CN105480384A

CN105480384A - 一种船艏节能减阻导流罩

Info

Publication number: CN105480384A
Application number: CN201610003876.0A
Authority: CN
Inventors: 邓锐; 李超; 黄德波; 周广利; 由世洲; 杨衡
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2016-04-13

Abstract

本发明提供一种船艏节能减阻导流罩，由多块导流板相互连接形成，所述导流板各自具有特定三维曲面，与船艏甲板间形成中空腔体，在船体艏部两侧与船艏甲板边线重合,导流板在船艏甲板前端汇聚于一点，并且以该点向船艉方向延伸形成一开放型开口或在末端封闭。本发明能够有效的改善船舶前端紊乱的空气流动，优化船体周围的气流场，有效降低上层建筑或甲板上堆积货物所带来的空气阻力，使船舶总阻力降低，更利于达到节能减排、提高航速、节约能耗的目的。在恶劣海况下，本发明还具有减小艏部甲板上浪、缓和船体砰击运动的作用，保障船舶、船载设备和运载货物的安全性。经过数值模拟和风洞试验的验证，其最佳减阻效果能达到20％以上。

Description

一种船艏节能减阻导流罩

技术领域

本发明涉及一种导流罩，尤其涉及一种船艏节能减阻导流罩，属于船舶领域。

背景技术

随着我国经济的持续快速发展及世界能源危机的日益凸现，各行各业都在努力寻求可持续发展方案，船舶行业也不例外。国际海事组织(IMO)规定：2013年1月1日以后开工的400GT以上的新造船必须进行EEDI计算，并满足相应的能效要求。因此对于船舶减阻也是提出了新的挑战，减小船舶航行过程中所受阻力，能够提高船舶航行速度并降低能耗，提高运输效率。船舶在行驶时，所受阻力主要包括水阻力和空气阻力，空气阻力一般能消耗船体有效功率的3％-5％，降低空气阻力是达到节能减阻、减少排放量、提高船速的一个有效手段。

经检索发现，专利号为CN203921127U的实用新型专利中涉及的船舶上层建筑减阻用的导流罩，为折角流线型结构，与本发明所提出的导流罩结构完全不同。且专利号为CN203921127U的实用新型专利中涉及的船舶上层建筑减阻用的导流罩结构复杂，加工难度高，减阻效果缺乏计算和试验数据支持。本发明专利所涉及的船艏节能减阻导流罩结构参数明确，加工难度小，并有大量数值模拟和实验数据支持，通过比较各个线型的数据最终得出最优化的结果。本发明与专利号为CN201420146626.6的实用新型专利所涉及的减阻导流罩结构完全不同。

发明内容

本发明的目的是为了在船舶航行过程中能够减小空气阻力、提高航速、降低能耗和排放量、避免船艏上浪、缓和船体砰击而提供一种船艏节能减阻导流罩。

本发明的目的是这样实现的：第一导流板、第二导流板和第三导流板依次拼接构成连续曲面型的导流罩，且第一导流板、第二导流板和第三导流板均是曲面形状导流板，所述导流罩安装在船艏甲板上且导流罩的两侧与甲板边线重合，第一导流板的前端汇于前端固定点处且前端固定点船艏的最前端点重合，导流罩通过前端固定点向后延伸与船艏甲板之间形成空腔，空腔的最高点是第三导流板的末端最高点。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.末端最高点至船艏甲板的最大距离h与上层建筑或甲板堆积货物的高度H满足：0.9H≤h≤1.1H；导流罩的最大长度l与上层建筑或甲板堆积货物距离前端固定点之间的距离L满足：l≤L；导流罩的最大宽度b与船体的最大宽度B满足：b≤B。

2.导流罩在船体中横剖面所在平面上的最大投影面积Sd与船体上层建筑或所堆放集装箱在船体中横剖面所在平面上的投影面积S满足：Sd≤S。

3.所述导流罩的纵向剖面线型是一段连续的光滑曲线，所述连续的光滑曲线距离与前端固定点和末端最高点连线之间的最大直线距离p满足：p≤10％h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)能够有效的改善船舶前端紊乱的空气流动，从而优化船体周围的气流场，有效降低上层建筑或甲板上堆积货物所带来的空气阻力，从而使得船舶总阻力降低，更利于达到节能减排、提高航速的目的。(2)构成导流罩的导流板前端汇于一点，通过该固定点导流板向后延伸与甲板形成一空腔，该空腔尾部为封闭或开放型,便于船上其它设备的安装和货物的安放。(3)本发明的导流罩的中纵剖线至甲板的最大距离h与紧邻其后的上层建筑或堆放货物的高度H可比，不影响船舶驾驶操纵时所需的视野。(4)本发明的导流罩的最大长度l不大于紧邻其后的上层建筑或船艏首列集装箱距离甲板最前端的距离L，即l≤L，不影响货物的装卸。(5)本发明的导流罩的最大宽度b不大于船体的最大宽度B，即b≤B，不影响船舶靠岸和通过限制航道。(6)本发明的导流罩横剖面型线为光顺的样条曲线或多项式曲线，导流罩整体呈光滑连续曲线型，生产工艺简单，方便制作，降低成本。(7)本发明经过数值模拟和风洞试验的验证，其最佳减阻效果能达到20％以上。(8)本发明不仅可以有效降低船体上层建筑的空气阻力，而且可以在恶劣海况下避免船舶艏部上浪，缓和船体砰击，保障船舶、船载设备和运载货物的安全性。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是本发明的俯视方向示意图；

图3是本发明的导流罩横剖面示意图；

图4是本发明的导流罩纵剖面示意图；

图5是安装本发明前后模型风载荷系数比较图(风速为15m/s)；

图6是安装本发明导流罩前后模型风载荷系数比较(风速为25m/s)。

图中：1-1.第一导流板，1-2.第二导流板，1-3.第三导流板，2.前端固定点，3.舷墙，4.甲板边线，5-1.第一连接焊缝，5-2.第二连接焊缝，6.艏部甲板，7.艏柱，8.船体外板，9.上层建筑或所堆放货物，10.末端最高点，C_FX为风载荷系数，α为风向角。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1图2所示船艏节能减阻导流罩，由多块导流板连接而成，接缝线为5-1和5-2。构成导流罩的导流板前端汇于一点2并固定在艏部甲板6上，前端固定点2通常在艏柱7上，导流罩后可连接舷墙3。通过该固定点导流板向后延伸与甲板形成一空腔，该空腔末端最高点10，导流罩尾部可封闭也为开放型开口。导流罩底部焊接固定在船艏甲板6上，两侧与甲板边线4重合，紧密连接船体外板8。

图3为导流罩的横剖面示意图，导流罩的横剖面型线为光顺的样条曲线或多项式曲线,同时，对导流罩的最大宽度b进行限制,使其不大于船体的最大宽度B，即b≤B。并限制导流罩横剖面的最大投影面积Sd不大于船体上层建筑或所堆货物的最大投影面积S,即Sd≤S.

图4所示为导流罩的纵切面示意图，导流罩的横剖面型线为光顺的样条曲线或多项式曲线,约束导流罩中纵剖线至甲板的最大距离h与紧邻其后的上层建筑或所堆放货物9高度H可比，导流罩最大高度h的波动不能超过±10％H。同时约束导流罩的最大长度l不大于紧邻其后的上层建筑或所堆放货物距离甲板最前端的距离L，即l≤L。导流罩的纵剖线距离前端固定点2和末端最高点10连线的最大直线距离p不超过导流罩高度的10％，即p≤10％h。

当船舶航行时，空气遭遇船体之后，由前端固定点2发生分离，绕经具有三维光滑曲面的导流罩，经过多块具有特定型线的导流板1进行整流，形成具有一定稳定程度的气流场，并延伸至导流罩后方，对船体上层建筑及货物周围的气流场起到改善作用，从而减少空气阻力，降低能耗和排放量。同时，当出现恶劣海况时，由于海浪难以越过由多块导流板1所构成的导流罩，因此避免了甲板上浪，缓和了船体运动响应。

本发明的工作原理是：

船舶航行过程中的空气阻力一般包括摩擦阻力和压差阻力，其中摩擦阻力一般占到总空气阻力的3％～30％，压差阻力占50％～90％。本发明能够通过改善来流的紊乱情况，改善上层建筑或甲板堆积货物之间的湍流程度,减小其前后压差，有效降低压差阻力。同时，稳定的气流在船体外围形成了一层均有润滑作用的气层，对于降低摩擦阻力也有一定的帮助。因此，安装导流罩之后船体总阻力得到了改善。

本发明由多块各自具有特定三维曲面的导流板构成，导流板之间相互连接形成具有连续光滑曲线特征的导流罩，导流罩底部固定在船艏甲板上，两侧与甲板边线重合。构成导流罩的导流板前端汇于一点，通过该固定点导流板向后延伸与甲板形成一空腔，该空腔尾部封闭或为开放型开口。导流罩后部可连接舷墙，也可不使用舷墙，视具体情况确定。导流罩中纵剖线至甲板的最大距离h与紧邻其后的上层建筑或所堆积货物高度H可比，导流罩最大高度h的波动不能超过±10％H。导流罩的最大长度不大于紧邻其后的上层建筑或所堆积货物距离甲板最前端的距离。导流罩的最大宽度不大于船体的最大宽度。导流罩横剖面型线为光顺的样条曲线或多项式曲线,导流罩在船体中横剖面所在平面上的最大投影面积不大于船体上层建筑或所堆放货物在船体中横剖面所在平面上的投影面积。导流罩的纵向剖面线型为一段连续的光滑曲线，该曲线距离前端固定点和末端最高点连线的最大直线距离p不超过导流罩高度的10％，即p≤10％h。

一种船艏节能减阻导流罩，导流罩由具有三维曲面的多块导流板1-1、1-2、1-3构成。多块导流板各自具有特定曲面形状，导流板之间由连接焊缝5相互连接，导流板向船艏方向依据特定曲线汇聚于前端固定点2，以前端固定点2依据特定曲线向船艉方向延伸，形成导流罩。

导流罩具有光滑的曲线外形，固定在船体艏部甲板6上，导流罩的前端固定点2通常位于船体艏柱7上，是艏部甲板的最前端点。导流罩两侧与甲板边线4吻合，中部与艏部甲板6形成一空腔，导流罩尾部可以为开放型开口也可以封闭。

其后部可视具体情况灵活安排，可连接舷墙3，也可不使用舷墙.

导流罩中纵剖线至甲板的最大距离h与紧邻其后的上层建筑或甲板堆积货物的高度H可比，导流罩最大高度h的变化不能超过±10％H。导流罩的最大长度l不大于紧邻其后的上层建筑或甲板堆积货物距离甲板最前端的距离L，即l≤L。导流罩的最大宽度b不大于船体的最大宽度B，即b≤B。

本发明的导流罩横剖面型线为光滑的样条曲线或多项式曲线,导流罩在船体中横剖面所在平面上的最大投影面积Sd不大于船体上层建筑或所堆放集装箱在船体中横剖面所在平面上的投影面积S,即Sd≤S。

本发明的导流罩的纵向剖面线型为一段连续的光滑曲线，该曲线距离前端固定点2和末端最高点10连线的最大直线距离p不超过导流罩高度的10％，即p≤10％h。

本发明提供了一种船艏节能减阻导流罩，本发明由多块导流板相互连接形成,所述导流板各自具有特定三维曲面，与船艏甲板间形成中空腔体,在船体艏部两侧与船艏甲板边线重合,导流板在船艏甲板前端汇聚于一点,并且以该点向船艉方向延伸形成一开放型开口或在末端封闭。本发明设计一般安装在船体首部，为光滑曲线结构，该装置能够有效的改善船舶前端紊乱的空气流动，从而优化船体周围的气流场，有效降低上层建筑或甲板上堆积货物所带来的空气阻力，从而使得船舶总阻力降低，更利于达到节能减排、提高航速、节约能耗的目的。同时，在恶劣海况下，本发明设计还具有减小艏部甲板上浪、缓和船体砰击运动的作用，保障船舶、船载设备和运载货物的安全性。本发明所提供的导流罩，经过数值模拟和风洞试验的验证，其最佳减阻效果能达到20％以上。

Claims

1.一种船艏节能减阻导流罩，其特征在于：第一导流板、第二导流板和第三导流板依次拼接构成连续曲面型的导流罩，且第一导流板、第二导流板和第三导流板均是曲面形状导流板，所述导流罩安装在船艏甲板上且导流罩的两侧与甲板边线重合，第一导流板的前端汇于前端固定点处且前端固定点船艏的最前端点重合，导流罩通过前端固定点向后延伸与船艏甲板之间形成空腔，空腔的最高点是第三导流板的末端最高点。

2.根据权利要求1所述的一种船艏节能减阻导流罩，其特征在于：末端最高点至船艏甲板的最大距离h与上层建筑或甲板堆积货物的高度H满足：0.9H≤h≤1.1H；导流罩的最大长度l与上层建筑或甲板堆积货物距离前端固定点之间的距离L满足：l≤L；导流罩的最大宽度b与船体的最大宽度B满足：b≤B。

3.根据权利要求1或2所述的一种船艏节能减阻导流罩，其特征在于：导流罩在船体中横剖面所在平面上的最大投影面积Sd与船体上层建筑或所堆放集装箱在船体中横剖面所在平面上的投影面积S满足：Sd≤S。

4.根据权利要求1或2所述的一种船艏节能减阻导流罩，其特征在于：所述导流罩的纵向剖面线型是一段连续的光滑曲线，所述连续的光滑曲线距离与前端固定点和末端最高点连线之间的最大直线距离p满足：p≤10％h。

5.根据权利要求3所述的一种船艏节能减阻导流罩，其特征在于：所述导流罩的纵向剖面线型是一段连续的光滑曲线，所述连续的光滑曲线与前端固定点和末端最高点连线之间的最大直线距离p满足：p≤10％h。