本發(fā)明涉及一種船舶制造行業(yè)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，具體是指一種適用于船舶等水上或水下航行的船舶抗翻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

船舶指的是：舉凡利用水的浮力，依靠人力、風(fēng)帆、發(fā)動機(jī)（如蒸氣機(jī)、燃?xì)鉁u輪、柴油引擎、核子動力機(jī)組）等動力，牽、拉、推、劃、或推動螺旋槳、高壓噴嘴，使能在水上移動的交通運(yùn)輸工具。另外，民用船一般稱為船（古稱舳艫）、輪（船）、舫，軍用船稱為艦（古稱艨艟，排水量500噸以上）、艇（排水量500噸以下），小型船稱為舢舨、艇、筏或舟，其總稱為艦船、船舶或船艇。船是重要的水上交通工具。在石器時代就出現(xiàn)了最早的船——獨(dú)木舟（把一根圓木中間挖空）。然后，出現(xiàn)了有槳和帆的船。后來又出現(xiàn)了用蒸汽或柴油發(fā)動機(jī)提供動力的船。今天人們用太陽能和噴氣式發(fā)動機(jī)作為船的動力，航行的速度令人吃驚，最高時速已經(jīng)可以達(dá)到500千米以上了。

船舶在航行過程中，由于水面情況復(fù)雜多變，一不小心就會出現(xiàn)側(cè)翻的風(fēng)險。目前傳統(tǒng)的船舶結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，為了防止翻船，需要一個能夠使船回復(fù)到原平衡位置的力矩，即“復(fù)原力矩”。復(fù)原力矩只有在船體呈現(xiàn)橫搖、縱搖、垂蕩三個方向的運(yùn)動狀態(tài)時才會產(chǎn)生，而翻船與船體橫搖有最為直接的關(guān)系。在這里我們著重分析船體橫搖方向的復(fù)原力矩。以船體順時針向右傾斜θ度為例——這時船體右側(cè)浸水中的體積相對左側(cè)變大，即浮力作用的中心位置（浮心）移向船體右側(cè)，而船的重心并不隨著船體傾斜發(fā)生變化。這樣，船體就出現(xiàn)一個由重心出發(fā)豎直向下、大小等于排水量的重力，同時出現(xiàn)一個由已移向船體右側(cè)的浮心出發(fā)豎直向上、與排水量相等的浮力。由于這時船體的重力與浮力不在同一直線上，所以就會產(chǎn)生一個逆時針方向的、使傾斜船體回復(fù)到原有狀態(tài)的力矩，這就是“復(fù)原力矩”。重力與浮力所在直線之間的距離叫做“穩(wěn)性力臂”，用“GZ”表示。縱軸取GZ、橫軸取船身傾斜角度所構(gòu)成的曲線，叫做“穩(wěn)性曲線”。當(dāng)這個曲線變?yōu)樨?fù)數(shù)時，就會發(fā)生翻船。

復(fù)原力矩的判定方法：在船體傾斜的狀態(tài)下，由船體的浮力出發(fā)豎直向上的浮力作用線與船體中心線的交點(diǎn)叫做“穩(wěn)心”。在穩(wěn)心比重心高的情況下，復(fù)原力矩為正值，這時即使船體傾斜也會回復(fù)到原平衡位置；反之，如果穩(wěn)心比重心低，復(fù)原力矩為負(fù)數(shù)，則會發(fā)生翻船。重心到穩(wěn)心的距離叫低復(fù)原做“穩(wěn)心高度”，用“GM”來表示。置于波浪中，船體總要發(fā)生搖蕩運(yùn)動。具體而言，它會出現(xiàn)六個“自由度”的運(yùn)動。其中，有三種運(yùn)動屬于直線運(yùn)動：一是“垂蕩”，即上下方向的運(yùn)動；二是“橫蕩”，即左右方向的運(yùn)動；三是“縱蕩”，即前后方向的運(yùn)動。另外，還有三種屬于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：一是“縱搖”，即以船體中央作為中心的船首與船尾的上下運(yùn)動；二是“橫搖”，以船體的中心線為軸的橫向搖擺；三是“艏搖”，即船首與船尾的橫向左右搖擺。

雖然船舶設(shè)計師通過上述方法對船舶進(jìn)行了科學(xué)且精密的設(shè)計，但是在現(xiàn)實(shí)中，翻船事故率仍然頗高。比如2015年6月1日21時30分，隸屬于重慶東方輪船公司的東方之星輪，在從南京駛往重慶途中突然遇到罕見的強(qiáng)對流天氣，在長江中游湖北監(jiān)利水域發(fā)生側(cè)翻沉沒。沉船事件發(fā)生后，交通運(yùn)輸部門、解放軍、武警部隊(duì)和公安干警、沿江省市等調(diào)集動員了大批專業(yè)搜救人員、解放軍、武警和消防官兵以及沿江地區(qū)群眾，采取空中巡航、水面搜救、水下搜救、進(jìn)艙搜救和全流域搜救相結(jié)合的方式，在事發(fā)地及下游水域開展全方位、立體式、拉網(wǎng)式搜尋。截至2015年6月13日，經(jīng)有關(guān)各方反復(fù)核實(shí)、逐一確認(rèn)，“東方之星”號客輪上共有454人，其中成功獲救12人，遇難442人。2015年12月30日，長江沉船事故調(diào)查報告公布，經(jīng)國務(wù)院調(diào)查組調(diào)查認(rèn)定，“東方之星”號客輪翻沉事件是一起由突發(fā)罕見的強(qiáng)對流天氣（颮線伴有下?lián)舯┝鳎淼膹?qiáng)風(fēng)暴雨襲擊導(dǎo)致的特別重大災(zāi)難性事件。另外國外類似的翻船事件也常有發(fā)生。

綜合上述背景內(nèi)容，可見船舶遇到復(fù)雜水域或突發(fā)性天氣等狀況時，抗翻能力仍然急需改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種在復(fù)雜水域或突發(fā)性天氣等狀況能更好的防止翻船的船舶抗翻結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種船舶抗翻結(jié)構(gòu)，它包括主框架、前倉和后倉，所述的主框架內(nèi)為船舶的主倉，所述的前倉通過伸縮式萬向節(jié)與主框架的前端相連接，所述的后倉通過伸縮式萬向節(jié)與主框架的后端相連接，所述的主框架的外周通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接有一個可圍繞主框架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的外殼；所述的主框架與外殼之間設(shè)置有用于防止外物進(jìn)入的旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述的前倉與水體相接觸的部分均為流線型結(jié)構(gòu)，所述的前倉與主框架之間設(shè)有通道，所述的前倉上設(shè)有觀察窗、進(jìn)出氣口、人員及物料進(jìn)出口、動力輸出及導(dǎo)向連接頭。

作為優(yōu)選，所述的后倉與水體相接觸的部分均為流線型結(jié)構(gòu)，所述的后倉與主框架之間設(shè)有通道，所述的后倉上設(shè)有觀察窗、進(jìn)出氣口、人員及物料進(jìn)出口、動力輸出及導(dǎo)向連接頭。

作為優(yōu)選，它還包括動力裝置，所述的動力裝置與主框架、前倉或后倉中的任意一個相連。

作為優(yōu)選，所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)輪、導(dǎo)軌和防脫與制動裝置；所述的導(dǎo)輪上設(shè)有用于卡在導(dǎo)軌上的環(huán)形槽，所述的導(dǎo)輪和導(dǎo)軌分別設(shè)置在主框架和外殼上，所述的導(dǎo)輪和導(dǎo)軌之間設(shè)置有防脫與制動裝置。

作為優(yōu)選，所述的主框架的截面為環(huán)型、半環(huán)型或多邊型結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述的外殼上開設(shè)有玻璃窗，所述的玻璃窗在船舶處于平穩(wěn)狀態(tài)時可以打開。

作為優(yōu)選，所述的伸縮式萬向節(jié)的伸縮長度范圍為0.2到0.6米。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的導(dǎo)輪可以在導(dǎo)軌上橫向偏移。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明是一種新的船舶的外殼與內(nèi)部框架固定的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有效解決了船舶在惡劣天氣下和急轉(zhuǎn)彎時無法正常行駛、遇大風(fēng)大浪或操作失誤以及失去動力、無法掌控任意漂泊等等情況下造成的側(cè)翻、下沉等等問題，以及外殼受損面積少于50%依然可繼續(xù)航行和漂泊，同時采用本專利結(jié)構(gòu)的軍用船舶可在復(fù)雜環(huán)境下全天候執(zhí)行任務(wù)。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種在復(fù)雜水域或突發(fā)性天氣等狀況能更好的防止翻船的船舶抗翻結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中船舶抗翻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意簡圖。

圖2是本發(fā)明中船舶抗翻結(jié)構(gòu)的外殼與主框架之間的截面示意圖。

圖3是本發(fā)明中船舶抗翻結(jié)構(gòu)的主框架為其他形狀時與外殼之間的截面示意簡圖。

圖4是本發(fā)明中船舶抗翻結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的放大示意簡圖。

如圖所示：1、主框架，2、前倉，3、后倉，4、伸縮式萬向節(jié)，5、動力裝置，6、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，601、導(dǎo)輪，602、導(dǎo)軌，603、防脫與制動裝置，7、外殼，8、旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

結(jié)合附圖1到附圖4，一種船舶抗翻結(jié)構(gòu)，它包括主框架1、前倉2和后倉3，所述的主框架1內(nèi)為船舶的主倉，所述的前倉2通過伸縮式萬向節(jié)4與主框架1的前端相連接，所述的后倉3通過伸縮式萬向節(jié)4與主框架1的后端相連接，所述的主框架1的外周通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6連接有一個可圍繞主框架1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的外殼7；所述的主框架1與外殼7之間設(shè)置有用于防止外物進(jìn)入的旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)8。

作為優(yōu)選，所述的前倉2與水體相接觸的部分均為流線型結(jié)構(gòu)，所述的前倉2與主框架1之間設(shè)有通道，所述的前倉2上設(shè)有觀察窗、進(jìn)出氣口、人員及物料進(jìn)出口、動力輸出及導(dǎo)向連接頭。

作為優(yōu)選，所述的后倉3與水體相接觸的部分均為流線型結(jié)構(gòu)，所述的后倉3與主框架1之間設(shè)有通道，所述的后倉3上設(shè)有觀察窗、進(jìn)出氣口、人員及物料進(jìn)出口、動力輸出及導(dǎo)向連接頭。

作為優(yōu)選，它還包括動力裝置5，所述的動力裝置5與主框架1、前倉2或后倉3中的任意一個相連。

作為優(yōu)選，所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6包括導(dǎo)輪601、導(dǎo)軌602和防脫與制動裝置603；所述的導(dǎo)輪601上設(shè)有用于卡在導(dǎo)軌602上的環(huán)形槽，所述的導(dǎo)輪601和導(dǎo)軌602分別設(shè)置在主框架1和外殼7上，所述的導(dǎo)輪601和導(dǎo)軌602之間設(shè)置有防脫與制動裝置603。

作為優(yōu)選，所述的主框架1的截面為環(huán)型、半環(huán)型或多邊型結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述的外殼7上開設(shè)有玻璃窗，所述的玻璃窗在船舶處于平穩(wěn)狀態(tài)時可以打開。

作為優(yōu)選，所述的伸縮式萬向節(jié)4的伸縮長度范圍為0.2到0.6米。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的導(dǎo)輪601可以在導(dǎo)軌602上橫向偏移。

目前各種結(jié)構(gòu)的船舶一旦遇到強(qiáng)大的風(fēng)浪或急轉(zhuǎn)彎時無法保持平穩(wěn)，都有側(cè)翻下沉的可能，由于船舶的外殼與內(nèi)部為整體固定結(jié)構(gòu)，若外殼抵抗不了風(fēng)浪的沖擊或急轉(zhuǎn)彎造成的強(qiáng)大離心力，勢必造成整個船舶的側(cè)翻下沉，國內(nèi)外由此發(fā)生的翻沉事故層出不窮。

本發(fā)明設(shè)計了種全新的船舶的外殼與內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，有效地抗擊了船舶的側(cè)翻下沉，只要外殼不發(fā)生大面積損壞，任何天氣情況下和急轉(zhuǎn)彎都可以正常行駛，即使失去動力，無人操控，在風(fēng)浪中漂泊也不會側(cè)翻下沉，若外殼同向水平面積破損少于50%,依然可保待航行或漂泊。本發(fā)明在具體實(shí)施時應(yīng)該注意如下設(shè)計要點(diǎn)：

1、船舶由外殼和艙內(nèi)框架設(shè)施兩部分組成。

2、外殼的外觀設(shè)計為長橢圓形和圓柱形以及多邊形，類似雞蛋和子彈頭形狀，前后左右以及周邊方向都呈拋物線狀和流線狀，各方向的外形構(gòu)造均能最大程度的減少水流、氣流的阻力，如前進(jìn)時，前方的水流、氣流能迅速流經(jīng)尾部，左、右、后方向的水流、氣流可迅速向殼體周邊擴(kuò)散流過，減少對外殼的沖擊力。

3、外殼內(nèi)壁縱向的前、中、后端的設(shè)計有導(dǎo)輪，前后呈曲線形，便于艙內(nèi)框架在導(dǎo)輪、導(dǎo)軌的引導(dǎo)下，作縱向搖擺運(yùn)動，橫向及圓周設(shè)計有導(dǎo)輪、導(dǎo)軌，便于圍繞框架作圓周運(yùn)動。

4、艙內(nèi)設(shè)施固定在一個特定的框架內(nèi)，重心在最低點(diǎn)，平衡點(diǎn)在中央，縱向平衡點(diǎn)在設(shè)定的位置，框架前后左右中多處設(shè)計有導(dǎo)輪、導(dǎo)軌以及鎖定裝置，艙內(nèi)設(shè)施重量在框架上，框架上的重量在導(dǎo)輪、導(dǎo)軌上，由于導(dǎo)輪、導(dǎo)軌與外殼處于動配合狀態(tài)，所以全部重量轉(zhuǎn)移到外殼內(nèi)壁。

5、艙內(nèi)框架上設(shè)有前后搖擺和左右作圓周運(yùn)動的制動裝置以及區(qū)間位置的調(diào)整裝置，保證停駛后的固定和特殊情況的要求。

6、外殼前、后倉固定在主框架上，并與殼體作動態(tài)密封，即殼體轉(zhuǎn)動時該兩部分不轉(zhuǎn)動，前后蓋設(shè)計有進(jìn)出氣口，人員、物料進(jìn)出口，動力輸出連接裝置。

7、本發(fā)明利用了物體平衡和重心下沉的條件及原理，用曲線外殼抗擊風(fēng)浪沖擊，用艙內(nèi)的導(dǎo)輪、導(dǎo)軌與外殼內(nèi)壁連接的方法，將外殼前后受到的風(fēng)浪沖擊轉(zhuǎn)換成外殼繞框架作縱向搖擺的運(yùn)動力，將橫向左右受到風(fēng)浪的沖擊力和急轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的離心力轉(zhuǎn)換成繞框架左或右旋轉(zhuǎn)的動力。前后左右風(fēng)浪沖擊力和離心力再大，也能夠保持艙內(nèi)框架及設(shè)施處于水平狀態(tài)，達(dá)到了船舶行駛平穩(wěn)，不側(cè)翻的目的。

本發(fā)明專利在具體實(shí)施時，要求所述的外殼7為閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而所述的主框架1可以是任何結(jié)構(gòu)，比如采用附圖2中的半環(huán)形結(jié)構(gòu)，即主框架1的上半部分是開放的，但是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6是與外殼7是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。或者采用如附圖3中示意的結(jié)構(gòu)，主框架1采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)船體結(jié)構(gòu)，這樣可以適用于對現(xiàn)有的船體進(jìn)行改造。關(guān)于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的結(jié)構(gòu)，可以參照附圖4，即導(dǎo)輪601的凹槽寬度大于導(dǎo)軌603的外徑，使導(dǎo)輪601可以在導(dǎo)軌603上除了沿導(dǎo)軌的引導(dǎo)方向運(yùn)動外還可以進(jìn)行橫向的偏移，前后偏移時通過防脫與制動裝置603來防止導(dǎo)輪601脫軌，所述的防脫與制動裝置603為帶有伸縮性的制動鉗，防脫與制動裝置603的一端與導(dǎo)軌603固定連接，另一端與導(dǎo)輪601活動相抵。

以上對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此?？偠灾绻绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。