CN108128402A - 一种减少水流阻力的船底结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及与船有关的设备，尤其涉及一种减少水流阻力的船底结构，它包括船体、球鼻艏模块、推进模块、水流检测模块、处理器模块和若干船底盖片，水流检测模块包括伸缩单元、连接绳单元、升降单元和传感器单元，传感器单元包括水位传感器组和水流传感器组，水位传感器组位于船体侧壁上，用于获取船体吃水线位置，处理器模块通过吃水线位置数据控制连接绳单元的升降，水流传感器组固定在连接绳的若干位置上，用于获取船体周围水流的方向和大小数据。本发明的实质性效果是：通过水流检测模块的数据对船底盖片和球鼻艏模块进行控制，明显降低了船底与水面的阻力，并通过船底盖片的翻面，减少了船底清理的次数。

Description

一种减少水流阻力的船底结构
技术领域
本发明涉及与船有关的设备，尤其涉及一种减少水流阻力的船底结构。
背景技术
船舶的航速、船型以及船舶航行时的外界条件对船舶的阻力影响很大，行船阻力主要来源于水流对船底的作用力，这些作用力包括粘性阻力和兴波阻力。粘性阻力来自于船底和水流间的摩擦，水流和船底的相对运动产生的摩擦力使得船舶的机械能转化为水体的动能，当船底的粗糙度增加时粘性阻力会随即增大，船壳的锈蚀以及海洋生物的附着会增加船底的粗糙度，由于粗糙度的增加, 每年要多耗燃油30% 左右，需要经常对船底进行处理来减少船底的粗糙度，船底处理方法如增加涂料、电解海水防污以及水下清洗等，如果能减少船底处理次数会大大减少维护费用。兴波阻力来自于船头激起的浪花对船首的撞击力，可以使用球鼻艏来减少船头产生的波浪，如果设计一种可控的球鼻艏来最大限度的减少波浪那么将进一步减少兴波阻力，从而降低能耗。
中国专利公告号CN 104443249 A，公开日2015年03月25日，本发明一种适用于减少船体阻力的船底结构的设计，主要由以下部分组成：涡轮推进器、模拟海豚流线船体底部、分裂气泡挡板、舵板、进气阀、树状导流槽、气泡隔离板导向板。工作原理如下：通过船体上方的进气阀将上方的空气从导入船底，通过涡轮推进器，将气流打乱，以气泡的形式流向分裂气泡挡板，在模拟海豚流线船体底部的上面做有树状导流槽将气泡导入船体的底部，气泡通过分裂气泡挡板将气泡均匀化，以一种气泡流的形式流向船尾，在船底的边缘处设有气泡隔离板导向板，防止气泡从边缘溢出。通过气泡减少了船体与水的接触面积，降低了船底与水面的阻力系数，减少阻力。上述专利通过气泡来减少船体和水的接触面积，但是气泡是不易控制的，因为气泡很容易溢出船底，降低船底与水面阻力的实施效果不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是要减少水流对船体的粘性阻力和兴波阻力。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种减少水流阻力的船底结构，包括船体、球鼻艏模块和推进模块，其特征在于，还包括水流检测模块、处理器模块和若干船底盖片，所述水流检测模块包括伸缩单元、连接绳单元、升降单元和传感器单元，所述连接绳单元通过升降单元环绕固定于船体侧面一周并通过升降单元沿着船体侧壁上下滑动；所述升降单元包括若干个竖直杆和若干个升降电机，竖直杆竖直固定在船体侧面上，升降电机与连接绳单元某一点进行连接，通过电机的升降带动连接绳单元的升降；所述伸缩单元位于连接绳单元上，用于控制连接绳单元的伸缩，使得连接绳单元贴附在船体侧壁上；所述传感器单元包括水位传感器组和水流传感器组，均与处理器模块连接，所述水位传感器组位于船体侧壁上，用于获取船体吃水线位置，处理器模块通过吃水线位置数据控制连接绳单元的升降，所述水流传感器组固定在连接绳的若干位置上，用于获取船体周围水流的方向和大小数据，处理器模块通过水流数据控制球鼻艏模块和船底盖片；所述船底盖片矩阵式排列于船底，包括上层、中间层、下层和旋转机构，通过船底盖片的翻转来改变盖片的朝向，所述旋转机构位于盖片侧面并固定在船底并受处理器模块控制。
作为优选，所述伸缩单元包括若干个微电机和若干个弹簧，所述弹簧两端固定连接在连接绳单元上，在船体空载时弹簧处于自然状态并且连接绳单元位于空载状态的吃水线，所述微电机连接在弹簧两端，受处理器模块控制；在船体负载时，通过控制弹簧的拉伸来延长连接绳单元的长度，同时，处理器模块控制连接绳模块向上移动至此时的吃水线附近。
作为优选，所述船底盖片的上层和下层均为滑面陶瓷，用以减少水流的粘性阻力。
作为优选，所述的水流传感器组为霍尔效应水流传感器。
作为优选，所述水流传感器组在船头部位分布有至少三个，用于监测船头水流的数据。
作为优选，所述处理器模块通过控制船底盖片的转动角度来减少水流兴波阻力阻力的方法为：
S1：通过水位传感器组探测船体的吃水线，处理器通过对比船体空载时吃水线位置与此时吃水线位置的差异，得到升降单元上/下移动连接绳单元的距离和伸缩单元延长/缩短连接绳单元的长度，随后执行上述命令；
S2：通过分布在船体四周的水位传感器每隔1min获取船体四周的水流变化，当船体一个侧面连续5min中收到大于设定值的水流流量时，处理器模块控制矩阵式排布的船底盖片发生部分转动，转动的效果是在从船体上述水流冲击侧到船体另外一侧形成导通的凹槽通道，使得水流低阻地从凹槽通道穿过；
S3：当位于船头的水流传感器组探测的水流流量超过特定值时，通过比对处理器内存储的参考数据，处理器模块调整球鼻艏的长度和高度来减少船头的兴波阻力；S4：处理器模块将球鼻艏长度和高度数据与船头水流流量值对应起来记录在处理器模块，作为调整球鼻艏的参考数据。
作为优选，所述升降单元在船头、船尾各分布一个，在船体的左侧、右侧各两个，所述伸缩单元分布在每两个升降单元之间的连接绳单元上。
作为优选，所述水位传感器为光纤水位计，位于船体中部的船体两侧的侧壁上。
作为优选，当船舶平均油耗量超过标准油耗量的油量值超过设定值时，或者船舶航行超过设定时间值时，处理器模块控制所有船底盖片进行180°翻面，使得船底盖片未使用的另外一侧作为船底。原先船底粗糙度增加后需进行清洗，现在船底盖片一侧粗糙后更换另一侧作为船底，这样减少了船底清理的次数。
本发明的实质性效果是：设计了一种带有水流检测模块和船底盖片的船底结构，通过水流检测模块的数据对船底盖片和球鼻艏模块进行控制，明显降低了船底与水面的阻力，并通过船底盖片的翻面，减少了船底清理的次数。
附图说明
图1为一种减少水流阻力的船底结构的仰视示意图。
图2为船底盖片的结构示意图。
图3为一种减少水流阻力的船底结构的结构模块图。
图中：1、船体，2、水流检测模块，3、球鼻艏模块，4、船底盖片，5、推进模块，6、伸缩单元，7、连接绳单元，8、升降单元，9、处理器模块，10、水位传感器组，11、水流传感器组，12、上层，13、中间层，14、下层，15、旋转机构。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
图3为一种减少水流阻力的船底结构的结构模块图，水流检测模块2、球鼻艏模块3、船底盖片4和推进模块5均受控于处理器模块9，处理器模块9通过获取水流检测模块2中传感器单元的数据对矩阵排列的船底盖片4进行分区域竖直翻转，形成凹槽形水流通道，或者相邻行/列的船底盖片4通过翻转与船底形成横截面为三角形的水流通道，即一行/列的船底盖片4翻转120°，相邻行/列船底盖片4翻转60°，两行/列的船底盖片4与船底搭接成横截面为正三角形的水流通道，从而实现船体1四周固定方向水流阻力的减少。与此同时，通过传感器单元数据对球鼻艏模块3进行调节，球鼻艏模块3包括球鼻艏、水平移动架和竖直移动架，通过水平、竖直移动球鼻艏来实现船头兴波阻力的减少。
图1为一种减少水流阻力的船底结构的仰视示意图，船体1的吃水线附近固定着水流检测模块2，水流检测模块2包括伸缩单元6、连接绳单元7、升降单元8和传感器单元，传感器单元包括水位传感器组10和水流传感器组11，连接绳单元7环绕吃水线一周，伸缩单元6和传感器单元连接在连接绳单元7上。升降单元8包括若干个竖直杆和若干个升降电机，竖直杆竖直固定在船体1侧面上，升降电机与连接绳单元7某一点进行连接，通过电机的升降带动连接绳单元7的升降，升降单元8一共6个，在船头、船尾各分布一个，在船体1的左侧、右侧各两个，伸缩单元6分布在每两个升降单元8之间的连接绳单元7上。水位传感器组10分别分布在船体1中部的船体1两侧的侧壁上，由于船体1晃动，取两个水位传感器所测吃水线的平均值作为船体1真实吃水线位置，进一步的，处理器模块9通过分析水位传感器组10的统计曲线值来获取更加精确的吃水线位置。水流传感器组11在船头和船尾各分部3个，在左右两侧船体1侧面各均匀分部4个。在两个升降单元8之间的连接绳单元7上将会安置两个水流传感器组11，这两个水流传感器组11由伸缩单元6分割开。图2为船底盖片4的结构示意图，船底盖片4由上层12、中间层13、下层14和旋转机构15构成，上侧12和下层14均可作为船底，双船底延长了船舶的船底清洗时间，此外，可以增加旋转机构15来增加船底盖片4的旋转自由度，比如在双侧放置旋转机构15，这样船底盖片4就可以在两个方向进行旋转，从而形成更加复杂走向的水流通道，进一步减少水流阻力。若干船底盖片4在船底排布呈4行n列的均匀排布，翻转方向为从船头到船尾，当第一、四行呈现90°翻转时，可认为船底中线形成一条凹槽形水流通道，当第n列成90°翻转时，可以认为船底从侧面形成一条凹槽水流通道，这些通道减少了水流阻力。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种减少水流阻力的船底结构，包括船体、球鼻艏模块和推进模块，其特征在于，还包括水流检测模块、处理器模块和若干船底盖片，
所述水流检测模块包括伸缩单元、连接绳单元、升降单元和传感器单元，所述连接绳单元通过升降单元环绕固定于船体侧面一周并通过升降单元沿着船体侧壁上下滑动；所述升降单元包括若干个竖直杆和若干个升降电机，竖直杆竖直固定在船体侧面上，升降电机与连接绳单元某一点进行连接，通过电机的升降带动连接绳单元的升降；所述伸缩单元位于连接绳单元上，用于控制连接绳单元的伸缩，使得连接绳单元贴附在船体侧壁上；所述传感器单元包括水位传感器组和水流传感器组，均与处理器模块连接，所述水位传感器组位于船体侧壁上，用于获取船体吃水线位置，处理器模块通过吃水线位置数据控制连接绳单元的升降，所述水流传感器组固定在连接绳的若干位置上，用于获取船体周围水流的方向和大小数据，处理器模块通过水流数据控制球鼻艏模块和船底盖片；
所述船底盖片矩阵式排列于船底，包括上层、中间层、下层和旋转机构，通过船底盖片的翻转来改变盖片的朝向，所述旋转机构位于盖片侧面并固定在船底并受处理器模块控制。
2.根据权利要求1所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，所述伸缩单元包括若干个微电机和若干个弹簧，所述弹簧两端固定连接在连接绳单元上，在船体空载时弹簧处于自然状态并且连接绳单元位于空载状态的吃水线，所述微电机连接在弹簧两端，受处理器模块控制；在船体负载时，通过控制弹簧的拉伸来延长连接绳单元的长度，同时，处理器模块控制连接绳模块向上移动至此时的吃水线附近。
3.根据权利要求1所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，所述船底盖片的上层和下层均为滑面陶瓷，用以减少水流的粘性阻力。
4.根据权利要求2所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，所述的水流传感器组为霍尔效应水流传感器。
5.根据权利要求4所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，所述水流传感器组在船头部位分布有至少三个，用于监测船头水流的数据。
6.根据权利要求5所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，所述处理器模块通过控制船底盖片的转动角度来减少水流兴波阻力阻力的方法为：
S1：通过水位传感器组探测船体的吃水线，处理器通过对比船体空载时吃水线位置与此时吃水线位置的差异，得到升降单元上/下移动连接绳单元的距离和伸缩单元延长/缩短连接绳单元的长度，随后执行上述命令；
S2：通过分布在船体四周的水位传感器每隔1min获取船体四周的水流变化，当船体一个侧面连续5min中收到大于设定值的水流流量时，处理器模块控制矩阵式排布的船底盖片发生部分转动，转动的效果是在从船体上述水流冲击侧到船体另外一侧形成导通的凹槽通道，使得水流低阻地从凹槽通道穿过；
S3：当位于船头的水流传感器组探测的水流流量超过特定值时，通过比对处理器内存储的参考数据，处理器模块调整球鼻艏的长度和高度来减少船头的兴波阻力；
S4：处理器模块将球鼻艏长度和高度数据与船头水流流量值对应起来记录在处理器模块，作为调整球鼻艏的参考数据。
7.根据权利要求6所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，所述升降单元在船头、船尾各分布一个，在船体的左侧、右侧各两个，所述伸缩单元分布在每两个升降单元之间的连接绳单元上。
8.根据权利要求7所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，所述水位传感器为光纤水位计，位于船体中部的船体两侧的侧壁上。
9.根据权利要求8所述的一种减少水流阻力的船底结构，其特征在于，当船舶平均油耗量超过标准油耗量的油量值超过设定值时，或者船舶航行超过设定时间值时，处理器模块控制所有船底盖片进行180°翻面，使得船底盖片未使用的另外一侧作为船底。
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