[發明專利]一種基于完整Weis-Fogh結構的全航速減搖鰭及其操縱方法

有效

• 申請號: 202111298303.2
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN113879476B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 宋吉廣;梁利華;史洪宇;吉明;楊生
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63B39/06
• 分類號: B63B39/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于完整Weis?Fogh結構的全航速減搖鰭，其特征是：包括船體，所述船體上安裝有搖臂，搖臂與開閉油缸連接，搖臂上安裝有十字軸體，十字軸體前端安裝有鰭葉，十字軸體后段安裝有馬達。充分利用Weis?Fogh結構在零低航速下的高升力特性，實現了基于Weis?Fogh結構的全航速減搖鰭，這種減搖鰭利用船體和一個鰭葉實現了完整的Weis?Fogh結構，同時非常方便進行零低和中高航速工作模式的轉換。

技術領域

本發明涉及鰭結構并實現船舶的全航速高效減搖技術領域，具體為一種基于完整Weis-Fogh結構的全航速減搖鰭及其操縱方法。

背景技術

惡劣的海洋環境會造成船舶的搖晃運動，因此對穩定性要求高的船舶通常會配置減搖鰭或減搖水艙等減搖設備。但傳統減搖鰭依靠流經鰭表面的流速產生升力，在零低航速下減搖能力有限甚至不能減搖。而減搖水艙的減搖效果也往往不能令人滿意。為此，科技工作者發明了零航速減搖鰭，將減搖鰭的應用范圍擴展到全部航速。

在中高航速下應用來流速度和攻角產生升力，而在零低航速下采用快速拍動的方式，依靠阻力原理產生穩定力。然而受鰭面積和機械鰭角的限制，基于縱向拍動型的減搖鰭在零低航速下提供的穩定力有限。對于科學考察船、工程作業船等經常需要在零低航速下工作的船舶，現有的零航速減搖鰭往往不能滿足這些船舶高海況下的作業要求。

生物學家Weis-Fogh通過對黃蜂飛行的觀察，提出了Weis-Fogh結構。之后的理論研究和風洞實驗表明這種結構的升力系數高達7至8，而且非常適合于在小雷諾數，即零低航速下應用。鑒于Weis-Fogh結構高效的升力特性，國內外不少學者將其應用于仿生昆蟲、撲翼飛行器和船舶推進。然而由于實現Weis-Fogh結構的復雜性，所以目前應用的大多是簡化的Weis-Fogh結構，省略了前緣分離而直接采用拍動。哈爾濱工程大學船舶減搖與控制技術研究所首次將Weis-Fogh結構應用于船舶的減搖，金鴻章教授在《基于Weis-Fogh機構的零航速減搖鰭升力特性研究》建立了基于Weis-Fogh結構的零航速減搖鰭的升力模型。綦志剛博士在其博士論文《船舶零航速減搖鰭升力機理及系統模型研究》對Weis-Fogh結構的升力模型和基于該結構的減搖鰭進行了研究。王宇博士在其博士論文《船舶零航速仿生減搖鰭控制機理研究》對基于Weis-Fogh結構的減搖鰭進行了改進。

然而之前設計的基于Weis-Fogh結構的減搖鰭，每一個鰭采用兩個翼面，利用兩個翼面的張開產生環量增加升力。這種設計結構復雜，在零低航速和中高航速之間不方便轉轉。同時這種工作方式也是一種簡化的Weis-Fogh結構，工作過程中省略了前緣分離，降低了相同面積下的升力。

發明內容

本發明的目的是為了充分利用Weis-Fogh結構在零低航速下的高升力特性的種基于完整Weis-Fogh結構的全航速減搖鰭及其操縱方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于完整Weis-Fogh結構的全航速減搖鰭，包括船體，所述船體上安裝有搖臂，搖臂與開閉油缸連接，搖臂上安裝有十字軸體，十字軸體前端安裝有鰭葉，十字軸體后段安裝有馬達。

進一步的，一種基于完整Weis-Fogh結構的全航速減搖鰭操縱方法，包括以下步驟：

步驟1：根據姿態傳感器獲得的船舶橫搖信息，在零低航速下，在一個周期的開始時，鰭葉的梢弦豎直向上，鰭葉和船體上側貼合在一起，夾角為0度。

步驟2：開閉油缸的活塞桿收回一段，使鰭葉首弦相對船體上側迅速張開30度，此過程不超過橫搖周期的1/10。

步驟3：液壓馬達帶動鰭葉開始加速向下拍動，同時開閉油缸的活塞桿往外伸出，當鰭葉運動到與船體上側夾角30度時，開閉油缸活塞桿完全伸出，此過程約1/10個橫搖周期。

步驟4：液壓馬達帶動鰭葉以最大投影面積和最大速度向下拍動，至鰭葉與船體下側夾角20度。此過程約1/5個橫搖周期。