船舶抗翻结构的制作方法

本发明涉及一种船舶制造行业的机械结构，具体是指一种适用于船舶等水上或水下航行的船舶抗翻结构。

背景技术：

船舶指的是：举凡利用水的浮力，依靠人力、风帆、发动机（如蒸气机、燃气涡轮、柴油引擎、核子动力机组）等动力，牵、拉、推、划、或推动螺旋桨、高压喷嘴，使能在水上移动的交通运输工具。另外，民用船一般称为船（古称舳舻）、轮（船）、舫，军用船称为舰（古称艨艟，排水量500吨以上）、艇（排水量500吨以下），小型船称为舢舨、艇、筏或舟，其总称为舰船、船舶或船艇。船是重要的水上交通工具。在石器时代就出现了最早的船——独木舟（把一根圆木中间挖空）。然后，出现了有桨和帆的船。后来又出现了用蒸汽或柴油发动机提供动力的船。今天人们用太阳能和喷气式发动机作为船的动力，航行的速度令人吃惊，最高时速已经可以达到500千米以上了。

船舶在航行过程中，由于水面情况复杂多变，一不小心就会出现侧翻的风险。目前传统的船舶结构在设计时，为了防止翻船，需要一个能够使船回复到原平衡位置的力矩，即“复原力矩”。复原力矩只有在船体呈现横摇、纵摇、垂荡三个方向的运动状态时才会产生，而翻船与船体横摇有最为直接的关系。在这里我们着重分析船体横摇方向的复原力矩。以船体顺时针向右倾斜θ度为例——这时船体右侧浸水中的体积相对左侧变大，即浮力作用的中心位置（浮心）移向船体右侧，而船的重心并不随着船体倾斜发生变化。这样，船体就出现一个由重心出发竖直向下、大小等于排水量的重力，同时出现一个由已移向船体右侧的浮心出发竖直向上、与排水量相等的浮力。由于这时船体的重力与浮力不在同一直线上，所以就会产生一个逆时针方向的、使倾斜船体回复到原有状态的力矩，这就是“复原力矩”。重力与浮力所在直线之间的距离叫做“稳性力臂”，用“GZ”表示。纵轴取GZ、横轴取船身倾斜角度所构成的曲线，叫做“稳性曲线”。当这个曲线变为负数时，就会发生翻船。

复原力矩的判定方法：在船体倾斜的状态下，由船体的浮力出发竖直向上的浮力作用线与船体中心线的交点叫做“稳心”。在稳心比重心高的情况下，复原力矩为正值，这时即使船体倾斜也会回复到原平衡位置；反之，如果稳心比重心低，复原力矩为负数，则会发生翻船。重心到稳心的距离叫低复原做“稳心高度”，用“GM”来表示。置于波浪中，船体总要发生摇荡运动。具体而言，它会出现六个“自由度”的运动。其中，有三种运动属于直线运动：一是“垂荡”，即上下方向的运动；二是“横荡”，即左右方向的运动；三是“纵荡”，即前后方向的运动。另外，还有三种属于旋转运动：一是“纵摇”，即以船体中央作为中心的船首与船尾的上下运动；二是“横摇”，以船体的中心线为轴的横向摇摆；三是“艏摇”，即船首与船尾的横向左右摇摆。

虽然船舶设计师通过上述方法对船舶进行了科学且精密的设计，但是在现实中，翻船事故率仍然颇高。比如2015年6月1日21时30分，隶属于重庆东方轮船公司的东方之星轮，在从南京驶往重庆途中突然遇到罕见的强对流天气，在长江中游湖北监利水域发生侧翻沉没。沉船事件发生后，交通运输部门、解放军、武警部队和公安干警、沿江省市等调集动员了大批专业搜救人员、解放军、武警和消防官兵以及沿江地区群众，采取空中巡航、水面搜救、水下搜救、进舱搜救和全流域搜救相结合的方式，在事发地及下游水域开展全方位、立体式、拉网式搜寻。截至2015年6月13日，经有关各方反复核实、逐一确认，“东方之星”号客轮上共有454人，其中成功获救12人，遇难442人。2015年12月30日，长江沉船事故调查报告公布，经国务院调查组调查认定，“东方之星”号客轮翻沉事件是一起由突发罕见的强对流天气（飑线伴有下击暴流）带来的强风暴雨袭击导致的特别重大灾难性事件。另外国外类似的翻船事件也常有发生。

综合上述背景内容，可见船舶遇到复杂水域或突发性天气等状况时，抗翻能力仍然急需改进。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种在复杂水域或突发性天气等状况能更好的防止翻船的船舶抗翻结构。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种船舶抗翻结构，它包括主框架、前仓和后仓，所述的主框架内为船舶的主仓，所述的前仓通过伸缩式万向节与主框架的前端相连接，所述的后仓通过伸缩式万向节与主框架的后端相连接，所述的主框架的外周通过导向机构连接有一个可围绕主框架进行旋转的外壳；所述的主框架与外壳之间设置有用于防止外物进入的旋转密封结构。

作为优选，所述的前仓与水体相接触的部分均为流线型结构，所述的前仓与主框架之间设有通道，所述的前仓上设有观察窗、进出气口、人员及物料进出口、动力输出及导向连接头。

作为优选，所述的后仓与水体相接触的部分均为流线型结构，所述的后仓与主框架之间设有通道，所述的后仓上设有观察窗、进出气口、人员及物料进出口、动力输出及导向连接头。

作为优选，它还包括动力装置，所述的动力装置与主框架、前仓或后仓中的任意一个相连。

作为优选，所述的导向机构包括导轮、导轨和防脱与制动装置；所述的导轮上设有用于卡在导轨上的环形槽，所述的导轮和导轨分别设置在主框架和外壳上，所述的导轮和导轨之间设置有防脱与制动装置。

作为优选，所述的主框架的截面为环型、半环型或多边型结构。

作为优选，所述的外壳上开设有玻璃窗，所述的玻璃窗在船舶处于平稳状态时可以打开。

作为优选，所述的伸缩式万向节的伸缩长度范围为0.2到0.6米。

作为进一步优选，所述的导轮可以在导轨上横向偏移。

采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：本发明是一种新的船舶的外壳与内部框架固定的结构，该结构有效解决了船舶在恶劣天气下和急转弯时无法正常行驶、遇大风大浪或操作失误以及失去动力、无法掌控任意漂泊等等情况下造成的侧翻、下沉等等问题，以及外壳受损面积少于50%依然可继续航行和漂泊，同时采用本专利结构的军用船舶可在复杂环境下全天候执行任务。

综上所述，本发明提供了一种在复杂水域或突发性天气等状况能更好的防止翻船的船舶抗翻结构。

附图说明

图1是本发明中船舶抗翻结构的结构示意简图。

图2是本发明中船舶抗翻结构的外壳与主框架之间的截面示意图。

图3是本发明中船舶抗翻结构的主框架为其他形状时与外壳之间的截面示意简图。

图4是本发明中船舶抗翻结构的导向机构的放大示意简图。

如图所示：1、主框架，2、前仓，3、后仓，4、伸缩式万向节，5、动力装置，6、导向机构，601、导轮，602、导轨，603、防脱与制动装置，7、外壳，8、旋转密封结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1到附图4，一种船舶抗翻结构，它包括主框架1、前仓2和后仓3，所述的主框架1内为船舶的主仓，所述的前仓2通过伸缩式万向节4与主框架1的前端相连接，所述的后仓3通过伸缩式万向节4与主框架1的后端相连接，所述的主框架1的外周通过导向机构6连接有一个可围绕主框架1进行旋转的外壳7；所述的主框架1与外壳7之间设置有用于防止外物进入的旋转密封结构8。

作为优选，所述的前仓2与水体相接触的部分均为流线型结构，所述的前仓2与主框架1之间设有通道，所述的前仓2上设有观察窗、进出气口、人员及物料进出口、动力输出及导向连接头。

作为优选，所述的后仓3与水体相接触的部分均为流线型结构，所述的后仓3与主框架1之间设有通道，所述的后仓3上设有观察窗、进出气口、人员及物料进出口、动力输出及导向连接头。

作为优选，它还包括动力装置5，所述的动力装置5与主框架1、前仓2或后仓3中的任意一个相连。

作为优选，所述的导向机构6包括导轮601、导轨602和防脱与制动装置603；所述的导轮601上设有用于卡在导轨602上的环形槽，所述的导轮601和导轨602分别设置在主框架1和外壳7上，所述的导轮601和导轨602之间设置有防脱与制动装置603。

作为优选，所述的主框架1的截面为环型、半环型或多边型结构。

作为优选，所述的外壳7上开设有玻璃窗，所述的玻璃窗在船舶处于平稳状态时可以打开。

作为优选，所述的伸缩式万向节4的伸缩长度范围为0.2到0.6米。

作为进一步优选，所述的导轮601可以在导轨602上横向偏移。

目前各种结构的船舶一旦遇到强大的风浪或急转弯时无法保持平稳，都有侧翻下沉的可能，由于船舶的外壳与内部为整体固定结构，若外壳抵抗不了风浪的冲击或急转弯造成的强大离心力，势必造成整个船舶的侧翻下沉，国内外由此发生的翻沉事故层出不穷。

本发明设计了种全新的船舶的外壳与内部的结构，有效地抗击了船舶的侧翻下沉，只要外壳不发生大面积损坏，任何天气情况下和急转弯都可以正常行驶，即使失去动力，无人操控，在风浪中漂泊也不会侧翻下沉，若外壳同向水平面积破损少于50%,依然可保待航行或漂泊。本发明在具体实施时应该注意如下设计要点：

1、船舶由外壳和舱内框架设施两部分组成。

2、外壳的外观设计为长椭圆形和圆柱形以及多边形，类似鸡蛋和子弹头形状，前后左右以及周边方向都呈抛物线状和流线状，各方向的外形构造均能最大程度的减少水流、气流的阻力，如前进时，前方的水流、气流能迅速流经尾部，左、右、后方向的水流、气流可迅速向壳体周边扩散流过，减少对外壳的冲击力。

3、外壳内壁纵向的前、中、后端的设计有导轮，前后呈曲线形，便于舱内框架在导轮、导轨的引导下，作纵向摇摆运动，横向及圆周设计有导轮、导轨，便于围绕框架作圆周运动。

4、舱内设施固定在一个特定的框架内，重心在最低点，平衡点在中央，纵向平衡点在设定的位置，框架前后左右中多处设计有导轮、导轨以及锁定装置，舱内设施重量在框架上，框架上的重量在导轮、导轨上，由于导轮、导轨与外壳处于动配合状态，所以全部重量转移到外壳内壁。

5、舱内框架上设有前后摇摆和左右作圆周运动的制动装置以及区间位置的调整装置，保证停驶后的固定和特殊情况的要求。

6、外壳前、后仓固定在主框架上，并与壳体作动态密封，即壳体转动时该两部分不转动，前后盖设计有进出气口，人员、物料进出口，动力输出连接装置。

7、本发明利用了物体平衡和重心下沉的条件及原理，用曲线外壳抗击风浪冲击，用舱内的导轮、导轨与外壳内壁连接的方法，将外壳前后受到的风浪冲击转换成外壳绕框架作纵向摇摆的运动力，将横向左右受到风浪的冲击力和急转弯产生的离心力转换成绕框架左或右旋转的动力。前后左右风浪冲击力和离心力再大，也能够保持舱内框架及设施处于水平状态，达到了船舶行驶平稳，不侧翻的目的。

本发明专利在具体实施时，要求所述的外壳7为闭合的环状结构，而所述的主框架1可以是任何结构，比如采用附图2中的半环形结构，即主框架1的上半部分是开放的，但是导向机构6是与外壳7是环状结构。或者采用如附图3中示意的结构，主框架1采用现有技术中的常规船体结构，这样可以适用于对现有的船体进行改造。关于导向机构6的结构，可以参照附图4，即导轮601的凹槽宽度大于导轨603的外径，使导轮601可以在导轨603上除了沿导轨的引导方向运动外还可以进行横向的偏移，前后偏移时通过防脱与制动装置603来防止导轮601脱轨，所述的防脱与制动装置603为带有伸缩性的制动钳，防脱与制动装置603的一端与导轨603固定连接，另一端与导轮601活动相抵。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。