CN105916764B - 平底船和用于控制至少一个气腔的长度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运输人员或货物的平底船（1），所述船包括附接到所述船的底部（2）的减阻系统。所述减阻系统包括：两个或更多个湍流构件（3），其垂直于船的纵向方向延伸，用于在船的移动期间在船的底部处所述湍流构件下游产生具有湍流的区域；以及对于每个湍流构件，适于在所述湍流构件处或附近喷射气流的空气喷射器（6）。所述减阻系统还包括与所述湍流构件（3）的两侧相邻的龙骨（4）。所述船的底部是平坦的没有空腔，并且所述湍流构件是在所述龙骨之间密封地附接到船的底部的脊，并且所述湍流构件从船的底部延伸2.5‑25mm。

Description

平底船和用于控制至少一个气腔的长度的方法

技术领域

本发明涉及一种平底船，特别是用于平底船的减阻。

本发明还涉及一种用于控制平底船的底部处的至少一个气腔的长度的方法。

背景技术

平底船是平底的船，其建造用于例如沉重的货物或人员的河流和运河运输。一些船不是自推进式的，并且需要通过拖船来拖曳或推动。由于这类船较长的长度，在这样的船的底部和船被放置在其中的水之间存在较大的接触表面，并且该较大的表面在船在水中移动期间产生很多阻力。

已知的是，给这样的平底船设置例如使用气泡的减阻系统，使得阻力可以被减小。

改善这样的平底船的效率是本领域技术人员所感受到的持续的需要。

发明内容

本发明提供了一种改进的用于运输人员或货物的平底船。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于运输人员或货物的平底船，所述船包括附接到船的底部的减阻系统。所述减阻系统包括：两个或更多个湍流构件（turbulencemember），其垂直于所述船的纵向方向延伸，用于在所述船的移动期间在所述船的底部处所述湍流构件下游产生具有湍流的区域，以及对于每个湍流构件，适于在所述湍流构件处或附近喷射气流的空气喷射器。所述减阻系统还包括与所述湍流构件的两侧相邻的龙骨。船的底部是平坦的而没有空腔。所述湍流构件是在龙骨之间密封地附接到船的底部的脊，并且所述湍流构件从船的底部延伸2.5-25mm。

通过提供根据本发明的船，改善了船的效率，而仅对船具有有限的改变。对于平底船，仅龙骨和脊需要被密封地附接，并且还必须提供靠近脊的空气供应。“密封地附接”需要被理解为在脊和船的底部之间不存在间隙。供应的空气在平坦的底部下产生气泡，其中，气泡以脊和两个龙骨作为边界。这些边界易于在平坦的底部上并且以有限的成本产生。

在下文中，将更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，应当理解的是，这些实施例不可被解释为限制本发明的保护范围。

在一个实施例中，三个或更多个纵向的龙骨将船的底部分成第一部段和第二部段和可能另外的部段。通过将船的底部分成第一部段和第二部段，可以改善船的稳定性。由于这些不同的部段，一个或多个气腔在底部的宽度的较小部分上延伸，从而减小了空气突然从底部的一侧移动到底部的另一侧的风险。

在一个实施例中，所述湍流构件中的每一个在平底船的宽度上延伸，并且湍流构件的两端靠着龙骨终止。该实施例的一个优点在于，气腔在船的宽度上均等地产生，这提高了其稳定性。

在一个实施例中，放置在第一部段、第二部段和可能另外的部段中的湍流构件基本上彼此排成一行。有利的是，将湍流构件彼此以这样的关系放置，使得第一部段中的气腔基本上等于第二部段中的气腔。

值得注意的是，当在第一部段中产生多个气腔时，在第二部段中产生多个气腔，所述多个气腔与第一部段中的气腔具有基本上相同的长度和/或位置。因此，船的稳定性不受所产生的气腔影响或至少最低限度地受影响。

在一个实施例中，湍流构件在船的纵向方向上具有在0.5-5mm的范围中的宽度。有利的是，湍流构件可以通过相对于船非常小的元件来实现。

在一个实施例中，所述船具有多于两个湍流构件，其在平底船只的底部处被设置在所述第一部段、所述第二部段或另外的部段中的每一个中，所述湍流构件在所述船的纵向方向上相对于彼此以相等的距离隔开。

在另一实施例中，所述距离可以在船的纵向方向上是可变的。

在一个实施例中，所述空气喷射器通过处于所述船的底部中和/或所述龙骨中的至少一个中的孔口形成，所述空气喷射器被连接或可连接到用于将空气泵送到所述空气喷射器的空气泵送装置。有利的是，在龙骨中的至少一个中设置空气喷射器，使得不需要在船的外皮中形成附加的孔，这使得所述减阻系统相对于船更易于附接和/或卸装。

值得注意的是，在所述孔口和空气泵送装置之间的传导装置（conduct）也可以被插入龙骨中。此外，值得注意的是，仅每个湍流构件一个孔口足以在湍流构件处提供足够的空气，以在湍流构件的基本上整个长度上产生气腔。

在一个实施例中，出气口靠近湍流构件在上游设置，优选地，其中，出气口靠近湍流构件中的每一个在上游设置。该实施例的一个优点是，形成在每个湍流构件之后的气腔的长度可以通过借助出气口放出空气来控制。因此，实现的是，在每个湍流构件处的气腔可以形成，并且不被在前面的湍流构件处实现的气腔干扰。当在船的底部处实现更多气腔时，或当船底部的更大的表面被气腔覆盖时，减阻系统的效率增加。

在一个实施例中，出气口可操作用于选择性地放出空气。当船具有特定的速度时，可发生的是，在第一湍流构件处产生的气腔延伸某一距离超出后继的湍流构件。当气腔正好延伸超出后继的湍流构件时，后继的湍流构件不产生气腔，使得在后继的湍流构件之后，不是湍流构件之间的整个距离都被气腔覆盖。当在这种状况下，出气口打开，气腔的长度受到控制，使得气腔不再延伸超出后继的湍流构件。

当船以显著高于上述的速度移动时，在湍流构件处产生的延伸超出后继的湍流构件的气腔可能延伸至下一湍流构件，并且在两个湍流构件之间的距离上形成一个气腔。通过这样控制气腔的长度，可以提高减阻系统的效率。

在一个实施例中，传感器被设置在湍流构件中的至少一个上游，所述传感器适于测量至少气腔的存在。由此，有利的是，当控制器被设置用于基于传感器所执行的测量来控制空气喷射器和/或出气口。在该实施例中，可以基于是否确定在湍流构件上游存在气腔来打开或关闭空气喷射器和/或出气口。

例如，在每个湍流构件上游，传感器可以被设置用于测量气腔的存在。气腔在第一湍流构件处产生，使得所述气腔的存在能够在第二湍流构件上游测量到。然而，当在第三湍流构件上游没有测量到气腔的存在时，这可由干扰第二湍流构件产生气腔的第一湍流构件产生的气腔引起，靠近第二湍流构件的上游的出气口可以打开，以便放出空气。其后，处于第三湍流构件之前的传感器可以测量到第二湍流构件产生的气腔的存在。减阻系统的效率可以通过控制气腔的长度来提高，并且可以导致减少大约10%的阻力。

在一个实施例中，所述龙骨从船的底部延伸至基本上相同的高度，所述高度可在0.05m至0.30m的范围中。

在另一方面，本发明涉及一种用于控制根据前述权利要求中任一项所述的平底船的底部处的至少一个气腔的长度的方法，所述方法包括如下步骤：

使所述船以特定的速度移动；

在所述湍流构件中的至少一个处或靠近所述湍流构件中的至少一个喷射空气，

确定所述船的速度和所述船的底部之下的深度，

其中，当所述船具有处于第一范围内的速度时，空气在所述湍流构件中的每一个处或靠近所述湍流构件中的每一个喷射，并且空气靠近除最靠前的湍流构件外的所述湍流构件中的每一个在上游放出，其中，当所述船具有处于高于所述第一范围的第二范围内的速度时，空气在非相邻的湍流构件处或靠近所述非相邻的湍流构件在上游放出。

由于空气未在每个空气喷射装置处喷射，因此为了产生气腔需要较少的空气。需要较少的空气是有利的，因为这产生经济效益。

附图说明

通过参照附图中所示的本发明的示例性实施例，将更详细地解释本发明的各方面，在附图中：

图1示出了根据本发明的在使用中的船的一个实施例的底视图；

图2示出了根据线II-II的图1的船的剖视图；

图3示出了根据线III-III的图1的船的剖视图；

图4中的 a) -b) 在更大的尺度上示出了处于不同的速度下的图3中的细节IV；

图5中的 a) -b) 在更大的尺度上示出了沿相反的方向移动的图3中的细节IV；

图6中的 a) -d) 示出了处于船的底部处的气腔的形成；

图7中的 a) -d) 示出了处于不同的速度下的如图1中的船；

图8示出了图3中的细节IV的一个替代性实施例；

图9示出了图8的一个替代性实施例；

图10中的 a) -c) 示出了湍流构件的实施例；

图11中的 a) -d) 示出了龙骨的实施例；以及

图12示出了根据本发明的在使用中的两个相邻的船。

具体实施方式

例如平底船只（barge）之类的船主要用于在水上运输货物，特别是重的货物。平底船只主要用于经由河流和/或运河的运输。在这样的船移动通过水期间，力沿相对流速的方向作用在船的外皮上。这称为阻力（drag）。气腔可以被设置在船底部的皮和水之间，以便减小阻力。例如，减小阻力导致节省燃料或船的可能的更高速度。

因此，图1、图2和图3示出了根据本发明的船1的底部2。多个湍流构件3被安装到船1的底部2。湍流构件3在船1的纵向方向上相对于彼此隔开。因此，在湍流构件中的每一个之后存在足够的可用空间，用于形成气腔5。如在其中箭头F指示水的流动方向的图1和图3中能够看到的，产生了若干气腔，所述气腔的数量不需要对应于湍流构件3的数量（参见图4）。湍流构件3的数量可高于气腔的数量，如将在后面解释的。此外，湍流构件3基本上在船的宽度的一半上延伸，并且在每一侧处靠着龙骨4终止，如图1中所示。

底部的没有气腔产生的部分可与水接触。这样的部分称为‘湿区’，并且在图1和图3中利用附图标记9来指示。在船1的底部2处‘湿区’的量越少，阻力减小越多。

此外，龙骨4被设置在船1的底部2处。两个龙骨4被设置在底部2的两侧处，并且第三龙骨4被设置在这两个龙骨4之间。龙骨4将船1的底部2分成两个部段，从而增加了船1的稳定性，如在图2中能够看到的。

在这两个部段中的每一个中，设置湍流构件3，并且放置在第一部段中的湍流构件3基本上平行于放置在第二部段中的湍流构件3。这对于船1的稳定性是有利的。

空气喷射器（未示出）被设置在湍流构件3下游，用于紧接在湍流构件3之后沿流动方向F喷射空气，使得气腔5可以形成，如后面解释的，参见图6。

图4的 a) 在更大的尺度上并且在第一速度下和/或在水的第一深度的情况下示出了图3中的细节IV。空气喷射装置6在湍流构件3之后沿流动方向F喷射空气。气腔5从湍流构件3形成，并且在速度V3和水的深度的影响下延伸超出后继的湍流构件3，如在图4的 a)中能够看到的。由于气腔5延伸超出后继的湍流构件3，因此不需要在该湍流构件3处喷射空气。然而，空气可在后继的湍流构件3处喷射，以便确保在产生的气腔5中存在足够的空气和/或气腔5可以甚至进一步延伸。

描述并示出了在湍流构件3处产生的气腔5延伸超出一个后继的湍流构件3。然而，气腔5可进一步延伸超出不止一个后继的湍流构件3，并且其延伸取决于速度V3，且较少地取决于所喷射空气的量。

图4的 b) 在更大的尺度上并且在速度V1和水的深度下示出了图3中的细节IV。速度V1低于速度V3。如在图中能够看到的，气腔5产生在每个湍流构件3下游。由于速度V1，与图4的 a) 相比，气腔在较短的距离上延伸，并且因此，在后继的湍流构件3之前终止。因此，与在速度V3下产生的气腔的数量相比，在速度V1下产生更多的气腔。在两个速度下，船1的底部2的表面的很大一部分覆盖有气腔5，从而减小了阻力。

图5的 a) 和图5的 b) 示出了所述减阻系统可以在第一流动方向F上使用，而且还可以在相反的第二流动方向上使用。由于湍流构件3形状，如将在后面解释的，所述减阻系统可以沿两个移动方向减小阻力。

为了能够在两个不同的移动方向上使用减阻系统，可能需要提供在每个湍流构件的任一侧处喷射空气的可能性。

图6的 a) -d) 示出了气腔5在船1的底部2处的形成。例如，图6的 a) 可在船1开始移动时或在还没有喷射空气时发生。由于水流遇到湍流构件3，在终止于处于湍流构件3的两侧处的龙骨4处的湍流构件3的整个长度上在湍流构件3的下游产生具有湍流的区域10。这是由湍流构件3的形状和尺寸引起，如将关于图10描述的。

如图6的 b) 中所示的后继步骤包括在具有湍流的区域10中喷射空气的步骤，所述区域10紧接在湍流构件3之后。由于所述湍流，所喷射的空气遍及基本上整个具有湍流的区域10分布。

由于船1的移动和水对空气施加的力，空气向下游移动，如图6的 c) 中所示。在一定量的时间之后，气腔5完全形成，并且等于一半的重力波长（a half gravity wavelength），如在图6的 d) 中可以看到的，所述一定量的时间特别是取决于：船的速度，这意指水的流速；空气喷射速度；以及船底部之下的深度。

图7的 a) -d) 示出了气腔在船1的底部2处的形成以及船1的不同速度的影响。图7的 a) 涉及如关于图4的 b) 解释的状况，并且图7的 d) 涉及如关于图4的 a) 解释的状况。

在介于V3和V1之间的速度V2下，可发生如图7的 b) 中所示的状况。由于所述速度，在湍流构件3处产生的气腔5正好延伸超出后继的湍流构件3，如气腔5的部分11所指示。结果，在后继的湍流构件3处的气腔产生被前面的气腔5干扰，并且因此，没有气腔产生在后继的湍流构件3处，并且出现至少一个大的湿表面9。当发生这种状况时，减阻系统的效率降低。

这种状况可通过如图7的 c) 中所示放出空气来克服。出气口（未示出）靠近湍流构件3中的每一个在上游设置，用于放出前面的湍流构件3所产生的气腔5的空气。防止气腔5延伸正好超出后继的湍流构件3，从而导致气腔5产生在每个湍流构件下游。因此，减阻系统的效率提高，并且湿表面9最小。

船1的操作者可能够控制湍流构件3中的每一个上游的出气口。例如，可以当船在处于第一速度范围内的速度下移动时放出空气。第一速度范围可包括导致图7的 a) -c)中所指示的状况的速度。当船1在处于第二速度范围内的速度下移动时，空气不再被放出，并且可发生如图7的 d) 中所示的状况。

因此，通过控制气腔5的长度可以改善减阻系统的效率。由于控制气腔的长度，船1的底部2的尽可能多的表面覆盖有气腔5。

图8示出了图3中的细节IV的一个替代性实施例。在该实施例中，出气口12被设置用于放出空气，如关于图7所述。出气口12可适于直接放出空气到周围环境，或放出空气到空气喷射器6，使得空气可以重用。

值得注意的是，出气口12可通过处于龙骨4中的一个中的或船1的底部2中的孔口形成。出气口12可以是可关闭的，或所述出气口可借助于空气喷射器6来控制。进气口也可通过处于龙骨4中的一个中的或船1的底部2中的孔口形成。

图9示出了图8的一个替代性实施例。在该实施例中，传感器7靠近湍流构件3在上游设置和/或设置在出气口12上游。传感器7测量气腔在第一传感器7'或第二传感器7''的位置处的存在。在第一传感器7’测量到气腔5并且第二传感器7''没有测量到气腔5的存在的情况下，这可以是底部2的尽可能多的表面被气腔5覆盖的指示。

当第一传感器7'和第二传感器7''没有测量到气腔5的存在时，如关于图7的 b)所述的状况可能是适用的。所述测量可以被用于控制出气口12放出空气或关闭出气口12。所述测量还可以被用于借助于控制器（未示出）来控制空气喷射器6，以便调整所喷射空气的量，以实现如关于图7的 a) 、图7的 c) 和图7的 d) 中的一个所述的状况。

值得注意的是，例如，传感器7'和7''可以是光学传感器、超声波传感器、电容式传感器等。

图10的 a) -c) 示出了湍流构件3的不同的可能实施例。参照图10的 a) ，湍流构件3包括在剖面上为三角形的部分，所述三角形的部分形式为等腰三角形。参照图10的 b)，湍流构件3包括在剖面上为三角形的部分，所述三角形的部分形式为直角三角形。参照图10的 c) ，所述湍流构件背离船的底部的一侧是基本上平坦的。对于一些实施例，适用的是，B小于5mm，H在2.5-25mm的范围中，并且a1和a2提供了具有低于90度的角度的分流缘（separation edge）。

值得注意的是，在一些实施例中，湍流构件的宽度可小于湍流构件的高度。在其他实施例中，湍流构件的宽度和湍流构件的高度之间的比可以是1:1。在又一些实施例中，湍流构件的宽度可以延伸至30mm，或可能延伸至20mm。

在所述实施例中，指示了湍流构件3靠着龙骨4终止。在其他实施例中，在湍流构件3的端部和龙骨4之间可能存在间隙，该间隙可小于0.2m或可能小于0.1m。

图11的 a) -d) 示出了龙骨4的可能的实施例。图11的 a) 示出了用作龙骨的简单的板。如图11的 a) 中的箭头所示，出气口和进气口可以被设置在船1的底部2中。图11的b) -d) 示出了可用作龙骨4的不同类型的中空构造。一个或多个出气口可以被设置在龙骨中，以便控制气腔5的长度，如上所述。这同样适用于空气喷射器。

在所示实施例中，龙骨4从底部2延伸一定距离。该距离可在0.05m至0.30m或0.40m的范围中。

图12示出了两个平底船只1，所述两个平底船只1通过顶推船8来推动。在平底船只1中的每一个的底部处，设置若干湍流构件3，其中，空气喷射器被设置在每个湍流构件3下游。此外，龙骨4被设置成连接到湍流构件3的两侧，使得所产生的气腔被湍流构件3和两个龙骨4围绕。

值得注意的是，附图是示意性的，不一定按比例绘制，并且可能已省略了对理解本发明而言不需要的细节。术语“向上”、“向下”、“之下”、“之上”等涉及在附图中定向的实施例，除非另有规定。此外，至少基本上相同的或执行至少基本上相同的功能的元件通过相同的附图标记来表示。

本发明不限于上述实施例，其能够在权利要求的范围内以若干方式变化。例如，空气喷射器可以在不同的压力下将空气喷射到每个腔。例如，当船在具有俯仰角的情况下移动时，第一腔中的压力与最后一个腔中不同（在倾侧的情况下相同）。在操作期间，可以安排活动的空气喷射器的不同组合。例如，当所有的腔形成时，系统可仅在第一湍流构件上游喷射空气。

还要注意的是，所述船可以是自推进的平底船只或需要通过顶推船来推动的平底船只。所述船还可以是游轮。

此外，值得注意的是，所述湍流构件和/或所述龙骨可以被附接到柔性片材。所述片材可被附接或可附接到船的外皮。也有可能的是，由于靠近船头的流的局部变化，位于船头（bow）附近的湍流构件可以不同的距离隔开，例如，与后续的湍流构件相比以较大的距离隔开。

关于所述湍流构件，所述湍流构件可以是产生流的分离的任何物体。在实践中，它可以是焊接到底部的有角的型材（profile）。湍流构件还可以通过附接到船的底部的焊缝形成，或源于将船的不同部件焊接在一起。在湍流构件通过焊缝形成的情况下，焊缝的下游侧可以被研磨（grind），使得在焊缝的下游侧处形成阶梯。还有可能的是，槽被研磨到焊缝中，使得形成阶梯。

Claims (15)

1.一种用于运输人员或货物的平底船，所述平底船包括附接到所述平底船的底部的减阻系统，

其中，所述减阻系统包括：

两个或更多个湍流构件，其垂直于所述平底船的纵向方向延伸，用于在所述平底船的移动期间在所述平底船的底部处所述湍流构件下游产生具有湍流的区域，

对于每个湍流构件，适于在所述湍流构件处或附近喷射气流的空气喷射器，以及

与所述湍流构件的两侧相邻的龙骨，

其中，所述平底船的底部是平坦的没有空腔，并且所述湍流构件是在所述龙骨之间密封地附接到所述平底船的底部的脊，以及

其中，所述湍流构件从所述平底船的底部延伸2.5-25mm，

其中，所述龙骨从所述平底船的底部延伸到基本上相同的高度，所述高度在0.05m至0.30m的范围中。

2.根据权利要求1所述的平底船，其特征在于，所述平底船的底部包括三个或更多个纵向的龙骨，所述三个或更多个纵向的龙骨将所述平底船的底部分成第一部段和第二部段以及可能另外的部段。

3.根据权利要求2所述的平底船，其特征在于，两个或更多个湍流构件在所述平底船的宽度上延伸，并且所述湍流构件的两端靠着龙骨终止。

4.根据权利要求3所述的平底船，其特征在于，在所述第一部段、所述第二部段和可能另外的部段中放置的所述湍流构件基本上彼此排成一行。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的平底船，其特征在于，所述湍流构件在所述平底船的纵向方向上具有处于0.5-5mm的范围中的宽度。

6.根据权利要求2所述的平底船，其特征在于，多于两个湍流构件在所述平底船的底部处被设置在所述第一部段、所述第二部段和可能另外的部段中的每一个中，所述湍流构件在所述平底船的纵向方向上相对于彼此以相等的距离隔开。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的平底船，其特征在于，所述空气喷射器被设置在所述湍流构件中的每一个下游。

8.根据权利要求7所述的平底船，其特征在于，所述空气喷射器通过处于所述平底船的底部中和/或所述龙骨中的至少一个中的孔口形成，所述空气喷射器被连接或能够连接到用于将空气泵送到所述空气喷射器的空气泵送装置。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的平底船，其特征在于，出气口靠近湍流构件在上游设置。

10.根据权利要求9所述的平底船，其特征在于，所述出气口被设置在除最靠前的湍流构件外的每一个湍流构件的上游。

11.根据权利要求9所述的平底船，其特征在于，所述出气口能够操作用于选择性地放出空气。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的平底船，其特征在于，传感器被设置在所述湍流构件中的至少一个上游，所述传感器适于测量至少气腔的存在。

13.根据权利要求12所述的平底船，其特征在于，控制器被设置用于基于所述传感器所执行的测量来控制所述空气喷射器。

14.根据权利要求12所述的平底船，其特征在于，出气口靠近湍流构件在上游设置，所述出气口能够操作用于选择性地放出空气，且控制器被设置用于基于所述传感器所执行的测量来控制所述出气口。

15.一种用于控制根据权利要求1至14中任一项所述的平底船的底部处的至少一个气腔的长度的方法，所述方法包括如下步骤：

使所述平底船以特定的速度移动；

在所述湍流构件中的至少一个处或靠近所述湍流构件中的至少一个喷射空气，

确定所述平底船的速度和所述平底船的底部之下的深度，

其中，当所述平底船具有处于第一范围内的速度时，空气在所述湍流构件中的每一个处或靠近所述湍流构件中的每一个喷射，并且空气靠近除最靠前的湍流构件外的所述湍流构件中的每一个在上游放出，并且其中，当所述平底船具有处于高于所述第一范围的第二范围内的速度时，空气在非相邻的湍流构件处或靠近所述非相邻的湍流构件在上游放出。