M型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置及控制方法与流程

m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置及控制方法
技术领域
1.本发明涉及高性能船舶减阻技术领域，尤其涉及一种m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置及控制方法。


背景技术：

2.随着我国经济快速发展，海上救护、海上快速运输、海洋环境探测任务不断增加，对高性能船舶的需求越来越迫切，m型高速艇则是一种组合船型，它由滑行艇、双体船和气垫船组成，充分利用了三种船型的优势，最大的发挥了气动力特性和流体动力，是一种最具有竞争力的新船型。然而，m型艇在高速航行中，由于主艇体喷溅流体作用于m型艇的气道内，导致阻力增加，从而影响船体性能，增大功耗，船体机动性下降。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有m型高速艇结构上存在的缺陷，提供一种m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置及控制方法。
4.本发明的技术解决方案：m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置，整体设置于m型高速艇底部表面的两个气道中间，其结构包括气孔、压力传感器、管道、总管和自动控制装置；所述气孔共分为3组，分别设置于m型高速艇的底部中央，及中后部位置的左右两侧；每组气孔分别通过管道连接总管，总管连接设置于机舱内部的自动控制装置；压力传感器分别安装在左右两组气孔的中间位置，及m型高速艇的尾部。
5.进一步的，所述气孔形状为圆形，其中m型高速艇中后部位置的左右两侧设置2排气孔，每排6个；m型高速艇底部中央设置4排气孔，每排3个，各气孔等间距平行设置，沿着艇体的流线走向分布；每排气孔分别由1根管道串联，互相并列的管道沿艇体底部统一汇总至总管；所述气孔的直径取值范围为0.1~1mm，根据体积傅汝德数选择最佳气孔直径：当0<<1.0时，最佳气孔直径为0.2mm；当1.0<<2.0时，最佳气孔直径为0.4mm；当2.0<<3.0时，最佳气孔直径为0.6mm；当>3.0时，最佳气孔直径为0.8mm。
6.进一步的，所述自动控制装置包括阀门、高压气瓶和计算机，组成一体安装在m型高速艇的机舱内；其中阀门同时连接总管和高压气瓶，并通过计算机进行控制。
7.进一步的，所述压力传感器为探针型，并通过线路连接自动控制装置中的计算机。
8.进一步的，该装置的控制方法具体包括如下步骤：1）m型高速艇开动后，压力传感器实时监测艇体表面的水动压力并传递至计算机进行数据分析；2）当压力传感器检测到的压力值达到1000~2000pa时，说明m型高速艇已经进入滑行状态，自动控制装置中的计算机控制阀门打开，高压气瓶通过总管和管道向外高压通气，从气孔处释放出大量的气泡，在艇体高速航行过程中产生压力差，将高速艇的主艇体抬出
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
17.本发明自动控制装置的设计思路和过程具体如下：1）获取流场信息；首先对现有的m型高速艇的水动力性能数值模拟，得到高速艇尾流场信息以及水相分布信息，主要是m型高速艇周围流体速度，艇体表面压力分布以及不同重心位置分布；2）气孔初步设计；根据步骤1）得到的流场信息，可知随着航速不断增加，从艇艏航速较大逐渐过渡到舷侧，水流在艇体周围的速度更加剧烈，艇尾处产生严重的涡流旋转；根据此现象在m型艇气道内部排列多个圆形气孔，喷射出空泡，将艇体进行抬升，从而减少艇体的浸湿面积；3）确定压力传感器的位置；初步确定气孔的形状，将压力传感器分布在气孔中间，能够及时监测艇体表面的水动压力，从而控制阀门开启，释放空泡。
18.4）自动控制装置的初步设计；根据步骤2）和步骤3）的设计，将每一个气孔连接到总管上，总管与高压气瓶相连接，压力传感器获得的压力值为输入条件，内部通过计算机控制软件，控制高压气瓶的开与关，阀门可以控制进入的气量和压力，实现自动控制。
19.如图1所示，本发明设置于m型高速艇的两个气道间中间和艇体表面，位于艇中线后的位置各安装一个压力传感器2，并设置多个气孔1，气孔1的位置沿着艇体的流线走向分布。压力传感器2的主要目的是监测艇体表面的水动压力，当压力值达到一定范围时，说明已经进入滑行状态，计算机7便控制高压气瓶6通过总管4和管道3向外高压通气，从气孔1处释放出大量的气泡，在艇体高速航行过程中就会产生压力差，由于下面的压强较大，就会产生一个向上的力，将高速艇的主艇体抬出水面，从而减小艇体水下面积，达到降低阻力的目的。气泡减阻的主要机理是在结构体和水体表面形成气膜，因为水的粘性系数是远远大于空气的粘性系数的，从而有效降低摩擦阻力；当气道内部进入高压气时，会在m型气道区域形成高压区，增加艇体抬升量的同时抑制水花的飞溅，避免液体掺混。减阻率随着流速和喷气压力的增大而增大，速度越大，减阻效果越好；在一定速度范围内，释放的气泡量越大，减阻效果越好，如图2(a)~2(c)所示。
20.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置，整体设置于m型高速艇底部表面的两个气道中间，其结构包括气孔（1）、压力传感器（2）、管道（3）、总管（4）和自动控制装置；其特征在于，所述气孔（1）共分为3组，分别设置于m型高速艇的底部中央，及中后部位置的左右两侧；每组气孔（1）分别通过管道（3）连接总管（4），总管（4）连接设置于机舱内部的自动控制装置；压力传感器（2）分别安装在左右两组气孔（1）的中间位置，及m型高速艇的尾部。2.根据权利要求1所述的m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置，其特征在于，所述气孔（1）形状为圆形，其中m型高速艇中后部位置的左右两侧设置2排气孔（1），每排6个；m型高速艇底部中央设置4排气孔（1），每排3个，各气孔（1）等间距平行设置，沿着艇体的流线走向分布；每排气孔（1）分别由1根管道（3）串联，互相并列的管道（3）沿艇体底部统一汇总至总管（4）。3.根据权利要求2所述的m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置，其特征在于，所述气孔（1）的直径取值范围为0.1~1mm，根据体积傅汝德数选择最佳气孔直径：当0<<1.0时，最佳气孔直径为0.2mm；当1.0<<2.0时，最佳气孔直径为0.4mm；当2.0<<3.0时，最佳气孔直径为0.6mm；当>3.0时，最佳气孔直径为0.8mm。4.根据权利要求1所述的m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置，其特征在于，所述自动控制装置包括阀门（5）、高压气瓶（6）和计算机（7），组成一体安装在m型高速艇的机舱内；其中阀门（5）同时连接总管（4）和高压气瓶（6），并通过计算机（7）进行控制。5.根据权利要求1所述的m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置，其特征在于，所述压力传感器（2）为探针型，并通过线路连接自动控制装置中的计算机（7）。6.如权利要求1所述的m型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置的控制方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：1）m型高速艇开动后，压力传感器（2）实时监测艇体表面的水动压力并传递至计算机（7）进行数据分析；2）当压力传感器（2）检测到的压力值达到1000~2000pa时，说明m型高速艇已经进入滑行状态，自动控制装置中的计算机（7）控制阀门（5）打开，高压气瓶（6）通过总管（4）和管道（3）向外高压通气，从气孔（1）处释放出大量的气泡，在艇体高速航行过程中产生压力差，将高速艇的主艇体抬出水面，从而减小艇体水下面积，达到降低阻力的目的；3）当m型高速艇减速，压力低于设定值时，自动控制装置中的计算机（7）控制阀门（5）关闭，气孔（1）停止产生气泡，将装置回收，直接与主艇体相连。

技术总结
本发明提出的是一种M型高速艇自适应高压充气减阻自动控制装置及控制方法，装置整体设置于M型高速艇底部表面的两个气道中间，其结构包括气孔、压力传感器、管道、总管和自动控制装置；所述气孔共分为3组，分别设置于M型高速艇的底部中央，及中后部位置的左右两侧；每组气孔分别通过管道连接总管，总管连接设置于机舱内部的自动控制装置；压力传感器分别安装在左右两组气孔的中间位置，及M型高速艇的尾部。本发明以压力传感器获得的压力值为输入条件，通过内部计算机软件控制高压气瓶的开与关，产生气泡降低高速艇航行过程中的摩擦阻力，通过控制阀门进入的气量和压力，实现充气减阻过程的自动化控制。的自动化控制。的自动化控制。


技术研发人员：凌宏杰 赵袁 王志东 姚震球 李俊 高飞
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2021.07.16
技术公布日：2021/9/3