一种增强型离子推进船舶平台

本发明涉及船舶与海洋结构物领域，具体涉及一种增强型离子推进船舶平台。

背景技术：

1、各类新型船舶平台的开发应用对于水域航行是不可或缺的环节。由于水文条件相对恶劣、情况复杂，对船舶平台的性能要求较高。对于在浅水区应用较多的低速船舶，传统的水下螺旋桨应用时会有各种外界限制，而空气螺旋桨又伴随了大量的震动和噪音，研发一种在浅水区低速运行时阻力低且噪音水平较低的航行平台是一种必要的应用方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种增强型离子推进船舶平台，在浅水区低速航行时，具有较小的阻力和极低的噪音水平。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种增强型离子推进船舶平台，包括：

4、船体；

5、方向舵，布置在所述船体的尾部下端；

6、多个增强型离子推进器，沿推进方向同轴串联后，安装在所述船体尾部甲板上；

7、高压发生模块，为所述增强型离子推进器提供高压电。

8、上述技术方案中，所述增强型离子推进器包括加速导管，所述加速导管内部安装有两组支架，每组支架包含两个电极支架，沿船舶平台前进方向一侧的电极支架上均匀布置第一电极，另一侧的电极支架上均匀布置第二电极。

9、上述技术方案中，所述第一电极为片状，所述第二电极为尖形。

10、上述技术方案中，所述加速导管为naca机翼截面的环形管。

11、上述技术方案中，所述多个增强型离子推进器通过连接杆串联，所述连接杆沿圆周方向均匀分布。

12、上述技术方案中，所述增强型离子推进器接通的数量及需要的电极电压通过以下方式确定：

13、实验确定不同航速下的船舶推力，增强型离子推进器测试标定不同电压对应的推力；

14、对于具体的船舶航速，先接通并提高尾部第一级增强型离子推进器的电极间电压，若推力不够，则增加接通第二级增强型离子推进器，并根据测试标定数据调整电极间的电压，直到推力满足该航速下的需求为止。

15、上述技术方案中，所述船体外形具有纵流线特性。

16、上述技术方案中，纵流线特性的船体最小船舶阻力的确定方法为：

17、在工程可行域内选取船体纵向进流角和去流角组合，展开船舶水动力学计算，得到每一组纵向进流角和去流角下的船舶平台在需求航速下的阻力，通过粒子群算法确定最小船舶阻力，进而得到最佳纵向进流角和去流角：

18、选取迭代次数、学习因子、惯性权重的最值、位置最值和速度最值；

19、初始化种群粒子位置和速度、粒子最优位置p和最优值pbest、粒子群全局最优位置g和最优值；

20、迭代计算动态惯性权重，更新位置和速度，判断选取粒子最优位置p和最优值pbest以及粒子群全局最优位置g和最优值gbest，最后优化出的粒子最优位置即为最佳的船舶纵向进流角和去流角，其对应的最优适应度即为最小船舶阻力值，由此确定船体的纵向进流角和去流角。

21、上述技术方案中，所述船体中间部分的横剖面为底部带有圆弧过渡的梯形截面。

22、上述技术方案中，所述方向舵为平衡舵。

23、本发明的有益效果为：

24、(1)本发明的船舶平台采用增强型离子推进器，增强型离子推进器的外部为加速导管，加速导管内部安装有两组支架，每组支架包含两个电极支架，靠连接杆一侧的电极支架上均匀布置第二电极，另一侧的电极支架上均匀布置第一电极；高压发生模块在电极上施加高电压，产生高强度电场，电场内空气分子被电离在电极间运动，整个电场的空气往后方移动产生前进推力，加速导管内外的空气速度差在导管上形成了额外的推进力，使得船体向前运动。本发明的增强型离子推进器比普通离子推进器具有更大的推进力，且相对于传统空气螺旋桨噪音极低，适合浅水航道航行。

25、(2)本发明的船舶平台航行能力比现有的船舶平台有较大地提升，适配的船型在低速时具有更低的阻力，更大的内部容积有利于船舶平台的装载能力。

26、(3)本发明通过粒子群算法确定最小船舶阻力，进而得到最佳纵向进流角和去流角，快速获取最优的船舶参数，减少传统设计方法的设计周期以及对船舶设计者经验的依赖。

27、(4)本发明由高压发生模块控制增强型离子推进器接通的数量及需要的电极电压，满足船舶不同航速所需的推力，且优先接通并提高尾部第一级增强型离子推进器的电极间电压，提高推进效率。

技术特征：

1.一种增强型离子推进船舶平台，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述增强型离子推进器(3)包括加速导管(31)，所述加速导管(31)内部安装有两组支架，每组支架包含两个电极支架(32)，沿船舶平台前进方向一侧的电极支架(32)上均匀布置第一电极(31)，另一侧的电极支架(32)上均匀布置第二电极(33)。

3.根据权利要求2所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述第一电极(31)为片状，所述第二电极(33)为尖形。

4.根据权利要求2所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述加速导管(31)为naca机翼截面的环形管。

5.根据权利要求3所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述多个增强型离子推进器(3)通过连接杆(35)串联，所述连接杆(35)沿圆周方向均匀分布。

6.根据权利要求5所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述增强型离子推进器(3)接通的数量及需要的电极电压通过以下方式确定：

7.根据权利要求1所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述船体(1)外形具有纵流线特性。

8.根据权利要求7所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，纵流线特性的船体最小船舶阻力的确定方法为：

9.根据权利要求1所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述船体(1)中间部分的横剖面为底部带有圆弧过渡的梯形截面。

10.根据权利要求1所述的增强型离子推进船舶平台，其特征在于，所述方向舵(2)为平衡舵。

技术总结
本发明公开一种增强型离子推进船舶平台，包括船体、方向舵、增强型离子推进器、高压发生模块，多个增强型离子推进器沿推进方向通过连接杆同轴串联后，安装在所述船体尾部甲板上；增强型离子推进器包括加速导管，加速导管内部安装有两组支架，每组支架包含两个电极支架，靠近连接杆一侧的电极支架上均匀布置片状的第一电极，另一侧的电极支架上均匀布置尖形的第二电极。通过控制增强型离子推进器接通的数量及需要的电极电压，满足船舶不同航速所需的推力；通过粒子群算法确定最小船舶阻力，得到最佳纵向进流角和去流角，实现低速船舶平台的高效运行。本发明结构简单，经济、轻便、易于推广，适用于各类水面低速运行系统。

技术研发人员：刘可峰,吴政运,张代雨,凌宏杰
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15