CN105579339B - 具有可活动水下翼的船控制*** - Google Patents

具有可活动水下翼的船控制*** Download PDF

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Abstract

具有活动水下翼的船的控制***允许利用翼(4a和4b)来转向，在转向时，前面的一对翼(4a)朝转向的方向转向，后面的一对翼(4b)朝相反的方向转向。各对翼(4a和4b)沿转向半径的方向设置。与传统的转向***相比，这减小了转向半径和船的侧倾，增大了船的操纵性。转向中船的最小侧倾使得水面与船的整个船体之间的距离均衡和最大化。这在多浪水域很有好处，因为波浪不会猛撞船的船体。这降低了能耗并使航行平和安静。可以只用马达(6)、同时只用至少两对翼(4a和4b)或单独的一对翼(4a或4b)、或者以同时用马达(6)和两对翼(4a和4b)或单独的一对翼(4a或4b)的联合方式来转向。从能耗的观点而言，利用马达(6)和两对翼(4a和4b)的联合转向模式是最优的控制类型。具有活动水下翼的船的控制***被连结到升降***(1)上，安全制动器(1c)使人们能将翼(4a和4b)升到水面外的船的上方，也将翼(4a和4b)降到船体下方的期望位置或角度处，这可产生升力，从而使船在航行期间以非常低的速度升高到水面外。制动器(1c)将翼(4a和4b)保持在它们的设定位置中。具有安全制动器(1c)的升降***(1)还具有安全功能部。

Description

具有可活动水下翼的船控制***
技术领域
本发明的主题是一种控制***，所述控制***具有可活动水下翼和具有安全制动器的水下翼升降***。具体地，本发明是这样一种控制***：其利用水下翼支撑船的功能部并且同时控制水下翼升降***，并具有呈紧急制动器形式的安全功能部。
背景技术
本发明处理的技术问题是，用活动水下翼和马达(或风力推进器)或仅用活动翼来使船转向。这降低了功耗，而对环境的负面影响最小。本发明解决的问题是如何用灵活的水下翼(不管是水下翼和马达一起还是水下翼本身)对船进行控制，以便最小化水的阻力并因此最小化能耗。当***使用电动马达或风力推进器时，它是百分之百环境友好的；当使用内燃机时因以下事实而显著降低了对环境的负面影响：只有翼的端部处于水下，这使得水的阻力最小，能耗显著降低。本发明还降低了由船所发出的噪音，这对环境产生额外的积极影响。本发明解决的另一个问题是，以最小的半径和最小的船体倾斜进行快速转向。因此，不管水域如何波涛汹涌，船在低速和高速两种速度下都可以灵活而敏捷的方式转向且航行是安全、平和以及安稳的。
使用具有水下翼的船已经是熟知的。具有这种水下翼的第一艘船由意大利发明人Enrico Forlanini于1906年开发和设计。类似的解决方案被用于许多专利中，例如用于专利US 6,095,076中，其中所述发明在航行时自动调整所述翼的外倾角(camber)，从而使船保持在吃水线上方，但其无法用翼改变方向。发明专利US 3,949,695描述了机械翼倾斜控制(手动)，且只改变角度来增加升力但不能够改变行驶的方向。发明专利US 4,582,011描述了具有可折叠水下翼的三体船，所述翼可向后折叠，以便于船的运输。在航行期间，翼不运动且保持固定在设定位置上。无法用翼改变方向。在美国专利3,199,484中的发明根据速度自动调整船的高度。在专利SI 23103 A中的***具有可伸缩翼，其保持在海平面以下。翼的升程可被调节，直至水表面，翼的角度可在竖直位置的0到60度之间调节并在航行之前设定。所述***采用推进器或舵来转向，其不能用翼来实现转向。所述发明被归类为水上飞船或空中飞船。所述发明用在所谓的分离翼中，各分离翼必须延伸在它们本身之间的宽度，以便能够允许稳定的航行。授权发明SI22250是一种用前装浮体使船升出水外的调节***。
发明内容
仍未解决的问题是航行期间为了提供转向的翼的可动性。相关的已知解决方案以其它方式调节翼的角度，但这是为了控制船的升力。本发明提出了一种特殊的转向***，其连接至活动的水下翼，该水下翼控制船的升力和转向。具有安全制动器的特殊升降***允许在航行期间稳定但可调节地将翼调节到预定位置中。该同一***还具有安全特征部，该安全特征部在发生碰撞或撞上障碍物的情况下使翼返回至它们的预定位置。
附图说明
本发明将结合例子和附图进行描述，其中：
-图1：船的转向***的平面图，其具有活动的水下翼以及具有安全致动器的升降***；
-图2：活动的水下翼被降下的船
-图3：活动的水下翼被升起的船
具体实施方式
船的控制***：
船的转向主要用至少一个舵轮(转向轮)16来进行，也能够用操纵杆、踏板(脚踏板)、用控制轭和踏板(如飞机上那种)、电子控制平台(触摸屏或声音等)和其它控制方案来使船转向。
以前用于控制类似船的类似技术方案基本上只用马达6，其也可通过上述方案用在本船上。然而，这种方法导致船沿着转向方向具有很大的侧倾并导致增加的能耗。
因此，借助至少两对翼4a和4b，本发明经由上述模式使转向成为可能。转向时，前面的一对翼4a转到转向的方向，后面的一对翼4b则沿着相反的方向，从而减小了转向半径。两对翼4a和4b沿转向半径的方向安放。因为水下翼完全朝行驶方向行驶并且它们的侧翼不产生曳力，所以水下翼前方水的阻力显著降低。因此转向很快，船的侧倾最小。具有活动水下翼的转向***工作中使用至少两对水下翼4a和4b，或使用至少两个水下翼，一个位于船的前部，另一个位于后部。如船较大，可以根据船的长度和大小而加设另外的翼。在具有大量翼的情况下，翼的移动和转向***保持相同。在转向时船的最小侧倾使得在吃水线与整个船体之间具有均匀的最大距离，这在多浪水域中很有好处，因为波浪不会猛撞船体，这允许较低的能耗以及平和与安静的行驶。翼4a和4b用于通过控制***来转向，控制***由以下部件构成：
-连结轴8
-两个杆盘：前盘9a和后盘9b
-前杆10a和后杆10b
-杆板5
翼转向***叶片能够以上述方式通过使连接至杆板5的舵轮16(或船上方的其它控制部件)沿着期望的行驶方向转向来操作。杆板5沿转向方向具有角度并转动连结到连结轴8的杆盘9a和9b，连结轴在杆盘9a和9b的转向和旋转过程中沿着所述船运动(向前或向后，视转向方向而定)；如果我们向左转，连结轴8就朝船尾12运动，但如果我们向右转，连结轴8就朝船头11运动。这样，前杆盘9a朝转向方向转向而后杆盘9b朝相反方向转向。杆盘9a和9b在每一个侧上分别安装有杆10a和10b，所述杆在杆盘9a和9b转动时朝适当的方向运动，即，前杆10a以及后杆10b两者均朝转向方向运动，而连接至杆10a和10b的翼4a和4b则由于所述杆连接至翼4a和4b的方式而朝相反的方向转动。因此，前翼4a朝转向方向转动而后翼4b朝相反的方向转动。转向时，水下翼4a和4b产生更小的曳力，因为它们遵循转向方向，并且因为翼的侧部不推压水(像典型的舵那样)而是遵循行驶的方向。也可以只用前翼4a或只用后翼4b或者用前翼4a和后翼4b两者来转向，如上所述。此外，可以只用在船的右侧或左侧上的翼来转向。
本发明的主要优点是同时利用翼4a和4b以及马达6(经由上述转向模式)来进行联合转向。利用这种类型的联合转向，船不按在水下翼角度与马达角度之间的一定比例侧倾。因此，翼4a和4b处于相等负载下而船体处于其在水面上方的最高位置处。这实现了水下翼的最小可能可湿性和最大船速。这对多浪水域来说尤其重要，在多浪水域中，期望将船体保持在吃水线上方或保持在水面上方的最高可能位置处。在联合转向模式中(使用翼4a和4b，以及马达6)，能耗降低、船不产生波浪，使航行更为平稳和安全。以上全部描述甚至可在联合转向模式(翼4a和4b以及马达6)中以低速完成。在联合转向模式中，安装在杆板5上并使杆板与马达6的转向部连接的博登拉线(Bowden cable)7使马达6朝与后翼4b相同的方向或与前翼4a相反的方向运动。
较少的燃料消耗可通过早期升高船体并靠翼航行来实现。这能够以较低的速度实现，假如我们用博登拉线7改变马达6的角度的话，该博登拉线导引马达的方向，借助于该博登拉线我们可使马达6朝离开船的船尾12的方向运动。在马达6与船的船尾12之间的可调角度可因此在航行期间减小，并因此增大船的最高速度。
船的转向***基本上是刚性的，利用杆来直接传递。然而，可以制成液压转向***或采用绳索或其它可产生运动的机构和元件的***。
驱动马达或船马达6：
马达6优选地是具有可潜水推进器的电动舷外马达，但也可以是内燃机、混合动力机或喷射器。然而，它们也能够与具有部分浸入式推进器的舷外马达(其可以是电的，内燃的或混合动力的)和具有在吃水线上方的推进器的航空发动机一起使用。风力推进也是可以的。推压驱动器(电动马达或内燃机)通常位于船的船尾(船的后部)12处，对于马达来说，它也可以位于翼的水下部分的端部处并且可为电的、内燃的、混合动力或喷射的。还可以将驱动器(比如各种牵引马达和风力推进器)置于船的前端11。
具有安全制动器1c的升降***1：
具有安全制动器1c的升降***1基本上是机械的，但也可为液压的或电的(其具有允许运动的杆或其它机构或元件)。该升降***安装在前轴2a和后轴2b上。具有安全制动器1c的升降***1的数量取决于附接有翼的轴的数量。该升降***由以下部件构成：
-盘或链轮1a，其允许附接有翼4a和4b的轴2a和2b以及接头3旋转，
-电动马达1b，其驱动所述盘1a，
-制动器1c，其将翼保持在它们的设定位置中，
-传感器1d，其检测翼4a和4b的角度变化，并将翼4a和4b返回至预设位置/角度。
具有安全制动器1c的升降***1允许将翼4a和4b降低到船体下方至期望的位置和姿态，如图2所示，这产生浮力，并因此使船以非常低的速度从水中升起。借助于电动马达，盘或链轮1a使前轴2a和后轴2b、接头3以及翼4a和4b(其附接到接头上)转动到在航行前通过控制单元设定的位置中。制动器1c利用翼4a和4b将整个升降***1保持在设定位置中。
具有安全制动器1c的升降***1还使得翼能够升到船的上方，如图3所示。在此期间，盘1a使轴2和接头3转到使翼4a和4b能够升到船上方的位置。这在以下情况中是很有用的：当船在浅水中时、在运输期间(翼4a和4b还能够用简单的程序来移除)、以及在泊位中、当船长期在水中时。这样，防止了藻类、污泥等的淤积。此外，这防止了(盐)水侵蚀，并延长了翼4a和4b的寿命。在高波浪的情况下，当难于用翼4a和4b航行时，翼4a和4b就升到船的上方，如图3所示，以使船能够继续航行。船在无翼的情况下(例如小船)能够继续航行，以确保乘客和船的额外安全。
具有安全制动器1c的升降***还具有安全功能部，其在撞上障碍物的情况下使***降低作用在翼4a和4b上的冲击力，因为通常将翼保持在设定位置的制动器1c可充当典型的制动器。一旦撞上障碍物，翼4a和4b就转动以便进行制动，这降低了损伤船及其乘客的几率。该***具有内置传感器，其在碰撞后稳定时使翼4a和4b返回至期望的位置或角度。
用于翼4a和4b位置设定的优选模式是预先设定的，并能够在开始航行前照此设定。但是，能够在航行期间通过该***(其测量在具体速度下的水阻力)、并考虑乘客和货物重量的数据(其事先已经记录在船舱的控制平台中)来调节(优化)翼4a和4b。

Claims (14)

1.一种船的转向控制***，所述转向控制***包括能使具有船体(13)、座位(14)和舵轮(16)的船转向的至少两对水下翼，所述水下翼即前水下翼(4a)和后水下翼(4b)，
所述转向控制***的特征在于
杆板(5)安装在船内的下部(15)中且安装有博登拉线(7)，所述博登拉线将所述杆板(5)与马达(6)、前杆盘(9a)、后杆盘(9b)连接，连结轴(8)连结所述前杆盘(9a)和后杆盘(9b)并允许所述前杆盘(9a)和后杆盘(9b)朝相反的方向转动，前杆(10a)和后杆(10b)分别安装在所述前杆盘(9a)和后杆盘(9b)的一侧上并通过接头(3)分别将所述前杆盘(9a)和后杆盘(9b)连接到所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)上，前轴(2a)通过接头(3)连接前水下翼(4a)，后轴(2b)通过接头(3)连接后水下翼(4b)，其中具有安全制动器(1c)的升降***(1)安装在前轴(2a)和后轴(2b)中的每一者上。
2.如权利要求1所述的船的转向控制***，
其特征在于
当不用马达(6)转向时，所述杆板(5)经由杆(10c)与所述前杆盘(9a)连接；所述前杆盘(9a)通过所述连结轴(8)连接到所述后杆盘(9b)并且所述前杆盘(9a)和后杆盘(9b)分别经由所述前杆(10a)和后杆(10b)与所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)连接，所述前水下翼和后水下翼分别附接到前轴(2a)和后轴(2b)上。
3.如权利要求1所述的船的转向控制***，
其特征在于
所述转向控制***的前杆(10a)在接头(3)后面连接到所述前水下翼(4a)上，前水下翼(4a)利用所述接头(3)附接到所述前轴(2a)上，所述转向控制***的后杆(10b)在所述接头(3)前面连接至后水下翼(4b)上，所述后水下翼(4b)利用所述接头(3)附接到所述后轴(2b)上。
4.如权利要求1到3中的任一项所述的船的转向控制***，
其特征在于
至少所述杆板(5)用博登拉线连接到所述马达(6)上并经由杆(10c)连接到所述前杆盘(9a)上；所述前杆盘(9a)利用所述连结轴(8)连接到所述后杆盘(9b)且所述前杆盘(9a)和后杆盘(9b)分别经由附接到所述前轴(2a)和后轴(2b)上的前杆(10a)和后杆(10b)连接至所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)上，所述前轴(2a)和后轴(2b)上安装有前水下翼(4a)和后水下翼(4b)的具有安全制动器(1c)的升降***(1)，但在同一转向控制***上能够具有多个这些单独的元件。
5.如权利要求1到3中的任一项所述的船的转向控制***，
其特征在于
在利用所述马达(6)以及前水下翼(4a)和后水下翼(4b)的联合转向模式中，所述博登拉线(7)安装在所述杆板(5)上并连接到所述马达(6)上。
6.如权利要求1所述的船的转向控制***，
其特征在于
在分别附接有所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)的前轴(2a)和后轴(2b)上安装有盘或链轮(1a)，所述盘或链轮上附接有推进器；还加设有具有传感器(1d)的安全制动器(1c)。
7.如权利要求6所述的船的转向控制***，
其特征在于
所述推进器是电动马达(1b)。
8.控制船的转向控制***的过程，所述转向控制***具有水下翼且如权利要求1-7中的任一项所述，
其特征在于
当不用马达(6)实施转向时，连接到杆板(5)的舵轮(16)朝行驶的方向转向，所述杆板(5)朝转向方向转动并旋转与连结轴(8)交联的前杆盘(9a)和后杆盘(9b)，前水下翼(4a)和后水下翼(4b)的具有安全制动器(1c)的升降***(1)连接至连结轴上，所述连结轴在所述前杆盘(9a)和后杆盘(9b)转向时沿所述船的长度运动，所述前杆盘(9a)朝所述转向的方向转向而所述后杆盘(9b)朝所述转向的相反方向转向，并且因此使前杆(10a)和后杆(10b)朝转向的方向运动，而分别连接到所述前杆(10a)和后杆(10b)的前水下翼(4a)和后水下翼(4b)因为它们连接的方式而朝相反的方向转向，因此所述前水下翼(4a)朝所述转向的方向转向，而所述后水下翼(4b)朝转向的相反方向转向。
9.如权利要求8所述的控制船的转向控制***的过程，
其特征在于
利用马达(6)以及前水下翼(4a)和后水下翼(4b)联合转向，附接到所述杆板(5)并将杆板与马达(6)连接的博登拉线(7)在舵轮转向时使所述马达(6)朝与所述后水下翼(4b)相同的方向运动。
10.如权利要求8所述的控制船的转向控制***的过程，
其特征在于
借助于电动马达(1b)，具有安全制动器(1c)的升降***(1)使前轴(2a)、后轴(2b)和接头(3)转动到使所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)能降到船的船体(13)下方的水中的位置。
11.如权利要求8所述的控制船的转向控制***的过程，
其特征在于
借助于电动马达(1b)，具有安全制动器(1c)的升降***(1)使前轴(2a)和后轴(2b)以及附接到所述前轴和后轴上的接头(3)转动到航行前我们在控制单元上设定的位置中，且所述安全制动器(1c)将所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)保持在预先设定的位置中。
12.如权利要求8到11中的任一项所述的控制船的转向控制***的过程，
其特征在于
借助于电动马达(1b)，具有安全制动器(1c)的升降***(1)使前轴(2a)、后轴(2b)和接头(3)转动到使所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)能升高到所述船的船体(13)上方且到水之外的位置中。
13.如权利要求9到11中的任一项所述的控制船的转向控制***的过程，
其特征在于
具有安全制动器(1c)的升降***(1)降低作用在所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)上的冲击力，使得将所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)保持在预定位置中的安全制动器(1c)被释放，且所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)向后转动并升高到所述船的船体(13)上方或水之外。
14.如权利要求9到11中的任一项所述的控制船的转向控制***的过程，
其特征在于
在碰撞后稳定时，传感器使所述前水下翼(4a)和后水下翼(4b)返回至期望的位置或角度。
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