CN107856807A - 节能的双浮船 - Google Patents

Abstract

节能的双浮船，是一个集船式浮体和水上充气平台浮体于一身的新型舰船，也是一个半潜式的平底气垫船。敞口朝下的桶状充气室，与船共底、遍布船下，充气后形成的气垫层，可使行船阻力锐减；产生的巨大浮力，能为船主免费运载货物，令船运效率成百倍提高，实现节能95％以上。其超强的节能功效，能让我们“用小动力，造大船”的梦想成真。多个槽钢形龙骨的平铺设计，为船下间壁充气室提供了便利，还为安装多台推进器和多台制动装置创造了条件。船下众多巨大的充气室，还有多种意想不到的特殊用途。两种浮体同舟共济，安全性能倍增。

Description

节能的双浮船

技术领域：节能的双浮船，是一个集船式浮体和水上充气平台浮体于一身的新型舰船，也是一个半潜式平底的气垫船。

背景技术：现有普通的舰船，即船式浮体，是水面之上的浮体，依靠自身的下沉排除更多水体来增加浮力的。所以，在船运过程中，货物重量、吃水深度、行船阻力、能源消耗、船运费用五项系列指标，成正比例关系：一增俱增、一减都减、一零皆零，已成铁律，无法节能。节能的双浮船中，除了船式浮体外，还有整合在一起的水上充气平台浮体(以下简称充气浮体)，一船含有两种浮体，因此称为双浮船。其充气浮体，采用的是“水上充气平台”专利技术，其专利号为：2016101221119。充气浮体是浸于水面之下的浮体，是靠向其敞口朝下的充气室里充入气体把水体置换出去而产生浮力的。在其浮力范围内托起载荷时，充气浮体自身并不下沉。利用这一特性，把绝大部分货物交由充气浮体去承载，把船式浮体实际承载的重量降至最小，按正比例关系，船运费用就会降至最小，从而实现节能。

2016年2月，本人曾设计过节能的双浮船，取名《双浮多底节能船》，并申报了发明专利。现在想来，其设计谨小慎微有余、大胆开放不足。例如：其一，船体与下面充气浮体之间采取共用一根配重轴的复杂方式进行连接，目的是防止充入的气体因船体摇晃产生外泄。其实，船体加宽到一定宽度后，左右摇晃的问题就自然解决了，所以，双浮船宜适当加大宽度以求平稳；若把充气浮体的桶状充气室垂直焊接在船的底部，成为一体后，平稳的船体会使充气室一直垂立在水中，配重轴和配重物就全免了。其二，没有突破V型船底的传统观念束缚，致使充气室的容积过小，节能效果很不显著。其三，多个V型船底，使船下着水面积倍增，势必增加行船阻力。为了克服上述三项不足，重新做了这次改进设计。

发明内容：节能的双浮船，是一个集船式浮体和水上充气平台浮体于一身的新型舰船，也是一个半潜式平底气垫船。其特征是，充气浮体的敞口朝下的桶状充气室遍布船下，并与上面的船式浮体采取共底式连接，船底即为充气浮体的承载平台，为此，采取多个龙骨平铺的设计，龙骨皆呈槽钢形状，并且全部平行的扣放在同一平面上，之间用钢板焊接成一体，其上部即为船舱，下部槽内正好间壁出桶形充气室。图1是个具有七个槽钢龙骨的节能的双浮船的断面设计示意图。图1中的A1～A7为七个平铺的槽钢形龙骨，用钢板连接形成船底后，又新生出6个较浅的槽钢来。在各槽钢内间壁充气室的过程，也是对龙骨和船底进行加固的过程。间壁出的每个充气室都是一个敞口朝下的直桶，桶口形状不限，但要扣在同一平面上，以便将船下的着水面积减至最小。所以，节能的双浮船，遍布船下的充气室充满气体后，也是一个半潜式的平底气垫船。

节能的双浮船，另一特征是，每个槽钢龙骨尾部，都可安装一台推进器，在我国航母技术暂时落后的当下，采取多台动力联合驱动方案，用常规的“合动力”去战胜先进的“核动力”，不仅仅是权宜之计，也是创新赶超的有效措施。对于航母来说，有了十足的动力，才有望在航速上、吨位上以及在武器装备上胜敌一筹。安装多台推进器，除了动力大增可以提高航速外，还有两项优点：1)在保持直行的前提下，可利用开启推进器的台数来实现多档变速。七个推进器可实现七档变速。全部开启，可在关键时刻进行高速机动。2)若只开启一侧的推进器，可助舰船左、右转弯。用此法转向，扭矩大，方便快捷高效。

节能的双浮船，另一特征是，槽钢形龙骨的设计，可在船尾设置刹车制动装置。现有的舰船由于构造所致，大都没有刹车制动系统，全靠抛锚进行停泊。因此，惯性巨大的船只进港时很难控制，极易发生冲撞事故。

槽钢形龙骨的设计，解决了无法为舰船安装刹车制动系统的难题。可供参考的制动方案是：在龙骨钢槽内安装一个跷跷板式的刹车闸门，具体安装位置，设在充气室之后、推进器之前。技术要求：1)、安装后，闸门在槽内要垂直左、上、右仨面，且保留一定间隙；闸门长度为槽深的1.5倍左右，用以增加刹车力度。2)、闸门与槽钢之间起连接作用的横轴，应把闸门分成上短、下长的两部分，便于闸门自动下垂。3)、闸门中线下部的“门拉手”处，系一根钢丝绳，并经槽底圆孔引出后，交由卷扬机控制。4)、非制动期间，卷扬机将闸门拉向前上方，把闸门扣放在充气室的后面备用，使之成为流线型船腹的一部分。5)、需要制动时，松开钢丝绳，闸门在自重和水流作用下，会急速向下后方回转到垂直的极限位置(由挡铁限位)，此时闸门迎水面积最大，实现阻水刹车。不论刹车时间多长，都无需为制动消耗动力。

如果多个闸门同时放下，可收到急刹车的制动效果。若是单个地放下左、右两侧的闸门，则能有效地帮助船体急转弯。

节能的双浮船，另一特征是，向充气室里充气的方式，采取的是“水下自动充气”的间接充气法，由空压机或高压储气罐引出的风管，直接插入充气室下方的水里，让空气化成气泡，再自动游进充气室里，把充气室里的水体置换出去，进而产生浮力。顺其自然的间接充气方式，好在可令气体有去无回，避免气压回流。

节能的双浮船，另一特征是，船下大量的敞口充气室，完成充气后，还可另辟多种用途。其一、可挂载鱼雷、水雷、无人潜水器等武器装备，使用起来极其隐蔽、方便、快捷。其二、充气室里，有与水体大面积零距离接触的优越条件，将水下声呐探测系统设置其中，定能收到意想不到的反潜效果。其三、船下比房间还要大的敞口充气室里充入新鲜空气后，就具备了人类生存、工作的首要条件。因此，特别装修过的充气室，可兼做蛙人和水兵的工作、休息室，也可成为监控室、警戒室、操作室、实验室等。其四、专用的跃层式充气室，结合密封室技术，可助人员在船舱与充气室之间任意往来，为船下居住的人员提供坚强的后盾依托。

节能的双浮船，其另一特征是，遍布船下的充气室被充满空气后，会在船下形成一个厚度至少为c米的气垫层，将船底与水体隔离开来，既防止了海水对船底的长期腐蚀，又把原本船体与水体之间的硬摩擦，转化成气体和水体之间的软摩擦，如同在船、水之间加了一个润滑层，使船下的摩擦阻力锐减。因此，同比普通舰船更节省动力。

节能的双浮船，最大的特征是，遍布船下的充气室被充满空气后，所产生的巨大浮力，可在无需增加动力的情况下，为船主免费运载大量货物，成百倍地提高运输效率，实现节能95％以上，其超强的节能功效，能让我们“用小动力，造大船”的梦想成真。

下面按图1的设计，拟建一轻型航母，通过赋值、计算，用实际数据加以验证如下：

假设：7个龙骨钢槽的宽度和深度a均为6米(可间壁出桶口为3米×3米的充气室)；6组窖舱的宽度均为6米，深度b＝4米；若充气室总长350米；水的比重为1.0；船体自重1.0万吨；使船体保持在6米的吃水深度。则有：

船体产生的排水量是：350×6×4×6×1＝5.0万吨

此时船体载货重量则为5.0-1.0＝4.0万吨

船宽为(7+6)×6＝78米。

充气前，该船就是一个排水量为5万吨的普通的舰船。充气室里充满空气后，它就成了一个双浮船，其总排水量一下子猛增到：350×78×6×1＝16.4万吨。

其中充气浮体的排水量则是：16.4-5.0＝11.4万吨。

充气后，11.4万吨的浮力会使船体急剧上浮，吃水深度变浅。只有再加载11.4万吨货物，船体才能把吃水深度恢复到原来的6米。由此可见，这11.4万吨货物，只是用于把船恢复到充气前状态的一种配重。虽然船舱里增加了11.4万吨货物，然而，却和装入零吨货物一样，船体的吃水深度没有丁点增加，行船阻力也无变化。按照船式浮体前述的铁律推算，只有零吨货物，才可能使船的吃水深度的变化为零！一零皆零：后3项，即行船阻力、能源消耗、船运费用的变化也是零。因此，加载这11.4万吨，与船式浮体又加载了零吨货物别无二致，而零吨货物向来是免交运费的。

在船运过程中，由充气浮体单独承载的货物，是超脱于船运铁律之外的既无重量显示又无运费消耗的免费货物。能够产生免费货物，是节能的双浮船之所以能够节能的关键。免费货物的多少，取决于充气浮体的排水量；其所占比例越大，节能率就越高。

这次免费运送的货物是11.4万吨，与原载货物4.0万吨之比是：11.4/4.0＝2.85倍。即双浮后较双浮前，船运效率提高了2.85倍。充气后，我们把5万吨的中型航母，魔术般的变成了16.4万吨的巨型航母，而且是在无需增加动力的前提下实现的。节能的双浮船具有超强的节能功效，由此可见一斑。

运输效率提高了2.85倍，节省了多少能耗呢？

充气前每万吨的耗能系数是1/5＝0.2；充气后每万吨的耗能系数是1/16.4＝0.061比较一下，后者仅为前者的30.5％

(0.061/0.2＝0.305＝30.5％)。

所以，后者比前者节能69.5％。

现在，能够实现节能近70％的设备是极其罕见的。然而，对于节能的双浮船来说，可提升的节能空间仍然很大，而且极易办到：通过增加充气室的容积和减小船体排水量的设计，可轻松地把节能率提高到95％以上。比如说，把上例中的龙骨槽钢改为8米×8米规格的，充气室加长至500米，4米深窖舱，由原来的6组减少为1组，其余5组改成充气室(令b＝0)，船体自重1.2万吨，保持吃水8米。则有：船式浮体的排水量是，500×8×4＝1.6万吨。此时船上载货为1.6-1.2＝0.4万吨。充气后总排水量为：500×8×(7+6)×8＝41.6万吨，

则由空气承载的可免费搭载的货物为41.6-1.6＝40万吨。

充气后成了双浮船，货运能力由0.4万吨陡增至40.4万吨，运输效率整整提高了100倍。此时的节能率已高达96.15％。

由此可见，节能的双浮船超强的节能功效，可让我们“用小动力，造大船”的梦想成真。我们完全可以用万吨驱逐舰的常规动力，去建造和驾驭二十万吨、四十万吨的双浮航母，这就直接破解了巨型航母建造中“动力不足”的关键性难题。

届时，我国自产的40万吨的双浮航母，带足各种武器，载上300架战机，以50节时速驶出第二岛链，绕西太平洋转上三圈，看看谁还胆敢再闯我南海？！

当今现役最大的航母，排水量10万吨，吃水深10米多，其最大时速30节。我们要建的40万吨的航母，时速能达到50节吗？能，一定能。自信源于以下四个方面：其一，我们采用了“合动力”，动力足，就能开得快；其二，气垫层大大地减小了行船阻力；其三，我们的吃水深度最小，仅为8米，行船阻力最小；其四，双浮航母虽然载重40多万吨，但是，由船式浮体实际分担的重量仅为0.4万吨，相当于空载。船空则轻，轻则快。

节能的双浮船，具有可靠的安全性能。船体既宽又大，配上惊人的载重量，抗击风浪的能力更强，也更加平稳；船舱外层有充气室的保护，不会轻易受到破坏；大部分船底被充气室托出水面，即便破损、洞穿，也不会出现涌水现象；窖舱较浅，容积有限，出现涌水，被空气托起的船体也不会下沉，更不会出现浮力尽失、倾覆、沉船问题；千百个充气室，各为一桶，个别受损泄气，不会殃及全船；两种浮体，同舟共济，可确保船体永不沉没。总之，节能的双浮船，具有比普通舰船更强的生存能力，更为安全可靠。

如果将节能的双浮船作成货轮，组成运输船队，服务于二十一世纪海上丝绸之路，百倍的运输效率，95％以上的节能率，定能为我国创造巨大的经济效益和社会效益，加速中国梦的早日实现。

如果为双浮船做一件“超短软裙”护住充气室外围的四周，充气效果和气垫效果都将得到较大提升，也利于集中对充气室随时补充气体。

附图说明：图1，是个具有七个槽钢龙骨的节能的双浮船的断面设计示意图。其中，(1)为甲板；(2)为船舱；(3)是龙骨之间窖舱的船底。A1～A7为七个平铺在同一平面上的槽钢形龙骨，宜用加厚的钢板制作；a为龙骨槽钢的槽深，也是充气室的最大高度；b为窖舱的深度；c为气垫层的最小厚度，也是充气室的最小高度。

具体实施方式：欲以入门费+技术入股的形式与出资者或厂家共同研发、生产专利产品。不排除采取双方认为更好的方式来实施。

Claims (7)

1.节能的双浮船，是一个集船式浮体和水上充气平台浮体于一身的新型舰船，也是一个半潜式的平底气垫船，其特征是，充气浮体的敞口朝下的桶状充气室遍布船下，并与上面的船式浮体采取共底式连接，船底即为充气浮体的承载平台，为此，采取多个龙骨平铺的设计，龙骨皆呈槽钢形状，并且全部平行扣放在同一平面上，之间用钢板焊接成一体，其上部即为船舱，下部槽内正好间壁出桶形充气室。

2.根据权利要求1、所述的舰船，其特征是，每个槽钢龙骨尾部，都可安装一台推进器，采取多台动力联合驱动方案，用常规的“合动力”去战胜先进的“核动力”。

3.根据权利要求1、所述的舰船，其特征是，在推进器和充气室之间的龙骨钢槽内可安装一个跷跷板式的制动刹车闸门，用时放下闸门阻水刹车，不耗动力，不用时拉起来成为船腹的一部分。

4.根据权利要求1、所述的舰船，其特征是，向船下桶形充气室里充气的方式，采取的是“水下自动充气”的间接充气法，由空压机或高压储气罐引出的风管，直接插入充气室下方的水里，让空气化成气泡，再自动游进充气室里，把充气室里的水体置换出去，进而产生浮力。

5.根据权利要求1、所述的舰船，其特征是，船下大量的敞口充气室，完成充气后，还可兼作声呐监测室、蛙人休息室工作室、鱼雷挂载室操控室、水下警戒室等。

6.根据权利要求1、所述的舰船，其特征是，遍布船下的充气室被充满空气后，会在船下形成一个厚度至少为c米的气垫层，能将船底与水体隔离开来，既防止了海水对船底的长期腐蚀，又把原本船体与水体之间的硬摩擦，转化成气体和水体之间的软摩擦，如同在船、水之间加了一个润滑层，使船下的摩擦阻力锐减，因此，同比其他舰船节省动力。

7.根据权利要求1、所述的舰船，其特征是，具有超强的节能功效：遍布船下的充气室被充满空气后所产生的浮力，可在不增加动力的情况下，为船主免费运载大量货物，成百倍地提高运输效率，实现节能95％以上。