CN106741587A - 船体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船体，所述船体的部分参数根据公式E＝L/H*C设计，C的取值范围为0.85‑0.95，其中，E表示升阻比，L表示垫升区纵向长度，H表示阻力面垂直高度，C表示升阻比折减系数。由于采用了上述技术方案，本发明较主流航空器的升阻比有很大优势，其E＝L/H*C值，可以达到30以上，明显高于波音737‑800的升阻比(其值为16)，也优于目前运行的地效应飞行器最大20的升阻比。

Description

船体
技术领域
本发明属于船舶领域，特别是一种船体。
背景技术
目前，除了地效应飞行器投入使用之外，尚未见有地效应气垫船(始终不飞离水面的船舶型的地效应交通工具)投入使用。利用地效应的飞行器尽管使用前景广阔，但是发展还有许多技术障碍存在。正是地效应飞行器存在许多对航行安全和舒适性的威胁因素以及设计技术的不成熟性，给地效应飞行器的设计和使用带来了挑战，限制了地效应飞行器的普及。其具体指标表现为：升力面荷载比太大、发动机功重比过小、整体功重比太小、升阻比太小等。只要系统地解决了这样一些技术缺陷，真正具有优异性能的地效应气垫船将会普及，划时代水上交通的新局面就会到来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船体，较主流航空器的升阻比有很大优势，其E＝L/H*C值，可以达到30以上，明显高于波音737-800的升阻比(其值为16)，也优于目前运行的地效应飞行器最大20的升阻比。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，所述船体的部分参数根据公式E＝L/H*C设计，C的取值范围为0.85-0.95，其中，E表示升阻比，L表示垫升区纵向长度，H表示阻力面垂直高度，C表示升阻比折减系数。
船体的部分参数根据公式E＝L/H*C，C的取值范围为0.85-0.95，也就是说，E值与L/H值成正比，可以根据实际情况对L和H取值，以便等达到合适的E值。
所述船体可以是地效应气垫船，其结构可以参考授权公告号为CN205417991U的实用新型专利。当船舶处于停泊状态时，由船体排水及由船体舷板、甲板和滑水板组成的多级反扣式浮箱气垫提供浮力，船舶自重轻，吃水浅。中低速航行时，船舶处于小水线面、断级滑行、空气动力半垫升组合的航行状态，提速快。随着航速的提高，船首顶面小迎角滑水板及船首船舷板弧形段共同构成的喇叭口对进入船底的空气形成冲压方式的增压垫升，滑水板升高首先脱离水面，船舶处于半气垫及极小的小水线面排水航行状态，船底也升离高出水面，这时除插入水体的侧壁板(隔板)及双迎角槽道式压浪板外，船体凌空，船舶实现地效应气垫式的高速航行。
进一步，L/H＞24。
进一步，L/H＞30。
进一步，E＝S升/S阻*C，其中，S升表示有效垫升区域平面面积，S阻表示前进阻力区垂向面积；S升＝B1*L，其中，B1表示垫升区平面横向宽度，L表示垫升区纵向长度；S阻＝B2*H，其中，B2表示阻力区平面横向宽度，H表示阻力面垂直高度，B1＝B2。
进一步，所述阻力面垂直高度等于船首滑水板上沿与压浪板下沿之间的垂直高度差。
进一步，所述阻力面垂直高度大于平均浪高的2倍。
进一步，L/B1＞5。
进一步，h/H的取值范围为0.2-0.3，其中，h表示压浪板离水面高度。
由于采用了上述技术方案，本发明较主流航空器的升阻比有很大优势，其E＝L/H*C值，可以达到30以上，明显高于波音737-800的升阻比(其值为16)，也优于目前运行的地效应飞行器最大20的升阻比。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的仰视图。
图中，1、滑水板；2、压浪板。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1和2所示，本发明的技术方案是，所述船体的部分参数根据公式E＝L/H*C设计，C的取值范围为0.85-0.95，其中，E表示升阻比，L表示垫升区纵向长度，H表示阻力面垂直高度，C表示升阻比折减系数。
所述船体可以是地效应气垫船，其结构可以参考授权公告号为CN205417991U的实用新型专利。当船舶处于停泊状态时，由船体排水及由船体舷板、甲板和滑水板1组成的多级反扣式浮箱气垫提供浮力，船舶自重轻，吃水浅。中低速航行时，船舶处于小水线面、断级滑行、空气动力半垫升组合的航行状态，提速快。随着航速的提高，船首顶面小迎角滑水板1及船首船舷板弧形段共同构成的喇叭口对进入船底的空气形成冲压方式的增压垫升，滑水板1升高首先脱离水面，船舶处于半气垫及极小的小水线面排水航行状态，船底也升离高出水面，这时除插入水体的侧壁板(隔板)及双迎角槽道式压浪板2外，船体凌空，船舶实现地效应气垫式的高速航行。
所述阻力面垂直高度等于船首滑水板1上沿与压浪板2下沿之间的垂直高度差。压浪板2与最靠近船尾的滑水板1的下端连接，压浪板2呈水平设置。作为具体实施例，所述阻力面垂直高度大于平均浪高的2倍。
垫升区域指反扣式浮箱区域。船体的部分参数根据公式E＝L/H*C，C的取值范围为0.85-0.95，也就是说，E值与L/H值成正比，可以根据实际情况对L和H取值，以便等达到合适的E值。
作为具体实施例，L/H＞24，此时E＞20.4。作为具体实施例，L/H＞30，此时E＞25.5。E均大于现有水平。E的值可以根据需要进行参数设置，当E＞16时，L/H＞18.8。
E＝S升/S阻*C，其中，S升表示有效垫升区域平面面积，S阻表示前进阻力区垂向面积；S升＝B1*L，其中，B1表示垫升区平面横向宽度，L表示垫升区纵向长度；S阻＝B2*H，其中，B2表示阻力区平面横向宽度，H表示阻力面垂直高度，B1＝B2。由此可得：E＝L/H*C。作为具体实施例，L/B1＞5。
C值与海况及压浪板2与水面之间高度有关，一般为0.85-0.95。升阻比系数C＝0.85-0.95的实验归纳：制作多个木制气动模型，让其可以和气垫室类比并使其固定为L/H＝30。设定压浪板2离水面高度为h，在风速为15m/s左右时实测其实际升阻比及C值如下表：
h/H值 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
L/H 30 30 30 30 30
升阻比E＝L/H*C 28.38 27.39 24.72 22.89 18.87
C值 0.946 0.913 0.824 0.763 0.629
h表示压浪板2离水面高度。根据实测结果，可以认为当h/H值很小的时候，C值可以达到0.9以上，当h/H值达到0.5时，C值仅有0.6左右。C值和h/H值密切相关，是·也就与压浪板2和水面之间的高度有关。
从实际航行来看，将h/H值控制到0.2-0.3之间是可以做到的，因此在设计中一般C值取0.85比较恰当。当航区平均浪高较大时，在水动力的影响下，h值会变大而使其h/H值增大，实际升阻比减小，影响航速的同时使得船舶经济性变差。
发明人根据已有的相关学科成果建立了表格：
表一
由表一可得W＝V2/16.3，W-风压压强(kg/m2)，风速(m/s)。
表二
由表二可得：航速回归方程：V＝W0.539/T0.465*3.8*1.852，V-航速(Km/h)，W-动力配置(KW)，T-船艇总重(t)。
在一定的航速下，冲压空气进入船底形成的气垫空间，可以假定为等容等压半密闭压缩空气流场，船舶航行速度就是风速，查表一可以得到一定风速条件下的风压，也就是垫升压强。在已知垫升面积时，船舶航行速度一定，要实现全垫升航行时，船舶总重即可确定。
假定，三体双列滑水板1式连接桥地效应气垫船，外单体船间中轴线距离为3.5米，按照“六”式，其设计水线长应不小于17.5米；如果航区平均浪高0.3米，船首滑水板1上沿与船尾双迎角压浪板2的下沿高差取0.6米，L值应大于18米，这里取较大值18米。
由S升＝B1*L，S阻＝B2*H，得S升＝3.5*18＝63(m2)，S阻＝3.5*0.6＝2.1(m2)。由E＝S升/S阻*C，得E＝63/2.1*0.85＝25.5。升阻比值优于波音737-800的升阻比(其值为16)，也优于目前运行的地效应飞行器最大20的升阻比。
设定船舶在150Km/h的航速时达到全垫升姿态，查表二得知应取垫升荷载为106.5Kg/m2。由公式：P＝T/S升，P-有效垫升区单位面积上的平均荷载(kg/m2)，T-船艇总重(kg)，S升-有效气垫区域面积(m2)，可得满载时船舶总重T＝P*S升＝63*106.5＝6.7(t)。
根据这样的计算结果来看，地效应气垫船采用轻质高强材料建造势在必行，为此推荐使用高强轻质的铝镁合金板做基板，复合芳纶纤维增强环氧树脂高强层，喷涂聚脲弹性体减阻抗磨，护舷采用EVA泡沫表面聚脲，形成新一代概念的船体材料。取T＝6(t)，查表一编制的发动机对全船的功重比，预选排水航行时能获得全垫升力25％时的动力配置为400KW发动机，V＝4000.539/60.465*3.8*1.852＝77(Km/h)。由W＝V2/16.3，可得此时空气动升力V约为30Kg/m2，占到全垫升时的28％，可以达到具有明显改善功效的地效应启航条件。
当船舶航速达到全垫升航速，假定推进功效为0.5，即150Km/h(41.67m/s)时的功耗估算为6000/25.5*41.67/0.5/75＝261Kw。小于400Kw设计动力配置。经过计算，配置400KW发动机时，船舶最大航速可以达到280Km/h以上。我们可以将400KW视为该地效应气垫船的启航功率配置，261KW视为巡航功率配置，280Km/h为其最大航速。由此可以看出，在高速航行条件下，性能优异的地效应气垫船，比小水线面船舶及滑行艇类船舶能耗降低一半。
本发明较主流航空器的升阻比有很大优势，在合理的动力配置条件下预计可以达到400Km/h以上的航速，且节能明显，安全性更好。可以预期，在不远的将来，地效应气垫船能够在中短程距离的运输上取代航空器。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.船体，其特征在于，所述船体的部分参数根据公式E＝L/H*C设计，C的取值范围为0.85-0.95，其中，E表示升阻比，L表示垫升区纵向长度，H表示阻力面垂直高度，C表示升阻比折减系数。
2.如权利要求1所述的船体，其特征在于，L/H＞24。
3.如权利要求2所述的船体，其特征在于，L/H＞30。
4.如权利要求1所述的船体，其特征在于，E＝S升/S阻*C，其中，S升表示有效垫升区域平面面积，S阻表示前进阻力区垂向面积；S升＝B1*L，其中，B1表示垫升区平面横向宽度，L表示垫升区纵向长度；S阻＝B2*H，其中，B2表示阻力区平面横向宽度，H表示阻力面垂直高度，B1＝B2。
5.如权利要求4所述的船体，其特征在于，所述阻力面垂直高度等于船首滑水板上沿与压浪板下沿之间的垂直高度差。
6.如权利要求5所述的船体，其特征在于，所述阻力面垂直高度大于平均浪高的2倍。
7.如权利要求4所述的船体，其特征在于，L/B1＞5。
8.如权利要求1所述的船体，其特征在于，h/H的取值范围为0.2-0.3，其中，h表示压浪板离水面高度。
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