CN85101991B - 船舶气膜减阻节能装置系统 - Google Patents
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Abstract
本系统属船舶减阻节能领域。通过对水下船底平板气泡膜平稳性原理的研究，在船舶气膜减阻节能装置系统中，利用纵向侧壁以及导流板装置可以使船底形成连续平稳的空气薄膜而将船底与水分离，实现船舶减阻节能的目的。对江河有一定平底面积的船舶，在专用风机补充不大的空气量情况下，在模型试验中已获得40％左右的减阻效果。并且在风机不充气状态下，试验说明船底装置使原常规船型阻力增加仅5％左右。
Description
本发明属船舶减阻节能领域。
我国和美国、英国等国家的垫气船是指在船底设置钢性围裙而成气室，垫气船航行时由专用鼓风机向气室充气而形成气室空气层，从而实现船舶空气润滑减阻。垫气船在航行时将导致气室空气层的兴波，所以要求垫气船气室有足够的深度才能保证气室空气层在兴波状态时仍能覆盖船底。但是气室空气层的兴波现象在内河浅水状态时导致形状阻力增大，在水深吃水比比较小时，垫气船减阻效果将明显降低，甚至阻力可大于原常规船型。另外垫气船在纵倾初态时，对气室充气使船垫升有一定的困难。垫气船在装卸货物时，由于气室充满程度不定，因此难以从垫气船吃水状态来估计装卸货物多少，使用户感到不便。对一艘旧船作垫气改型时，在船底加设一定深度的钢性围裙、气室纵横隔板以及气箱等，耗用钢材较多。垫气船在风机故障或不充气时，阻力较大。某垫气驳不充气状态阻力试验说明比原常规船型阻力增加70％左右。
苏联根据倾斜喷嘴平板空泡流理论，在内河驳船底安装纵向侧壁和倾斜喷嘴装置，利用该倾斜喷嘴在船底产生气泡波，根据该理论和实验证明，平底船上气泡波的长度与速度平方成正比，所以必须在每一个气泡波末端建立一个倾斜喷嘴才能使气膜覆盖船底。实际上该技术所利用的倾斜喷嘴一方面能形成断续的气泡膜，另一方面倾斜喷嘴本身也造成了气膜的兴波和不稳定的因素。
为了改进以垫气船和倾斜喷嘴方式的空气润滑方法的不足之处，本系统采用纵向侧壁和导流板装置就可利用风源在船底直接形成平稳连续的气泡膜，将船底与水分离，实现船舶减阻节能的目的。
输入到水下平底板上的空气泡，可以形成平稳的气泡膜，对该气泡膜进行理论分析和实验证实，发现平稳状态的气泡膜厚度与水的表面张力有关，气泡膜的厚度是一个与吃水深度无关的确定的值，它的大小为
(这里的α为水的表面张力，ρ为水的质量密度)，在常温下
约等于4毫米。
气膜减阻节能装置系统是在研究上述规律的基础上提出的。经过反复的深浅水模型阻力比较试验和循环水槽研究试验证实，在该节能装置系统中，采用纵向侧壁和导流板装置就能在船底有效地形成平稳的气泡薄膜，实现船舶减阻。
图1是船体主视图，图2是导流板的局部剖视图，图3是船体仰视图。
空气润滑节能系统主要由小功率鼓风机④，空气输送管路⑧以及船底纵向侧壁①和导流板装置③⑤等部分组成。
对于有一定平底面积的江河船舶加设薄层空气润滑装置时，可在船底安置尺度不大的纵向侧壁①和在船底进气孔处安装导流板③⑤。纵向侧壁①能防止气泡膜沿船侧漫流，导流板③能将由风机输入船底的压缩空气有效地扩散成平稳的气泡膜，从而降低船舶航行中的摩擦阻力。人字形尾部导流板⑤能避免尾部空气泡单边分离，所以当空气泡从船尾滑离船体时、改善了船体尾流状态，降低了船舶航行时的粘压阻力。所以本装置实现空气润滑效果明显。模型试验减阻效果实现40％左右。
通过试验和理论分析说明，导流板出气口高度⑩的尺度对船底气膜形成影响很大。一般情况下，导流板出气口高度⑩宜小于 10毫米，并且以4毫米左右为最佳。导流板③的剖面力求平顺，导流板③最好安装在船底出气口②处，导流板③的尺度以覆盖出气口②为度，导流板③的数量根据实际情况选定。
利用船舶气膜减阻装置系统在船底可直接形成平稳的气膜薄层，而且可以使气膜无限扩散延长，所以在技术上比较便利。船底气膜形成后，由于比较平稳，所以在浅水中形状阻力也不大，并且不存在像垫气船那样的垫升作用。气泡膜对船体的排水量影响不大，所以容易从船吃水状态估计装卸货物的情况。对一艘船舶加设气膜减阻装置时，主要加设尺度不大的纵向侧壁和导流板，所以需用钢材很少，工程简单，投资低，收效大。
个实例：
缩尺比为12的驳船模型在完成水池常规阻力试验后，对该模型船底加设10毫米高的纵向侧壁①，开设进气孔②，加设导流板③⑤和隔块⑨，导流板高为4毫米，进气孔②与风机④利用空气输出管⑧连接。试验时，风机④接通电源，在循环水槽里可以看到船底从导流板扩散出平稳的空气膜层，当水流速为1.5米/秒时，水槽水面兴波严重，船底气膜层平稳性不受兴波影响。在水池进行阻力比较试验时，当空气补充流量为0.15米3/分，模型拖曳速度相当于实船6节服务航速时，空气润滑的模型阻力比原常规船阻力获得减阻41％。
当导流板出口处高度⑩略大于气泡膜高度，试验说明对气泡膜形成影响不大。导流板出口处高⑩为10毫米时，模型试验未能形成气膜层。所以导流板出口端高度选用不宜大于10毫米。
Claims (1)
1.一种船舶气膜减阻节能装置系统由鼓风机、空气输出管路、纵向侧壁等组成，其特征是所述的船舶气膜减阻节能装置系统还具有导流板装置，导流板装置装于船底出气口高度⑩小于10毫米，以4毫米左右为最佳。
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