CN112109842A - 一种减阻双体无人船 - Google Patents

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李向东
洪晓斌
童超
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Abstract

本发明公开一种减阻双体无人船，包括甲板和两个片体，所述两个片体分别连接于甲板的两侧，片体中部的顶面与甲板的顶面平齐，片体包括位于片体前端的船首尖和位于片体尾端的方尾，船首尖为由后往前倾的弧形，船首尖的宽度由后往前逐渐减小，船首尖的顶端高于甲板的顶面，方尾的顶面与甲板平齐，方尾的底面呈由下往上延伸的弧形，两个片体的中心距为K，片体的宽度为b，相对中心距为K/b，3≤K/b≤4。通过阻力优化计算，确定船体两个片体之间合适的相对中心距，减少片体之间的干扰，增加船体强度的同时让阻力减少，船首采用前倾型船首尖的设计，船尾采用方尾的设计，船首在前倾型的基础上，增加弧度，减少应力集中减少应力集中的地方。

Description

一种减阻双体无人船
技术领域
本发明涉及无人船技术领域，特别涉及一种减阻双体无人船。
背景技术
无人船的发展正受到各个国家的重视。近几年来，中国针对无人船的研究也越来越多，但绝大多数集中在“无人化”的智能控制与巡航、在线监测技术、水面浮标放置等方面的研究和实践，而针对小型无人船的设计还缺少自主创新，面对国际市场无人船竞争日益加剧的状况，要获得更大的竞争力必须有一套属于自己的、先进的无人船减阻设计方法，降低燃料消耗，并在安全方面也要适应“无人化”的要求。公布号为CN109733546A的中国专利公开了一种水面无人船，但重点描述的是船体顶面上用于固定安装卫星天线的结构，而针对无人船船体整体的结构设计方法没有相应描述，针对无人船结构的生成、减阻设计也是推进无人船技术创新的一个重要方面。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种减阻双体无人船，通过阻力优化计算，确定船体两个片体之间合适的相对中心距，减少片体之间的干扰，提高行驶的稳定性。
本发明的技术方案为：一种减阻双体无人船，包括甲板和两个片体，所述两个片体分别连接于甲板的两侧，片体中部的顶面与甲板的顶面平齐，片体包括位于片体前端的船首尖和位于片体尾端的方尾，船首尖为由后往前倾的弧形，船首尖的宽度由后往前逐渐减小，船首尖的顶端高于甲板的顶面，方尾的顶面与甲板平齐，方尾的底面呈由下往上延伸的弧形，两个片体的中心距为K，片体的宽度为b，相对中心距为K/b，3≤K/b≤4。本发明的双体无人船在船首采用前倾型船首尖的设计，船尾采用方尾的设计，船首在前倾型的基础上，增加弧度，很大程度上减少应力集中。
进一步，所述片体的长度为L，片体长宽比L/b大于等于12。
进一步，所述片体的侧面呈弧形，有利于航行过程中的减阻。
进一步，所述甲板的前端面为弧形，有利于航行过程中减少风阻。
进一步，所述甲板上设有控制舱和休息舱，控制舱的前端面为由下往上和由前往后延伸的曲面，控制舱的后端为方形，休息舱位于控制舱后方，休息舱为方形。
进一步，所述甲板的后端设有由上往下的阶梯。
进一步，还包括顶棚，所述顶棚分别与控制舱和休息舱的顶部连接，顶棚的前端自中间往后弧形延伸，有利于航行过程中减少风阻。
进一步，所述片体、控制舱、休息舱和顶棚均沿甲板的中心线对称设置。
进一步，所述两个片体上还分别设有护栏。
进一步，所述两个片体的中心距K为4000mm，片体的宽度b定为1053mm，片体的长度L为12636mm，相对中心距K/b为3.8。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明的减阻双体无人船，通过阻力优化计算，确定船体两个片体之间合适的相对中心距，减少片体之间的干扰，增加船体强度的同时让阻力减少，确定片体合适的长宽比，以降低阻力，并选择片体前后合适的形状，船首采用前倾型船首尖的设计，船尾采用方尾的设计，船首在前倾型的基础上，增加弧度，很大程度上减少应力集中减少应力集中的地方，提高行驶的稳定性，该船体结构结构简单，便于批量生产。
本发明的减阻双体无人船，增大了甲板的面积，由于双体船甲板面积较大，兴波比较小，稳定性更好，同时操纵性能也比其他船体好。
附图说明
图1为本发明的双体无人船的结构示意图。
图2为本发明的双体无人船的侧视图。
图3为本发明的双体无人船的俯视图。
图4为本发明的双体无人船的仰视图。
图5为本发明的各方案下的阻力情况图。
图6为本发明方案五的减阻双体无人船在不同航速下的阻力情况表。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种减阻双体无人船，包括甲板1、两个片体2和顶棚3。
如图1、图3和图4所示，两个片体分别连接于甲板的两侧，片体中部的顶面与甲板的顶面平齐，片体包括位于片体前端的船首尖4和位于片体尾端的方尾5，船首尖为由后往前倾的弧形，船首尖的宽度由后往前逐渐减小，船首尖的顶端高于甲板的顶面，方尾的顶面与甲板平齐，方尾的底面呈由下往上延伸的弧形，片体的侧面呈弧形，有利于航行过程中的减阻。两个片体的中心距为K，片体的宽度为b，片体的长度为L，片体长宽比为L/b，相对中心距为 K/b。两个片体上还分别设有护栏。船首采用前倾型船首尖的设计，船尾采用方尾的设计，船首在前倾型的基础上，增加弧度，很大程度上减少应力集中。
如图1和图2所示，甲板上设有控制舱6和休息舱7，控制舱的前端面为由下往上和由前往后延伸的曲面，控制舱的后端为方形，休息舱位于控制舱后方，休息舱为方形，甲板的前端面为弧形，有利于航行过程中减少风阻，甲板的后端设有由上往下的阶梯8，顶棚分别与控制舱和休息舱的顶部连接，顶棚的前端自中间往后弧形延伸，有利于航行过程中减少风阻，片体、控制舱、休息舱和顶棚均沿甲板的中心线对称设置。
以下为上述减阻双体无人船的五种优化方案：
Figure RE-GDA0002755267130000041
建立计算域范围约为7倍船长，5倍船宽，4倍船高(空气和水各约为2 倍船高)，采用CFD计算获得航速为10m/s(约20海里/小时)，水流速度为2m/s 顺流情况下各方案的的阻力如图5所示。
增大片体相对中心距可以降低阻力，片体相对中心距K/b大于3时，兴波阻力的影响趋于平稳，但考虑到片体相对中心距K/b超过4会对船体的强度产生不良影响，五种优化方案都取片体相对中心距为K/b＝3.8，以确保船体强度；方案二通过船首尾形状的优化使总阻力降低了50％，说明船首尾形状对船体阻力的影响显著；方案三保持宽度b不变将片体长宽比L/b＝6.9增加到L/b＝10，片体横截面积基本不变，但与水的接触的总面积增大，总阻力增加了16％；方案四在保持甲板面积不变将片体长宽比L/b＝6.9增加到L/b＝10，船体总阻力比初步设计方案、方案一和方案二分别减少了75％、77％、55％，表明相对于初步设计方案和方案一，增加片体的长宽比有利于减少阻力，而在长宽比相同的情况下对船首和船尾的形状优化也能很大程度上减少船体阻力，也能减少应力集中；方案五保持片体宽度b不变，将片体长L进一步增加到长宽比为L/b＝12，总阻力继续减少了28％，船体总阻力比初步设计方案、方案一和方案二分别减少了83％、85％、69％。通过方案模拟结果对比分析得知：在一定范围内，通过增加片体相对中心距和长宽比，同时对船首尾形状进行流线型设计，可有效降低船体阻力。
基于上述船体减阻设计方法，设计出方案五的双体无人船，该船两个片体中心距K为4000mm，片体的宽度b定为1053mm，相对中心距K/b＝3.8，可以降低兴波阻力，同时不会对船体强度产生不利的影响。
对船体的片体长宽比L/b进行阻力分析，片体长宽比L/b越大，剩余阻力越小，同时可以看到片体长宽比L/b大于等于12时，剩余阻力变化变得平稳。方案将片体长L确定为12636mm，片体长宽比L/b＝12。
针对设计的双体无人船分别模拟了航速为5、10、15和20海里/小时的阻力，并通过数据拟合获得如图6所示的阻力曲线，由图6可知，随着速度的增加，总阻力也随着增加，而且速度越大总阻力增加的幅度就越大，在船舶速度为5海里/小时时，总阻力比20海里/小时时的总阻力少了90％，在10海里/ 小时的速度下，其总阻力相比速度20海里/小时减少了75％，在15海里/小时的速度下，其总阻力比速度是20海里/小时减少了34％。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种减阻双体无人船，其特征在于，包括甲板和两个片体，所述两个片体分别连接于甲板的两侧，片体中部的顶面与甲板的顶面平齐，片体包括位于片体前端的船首尖和位于片体尾端的方尾，船首尖为由后往前倾的弧形，船首尖的宽度由后往前逐渐减小，船首尖的顶端高于甲板的顶面，方尾的顶面与甲板平齐，方尾的底面呈由下往上延伸的弧形，两个片体的中心距为K，片体的宽度为b，相对中心距为K/b，3≤K/b≤4。
2.根据权利要求1所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述片体的长度为L，片体长宽比L/b大于等于12。
3.根据权利要求1所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述片体的侧面呈弧形。
4.根据权利要求1所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述甲板的前端面为弧形。
5.根据权利要求1所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述甲板上设有控制舱和休息舱，控制舱的前端面为由下往上和由前往后延伸的曲面，控制舱的后端为方形，休息舱位于控制舱后方，休息舱为方形。
6.根据权利要求5所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述甲板的后端设有由上往下的阶梯。
7.根据权利要求5所述的减阻双体无人船，其特征在于，还包括顶棚，所述顶棚分别与控制舱和休息舱的顶部连接，顶棚的前端自中间往后弧形延伸。
8.根据权利要求7所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述片体、控制舱、休息舱和顶棚均沿甲板的中心线对称设置。
9.根据权利要求1所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述两个片体上还分别设有护栏。
10.根据权利要求1所述的减阻双体无人船，其特征在于，所述两个片体的中心距K为4000mm，片体的宽度b定为1053mm，片体的长度L为12636mm，相对中心距K/b为3.8。
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