CN106564562A - 减少船舶阻力的方法及其船首两侧及前方产生气柱的船舶 - Google Patents

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Abstract

一种减少船舶阻力的方法及其船首两侧及前方产生气柱的船舶，所述船舶船体内设有高压气供气系统、供气管道；所述船首两侧船壁及船头正面设有喷气孔；所述船首设置有固定突出物，固定突出物上设置有喷气孔；所述船首有可收放喷气物，可收放喷气物上设置有喷气孔；每个喷气孔均通过供气管道与高压气供气系统连通；所述的供气管道含有主管道、一定数量的支管道；所述的供气管道上安装有减压器；该方法是高压气供气系统通过供气管道在喷气孔持续喷出高压气，在船首两侧及前方产生气柱，从而减少船舶前行时的阻力，从而提高航速或节能。

Description

减少船舶阻力的方法及其船首两侧及前方产生气柱的船舶
一、技术领域
本发明涉及水面交通运输平台领域，特别是涉及一种减少船舶阻力的方法及其船首两侧及前方产生气柱的船舶。
二、背景技术
船舶之所以比飞机汽车慢，除了船舶自重和水的粘滞作用外，还存在两种阻力，一是船与水的摩擦力；二是兴波阻力。目前的解决方案，一是行驶时把船头甚至整个船底托离水面，如气垫船、水翼船、汽艇，但这只适合轻型船舶；二是改良船型，如船头底部增加球鼻艏，但是效果有限；三是喷气，如中国专利号CN101792010B、CN1363500A等技术方案，是在船底或船头或船舷产生气泡形成气垫层。但是这些技术方案的目的只是在于减少船与水的摩擦力，既然目的是减少摩擦力，气垫层就不必太厚，气量就不必太多。而影响船舶高航速的主要因素是兴波阻力，不是摩擦力。一般而言，低速船的摩擦力占总阻力的70～80％、粘滞力10％以上、兴波阻力占很小比例；而高速船的摩擦力占总阻力50％、兴波阻力占40～50％、粘滞力5％。兴波阻力会随着航速的提高而迅速加大，喷气如果为克服船舶高航速时的兴波阻力，则需要比较多的气量，并且越快越多。
至于中国专利号CN86101046A，该技术方案是落后甚至是不可行的，其说明书描述；“喷气管安装在船体下方……伸出船首下方的喷气管及喷出的气泡还起到球鼻艏的作用效果”。说明该技术方案的喷气管只是安装在船体及球鼻艏下方喷气。如果喷气量少，起不到减少兴波阻力的明显效果；如果喷气量大，风浪大时有沉没的危险；再者，如果船速快，在船底喷气来不及上浮，大部分气泡会在船底或船舷滑过，起到的主要是减少部分摩擦力的作用，而不是主要减少兴波阻力。
三、发明内容
本发明的目的是为了减少船舶航行时的兴波阻力，并减少摩擦力及水的粘滞力，从而使船舶更快或节能。
本发明的技术思路是：船舶前行时，沿船首吃水区最大截面积所推开的水道，是船舶前行的主要阻力区；在船首与水的竖向接触面之前产生气柱，可有效减少船舶前行时的兴波阻力，同时减少部分摩擦力和粘滞力。
本发明的技术方案是：一种船首两侧及前方产生气柱的船舶，含船体及动力系统，所述的船体内设有高压气供气系统、供气管道；所述的船首两侧船壁设有喷气孔；所述的船头正面设有喷气孔；所述的船首设置有固定突出物，突出物上有喷气孔；所述的船首有可收放喷气物，可收放喷气物上有喷气孔；每个喷气孔均通过供气管道与高压气供气系统连通；所述的供气管道含有主管道、一定数量的支管道；所述的供气管道上安装有减压器、止回阀。
所述的固定突出物形状可以多样，如球鼻艏、管型、多面体。
所述的可收放喷气物形状可以多样，如可伸缩喷气圆管、多面体。
所述的船壁喷气孔的最靠后位置是船首的最宽处，所述的喷气孔喷气时均在吃水线之下。
本发明工作时是在船舶前行时，从高压气供气系统向主气管、支气管送出高压气，送出的高压气在各个喷气孔喷出，喷出的高压气离开喷气孔后形成气泡，气泡会向水平面上浮，持续产生的气泡会从喷气孔至水平面形成一条气柱，多个喷气孔可以形成多条气柱，多条气柱可以形成气层包裹在船首前方；船首竖面与每一条气柱之间可以是直接接触、不直接接触或部分接触；于是，船舶前行时，推开的不再是单纯的水，而是气和水的混台物，于是，兴波阻力变小了，此外，直接接触气柱可以减少摩擦力，不直接接触气柱可以减少水的粘滞力。
航速越高，兴波阻力越大，需要的气量越多，通过减压器调大喷气孔的气压解决；反之，航速低、调小气压，保持最佳效能比。
根据需要，喷气孔向各个方向喷气，但是向下喷气低于船底的喷气量，以船舶没有沉没危险为上限。
止回阀可以避免水回灌到船体内部，提高船舶的安全性。
本发明的有益效果
本发明通过在船首两侧及前方喷气形成气柱，减少船舶前行时的兴波阻力，并减少摩擦力及水的粘滞力，从而使船舶在同等推力的情况下航速更快，或者在同等航速的情况下更加节能。
四、附图说明
图1为侧视总体图
图2为图1的A-A截面结构示意图
图3为喷气层俯视示意图(图3说明喷气层厚大，与减少摩擦力的喷气技术方案有本质区别。)
图4为实施例一的侧视示意图
图5为实施例二的侧视示意图
图6为实施例三的侧视示意图
五、具体实施方式
参见图1至图6。图中，1.船体、2.船舷、3.船底、4.船尾、5.高压气供气系统、6.船头、7.可伸缩喷气管、8.固定喷气管、9.喷气孔、10.船首最宽处、11.主管道、12.支管道、13.止回阀、14.减压器、15.球鼻艏、16.气柱、17.高压储气瓶、18.空气压缩机、19.燃气轮机、20.气体压缩机、21.机械臂、22.可收放喷气管。
实施例一：参见图4、图1、图2、图3，图中一种船首两侧及前方产生气柱的船舶，含船体及动力系统，所述的船体内设有空气压缩机、高压储气瓶、供气管道；所述的船首两侧船壁设有喷气孔；所述的船头正面设有喷气孔；所述的船首设置有固定喷气管，固定喷气管上有喷气孔；所述的船首有可伸缩喷气管，可伸缩喷气管上有喷气孔；每个喷气孔均通过供气管道与高压储气瓶连通；所述的供气管道含有主管道、一定数量的支管道；所述的供气管道上安装有减压器、止回阀。
所述的固定喷气管为本发明技术方案中的固定突出物。
所述的可伸缩喷气管为本发明技术方案中的可收放喷气物。
所述的空气压缩机及高压储气瓶为本发明技术方案中的高压气供气系统。
实施例二：参见图5、图1、图2、图3，图中一种船首两侧及前方产生气柱的船舶，含船体及动力系统，所述的船体内设有空气压缩机、高压储气瓶、供气管道；所述的船首两侧船壁设有喷气孔；所述的船头正面设有喷气孔；所述的船首设置有球鼻艏，球鼻艏上有喷气孔；所述的球鼻艏设置有可伸缩喷气管，可伸缩喷气管上有喷气孔；每个喷气孔均通过供气管道与高压储气瓶连通；所述的供气管道含有主管道、一定数量的支管道；所述的供气管道上安装有减压器、止回阀。
所述的球鼻艏为本发明技术方案中的固定突出物。
所述的可伸缩喷气管为本发明技术方案中的可收放喷气物。
实施例二：一种船首两侧及前方产生气柱的方法，该方法是：在船首两侧船壁设有喷气孔；在船头正面设有喷气孔；在船首设置有球鼻艏，球鼻艏上设有喷气孔；所述的球鼻艏设置有可伸缩喷气管，可伸缩喷气管上有喷气孔；所述的喷气孔均通过供气管道连接到高压气供气系统，高压气通过供气管道在喷气孔持续喷出，持续喷出的高压气在船首两侧及前方形成多条气柱，产生的气柱可以减少船舶前行时的阻力。所述的喷气孔气压通过减压器调节。
根据需要，可伸缩喷气管因应航速高低来调节伸缩长度；航速高，伸得远；航速低，伸得近；靠
港时，收回船体，避免碰撞。
所述的喷气孔喷气时均在吃水线之下。
船首与水的竖向接触区域，是喷气产生作用的理想区域；如果在船首与水的竖向接触面直接向前大量喷高压气，会产生向后作用力等不利效果；本发明在船首底部或之前设置固定突出喷气物或可收放喷气管，使上浮喷气与前行船舶会台在理想区域；如果航速加快，可以伸长可收放喷气管，或者调大喷气孔气压使气体加速上升，保持上浮喷气与前行船舶会合在理想区域。
实施例三：参见图6、图1、图2、图3、图中一种船首两侧及前方产生气柱的船舶，含船体及动力系统，所述的船体内设有燃气轮机、气体压缩机、高压储气瓶、供气管道；所述的船首两侧船壁设有喷气孔；所述的船头正面设有喷气孔；所述的船首设有可收放喷气管，可收放喷气管上设有喷气孔；所述的可收放喷气管通过机械臂控制在合理位置；每个喷气孔均通过供气管道与高压储气瓶连通；所述的供气管道含有主管道、一定数量的支管道；所述的供气管道上安装有减压器、止回阀。
所述的燃气轮机工作时产生排气，产生的排气经过气体压缩机压缩后送至高压储气瓶，再通过供气管道在喷气孔喷出。
所述的燃气轮机、气体压缩机、高压储气瓶是本发明技术方案中的高压气供气系统。
所述的可收放喷气管为本发明技术方案中的可收放喷气物；所述的可收放喷气管的喷气孔通过软管与供气管道、高压气供气系统连接。
航速加快，机械臂控制可收放喷气管前移；靠港时，机械臂控制可收放喷气管收回船体，避免碰撞。

Claims (7)

1.一种船首两侧及前方产生气柱的船舶，含船体及动力系统，所述的船体内设有高压气供气系统、供气管道，其特征是：所述的船首两侧船壁设有喷气孔；所述的船头正面设有喷气孔；所述的船首设有固定突出物，固定突出物上有喷气孔；所述的船首有可收放喷气物，可收放喷气物上有喷气孔；每个喷气孔均通过供气管道与高压气供气系统连通，喷气孔的最靠后位置是船首的最宽处；所述的供气管道含有主管道、一定数量的支管道；所述的供气管道上安装有减压器、止回阀。
2.根据权利要求1所述的船首两侧及前方产生气柱的舶舶，其特征是：所述的船首设置有固定突出物球鼻艏，球鼻艏上设置有喷气孔。
3.根据权利要求1所述的船首两侧及前方产生气柱的船舶，其特征是：所述的船首设置有固定喷气管，固定喷气管上有喷气孔。
4.根据权利要求1所述的船首两侧及前方产生气柱的船舶，其特征是：所述的船首设置有可收放喷气管，可收放喷气管上设置有喷气孔。
5.一种减少船舶阻力的方法，该方法是：在船首两侧船壁设有喷气孔；在船头正面设有喷气孔；在船首设有固定突出物，固定突出物上有喷气孔；在船首设有可收放喷气物，可收放喷气物上有喷气孔；每个喷气孔均通过供气管道与高压气供气系统连通，高压气供气系统通过供气管道在喷气孔喷气，在船首两侧及前方产生气柱，减少船舶前行时的阻力；所述喷气孔的气压通过减压器调节，所述的喷气孔喷气时均在吃水线之下。
6.根据权利要求5所述的一种减少船舶阻力的方法，其特征是：船舶航速越高，喷气孔的气压调节越大；航速越慢，喷气孔的气压调节越小。
7.根据权利要求5所述的一种减少船舶阻力的方法，其特征是：船舶航速越高，可收放喷气物伸得越远；靠港或者低航速时，收回船体。
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