CN107521615A - 一种高操控性和耐波性的船首及高性能船舶 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高操控性和耐波性的船首，涉及船舶建造和修理技术领域。该高操控性和耐波性的船首包括船首壳体和球鼻艏；船首壳体前沿的连线为平直线，平直线与船体的高度方向平行；球鼻艏的前端位于平直线的后侧。本发明的高操控性和耐波性的船首，由于船首壳体前沿一改传统的反曲特征，创新为直首结构设计，并将球鼻艏的前端设置于船首壳体前沿直线之后，从而增加了船首中纵剖面的面积，对提高船舶的航向稳定性十分有利，适合应用于对航向稳定性能、耐波性能要求较高的船舶。在此基础上，本发明还提供了一种高性能船舶。
Description
技术领域
本发明涉及船舶建造和修理技术领域，尤其涉及一种高操控性和耐波性的船首及高性能船舶。
背景技术
船舶的快速性能、操纵性能和耐波性能是船舶三项最重要的指标。其中，快速性能决定船舶的油耗水平高低，直接与经济性挂钩；操纵性能决定航行的安全性以及军舰的战斗力和生命力；而耐波性能决定了船舶在波浪中的运动特性以及船舶在风浪作用下维持其正常功能的能力。
在诸如油船、散货船、集装箱船以及一部分海工船舶等常规船型的船首设计中，一般把快速性能放在首要的位置，而耐波性能和操纵性能只要满足相关标准就不再关注，甚至有时仅利用计算流体动力学(英文全称：Computational Fluid Dynamics，缩写为CFD)技术进行分析，模型试验都不开展。这容易导致船舶在交船或运营时遇到不同程度的操纵性或耐波性问题，比如航向稳定性差、风浪下的运动过于剧烈、船舶失速严重等等。
具体地，图1为传统的船首结构示意图，如图1所示，传统的海工船舶通常设计有典型的球鼻艏2，其船首轮廓线为传统的反曲形式，球鼻艏2以上部分具有明显的外飘特征。该结构的船首轮廓设计，对于船体兴波具有抗干扰作用，使得此类船首在静水以及小风浪海况下的阻力性能优秀，但在大风浪条件下，外飘的船首上部线型会面临严重的波浪抨击、波浪破碎、过大的波浪增阻，甚至带来船体运动剧烈等不良后果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高操控性和耐波性的船首及高性能船舶，以解决现有技术中的船舶存在结构设计中难以兼顾快速性能、操纵性能和耐波性能的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种高操控性和耐波性的船首，包括船首壳体和球鼻艏；所述船首壳体前沿的连线为平直线，所述平直线与船体的高度方向平行；所述球鼻艏的前端位于所述平直线的后侧。
进一步，所述球鼻艏包裹于所述船首壳体的内部。该技术方案的技术效果在于：球鼻艏包裹于船首壳体的内部，即球鼻艏隐藏于船首壳体的首柱之后。该设计的船首在静水中或小风浪条件下仍能实现球鼻艏对于船体兴波的干扰作用，保证船舶的快速性能并不逊色于传统的球鼻艏线型。而且，保留球鼻艏特征，使得船首的水线面面积不低于传统线型，对于保持或改善船舶的耐波性能更加有利。
进一步，从所述球鼻艏至所述船首壳体的甲板边缘，船体的半宽平缓增加，避免船舶的甲板横向外飘。该技术方案的技术效果在于：传统的结构设计中，船首下方到甲板的形状呈明显的外飘特征，在大风浪条件下，容易导致波浪严重的抨击，且过大的波浪增阻使得船舶在风浪中出现明显的失速。而船体的半宽平缓增加，即避免船首甲板位置呈横向外飘形状，有利于风浪在船体上的缓慢爬升，有效地降低波浪抨击强度、降低波浪增阻进而有效杜绝失速现象，降低船舶的能耗，从而提高经济性，同时，还能够有效改善船舶的运动强度，提高船员的乘坐舒适性。
进一步，所述船首壳体的设计水线前端至所述球鼻艏前端呈尖锐状。该技术方案的技术效果在于：隐藏式球鼻艏(即球鼻艏位于首垂线之后)通过平面平滑连接船首壳体的甲板，使球鼻艏以上水线的前端呈刀锋式尖锐形状，有利于切开水面，减少行驶阻力。
本发明还提供一种高性能船舶，包括船身以及如上述的高操控性和耐波性的船首；所述船身与所述高操控性和耐波性的船首密封连接。
进一步，所述船身与所述高操控性和耐波性的船首一体成型。该技术方案的技术效果在于：一体成型的船身与船首利于设计和制造，提高造船效率。
进一步，还包括吃水槽，所述吃水槽设置于所述船身两侧设计水线以下，沿所述船身的长度方向延伸。该技术方案的技术效果在于：沿船身长度方向延伸的吃水槽既可以降低船身的运行阻力，还可以增加船身的航行平稳度。
进一步，所述吃水槽向船体内侧凸起，与船体内货舱的外壁通过支撑座抵接。该技术方案的技术效果在于：吃水槽向内侧凸起，并通过支撑座抵接货舱的外壁，一方面加固了吃水槽的安装定位，另一方面对内部货舱起到一定的支撑和衬垫作用。
进一步，还包括尾鳍，所述尾鳍设置于所述船身后侧设计水线以下，沿所述船身的长度方向延伸。该技术方案的技术效果在于：尾鳍能够增加船身的结构强度，并且增强了船舶的平衡和导向功能。
进一步，所述尾鳍的数量为偶数条，并相对于船体中纵平面对称设置。该技术方案的技术效果在于：偶数条尾鳍对称设置，除了利于船体的对称平衡，还可以对船身实施配重调整。
本发明的有益效果是：
由于船首壳体前沿一改传统的反曲特征，创新为直首结构设计，并将球鼻艏的前端设置于船首壳体前沿直线之后，从而增加了船首中纵剖面的面积，对提高船舶的航向稳定性十分有利，适合应用于对航向稳定性能、耐波性能要求较高的船舶。本发明的高操控性和耐波性的船首及高性能船舶，不降低船舶在静水以及小风浪条件下的快速性能的同时，可有效提高船舶的航向稳定性能以及大风浪条件下的耐波性能，实现兼顾快速性、操纵性和耐波性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的船首结构示意图；
图2为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的外形示意图；
图3为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的侧视图；
图4为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的纵向剖面图；
图5为图3中A-A向视图；
图6为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的仰视图；
图7为本发明提供的高性能船舶的外形图；
图8为图7中K面剖视图。
附图标记：
1-船首壳体； 2-球鼻艏； 3-船身；
4-吃水槽； 5-尾鳍。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现有技术说明：
船舶的快速性能、操纵性能和耐波性能是船舶三项最重要的指标。其中，快速性能决定船舶的油耗水平高低，直接与经济性挂钩；操纵性能决定航行的安全性以及军舰的战斗力和生命力；而耐波性能决定了船舶在波浪中的运动特性以及船舶在风浪作用下维持其正常功能的能力。
在诸如油船、散货船、集装箱船以及一部分海工船舶等常规船型的船首设计中，一般把快速性能放在首要的位置，而耐波性能和操纵性能只要满足相关标准就不再关注，甚至有时仅利用计算流体动力学(英文全称：Computational Fluid Dynamics，缩写为CFD)技术进行分析，模型试验都不开展。这容易导致船舶在交船或运营时遇到不同程度的操纵性或耐波性问题，比如航向稳定性差、风浪下的运动过于剧烈、船舶失速严重等等。
具体地，图1为传统的船首结构示意图，如图1所示，传统的海工船舶通常设计有典型的球鼻艏2，传统的海工船舶通常设计有典型的球鼻艏2，其船首轮廓线为传统的反曲形式，球鼻艏2以上部分具有明显的外飘特征。该结构的船首轮廓设计，对于船体兴波具有抗干扰作用，使得此类船首在静水以及小风浪海况下的阻力性能优秀，但在大风浪条件下，外飘的船首上部线型会面临严重的波浪抨击、波浪破碎、过大的波浪增阻，甚至带来船体运动剧烈等不良后果。
本发明具体实施例：
实施例一：
本实施例提供了一种高操控性和耐波性的船首，其中：图2为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的外形示意图；图3为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的侧视图；图4为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的纵向剖面图；图5为图3中A-A向视图；图6为本发明提供的高操控性和耐波性的船首的仰视图。如图2～6所示，高操控性和耐波性的船首包括船首壳体1和球鼻艏2。具体地，船首壳体1前沿的连线为平直线，该平直线与船体的高度方向平行。且球鼻艏2的前端位于该平直线的后侧。
而本发明提供的高操控性和耐波性的船首，能够较好地解决现有技术的船舶存在结构设计中难以兼顾快速性能、操纵性能和耐波性能的技术问题。由于船首壳体1前沿一改传统的反曲特征，创新为直首结构设计，并将球鼻艏2的前端设置于船首壳体1前沿直线之后，从而增加了船首中纵剖面的面积，对提高船舶的航向稳定性十分有利，适合应用于对航向稳定性能、耐波性能要求较高的船舶。本发明的高操控性和耐波性的船首及高性能船舶，不降低船舶在静水以及小风浪条件下的快速性能的同时，可有效提高船舶的航向稳定性能以及大风浪条件下的耐波性能，实现兼顾快速性、操纵性和耐波性的目的。
实施例二：
本实施例提供了一种高操控性和耐波性的船首，如图2～6所示，高操控性和耐波性的船首包括船首壳体1和球鼻艏2。具体地，船首壳体1前沿的连线为平直线，该平直线与船体的高度方向平行。且球鼻艏2的前端位于该平直线的后侧。
进一步地，球鼻艏2包裹于船首壳体1的内部。
在本实施例中，球鼻艏2包裹于船首壳体1的内部，即球鼻艏2隐藏于船首壳体1的首柱之后。该设计的船首在静水中或小风浪条件下仍能实现球鼻艏2对于船体兴波的干扰作用，保证船舶的快速性能并不逊色于传统的球鼻艏2线型。而且，保留球鼻艏2特征，使得船首的水线面面积不低于传统线型，对于保持或改善船舶的耐波性能更加有利。
实施例三：
本实施例提供了一种高操控性和耐波性的船首，如图2～6所示，高操控性和耐波性的船首包括船首壳体1和球鼻艏2。具体地，船首壳体1前沿的连线为平直线，该平直线与船体的高度方向平行。且球鼻艏2的前端位于该平直线的后侧。
进一步地，球鼻艏2包裹于船首壳体1的内部。
进一步地，从球鼻艏2至船首壳体1的甲板边缘，船体的半宽平缓增加。
进一步地，船首壳体1的设计水线前端至球鼻艏2前端呈尖锐状。
在本实施例中，船体的半宽平缓增加，即避免船首甲板位置呈横向外飘形状，有利于风浪在船体上的缓慢爬升，有效地降低波浪抨击强度、降低波浪增阻进而有效杜绝失速现象，降低船舶的能耗，从而提高经济性，同时，还能够有效改善船舶的运动强度，提高船员的乘坐舒适性。而隐藏式球鼻艏2(即球鼻艏2位于首垂线之后)通过平面平滑连接船首壳体1的甲板，使球鼻艏2以上水线的前端呈刀锋式尖锐形状，有利于切开水面，减少行驶阻力。
本发明还提供一种高性能船舶，其中：图7为本发明提供的高性能船舶的外形图；图8为图7中K面剖视图。如图6、7所示，高性能船舶包括船身3以及如上述的高操控性和耐波性的船首。其中，船身3与高操控性和耐波性的船首密封连接。
在上述高性能船舶的基础上，进一步地，船身3与高操控性和耐波性的船首一体成型。特殊地，一体成型的船身3与船首利于设计和制造，提高造船效率。
在上述高性能船舶的基础上，进一步地，如图6、7所示，高性能船舶还设置有吃水槽4，该吃水槽4设置于船身3两侧设计水线以下，且沿船身3的长度方向延伸。该结构的高性能船舶，其沿船身3长度方向延伸的吃水槽4既可以降低船身3的运行阻力，还可以增加船身3的航行平稳度。
在上述高性能船舶的基础上，进一步地，如图6、7所示，吃水槽4向船体内侧凸起，与船体内货舱的外壁通过支撑座抵接。该结构的高性能船舶，由于吃水槽4向内侧凸起，并通过支撑座抵接货舱的外壁，一方面加固了吃水槽4的安装定位，另一方面对内部货舱起到一定的支撑和衬垫作用。
在上述高性能船舶的基础上，进一步地，如图6、7所示，高性能船舶还设置有尾鳍5，该尾鳍5设置于船身3后侧设计水线以下，沿船身3的长度方向延伸。其尾鳍5的数量为偶数条，并相对于船体中纵平面对称设置。该结构的高性能船舶，其尾鳍5能够增加船身3的结构强度，并且增强了船舶的平衡和导向功能。偶数条尾鳍5对称设置，除了利于船体的对称平衡，还可以对船身3实施配重调整。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种高操控性和耐波性的船首，其特征在于，包括船首壳体和球鼻艏；
所述船首壳体前沿的连线为平直线，所述平直线与船体的高度方向平行；所述球鼻艏的前端位于所述平直线的后侧。
2.根据权利要求1所述的高操控性和耐波性的船首，其特征在于，所述球鼻艏包裹于所述船首壳体的内部。
3.根据权利要求1所述的高操控性和耐波性的船首，其特征在于，从所述球鼻艏至所述船首壳体的甲板边缘，船体的半宽平缓增加，避免船舶的甲板横向外飘。
4.根据权利要求1所述的高操控性和耐波性的船首，其特征在于，所述船首壳体的设计水线前端至所述球鼻艏前端呈尖锐状。
5.一种高性能船舶，其特征在于，包括船身以及如权利要求1～4任一项所述的高操控性和耐波性的船首；所述船身与所述高操控性和耐波性的船首密封连接。
6.根据权利要求5所述的液化气体船，其特征在于，所述船身与所述高操控性和耐波性的船首一体成型。
7.根据权利要求5所述的液化气体船，其特征在于，还包括吃水槽，所述吃水槽设置于所述船身两侧设计水线以下，沿所述船身的长度方向延伸。
8.根据权利要求7所述的液化气体船，其特征在于，所述吃水槽向船体内侧凸起，与船体内货舱的外壁通过支撑座抵接。
9.根据权利要求5所述的液化气体船，其特征在于，还包括尾鳍，所述尾鳍设置于所述船身后侧设计水线以下，沿所述船身的长度方向延伸。
10.根据权利要求9所述的液化气体船，其特征在于，所述尾鳍的数量为偶数条，并相对于船体中纵平面对称设置。
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