CN101137536A - 排水型船舶的船艏布置 - Google Patents

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Abstract

一种排水型船舶的船艏配置，其中船艏由位于船舶的船中标记(2)前方的船体部分组成，并且其中船舶具有绕其中心线(CL)横向对称的船体形状以及位于其设计水线(Tdwl)以下的基本为常规的船艏形状，其特征在于：船舶的船艏型线(1)相对于船舶的长度方向从位于设计水线(Tdwl)或稍稍位于设计水线上方的临界点(B)处大体向后转向。

Description

排水型船舶的船艏布置
技术领域
本发明涉及一种排水型船舶船艏的新型设计。更具体地说，本发明涉及一种独立权利要求1的前序部分所公开的配置。
背景技术
自从开始在北海开发石油，所有从事海运操作的船只的特点都是将它们的驾驶室和带有设备的上层建筑紧紧设置在前甲板后方，并一直向上延伸到防撞舱壁。大型载货甲板或工作甲板设置在上层建筑和驾驶室后部。这种配置是19世纪50年代在英国大陆架使用的第一代平台补给船遗留下来的，并且现在仍占据支配地位。
当这些船舶停运时或者由于天气处于等待状态(返回)时，它们通常使它们的艏部逆风转动并进入到波浪中。
船艏设计为一直到设计水线是倾斜的船艏或者直线型船艏，倾斜的船艏或者包括球鼻艏和倾斜船艏(其中球鼻艏设计为船体的凸出部)的设计方案主要位于水线以下，以改善波浪系统和阻力。
上述常规船艏形状的典型负面效果是它们将入射波浪反射程度过大(波形造成能量损失)，它们严重遭受到船体侧的波浪的撞击，从而产生大量喷射并且海水出现在上层建筑前方的甲板上。
当这种类型的船艏形状遭遇入射波浪时，水下体积(下文中称为“正面体积”)快速增大，浮力也快速增大，阻力变的非常大。这些效果随着波高的增大以及船舶进入波向速度的增大而增强。
将上层建筑和设置在露天甲板上的驾驶室紧紧设置在防撞舱壁后方的并具有上述船形的船舶特别容易遭受恶劣天气的破坏。
这些船舶在海洋中的最大速度主要由水线长度、船艏的入水角、船艏的向外倾斜的肋骨型线斜率以及螺旋桨(或多个螺旋桨)所能提供的推力来确定。静水中典型的最大速度是13-16节，它们在逆浪中通常具有大约3到5节的速度损失。逆浪中的速度损失是反射波所导致的能量损失的直接后果，其导致船舶减速。
在前行过程中，特别是在逆浪前行过程中，以及在后退/等待过程中，使船侧后半部向前的船员将体验到较大的加速和减速。这种运动降低了他们休息时间的质量，并对他们的工作能力产生负面影响。减少的休息时间以及艰难的工作条件将增大事故和受伤的风险。
发明内容
为了消除现有技术的上述缺点，本发明提供了一种由权利要求1的特征部分所公开的配置。
本发明的优选实施例将在从属权利要求中示出。
本发明船艏的设计欲使排水型船体的最大速度可达到大约24节，并使上层建筑的向前舱壁优选设置在船中之前。这种新型船艏形状将主要用于从事海运操作的船只，例如工程船舶、铺管船、平台补给船、锚作拖船、潜水工作船等等。
船艏设计为绕船舶的中心线(CL)横向对称。船体的肋骨型线从基线(BL)起宽度增大。底部是平的或者具有船底升高，并以给定舭半径并入舭部。从舭部到给定高度，肋骨型线稍稍向外倾斜。在前甲板的高度上，向外的倾斜型线终止并向后朝着中心线以弯曲线条形式向上行进。
根据本发明，已经开发了新型的船艏形状，其减小或者消除了已知船艏形状的负面效果。船艏设计为具有细长的水线，使得正面体积的浸入花费相当长的时间，这意味着船舶切入波浪中，并且波浪包围船艏形状并向外到达船侧。由此，随着时间过去，浮力分散开，阻力大大减小。这种方案减小了波浪的反射，它消除了波浪对船舶侧部和底部的拍击，与标准船艏形状相比，逆浪中速度损失减小大约1节，船艏线条具有这种外型，即其设计为防止波浪冲抵过高。由于内部体积改进的分布方式以及船艏更为细长的入水线，俯仰和抬升运动将减小。
该实施例中的船体向上运行/延伸到露天甲板上。在露天甲板上，船艏型线优选向前弯曲以形成防浪板形式的障碍物。这意味着形成封闭空间，其向上延伸到露天甲板。由此在较大波浪情况下，容许波浪缓慢爬升到露天甲板上。
船艏的新型设计将会产生下述积极效果：
●较低的加速和减速，提供在海洋中行进时更高的平均速度，由此降低能量需求以及燃油消耗。
●减少或者消除甲板上的海水的量。
2005年2月由Marintek/SINTEF实施的模型实验证实了船艏的新型设计的积极效果。
除了上述提到的优点外，新型船艏设计将导致：
●恶劣天气对船艏损害的较小概率，这是由于波浪反射的减小。
●消除恶劣天气对上层建筑的前舱壁的损害的可能性。
●在以下方面改善了船舶上的工作环境：
加速和减速，由此改善了航行中的安全性，并提供较高的可操作性，特别是在逆浪航行中。
Figure A20068000760700062
减小了噪音和振动，这是由于缓和的运动方式以及减小了波浪对船体的冲击，由此增大了舒适性并改善了安全性能，这是以高效利用船员的休息和工作时间为目的。
●保护通常设置在前甲板上的锚泊设备。
●面板和加强构件的更为简单和牢固的结构，这是由于双曲面的较大斜率。
●面板和加强构件上的载荷减小，这是由于消除了船侧外倾。
●向上一直到船桥甲板的平滑船艏，这降低了结冰的风险。保护了通常暴露于风、天气和冰的所有甲板设备。
●向上一直到船桥甲板的平滑船艏，实现了除冰设备的更为简单的安装。
附图说明
下面，将参照附图更为详细的描述根据本发明的配置的非限定性实施例，其中：
图1是船艏型线轮廓的侧视图。
图2是选取的船艏肋骨型线的前视图。
图3显示了船艏的水线。
图4是主要从下面看去的船壳的透视图，具有根据本发明设计的船艏。
图5是主要从侧部看去的图4中的船壳的基本形状的另一透视图。
图6是主要从侧部看去的图4中的船壳的又一透视图。
具体实施方式
在下面的说明及权利要求中，除非特别说明，所有关于方向的说明都是以船舶处在三维坐标系统中为基础加以解释的，其中船舶的长度方向、宽度方向和高度方向分别对应于坐标系统的x轴线、y轴线和z轴线，其中x轴线和y轴线位于水平面内，而z轴线位于垂直平面内。此外，船舶向前的方向对应于正x方向。
从船舶的船中标记2开始示出的该新型船艏具有细长和特别的船艏形状。图1显示了船舶的船艏型线1，其从基线3上的点A处开始，接着以逐渐增大的曲率上升，同时在长度方向(x方向)上向前绘制到稍位于设计水线Tdwl之上的点B。从点B开始，船艏型线1进一步上升，但是采用逐渐减小的曲率并向后(沿负x方向)直到抵达点C。在点C处，船艏型线优选向前弯曲，并终止形成为防浪板5的顶部。
船艏的肋骨型线设计为绕船舶的中心线(CL)横向对称。图2显示了船壳的肋骨型线10、20、30、40、50，它们起始于点D1、D2、D3、D4和D5，并从中心线CL起基本垂直前行，以及从CL起在宽度方向上(y方向)增大。肋骨型线10、20、30、40、50分别并入具有给定舭半径的舭部G1、G2、G3、G4、G5。从该舭部开始并向上到达点E1、E2、E3、E4、E5，在该图中所示的实施例中，肋骨型线10、20、30、40、50相对于中心线CL以角度a2＝11度、a3＝19度、a4＝38度以及a5＝30度分别向外倾斜。在点E1、E2、E3、E4、E5处，向外倾斜的肋骨型线终止，并以弯曲肋骨型线的形式向上前行，或者是返回到中心线CL的点F1、F2、F3，或者采用非常平缓的曲线进一步朝着中心线向上前到达点F4和F5。从该图中，还可看出船舶的底部在零交叉点7处是平坦的。
图3显示了位于xy平面(长度/宽度方向)内的水线/入水角，在这幅图所示实施例中入水角是20.3度，对应于减小或增大的细长度，入水角相对于中心线CL在设计水线Tdwl上优选在16和25度之间。
图4、5和6以不同角度显示了根据本发明的图示实施例的船艏，所述船艏优选设有防浪板。
下文的表格显示了水线、细长度以及对应不同范围的水线长度的船体高度之间的优选比值，其中水线Lwl单位是米并且是在给定吃水Tdwl上的值，船体宽度Bwl是在零交叉点以及在给定吃水Tdwl上测量的值。
Lwl 60-90 90-120 120-150 150-180 180-210 210-
Bwl/Tdwl 2 3 3.5 3.5 4 5
Lwl/Bwl 3 4.5 5 5.5 6 10
Lwl/Tdwl 5 13 17 20 22 23
Htdwl/Bwl 0.5 0.8 0.7 0.55 0.45 5
Lwl/Htdwl 2 5.5 7.5 10.5 13.5 15
对于给定水线长度的范围Lwl，上述比值的使用产生了更为细长的入水型线、增大的水线长度以及仅稍稍向外倾斜的船体或者肋骨型线(较小的船侧外倾)。
在本申请中使用的缩写，特别是上面的表格中使用的，具有下面的定义：
Tdwl：吃水(位于设计水线)
Bwl：在给定吃水Tdwl处测量的宽度
Lwl：在给定吃水Tdwl处测量水线长度；换句话说就是浸入体积的总长度。
Htdwl：从Tdwl向上到达防浪板顶部所测量的船体高度。
对于所述和描述的示例性实施例，可以指定Tdwl＝6米，Lwl＝81.1米，Bwl＝18.5米，并且Htdwl＝14.8米。防浪板5优选具有1米的垂直高度，使得从Tdwl到临界点再到防浪板测量的高度是13.8米。

Claims (14)

1.一种排水型船舶的船艏配置，其中船艏由位于船舶的船中标记(2)前方的船体部分组成，并且其中船舶具有绕其中心线(CL)横向对称的船体形状以及位于其设计水线(Tdwl)以下的基本为常规的船艏形状，其特征在于：船舶的船艏型线(1)相对于船舶的长度方向(负x方向)从位于设计水线(Tdwl)上或稍稍位于设计水线上方的临界点(B)处大体向后转向。
2.如权利要求1所述的配置，其特征在于：从船舶基线(3)的下部点(A)开始的船艏型线(1)上升，并具有沿船舶向前的方向基本增大的曲率，直到临界点(B)，从临界点(B)开始的船艏型线(1)继续上升，但是采用基本减小的曲率并沿着船舶向后的方向，船艏型线选择性的被一个或多个平直部分间断，一直到上部点(C)。
3.如权利要求2所述的配置，其特征在于：防浪板(5)从上部点(C)开始向外延伸，船艏型线(1)在所述点(C)处急剧向前弯曲并终止于防浪板(5)的预部。
4.如上述权利要求任一项所述的配置，其特征在于：相对于船舶的高度方向，位于船艏并位于设计水线(Tdwl)以上的船舶展开角在9-45度的范围内。
5.如上述权利要求任一项所述的配置，其特征在于：相对于船舶的高度方向，位于临界点(B)和上部点(C)之间的船舶的船艏角从位于临界点(B)处的0度增大到位于上部点(C)处的55度。
6.如上述权利要求任一项所述的配置，其特征在于：相对于中心线(CL)，位于设计水线(Tdwl)上以及位于与水平面(xy平面)重合的平面内的船艏的入水角在16-25度的范围内。
7.如上述权利要求任一项所述的配置，其特征在于：船艏的肋骨型线(10、20、30、40、50)设计为绕中心线(CL)横向对称，并分别从第一点(D1、D2、D3、D4、D5)开始，从CL起基本垂直前行并从中心线(CL)起在宽度方向上(y方向)增大，随后肋骨型线(10、20、30、40、50)分别并入具有给定舭半径的舭部(G1、G2、G3、G4、G5)，从该舭部开始并向上到达第二点(E1、E2、E3、E4、E5)，肋骨型线(10、20、30、40、50)向外倾斜，并且在点(E1、E2、E3、E4、E5)处，向外倾斜的肋骨线型终止并分别以弯曲肋骨线型的形式向上前行，返回到位于第三点(F1、F2、F3)处的中心线(CL)，并持续以非常平缓的曲线朝着中心线CL向上到达第三点(F4、F5)。
8.如权利要求3-7任一项所述的配置，其特征在于：对应60-90米范围内的水线长度(Lwl)的下述比值是：Bwl/Tdwl＝2、Lwl/Bwl＝3、Lwl/Tdwl＝5、Htdwl/Bwl＝0.5以及Lwl/Htdwl＝2。
9.如权利要求3-7任一项所述的配置，其特征在于：对应90-120米范围内的水线长度(Lwl)的下述比值是：Bwl/Tdwl＝3、Lwl/Bwl＝4.5、Lwl/Tdwl＝13、Htdwl/Bwl＝0.8以及Lwl/Htdwl＝5.5。
10.如权利要求3-7任一项所述的配置，其特征在于：对应120-150米范围内的水线长度(Lwl)的下述比值是：Bwl/Tdwl＝3.5、Lwl/Bwl＝5、Lwl/Tdwl＝17、Htdwl/Bwl＝0.7以及Lwl/Htdwl＝7.5。
11.如权利要求3-7任一项所述的配置，其特征在于：对应150-180米范围内的水线长度(Lwl)的下述比值是：Bwl/Tdwl＝3.5、Lwl/Bwl＝5.5、Lwl/Tdwl＝20、Htdwl/Bwl＝0.55以及Lwl/Htdwl＝10.5。
12.如权利要求3-7任一项所述的配置，其特征在于：对应180-210米范围内的水线长度(Lwl)的下述比值是：Bwl/Tdwl＝4、Lwl/Bwl＝6、Lwl/Tdwl＝22、Htdwl/Bwl＝0.45以及Lwl/Htdwl＝13.5。
13.如权利要求3-7任一项所述的配置，其特征在于：对应大于210米的水线长度(Lwl)的下述比值是：Bwl/Tdwl＝5、Lwl/Bwl＝10、Lwl/Tdwl＝23、Htdwl/Bwl＝5以及Lwl/Htdwl＝15。
14.一种附图所示的配置。
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