一种自适应变形的船舶球鼻艏及其变形方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113443073A(43)申请公布日2021.09.28(21)申请号202110680037.3(22)申请日2021.06.18(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人刘祖源吕俊(74)专利代理机构武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙)42231代理人徐小洋(51)Int.Cl.B63B3/46(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种自适应变形的船舶球鼻艏及其变形方法(57)摘要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。CN113443073ACN113443073A权利要求书1/2页1.一种自适应变形的船舶球鼻艏，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的自适应变形的船舶球鼻艏，其特征在于，所述伸缩组件包括至少两个伸缩结构，每一所述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。3.根据权利要求2所述自适应变形的船舶球鼻艏，其特征在于，所述第二驱动件和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。4.根据权利要求1所述的自适应变形的船舶球鼻艏，其特征在于，所述柔性蒙皮与船艏下方主船体固定连接并配合形成密封腔体。5.根据权利要求4所述的自适应变形的船舶球鼻艏，其特征在于，所述横断结构和所述伸缩组件内置于所述密封腔体。6.根据权利要求4所述的自适应变形的船舶球鼻艏，其特征在于，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。7.一种变形船舶球鼻艏的变形方法，其适用于如权利要求1‑6任一项所述的自适应变形的船舶球鼻艏，其特征在于，所述变形方法包括：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；根据所述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；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。8.根据权利要求7所述的变形船舶球鼻艏的变形方法，其特征在于，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。9.根据权利要求7所述的变形船舶球鼻艏的变形方法，其特征在于，所述采用优化算法2CN113443073A权利要求书2/2页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：根据所述优化算法给出的每一代优化粒子的球鼻艏的外形变量，建立三维模型；根据所述实时航行变量为限制条件，通过势流CFD计算获取所述三维模型下的船舶航行的第二平均阻力；根据所述第二平均阻力为优化算法的适应值，所述最小平均阻力为目标，反馈回优化算法确定球