踏海如履平地的“黑科技”——減搖鰭

暈船，在很久很久以來，都是人與大海間不可調(diào)節(jié)的“孽緣”。

但隨著人類社會的不斷發(fā)展，對海洋資源的需求不斷擴大，我們對海洋生活的要求也越來越高，甚至遠洋旅游也將成為發(fā)展最迅猛的一項內(nèi)容，所以許許多多的渡輪、客滾船、游輪、大型郵輪相應(yīng)而生，但在汪洋大海中如滄海一粟的人們，到底要如何將這份“孽緣”變成“蜜月”呢？

對，就是“減搖鰭”，人類利用仿生學(xué)，為船舶設(shè)計的一項獨特裝置，就如同現(xiàn)實世界里，魚鰭對魚兒在水中的作用一樣。

小伙伴們以為這樣就很厲害了嗎？

NONONO~

大家不妨腦補一下，減搖鰭除了防止人員在船上顛簸暈眩，這個平衡裝備還可以有更高更黑科技的應(yīng)用嗎？

我先放個小視頻，咱們繼續(xù)往下看↓↓↓

沒錯，眼尖的小伙伴一定猜出來了

這就是前段時間熱映的電視劇

《和平方舟》的片段

大家認為在如此復(fù)雜的環(huán)境中，在浩瀚的波濤中還能平穩(wěn)地進行外科手術(shù)操作，靠的是什么呢？當(dāng)然是讓船舶入海如履平地的“黑科技”減搖鰭了！

從小小的暈船，到大大的手術(shù)，這跨度可有點高喲。今天小編就帶大家來詳細了解一下這項對船舶至關(guān)重要的黑科技《減搖鰭》。

為此，我們非常有幸邀請到了——

中國船舶七〇四所下屬衡拓船舶：減搖裝置事業(yè)部副部長鄧啟亮老師、銷售一部銷售經(jīng)理俞政老師、質(zhì)量部部長羅德紅老師。

中國船舶廣船國際技術(shù)中心客船研發(fā)設(shè)計所研發(fā)室主管設(shè)計師巫振漢老師。

借由七〇四所與廣船國際一起合作為意大利船東打造的全球最大豪華客滾船，也標志著由我國設(shè)計建造的收放式減搖鰭已走向國際高端市場。今天就以此為切入點，請大神領(lǐng)講！

那我們先從小伙伴們出門旅游最關(guān)心的角度講起，請您為大家介紹一下什么是客滾船及它的用途吧。

廣船國際：顧名思義，客滾船的“客”指的是乘客；“滾”指的是滾裝，滾裝什么呢？比如各種汽車、箱貨卡車、掛車等一系列輪式車輛。結(jié)合起來講，客滾船就是可使所載貨物自由進出貨艙，并同時運載旅客的船只。通?？蜐L船的上層空間是乘客的居住艙，可以為船上游客提供住宿和娛樂服務(wù)；中下層空間主要用于裝運各類車輛的貨艙。

試想一下，您可以開著心愛的座駕去到各個沿海城市自駕游，又省去了長途跋涉的辛苦，這就是豪華客滾船致力于達到的效果。

那什么又是減搖鰭，為什么要有這個設(shè)計？

廣船國際：船舶在海上航行時，由于受到海浪、海風(fēng)及海流等復(fù)雜環(huán)境的擾動，船會產(chǎn)生劇烈搖晃，劇烈搖晃不但會減少船本身的壽命，還會極大的降低人們在航行過程中的舒適性，使人產(chǎn)生眩暈感等不適。

而為了改善航行中的舒適性，迫切需要減小船舶的搖蕩，所以減搖鰭應(yīng)運而生，它是人類從魚身上的鰭得到啟發(fā)，設(shè)計出的一種具有穩(wěn)定船舶搖擺的裝置。

減搖鰭是目前效果最好的減搖裝置，一般安裝于船中兩舷舭部，剖面為機翼形，又稱側(cè)舵，通過操縱機構(gòu)轉(zhuǎn)動減搖鰭，使水流在上產(chǎn)生作用力，形成阻尼力來減少船舶橫搖。

那么減搖鰭對客滾船有多重要？

廣船國際：現(xiàn)代的客滾船除了運載乘客的普通功能，還加入了大量豪華的娛樂功能，甚至絲毫不遜色于豪華游輪的娛樂配置。故爾確保乘客的絕對舒適就變得非常重要，在遇上較大風(fēng)浪的時候，減搖鰭將像機翼一樣展開，從而快速減小橫搖，保證船舶很快的恢復(fù)平穩(wěn)。

七〇四：早期，由于沒有安裝減搖鰭導(dǎo)致的客滾船海難事故時有發(fā)生，近年來，隨著安全意識的提升，客滾船將減搖鰭作為必備設(shè)備，安全性大大提高，同時可以抵御更大的風(fēng)浪，客滾船的營運時間也顯著提升，給廣大旅客帶來更多的安全、舒適、便利。

船舶在海上航行和工作的過程中，因橫搖、縱搖、橫蕩、縱蕩等各種搖擺最終會造成以下有害影響：

(1)降低船舶穩(wěn)定性，在極端不利海況下，甚至可能造成船舶失穩(wěn)后傾覆；

(2)增大航行阻力、降低航速、增大油耗、延誤航期等；

(3)儀器、設(shè)備、系統(tǒng)和機械運行條件惡化，甚至導(dǎo)致部分設(shè)備工作失常和損壞；

(4)造成貨物移動，碰撞損壞、甚至人員傷害等；

(5)船員和乘客居住生活條件惡化，造成身體不適和暈船等；

(6)對于軍用艦載船舶而言，搖蕩會影響飛機正常起飛、安全航行以及降落。

現(xiàn)在國際市場上有幾類減搖鰭？我國是否在這項技術(shù)上被卡過脖子？

廣船國際：國際市場上減搖鰭通?？煞譃槌Ｒ?guī)航速減搖鰭和全航速減搖鰭兩大類，其中按鰭的形式又可分為不可收式、可收式。如果從驅(qū)動方式來分還可以分為液壓驅(qū)動式、電驅(qū)動式兩種。

我國造船及配套裝備起步較晚，特別在大型及超大型減搖鰭(單鰭面積17㎡以上，足足有一個房間這么大！可以配套排水量7萬噸以上的大船呢！)、全航速減搖鰭、電驅(qū)減搖鰭等方面存在一定差距；尤其在超大型減搖鰭、小型高品質(zhì)豪華游艇減搖鰭方面此前只能依賴進口；但經(jīng)過近年的不斷努力，以七〇四所為首的國內(nèi)專業(yè)研發(fā)機構(gòu)持續(xù)發(fā)力，逐一打破超大型減搖鰭、高品質(zhì)豪華游艇減搖鰭等方面的設(shè)計制造及品質(zhì)瓶頸，打破國外壟斷，實現(xiàn)自主可控。

現(xiàn)在我國自主設(shè)計研發(fā)的減搖鰭能否進入國際頂級領(lǐng)域？

七〇四：廣船國際承接建造的幾型歐洲船東訂造的豪華客滾船已采用了國產(chǎn)減搖鰭，這標志著我國自主設(shè)計研發(fā)的減搖鰭已達到國際頂級技術(shù)水平。七〇四所在減搖鰭研究方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，其技術(shù)已達到國際先進水平，打破了國外海洋設(shè)備巨頭在此領(lǐng)域的壟斷。

下方高能，專業(yè)術(shù)語較多喲！

七〇四：

創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用介紹：

(1)國內(nèi)首次采用新型后收式減搖鰭裝置收放及止動機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊簡單，相對于目前的收放止動機構(gòu)，重量減少35%；主要零部件采用標準產(chǎn)品，使采購成本減少50%。

(2)國內(nèi)首次采用鰭執(zhí)行機構(gòu)組合式支承結(jié)構(gòu), 采用向心關(guān)節(jié)軸承和雙列圓錐滾子軸承的組合支承方式，以鰭軸外支承段的軸徑為670mm傳統(tǒng)組合支承方式比較：本發(fā)明軸承外徑為760mm，滾動軸承外徑為1090mm，隨之十字頭箱尺寸可大幅減小，在其余尺寸參數(shù)均不變的情況下，重量可由傳統(tǒng)軸承的9816kg 減小到7862kg，降幅達20％，同時整個鰭執(zhí)行機構(gòu)也大幅降低。

(3)國內(nèi)首次采用十字頭本體異面相交處過度結(jié)構(gòu), 此結(jié)構(gòu)可增強十字頭本體的剛度，同時消除傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的嚴重應(yīng)力集中現(xiàn)象，整個零件的應(yīng)力分布更均勻，并可在適當(dāng)部位減小零件壁厚及孔口尺寸，能大幅度減小十字頭本體的重量，在總體上提高了零件的可靠性，從而節(jié)約制作成本。

(4)首創(chuàng)了襟翼魚尾鰭，采用魚尾型結(jié)構(gòu)，可有效增加翼型的升力系數(shù)，在不增加鰭重量和體積的條件下，以簡單的結(jié)構(gòu)大幅提升減搖鰭的能力，具有明顯的技術(shù)進步和經(jīng)濟效益。

注：(以上四項創(chuàng)新技術(shù)已得到對應(yīng)發(fā)明專利)

為世界最大豪華客滾船設(shè)計減搖鰭有哪些難點？

七〇四：

一、收放式減搖鰭裝置典型的機械結(jié)構(gòu)外形如下圖所示

收放式減搖鰭裝置典型的機械結(jié)構(gòu)外形

如果沿襲現(xiàn)行中、小型產(chǎn)品的設(shè)計，將使裝置體積過大，對材料的要求也過于苛刻，會直接導(dǎo)致制造成本過高、密封性以及剛度、可靠性不足等問題。故而我們?yōu)楸卷椖繑M采用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，研究出重量輕，剛度、強度均滿足要求的超大型減搖鰭裝置。

其中有四項核心技術(shù)：

1、超大型半封閉式承載結(jié)構(gòu)研究及設(shè)計：

高厚度的船用鋼板，將給采購、加工帶來一系列問題，因此，只有改進承載結(jié)構(gòu)，縮小上、下板的厚度，才能使超大型半封閉式承載結(jié)構(gòu)的加工、制造成為可能。故而我們擬采用有限元法，進行拓撲分析計算，設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、尺寸參數(shù)優(yōu)化、重量最小的承載結(jié)構(gòu)。

鰭箱有限元分析圖

2、超大型機械結(jié)構(gòu)在各種工況下的響應(yīng)分析：

計算機械結(jié)構(gòu)與承載結(jié)構(gòu)之間的相互耦合作用，并計算機械結(jié)構(gòu)在待機、生搖、減搖工況時的動態(tài)響應(yīng)性能。

3、機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與分析、仿真：

建立轉(zhuǎn)鰭機構(gòu)、收放鰭機構(gòu)、反饋機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計出參數(shù)適中的機構(gòu)。

執(zhí)行機構(gòu)分析圖

4、大型減搖鰭制造技術(shù)：

大型零部件的制造、裝配等工藝，是保障產(chǎn)品實現(xiàn)應(yīng)用化必不可少的研究內(nèi)容。在制造過程中，如何保證大尺寸零件滿足設(shè)計要求，將是生產(chǎn)超大型減搖鰭裝置的瓶頸，同時也是生產(chǎn)超大型減搖鰭裝置所必須解決的關(guān)鍵問題。

二、大功率液壓系統(tǒng)集成優(yōu)化與減震降噪技術(shù)

大型減搖鰭有單機功率大，維護難度大，設(shè)備噪聲高等特點，因此開展大功率液壓系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計，提高可維護性和維修性是必須的研究內(nèi)容，同時降低設(shè)備噪聲，也是提高用戶舒適性體驗的重要方面，是大型減搖鰭產(chǎn)品品質(zhì)的標志之一。

液壓機組三維圖

三、反楔形隨邊端部加圍板鰭型流體動力性能技術(shù)

新研究的鰭翼必須滿足超大型減搖鰭裝置新產(chǎn)品的需要，有較好的升力/阻力特性，有較好的工藝性，鰭翼與執(zhí)行機構(gòu)之間的連接安裝必須方便，與之相聯(lián)的承載結(jié)構(gòu)開口對船舶的航行阻力必須很小。

四、以提升大型船舶能效與舒適度優(yōu)化為目標的減搖鰭智能技術(shù)

研究減搖鰭多目標優(yōu)化智能控制算法，通過減搖裝置智能化提升，以智能分析決策系統(tǒng)，完成對任務(wù)最優(yōu)化路徑?jīng)Q策，實現(xiàn)減搖鰭工作在耗能最小的狀態(tài)，從而達到需要的舒適度。

減搖鰭還普遍應(yīng)用于什么船舶上，大型豪華郵輪是否也會用到？

七〇四：減搖裝置中屬減搖鰭的減搖效果最為突出，目前國內(nèi)外軍艦、巡邏船、科考船、救助船、客滾船及大型豪華郵輪均有安裝減搖鰭裝置。

我們以后的發(fā)展目標是什么？

七〇四：我們致力于發(fā)展成為國際一流減搖裝備供應(yīng)商，減搖鰭是船用高技術(shù)含量的復(fù)雜水下裝備，大型減搖鰭技術(shù)含量尤其高。在國際市場上該領(lǐng)域一直被國外供應(yīng)商占領(lǐng)，豪華客滾船是僅次于豪華游輪的舒適至上的高端裝備，與廣船國際有限公司簽訂了MOBY豪華客滾船減搖鰭設(shè)備合同，實現(xiàn)了豪華客滾船減搖鰭在國際市場上的重大突破，打開了豪華客滾船減搖鰭進入國際市場的大門。704所通過數(shù)字化、信息化設(shè)計、生產(chǎn)制造能力的打造，打造高品質(zhì)定制產(chǎn)品，為未來進入郵輪減搖鰭市場積極準備，目標是跨入國際主流減搖鰭供應(yīng)商行列。

對標國際公司現(xiàn)有最大減搖鰭型號，實現(xiàn)24㎡以下大型減搖鰭全型號國內(nèi)自主設(shè)計、生產(chǎn)配套能力；形成自主知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)鏈完全國產(chǎn)的大型郵輪、大型艦船用減搖鰭產(chǎn)品，可完全替代國外同類產(chǎn)品；達到國際先進水平，與意大利Fincantieri公司郵輪減搖鰭產(chǎn)品技術(shù)水平相當(dāng)。