CN115123447B - 一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，包括左右并列设置的两个片体，其间衔接槽道构成一体式结构船体；位于船艏部的槽道呈向前的斜升面结构，后方呈水平的平面结构延伸至船艉；斜升面结构上沿横向间隔设置多个劈浪艏形成纵流方型多艏结构；单个劈浪艏沿船体纵向布设，且其首尾端的斜升角和横向宽度均最小并向着中部逐渐增大，中部位置的斜升角和横向宽度均最大；位于船体艉部处的平面结构上沿着横向间隔设置多个呆木，呆木与船体艉端之间存在距离；呆木底部与两个片体底部位于同一平面上；本发明大大增强了方艏扁平船体在海中航行的耐波性能，改善了航向稳定性能，具备冲滩坐底的能力，并且有效减小了压差阻力，尤其适用于江海直达。

Description

一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型。

背景技术

江海直达运输方式可以直接将货物通过船舶运达到目的地，中间不必在江海口处进行转运，具有经济效益高、时间成本低和运输安全性高的特点。我国拥有江河水系几千条，同时又是世界上海岸线最长的国家之一，江海直达运输方式可以加强沿江城市、沿海城市与周围国家间的合作交流，也为长江流域城市和沿海城市经济发展提供运输支撑。

方艏平底船型由于吃水浅，方形系数大，运载能力强而被用作江海直达的船型之一。现有技术中的方型艏平底船的艏部波浪砰击较大，不宜在海洋中航行，另一方面平底船体在波浪中的操纵性能也较差，航向稳定性弱。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的可用于江海直达的多艏浅吃水船型，从而大大增强了方艏平底船体的耐波性能和航向稳定性能，有效减小了压差阻力，优化了阻力性能，并且具备冲滩坐底的能力，尤其适用于江海直达。

本发明所采用的技术方案如下：

一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，包括左右间隔并列设置的两个片体，两个片体之间衔接有槽道，构成一体式结构的船体；位于船体船艏部的槽道呈向前向上倾斜的斜升面结构，斜升面结构后方的槽道呈水平的平面结构延伸至船艉；所述斜升面结构上沿横向间隔设置有多个劈浪艏，形成纵流方型多艏结构；单个劈浪艏沿着船体的长度方向布设，单个劈浪艏首尾端的斜升角和横向宽度均最小并向着中部逐渐增大，单个劈浪艏中部位置的斜升角和横向宽度均最大；位于船体艉部处的平面结构上沿着横向间隔设置有多个呆木，呆木尾端与船体艉端之间存在距离；所述呆木底部与两个片体底部位于同一平面上。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述船体在船艏处的纵向抬升角为8°～14°，劈浪艏首尾端的斜升角为0°，劈浪艏5中部位置斜升角为55°～70°，劈浪艏首尾端分别呈向前和向后的尖角结构。

所述劈浪艏和呆木的数量，均为沿着横向方向间隔设置有三个，所述劈浪艏和呆木的横截面均为V型结构，沿着呆木的长度方向其横截面保持一致，呆木的垂向尺寸与槽道的垂向尺寸一致。

所述劈浪艏的纵向长度尺寸大于呆木的纵向长度尺寸，相邻劈浪艏中心线之间的水平间隔距离大于相邻呆木之间的间隔距离。

单个劈浪艏的纵向长度占船长的0.18～0.26，单个劈浪艏中部位置横向宽度占船宽的0.05～0.12，相邻劈浪艏中心线之间的水平间隔为船宽的0.12～0.20；单个呆木的纵向长度为船长的0.15～0.25，相邻呆木之间的水平间隔为船宽的0.05～0.10；单个呆木的横向宽度为船宽的0.03～0.08，垂向高度为船体设计吃水深度的0.15～0.2；所述呆木尾端与船体艉端之间的距离为船长的0.1～0.2。

单个片体底面均设置为平底，平底内侧与槽道之间通过直线斜升结构过渡衔接，直线斜升结构的斜升角为10°～20°。

所述槽道的宽度尺寸为船宽的0.45～0.55，槽道垂向的高度尺寸为船体设计吃水深度的0.15～0.2；单个片体的平底宽度尺寸为船宽的0.12～0.18。

所述船体顶面设置为前后贯通的甲板，甲板两侧边缘对称向上延伸设置有围挡，围挡从船艏延伸至船艉；位于船艏处的甲板两侧对称设置有控制室，控制室位于斜升面与平面结构相接处的上方。

位于控制室前方的甲板上设置有斜面一，位于控制室后端的甲板上设置有斜面二，位于船艉端的甲板尾部设置有斜面三；所述斜面一、斜面二和斜面三左右端分别衔接于两侧围挡，斜面一、斜面二和斜面三均呈向后向下的趋势倾斜；所述斜面一、斜面二和斜面三的倾斜角度逐渐增大。

位于两个片体前端对称向前凸出于船体，船体前端面呈向后向下倾斜；所述甲板尾端向后凸出于船体，形成凸缘，凸缘底面与船体艉端面之间相互垂直。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，通过纵流方形多艏结构的设置，结合特殊的劈浪艏设置，有效改善了船艏的绕流特征，大幅提高了船体兴波特性和耐波性能，减小了波浪砰击力和压差阻力，优化了阻力性能，能够在海洋中航行；由双体和槽道的设置，结合呆木和多艏结构，改善了船舶在风浪中的航行稳定性能，并且使得船体能够冲滩坐底，适用于多种不同水域，尤其适用于江海直达的输送使用。

本发明中，劈浪艏首尾端的斜升角和横向宽度均最小并向着中部逐渐增大，从而使得船艏的水流流动从横向趋向于纵向，并从劈浪艏之间纵向流过船体，有效改善了绕流特性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为本发明另一视角的结构示意图。

图4为图3中B处的局部放大图。

图5为本发明劈浪艏的截面剖视图。

图6为本发明呆木的截面剖视图。

图7为本发明在航运状态时的结构示意图。

图8为本发明船艏不同纵向抬升角下的航行阻力曲线示意图。

图9为本发明劈浪艏中部位置不同斜升角与船体垂向加速度的曲线示意图。

图10为本发明劈浪艏中部位置不同斜升角与船体阻力的曲线示意图。

图11为本发明纵流方型多艏结构与常规方艏船型的垂向加速度对比图。

图12为本发明纵流方型多艏结构与常规方艏船型的阻力对比图。

其中：1、呆木；2、片体；3、槽道；4、斜升面；5、劈浪艏；6、控制室；7、凸缘；8、甲板；81、斜面一；82、斜面二；83、斜面三；9、围挡。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2和图3所示，本实施例的一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，包括左右间隔并列设置的两个片体2，两个片体2之间衔接有槽道3，构成一体式结构的船体；位于船体船艏部的槽道3呈向前向上倾斜的斜升面结构4，斜升面结构4后方的槽道3呈水平的平面结构延伸至船艉；斜升面结构4上沿横向间隔设置有多个劈浪艏5，形成纵流方型多艏结构；单个劈浪艏5沿着船体的长度方向布设，单个劈浪艏5首尾端的斜升角和横向宽度均最小并向着中部逐渐增大，单个劈浪艏5中部位置的斜升角和横向宽度均最大；位于船体艉部处的平面结构上沿着横向间隔设置有多个呆木1，呆木1尾端与船体艉端之间存在距离；呆木1底部与两个片体2底部位于同一平面上。

本实施例中，通过纵流方形多艏结构的设置，结合特殊的劈浪艏5设置，有效改善了船艏的绕流特征，大幅提高了船体耐波性能，减小了波浪砰击力和压差阻力，优化了阻力性能，能够在海洋中航行；由双体和槽道3的设置，结合呆木1和多艏结构，改善了船舶在风浪中的操纵性能和航行稳定性，并且使得船体能够冲滩坐底，适用于多种不同水域，尤其适用于江海直达的输送使用；

劈浪艏5首尾端的斜升角和横向宽度均最小并向着中部逐渐增大，从而使得船艏的水流流动从横向趋向于纵向，并从劈浪艏5之间纵向流过船体，有效改善了绕流特性。

进一步地，船体在船艏处的纵向抬升角为8°～14°，劈浪艏5首尾端的斜升角为0°，劈浪艏5中部位置斜升角为55°～70°，劈浪艏5首尾端分别呈向前和向后的尖角结构。

作为本实施例的一个优选例，如图5和图6所示，劈浪艏5和呆木1的数量，均为沿着横向方向间隔设置有三个，劈浪艏5和呆木1的横截面均为V型结构，沿着呆木1的长度方向其横截面保持一致，呆木1的垂向尺寸与槽道3的垂向尺寸一致。

本实施例中，单个劈浪艏5在纵向上从船艏向后延伸至船体底部，优选的，劈浪艏5在纵向方向上布满斜升面结构4，随着斜升面结构4向后延伸至与平面结构相接处，从而最大程度的改善船艏的兴波。

本实施例中，劈浪艏5在两个片体2之间等间距布设，使得水流性能最佳、最稳定。

劈浪艏5的纵向长度尺寸大于呆木1的纵向长度尺寸，相邻劈浪艏5中心线之间的水平间隔距离大于相邻呆木1之间的间隔距离。

具体地，单个劈浪艏5的纵向长度占船长的0.18～0.26，单个劈浪艏5中部位置横向宽度占船宽的0.05～0.12，相邻劈浪艏5中心线之间的水平间隔为船宽的0.12～0.20；单个呆木1的纵向长度为船长的0.15～0.25，相邻呆木1之间的水平间隔为船宽的0.05～0.10；单个呆木1的横向宽度为船宽的0.03～0.08，垂向高度为船体设计吃水深度的0.15～0.2；呆木1尾端与船体艉端之间的距离为船长的0.1～0.2。

本实施例中，将呆木1设置为深V型楔形体，以改善常规平底船体在风浪中操纵性差的问题，并且将呆木1设置为细长型，以增加航向稳定性的同时不会带来阻力较大的增加。

进一步地，单个片体2底面均设置为平底，构成双体平底型船体，平底内侧与槽道3之间通过直线斜升结构过渡衔接，直线斜升结构的斜升角为10°～20°。

槽道3的宽度尺寸为船宽的0.45～0.55，槽道3垂向的高度尺寸为船体设计吃水深度的0.15～0.2，构成极浅槽道型船体；单个片体2的平底宽度尺寸为船宽的0.12～0.18。

本实施例中，呆木1的垂向高度过高会影响船体冲滩坐底时底部平整，过低则对航向稳定性改善不明显，因此呆木1的垂向高度应与槽道3的垂向高度接近一致；

本实施例中，双体平底船体结合呆木1的综合作用，有效改善了船体风浪中的航向稳定性能，结合多艏构型减小船艏波浪砰击的作用，共同进一步提高了船体风浪中综合适航性能，同时船体两侧片体2和槽道3使船体实现冲滩坐底，因此该船型不仅能在内河和沿海水域航行，还能适用于滩涂登陆和一些浅水复杂水域。

进一步地，如图7所示，船体顶面设置为前后贯通的甲板8，甲板8两侧边缘对称向上延伸设置有围挡9，围挡9从船艏延伸至船艉；位于船艏处的甲板8两侧对称设置有控制室6，控制室6位于斜升面4与平面结构相接处的上方；通过合理巧妙的结构布设，大大保证船舶的运载空间和运载能力。

进一步地，位于控制室6前方的甲板8上设置有斜面一81，位于控制室6后端的甲板8上设置有斜面二82，位于船艉端的甲板8尾部设置有斜面三83；斜面一81、斜面二82和斜面三83左右端分别衔接于两侧围挡9，斜面一81、斜面二82和斜面三83均呈向后向下的趋势倾斜；斜面一81、斜面二82和斜面三83的倾斜角度逐渐增大。

本实施例中，斜面一81和斜面二82的设置，助力于提升并保证船舶的装载空间和装载量，斜面三83的设置则便于装载货物的装卸操作。

本实施例中，还可以根据实际需求，在围挡9上方继续布设向上的围栏，以助力于保证货物运输的安全性。

进一步地，位于两个片体2前端对称向前凸出于船体，船体前端面呈向后向下倾斜，以达到前部阻浪的目的；甲板8尾端向后凸出于船体，形成凸缘7，凸缘7底面与船体艉端面之间相互垂直，如图4所示，在斜面三83便于装卸的同时，凸缘7在纵向位置上比水下推进器更靠后，这样设置是为了在船体尾部发生碰撞时可以保护水下推进器不被撞到。

通常来讲，从船艏到船艉的方向，即船体的长度方向，为船体的纵向；船舶左右两舷的方向，即船体的宽度方向，为船体的横向；与纵向和横向均垂直的方向，为船体的垂向。

作为本实施例的一个优选例，对于船体而言，其船艏纵向抬升角与来流的攻角接近，对于阻力有明显的影响，如图8所示，为CFD模拟中，不同纵向抬升角与阻力之间的关系图，可以看出，随着船艏抬升角的减小(四条线从上至下对应的纵向抬升角依次为20°、16°、12°和8°)，阻力逐渐减小；但当抬升角小于12°时，阻力减小程度不再明显，图上看出抬升角为12°和8°的线趋于重合，考虑过小的抬升角会使得船艏纵向过长，会超出船体主尺度和整体构型设计的约束，因此，设定船艏龙骨纵向抬升角度为8°～14°，对于阻力和船体构型考虑较佳，并且优选为10°～12°。

作为本实施例的一个优选例，设定船体的宽度为B，船体的长度为L，设计吃水深度为D，将两个片体2之间的宽度设置为0.6B，劈浪艏5中部位置的横向宽度设置为0.08B，则劈浪艏5中部位置的斜升角将决定劈浪艏5的整个构型，不同斜升角和构型的劈浪艏，对减小船体的波浪砰击和兴波阻力的程度不同；

如图9所示，为四级海况下劈浪艏5中部位置不同斜升角下船体垂向加速度的CFD模拟结果，可以看出，随着斜升角的增大(四条线从上至下对应的斜升角依次为40°、50°、60°和70°)，船艏的垂向加速度在不断减小，这是因为斜升角越大时，劈浪艏5趋近于深V形，能大幅改善船艏对水流的堵塞作用，进而减小作用船艏的波浪砰击，但同时看出当斜升角大于60°时，垂向加速度的减小不再明显，逐渐减弱；

如图10所示，为劈浪艏5中部位置不同斜升角下船体阻力的CFD模拟结果，可以看出，随着斜升角的增大(四条线从上至下对应的斜升角依次为40°、50°、60°和70°)，船体阻力整体呈现出先增大后减小的趋势，因为斜升角较小时，劈浪艏5趋向于扁平形状，对船艏横向来流的改善较弱，因此阻力较大，而当斜升角较大时，劈浪艏5垂向高度较大，使得湿面积大幅增加，因此船体阻力会增大。

综合上述船艏垂向加速度和船体阻力的计算结果，劈浪艏5的中部位置斜升角设置为55°～70°，并优选为60°～65°，这样既可以大幅改善船体耐波性又可以适当降低船体阻力。

进一步地，将本实施例的纵流方型多艏结构与现有技术中常规的方形艏船，在四级海况下对船艏垂向加速度和船体阻力进行对比，如图11和图12所示，可以看出纵流多艏船型的船艏垂向加速度明显小于常规方艏船型，船体阻力也略小于方艏船型，这说明多艏船型能减小作用在船艏的波浪砰击力，进而降低船体在波浪中的运动响应，提高船体耐波性能，同时多艏船型有效改善了方艏对来流的阻塞作用，减小了船艏的压差阻力，综合提高了船体在风浪中的航行能力。

本发明中，在考虑江河区域航道的限制、海洋航区风浪较大等客观因素的基础上，对现有的方型艏船进行改进，构成纵流方型多艏和极浅槽道双体平底为一体的船体，一方面，有效改善方型船艏的绕流特征，降低波浪砰击力和压差阻力，改善了船体的耐波性能同时减小了船艏的阻力，另一方面，极浅槽道、呆木和劈浪艏的综合作用增强了船体在波浪中的航向稳定性能，同时两侧片体的平底龙骨使船体能够冲滩坐底；并且，还有效提升、保障了船舶的运输经济性。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，包括左右间隔并列设置的两个片体（2），其特征在于：两个片体（2）之间衔接有槽道（3），构成一体式结构的船体；位于船体船艏部的槽道（3）呈向前向上倾斜的斜升面结构（4），斜升面结构（4）后方的槽道（3）呈水平的平面结构延伸至船艉；所述斜升面结构（4）上沿横向间隔设置有多个劈浪艏（5），形成纵流方型多艏结构；单个劈浪艏（5）沿着船体的长度方向布设，单个劈浪艏（5）首尾端的斜升角和横向宽度均最小并向着中部逐渐增大，单个劈浪艏（5）中部位置的斜升角和横向宽度均最大；位于船体艉部处的平面结构上沿着横向间隔设置有多个呆木（1），呆木（1）尾端与船体艉端之间存在距离；所述呆木（1）底部与两个片体（2）底部位于同一平面上；

所述劈浪艏（5）和呆木（1）的数量，均为沿着横向方向间隔设置有三个，所述劈浪艏（5）和呆木（1）的横截面均为V型结构，沿着呆木（1）的长度方向其横截面保持一致，呆木（1）的垂向尺寸与槽道（3）的垂向尺寸一致；

所述劈浪艏（5）的纵向长度尺寸大于呆木（1）的纵向长度尺寸，相邻劈浪艏（5）中心线之间的水平间隔距离大于相邻呆木（1）之间的间隔距离；

单个劈浪艏（5）的纵向长度占船长的0.18~0.26，单个劈浪艏（5）中部位置横向宽度占船宽的0.05~0.12，相邻劈浪艏（5）中心线之间的水平间隔为船宽的0.12~0.20；单个呆木（1）的纵向长度为船长的0.15~0.25，相邻呆木（1）之间的水平间隔为船宽的0.05~0.10；单个呆木（1）的横向宽度为船宽的0.03~0.08，垂向高度为船体设计吃水深度的0.15~0.2；所述呆木（1）尾端与船体艉端之间的距离为船长的0.1~0.2；

单个片体（2）底面均设置为平底，平底内侧与槽道（3）之间通过直线斜升结构过渡衔接，直线斜升结构的斜升角为10°~20°。

2.如权利要求1所述的一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，其特征在于：所述船体在船艏处的纵向抬升角为8°~14°，劈浪艏（5）首尾端的斜升角为0°，劈浪艏（5）中部位置斜升角为55°~70°，劈浪艏（5）首尾端分别呈向前和向后的尖角结构。

3.如权利要求1所述的一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，其特征在于：所述槽道（3）的宽度尺寸为船宽的0.45~0.55，槽道（3）垂向的高度尺寸为船体设计吃水深度的0.15~0.2；单个片体（2）的平底宽度尺寸为船宽的0.12~0.18。

4.如权利要求1所述的一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，其特征在于：所述船体顶面设置为前后贯通的甲板（8），甲板（8）两侧边缘对称向上延伸设置有围挡（9），围挡（9）从船艏延伸至船艉；位于船艏处的甲板（8）两侧对称设置有控制室（6），控制室（6）位于斜升面（4）与平面结构相接处的上方。

5.如权利要求4所述的一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，其特征在于：位于控制室（6）前方的甲板（8）上设置有斜面一（81），位于控制室（6）后端的甲板（8）上设置有斜面二（82），位于船艉端的甲板（8）尾部设置有斜面三（83）；所述斜面一（81）、斜面二（82）和斜面三（83）左右端分别衔接于两侧围挡（9），斜面一（81）、斜面二（82）和斜面三（83）均呈向后向下的趋势倾斜；所述斜面一（81）、斜面二（82）和斜面三（83）的倾斜角度逐渐增大。

6.如权利要求4所述的一种可用于江海直达的多艏浅吃水船型，其特征在于：位于两个片体（2）前端对称向前凸出于船体，船体前端面呈向后向下倾斜；所述甲板（8）尾端向后凸出于船体，形成凸缘（7），凸缘（7）底面与船体艉端面之间相互垂直。

Images