CN107428394B - 设有用于空气的腔的船舶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶，其在所述船舶的平坦底部部分中具有减阻空隙(4)。其下部利用水填充，而其上部利用空气填充。根据本发明，机构(5、6)被设置用于将水流从船舶的前部引导至空隙的前部。所述机构由弯曲部(5)构成，所述弯曲部(5)始于船舶的底部部分，且其朝后且/或通过倾斜平面(6)延伸。额外的前部空气腔室(8)被设置在弯曲部和倾斜平面上方，且额外地空气‑生成机构(27)被设置成供应空气至所述空气腔室(8)。空气间隙(7)被设置在该空气腔室(8)的下部边缘中，以便产生从所述空气腔室(8)至倾斜平面(6)下方的空间的空气流。

Description

设有用于空气的腔的船舶

技术领域

本发明涉及在船舶的平坦底部部分中具有减阻空隙的船舶，其中，空隙的下部利用水填充，而上部利用空气填充。

背景技术

在全部船舶构造中最重要的参数之一是在速度和动力之间的关系。对于一般的商用船只，摩擦阻力，即，在水下船体和水之间的摩擦是船舶的总阻力的完全主导部分。仅在速度增大时，例如，对于高速船舶，波浪阻力才变得重要。已经尝试使用不同类型的表面结构和利用不同类型的空气润滑来影响摩擦阻力。然而，对于常规船舶来说，结果到目前为止是消极的。

减小摩擦阻力的另一方式是减小湿润表面的面积。湿润表面是在零速度时与周围的水接触的船体的部分。这能够通过如下事实进行，即，将平坦底部表面的一部分实现为空隙，该空隙利用空气部分填充。空隙的下部利用水填充，而上部利用空气填充。因此，同样地，上部被命名为空气腔室。将空气与水分离的表面被命名为交界面。由于船舶的前进，一部分空气将被在下方的水流带走。流出的空气于是必须利用至空气腔室的新供应的空气补偿，这在前部边缘中和在空气腔室的上部中适当地发生。水下船体和空隙必须具有良好适应的形状，以便不引起分离和紊流。在空隙中的分离、紊流和在空气腔室中的波浪生成可以以其他方式显著减少（减小的湿润表面可引起的）阻力减少。

通过船体和空隙的适当形状，并利用位于空隙的下部边缘附近的空气/水平面的交界面，能够获得阻力的减少，其与湿润表面的减少成比例。在专利PCT/SE2008/051050(WO2010/033058 A1)中公开了这种适当的船体形式。

当船舶在公海中移动时，其可能沿横向方向摇摆，即绕船舶的中心线处的纵向轴线往复转动运动，或者俯仰运动，即绕船舶的大致船中央点处的水平横向轴线往复转动运动，或所述运动的组合，空气将在空隙边缘的最高定位侧面处流出。摆动时的空气流出能够借助于使用纵向定向间隔壁的空隙的分隔而减少至特定程度。然而，用于在沿俯仰方向的运动时减少空气流出的使用纵向定向间隔壁沿纵向方向的空隙的分隔，由于其引起新的紊流（作为结果会增加阻力），所以不是好的解决方案。两个上述运动的结果意味着，交界面不能保持在空隙的下部边缘附近，而是终结在更高的水平上。

空隙的已知形状到目前为止形成为带有至空隙的入口，该入口具有锋利边缘的形式。当如上文中提到地，出于一些原因，交界面定位在空隙的下部边缘上方的稍微高一点的位置时，在至空隙的入口处的水压和空气腔室中的空气压力之间获得压力差。该压力差在空气腔室中引起波浪生成。该波浪生成要求能量，且阻力减少被显著减少，以致于在更高水平的交界面上被完全消除。这样的结果是，使用当下的技术，阻力减少仅能够在交界面定位在空隙的下部边缘附近时，即在非常轻微的海浪条件下且其中船舶接近平浮时获得。

本发明的主要目的是提供一种船舶，其在至空隙的入口处具有机构，且其减少并在最佳情况下消除在空气腔室中的波浪生成，即使交界面定位在空气空隙的下部边缘上方的较高处。于是还可以在不同的吃水差中且甚至当船舶在中等海浪条件下移动时获得阻力的减少。

所述目的借助于根据本发明的船舶实现，其基本上特征在于，机构被设置用于将水流从船舶的前部引导到空隙的前部中，所述机构由弯曲部构成，所述弯曲部始于船舶的底部部分，适当地始于水平位置，且其朝后且/或通过平面延伸，所述平面沿船舶的纵向方向朝后并朝上倾斜，且向上朝空隙的顶板延伸，呈开口的形式的空气间隙位于弯曲部中，或者位于倾斜平面中、或位于倾斜平面处，若干空气-生成机构被设置成供应空气至所述空气间隙，以便产生从空气间隙至弯曲部或倾斜平面下方的空间的空气流。

美国专利6,575,106 B1示出一种解决方案，其目的与根据本发明的技术方案完全不同。在该连接(connection)中，试图利用由在船体前部处的弯曲部形成的负压，来从被动腔室通过间隙吸入空气。然后，该空气应当以未提及的一些方式通过使空气延迟来增加压力。该增加的压力应当然后用空气填充腔。相应地构思是船舶的速度应当被用于填充空气腔室。听起来像是不会工作的永动机。根据本发明，空气压入，且其衰减在空气腔室中的波浪生成。

发明内容

因此，如所提及地，本发明基于空气被压入，这衰减了在空气腔室中的波浪生成。

根据本发明，至空隙的入口、锋利边缘通过弯曲部以及通过沿船舶的纵向方向倾斜的主要平坦平面来替换。弯曲部和倾斜平面控制水流进入到空隙中。弯曲部适当地始于水平位置，该水平位置可以是基线的平坦底部，且优选地构成船体前部处的球鼻艏的端部。弯曲部和倾斜平面的端部应当主要地具有相同的关于水平平面的角度。该角度应当还小于在所讨论的速度下导致分离的角度。同样地，可以是圆弧的弯曲部应当被选定，使得其不引起分离。该解决方案减少了在空气腔室中的波浪生成，尤其在非常低的速度下和当交界面不定位成向上太高时。如果这些条件都被超过，则当水流沿着倾斜平面到达交界面时，存在波浪生成开始的风险。弯曲部和倾斜平面可以被选定为替代方案，和选定为组合在一起。

位于前部处的额外的空气腔室相应地形成在弯曲部和/或倾斜平面上方，且上述空气-生成机构是到上述空气间隙的前部空气腔室。

当现在额外的前部空气腔室利用空气被填充时，该空气通过在前部空气腔室的下部边缘中的横向定向的空气间隙流出，空气流将在倾斜平面下方产生空气层。该装置提供若干重要优势。在倾斜平面下方的空气层将进一步减小湿润表面。此外，在倾斜平面下方的空气层将平衡压差，使得当到达交界面时，这能够在没有形成更大的波浪的情况下发生。该解决方案可以于是被应用到更高的速度，且当因为公海而交界面被迫定位在向上更高处时。而且通过在倾斜平面下方的空气层影响柯恩达效应。此处，借助弯曲部增加直到曲率半径变成零为止的事实，同样可以在间隙的前方产生负压。以这种方式，通过空气间隙的空气流能够增加。

参考附图，利用功能和在下文中作为若干优选实施例示例的示例的实施例描述本发明，附图都示出在船舶的中心线处的垂直截面。

附图说明

图1、图1A、图1B和图1C示意性示出一种船舶，其具有根据本发明的应用在船舶的船体的底部部分的前部部分处的装置，

图2和图3示出放大的带有额外的空气腔室的空隙的前部，

图4-图6示出空气供应的替代性解决方案的不同示例，以及

图7-图8示出空气间隙和管道的截面视图。

具体实施方式

图1示出本发明的第一实施例示例。附图示出设有根据本发明的装置的船舶的中心线处的垂直截面。额外的前部空气腔室8以常规方式借助于风扇或泵27通过管道26利用空气填充。空气通过空气间隙7流出，且空气流沿着倾斜平面6的下侧向上流动到船舶底下的空隙4中的大型空气腔室40。于是在该空气腔室中压力将增加，且在空气/水之间的交界面将一直下降至以下水平：在该水平下，产生压力平衡，或者在该水平下，沿着空隙的边缘存在空气的排出，且在空气的流出和流入之间产生平衡。如果船舶几乎没有移动且处于接近平浮，即，没有吃水差，则所述平衡点将在交界面非常接近基线的情况下发生。然而，如果船舶处于运动中，则空气流的平衡将在更高的水平上发生。

图1A示出图1的替代性实施例，其中，能够在没有任何空气排出的情况下，在更高水平的交界面上获得空气压力的平衡。为了使在空气/水之间的交界面没有漩涡和波浪生成，船体前部的形状至关重要。船体前部应当使水流具有尽可能接近平行于中心线的流线。该流动然后，当其从顶部朝下流动时且当其达到例如球鼻艏29的下侧时，将产生负压。当水流沿着上述弯曲部5朝上移动时，所述负压被进一步放大。这意味着，还借助在空气腔室8中的相对低的正压，空气将通过空气间隙7被吸/压出去。空气沿着倾斜平面6的下侧向上流动。当达到交界面时，在空隙4上方的空气腔室中的压力将增加。因此，为了使系统平衡，间隙9已经在倾斜平面6的后部侧中打开，且空气将流动回到前部空气腔室8。因此，取决于在弯曲部5之后产生的负压，引起在倾斜平面6周围的环流。如果沿着空隙4的边缘没有空气泄漏出去，则交界面的水平将由在前部空气腔室8中的空气压力单独地确定，且不需要通过管道26供应额外空气。

图1B示出图1A的替代性实施例，其中，即使船体形式和弯曲部没有在弯曲部下方产生充分的负压，也能够实现与上文中描述的相同的效果。倾斜平面6的后部端现在一直向上达到空隙4的顶板且紧密地关闭。额外的前部空气腔室8利用空气以常规方式借助于风扇27或泵通过管道26填充。空气通过空气间隙7流出，且空气沿着倾斜平面6的下侧向上流动到空隙4中的大型空气腔室。压力然后旨在在该空气腔室中增加，但是空隙4现在具有其自己的空气导管管道54，在该空气导管管道54中，风扇53能够吸出多余的空气，以便获得期望的交界面水平。如果船舶经受具有沿着空隙的边缘的大量泄漏空气的较大运动，则该泄漏空气还可由通过该管道54注射空气来补偿。

图1C示出图1B的替代性实施例。横向舱壁50已经被引入前部空气腔室8中。图1B中的具有风扇53的空气导管管道54现在被移动到横向舱壁50向船尾的空间，且在图1C中被标记为具有风扇52的管道51。倾斜平面6现在具有在其后部侧中的开口9。获得与在图1B中描述的替代方案相同的功能和优势。此处，额外地提供允许风扇52吸出空气和将该空气直接传递至空气腔室8的前部的可能性。于是结果变成与在替代方案1A中类似的功能。空气腔室8的前部半部和后部半部分别应当相应地具有不同压力。前部半部应当具有充分高压，以保证在倾斜平面6下方的连续空气流。然而，后部半部应当具有对应于期望的交界面水平的压力。

图2示出前部空气腔室8的放大图片，其中该前部空气腔室8具有倾斜平面6和在倾斜平面的后部侧中的开口9。风扇27将空气传递通过管道26至腔室8。空气流10从腔室8行进通过间隙7并形成空气层，其沿着倾斜平面6的下侧流动。

图3示出前部空气腔室8的示例的放大图片。空隙4由空隙的顶板1在上面限制，且由空隙的下部边缘（在该示例中，所谓的基线2）在下面限制。弯曲部5在例如球鼻艏的端部的稍微向船尾的基线2上水平地开始。弯曲部的端部5A主要具有与倾斜平面6相同的与水平平面的角度。倾斜平面的前/下端部分6A被设置在弯曲部的后部端部分5A的稍微前方和上方。以这种方式，间隙7将使空气流10沿着倾斜平面6的下侧向船尾方向。来自船首的水流23沿着弯曲部5流动，且然后将通过所述空气流10而与倾斜平面分离。当水流28的压力对应于空气流10的压力时，在没有在交界面3上形成任何大波幅30的情况下，到达空隙中的大型空气腔室。

在图4-图8中，示出本发明的不同变型。

在图4中，示出一种变型，其中，空气间隙7在没有任何弯曲部的情况下延伸通过倾斜平面6，且空气管道26设有风扇27。

图5示出空气间隙7，其在设有风扇27的空气供应管道26的端部中直接形成，且没有任何额外的前部空气腔室存在。

图6示出位于倾斜平面6的上端部分但不在向上最远处的空气开口9，而用于空气的出口狭槽7从空气腔室8引出，位于倾斜平面6上进一步向前处。

图7和图8示出一个或多个空气管道26的连接，其达到所述狭槽形空气间隙7，其横向于船舶的长度范围延伸。

根据上文所述，且还借助附图中示出的内容，根据本发明的所述装置的性质和功能应已经被理解和清楚，但是本发明自然不受限于在上文中描述和在附图中示出的实施例。在不脱离诸如在权利要求中限定的本发明的保护范围的情况下，尤其关于不同部分的性质的或者通过使用等价技术的修改是可行的。

Claims (10)

1.一种船舶，其在所述船舶的平坦底部部分中具有减阻空隙(4)，其中，所述空隙的下部利用水填充，而上部利用空气填充，其特征在于，引导机构(6)被设置用于将水流(23、28)从所述船舶的前部引导至所述空隙的前部中，所述引导机构由倾斜平面(6)构成，所述倾斜平面(6)始于所述船舶的所述底部部分，且其沿所述船舶的纵向方向朝后并朝上延伸，且向上朝所述空隙(4)的顶板(1)延伸，第一空气间隙(7)位于所述倾斜平面(6)的前下端(6A)处，所述第一空气间隙(7)呈横向定向的开口的形式，若干空气-生成机构(27)被设置成供应空气至所述第一空气间隙(7)，以便产生从所述第一空气间隙(7)至所述倾斜平面(6)下方的空间的空气流，且前部空气腔室(8)被设置在所述倾斜平面(6)的上方，以及上文中所述的空气-生成机构(27)被设置成将空气经由所述前部空气腔室(8)传递至上述第一空气间隙(7)。

2.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，第二空气间隙(9)被设置在所述倾斜平面(6)的后部端和接近所述倾斜平面(6)的船尾端的所述空隙的所述顶板(1)之间或者在所述倾斜平面中。

3.根据权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，在所述空隙的所述顶板(1)中，存在从所述空隙抽取空气的机构。

4.根据权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，在所述空隙的所述顶板(1)中，存在向所述空隙(4)供应空气的机构。

5.根据权利要求2所述的船舶，其特征在于，所述前部空气腔室(8)借助于设置在所述空气-生成机构(27)的向船尾处的横向舱壁(50)而被分隔开，且所述前部空气腔室的相应地形成的后半部设有空气供应或抽取机构(51、52)以供应空气或从其抽取空气。

6.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述倾斜平面(6)形成所述船舶的前底部部分处的弯曲部(5)的延续。

7.根据权利要求6所述的船舶，其特征在于，在所述船舶的前底部部分处的所述弯曲部(5)从基本上水平位置延伸。

8.根据权利要求6所述的船舶，其特征在于，所述弯曲部(5)在其后部端(5A)处具有与所述倾斜平面基本上相同的关于水平平面的倾斜角度。

9.根据权利要求6所述的船舶，其特征在于，所述第一空气间隙(7)横向定向，且具有与所述倾斜平面和/或弯曲部的宽度对应的延伸部。

10.根据权利要求6所述的船舶，其特征在于，所述倾斜平面的前下端(6A)被设置在所述弯曲部的后部端(5A)的前方和/或上方，由此所述第一空气间隙(7)被设置成提供沿着所述倾斜平面(6)的下侧的向船尾引导的空气流(10)。

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