CN106275240A - 适用于中高速船舶的球斧式船艏 - Google Patents

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Abstract

适用于中高速船舶的球斧式船艏包括向前倾斜的艏柱和向前凸出的球鼻形船头，球鼻形船头位于设计水线的下方；在中高速船舶两端向中高速船舶中线面的半宽方向上，球鼻形船头向前凸出的水平长度逐渐减小，且在所述中高速船舶的中线面上，球鼻形船头的下表面与其上方的垂直型柱段衔接形成一斧型船头，所述垂直型柱段与设计水线相交。在船舶中高速航行时，本发明能够有效减小兴波阻力、避免艏部喷溅现象。

Description

适用于中高速船舶的球斧式船艏
技术领域
本发明涉及船艏结构技术领域，具体涉及使用在中高速船舶上的球斧式船艏。
背景技术
船舶阻力性能研究表明，船舶艏部形状对船体阻力有显著影响，对船舶航态也有较大的影响，因此对不同类型不同航速船艏形状的设计有广泛的研究，大致可以分为6大类，即垂直式船艏、倾斜——垂直式船艏、倾斜式船艏、球鼻艏、飞剪式船艏、破冰性船艏。其中，由于球鼻艏能有效的降低中速运输船舶的兴波阻力，能够有效减小低速肥大型运输船满载航行时的首部舭涡以及压载航行时的破波阻力，同时能够有效的利用船长来增加排水量，因此，球鼻艏在中低速运输船舶上获得了广泛的应用。球鼻艏的结构见图1，通常包括向前倾斜的艏柱1和球鼻形船头2，沿船舶的型宽方向上，球鼻形船头2整体相对于艏柱1的底端始终呈向前凸出状态，球鼻形船头2的后端根部与其最前端之间具有向下倾斜的上表面21，且上表面21与设计水线LWL相交，向前凸出的球鼻形船头2与艏柱1之间具有斜度较大的内凹区域，见图2，船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站之间的水上部分的型线为大致直线型的横剖面型线，实际使用中发现，当球鼻艏结构的船舶的航行傅汝德数大于0.25时，艏部会出现一定的翻卷，甚至出现艏部喷溅现象，这就导致由球艏产生的波与船体波发生了不利的波系干扰，增大了航行阻力，加大了油耗，不符合绿色船舶的发展理念。
发明内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种适用于中高速船舶的球斧式船艏，当航行傅汝德数大于0.25时，其能够有效减小兴波阻力、避免艏部喷溅现象。
本发明的技术方案如下：
适用于中高速船舶的球斧式船艏，包括向前倾斜的艏柱和向前凸出的球鼻形船头，球鼻形船头位于设计水线的下方；在中高速船舶两端向中高速船舶中线面的半宽方向上，球鼻形船头向前凸出的水平长度逐渐减小，且在所述中高速船舶的中线面上，球鼻形船头的下表面与其上方的垂直型柱段衔接形成一斧型船头，所述垂直型柱段与设计水线相交。
其进一步技术方案为：
在所述中高速船舶中线面对应的纵剖线上，垂直型柱段与设计水线的相交点处的切线与设计水线垂直。
在所述中高速船舶的中线面上，垂直型柱段与设计水线二者之间的交点与船艏20站所在的横剖面间的水平距离为L1，L1与船舶首尾垂线间长之比值为λ，其中：0.03≤λ≤0.06。
所述垂直型柱段的中下部与设计水线相交。
船艏19站、20站、20.27站、20.54站、20.81站这五站对应的横剖线上均存在两个拐点，在所述五站对应的横剖线上的拐点处的切线均与设计水线垂直。
船艏19站对应横剖线上的两个拐点中，一个拐点与设计水线相交，另一个拐点位于设计水线下方；船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站这四站对应的横剖线上的两个拐点分别位于设计水线的上、下两侧。
船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站这四站对应的横剖线上位于设计水线上方的四个拐点与船艏19站对应横剖线上的与设计水线相交的拐点，这五点连线与设计水线的夹角为α，且α＝41°±5°。
船艏19站、20站、20.27站、20.54站、20.81站这五站对应的横剖线上的位于设计水线下方的五个拐点的连线与设计水线的夹角为β，且β＝46°±5°。
船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站之间的水上部分的型线自上而下包括直线及外飘的横剖面型线。
本发明的技术效果：
本发明通过将船艏结构设置成沿朝着中线面的船舶半宽方向上由常规球鼻形船头渐变为包括弧形柱段和垂直型柱段的斧型船头，在船舶中高速航行时，一方面，能有效降低艏部兴波高度与兴波面积，使得整个首部水流趋于纵流型，同时消除了首部波浪翻卷与喷溅现象，另一方面，拉长了船舶的水线长度，增大了船宽比，在船舶中高速航行时，能够降低航行阻力，减小能耗，而在船舶低速航行时，船舶受到的阻力与相同工况下的常规球鼻艏船舶受到的阻力相当。
本发明尤其适用于航行傅汝德数大于0.25的中高速船舶。
附图说明
图1为常规球鼻艏的纵剖面图。
图2为常规球鼻艏的横剖面图。
图3为本发明的纵向轮廓图。
图4为本发明的纵剖面图。
图5为本发明的横剖面图。
图6为常规球鼻艏与本发明在不同傅汝德数下的剩余阻力系数对比曲线图。
其中：1、艏柱；2、球鼻形船头；21、上表面；3、垂直型柱段。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图3、图4，本发明包括向前倾斜的艏柱1和向前凸出的球鼻形船头2，球鼻形船头2位于设计水线LWL的下方；在自所述中高速船舶两端向中高速船舶中线面的型半宽方向上，球鼻形船头2向前凸出的水平长度逐渐减小，且在中高速船舶的中线面上，球鼻形船头2的下表面与其上方的垂直型柱段3衔接形成一斧型船头，所述垂直型柱段3与设计水线相交，垂直型柱段3的中下部与设计水线相交，在所述中高速船舶中线面对应的纵剖线上，垂直型柱段3与设计水线的相交点处的切线与设计水线垂直。其中，球鼻形船头2向前凸出的水平长度，使用球鼻形船头2的上表面21的在船长方向上的投影长度表示，上表面21为球鼻形船头2的后端根部与其最前端之间的向下倾斜的上部表面，即球鼻形船头2的最前端与其开始凸出的后端根部之间的水平距离L。球鼻形船头2的下表面为球鼻形船头2的最前端与船体底部之间的下部弧形面。图中，BL表示基线，LWL表示设计水线。
在所述中高速船舶的中线面上，垂直型柱段3与设计水线二者之间的交点A与船艏20站所在的横剖面间的水平距离为L1，L1与船舶首尾垂线间长之比值为λ，其中：0.03≤λ≤0.06，垂线间长指的是船舶首垂线与尾垂线之间的水平距离。
见图5，船艏19站、20站、20.27站、20.54站、20.81站这五站对应的横剖线上均存在两个拐点，在这五站对应的横剖线上的拐点处的切线均与设计水线垂直；船艏19站对应横剖线上的两个拐点中，一个拐点P10与设计水线相交，另一个拐点P5位于设计水线下方；船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站这四站对应的横剖线上的两个拐点均分别位于设计水线的上、下两侧，即船艏20站横剖线上的两个拐点(P9、P4)、船艏20.27站横剖线上的两个拐点(P8、P3)、船艏20.27站横剖线上的两个拐点(P8、P3)、船艏20.54站横剖线上的两个拐点(P7、P2)、船艏20.81站横剖线上的两个拐点(P6、P1)均分别位于设计水线的上、下两侧。
且，进一步地，船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站这四站对应的横剖线上的位于设计水线上方的四个拐点(P9、P8、P7、P6)与船艏19站对应横剖线上的与设计水线相交的拐点P10，这五点连线与设计水线的夹角为α，且α＝41°±5°；船艏19站、20站、20.27站、20.54站、20.81站这五站对应的横剖线上的位于设计水线下方的五个拐点(P5、P4、P3、P2、P1)的连线与设计水线的夹角为β，且β＝46°±5°。下表1给出了P1至P10十个拐点的横向位置Y值(船宽方向)、垂向位置Z值、横向位置和船舶半宽B的比值、垂向位置和设计吃水Tm的比值，其中，实船垂线间长Lpp＝80.4m，型半宽B＝7.5m，设计吃水Tm＝5m。
表1
位置 Y值(m) Z值(m) Y值/船舶半宽B Z值/设计吃水Tm
P1 0.286 4.073 0.038 0.815
P2 0.824 3.500 0.110 0.700
P3 1.144 3.170 0.153 0.634
P4 1.267 3.046 0.169 0.609
P5 1.518 2.777 0.202 0.555
P6 0.088 5.989 0.012 1.198
P7 0.242 5.867 0.032 1.173
P8 0.407 5.761 0.054 1.152
P9 0.569 5.661 0.076 1.132
P10 1.341 5.000 0.179 1.000
见图5，船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站之间的水上部分的型线自上而下包括直线及外飘的横剖面型线，即艏部型线呈直线后略凹，保持了阻力性能优秀的水线面形状。
本发明的船艏在船舶型半宽方向上为由常规球鼻艏过渡至斧形艏，当傅汝德数大于0.2时，本发明所述船艏可以有效降低艏部兴波高度与兴波面积，使得整个艏部水流趋于纵流型，同时消除了艏部喷溅现象。见图6，由于斧形艏的存在，相当于拉长了船舶的水线长度，增大了船宽比，对降低阻力亦起到积极作用，图6中横轴Fn为傅汝德数，纵轴1000Cr为剩余阻力系数，上方曲线为常规球鼻艏在不同傅汝德数下的剩余阻力系数图，下方曲线为本发明所述船艏在不同傅汝德数下的剩余阻力系数图，从图6可以看出，船舶低速航行时，船舶受到的阻力与相同工况下的常规球鼻艏船舶受到的阻力相当，未出现阻力大幅增大的现象。而在船舶中高速航行时，能够有效降低航行阻力。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.适用于中高速船舶的球斧式船艏，包括向前倾斜的艏柱(1)和向前凸出的球鼻形船头(2)，其特征在于：球鼻形船头(2)位于设计水线的下方；在中高速船舶两端向中高速船舶中线面的半宽方向上，球鼻形船头(2)向前凸出的水平长度逐渐减小，且在所述中高速船舶的中线面上，球鼻形船头(2)的下表面与其上方的垂直型柱段(3)衔接形成一斧型船头，所述垂直型柱段(3)与设计水线相交。
2.按权利要求1所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：在所述中高速船舶中线面对应的纵剖线上，垂直型柱段(3)与设计水线的相交点处的切线与设计水线垂直。
3.按权利要求1所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：在所述中高速船舶的中线面上，垂直型柱段(3)与设计水线二者之间的交点与船艏20站所在的横剖面间的水平距离为L1，L1与船舶首尾垂线间长之比值为λ，其中：0.03≤λ≤0.06。
4.按权利要求1所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：所述垂直型柱段(3)的中下部与设计水线相交。
5.按权利要求1所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：船艏19站、20站、20.27站、20.54站、20.81站这五站对应的横剖线上均存在两个拐点，在所述五站对应的横剖线上的拐点处的切线均与设计水线垂直。
6.按权利要求5所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：船艏19站对应横剖线上的两个拐点中，一个拐点与设计水线相交，另一个拐点位于设计水线下方；船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站这四站对应的横剖线上的两个拐点分别位于设计水线的上、下两侧。
7.按权利要求6所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站这四站对应的横剖线上位于设计水线上方的四个拐点与船艏19站对应横剖线上的与设计水线相交的拐点，这五点连线与设计水线的夹角为α，且α＝41°±5°。
8.按权利要求6所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：船艏19站、20站、20.27站、20.54站、20.81站这五站对应的横剖线上的位于设计水线下方的五个拐点的连线与设计水线的夹角为β，且β＝46°±5°。
9.按权利要求1所述的适用于中高速船舶的球斧式船艏，其特征在于：船艏20站、20.27站、20.54站、20.81站之间的水上部分的型线自上而下包括直线及外飘的横剖面型线。
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