CN110126974A - 一种船舶气泡减阻结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶气泡减阻结构，包括设置在船底前缘的通气槽，还包括：阻力检测单元，设置在船头底部，用于检测船舶在行进过程中受到水的阻力；速度检测单元，用于检测船舶行进时螺旋桨的旋转速度；控制中心单元，分别连接所述通气槽、所述阻力检测单元、所述速度检测单元，用于根据所述阻力检测单元检测的行进阻力控制通气槽生气气泡的大小，根据速度检测单元检测的所述旋转速度控制通气槽排放气泡的速度。本发明通过根据行进速度以及行进遇到的阻力动态调整通气槽产生气泡的大小和排放速度有效降低船舶阻力以及通过减少船底气泡的逃逸，优化船底气泡覆盖率，以获得更好的减阻效果，极大地提高了船舶的持续减阻效果，有效降低其航行阻力。

Description

一种船舶气泡减阻结构

技术领域

本发明涉及船舶气泡减阻技术领域，特别涉及一种船舶气泡减阻结构。

背景技术

船舶气泡减阻能够减小船舶航行阻力，提高航行速度，降低燃料消耗。在众多减阻技术中，气泡减阻由于结构简单、易于操作以及经济性好等优势，在船舶提速和节能领域一直备受关注。通过改造传统船舶，增加适当的气泡减阻结构，有望显著提高船舶航行速度、降低船舶能耗和温室气体排放。

气泡减阻的工作原理主要是通过向船底连续喷射压缩空气或工作废气，在船底表面形成气-水两相流，船底大量气泡的存在会引起船底介质属性和流动结构的改变。由于与船底接触的介质密度、粘度及壁面边界层流动结构的改变使得船体摩擦阻力显著降低。从众多的平板气泡减阻试验结果来看，气泡减阻的减阻效果明显，最大减阻率可达80％以上，被视为一种高效的减阻方式。

然而，气泡减阻技术虽然在机理上可行，在平板试验上也有明显的减阻效果，但目前气泡减阻实船试验的减阻效果仍不理想。由于实船船底型线复杂、气泡上浮和逃逸严重等问题，目前较好的实船气泡减阻净节省功率仅在几个百分点。部分试验中，由于气泡进入螺旋桨工作区，恶化螺旋桨推进效率，反而造成船舶航行的总能耗增加。因此，发明一种可以减少船底气泡逃逸和上浮，避免大量气泡进入螺旋桨工作区的气泡减阻结构，能够为气泡减阻船舶的提速和节能提供技术保障，对进一步推广基于气泡减阻技术的高速船舶具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种船舶气泡减阻结构，能够减少船底气泡的上浮和逃逸，为船舶的提速和节能提供技术保障。

一种船舶气泡减阻结构，包括设置在船底前缘的通气槽，还包括：

阻力检测单元，设置在船头底部，用于检测船舶在行进过程中受到水的阻力；

速度检测单元，用于检测船舶行进时螺旋桨的旋转速度；

控制中心单元，分别连接所述通气槽、所述阻力检测单元、所述速度检测单元，用于根据所述阻力检测单元检测的行进阻力控制通气槽生气气泡的大小，根据速度检测单元检测的所述旋转速度控制通气槽排放气泡的速度。

进一步的，所述的船舶气泡减阻结构，还包括：

空气喷射单元，连接于所述控制中心单元，用于根据所述控制中心单元的控制命令控制空气喷射速度；

所述空气喷射单元，包括两排高压喷气头和高压喷气管路，所述高压喷气头沿着中轴线朝向船底，两排高压喷气头分别布置在船底两侧且沿着船身的长度方向分布，用于在船底两侧通过高速气流产生新的气泡以减少所述通气槽向船底排出的气泡的上浮和逃逸。

进一步的，所述通气槽内嵌至少一层多孔介质板。

进一步的，所述高压喷气头采用渐缩喷口。

进一步的，所述高压喷气管路的吸气口设置在通气槽上部。

进一步的，所述高压喷气管路包括：吸气管，吸气口位于所述通气槽的上部；高压气泵，连接吸气管；分流管，中部与所述高压气泵的出气口连通，两端延伸至船底的两侧并分别与所述高压喷气管连接；高压喷气管，所述高压喷气头设置于所述高压喷气管上。

本发明的有益效果：

能够根据船舶在行进过程中遇到的水的阻力以及行进速度控制产生气泡的大小及排放速度，以及通过气流约束气泡减少技术能够有效约束船体气泡运动，极大地减少船底气泡沿船体两侧的逃逸，优化船底气泡覆盖率，以获得更好的减少效果；尤其是对于船体较长的大尺度船舶，极大地提高了船舶长度方向的持续减阻效果，有效降低其航行阻力。

附图说明

图1位本发明的船舶气泡减阻结构的模块示意图；

图2为本发明的船舶气泡减阻结构安装在船舶上时船底的结构示意图。

图3为图1的正视示意图。

图4为图1的侧视示意图。

图5为本发明的船舶气流约束气泡减阻结构的高压喷气头的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的船舶气泡减阻结构的模块示意图，包括：

阻力检测单元，设置在船头底部，用于检测船舶在行进过程中受到水的阻力；

速度检测单元，用于检测船舶行进时螺旋桨的旋转速度；

控制中心单元，分别连接所述通气槽、所述阻力检测单元、所述速度检测单元，用于根据所述阻力检测单元检测的行进阻力控制通气槽生气气泡的大小，根据速度检测单元检测的所述旋转速度控制通气槽排放气泡的速度；

空气喷射单元，连接于所述控制中心单元，用于根据所述控制中心单元的控制命令控制空气喷射速度。

本实施例中，当船舶在行进过程中，船头位置会不断遭到水浪的撞击及冲刷，当船舶行驶速度越快，则水浪撞击及冲刷的越厉害，此时船舶遇到的阻力也就越大，本实施例中，通过阻力检测单元实时检测船舶在行进过程中遇到的阻力，通过控制中心单元根据该阻力计算，通气槽需要产生气泡的大小用以减小船舶与水的阻力。

仅仅通过产生大气泡用于减少船舶的阻力还远远不够，本实施例中，控制中心单元还根据速度检测单元，通过检测螺旋桨的旋转速度，控制通气槽的气泡排放速度，通过大量排放气泡，进一步减少船舶的阻力。

本实施例中，当大量排放气泡之后，气泡容易从船舶两侧逃逸，对减少船舶的阻力带来影响，此时控制中心单元根据船舶的行进速度，即螺旋桨的旋转速度，控制空气喷射单元加大空气喷射量，在两侧产生更多的气泡，用以减少通气槽产生的气泡的逃逸。

如图2～4所示，本实施例的船舶气泡减阻结构包括：船底前缘的通气槽1，高压气泵2，船底两侧的多个高压喷气头3，高压喷气管路4。

通气槽1紧贴船底位于船首声呐系统或球鼻艏之后，基本形式和供气方式可参考现有气泡减阻船舶。

高压喷气管路4包括：吸气管41，安装在船舱内，吸气口位于通气槽1的上部，连接高压气2；分流管42，中部与高压气泵2的出气口连通，两端延伸至船头的两侧并向上延伸至船板上部；两根供水管43，分别设置在船体的两侧，分流管42的两端出水口分别与其中一根高压喷气管43连接；对应高压喷气头3设置于所述高压喷气管43。

高压供气管路从船体前部(通气槽1上部)吸入空气，通过高压气泵2加压，沿左右舷管路分别连接到船体两侧的多个高压喷气头3。喷头3如图4所示，采用渐缩型喷口，以增加气流出口流速，喷口通过焊接连接船体。

实施中，先根据船舶尺寸和结构，确定通气槽1的位置和尺寸。随后，根据改进后的目标航速，确定气流流速，进一步根据船体长度，确定气流后置的高压喷气头3的数量和相应位置。根据气流流速和喷口水量选取高压气泵，选定气流用气吸入口。最后在上述基础上，按照图1的管路系统形式设计实施例的气流管路系统，并进行加工和安装。

本实施例中通气槽1通气量和气流流速需与船体目标航速的匹配相当重要，在具体实施前，需根据实施船体和目标航速，通过模型实验和数值计算，开展多目标优化设计确定上述参数最佳匹配状态。

本实施例的工作原理：压缩空气或船舶工作废气通过通气槽1连续喷射进入船底，沿船舶航行的反方向运动。同时由于浮力和湍流扩散等作用力，气泡向船底两侧展向扩散。由于船底两侧的高压喷气头3产生的高速气流，在船底左右边缘不断产生新的气泡，阻止了通气槽1产品的气泡的展向运动以及进一步脱离船底引起的气泡上浮和逃逸，相应减少了气体损失和增加了船底气泡覆盖率。使得气泡继续紧贴船底沿下游运动，从而保证大尺度船体长度方向上持续减阻的效果，又能减少气泡减阻所需的压缩气量。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种船舶气泡减阻结构，包括设置在船底前缘的通气槽，其特征在于，还包括：

阻力检测单元，设置在船头底部，用于检测船舶在行进过程中受到水的阻力；

速度检测单元，用于检测船舶行进时螺旋桨的旋转速度；

控制中心单元，分别连接所述通气槽、所述阻力检测单元、所述速度检测单元，用于根据所述阻力检测单元检测的行进阻力控制通气槽生气气泡的大小，根据速度检测单元检测的所述旋转速度控制通气槽排放气泡的速度。

2.如权利要求1所述的船舶气泡减阻结构，其特征在于，还包括：

空气喷射单元，连接于所述控制中心单元，用于根据所述控制中心单元的控制命令控制空气喷射速度；

所述空气喷射单元，包括两排高压喷气头和高压喷气管路，所述高压喷气头沿着中轴线朝向船底，两排高压喷气头分别布置在船底两侧且沿着船身的长度方向分布，用于在船底两侧通过高速气流产生新的气泡以减少所述通气槽向船底排出的气泡的上浮和逃逸。

3.如权利要求1所述的船舶气泡减阻结构，其特征在于，所述通气槽内嵌至少一层多孔介质板。

4.如权利要求1所述的船舶气泡减阻结构，其特征在于，所述高压喷气头采用渐缩喷口。

5.如权利要求1所述的船舶气泡减阻结构，其特征在于，所述高压喷气管路的吸气口设置在通气槽上部。

6.如权利要求2所述的船舶气泡减阻结构，其特征在于，所述高压喷气管路包括：

吸气管，吸气口位于所述通气槽的上部；

高压气泵，连接吸气管；

分流管，中部与所述高压气泵的出气口连通，两端延伸至船底的两侧并分别与所述高压喷气管连接；

高压喷气管，所述高压喷气头设置于所述高压喷气管上。