[发明专利]一种自适应变形的船舶球鼻艏及其变形方法

说明书

本发明涉及一种自适应变形的船舶球鼻艏及其变形方法，包括至少两个横断结构、伸缩组件和柔性蒙皮，至少两个横断结构沿船体前行方向依次排列，横断结构包括支撑杆、环形骨架和第一驱动件，支撑杆的两端连接于环形骨架相对的两内壁，环形骨架上具有两个位于支撑杆两侧的驱动端，第一驱动件驱动驱动端靠近或远离支撑杆，伸缩组件的两端铰接于相邻设置的两个环形骨架的对应侧，柔性蒙皮滑动包裹于多个相邻的横断结构的外表面。本发明以横断结构和伸缩组件为变形球鼻艏的主体框架，船体航行中遇到复杂多变的海况环境时，横断结构与伸缩组件通过伸缩能够灵活改变球鼻艏的外形，更好的适应复杂多变的海况，减小了全航段航行阻力。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种自适应变形的船舶球鼻艏及其变形方法。

背景技术

球鼻艏作为一种常见的减阻结构，是许多中高速船舶船体的重要构成部分，但是球鼻艏的外形往往针对船舶设计航速或风浪情况而设计，其型线在设计完成后就被确定下来。然而船舶实际航行过程中遇到的海况环境往往是多种多样的，固定的球鼻艏并不能适应多种复杂的海况，在实际航行中，部分海况下球鼻艏反而增加了船舶的湿表面积，从而使航行的阻力增大，没有有效减小船舶阻力，影响了船舶的航行效率。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种自适应变形的船舶球鼻艏及其变形方法，用以解决现有技术中球鼻艏的结构单一，无法适应复杂多变的航行环境，从而影响船舶航行效率的问题。

本发明提供一种自适应变形的船舶球鼻艏，包括至少两个横断结构、伸缩组件和柔性蒙皮，至少两个所述横断结构沿船体前行方向依次排列，每一所述横断结构包括支撑杆、环形骨架和第一驱动件，所述支撑杆的两端分别连接于所述环形骨架相对的两内壁，所述环形骨架上具有两个驱动端，两个所述驱动端分别位于所述支撑杆的两侧，所述第一驱动件驱动所述驱动端靠近或远离所述支撑杆，所述伸缩组件的两端分别铰接于相邻设置的两个所述环形骨架的对应侧，所述柔性蒙皮滑动包裹于多个相邻的所述横断结构的外表面。

进一步的，所述伸缩组件包括至少两个伸缩结构，每一伸缩结构包括连接杆、第二驱动件和第三驱动件，所述连接杆的两端分别铰接于相邻的两个所述环形骨架的对应侧，所述第二驱动件的驱动端连接于所述连接杆，用于驱动所述连接杆的伸长或缩短，所述第三驱动件连接于所述连接杆，用于驱动所述连接杆沿船的高度方向偏转。

进一步的，所述第二驱动件和所述第三驱动件为液压缸，所述液压缸的驱动端连接于所述连接杆。

进一步的，所述柔性蒙皮与船艏下部主船体固定连接并配合形成密封腔体。

进一步的，所述横断结构和所述伸缩组件内置于所述密封腔体。

进一步的，所述自适应变形的船舶球鼻艏还包括弧形板，所述弧形板通过所述密封腔体远离船尾的端部与所述横断结构连接，用于与横断结构配合形成球头形状。

本发明还提供了变形船舶球鼻艏的变形方法，包括获取船舶航行时的实时航行变量，其中航行变量包括航速、船体吃水、波浪变量遭遇波高和波浪变量遭遇波长；其中外形变量包括球鼻艏的长度、球鼻艏前端相对船尾的最远点的偏转角度和宽度；以实时航行变量为限制条件，外形变量为设计变量，最小平均阻力为目标，采用优化算法计算确定所述实时航行变量下的球鼻艏最佳外形变量；所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述第三驱动件根据球鼻艏的所述最佳外形变量控制所述环形骨架和所述伸缩杆的形变量。

进一步的，所述采用优化算法确定所述实时航行变量下球鼻艏的最佳外形变量，具体包括采用试验设计方法设计航行变量与外形变量对应的样本点；根据所述样本点内的外形变量建立对应的三维几何模型；根据所述三维几何模型和样本点进行粘流CFD数值计算，获取波浪周期内第一平均阻力；根据所述样本点与所述第一平均阻力建立近似模型；所述近似模型以航行变量和外形变量为输入，第一平均阻力为输出；采用基于所述近似模型的优化算法确定实时航行变量下的最佳几何外形；