CN114212209A - 一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法及汽艇 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法及汽艇，所述汽艇线型设计方法包括：在汽艇的艏部设置具有入水角的入水曲面，在汽艇的舯部设置湿舱曲面，在汽艇的艉部设置内流道曲面。本申请对汽艇的线型进行优化，具有通用性。使用优化后线型的汽艇同时满足快速性、操作性以及水动力性能的要求，同时满足汽艇建造的经济性要求。使用优化后线型的汽艇在自由航向状态下，具有良好的快速性，能快速达到指定航速，并且具有良好的操纵性，使汽艇在限制水域中能快速调整到指定姿态。在浮桥作业工况下，具备足够的顶推力保持浮桥稳定，满足顶推作业的要求。

Description

一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法及汽艇

技术领域

本申请涉及汽艇设计技术领域，具体而言，涉及一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法及汽艇。

背景技术

小型汽艇适用于浮桥架设，其工作区域一般为内河限制航道。因工作区域比较狭窄、水深也较浅，因此汽艇在完成浮桥架设的任务时，需要同时具备快速性、操纵性以及足够的顶推力等要求。以使汽艇满足在内河限制航道工作时的水动力性能的要求。

在目前的相关技术材料里，为了使汽艇满足特殊航道的要求，主要改进在于：汽艇的组成部件、汽艇的艉部的推进方式以及汽艇的设备布置方式等方面。上述改进只满足了汽艇的快速性和可操作性的要求，不能满足汽艇在限制航道中的水动力要求。

在汽艇设计时，汽艇线型为表示汽艇整体轮廓的曲面，若只通过优化汽艇本身的线型，就能使汽艇满足快速性、操纵性以及水动力性能要求，还能够同时满足汽艇建造的经济性要求。则对汽艇的线型进行改进具有必要性。

综上所述，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，对汽艇的艏部、舯部及艉部进行线型优化设计。使用优化后线型的汽艇同时满足快速性、操作性以及水动力性能的要求，同时满足汽艇建造的经济性要求。

本申请实施例的另一目的还在于提供一种使用上述用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的汽艇，汽艇在自由航向状态下，具有良好的快速性，能快速达到指定航速，并且具有良好的操纵性，使汽艇在限制水域中能快速调整到指定姿态。在浮桥作业工况下，具备足够的顶推力保持浮桥稳定，满足顶推作业的要求。

第一方面，提供了一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，包括：

在汽艇的艏部设置具有入水角的入水曲面。所述入水曲面的选取方法为：在所述汽艇的中纵剖面上，所述汽艇的侧投影线与水线在艏部形成交点，在侧投影线上的所述交点上部选取一点作为截取点；在所述截取点处设置截面，所述截面将初始的入水曲面分为上半部分和下半部分，所述截面与初始的入水曲面的下半部分连接后作为新的入水曲面。

在汽艇的舯部设置湿舱曲面。所述湿舱曲面的选取方法为：在汽艇舯部的中纵剖面上设置竖向的第一定位线，所述第一定位线倾斜设置；以所述第一定位线作为中心轴线，以第一长度为半径绕所述第一定位线旋转一周形成湿舱曲面。

在汽艇的艉部设置内流道曲面。所述内流道曲面的选取方法为：在汽艇艉部选取第二定位线，所述第二定位线沿汽艇的长度方向布置，所述第二定位线依次包括直线段和曲线段，所述直线段的始端设于汽艇艉部，所述直线段的末端与所述曲线段的始端连接，所述曲线段的末端向下弯曲后延伸至汽艇的底部；以所述第二定位线作为中心轴线，以第二长度为半径绕所述第二定位线旋转一周形成内流道曲面。

在一种实施方式中，所述选取截取点包括：在侧投影线上的所述交点上部任一点处选取截取点，基于所述截取点的位置，设置截面。

计算所述截面的底边至水线的距离，并验算所述距离：在所述距离为汽艇的吃水深度的1/3倍至2/3倍时，所述截面的位置满足要求，确定所述截面的位置；在所述距离小于汽艇的吃水深度的1/3倍或者大于汽艇的吃水深度的2/3倍时，重新选取所述截取点及所述截面，并对再次验算所述截面，直至所述截面底部至水线的距离为汽艇的吃水深度的1/3倍至2/3倍。

在一种实施方式中，所述水线的确定方法包括：根据汽艇的船型及设计要求，确定初始水线；根据汽艇上的设备与汽艇的船型，计算汽艇的重量及重心；根据汽艇的重量及重心，调整初始水线的位置，以使汽艇在调整后的水线位置处重力和浮力平衡，确定水线位置。

在一种实施方式中，所述内流道曲面的个数为两个，两个所述内流道曲面关于中纵剖面对称布置。

在一种实施方式中，所述内流道曲面垂直于中心轴线的截面为圆形。

在一种实施方式中，所述第二定位线和所述第二长度的设计方法包括以下步骤：

基于汽艇的船型确定所述第二长度，基于所述第二长度确定所述内流道曲面的截面半径，基于所述水线位置和所述截面半径确定所述直线段在汽艇高度方向上的位置。

基于汽艇的船型和截面半径确定每个所述内流道曲面的中心轴线在汽艇宽度方向上与中纵剖面的距离。

获取所述直线段与所述曲线段的切点位置以及获取所述曲线段的进口角度，基于所述切点位置和所述进口角度拟合所述曲线段，基于所述直线段和所述曲线段得到所述第二定位线。

在一种实施方式中，所述第一定位线和所述第一长度的设计方法包括以下步骤：

将所述第一定位线设于汽艇舯部位置，将所述第一定位线从汽艇舯部向汽艇艏部移动10％-30％倍的船长的距离后，确定所述第一定位线的位置。

获取所述第一定位线的倾斜角度，基于所述倾斜角度将所述第一定位线顶部向汽艇艉部倾斜设置。

基于湿舱内设备的选型确定所述第一定位线的轴向高度及所述第一长度。

根据本申请的第二方面，还提供了一种汽艇，包括艏部、舯部和艉部；所述艏部、舯部和艉部按照如第一方面所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法制作。所述艏部的入水曲面为所述汽艇的顶推面。在所述舯部对应所述湿舱曲面的空间内安装有离心泵。在所述艉部对应内流道曲面的位置处设有为汽艇提供顶推力的推进器。

在汽艇的一种实施方式中，所述舯部对应所述湿舱曲面的空间为圆柱形湿舱。

在汽艇的一种实施方式中，所述艉部对应所述内流道曲面的空间为内流道。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法及汽艇，对汽艇的线型进行优化，并且具有通用性。使用优化后线型的汽艇同时满足快速性、操作性以及水动力性能的要求，同时满足汽艇建造的经济性要求。

使用优化后线型的汽艇在自由航向状态下，具有良好的快速性，能快速达到指定航速，并且具有良好的操纵性，使汽艇在限制水域中能快速调整到指定姿态。在浮桥作业工况下，具备足够的顶推力保持浮桥稳定，满足顶推作业的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的流程图；

图2为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S1的一种方法流程图；

图3为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S2的一种方法流程图；

图4为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S3的一种方法流程图；

图5为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S4的一种方法流程图；

图6为根据本申请实施例示出的一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的汽艇结构示意图；

图7为图6中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的汽艇俯视图。

附图标记：

1、水线；2、侧投影线；3、截面；4、甲板中心线；5、第一定位线；6、第二定位线；61、直线段；62、曲线段；A、第一交点；B、截取点；C、第二交点。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为根据本申请实施例示出的一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的流程图，图6为根据本申请实施例示出的一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的汽艇结构示意图，图7为图6中于浮桥架设的汽艇线型设计方法的汽艇俯视图。参见图1、图6和图7，用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，包括以下步骤：

S1、基于汽艇的船型及结构确定水线1的位置。

S2、在汽艇的艏部设置具有入水角的入水曲面。

入水曲面的选取方法为：在汽艇的中纵剖面上，汽艇的侧投影线2与水线1在艏部形成第一交点A，汽艇的侧投影线2与汽艇的甲板中心线4在艏部形成第二交点C，在侧投影线2上的第一交点A与第二交点C之间选取一点作为截取点B。在截取点B处设置截面3，截面3将初始的入水曲面分为上半部分和下半部分，截面3与初始的入水曲面的下半部分连接后作为新的入水曲面。

S3、在汽艇的舯部设置湿舱曲面。

湿舱曲面的选取方法为：在汽艇舯部的中纵剖面上设置竖向的第一定位线5，第一定位线5倾斜设置。以第一定位线5作为中心轴线，以第一长度为半径绕第一定位线5旋转一周形成湿舱曲面。

S4、在汽艇的艉部设置内流道曲面。

内流道曲面的选取方法为：在汽艇艉部选取第二定位线6，第二定位线6沿汽艇的长度方向布置，第二定位线6依次包括直线段61和曲线段62，直线段61的始端设于汽艇艉部，以对内流道的进水口进行定位；直线段61的末端与曲线段62的始端连接；曲线段62的末端向下弯曲后延伸至汽艇的底部，以对内流道的出水口进行定位。以第二定位线6作为中心轴线，以第二长度为半径绕第二定位线6旋转一周形成内流道曲面。

本申请提供的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，对汽艇的线型进行优化，并且具有通用性。使用优化后线型的汽艇同时满足快速性、操作性以及水动力性能的要求，同时满足汽艇建造的经济性要求。

使用优化后线型的汽艇在自由航向状态下，具有良好的快速性，能快速达到指定航速，并且具有良好的操纵性，使汽艇在限制水域中能快速调整到指定姿态。在浮桥作业工况下，具备足够的顶推力保持浮桥稳定，满足顶推作业的要求。

在一种实施方式中，图2为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S1的一种方法流程图，参加图2，在步骤S1中，水线1的确定方法包括：

S11、根据汽艇的船型及设计要求，确定初始水线。

S12、根据汽艇上的设备与汽艇的船型，计算汽艇的重量及重心。

S13、根据汽艇的重量及重心，调整初始水线的位置，以使汽艇在调整后的水线位置处重力和浮力平衡，确定水线1位置。

步骤S11至S13是根据不同的汽艇的船型设计线型，因此具有通用性。

在一种实施方式中，在水线1的位置确定后，需对水线1的位置进行验算。在水线1的位置满足汽艇的设计要求时，完成水线1的位置的确定。在水线1的位置不满足汽艇的设计要求时，重复步骤S11-S13，直至水线1的位置满足汽艇的设计要求。

在一种实施方式中，图3为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S2的一种方法流程图，参加图3，在步骤S2中，选取截取点B包括以下步骤：

S21、在侧投影线2上的第一交点A以上部分选取一点作为截取点B，基于截取点B的位置，设置截面3。

S22、计算所述截面3的底边至水线1的距离a，并验算距离a：在距离a为汽艇的吃水深度的1/3倍至2/3倍时，截面3的位置满足要求，确定截面3的位置。在距离a小于汽艇的吃水深度的1/3倍或者大于汽艇的吃水深度的2/3倍时，重新选取截取点B及截面3，并对再次验算截面3，直至截面3底部至水线1的距离a为汽艇的吃水深度的1/3倍至2/3倍。

步骤S21至S22是考虑汽艇在设计吃水航行时，汽艇艏部的截面3不产生阻力，不影响汽艇的正常航速的同时，在浮桥架设时还能作为顶推面，方便汽艇开展顶推作业。本申请对截面在艏部的占用面积大小及设计位置进行最优设置，使汽艇在浮桥架设时，能具有良好的快速性、操纵性，同时还需要足够的顶推力。进行改进的方式，使汽艇全面满足内河限制航道的要求。

在一种实施方式中，图4为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S3的一种方法流程图，在步骤S3中，第一定位线5和第一长度的设计方法包括以下步骤：

S31、将第一定位线5设于汽艇舯部位置，将第一定位线5从汽艇舯部向汽艇艏部移动10％-30％倍的船长的距离后，确定第一定位线5的位置。

步骤S31是考虑若将湿舱曲面设置的过于靠近艏部，则安装于湿舱曲面内部的离心泵离汽艇艏部过近，汽艇会发生埋首。若将湿舱曲面设置的过于靠近艉部，则安装于湿舱曲面内部的离心泵离汽艇艉部过近，汽艇的重量集中在后半部分，无法平浮；并且还会影响内流道曲面内的推进器正常工作。因此，通过步骤S31对第一定位线5进行设计，从而确定湿舱曲面的设置位置。

S32、获取第一定位线5的倾斜角度，第一定位线5与竖直方向之间的夹角为β，β为4-8°，基于β将第一定位线5顶部向汽艇艉部倾斜设置。

步骤S32中将第一定位线5倾斜设置的目的是，使第一定位线5与汽艇船体底部的线型保持垂直，使湿舱曲面完整，从而使设于湿舱曲面内的离心泵进流、出流保持均匀，提高离心泵的效率。因此在步骤S32中将第一定位线5倾斜设置。

S33、基于湿舱内设备的选型确定第一定位线5的轴向高度及第一长度。

步骤S31至S33是考虑使汽艇具备良好的机动性，在湿舱曲面形成的空间内设置离心泵，离心泵的设置为了提高汽艇的回转、倒车等操纵性。将能够在汽艇内设备功率不变的情况下，提升汽艇航速，增强汽艇在水中的性能。

在一种实施方式中，内流道曲面垂直于中心轴线的截面3为圆形。

在一种实施方式中，内流道曲面的个数为两个，两个内流道曲面关于中纵剖面对称布置。在每个内流道曲面形成的空间内安装一个喷水推进器，在两个喷水推进器的作用下，可提供足够推力保证汽艇航速，增加浮桥架设时的顶推力。

在一种实施方式中，图5为图1中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的步骤S4的一种方法流程图，在步骤S4中，第二定位线6和第二长度的设计方法包括以下步骤：

S41、基于汽艇的船型确定第二长度，基于第二长度确定内流道曲面的截面半径，基于水线1位置和截面半径确定直线段61在汽艇高度方向上的位置。

在一种实施方式中，确定直线段61在汽艇高度方向上的位置包括：直线段61在竖直方向的高度等于水线的高度与第二长度的总和。

S42、基于汽艇的船型和截面半径确定每个内流道曲面的中心轴线在汽艇宽度方向上与中纵剖面的距离b。根据船体型宽确定距离b，距离b取船体型宽的1/4。

S43、获取直线段61与曲线段62的切点位置以及获取曲线段62的进口角度α，基于切点位置和进口角度α，采用多项式曲线或样条曲线拟合曲线段62，基于直线段61和曲线段62得到第二定位线6。

在一种实施方式中，曲线段62的末端向下弯曲后与水平线之间的夹角为α，α为25-40°。

在一种实施方式中，直线段61与曲线段62的切点位置可以根据船型确定，也可以去在连接法兰的某个断面处。

步骤S41至S43是考虑对第二定位线6进行优化，从而对内流道曲面进行优化设计，使汽艇的内流道得到优化。内流道曲面的曲线段的作用是使水流更加顺畅地流入推进器，从而减少流动损失。内流道曲面的直线段是为了使出流方向与水线平行，提高推进效率。

图6为根据本申请实施例示出的一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的汽艇结构示意图，图7为图6中用于浮桥架设的汽艇线型设计方法的汽艇俯视图。参见图6和图7，本申请还提供了一种汽艇，包括艏部、舯部和艉部。艏部、舯部和艉部按照上述用于浮桥架设的汽艇线型设计方法制作。艏部的入水曲面为汽艇的顶推面。在舯部对应湿舱曲面的空间内安装有离心泵。在艉部对应内流道曲面的位置处设有为汽艇提供顶推力的推进器。舯部对应湿舱曲面的空间为圆柱形湿舱。艉部对应内流道曲面的空间为内流道。

在一种汽艇的实施方案中，在离心泵的进水口处及推进器的进水口处均设置栅格，能降低汽艇在浅水航行或工作时吸入砂石的风险。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，其特征在于，包括：

在汽艇的艏部设置具有入水角的入水曲面；所述入水曲面的选取方法为：在所述汽艇的中纵剖面上，所述汽艇的侧投影线与水线在艏部形成交点，在侧投影线上的所述交点上部选取一点作为截取点；在所述截取点处设置截面，所述截面将初始的入水曲面分为上半部分和下半部分，所述截面与初始的入水曲面的下半部分连接后作为新的入水曲面；

在汽艇的舯部设置湿舱曲面，所述湿舱曲面的选取方法为：在汽艇舯部的中纵剖面上设置竖向的第一定位线，所述第一定位线倾斜设置；以所述第一定位线作为中心轴线，以第一长度为半径绕所述第一定位线旋转一周形成湿舱曲面；

在汽艇的艉部设置内流道曲面，所述内流道曲面的选取方法为：在汽艇艉部选取第二定位线，所述第二定位线沿汽艇的长度方向布置，所述第二定位线依次包括直线段和曲线段，所述直线段的始端设于汽艇艉部，所述直线段的末端与所述曲线段的始端连接，所述曲线段的末端向下弯曲后延伸至汽艇的底部；以所述第二定位线作为中心轴线，以第二长度为半径绕所述第二定位线旋转一周形成内流道曲面。

2.根据权利要求1所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，其特征在于，所述选取截取点包括：

在侧投影线上的所述交点上部任一点处选取截取点，基于所述截取点的位置，设置截面；

计算所述截面的底边至水线的距离，并验算所述距离：在所述距离为汽艇的吃水深度的1/3倍至2/3倍时，所述截面的位置满足要求，确定所述截面的位置；在所述距离小于汽艇的吃水深度的1/3倍或者大于汽艇的吃水深度的2/3倍时，重新选取所述截取点及所述截面，并对再次验算所述截面，直至所述截面底部至水线的距离为汽艇的吃水深度的1/3倍至2/3倍。

3.根据权利要求2所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，其特征在于，所述水线的确定方法包括：

根据汽艇的船型及设计要求，确定初始水线；

根据汽艇上的设备与汽艇的船型，计算汽艇的重量及重心；

根据汽艇的重量及重心，调整初始水线的位置，以使汽艇在调整后的水线位置处重力和浮力平衡，确定水线位置。

4.根据权利要求3所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，其特征在于，所述内流道曲面的个数为两个，两个所述内流道曲面关于中纵剖面对称布置。

5.根据权利要求4所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，其特征在于，所述内流道曲面垂直于中心轴线的截面为圆形。

6.根据权利要求5所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，其特征在于，所述第二定位线和所述第二长度的设计方法包括以下步骤：

基于汽艇的船型确定所述第二长度，基于所述第二长度确定所述内流道曲面的截面半径，基于所述水线位置和所述截面半径确定所述直线段在汽艇高度方向上的位置；

基于汽艇的船型和截面半径确定每个所述内流道曲面的中心轴线在汽艇宽度方向上与中纵剖面的距离；

获取所述直线段与所述曲线段的切点位置以及获取所述曲线段的进口角度，基于所述切点位置和所述进口角度拟合所述曲线段，基于所述直线段和所述曲线段得到所述第二定位线。

7.根据权利要求1所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法，其特征在于，所述第一定位线和所述第一长度的设计方法包括以下步骤：

将所述第一定位线设于汽艇舯部位置，将所述第一定位线从汽艇舯部向汽艇艏部移动10％-30％倍的船长的距离后，确定所述第一定位线的位置；

获取所述第一定位线的倾斜角度，基于所述倾斜角度将所述第一定位线顶部向汽艇艉部倾斜设置；

基于湿舱内设备的选型确定所述第一定位线的轴向高度及所述第一长度。

8.一种汽艇，其特征在于，包括艏部、舯部和艉部；所述艏部、舯部和艉部按照权利要求1-7中任一项所述的用于浮桥架设的汽艇线型设计方法制作；

所述艏部的入水曲面为所述汽艇的顶推面；

在所述舯部对应所述湿舱曲面的空间内安装有离心泵；

在所述艉部对应内流道曲面的位置处设有为汽艇提供顶推力的推进器。

9.根据权利要求8所述的汽艇，其特征在于，所述舯部对应所述湿舱曲面的空间为圆柱形湿舱。

10.根据权利要求8所述的汽艇，其特征在于，所述艉部对应所述内流道曲面的空间为内流道。

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