CN2217568Y - 冲垫“u”型翼形船体 - Google Patents

Abstract

一种可降阻的冲垫“U”型翼形船体，特点是船舶两侧空船水线以下的船体设有多个呈对称排列的“U”式翼形体，该翼形体与水流运动方向之间夹有冲角α，其外侧面构成顺水流运动方向的翼形降阻表面。本实用新型的翼形主尺度应根据不同吨位船舶和不同航速设计而成，翼形体能起对水流的降阻力和空气降阻的双重效果，对高速船舶节能效果达40-45％左右，并能提高稳定性和适航性。

Description

冲垫“U”型翼形船体

本实用新型涉及船舶的船体制造技术，特别是一种可降阻的冲垫“U”型翼形船体制造技术。

一般船舶水线面以下船体为流线型光顺体，其与水流运动相互作用时的摩擦阻力随着航速提高而增大。船舶工业发展近百年来，除了出现水翼艇外，常规的船舶船体表面降阻处理的技术尚未得到解决，对此，世界各国船舶专家已作了大量的研究工作，但未能取得突破性进展。如已有的船体采用了涂料表面光洁度处理方法，降阻效果不大，特别对中速、高速航行的船型来说无济于事，所以，如何解决船体表面降阻问题，仍是一道世界各国船舶界急待研究解决的难题。

本实用新型的任务是提供一种具有降阻作用的翼形船体，使得该具有翼形船舶线型的低阻船体适合作高速航行。

本实用新型类似于滑水板在高速牵引下所产生的冲垫力，使人可站在短小的滑水板上沿水面作高速滑行之动作原理。参照上述原理，本发明的特点是在船舶两侧空船水线以下船体设计成具有多个呈对称排列的“U”型翼形体，这些翼形体与水流运动方向之间夹有冲角α，在水流冲垫力的作用下，其外侧面(即翼形体下面)可构成为顺水流运动方向的翼形降阻表面。

本实用新型的工作原理是：船舶在航行时，一方面是船体水线以下湿表面与水流运动产生的摩擦力形成船舶运行所要克服的主要阻力。但另一方面，船体的翼形体结构，能使船舶在高速运行时，对翼形体产生巨大的水动力作用，水动力产生的升力使船体向上浮起，原水线以下的船体湿表面与水流摩擦面分离，其与水流相互作用的摩擦阻力面就可减少40％。实际上，翼形船体不仅在高速航行时可减少水流与船体的摩擦面积，而且随着水流冲垫翼形体后的巨大升力作用，使水面以上空气通过翼形体内侧进入水面以下船体升垫体部位，对翼形船体产生垫升力作用(类似于气垫)，这样翼形体所起的作用不仅是对水流的降阻力，而且能起空气降阻的双重效果：一方面使高速运动船体水线下面积45％分离水流作用，减少水流摩擦力；另一方面吸入空气进入翼形体内侧，不断提供气体向船底水流中排放，将对具有翼形线型的船体升垫体产生气体升垫力，起到了空气降阻作用。

本实用新型对于高速船舶节能效果达40-45％左右。本发明适用于内河沿海30节以上各类排水型高速船舶，对于同等排水量的相同高速船舶可提高稳定性和适航性。因此，它对于开发高速船舶将带来新的技术突破。

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体结构原理作进一步详细描述。

图1为常规船舶在航行中与水流产生摩擦面积的平面示意图；

图2是本实用新型的船体具有翼形船舶线型的结构示意图；

图3是本翼形船舶高速运动状态的原理示意图；

图4是本翼形船体的侧面示意图；

图5是图4A-A方向的结构示意图；

其中1是船体干舷线，2是翼形体，3是翼形体内侧面(或称翼形体上面，形成负压面)，4是翼形体外侧面(或称翼形体下面，形成正压面)，5是船体在静态或低速时的降阻力面积区域，6是船体在高速航行时的降阻力面积区域(具有一定的空间体积)，7是船舶运动时前面一个翼形体与后面一个翼形体产生的滑降阻流域间距(一般是根据不同的船速确定不同的间距离)，8是高速运动时翼形体的上一个升力点与下一个升力点所产生的水流滑脱流迹线，9是降阻层外围水流，10是空气增压装置。

本实用新型中，具有翼形体2的船舶线型在设计过程中，可以根据不同的航速要求来设计翼形体2的主尺度(线型)。应用上述设计原则，我们可以将船体与水流相互作用的水动力分成两个分力，其中与水流方向相垂直的一个分力称为升刀、另一与水流相平行摩擦运动的分力称为阻力，当翼形体2在外围水流中运动时，其上面(内侧面)靠船体船底线和舷边线外面形成负压面，这时约比静压力降低到20-40％。从物理学中可知道，一个大气压力等于每平方厘米一公斤的压力，从而每平方米面积上的大气压力有10000公斤的力。因此，在船舶翼形体2每平方米面积上由负压面产生的上升力等于2000-4000公斤。同时，在高速运动时翼形体2下面压力约增加5-12％，为此每平方米的翼形体下面又增加500-1200公斤的垫升作用力，总的升力可达2500-5200公斤，而这个力有70-75％是由于翼形体上面的负压而形成的，只有25-30％才是由于翼形体下面的压力增加得到的。

此外，本实用新型在实际设计制造时，还要根据各种船舶所选择的不同航速，采用精密度高的工艺技术与精确的船模试验确定设计翼形体的主要尺寸参数，因此，本实用新型的翼形船体结构设计还具有以下特点：

本实用新型在设计具有翼形体2的翼形船舶线型时，其翼型的主尺度可根据不同的航速要求和船舶吨位进行设计的(包括翼形的宽度、弦长、翼展、最大翼型厚度和中线的凹度等)，其翼型的相对厚度(指翼型最大厚度与宽度之比)，一般在0.02-0.15范围选择，在具体设计制造中，展弦比(指翼展与翼型宽度之比)在1-15范围选择。

本实用新型的特点还在于翼形体2的冲角α(翼型的弦与水流所夹的角度)随航速提高而减小，其冲角α在3°-40°范围选择。

作上述具体设计时，最关键的技术措施是：必须掌握船舶以最高时速运动时，前面一个的翼形体升力点能与后面一个的翼形体升力点产生水流脱离面积(区域)进行相互联接(形成如图3所示的水流滑脱流迹线8)，才能达到最佳的效果，一般可以靠船模试验加以确定最佳翼形体冲角与展弦的(翼展和弦长的)主尺度为好。

另外，为了增强垫升效果，可在翼形体2上增设有空气导流罩或鼓风增压装置构成的空气增压装置10。

Claims (4)

1、一种冲垫“U”型翼形船体，其特征在于船舶两侧空船水线以下的船体设有多个呈对称排列的“U”型翼形体(2)，这些翼形体(2)与水流运动方向之间夹有冲角α。

2、根据权利要求1规定的船体，其特征在于所述的翼形体(2)，其翼形的相对厚度选择在0.02-0.15范围，其展弦比选择在1-15范围。

3、根据权利要求1规定的船体，其特征在于所述的翼形体(2)的冲角α随航速提高而减小，该冲角α选择在3°-40°范围。

4、根据权利要求1规定的船体，其特征是可在翼形体(2)上部增设有空气导流罩或鼓风增压装置构成的空气增压装置(10)。

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