1.本发明属于船舶转向装置，具体为一种可调节推力分布的船舶转向装置。
背景技术：
2.在近岸或内河航域中，水域较为狭窄，水深较浅，船舶的推进器通常安装在船舶艉部，船舶转向依靠调整船舶转向舵配合螺旋桨工作控制船舶转向，但此类转向方式在狭窄水域完成度低，往往使得船舶有较大的回转半径和回转周期，使得体型较大的船舶在狭窄水域转向成为困难。而且，由于水深问题，会使得螺旋桨产生空泡效应，降低螺旋桨推进效率，从而使得此类转向方法产生更高的无效能耗。同时，虽然大多数船舶船艏采用球鼻艏形状，保证了船舶结构强度，但在航行时依然会产生较大的兴波阻力，由于水线面较大而严重影响了船舶航行速度。
3.为了使船舶克服上述困难，目前所采用的技术有：采用螺旋桨侧推辅助转向，但此类装置只能将螺旋桨固定在船舶两侧，只产生单一的横向推力，对于船舶航行，不能作为推进动力使用，限制了船舶的回转性和快速性。将船舶设计为流线型船体，采用贯通船艏到船艉的隧道作为喷水推进系统，可以有效抑制兴波阻力的产生，但此类装置形成动力单一，在节能方面仍有待进一步改进。绞吸挖泥船，设计船身开口以减小水线面面积，降低了船舶湿表面积来降低船型阻力，但需要设置多元动力单元装置，能源消耗也较大。
技术实现要素：
4.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种适航性和安全性好、推进效率高、能耗较少的可调节推力分布的船舶转向装置。
5.技术方案：本发明所述的一种可调节推力分布的船舶转向装置，包括主船体、变形翼片体装置和三通导流管；主船体的侧面设置变形翼片体装置，艏部水线下设置三通导流管；三通导流管包括前段管道、左侧管道、右侧管道、对转驱动装置和三通转换接头，前段管道、左侧管道、右侧管道的交汇处设置三通转换接头，前段管道内设置对转驱动装置。三通导流管辅助转向，航行时通过动力发挥侧推作用，减少了船舶水线面面积，从而减小船舶的行驶阻力，在转向时工作表现良好，控制y形的三通导流管两侧出水量，出水量较大一侧产生推力较大，同时加大同侧片体与主船体的间距，可以有效减少船舶回转周期和回转半径，达到快速回转目的。
6.三通转换接头内设置挡片、舵机架三和舵机三，舵机三设置在舵机架内，挡片用于控制流向左侧管道、右侧管道的水流通断。舵机三的输出轴与挡片的转动轴同轴，且两者的转动角速度相等。挡片最大转动角为左侧管道的轴线与右侧管道的轴线形成的夹角。
7.进一步地，对转驱动装置包括对转螺旋桨、电机、电机架、输出轴、第一锥齿轮、从动轴和第二锥齿轮，对转螺旋桨与从动轴相连并伸出电机架，从动轴通过第一锥齿轮、第二锥齿轮与输出轴相连，第一锥齿轮与第二锥齿轮互相啮合，输出轴与电机相连。对转螺旋桨包括大小相等、螺距方向相反的桨叶，作推进动力使用时能够有效减少兴波阻力，提高船舶
推进效率，减少能耗。
8.为了增加船舶的可操纵性，变形翼片体装置包括左变形翼、右变形翼、左片体和右片体；左变形翼、右变形翼关于主船体对称分布；左变形翼上设置舵机架一，左片体上设置导流板一，导流板一通过舵杆一与舵盘一相连，舵盘一与舵机一相连，舵机一与舵机架一相连；右变形翼上设置舵机架二，右片体上设置导流板二，导流板二通过舵杆二与舵盘二相连，舵盘二与舵机二相连，舵机二与舵机架二相连。舵杆一与舵盘一同轴转动，舵杆二与舵盘二同轴转动，形成横向转动副。左片体上设置导管螺旋桨一，右片体上设置导管螺旋桨二。导管螺旋桨一与导管螺旋桨二的大小相等，螺距方向相反。左片体、右片体上的转动副，可有效减小因螺旋桨造成艉部的流场变化对主船体航行的不利影响。变形翼片体装置的横向可转动性，可以及时调整片体间距以保证船舶稳性，并在转向时调整两侧片体与主船体间距，达到回转目的。
9.进一步地，主船体艉部水线以下部分两舷船壳能够向内收缩形成片体回收舱，有利于减少船舶靠港靠岸时占用位置。
10.工作原理：
11.船舶直航时，三通转换接头内的挡片与y形的三通导流管轴线共面，水流由前段管道均分后，分别从左侧管道、右侧管道流出，在主船体两侧形成对称推力，减少了船舶航行时的兴波阻力，并为船舶提供了行进推力，不影响船舶航向。同时左片体和右片体距主船体中纵剖面距离相等，艉部的导管螺旋桨一和导管螺旋桨二转速相同，此时船舶艉部产生的推力对称，船舶直航效率提高。
12.船舶朝左急速转向时，三通转换接头内的挡片完全关闭左侧管道，水流到达此处，由于挡片作用，仅从右侧管道流出，在主船体的艏部右侧形成推力，左侧不产生，此时主船体的艏部拥有左转向的能力。同时调节艉部左片体、右片体相对船舶中纵剖面的距离，增大右片体相对主船体的距离，减小左片体相对主船体的距离，并适当增加右片体上导管螺旋桨二转速，减小左片体上导管螺旋桨一的转速，此时主船体的船艉扭矩增大，船艉拥有向右转向的能力。通过上述调节推力分布的工作，船舶向左转向能力增加。
13.船舶朝右急速转向时，三通转换接头内的挡片完全关闭右侧管道，来流到达此处，由于挡片作用，水流仅从左侧管道流出，在主船体的艏部左侧形成推力，右侧不产生，此时主船体的艏部拥有右转向的能力。同时调节艉部左片体、右片体相对船舶中纵剖面的距离，增大左片体相对主船体的距离，减小右片体相对主船体的距离，并适当增加导管螺旋桨一的转速，减小导管螺旋桨二的转速，此时船艉扭矩较大，船艉拥有向左转向的能力。通过上述调节推力分布的工作，船舶向右转向能力增加。
14.船舶无需急速转向时，挡片也无需全部关闭，转向角度小时，可适当进行微调，同时艉部左片体、右片体的间距无需过大调整。
15.安装方法：三通导流管安装在主船体的艏部水线以下，前段管道穿透主船体艏部船壳，轴心与主船体中纵剖面共面，并与主甲板平行，左侧管道、右侧管道穿透主船体两舷船壳，轴心与主甲板平行。右侧管道内安装对转螺旋桨，两片桨叶同轴安装在电机架上，从动轴上安装第二锥齿轮，电机架内安装电机，电机的输出轴上安装第一锥齿轮，与第二锥齿轮啮合。三通导流管交汇处安装可调节挡片，管外设舵机架三，其内安装舵机三，舵机三轴与挡片旋转轴同轴固定约束。主船体两侧对称安装左片体、右片体，艉部安装螺距相等的导
管螺旋桨一、导管螺旋桨二。左片体、右片体上方的结构相同，以左片体为例：左片体中部设置一固定安装的流线型导流板一，插入舵杆一，舵杆一下端与左片体纵向方向中部的导流板一固定安装，上端设置为舵盘一。主船体艉部主甲板向两舷延伸，形成左变形翼，左变形翼设置舵机架一，并在其内安装舵机一，舵机一轴上固定安装舵盘一。舵盘一与舵杆一的上端固定约束安装，主船体艉部水线以下两舷设置片体回收舱。
16.有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
17.1、适航性和安全性好，兴波阻力小，推进效率高，能耗较少，推力分布能够进行调节；
18.2、采用三通导流管，既有侧推作用，航行时又可作为推进动力使用，在转向时工作表现良好；
19.3、艏部的开放性和前段管道内前端安装的对转螺旋桨，作推进动力使用时可有效减少兴波阻力，提高船舶推进效率，减少能耗；
20.4、左片体、右片体上的转动副，可有效减小因螺旋桨造成艉部的流场变化对主船体航行的不利影响；
21.5、船舶在极端水域也能有良好的工作表现，变形翼片体装置能够增加船舶的可操纵性；
22.6、主船体艉部水线以下部分两舷船壳能够向内收缩形成片体回收舱，有利于减少船舶靠港靠岸时占用位置。
附图说明
23.图1是本发明的立体图；
24.图2是本发明的左视图；
25.图3是本发明的主视图；
26.图4是本发明变形翼片体装置2的结构示意图；
27.图5是本发明三通导流管3的结构示意图；
28.图6是本发明对转驱动装置34的立体图；
29.图7是本发明对转驱动装置34的剖视图；
30.图8是本发明舵机架三37处的立体图；
31.图9是本发明舵机架三37处的爆炸图；
32.图10是本发明挡片36的第一种工作状态图；
33.图11是本发明挡片36的第二种工作状态图；
34.图12是本发明左片体23、右片体24的第一种工作状态图；
35.图13是本发明挡片36的第三种工作状态图；
36.图14是本发明左片体23、右片体24的第二种工作状态图。
具体实施方式
37.如图1～2，可调节推力分布的船舶转向装置的主船体1的船艉设有变形翼片体装置2，艏部水线下设有三通导流管3。主船体1的艉部水线以下部分，两舷船壳向内收缩形成片体回收舱。y形的三通导流管3的三条管道的轴心与主船体1中的纵剖面共面垂直，且平行
于主船体1的主甲板。变形翼片体装置2的安装位置可根据实际使用情况进行安装。船舶无需调整推力时或未处于工作状态时各装置在主船体1的布置位置呈对称结构。
38.如图3～4，变形翼片体装置2包括左变形翼21、右变形翼22、左片体23和右片体24，左变形翼21、右变形翼22关于主船体1对称分布，左变形翼21上设有舵机架一25，左片体23上固定安装有导流板一26，导流板一26通过舵杆一27与舵盘一28固定连接，舵盘一28与舵机一29同轴固定连接，舵机一29与舵机架一25固定连接；右变形翼22上设有舵机架二，右片体24上固定安装有导流板二，导流板二通过舵杆二与舵盘二同轴固定连接，舵盘二与舵机二固定连接，舵机二同轴固定安装在舵机架二内。舵杆一27与舵盘一28同轴转动，舵杆二与舵盘二同轴转动，同角速度安装，形成横向转动副。舵盘一28上的四个孔为舵杆一27与舵盘一28的固定约束安装孔。左片体23艉部安装导管螺旋桨一210，右片体24艉部安装导管螺旋桨二。导管螺旋桨一210与导管螺旋桨二的大小相等，螺距方向相反，桨叶转速可调，形成差速转动或等速转动。左片体23、右片体24上方的装置结构相同。左变形翼21与主船体1的艉部主甲板左舷固定且平行连接，右变形翼22与主船体1的艉部主甲板右舷固定且平行连接。
39.如图5，y形的三通导流管3包括前段管道31、左侧管道32、右侧管道33、对转驱动装置34和三通转换接头35，前段管道31、左侧管道32、右侧管道33的交汇处设置三通转换接头35，前段管道31内设置对转驱动装置34。三通导流管3辅助转向，航行时通过动力发挥侧推作用，在转向时工作表现良好。前段管道31的轴心与主船体1的中纵剖面共面。前段管道31穿透主船体1的艏部船壳，左侧管道32穿透主船体1的左舷船壳，右侧管道33穿透主船体1的右舷船壳。
40.如图6～9，三通转换接头35内设有用于控制流向左侧管道32、右侧管道33的水流通断的挡片36，三通转换接头35内还设有舵机架三37和舵机三38，舵机三38设置在舵机架内。舵机三38的输出轴344与挡片36的转动轴同轴，且两者的转动角速度相等。挡片36最大转动角为左侧管道32的轴线与右侧管道33的轴线形成的夹角。
41.对转驱动装置34包括对转螺旋桨341、电机342、电机架343、输出轴344、第一锥齿轮345、从动轴346和第二锥齿轮347，对转螺旋桨341与从动轴346相连并伸出电机架343，从动轴346通过第一锥齿轮345、第二锥齿轮347与输出轴344相连，第一锥齿轮345与第二锥齿轮347互相啮合，输出轴344与电机342相连。对转螺旋桨341包括大小相等、螺距方向相反的桨叶，作推进动力使用时能够有效减少兴波阻力，提高船舶推进效率，减少能耗。对转螺旋桨341的转动轴与前段管道31的轴心为同轴心关系。
42.如图10，船舶直航时，三通转换接头35内的挡片36与y形的三通导流管3轴线共面，水流由前段管道31均分后，分别从左侧管道32、右侧管道33流出，在主船体1两侧形成对称推力，减少了船舶航行时的兴波阻力，并为船舶提供了行进推力，不影响船舶航向。同时左片体23和右片体24距主船体1中纵剖面距离相等，如图3所示，艉部的导管螺旋桨一210和导管螺旋桨二转速相同，此时船舶艉部产生的推力对称，船舶直航效率提高。
43.如图11～12，船舶朝左急速转向时，三通转换接头35内的挡片36完全关闭左侧管道32，水流到达此处，由于挡片36作用，仅从右侧管道33流出，在主船体1的艏部右侧形成推力，左侧不产生，此时主船体1的艏部拥有左转向的能力。同时调节艉部左片体23、右片体24相对船舶中纵剖面的距离，增大右片体24相对主船体1的距离，减小左片体23相对主船体1的距离，并适当增加右片体24上导管螺旋桨二转速，减小左片体23上导管螺旋桨一210的转
速，此时主船体1的船艉扭矩增大，船艉拥有向右转向的能力。通过上述调节推力分布的工作，船舶向左转向能力增加。
44.如图13～14，船舶朝右急速转向时，三通转换接头35内的挡片36完全关闭右侧管道33，来流到达此处，由于挡片36作用，水流仅从左侧管道32流出，在主船体1的艏部左侧形成推力，右侧不产生，此时主船体1的艏部拥有右转向的能力。同时调节艉部左片体23、右片体24相对船舶中纵剖面的距离，增大左片体23相对主船体1的距离，减小右片体24相对主船体1的距离，并适当增加导管螺旋桨一210的转速，减小导管螺旋桨二的转速，此时船艉扭矩较大，船艉拥有向左转向的能力。通过上述调节推力分布的工作，船舶向右转向能力增加。
45.船舶无需急速转向时，挡片36无需全部关闭，转向角度小时，可适当进行微调，同时艉部左片体23、右片体24的间距无需过大调整。