专利名称：全回转推进器和可升降舵的动力定位推力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力定位推力系统，尤其是一种由全回转推进器和可升降舵 组成的动力定位推力系统，属于船舶海洋技术领域的动力定位技术设备。
背景技术：
动力定位系统的基本作用是在推力器的作用下，在一定的海洋环境及工程作 业条件下，保持船在指定的位置和艏向。船舶在海上作业时，受到的环境载荷主 要有风力、流力和波浪力。在风、浪、流共同作用的复杂海况下，无约束的船舶 具有六个自由度的运动特征。这些运动均含有低频分量和高频分量。低频运动分 量可以认为是由螺旋桨的推力、舵力、流力、风力和缓变的波浪漂移力等产生的； 高频运动分量主要是由波浪引起的一阶波频运动响应，随波浪的起伏而往复，呈 现出自动恢复原位的特性。动力定位控制的主要是水平面的三个自由度运动，即 纵荡、横荡、艏摇。
传统的动力定位推力系统，是在船尾安装一个主推进器，再配备其他辅助推 进器，包括隧道式侧向推进器、全回转推进器、直翼平旋式推进器、旋转格栅式 推进器或旋转喷水推进器;有的船舶或海洋结构物，采取多个侧向推进器的组合， 依赖它们协同动作以完成动力定位执行的任务。这样组成的推力系统，都嫌结构 复杂、成本昂贵而且维护要求严格。
在现有技术中，申请号为200610024587.5、名称为"一种船舶动力定位方 法"的发明专利，提供了一种船舶动力定位方法，使船舶能够实现定点控位、 自动艏向、自动循迹航行、自动跟踪水下目标。但是，执行定位的机构仅仅笼统 给出是主推进器、舵机或辅推进器，并未提供具体的构造和实现方法。申请号 为94117369.0、名称为"船舶动力定位的神经网络控制系统及其方法"的发明 专利，也仅仅给出其控制系统包括计算机、电位放大器、模拟-数字转换器、测 位系统、滤波器、学习器、优化决策器和执行机构等，未提供具体的执行定位的 构造和实现方法。 发明内容为了克服现有技术的不足以及传统技术的缺陷，也为了尽量降低船舶动力定 位系统中推力系统的制造成本，本发明提供一种由全回转推进器和可升降舵组成 的动力定位推力系统。该推力系统仅仅由全回转推进器和可升降舵两部分组成， 其中的全回转推进器本身就是船舶的主推进装置。据此，船舶只需要再配备一套 可升降舵，就可以完成动力定位的实际执行。因此，整个动力定位的推力系统相 比通常已有的推力系统结构简单，制造成本可望大幅度下降。本发明对船舶海洋 结构物动力定位技术的发展，具有推动和提高的积极意义，可以产生一定的经济 效益和社会效益。
本发明采用的技术方案船舶前端点和船舶后端点分别位于船舶纵向对称轴 主平面的前、后端处，船舶横向中央垂直平面为通过船舶前端点和船舶后端点之 间距离的中点且垂直于船舶纵向对称轴的平面。船舶的船体处于船舶横向中央平 面后面的部分为艉部，处于船舶横向中央平面前面的部分为艏部。全回转推进器 安置在船舶艉部的下方，其C1轴线与船舶纵向对称轴垂直相交，Cl轴线与船舶 后端点之间的距离为Ll，其中L是船舶的长度，为船舶前端点与船舶后端点之 间的水平距离；可升降舵安装在船舶艏部的下方，其C2轴线与船舶纵向对称轴 垂直相交，而且C2轴线与船舶后端点之间的距离为L2;拖曳点设置在艉部的甲 板上，其与船舶后端点之间的距离为L3。全回转推进器的水平推进方向垂直于 Cl轴线，可升降舵的上下升降运动轨迹沿着C2轴线。从上方看，这两个装置的 Cl、 C2轴线在水平面的投影位于船舶纵向对称轴上。全回转推进器可以是Z型 推进装置、吊舱式推进装置或是直翼式推进装置；可升降舵是一种半平衡舵，具 有下降参加工作和提升藏入船底退出工作状态的功能。
全回转推进器可以绕自身的垂直轴线360度回转，在船舶前进、倒退或转向 时，都是全部推力的产生装置和转向的执行装置。它不但能够产生足够的推进力， 驱动船舶的前进，而且能够任意转向，引导船舶按照正确航向行驶，船舶不需要 专门的舵机构的辅助。这时，可升降舵完全上升而收縮进入船舶的底部之中，处 于不影响全回转推进装置工作的状态，因此，在该状态下它不产生任何阻力或偏 向力。
该推力系统的唯一推力装置是全回转推进器，可升降舵仅具备控制方向的功 能。由于全回转推进器本身具备转向功能，也可以发挥控制方向的作用，船舶的前后、左右的平动，以及行进中的转向，完全可以由全回转推进器单独完成。
全回转推进器和可升降舵分别在船舶的艉部、艏部，对船舶的方向加以调整， 使船舶具备围绕自身重心旋转的力矩。因之船舶可以发生转动而调整自身的艏 向。
可升降舵自身不具备动力，不能主动推动船舶在水面上围绕重心旋转。在船 舶动力定位的实现过程中，在全回转推进器的作用下，船舶往往要多次前后小行 程地往复，在多次往复中，不断小幅度地调整船舶的艏向。动力定位的控制系统， 也需不断发出动作指令，以控制全回转推进器和可升降舵两者的协同工作，以保 证船舶的动力定位精度达到1%—3%，即船舶的偏差位移小于水深的1%—3%。
在深海环境中，船舶在进行动力定位的执行过程时，艏部的可升降舵和艉部 的全回转推进器就协同动作， 一齐完成克服船舶纵荡、横荡、艏摇的任务。这时， 船舶的测量机构将准确测量船舶的纵荡、横荡和艏摇引起的偏差，并制订正确的 控制目标，发出指令后，控制推力系统的全回转推进器和可升降舵按照既定的方 案，实施动力定位的推力执行功能，完成定点控位、自动艏向、自动循迹航行、 自动跟踪水下目标的任务。
本发明的有益效果本发明提供的推力系统，既不增加吃水深度，也不增加 前进阻力，只需增设一套制造成本相对低廉的可升降舵，就可以完成动力定位的 作业，同时又能增加它本身的机动性和灵活性。该发明的技术可以应用于大中小 型船舶，也可应用于半潜式海洋平台，它具有改进动力定位技术的积极意义，可 以产生明显的经济效益。
图1是本发明动力定位推力系统的俯视平面示意图。 图2是本发明动力定位推力系统沿纵向对称轴的截面图。 图中，1、全回转推进器，2、可升降舵，3、船舶纵向对称轴，4、船舶前端 点，5、船舶后端点，6、船舶横向中央垂直平面，7、艉部，8、艏部，9、拖曳 点，10、船底。Cl轴线是全回转推进器的垂直轴线，C2轴线是可升降舵的垂直 轴线。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。如图l、图2所示，本发明动力定位推力系统包括全回转推进器1和可升降 舵2。
船舶前端点4和船舶后端点5分别位于船舶纵向对称轴3主平面的前后端 处，船舶横向中央垂直平面6为通过船舶前端点4和船舶后端点5之间距离的中 点且垂直于船舶纵向对称轴3的平面。船舶的船体处于船舶横向中央平面6后面 的部分为艉部7，处于船舶横向中央平面6前面的部分为艏部8。全回转推进器 1安置在船舶艉部7的下方，其C1轴线与船舶纵向对称轴3垂直相交，Cl轴线 与船舶后端点5之间的距离为Ll， Ll在0. 15L—0. 35L之间，其中L是船舶的长 度，为船舶前端点4与船舶后端点5之间的水平距离；可升降舵2安装在船舶艏 部8的下方，其C2轴线与船舶纵向对称轴3垂直相交，而且C2轴线与船舶后端 点5之间的距离为L2， L2在0. 8L—0. 9L之间；拖曳点9设置在艉部7的甲板上， 其与船舶后端点5之间的距离为L3， L3的长度小于0. 15L。全回转推进器1的 水平推进方向垂直于Cl轴线，可升降舵2的上下升降运动轨迹沿着C2轴线。从 上方看，这两个装置的中心垂直轴线C1、 C2轴线在水平面的投影位于船舶纵向 对称轴3上。全回转推进器1可以是Z型推进装置、吊舱式推进装置或是直翼式 推进装置；可升降舵2是一种半平衡舵，具有下降参加工作和提升藏入船底退出 工作状态的功能。
全回转推进器1可以绕自身的垂直轴线360度回转，在船舶前进、倒退或转 向时，都是全部推力的产生装置和转向的执行装置。它不但能够产生足够的推进 力，驱动船舶的前进，而且能够任意转向，引导船舶按照正确航向行驶，船舶不 需要专门的舵机构的辅助。这时，可升降舵2完全上升而收缩进入船舶的底部之 中，处于不影响全回转推进装置工作的状态，因此，在该状态下它不产生任何阻 力或偏向力。
该推力系统的唯一推力装置是全回转推进器1，可升降舵2仅具备控制方向 的功能。由于全回转推进器l本身具备转向功能，也可以发挥控制方向的作用， 船舶的前后、左右的平动，以及行进中的转向，完全可以由全回转推进器l单独 完成。
全回转推进器1和可升降舵2分别在船舶的艉部7、艏部8，对船舶的方向 加以调整，使船舶具备围绕自身重心旋转的力矩。因之船舶可以发生转动而调整自身的艏向。
可升降舵2自身不具备动力，不能主动推动船舶在水面上围绕重心旋转。在 船舶动力定位的实现过程中，在全回转推进器1的作用下，船舶往往要多次前后 小行程地往复，在多次往复中，不断小幅度地调整船舶的艏向。动力定位的控制 系统，也需不断发出动作指令，以控制全回转推进器1和可升降舵2两者的协同 工作，以保证船舶的动力定位精度达到1%_3%，即船舶的偏差位移小于水深的 1%—3%。
在深海环境中，船舶在进行动力定位的执行过程时，艏部8的可升降舵2 和艉部7的全回转推进器1就协同动作， 一齐完成克服船舶纵荡、横荡、艏摇的 任务。这时，船舶的测量机构将准确测量船舶的纵荡、横荡和艏摇引起的偏差， 并制订正确的控制目标，发出指令后，控制推力系统的全回转推进器1和可升降 舵2按照既定的方案，实施动力定位的推力执行功能，完成定点控位、自动艏向、 自动循迹航行、自动跟踪水下目标的任务。
权利要求
1. 一种全回转推进器和可升降舵的动力定位推力系统，包括全回转推进器(1)和可升降舵(2)，其特征在于全回转推进器(1)安置在船舶艉部(7)的下方，其C1轴线与船舶纵向对称轴(3)垂直相交，C1轴线与船舶后端点(5)之间的距离为L1；可升降舵(2)安装在船舶艏部(8)的下方，其C2轴线与船舶纵向对称轴(3)垂直相交，C2轴线与船舶后端点(5)之间的距离为L2；拖曳点(9)设置在艉部(7)的甲板上，其与船舶后端点(5)之间的距离为L3；全回转推进器(1)的水平推进方向垂直于自己的C1轴线，可升降舵(2)的上下升降运动轨迹沿着C2轴线。
2. 根据权利要求1所述的全回转推进器和可升降舵的动力定位推力系统， 其特征是所述的全回转推进器(1)为Z型推进装置或吊舱式推进装置或直翼式 推进装置，全回转推进器(1)绕自身的C1轴线进行360度回转。
3. 根据权利要求1所述的全回转推进器和可升降舵的动力定位推力系统， 其特征是所述的可升降舵(2)是一种半平衡舵，其上下升降运动轨迹沿着C2 轴线。
4. 根据权利要求1所述的全回转推进器和可升降舵的动力定位推力系统， 其特征是所述的Ll在0. 15L—0. 35L之间，L2在0. 8L—0. 9L之间，L3的长度小 于O. 15L;其中L是船舶的长度，为船舶前端点(4)与船舶后端点(5)之间的 水平距离。
全文摘要
全回转推进器和可升降舵的动力定位推力系统属于船舶海洋技术领域的动力定位技术设备。包括全回转推进器和可升降舵。全回转推进器安置在船舶艉部的下方，其C1轴线与船舶纵向对称轴垂直相交，可升降舵安装在船舶艏部的下方，其C2轴线与船舶纵向对称轴垂直相交。在深海环境中，船舶在进行动力定位的执行过程中，可升降舵和全回转推进器协同动作完成克服船舶纵荡、横荡、艏摇的任务，在控制系统的控制指令下，控制全回转推进器和可升降舵按照既定的方案，实施动力定位的推力执行功能。该发明的技术可以应用于大中小型船舶，也可应用于半潜式海洋平台，它具有改进动力定位技术的积极意义，可以产生明显的经济效益。
文档编号B63H25/00GK101439758SQ20081020779
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者夏冬莺, 捷 马 申请人:上海交通大学