本发明属于三体船技术领域，具体涉及一种三体船侧体智能调节装置及调节方法。
背景技术：
三体船在高速航行时，阻力性能优良，并且具有甲板面积宽敞、总布置灵活、稳定性极佳、耐波性以及隐身性良好等优点，因此具有广阔的应用前景。近年来，关于三体船的研究与应用逐渐增多，已成为高性能船舶研究的热点之一。通过三体船主体和侧体的有利干扰来降低高速航行时的阻力是高速三体船型的优势之一。理论和试验均表明，侧体布局对三体船阻力性能的影响较大，且侧体最优布局与速度密切相关；；同时，各个片体的型线也很大程度上影响着三体船的船体阻力。当综合考虑侧体布局、片体型线、总体布置等因素时，问题将变得更为复杂。目前有关高速三体船快速性的研究，大多集中在在单一工况的前提下，探讨侧体布局对船舶兴波阻力的影响以及如何确定侧体的最优布局形式；而高速三体船在实际运行中，任务类型较为多样，可能存在多种工况，以某一单一工况为设计目标的三体船，在其他工况下，主船体和片体间可能产生较大的干扰阻力，导致三体船的阻力性能变差。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种在航行过程中随着实时速度调节侧体位置的三体船侧体智能调节装置及调节方法，使三体船在多种工况下都具有良好的阻力性能。
为实现上述目的，本发明所设计的三体船侧体智能调节装置，包括侧体横向位置调节装置和侧体纵向位置调节装置；所述侧体横向位置调节装置包括连接桥前段、连接桥后段及液压装置，所述连接桥前段的前端部焊接在三体船侧体上，所述连接桥前段的中后部伸入所述连接桥后段中前部的轴承孔内，所述液压装置内置在所述连接桥后段的中后部，且所述液压装置的液压推杆伸入所述轴承孔内抵在所述连接桥前段的后端部上；
所述侧体纵向位置调节装置包括连接桥滑座、传动螺杆及两个驱动电机，所述连接桥滑座的前端部固定在所述连接桥后段的后端部，所述连接桥滑座的后部开有穿过所述传动螺杆的螺纹孔；另外，三体船主体上开有与所述传动螺杆相配合的导向滑槽，两个所述驱动电机分别安装在所述导向滑槽的两端，且一个所述驱动电机与所述传动螺杆的一端相连，另一个所述驱动电机与所述传动螺杆的另一端相连。
进一步地，所述导向滑槽延伸至船尾。
进一步地，所述液压装置为三个，所述连接桥滑座为三个；三个所述液压装置均内置在所述连接桥后段且所述液压推杆均伸入所述轴承孔内与所述连接桥前段的后端部相连，三个所述连接桥滑座的前端部均固定在所述连接桥后段的后端部上，三个所述连接桥滑座的后部均开有穿过所述传动螺杆的所述螺纹孔。
进一步地，所述连接桥后段的轴承孔内布置有滚动轴承。
一种如上述所述三体船侧体智能调节装置的调节方法，包括如下步骤：
1)建立目标三体船的主体-侧体模型函数
1a)设置三体船在常规状态下侧体相对于主体的横向极限位置 (Bm,5Bm)和侧体相对于主体的纵向极限位置(0,0.32Lm)，B为主体型宽、L为主体型长，m为单位米；
1b)在横向极限位置(Bm,5Bm)范围内由小到大依次间隔均匀选取i个bi，在纵向极限位置(0,0.32Lm)范围内由小到大依次间隔均匀选取i个li，i取自然数，li表示第i组侧体相对于主体的纵向位置、bi表示第i组侧体相对于主体的横向位置；i个li与i个bi进行组合建立一个包含i×i个子集的侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)；
1c)在预期航行速度范围内由小到大依次间隔均匀选取n个Frn， Frn表示选取第n个船的航行速度，构建一个预期航行速度集合V (Frn)，n取自然数；
1d)将侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)和预期航行速度集合V(Frn)中的元素全部进行组合，构成包含n×i×i个子集的预期航行速度-侧体相对于主体横纵向位置集合C，集合C表示集合 V(Frn)中每一个预期航行速度下，对应一组侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)中的所有子集；
1e)预期航行速度-侧体相对于主体横纵向位置集合C中每一个预期航行速度下、逐一计算预期航行速度对应的一组侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)中的所有子集的三体船总阻力系数数值 T；
对每一个预期航行速度下所有三体船总阻力系数数值主体-侧体之间发生的干扰进行分析，取出每一个预期航行速度下主体-侧体之间发生最有利干扰时的三体船总阻力系数所对应的(lk,bk)，最后将 n组预期航行速度-最有利干扰时所对应的(lk,bk)进行插值拟合，得到(Fr，l，b)的拟合曲面模型，并将横向极限位置和纵向极限位置均分划分为m×m的位置点矩阵，在拟合曲面模型中读取各个位置点的Fr，构成侧体调节依据集合(Fry，ly，by)，y＝1～m×m，m取值范围为50～100的整数；
2)基于目标三体船的主体-侧体模型函数进行实时调节侧体横、纵向位置
2a)在三体船航行时，GPS测速仪测得实时航行速度，输入控制中心，将测得的实时航行速度输入集合(Fry，ly，by)中得到侧体相对于主体的位置；
2b)控制中心向侧体智能调节装置的驱动电机和液压装置发出调节信号，调节侧体相对于主体的纵向、横向位置并调节至步骤2b) 中计算得到的侧体相对于主体的位置。
进一步地，所述自然数i和所述自然数n均不大于5。
进一步地，所述步骤1e)中，主体-侧体之间发生最有利干扰的判断方法是：将三体船的主体和侧体分别在FLUENT软件中进行阻力计算，得到各个预期航行速度下不同侧体布局情况下的“无干扰”三体船阻力结果，再与对应布局的整体三体船的数值模拟阻力结果进行比较，得到i×i种布局情况下侧体与主体之间的兴波干扰值，其中兴波干扰值最小的布局为发生最有利干扰的布局。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、根据在不同航速状态下侧体的最佳位置，通过改变连接桥前段的伸缩距离，从而使侧体达到最佳的横向位置，减少三体船的航行阻力；根据三体船在不同航速下的纵摇、升沉等数据，通过改变连接桥后段在导向滑槽的位置从而改变侧体的纵向位置，减少三体船船行波；
2、为了节省空间便于运输，并在出故障拆分维修替换，导向滑槽一直开到船尾，拆卸侧体时，可将侧体、连接桥前段、连接桥后段连同连接桥滑座一同从船尾撤出。
3、三体船在航行过程中随着实时速度调节侧体位置，使三体船在多种工况下都具有良好的阻力性能。
附图说明
图1为本发明三体船侧体智能调节装置安装结构部分示意图；
图2为图1的侧视示意图；
图3为图2的部分剖视结构示意图；
图4为本实施例中拟合曲面模型图。
图中各部件标号如下：主体1、侧体2、连接桥前段3、连接桥后段4、液压装置5、液压推杆6、连接桥滑座7、传动螺杆8、两个驱动电机9、轴承孔10、滚动轴承11、导向滑槽12。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示的三体船侧体智能调节装置，包括侧体横向位置调节装置和侧体纵向位置调节装置。结合图2、图3所示，侧体横向位置调节装置包括连接桥前段3、连接桥后段4及液压装置5，连接桥前段3的前端部焊接在侧体2上，连接桥前段3的中后部伸入连接桥后段4中前部的轴承孔10内，液压装置5内置在连接桥后段4的中后部，液压装置5的液压推杆6伸入轴承孔10内抵在连接桥前段 3的后端部上，且连接桥后段4的轴承孔10内布置有滚动轴承11，滚动轴承11方便连接桥前段3横向伸缩；侧体纵向位置调节装置包括连接桥滑座7、传动螺杆8及两个驱动电机9，连接桥滑座7的前端部固定在连接桥后段4的后端部，连接桥滑座7的后部开有穿过传动螺杆8的螺纹孔，同时，主体1上开有与传动螺杆8相配合的导向滑槽12，两个驱动电机9分别安装在导向滑槽12的两端(即一个驱动电机9安装在导向滑槽12的一端，另一个驱动电机9安装在导向滑槽12的另一端)，且一个驱动电机9与传动螺杆8的一端相连，另一个驱动电机9与传动螺杆8的另一端相连，从而将连接桥后段4固定在主体1上，进一步将侧体2连接在主体1上。
液压装置5启动，侧体2需横向向外移动时，液压推杆6推动连接桥前段3横向向外伸出，侧体2需横向向内移动时，液压推杆6 带动连接桥前段3横向向内收缩；侧体2需纵向移动时，驱动电机9 驱动传动螺杆8转动，传动螺杆8上的连接桥滑座7沿传动螺杆8 纵向移动，从而带动侧体2纵向移动。
另外，由于侧体体积庞大，导致连接桥前段3体积也相应庞大，因此，为了推动庞大的连接桥前段3，本实施例中，采用三个液压装置5及三个连接桥滑座7，三个液压装置5均内置在连接桥后段4且液压推杆6伸入轴承孔10内与连接桥前段3的后端部相连，三个连接桥滑座7的前端部均固定在连接桥后段4的后端部上，同时，三个连接桥滑座7的后部均开有穿过传动螺杆8的螺纹孔，从而将连接桥后段4固定在主体1上。
根据在不同航速状态下侧体的最佳位置，通过改变连接桥前段的伸缩距离，从而使侧体达到最佳的横向位置，减少三体船的航行阻力；同样在航行过程中，侧体因为某种情况出现损坏从而影响三体船本身的航行，可以通过将连接桥前段滑出连接桥后段，从而使主体与侧体进行分离，这样便于侧体的进一步检测、修理和三体船的运输；
根据三体船在不同航速下的纵摇、升沉等数据，通过改变连接桥后段在导向滑槽的位置从而改变侧体的纵向位置，减少三体船船行波；
另外，为了节省空间便于运输，并在出故障拆分维修替换，导向滑槽一直开到船尾，拆卸侧体时，可将侧体、连接桥前段、连接桥后段连同连接桥滑座一同从船尾撤出。
本发明三体船侧体智能调节装置的调节方法，包括如下步骤：
1)建立目标三体船的主体-侧体模型函数
1a)设置三体船在常规状态下侧体相对于主体的横向极限位置 (Bm,5Bm)和侧体相对于主体的纵向极限位置(0,0.32Lm)，B为主体型宽、L为主体型长，m为单位米；
1b)在横向极限位置(Bm,5Bm)范围内由小到大依次间隔均匀选取i个bi，在纵向极限位置(0,0.32Lm)范围内由小到大依次间隔均匀选取i个li，i取自然数且不大于5，li表示第i组侧体相对于主体的纵向位置、bi表示第i组侧体相对于主体的横向位置；i个li与i个bi进行组合建立一个包含i×i个子集的侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)，即l1与i个bi进行逐一组合(例如l1对应b1、 l1对应b2……依次类推l1对应bi)、l2与i个bi进行逐一组合(例如 l2对应b1、l2对应b2……依次类推l2对应bi)……依次类推li与i个 bi进行逐一组合(例如li对应b1、li对应b2……依次类推li对应bi) 共i×i个子集；
1c)在预期航行速度范围内由小到大依次间隔均匀选取n个Frn， Frn表示选取第n个船的航行速度，构建一个预期航行速度集合V (Frn)，n取自然数且不大于5；
1d)将侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)和预期航行速度集合V(Frn)中的元素全部进行组合，构成包含n×i×i个子集的预期航行速度-侧体相对于主体横纵向位置集合C，集合C表示集合 V(Frn)中每一个预期航行速度下，对应一组侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)中的所有子集，即Fr1与一组侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)中的所有子集进行逐一组合{如Fr1对应 [(l1,b1)、(l1,b2)……(l1,bi)、(l2,b1)、(l2,b2)……(l2,bi)……(li,b1)、 (li,b2)……(li,bi)]}、Fr2与一组侧体相对于主体横纵向位置集合 S(li,bi)中的所有子集进行逐一组合{如Fr2对应[(l1,b1)、(l1,b2)…… (l1,bi)、(l2,b1)、(l2,b2)……(l2,bi)……(li,b1)、(li,b2)…… (li,bi)]}……依次类推Frn与一组侧体相对于主体横纵向位置集合 S(li,bi)中的所有子集进行逐一组合{如Fr1对应[(l1,b1)、(l1,b2)…… (l1,bi)、(l2,b1)、(l2,b2)……(l2,bi)……(li,b1)、(li,b2)……(li,bi)]}；
1e)预期航行速度-侧体相对于主体横纵向位置集合C中每一个预期航行速度下、逐一计算预期航行速度对应的一组侧体相对于主体横纵向位置集合S(li,bi)中的所有子集的三体船总阻力系数数值 T，即预期航行速度Fr1下，计算T1(l1,b1)、T1(l1,b2)……T1(l1,bi)、 T1(l2,b1)、T1(l2,b2)……T1(l2,bi)……T1(li,b1)、T1(li,b2)…… T1(li,bi)；预期航行速度Fr2下，计算T2(l1,b1)、T2(l1,b2)……T2 (l1,bi)、T2(l2,b1)、T2(l2,b2)……T2(l2,bi)……T2(li,b1)、T2(li,b2)…… T2(li,bi)；……依次类推预期航行速度Frn下，计算Tn(l1,b1)、Tn (l1,b2)……Tn(l1,bi)、Tn(l2,b1)、Tn(l2,b2)……Tn(l2,bi)…… Tn(li,b1)、Tn(li,b2)……Tn(li,bi)共n×i×i个三体船总阻力系数数值T；
对每一个预期航行速度下所有三体船总阻力系数数值主体-侧体之间发生的干扰进行分析，取出每一个预期航行速度下主体-侧体之间发生最有利干扰时的三体船总阻力系数所对应的(lk,bk)，最后将 n组预期航行速度-最有利干扰时所对应的(lk,bk)进行插值拟合，得到(Fr，l，b)的拟合曲面模型，见图4，并将横向极限位置和纵向极限位置均分划分为m×m的位置点矩阵，在拟合曲面模型中读取各个位置点的Fr，构成侧体调节依据集合(Fry，ly，by)，y＝1～m× m，y＝1～m×m，m取值范围为50～100的整数；由于同一预期航行速度可能对应多个最有利干扰的侧体位置，为保证侧体调节的连续性，则选取离当前侧体位置最接近的作为最终的目标调节位置；
另外，主体-侧体发生最有利干扰的判断方法是：将三体船的主体和侧体分别在FLUENT软件中进行阻力计算，得到各个预期航行速度下不同侧体布局情况下的“无干扰”三体船阻力结果，再与对应布局的整体三体船的数值模拟阻力结果进行比较，得到i×i种布局情况下侧体与主体之间的兴波干扰值，其中兴波干扰值最小的布局为发生最有利干扰的布局；
2)基于目标三体船的主体-侧体模型函数进行实时调节侧体横、纵向位置
2a)在三体船航行时(除去刚开始航行的加速阶段和即将抵达目的地时的减速阶段)，GPS测速仪测得实时航行速度，输入控制中心，将测得的实时航行速度输入集合(Fry，ly，by)中得到侧体相对于主体的位置；
2b)控制中心向侧体智能调节装置的驱动电机和液压装置发出调节信号，调节侧体相对于主体的纵向、横向位置并调节至步骤2b) 中计算得到的侧体相对于主体的位置。
采用上述调节方法发现：当侧体艏柱位于主体波谷附近时，其阻力性能是否优良受横向距离的影响更为显著，此时，增大主体与侧体的横向距离，将明显改善二者之间的兴波干扰，使得剩余阻力大幅下降，阻力性能更为优良；
当侧体艏柱位于主体波峰附近时，随着横向距离的增加，其兴波干扰降低，剩余阻力减小，但相较于波谷附近的影响要小一些。
下面结合具体三体船参数详细阐述本发明的调节方法。
表1三体船参数
1)建立目标三体船的主体-侧体模型函数
1a)设置三体船在常规状态下侧体相对于主体的横向极限位置 (0.24,1m)和侧体相对于主体的纵向极限位置(0,0.96m)，m为单位米；
1b)在横向极限位置(0.2m,1m)范围内由小到大依次间隔均匀选取0.2、0.25、0.3三个数，在纵向极限位置(0,0.96m)范围内由小到大依次间隔均匀选取0、0.48、0.96三个数；横向位置和纵向位置进行组合建立一个包含9个子集的侧体相对于主体横纵向位置集合S，即(0,0.2)、(0,0.25)、(0,0.3)、(0.48,0.2)、(0.48,0.25)、(0.48,0.3)、 (0.96,0.2)、(0.96,0.25)、(0.96,0.3)；
1c)在预期航行速度范围内由小到大依次间隔均匀选取5个Frn， Frn表示选取第n个船的航行速度，构建一个预期航行速度集合V，5 个Frn为：0.138、0.225、0.3、0.375、0.45；
1d)将侧体相对于主体横纵向位置集合S和预期航行速度集合V 中的元素全部进行组合，构成包含45个子集的预期航行速度-侧体相对于主体横纵向位置集合C，集合C表示集合V中每一个预期航行速度下，对应一组侧体相对于主体横纵向位置集合S中的所有子集，即0.138对应(0,0.2)、(0,0.25)、(0,0.3)、(0.48,0.2)、(0.48,0.25)、 (0.48,0.3)、(0.96,0.2)、(0.96,0.25)、(0.96,0.3)，0.225对应(0,0.2)、 (0,0.25)、(0,0.3)、(0.48,0.2)、(0.48,0.25)、(0.48,0.3)、(0.96,0.2)、 (0.96,0.25)、(0.96,0.3)，0.3对应(0,0.2)、(0,0.25)、(0,0.3)、 (0.48,0.2)、(0.48,0.25)、(0.48,0.3)、(0.96,0.2)、(0.96,0.25)、 (0.96,0.3)，0.375对应(0,0.2)、(0,0.25)、(0,0.3)、(0.48,0.2)、 (0.48,0.25)、(0.48,0.3)、(0.96,0.2)、(0.96,0.25)、(0.96,0.3)；0.45 对应(0,0.2)、(0,0.25)、(0,0.3)、(0.48,0.2)、(0.48,0.25)、(0.48,0.3)、(0.96,0.2)、(0.96,0.25)、(0.96,0.3)；
1e)预期航行速度-侧体相对于主体横纵向位置集合C中每一个预期航行速度下、逐一计算预期航行速度对应的一组侧体相对于主体横纵向位置集合S中的所有子集的三体船总阻力系数数值T，如表格2所示；
表格2
对每一个预期航行速度下所有三体船总阻力系数数值主体-侧体之间发生的干扰进行分析，取出每一个预期航行速度下主体-侧体之间发生最有利干扰时的三体船总阻力系数所对应的侧体位置(l,b)，即预期航行速度0.138选取(0,0.2)、预期航行速度0.225选取(0.48,0.25)、预期航行速度0.3选取(0.48,0.3)、预期航行速度0.375 选取(0.96,0.25)、预期航行速度0.45选取(0,0.3)；最后将5组预期航行速度-最有利干扰时所对应的侧体位置进行插值拟合，得到 (Fr，l，b)的拟合曲面模型，见图4，并将横向极限位置和纵向极限位置均分划分为50×50的位置点矩阵，在拟合曲面模型中读取各个位置点的Fr，构成侧体调节依据集合(Fry，ly，by)，y＝1～2500；同一Fr可能对应多个最有利干扰侧体位置，为保证侧体调节的连续性，则选取离当前侧体位置最接近的作为最终的目标调节位置；
2)基于目标三体船的主体-侧体模型函数进行实时调节侧体横、纵向位置
2a)在三体船航行时(除去刚开始航行的加速阶段和即将抵达目的地时的减速阶段)，GPS测速仪测得实时航行速度，输入控制中心，将测得的实时航行速度输入集合(Fry，ly，by)中得到侧体相对于主体的位置；
2b)控制中心向侧体智能调节装置的驱动电机和液压装置发出调节信号，调节侧体相对于主体的纵向、横向位置并调节至步骤2b) 中计算得到的侧体相对于主体的位置。