CN111469977B - 一种可提高船体行进速度的节能滑行器 - Google Patents

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Abstract

一种可提高船舶行进速度的节能滑行器，其用于船体，所述船体至少包括一对双体船船体，它们通过连接甲板相互连接，所述航行器安装于船舶的底部，并且，所述航行器的最下部不低于所述船舶的底部；所述连结甲板的下部设置有航行器，所述航行器包括航翼部以及连结部，所述航行器通过所述连接部连结到连结甲板上，所述航翼部具有攻角，所述连接部为中空结构，所述航翼部通过开口与所述连接部的中空结构连通；所述航行器的航翼部具有空心结构的内腔，在航翼部的表面设置有多个出气孔，利用航行器在航行过程中将船体向水面上托起，并且通过在航行器周围形成超空泡，大幅的减小行驶阻力。

Description

一种可提高船体行进速度的节能滑行器
技术领域
本发明涉及高速船体领域，涉及一种提高船体行进速度的滑行器，尤其涉及一种利用超空泡减阻的滑行器。
背景技术
目前的船体如集装箱船，散货船，油轮，高速船等传统船体航行时因船体与水的接触而产生摩擦阻力，物体在水中运动的阻力与速度的平方成正比。为保持一个恒定的水下速度,物体的推进系统必须提供至少是克服水下阻力所必须的能量。但是 ,推进一个水下物体所需的能量与航速的立方成正比即要使航速提高一倍 ,推进系统必须提供8倍的能量。因此 ,想通过常规的方法使航速明显提高显然是非常有限的。
空泡现象通常指在液体流场的低压区 ,当其局部压力达到液体的饱和蒸汽压时,液体介质因气化而出现“ 空洞” ,我们把这一“ 空洞”称为“ 空泡”。一般我们把长度小于物体长度的空泡称为局部空泡 ,而把长度达到或超过物体长度的空泡称为超空泡。空泡长度可通过提高水下航行体的航速或减少浸深来控制,也可通过向空泡内人工注入适量的气体来控制,前者称自然空泡 ,后者称人工空泡或通气空泡。利用超空泡技术可以使水下物体获得90％以上减阻量。德、俄、美、乌克兰等国的研究表明:水下高速运动物体的速度一旦超过某一值后,其周围全部空化 ,弹体完全包含在空泡内 ,只有头部与水有接触。这种超空泡弹体 ,水的表面摩擦力降到最低,总阻力系数可大幅下降 ,航行速度可大幅提高。
现有技术文献：
专利文献1：本发明公开了一种形成通气超空泡的方法，在航行体表面涂抹一层涂料，该涂料能够与水反应放出气体；涂料为金属钠、CaO2、铵盐或碳酸盐，涂抹厚度为4～7mm。本发明提出一种有效帮助超空泡形成并持续的方法，在弹体表明涂抹一种能够在潮湿环境下持续放出气体的涂料，以增加空泡内的压力，使超空泡增大，持续时间更长，有利于减阻效果。
专利文献2：本发明为一种具有在船底能有效形成连续薄层气膜功能的气膜减阻节能船体，通过向船底各道横向导流板结构供气的船底纵向送气管的设计，不仅可减少布管长度，而且减少了船底开孔要求，在技术上适用于设计建造各类气膜减阻节能运输船体和高速船体，并且可利用短期坞修期内将旧船改造成为气膜减阻节能船体，从而进一步提高了船体气膜减阻节能技术的实用性。
专利文献1：CN110126975A；
专利文献2：CN110498006A。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：
超空泡技术能够使水下物体获得90％以上减阻量。但是，现有技术中，超空泡技术通常运用于水下高速运动物体，由于在船体的吃水部形成超空泡的难度较大，因而超空泡技术在船体中的应用并不是很广泛。
用于解决问题的技术方案：
本发明提供一种能够提高船体行进速度的节能滑行器，利用滑行器在航行过程中将船体向水面上托起，并且通过在滑行器周围形成超空泡，大幅的减小行驶阻力。
具体的，本发明包括船体，以及安装到船底的滑行器，其中船体至少包括一对双体船(双船)船体，它们通过连接甲板相互连接。每个双体船船体沿纵向延伸并包括底部和舱部，底部具有外表面和一对相对的侧表面，并且侧面连接到底部并从底部向上延伸到舱部。本发明还具有脊部，脊部在侧表面和底部之间限定有连接线；其中，脊部在横向的尺寸沿着横向方向向外侧两端延伸；其中，脊部的高度与底部的高度具有合适的比例，该比例的选择根据滑行器提供的升力选择，其中，舱部的高度与底部的高度的比例为1：3～1：1；优选的，该比例为1：2。
其中，在双船体的中间，连接甲板的下部设置有滑行器，该滑行器包括航翼部以及连接部，滑行器通过连接部连结到连接甲板上，并且，滑行器具有攻角，滑行器的攻角的角度选择为在航行过程中，将船体的吃水线降到底部的高度范围内。滑行器的攻角的角度设置为5～ 11°；优选的，该攻角的角度设置为6°～8°；优选的，攻角的角度设置为7°。
其中，在连接部的下部设置有喷气孔的气孔段，所述气孔段和非气孔段的比例和脊部的高度与底部的高度的比例相同；通过连接部连接航翼部和船体，航翼部通过开口与连接部的中空段连通。
其中，航翼部包括前缘和后缘，前缘和后缘通过翼壁连接；该滑行器的翼部为具有空心结构的内腔，在内腔中设置有分隔板，从而将翼部的内腔从前缘向后缘分割有多个腔室。在翼部的表面设置有多个出气孔，其中，为了保证气泡能够均匀的包裹滑行器，从而出气孔的数量从前缘向后缘方向逐渐减少，从而大致上将翼部分为位于前缘的高压出气段、位于翼壁的中压出气段和位于后缘低压出气段。
并且，优选的在高压出气段，出气孔的角度设置为具有大致往前行方向和/或向前行方向具有锐角倾斜的方向；在中压出气段，出气孔的角度设置为与翼壁的壁部垂直方向；在低压出气段，出气孔的角度设置为前行方向相反的方向和/或与前行方向相反的方向具有锐角倾斜的方向。
翼部的内腔中的多个腔室通过连接部与气源连接；其中，多个腔室具有不同的形状与大小，能够通过不同的形状改变喷出气体的气压大小。从而能够与气孔的角度配合，在滑行器的周围形成超气泡，降低行驶阻力。
翼部内腔中的分隔板包括筒主体、进气口、出气口以及连接板，其中连接板的一端设置于筒主体的开口部，连接板的另一端大致设置在前缘和翼壁的连接处，隔离出前缘部的高压出气口和中压出气口；筒主体的开口大致位于后缘和翼壁的连接处，隔离出后缘的低压出气口；并且，筒主体从进气口往出气口处逐渐收小，从而具有增压的效果，使得出气口的压力增大。
其中，在连接部的整个周段上设置有出气孔，并且，从行进的往前的方向往后逐渐减少。连接部伸入船体内，与船体内部的供气装置相连，其中供气装置连经过加热系统，从而对气体进行加热；优选的，可以直接利用船体动力系统的尾气，对经过尾气处理装置处理过后的尾气进行加压，并输送到连接部，从而进一步的提高船体能源的利用率。
附图说明
图1为本发明船体的主视图，
图2为本发明船体的前视剖面图，
图3为本发明滑行器的示意图，
图4为本发明滑行器的侧视剖面图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面借助于附图描述本发明实施例；显而易见地，下述的附图仅仅是本发明的一些实施例，并非对本发明的限定。
参见附图1，本发明包括船体20和滑行器10，滑行器10安装于船体20的底部，滑行器 10的最下部不低于船体20的底部，利用滑行器10在航行过程中将船体20向水面上托起，并且通过在滑行器10周围形成超空泡，大幅的减小行驶阻力。
进一步参见附图2，其中，船体20至少包括一对双体船(双船)船体，它们通过连接甲板24相互连接。每个双体船船体沿纵向延伸并包括舱部21和底部22，底部22具有外表面25和一对相对的内表面26，并且外表面25和内表面26连接到底部并从底部向上延伸到舱部21。本发明还具有脊部23，脊部23在外表面25和内表面之间限定有连接线，连接线区分了舱部21和底部22；其中，脊部23在横向上向外部延伸；其中，舱部的高度H1与底部的高度H2具有合适的比例，该比例的选择根据滑行器提供的升力选择，其中，舱部21的高度H1: 底部22的高度H2的比例为1：3～1：1；优选的，该比例H1:H2为1：2。
在双船体的中间，连接甲板24的下部设置有滑行器10，该滑行器10包括航翼部11以及连接部12，滑行器10通过连接部12连结到连接甲板24上，并且，滑行器10的航翼部11具有攻角，航翼部11攻角的角度根据以下情况进行选择，在航行过程中，将船体的脊部23提升到水面以上。滑行器的攻角的角度设置为5～11 °；优选的，该攻角的角度设置为6°～8°；优选的，攻角的角度设置为7°。
其中，连接部12为中空结构，并且其连接航翼部11和船体，航翼部11通过开口与连接部12的中空结构连通。在连接部12的下部设置有喷气孔的气孔段14，所述气孔段和非气孔段13的比例和舱部21的高度H1与底部22的高度H2的比例相同。
其中，航翼部11包括前缘15和后缘16，前缘15和后缘16通过翼壁17连接；该滑行器的航翼部11为具有空心结构的内腔，在内腔中设置有分隔板30，从而将航翼部11的内腔从前缘15向后缘16分割有多个腔室。参见附图4，在航翼部11的表面设置有多个出气孔40，其中，为了保证气泡能够均匀的包裹滑行器，从而出气孔40的数量从前缘15向后缘16方向逐渐减少，从而大致上将航翼部11分为位于前缘15的高压出气段、位于翼壁17的中压出气段和位于后缘16低压出气段。
需要说明的是，附图4中仅示出了部分出气孔，并没有完全的示出所有的出气孔，本领域技术人员能够理解气孔是在航翼部上完全布置的；优选的，在高压出气段，具有高压气孔组41，高压气孔组41的气孔角度设置为具有大致往前行方向和/或向前行方向具有锐角倾斜的方向；在中压出气段，具有中压气孔组42，其中中压气孔组42的气孔角度设置为与翼壁的壁部垂直方向；在低压出气段，具有低压气孔组43，其中低压气孔组43的气孔的角度设置为前行方向相反的方向和/或与前行方向相反的方向具有锐角倾斜的方向。
航翼部的内腔中的多个腔室通过连接部12与气源连接；其中，多个腔室具有不同的形状与大小，能够通过不同的形状改变喷出气体的气压大小。从而能够与气孔的角度配合，在滑行器的周围形成超气泡，降低行驶阻力。
航翼部内腔中的分隔板30包括隔板主体31、进气口32、出气口33以及连接板34，其中连接板34的一端设置于隔板主体31的开口部，连接板34的另一端大致设置在前缘15和翼壁17的连接处，并且整周上包围隔板主体，从而隔离出前缘部的高压出气口和中压出气口；筒主体的开口大致位于后缘和翼壁17的连接处，隔离出后缘的低压出气口；并且，筒主体内部还具有导流增压板35，从进气口32往出气口33处逐渐收小，从而具有增压的效果，使得出气口33喷出的气体的压力相对较高。
其中，连接部的出气段在圆周段上设置有喷气孔18，喷气孔18在竖直方向上均匀布置，并且，靠近前缘侧的气孔的密度比靠近后缘的气孔密度大。
连接部12伸入船体内，与船体内部的供气装置相连；优选的，连接部12可以连接到船体动力系统的尾气处理装置，从而提高船体能源的利用率。
当船体向前行进时，滑行器在水流的作用下，提供升力，将船体提升，使脊部离开水面，降低船体与水的接触面积，并且滑行器的气孔喷出气体，从而在航翼部的整周形成超气泡，降低行驶阻力。本发明的滑行器还可以运用到其他船体上，从而能够大幅度的降低形式阻力，提高行驶速度。
本发明应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
附图标记说明：
10 .滑行器、11 .航翼部、12 .连接部、13 .非气孔段、14 .气孔段、15 .前缘、16.后缘、17 . 翼壁、喷气孔18.；
20.船体、21 .舱部、22.底部、23.脊部、24.连接加班、25.外表面、26.内表面；
30.分隔板、31 .分隔主体、32.进口、33.出口、34.连接板、35.导流增压板；
41 .高压气孔组、42.中压气孔组、43.低压气孔组。

Claims (8)

1.一种滑行器(10)，其用于船体(20)，所述船体(20)包括一对双体船船体，它们通过连接甲板(24)相互连接，所述滑行器(10)安装于船体(20)的底部，并且，所述滑行器(10)的最下部不低于所述船体(20)的底部；其特征在于，
每个所述船体(20)沿纵向延伸并包括舱部(21)和底部(22)，底部(22)具有外表面(25)和一对相对的内表面(26)，并且外表面(25)和内表面(26)连接到底部并从底部向上延伸到舱部(21)，所述船体(20)还具有脊部(23)，所述脊部(23)在外表面(25)和内表面（ 26 ） 之间限定有连接线，连接线区分了舱部(21)和底部(22)，其中，脊部(23)在横向上向外部延伸；
所述连接甲板(24)的下部设置有滑行器(10)，所述滑行器(10)包括航翼部(11)以及连接部(12)，所述滑行器(10)通过所述连接部(12)连结到连接甲板(24)上，所述航翼部(11)具有攻角，所述连接部(12)为中空结构，所述航翼部(11)通过开口与所述连接部(12)的中空结构连通；
所述航翼部(11)包括前缘(15)和后缘(16)，所述前缘(15)和所述后缘(16)通过翼壁(17)连接；所述滑行器(10)的航翼部(11)具有空心结构的内腔，在所述内腔中设置有分隔板(30)，从而将航翼部(11)的内腔从前缘(15)向后缘(16)分割有多个腔室；在航翼部(11)的表面设置有多个出气孔(40)，其中，为了保证气泡能够均匀的包裹滑行器，从而出气孔(40)的数量从前缘(15)向后缘(16)方向逐渐减少，从而将航翼部(11)分为位于前缘(15)的高压出气段、位于翼壁(17)的中压出气段和位于后缘(16)的低压出气段；利用滑行器(10)在航行过程中将船体(20)向水面上托起，并且通过在滑行器(10)周围形成超空泡，大幅的减小行驶阻力；
在高压出气段，具有高压气孔组(41)，高压气孔组(41)的气孔角度设置为具有往前行方向和/或向前行方向具有锐角倾斜的方向；在中压出气段，具有中压气孔组(42)，其中中压气孔组(42)的气孔角度设置为与翼壁的壁部垂直方向；在低压出气段，具有低压气孔组(43)，其中低压气孔组(43)的气孔的角度设置为前行方向相反的方向和/或与前行方向相反的方向具有锐角倾斜的方向；
所述航翼部(11)内腔中的分隔板(30)包括隔板主体(31)、进气口(32)、出气口(33)以及连接板(34)，其中所述连接板(34)的一端设置于隔板主体(31)的开口部，所述连接板(34)的另一端设置在所述前缘(15)和翼壁(17)的连接处，并且整周上包围隔板主体(31)，从而隔离出前缘部的高压出气口和中压出气口；筒主体的开口位于后缘和所述翼壁(17)的连接处，隔离出后缘的低压出气口；并且，筒主体内部还具有导流增压板(35)，从进气口（32）往出气口（33）处逐渐收小。
2.如权利要求1所述的一种滑行器，其中，舱部的高度H1:底部的高度H2的比例为1：3～1：1。
3.如权利要求2所述的一种滑行器，其中，所述比例H1: H2为1：2。
4.如权利要求1所述的一种滑行器，其中，滑行器的攻角的角度设置为5～11°。
5.如权利要求4所述的一种滑行器，其中，攻角的角度设置为7°。
6.如权利要求3所述的一种滑行器，其中，在所述连接部(12)的下部设置有喷气孔(18)的气孔段(14)，所述气孔段和非气孔段(13)的比例和所述舱部(21)的高度H1与底部(22)的高度H2的比例相同。
7.如权利要求6所述的一种滑行器，其中，所述连接部(12)的气孔段在圆周段上设置有喷气孔(18)，喷气孔(18)在竖直方向上均匀布置，并且，靠近前缘侧的喷气孔的密度比靠近后缘的喷气孔密度大。
8.一种双船体，具有权利要求1-7任一项所述的滑行器(10)，其中，所述滑行器(10)的连接部(12)伸入船体内，与船体内部的供气装置相连。
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