0009]所述控制系統是:在所述高速船體的船艏、船舯和船艉分別設置有艏加速度傳感器、舯加速度傳感器和艉加速度傳感器，艏加速度傳感器與艏加速度信息采集系統連接后再通過電纜與設置在船體內的信息綜合分析系統連接，舯加速度傳感器與舯加速度信息采集系統連接后再通過電纜與設置在船體內的信息綜合分析系統連接，艉加速度傳感器與艉加速度信息采集系統連接后再通過電纜與設置在船體內的信息綜合分析系統連接，在艏加速度傳感器與舯加速度傳感器之間的高速船體上還安裝有航速傳感器，航速傳感器與航速信息采集系統連接后再通過電纜與信息綜合分析系統連接，在舯加速度傳感器與艉加速度傳感器之間的高速船體上還安裝有航態傳感器，航態傳感器與航態信息采集系統連接后再通過電纜與信息綜合分析系統連接，所述信息綜合分析系統的另一端依次連接有控制分析系統和控制分析系統硬件接口，控制分析系統硬件接口通過電纜與驅動設備連接。
[0010]本發明還包括這樣一些結構特征:
[0011]1.所述阻流板的外形與船體艉封板型線一致，且阻流板的高度小于等于船體艉封板的高度，阻流板的寬度小于等于船體艉封板的寬度。
[0012]2.所述阻流板伸出船底的最大工作長度小于等于高速船體船長的0.2%。
[0013]3.所述換向機構是蝸輪蝸桿傳動機構或錐齒輪傳動機構。
[0014]4.所述驅動設備是電機或液壓系統。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明用于高速方艉船型，通過對船舶航速和航態等信息的監測、綜合分析，結合當前情況和優化目標，生成相應的控制方案，轉化為機械操作指令，再由相關的機械系統進行執行，實現了高速船航速、航態和尾流場的自動優化控制，能夠降低阻力、提高航速、減小尾波，保障船舶穩定型、設備安全性和航行舒適性。也即本發明提供了一種高速船節能減阻及航態自動優化控制裝置，具有節能減阻、提高航速和改善航態，增強高速船穩性，保障人員和設備安全性，改善舒適性的優點。具體的說:(I)本發明采用多種傳感器獲得船體航行狀態下的信息，確保信息收集的全面、準確；(2)本發明具有數據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化控制方案；(3)特殊的執行機構設計使工作時船體表面壓力分布可大幅度調節，改善尾流場及減阻節能和航態控制的效果明顯；(4)全套裝置采用閉路、自動控制，循環監測和自動操作，保證船體最優狀態的實現和航行過程中的實時響應；(5)本發明可以用于新船建造時安裝，也可用于舊船改造時增加，安裝簡便，成本不高，效果明顯；(6)降低船體阻力可減小對于動力的消耗，增