一种基于履带式运动吸附的船舶通气减阻装置的制作方法

本发明涉及船舶气泡减阻技术领域，特别涉及一种基于履带式运动吸附的船舶通气减阻装置。

背景技术：

气泡减阻的主要技术思路是在船舶底面引入空气，通过船体和水之间形成的连续或离散的气泡，降低船体的沾湿面积，以大幅减少船舶航行的摩擦阻力。技术途径上，一般利用船体废气或外置气源，在船体前部安装通气装置，配合船舶运行航速调节气量，实现船舶的绿色、节能航行。

船舶气泡减阻能够有效降低船体阻力，节省船舶推进功率，降低能耗。然而，这一设计思想在推广应用中却并不容易实现。主要原因有两个：一是通气减阻构件的可移植性低，前期非标准化设计成本较高。二是船底锈蚀和生物污染问题严重，运行周期维护和检修成本较大。

目前的通气机构主要都是固定连接在船体上的，对船体具有较大的更改和破坏，或者设计具有船底通气功能的新船型,成本很高。同时,其通气机构可调节的功能很小，在应用过程中扩大了生产和使用成本，维护成本也很高。例如专利申请号201510136084.6的专利文献公开了船舶气膜减阻节能船底装置，设置在船底上或在船底开设的横向凹槽上的横向导流板装置，来实现通气。需要在船底开设凹槽，对船体实施永久性不可逆更改，加大了使用成本。又例如专利申请号201510916814.4的专利文献公开了一种船舶减阻装置，同样也需要在船底开孔固定，破坏了船体原有结构强度，对船体造成了不可逆的更改。同时，通气机构对水质要求非常高，极大地限制了工程中的应用，在实际江河和海洋环境中，存在着大量的生物，会对机构进行缠绕和堵塞。水中的各种物质也会对通气机构进行腐蚀和生锈。

综上所述，现有的通气机构技术存在着两个主要问题，一个是需要对船体进行不可逆的更改，另一个是不方便维护检修，应用范围非常局限。目前的通气减阻机构主要都是固定加工在船体上的，对船体具有较大的更改和破坏，且爬壁机器人都是在船舶停航时进行工作。缺乏一种既可以不破坏船体本身构件又可以在船舶航行过程中进行工作的爬壁吸附机构。因此，发明一种满足以上要求的运动吸附通气减阻机构来减小通气减阻应用成本和运行周期维护检修成本是具有重要意义的。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于履带式运动吸附的船舶通气减阻装置，通过将履带式运动机构和气泡减阻结构相结合的方式，以实现气泡减阻技术的可移植设计和定期检修功能。

一种基于履带式运动吸附的船舶通气减阻装置，包括通气模块以及固定模块，所述固定模块为履带式运动机构，所述履带式运动机构的履带表面安装有磁吸附单元。

通过设置带有磁吸附单元的履带式运动机构以实现在船底地爬行，便于在船底安装、固定和拆卸通气模块，便于维护和维修。磁吸附单元可以采用电磁铁或者永磁铁，为了方便制造，优选采用永磁体，减少了保护电磁铁的密封结构，安装和使用更方便。

为了使本装置能根据船体底面的弧度进行变形，优选的，所述履带式运动机构包括通过连接支架连接的多个履带子单元，所述履带子单元包括：

履带支架，与相邻的连接支架铰接；

主动链轮和从动链轮，安装在履带支架上；

履带，装在所述主动链轮和从动链轮上。

支架连接分别与两侧的履带支架铰接，从而实现相邻履带子单元相互转动，更贴合船底的弧形表面。

通气模块可以直接固定在所述固定模块，也可以根据固定模块进行多种形状和安装方式的变化，优选的，所述通气模块包括对应连接每个履带子单元的多个通气减阻组件，所述通气减阻组件包括：

通气减阻前板，两端分别与相邻的两块连接支架铰接且铰接点与所述履带支架的铰接点重合；

通气减阻中段，设有通气腔，一侧与所述通气减阻前板密封连接；

通气减阻后板，与所述通气减阻中段的另一侧密封连接，设有与所述通气腔连通的气体出口。所述通气腔用于通入气泡，气泡从气体出口排出，在船底形成减阻层。

为了使气泡能够均匀分布在船底底部，优选的，所述气体出口为气体狭缝出口，所述通气减阻组件的气体狭缝出口与对应连接的履带子单元的主动链轮和从动链轮的轴心连接线平行设置。

为了便与制造和安装，优选的，所述履带支架与两侧连接支架的铰接点分别安装有所述主动链轮和从动链轮的驱动轴和从动轴。

本装置还可以设置导流结构，遮盖在固定模块外侧对水体进行导流，一般设置成导流板的结构，以贴合船底表面，优选的，所述船舶通气减阻装置还包括遮盖在所述固定模块外侧的导流外壳模块。

为了使本装置的整体导流效果更好，优选的，所述导流外壳模块包括对应遮盖在每个履带子单元外侧的多个导流外壳组件。

本发明中船体的前进方向为前，背向前进方向为后。

优选的，所述导流外壳组件和通气减阻组件分别布置在对应的履带子单元轴向的两侧，所述导流外壳组件包括：

中间前板，倾斜布置且前侧边延伸至船体底面；

中间平板，安装在所述履带子单元远离船体的一侧，前侧边与所述中间前板的后侧边铰接，后侧边延伸至所述通气减阻组件；

连接平板，左右两侧边分别通过柔性连接件与相邻两导流外壳组件的中间平板连接；

连接前板，倾斜布置且前侧边延伸至船体底面，后侧边与所述连接平板的前侧边铰接。

中间前板和连接前板延伸至船底，且可以根据船底的弧度进行转动调整，从而更贴合船底表面，提高导流效果。

柔性连接件可采用顺丁橡胶条，更适合板材边界地连接。

为了实现自动控制，优选的，所述导流外壳组件还包括：

控制杆，驱动所述中间前板相对中间平板转动；

固定杆，中间与所述中间前板的内侧面固定连接，两侧杆体和所述中间前板之间形成夹缝，两端分别延伸至两侧的连接前板外侧以实现中间前板与连接前板的联动。所述装置在安装过程中，相邻两履带子单元会会相对转动，此时连接前板会插入夹缝中以调整形状，实现更好地导流。

为了便于制造和安装，优选的，所述控制杆穿过所述连接支架深入所述通气减阻组件中与驱动机构连接。

本发明在使用时，所述主动链轮以带动从动链轮运动，从而带动所述履带在所述船舶壁面上行走。于行走过程中，所述控制杆伸出，实现所述前部导流外壳(中间前板和连接前板)一定角度的抬起，实现减少与所述船舶壁面接触便于行走的目的；到达目标位置后，依靠磁吸力固定位置，所述控制杆收回，实现所述前部导流外壳一定角度的靠近所述船舶壁面并压紧，实现所述前部导流外壳与所述船舶壁面的牢固紧密贴合，同时气体通过气管从气体出口喷出，实现通气减阻功能。

本发明通过多段模块化的履带结构能够适应不同的船底型线，实现了该类减阻装置的可移植性。此外，利用履带式运动结构技术，定期收放通气减阻装置，进行装置的除锈和除污工作，实现便捷的维护和检修工作。维护过程中，通气机构会脱离船体，回到船板方便维修，而模块化技术的应用也使得整个通气机构方便拆分成一个一个的单元，方便更换。

本发明的有益效果：

本发明通过增设磁吸附单元在不破坏原有的船体结构的前提下，使通气模块吸附在船体外表面，以避免对原有船体结构的改动和影响，降低减阻装置的安装成本和周期。

附图说明

图1是本发明的基于履带式运动吸附的船舶通气减阻装置的结构示意图。

图2是本发明的履带的结构示意图。

图3是本发明的导流外壳组件的结构示意图。

图4是本发明的通气减阻组件的结构示意图。

图5是本发明的永磁吸附单元采用的乙型磁路布置的结构示意图。

图6是本发明的永磁吸附装置的三维结构示意图。

图7是本发明的中间前板的结构示意图。

图8是本发明的中间前板另一个角度的结构示意图。

图9是本发明的中间前板和连接前板配合的结构示意图。

图10是本发明的连接前板的结构示意图。

附图标记说明：1通气减阻组件，2履带，3导流外壳组件，4履带支架，5连接支架，6链节，7驱动轴，8主动链轮，9链轮套，10永磁吸附装置，11连接杆，12从动链轮，13从动轴，14连接前板，15中间前板，16连接控制杆，17连接平板，18中间平板，19控制杆，20顺丁橡胶条，21从动轴通孔，22主动轴通孔，23通气减阻前板，24控制杆通孔，25电缆通孔，26通气减阻中段，27通气减阻后板，28气体管道通孔，29气体缝隙出口，30轭铁，31永磁体，32固定杆，33夹缝。

具体实施方式

如图1～10所示，本实施例的基于履带式运动吸附的船舶通气减阻装置包括通气减阻组件1、导流外壳组件3、履带式运动组件和磁吸附单元。具体包括前缘用于导流和保护履带的导流外壳组件3，用于沿船舶壁面运动的履带2，驱动履带2在船舶壁面上行走并具有主动链轮8和驱动件的驱动组件、具有从动链轮12和从动件的从动组件、安装于履带2一侧用于连接电缆与气管并向外通气的通气减阻组件1。

通气减阻组件1包括通过螺栓互相连接的通气减阻前板23、通气减阻中段26以及通气减阻后板27。

通气减阻前板23上的主动轴通孔22和驱动轴7通过法兰和轴承连接固定，采用填料密封，确保灵活转动和密封良好。通气减阻前板23上的从动轴通孔21和从动轴13也是通过法兰和轴承连接固定。通减阻前板23上的控制杆通孔24与控制杆19通过法兰连接和填料密封，实现控制杆19伸缩和密封。

通气减阻中段26上的电缆通孔25与电缆通过密封胶连接，使电缆进入通气减阻组件内腔传输电力并可以穿出进入下一个模块中的通气减阻组件1。

通气减阻中段26上的气体管道通孔28与气体管道通过密封胶连接，使气体管道可以进入通气减阻组件的通气腔，使气体可以通过通气减阻后板27上的气体缝隙出口29排出，并可以穿出进入下一个模块中的通气减阻组件1。通气减阻组件内腔中安装有传感器、电动马达和气体分布器，提供自动控制、信号传输、动力生成以及气体分布的效果。

控制杆19与连接控制杆16的连接采用螺钉连接，保证只有一个转动自由度且转动灵活，中间前板15与连接控制杆16的连接也采用螺钉连接，保证只有一个转动自由度且转动灵活。

履带支架4和连接支架5与驱动轴7从动轴13的连接处安装轴承，保证转动灵活。

连接支架5与连接平板17、履带支架4与中间平板18的连接采用螺钉连接，保证只有一个转动自由度且转动灵活。

本实施例的磁吸附单元采用永磁体，永磁吸附单元由一块轭铁30和两块永磁体31组成，轭铁30和永磁体31磁极按照图5所示方式排列构成乙型磁路，吸附单元的永磁体31采用沿高度方向磁化的矩形永磁体，永磁体31可采用高性能永磁材料如钕铁硼等制造，轭铁30采用纯铁或低碳钢制造。

永磁吸附装置包含6个如图5所示的由轭铁30和永磁体31所构成的吸附单元。永磁吸附装置上各吸附单元排列组合使得永磁吸附装置上各永磁体磁极按行列交叉布置，相邻磁极的极性互不相同。

本实施例的工作原理：

根据船舶尺寸和结构，拼装适当长度的本减阻机构，通过控制带有磁吸附单元的履带式运动机构沿船舶左右舷的运动，实现通气减阻组件1在设计安装位置的自动布置与固定，并将电缆与气体管道与通气减阻机构连接妥当。通气减阻组件1完成全船底布置和固定后，控制杆19向通气减阻组件1一侧收缩，带动中间前板15向下转动，使导流部件紧贴船底并光滑过渡。由于中间平板18和连接平板17连接处安装有顺丁橡胶条20，且顺丁橡胶20具有弹性好、耐磨性、耐疲劳性、耐寒性好的特点，可以给平板提供一定的曲率变化。中间前板18与连接前板17是通过搭接的方式，中间前板15搭在两侧连接前板17的上部，且中间前板后有固定杆32，故可以使连接前板17转动一定角度。中间前板15与连接前板17是通过插接的方式，连接前板17夹在中间前板15的板面与固定杆32之间的夹缝中33，可以使连接前板17在夹缝33中移动或转动一定角度，转动效果如图9所示，中间前板15以及连接前板17都设置为1～3mm金属薄板，可以实现一定的弹性变形。在有曲率变化的壁面实现良好的贴合，且保证整个前部导流段的连续性。

连接前板17沿线开锯细小凹槽，使得连接前板17可以沿线弯折，以更好的与中间前板15夹缝贴合。在有曲率变化的壁面实现良好的贴合，且保证整个前部导流段的连续性。

当船舶航行时，履带上的永磁吸附装置提供吸附所需的吸力并保持稳定。导流外壳组件3实现与船底壁面的良好贴合，从而对来流海水提供良好的导流效果。气体通过气管在通气减阻组件的内部出口经过气体分布器后，从通气减阻后板上的气体缝隙出口排出，实现气泡减阻。

根据船舶运行的环境，定期控制履带运动吸附机构，自动回收减阻机构，进行检修和维护，清除生物污染和海水腐蚀等问题。完成检修后，继续布放本装置。

综上所述，本实施例的基于履带式运动吸附的船舶通气减阻装置通过履带2并利用驱动件驱动所述主动链轮8以带动从动链轮12运动，从而带动履带2在所述船舶壁面上行走。于行走过程中，控制杆19伸出，实现前部导流外壳(中间前板15和连接前板14)一定角度的抬起，实现减少与船舶壁面接触便于行走的目的；到达目标位置后，依靠磁吸力固定位置，控制连杆组件收回，实现前部导流外壳一定角度的靠近船舶壁面并压紧，实现前部导流外壳与船舶壁面的牢固紧密贴合，同时气体通过气管从通气减阻组件1的缝隙中喷出，实现通气减阻功能，船舶减阻机构的可运动性大大减小了机构的维护检修成本，且实现通气减阻功能的同时无须破坏船体本身结构。