CN103770902B - 双体船片体的设计方法及利用该方法制造的双体船 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涉及船舶设备技术领域的双体船片体的设计方法及利用该方法制造的双体船，该设计方法为：相对于双体船的船体沿船长方向的垂向中心平面对称设置两个独立片体；设定各独立片体在水平方向上围成的片体轮廓线由相连接的第一片体弧线和第二片体弧线构成且片体轮廓线呈梭形；设定片体轮廓线的两个尖端沿船长方向由前到后依次为片体艏端和片体艉端，用直线连接片体艏端和片体艉端构成片体艏艉连线；令第一片体弧线和第二片体弧线相对于片体艏艉连线非对称设置。本发明的双体船可作为科考船、无人艇和客运船等使用，该双体船能够在较低航速和较高航速下，保证单位排水摩擦阻力和单位排水剩余阻力均较小。

Description

双体船片体的设计方法及利用该方法制造的双体船

技术领域

本发明涉及船舶设备技术领域，特别是涉及一种双体船片体的设计方法及利用该方法制造的双体船。

背景技术

小水线面双体船是一种新概念船型，常规小水线面双体船包括驳船和固设于所述驳船下方的两个片体，如图1所示，所述片体51包括与所述驳船固定连接的支撑柱52和固设于所述支撑柱52下方的鱼雷状片体部分53，所述鱼雷状片体部分53承担主要的排水量。通过一些改进，常规小水线面双体船的鱼雷状片体部分的数量大于两个或支柱的数量大于两个。小水线面双体船的这种特殊的构造，使其与普通单体船和双体船相比具有较小的水线面-排水体积比例参数。常规小水线面双体船最大的优点是其具有很好的耐波性，保证了适航性和人员的舒适性。目前这种船型主要使用作客运船、巡逻艇、海洋科考船等，建造的数量和尺度都在不断增加。

目前，常规小水线面双体船设计的主要矛盾是：如果水下的片体部分太细长，单位排水摩擦阻力比较大；如果水下的片体部分太肥大，单位排水剩余阻力就会比较大。同时，目前出现的一些片体类似豌豆荚一样的小水线面双体船只是在一些特定航速下兴波阻力较优。

如何设计一种结构使常规小水线面双体船的单位排水摩擦阻力和单位排水剩余阻力均较小，且能够适用于在多种航速下航行是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双体船片体的设计方法及利用该方法制造的双体船，用于解决常规小水线面双体船的单位排水摩擦阻力和单位排水剩余阻力无法同时减小，无法适用于在多种航速下航行的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双体船片体的设计方法，该设计方法为：相对于双体船的船体沿船长方向的垂向中心平面对称设置两个独立片体；设定各所述独立片体在水平方向上围成的片体轮廓线由相连接的第一片体弧线和第二片体弧线构成且所述片体轮廓线呈梭形；设定所述片体轮廓线的两个尖端沿船长方向由前到后依次为片体艏端和片体艉端，用直线连接所述片体艏端和所述片体艉端构成片体艏艉连线；令所述第一片体弧线和所述第二片体弧线相对于所述片体艏艉连线非对称设置；令所述片体艏端至所述垂向中心平面的垂直距离大于对应的所述片体艉端至所述垂向中心平面的垂直距离。

优选地，设定所述独立片体在水平方向上围成面积最大的片体轮廓线所处的水平截面为片体平面；在所述片体平面上等间隔设置数条与所述垂向中心平面垂直的片体垂线，将所述片体平面上的所述第一片体弧线和所述第二片体弧线与每一根所述片体垂线的交点间连线的中点依次连接，所构成的曲线为片体中点连线；设定所述两个独立片体的片体中点连线相对于所述垂向中心平面对称设置，且其中一个片体中点连线呈S形。

进一步地，在所述独立片体的片体平面上设置与所述垂向中心平面平行的片体平行线；所述片体中点连线在任一点的切线为片体切线，所述片体切线与所述片体平行线之间的夹角为片体漂角，令所述片体漂角的取值范围为0°至1.8°。

优选地，各所述独立片体上设置支柱；设定各所述支柱在水平方向上围成的柱体轮廓线由相连接的第一柱体弧线和第二柱体弧线构成且所述柱体轮廓线呈梭形；设定所述柱体轮廓线的两个尖端沿船长方向由前到后依次为柱体艏端和柱体艉端，所述柱体艏端至所述垂向中心平面的垂直距离大于对应的所述柱体艉端至所述垂向中心平面的垂直距离，用直线连接所述柱体艏端和所述柱体艉端构成柱体艏艉连线。

进一步地，令所述第一柱体弧线和所述第二柱体弧线相对于所述柱体艏艉连线非对称设置。

进一步地，在所述柱体平面上等间隔设置数条与所述垂向中心平面垂直的柱体垂线，将所述柱体平面上的所述第一柱体弧线和第二柱体弧线与每一根柱体垂线的交点间连线的中点依次连接，所构成的曲线为柱体中点连线；设定所述两个支柱的柱体中点连线相对于所述垂向中心平面对称设置，且其中一个柱体中点连线呈S形。

更进一步地，在所述支柱的柱体平面上设置与所述垂向中心平面平行的柱体平行线，所述柱体中点连线在任一点的切线为柱体切线，所述柱体切线与所述柱体平行线之间的夹角为柱体漂角，令所述柱体漂角的取值范围为0°至1.8°。

本发明还涉及一种利用上述双体船片体的设计方法制造的双体船，该双体船包括船体，所述船体的底面与所述两个支柱的顶面固定连接，所述两个支柱的底面与对应的所述独立片体的顶面固定连接。

优选地，所述双体船的航行参数为其中：U为双体船航速，U的单位为m/s；g为重力加速度，g为9.8m/s²；l为双体船的船长，l的单位为m；

进一步地，所述Fn≤0.3或者Fn≥0.8。当Fn≤0.3或者Fn≥0.8时，本发明双体船的阻力性能明显优于常规小水线面双体船的阻力性能。

如上所述，本发明所述的双体船片体的设计方法及利用该方法制造的双体船，具有以下有益效果：

（1）本发明中各所述独立片体在水平方向上围成的片体轮廓线呈梭形，片体艏端和片体艉端均为较尖削，该梭形片体轮廓线由相连接且相对于所述片体艏艉连线非对称设置的第一片体弧线和第二片体弧线构成。非对称设置结构使每个独立片体两侧兴起的波浪高度不同，能够保证两个独立片体的外部兴起的波浪较小，内部的波浪能够很好地诱导卸载，这样，兴波阻力就减小了，本发明的双体船的单位排水剩余阻力也就减小了。所述独立片体的中间部分较为肥大，则单位湿表面积排水量较大，从而本发明的单位排水摩擦阻力较小。

（2）本发明中所述片体艏端至所述垂向中心平面的垂直距离大于对应的所述片体艉端至所述垂向中心平面的垂直距离，所述柱体艏端至所述垂向中心平面的垂直距离大于对应的所述柱体艉端至所述垂向中心平面的垂直距离，所以，两个片体艏端和两个柱体艏端均为外开结构，该结构使双体船在水中航行时能够把兴起的波浪尽量保持在两个独立片体和两个支柱的内部，两个独立片体和两个支柱的内部由片体艏端和柱体艏端兴起的波浪，经反射后分别与片体艉端和柱体艉端的波浪干扰相消，进而减小兴波阻力，则本发明的双体船的单位排水剩余阻力也就减小了。同时，由于兴起的波浪处于整个船体高度中较低的位置，使航行中增加的湿表面积较小，进而减小了本发明的双体船的单位排水摩擦阻力。

（3）本发明的双体船包括由上到下依次连接的船体、支柱和独立片体，该双体船可作为科考船、无人艇和客运船等使用，该双体船能够在较低航速和较高航速下，保证单位排水摩擦阻力和单位排水剩余阻力均较小，从而降低单位排水总阻力，减少燃油消耗，节约运营成本。

附图说明

图1显示为现有的常规小水线面双体船的两个片体的结构示意图。

图2显示为本发明的独立片体与支柱连接的结构示意图。

图3显示为本发明的图2的侧视结构示意图。

图4显示为本发明的图3沿A-A线的纵向示意图。

图5显示为本发明的图2的俯视结构示意图。

图6显示为本发明的图5的独立片体的结构示意图。

图7显示为本发明的图6的片体中点连线和片体平行线的示意图。

图8显示为本发明的图5的支柱的结构示意图。

图9显示为本发明的图8的柱体中点连线和柱体平行线的示意图。

图10显示为单位排水剩余阻力与航行参数的关系曲线图。

图11显示为单位排水摩擦阻力与航行参数的关系曲线图。

图12显示为单位排水总阻力与航行参数的关系曲线图。

附图标号说明

1 垂向中心平面

11 独立片体

21 第一片体弧线

22 第二片体弧线

31 片体艏端

32 片体艉端

41 片体中点连线

42 片体平行线

43 片体切线

61 支柱

71 第一柱体弧线

72 第二柱体弧线

81 柱体艏端

82 柱体艉端

91 柱体中点连线

92 柱体平行线

93 柱体切线

α 片体漂角

β 柱体漂角

51 片体

52 支撑柱

53 鱼雷状片体部分

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2、图5和图6所示，图2显示为本发明的独立片体与支柱连接的结构示意图，图5显示为本发明的图2的俯视结构示意图，图6显示为本发明的图5的独立片体的结构示意图，本实施例的双体船片体的设计方法为：相对于双体船的船体沿船长方向的垂向中心平面1对称设置两个独立片体11；设定各独立片体11在水平方向上围成的片体轮廓线由相连接的第一片体弧线21和第二片体弧线22构成且片体轮廓线呈梭形；设定片体轮廓线的两个尖端沿船长方向由前到后依次为片体艏端31和片体艉端32，用直线连接片体艏端31和片体艉端32构成片体艏艉连线；令第一片体弧线21和第二片体弧线22相对于片体艏艉连线非对称设置；令片体艏端31至垂向中心平面1的垂直距离大于对应的片体艉端32至垂向中心平面1的垂直距离。

本实施例中各独立片体11在水平方向上围成的片体轮廓线呈梭形，该梭形片体轮廓线由相连接且相对于片体艏艉连线为非对称设置的第一片体弧线21和第二片体弧线22构成。该非对称设置结构使每个独立片体11两侧兴起的波浪高度不同，能够保证两个独立片体11的外部兴起的波浪较小，同时两个独立片体11的内部兴起的波浪能够很好地诱导卸载，这样，兴波阻力就减小了，本实施例的双体船的单位排水剩余阻力也就减小了。梭形的片体轮廓线中间肥大且片体艏端和片体艉端均为较尖削的结构，中间肥大的结构的单位排水摩擦阻力较常规小水线面双体船的鱼雷状片体部分的单位排水摩擦阻力小，片体艏端和片体艉端均较为尖削的结构能够进一步有效减小单位排水剩余阻力。

本实施例中片体艏端31至垂向中心平面1的垂直距离大于对应的片体艉端32至垂向中心平面1的垂直距离，两个片体艏端31为外开结构，该外开结构使双体船在水中航行时能够把兴起的波浪尽量保持在两个独立片体11的内部，两个独立片体11的内部由片体艏端31兴起波浪，经反射后与片体艉端32的波浪干扰相消，进而减小兴波阻力，则本实施例的双体船的单位排水剩余阻力也就减小了。同时，由于兴起的波浪处于整个船体高度中较低的位置，使航行中增加的湿表面积较小，进而减小了本实施例的双体船的单位排水摩擦阻力。

如图2、图6和图7所示，图7显示为本发明的图6的片体中点连线和片体平行线的示意图。设定独立片体11在水平方向上围成面积最大的片体轮廓线所处的水平截面为片体平面；在片体平面上等间隔设置数条与垂向中心平面1垂直的片体垂线，将片体平面上的第一片体弧线21和第二片体弧线22与每一根片体垂线的交点间连线的中点依次连接，所构成的曲线为片体中点连线41；设定两个独立片体11的片体中点连线41相对于垂向中心平面1对称设置，且其中一个片体中点连线41呈S形。在独立片体11的片体平面上设置与垂向中心平面1平行的片体平行线42；片体中点连线41在任一点的切线为片体切线43，片体切线43与片体平行线42之间的夹角为片体漂角，令片体漂角的取值范围为0°至1.8°。

片体中点连线41为曲线，图7中位于垂向中心平面1下方的片体中点连线41呈S形，两个独立片体11的片体中点连线41相对于垂向中心平面1对称设置，图7中位于垂向中心平面1上方的片体中点连线41的形状是以垂向中心平面1为镜像面，相对S形镜像对称设置的形状。片体中点连线41的形状和小角度的片体漂角α均能够使兴起的波浪尽量保持在第一独立片体11和第二独立片体12的内部相消，起到减小第一独立片体11和第二独立片体12兴波阻力的目的。

如图2、图5和图8所示，图8显示为本发明的图5的支柱的结构示意图。各独立片体11上设置支柱61；设定各支柱61在水平方向上围成的柱体轮廓线由相连接的第一柱体弧线71和第二柱体弧线72构成且柱体轮廓线呈梭形；设定柱体轮廓线的两个尖端沿船长方向由前到后依次为柱体艏端81和柱体艉端82，柱体艏端81至垂向中心平面1的垂直距离大于对应的柱体艉端82至垂向中心平面1的垂直距离，用直线连接柱体艏端81和柱体艉端82构成柱体艏艉连线。

本实施例中各支柱61在水平方向上围成的柱体轮廓线呈梭形，该梭形柱体轮廓线由相连接且以相对于柱体艏艉连线为非对称设置的第一柱体弧线71和第二柱体弧线72构成。该非对称设置结构使每个支柱61两侧兴起的波浪高度不同，两个支柱61的外部的波浪较小，而两个支柱61内部的波浪可以相消，这样，兴波阻力就减小了，则本实施例的双体船的单位排水剩余阻力也就减小了。

本实施例中柱体艏端81至垂向中心平面1的垂直距离大于对应的柱体艉端82至垂向中心平面1的垂直距离，两个柱体艏端81均为外开结构，该外开结构使双体船在水中航行时能够把波浪保持在两个支柱61的内部，然后，两个支柱61的内部由柱体艏端81兴起的波浪，经反射后与柱体艉端82的波浪干扰相消，进而减小兴波阻力，本实施例的双体船的单位排水剩余阻力也就减小了。同时，由于兴起的波浪处于整个船体高度中较低的位置，使航行中增加的湿表面积较小，进而减小了本发明的双体船的单位排水摩擦阻力。

如图2、图5和图9所示，图9显示为本发明的图8的柱体中点连线和柱体平行线的示意图。设定支柱61在水平方向上围成面积最大的柱体轮廓线所处的水平截面为柱体平面；令第一柱体弧线71和第二柱体弧线72相对于柱体艏艉连线非对称设置。

在柱体平面上等间隔设置数条与垂向中心平面1垂直的柱体垂线，将柱体平面上的第一柱体弧线71和第二柱体弧线72与每一根柱体垂线的交点间连线的中点依次连接，所构成的曲线为柱体中点连线91；设定两个支柱61的柱体中点连线91相对于垂向中心平面1对称设置，且其中一个柱体中点连线91呈S形。在支柱61的柱体平面上设置与垂向中心平面1平行的柱体平行线92，柱体中点连线91在任一点的切线为柱体切线93，柱体切线93与柱体平行线92之间的夹角为柱体漂角，令柱体漂角的取值范围为0°至1.8°。

柱体中点连线91为曲线，图9中位于垂向中心平面1下方的片体中点连线41呈S形，两个支柱61的柱体中点连线91相对于垂向中心平面1对称设置，图9中位于垂向中心平面1上方的柱体中点连线91的形状是以垂向中心平面1为镜像面，相对S形镜像对称设置的形状。柱体中点连线91的形状和小角度的柱体漂角β均能够使兴起的波浪尽量保持在第一支柱61和第二支柱62的内部相消，起到减小第一支柱61和第二支柱62兴起的波浪的单位排水摩擦阻力和单位排水剩余阻力的目的。

如图2至图4所示，图3显示为本发明的图2的侧视结构示意图，图4显示为本发明的图3沿A-A线的纵向示意图。本发明还涉及一种利用上述双体船片体的设计方法制造的双体船，双体船包括船体，船体的底面与两个支柱61的顶面固定连接，两个支柱61的底面与对应的独立片体11的顶面固定连接。

双体船的航行参数为其中：U为双体船航速，U的单位为m/s；g为重力加速度，g为9.8m/s²；l为双体船的船长，l的单位为m；且当Fn≤0.3或者Fn≥0.8时，本实施例双体船的阻力性能明显优于常规小水线面双体船的阻力性能。

这样，双体船的阻力性能，就不用考虑由于双体船的船长变化、比例缩放等因素而引起的航速不统一，也便于模型实验和实船换算。

如图10至图12所示，图10显示为单位排水剩余阻力与航行参数的关系曲线图，图11显示为单位排水摩擦阻力与航行参数的关系曲线图，图12显示为单位排水总阻力与航行参数的关系曲线图。

单位排水剩余阻力的单位为无量纲，单位排水剩余阻力为排水剩余阻力除以排水量，其中，排水剩余阻力的单位为N；排水量为船舶重量乘以重力加速度，船舶重量的单位为kg，重力加速度为9.8m/s²。

单位排水摩擦阻力的单位为无量纲，单位排水摩擦阻力为排水摩擦阻力除以排水量，其中，排水摩擦阻力的单位为N；排水量为船舶重量乘以重力加速度，船舶重量的单位为kg，重力加速度为9.8m/s²。

单位排水总阻力的单位为无量纲，单位排水总阻力为排水总阻力除以排水量，其中，排水总阻力的单位为N；排水量为船舶重量乘以重力加速度，船舶重量的单位为kg，重力加速度为9.8m/s²。

当Fn=0.3时，相对于常规小水线面双体船，本发明的双体船的单位排水剩余阻力降低40.8%，单位排水摩擦阻力降低2.3%，单位排水总阻力降低32.64%；当Fn=1.4时，相对于常规小水线面双体船，本发明的双体船单位排水剩余阻力降低39.6%，单位排水摩擦阻力降低8.7%，单位排水总阻力降低18.9%。

当Fn≤0.3时，本发明的双体船的航速是为大型船服务的航速；

当Fn≥0.8时，本发明的双体船的航速是为小型快艇服务的航速。

本发明的双体船可作为科考船、无人艇和客运船等使用，本发明的双体船能够在较低航速和较高航速下，保证单位排水摩擦阻力和单位排水剩余阻力均较小，从而降低单位排水总阻力，减少燃油消耗，节约运营成本。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种双体船片体的设计方法，其特征在于：

相对于双体船的船体沿船长方向的垂向中心平面(1)对称设置两个独立片体(11)；

设定各所述独立片体(11)在水平方向上围成的片体轮廓线由相连接的第一片体弧线(21)和第二片体弧线(22)构成且所述片体轮廓线呈梭形；

设定所述片体轮廓线的两个尖端沿船长方向由前到后依次为片体艏端(31)和片体艉端(32)，用直线连接所述片体艏端(31)和所述片体艉端(32)构成片体艏艉连线；

令所述第一片体弧线(21)和所述第二片体弧线(22)相对于所述片体艏艉连线非对称设置；

令所述片体艏端(31)至所述垂向中心平面(1)的垂直距离大于对应的所述片体艉端(32)至所述垂向中心平面(1)的垂直距离。

2.根据权利要求1所述的双体船片体的设计方法，其特征在于：

设定所述独立片体(11)在水平方向上围成面积最大的片体轮廓线所处的水平截面为片体平面；

在所述片体平面上等间隔设置数条与所述垂向中心平面(1)垂直的片体垂线，将所述片体平面上的所述第一片体弧线(21)和所述第二片体弧线(22)与每一根所述片体垂线的交点间连线的中点依次连接，所构成的曲线为片体中点连线(41)；

设定所述两个独立片体(11)的片体中点连线(41)相对于所述垂向中心平面(1)对称设置，且其中一个片体中点连线(41)呈S形。

3.根据权利要求2所述的双体船片体的设计方法，其特征在于：

在所述独立片体(11)的片体平面上设置与所述垂向中心平面(1)平行的片体平行线(42)；所述片体中点连线(41)在任一点的切线为片体切线(43)，所述片体切线(43)与所述片体平行线(42)之间的夹角为片体漂角，令所述片体漂角的取值范围为0°至1.8°。

4.根据权利要求1所述的双体船片体的设计方法，其特征在于：

各所述独立片体(11)上设置支柱(61)；

设定各所述支柱(61)在水平方向上围成的柱体轮廓线由相连接的第一柱体弧线(71)和第二柱体弧线(72)构成且所述柱体轮廓线呈梭形；

设定所述柱体轮廓线的两个尖端沿船长方向由前到后依次为柱体艏端(81)和柱体艉端(82)，所述柱体艏端(81)至所述垂向中心平面(1)的垂直距离大于对应的所述柱体艉端(82)至所述垂向中心平面(1)的垂直距离，用直线连接所述柱体艏端(81)和所述柱体艉端(82)构成柱体艏艉连线。

5.根据权利要求4所述的双体船片体的设计方法，其特征在于：令所述第一柱体弧线(71)和所述第二柱体弧线(72)相对于所述柱体艏艉连线非对称设置。

6.根据权利要求4所述的双体船片体的设计方法，其特征在于：设定所述支柱(61)在水平方向上围成面积最大的柱体轮廓线所处的水平截面为柱体平面；在所述柱体平面上等间隔设置数条与所述垂向中心平面(1)垂直的柱体垂线，将所述柱体平面上的所述第一柱体弧线(71)和第二柱体弧线(72)与每一根柱体垂线的交点间连线的中点依次连接，所构成的曲线为柱体中点连线(91)；

设定所述两个支柱(61)的柱体中点连线(91)相对于所述垂向中心平面(1)对称设置，且其中一个柱体中点连线(91)呈S形。

7.根据权利要求6所述的双体船片体的设计方法，其特征在于：

在所述支柱(61)的柱体平面上设置与所述垂向中心平面(1)平行的柱体平行线(92)，所述柱体中点连线(91)在任一点的切线为柱体切线(93)，所述柱体切线(93)与所述柱体平行线(92)之间的夹角为柱体漂角，令所述柱体漂角的取值范围为0°至1.8°。

8.利用权利要求4-7任一项所述的双体船片体的设计方法制造的双体船，其特征在于：所述双体船包括船体，所述船体的底面与所述两个支柱(61)的顶面固定连接，所述两个支柱(61)的底面与对应的所述独立片体(11)的顶面固定连接。

9.根据权利要求8所述的双体船，其特征在于：所述双体船的航行参数为其中：U为双体船航速，U的单位为m/s；g为重力加速度，g为9.8m/s²；l为双体船的船长，l的单位为m；所述Fn≤0.3或者Fn≥0.8。