一种船舶减摇多孔材料水舱的制作方法

本实用新型属于船舶减摇技术领域，尤其涉及一种船舶减摇多孔材料水舱。

背景技术：

船舶在航行或停泊时，由于受到风浪和水流等因素的影响，会使船舶产生各种摇荡，这种摇荡运动一般称之为横摇、纵摇、首摇、横荡、纵荡、垂荡（或升沉），其中以横摇最为剧烈影响最大。剧烈的摇荡对船舶的安全性、适航性、设备的使用和寿命、载物的稳固和乘员的舒适性都产生很大的影响。为了船舶的航行安全和提高舒适度，迫切需要减小船舶的摇荡，人类从帆船时代的舭龙骨开始，都在寻求船舶减摇的方法，通过不懈的努力，研发了许多不同类型的船舶减横摇的技术和装置。目前应用的主要有舭龙骨、移动重物、减摇鳍、减摇水舱、减摇陀螺、舵减摇等常用减摇装置。

上述的减摇装置各有其利弊。舭龙骨是从帆船时代到目前应用最广泛、最简单的减摇装置，它是安装在船体的舭部并突出船体外，通过增加横摇阻尼的方法达到减摇目的。最显著缺点是减摇力矩较小效果一般，同时还增加船舶航行阻力，一般情况下现代减摇技术是除去舭龙骨以外的减摇技术装置。

移动重物减摇技术是通过重物的移动来改变船体重心位置达到减摇目的，其显著缺点是减摇最大力矩固定，且几吨到上百吨的重物频繁移动需要消耗较大的能量，所以目前使用的很少，一般作为在舵操作比较急的情况下进行辅助减摇，以保证船舶的平稳性。

减摇鳍减摇技术是通过控制系统和液压系统来控制驱动剖面为机翼型片状的鳍，使伸出船体舷外的鳍改变角度，在水流的作用下产生减摇力矩达到减摇目的。是一种目前最常用的减摇效果最好的技术。但是该技术装置结构复杂、价格较高，经常维修保养，并且消耗动力能量和控制系统较复杂。最显著的缺点是零航速和低航速时，没有或只有较低的减摇效果，在船舶航速较高时由于面积较大的鳍对航行阻力也有所增加。风浪越大，摇摆力矩越大，航行阻力也越大，用于减摇消耗的动力能源也越多，并且噪音也增大。近年来研发的用于零航速或停泊状态下的减摇鳍，也需要动力和控制驱动系统，并且增加了运动部件的磨损。

减摇水舱减摇技术是当船舶横摇倾斜时，使船体内的水箱中的水产生往复运动并振荡，该振荡滞后于波浪振荡180度相位角，水所产生的减摇力矩与波浪力矩方向相反，达到减摇目的。优点是减摇效果与航速无关，即使停泊时也有较好的减摇效果，并且维护简单、成本低、可靠性高。减摇水舱分为被动式、可控被动式和主动式，其最大缺点是被动式在较低的横摇周期下增摇，可控被动式需要控制系统来操纵水泵或气阀用于控制水舱内的水流量，主动式需要控制系统和水泵在短时间内大量转移两舱内的水，消耗了大量动力能量和增加维护成本。目前可控被动式减摇水舱减摇技术发展前景较好，但为了获得较大的减摇力矩需要较大的船内空间。

减摇陀螺减摇技术是利用高速旋转的陀螺仪具有反抗改变其转动轴在空间的方向的能力作为减摇力矩的减摇装置。优点是减摇效果好，缺点是结构复杂、价格昂贵、维护成本高、消耗动力能量，并且产生的减摇力矩较小，目前只能应用在小型船舶上。

舵减摇技术是利用操舵高频运动时，产生的减横摇力矩达到减横摇目的。优点是不需要另一减摇装置，也能达到一定的减摇效果。缺点是低航速时减摇效果较差，另外需要专门的高速操纵设备。

通过对舭龙骨、移动重物、减摇鳍、减摇水舱、减摇陀螺、舵减摇的性能特点进行分析比较，目前可知以上几种减摇技术在功能上具有一定的局限性，其缺点是除了减摇效果较差的舭龙骨减摇技术、减摇效果一般的被动式减摇水舱以外，其他的减摇效果较好的减摇装置存在共同的较复杂的检测预报控制系统、减摇力矩越大消耗动力能量越大的驱动系统、复杂的执行机构和较高的造价以及较高的维护成本。另外，因为横摇对船舶的安全性和适航性影响最大，所以现在单一的减摇技术只是注重减小横摇的幅度，对影响较小的纵摇和垂荡（升沉）基本采取忽略的态度。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的不足和缺点，提供的一种船舶减摇多孔材料水舱，具有减横摇的同时兼顾减小纵摇幅度并抑制垂荡效果。

本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱，包括船体舷侧外板和水舱，在两侧船体舷侧外板的下部均设有水舱，水舱高度沿船体舷侧外板上下布置、宽度沿船体横向布置、长度沿船体纵向布置；在水舱外壁的上部横向均布着气孔、下部横向均布着水孔。

作为本实用新型的进一步改进，在水舱内均固定有多孔材料，多孔材料的上半部分位于船外水面以上、下半部分位于船外水面以下，并使水舱内的多孔材料水中部分的孔穴所含的水量达到饱和状态。

作为本实用新型的进一步改进，多孔材料具有吸水性和透气性。

作为本实用新型的进一步改进，多孔材料为具有吸水性和透气性的海绵。

作为本实用新型的进一步改进，所述的多孔材料的高度在船舶摇摆角度最大时，多孔材料在水中的部分不完全离开水面,在水面以上的部分不完全沉入水里。

作为本实用新型的进一步改进，在两侧的船体舷侧外板上间隔设有一个以上的水舱。

作为本实用新型的进一步改进，水舱与船体舷侧外板的固定方式为镶嵌式。

作为本实用新型的进一步改进，所述的水舱是将带有气孔和水孔的盖板安装于船体舷侧外板上的凹槽组成。

作为本实用新型的进一步改进，水舱与船体舷侧外板的固定方式为外挂式。

作为本实用新型的进一步改进，所述的水舱为独立腔体，对称外挂固定在船体舷侧外板上。

本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱，水舱内置于具有吸水性和透气性的多孔材料，利用其孔穴中所含的空气，下沉到水中所产生的浮力和孔穴中所含的水离开水面产生的重力，共同作为船舶减横摇所需的力；根据固定在船体两舷舷侧外板的多孔材料水舱中的水位，与船外之水的平均水位之间的变化，检测船舶摇摆角度，并自主提供减摇所需的力，该力随摇摆角度增大而增大。其具有结构合理、运行成本低、运动部件免维护、停泊和全航速减摇效果一样、具有减横摇的同时兼顾减小纵摇幅度并抑制垂荡（升沉）的效果；同时，具有无需动力、没有复杂的成本和较高的驱动系统、没有较多运动部件，免维护的执行机构、无噪音、与航速无关等优点。

附图说明

图1为本实用新型装置的镶嵌式多孔材料水舱横向剖面示意图；

图2为本实用新型装置的镶嵌式多孔材料水舱纵向示意图；

图3为本实用新型装置的外挂式多孔材料水舱横向剖面示意图；

图4为本实用新型装置的外挂式多孔材料水舱纵向示意图；

图5为本实用新型方法的船舶横向静止状态示意图；

图6为本实用新型方法的船舶横向顺时针旋转运动示意图；

图7为本实用新型方法的船舶纵向顺时针旋转运动示意图；

图8为本实用新型方法的船舶垂荡上升运动示意图；

图9为本实用新型实施例的镶嵌式多孔材料水舱俯视剖面示意图；

图10为本实用新型实施例的外挂式多孔材料水舱固定在船侧俯视剖面示意图；

图11为本实用新型实施例的外挂式多孔材料水舱固定在船尾俯视剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图1～10对本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱，做进一步说明。

实施例1

本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱，包括船体舷侧外板1和水舱3，其船体舷侧外板1的下部均设有水舱3，水舱3高度沿船体舷侧外板上下布置、宽度沿船体横向布置、长度沿船体纵向布置；水舱3内均固定安置着多孔材料2，水舱3外壁的上部均布着气孔5、下部均布着水孔6。所述的多孔材料为具有吸水性和透气性的海绵。水舱3是将带有气孔5和水孔6的盖板7镶嵌在船体舷侧外板1上的凹槽8组成，如图1、图2所示，由于受到船体内部空间的限制，多孔材料体积受到限制，所以多孔材料提供的减摇力比外挂式小，但对航行阻力影响不大。处于工作状态时该多孔材料水舱气孔5在水面4以上、水孔6在水面4以下。凹槽8可以是通体式，也可是间隔对称的设置于船体舷侧外板1的外侧。

如图9所示，采用镶嵌式多孔材料水舱。通过设计制造或对原有旧船进行改造，在船体舷侧外板上以吃水线为中心线形成凹槽，将多孔材料放置在凹槽里，用带有气孔和水孔的盖板7固定在凹槽口处，并与舷侧外板其他面持平。凹槽高度应满足在船舶横摇摇摆角度最大时，凹槽不完全下降到吃水线以下和不完全离开吃水线。凹槽的宽度和长度应尽量增加，长度沿船体纵向可以整条或分段设置，以船体排水量和内部设施所用空间为主加以权衡。本例适用于以航速和减横摇为主的中小型舰船上。

实施例2

本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱，包括船体舷侧外板1和水舱3，其船体舷侧外板1的下部均设有水舱3，水舱3高度沿船体舷侧外板上下布置、宽度沿船体横向布置、长度沿船体纵向布置；水舱3内均固定安置着多孔材料2，水舱3外壁的上部均布着气孔5、下部均布着水孔6。多孔材料为具有吸水性和透气性的海绵。所述的水舱3为独立腔体，对称外挂固定在船体舷侧外板1上。如图3和图4所示，水舱3舱体单独组合而成，气孔5和水孔6设置在水舱3上，并将多孔材料2安置在水舱内，形成独立的完整多孔材料水舱，并将该多孔材料水舱对称外挂固定在船体两舷舷侧外板上。由于不受船体内部空间限制，只是受到船体外形和航行阻力的限制，所以多孔材料提供的减摇力比镶嵌式大主减横摇的同时兼顾减纵摇和抑制垂荡。处于工作状态时该多孔材料水舱气孔5在水面4以上，水孔6在水面4以下。

如图10所示，采用外挂式多孔材料水舱。通过设计制造适应加装多孔材料水舱船型，或根据原有旧船吃水线外形尺寸的测量，进行设计制造独立的大型多孔材料水舱，并外挂固定在船体左右两舷舷侧外板上。多孔材料水舱的高度应满足在船舶横摇摇摆角度最大时，不完全下降到吃水线以下和不完全离开吃水线，宽度不受船体限制，长度受船体长度限制。本例适用于以减横摇为主兼顾减纵摇和抑制垂荡的大中型舰船上和小型钓鱼船上，也适用于需要减摇的大型水上漂浮平台上。

实施例3

本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱，包括船体舷侧外板1和水舱3，其船体舷侧外板1的下部均设有水舱3，水舱3内均固定安置着多孔材料2，水舱3外壁的上部均布着气孔5、下部均布着水孔6。多孔材料为具有吸水性和透气性的海绵。水舱3与船体舷侧外板1的固定方式为外挂式。如图11所示，在不影响螺旋桨推力的情况下，外挂固定或悬挂在船体尾部左右两侧。根据原有旧船船尾外形尺寸的测量进行设计制造独立小型的多孔材料水舱，本例适用于以航速为主兼顾减横摇的小型快艇上

本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱，利用水舱内具有吸水性和透气性的多孔材料，其孔穴中所含的空气，下沉到水中所产生的浮力，和孔穴中所含的水离开水面产生的重力，共同作为船舶减横摇所需的力。根据固定在船体两舷舷侧外板的多孔材料水舱中的水位，与船外之水的平均水位之间的变化，检测船舶摇摆角度，并自主提供减摇所需的力，该力随摇摆角度增大而增大。应用在大型船舶或大型水上漂浮平台的大型多孔材料水舱，在主要减横摇的同时，兼顾减纵摇和抑制垂荡（升沉）。

本实用新型的一种船舶减摇多孔材料水舱的工作原理：是将具有吸水性和透气性的多孔材料安置在水舱内，和水舱组成多孔材料水舱，并且分别对称固定在船体左右两舷舷侧外板上。多孔材料水舱高度的上半部分位于船外之水水面4以上，下半部分位于船外之水水面4以下，并使水舱内的多孔材料水中部分的孔穴所含的水量达到饱和状态。当船舶受到外力产生摇摆时，根据固定在船体两舷舷侧外板的多孔材料水舱中的水位，与船外之水的平均水位之间的变化，利用水舱内多孔材料的吸排水阻力，适应于船舶摇摆周期，使多孔材料在水上部分孔穴中所含的空气，下沉到水中所产生的浮力，和在水中孔穴中所含水量上升到水面以上所产生的重力，共同作用在船体左右两舷舷侧外板上，抵消船舶摇摆时所受的外力或惯性力。达到船舶减摇的目的。

多孔材料水舱高度如图1和图3所示沿船体舷侧外板1上下布置，宽度沿船体横向布置，长度如图2和图4所示沿船体纵向布置。以镶嵌式多孔材料水舱（如图1所示）为例，当船舶在无外力的作用，如图5所示处于静止状态时，多孔材料水舱内的水位与船外之水水面4的平均水位相交于a点，此点称之为静止平衡点。a点基本位于多孔材料水舱高度的中心位置，并且水舱内的多孔材料水中部分的孔穴含水量达到饱和状态，使多孔材料水舱处于初始工作状态。

当船舶受到外力的作用下，产生横向顺时针旋转运动时（如图6所示），船体左舷舷侧外板上移并带动多孔材料水舱上移，静止平衡点a也上移，多孔材料水舱舱体与船外之水水面4的平均水位相交于b点，此点称之为左舷动态点。同时右舷上的多孔材料水舱静止平衡点a下移到水面4以下，多孔材料水舱舱体与船外之水水面4的平均水位相交于c点，此点称之为右舷动态点。此时利用水舱内多孔材料的吸排水阻力，在左舷的多孔材料水舱a点到b点间的高度，与多孔材料宽度和长度构成的体积内的孔穴中所含水产生的重力，和右舷的多孔材料水舱a点到c点间的高度，与多孔材料宽度和长度构成的体积内的孔穴中所含的空气，以及多孔材料体积的排水量所产生的浮力，共同作用在船体两舷舷侧外板上，用于抵消船舶横向顺时针旋转运动时所受的外力，使船舶复原到原始静止状态（如图5所示），达到船舶减横摇的目的。

同理，当船舶受到外力或惯性力的作用下，产生横向逆时针旋转运动时，左舷多孔材料水舱所产生的浮力和右舷多孔材料水舱所产生的重力，共同作用在船体两舷舷侧外板上，抵消船舶横向逆时针旋转运动时所受的外力或惯性力，达到船舶减横摇的目的。

以外挂式多孔材料水舱（如图4所示）为例，当船舶在外力的作用下，产生纵向顺时针旋转运动时（如图7所示的实线部分），外挂固定在船体舷侧外板上的多孔材料水舱的左半部分体积内孔穴中所含的水离开水面产生的重力，以及多孔材料水舱右半部分孔穴中所含的空气和多孔材料体积下沉到水中的排水量产生的浮力，共同作用在船体舷侧外板上，用于抵消船舶纵向顺时针旋转运动时所受的外力，使船舶复原到原始静止状态（如图7所示的虚线部分），达到船舶减纵摇的目的。

同理，当船舶受到外力或惯性力的作用下，产生纵向逆时针旋转运动时，多孔材料水舱左半部分所产生的浮力和右半部分所产生的重力，共同作用在舷舷侧外板上，抵消船舶纵向逆时针旋转运动时所受的外力或惯性力，达到船舶减纵摇的目的。

以外挂式多孔材料水舱（如图4所示）为例，当船舶在外力的作用下，产生整体向上运动时（如图8所示的实线部分），外挂固定在船体舷侧外板上的多孔材料水舱在水下的多孔材料体积内孔穴所含的水离开水面产生的重力，作用在船体舷侧外板上，抵消船舶整体向上运动时所受的外力，使船舶趋向于原始静止状态（如图8所示的虚线部分），达到抑制船舶垂荡的目的。

同理，当船舶在惯性力的作用下，产生整体向下运动时，多孔材料水舱产生的浮力，作用在船体舷侧外板上，抵消船舶整体向下运动时所受的外力或惯性力，使船舶趋向于原始静止状态，达到抑制船舶垂荡的目的。

多孔材料水舱内的多孔材料高度应为，如图6所示的a点到b点和a点到c点间距的总和。但由于受船舶的重载和空载的影响，以及使多孔材料在船舶横摇摇摆角度最大时，水上的部分不完全沉入水里，水下的部分不完全离开水面，能够提供持续的减摇所需的力，所以多孔材料高度应适度的增加。多孔材料水舱的宽度应考虑到船体内部空间的限制，以及航行阻力和船舶的用途，在条件的允许下尽量增加，宽度越宽减横摇力矩越大。多孔材料水舱的长度越长多孔材料体积越大减摇力越大，减纵摇和抑制垂荡力越大。

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