CN86105482A

CN86105482A - 新型低阻船体

Info

Publication number: CN86105482A
Application number: CN198686105482A
Authority: CN
Inventors: 于成源
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1986-08-29
Publication date: 1988-03-09

Abstract

本发明新型低阻船体属于船舶领域。这种船体在首部设有进水口，喷射泵，及喷水口的垫气型船体。这种船体可以在没增加船的其它阻力的情况下将船的兴波阻力完全消除。并且可使船的摩擦阻力减小百分之四十左右。本发明可以在用各类造船材料建造的各种用途的排水型船舶上实施。

Description

本发明属于船舶领域。

众所周知，船在航行的时候，要受到水的阻做用，这些阻力是来自多方面的，但起主要作用的是船的摩擦阻力和兴波阻力。而且船速越高，兴波阻力占总阻力的百分比就越大，可达总阻力的百分之五十以上。以往人们为了降低兴波阻力做了许多研究改进工作，但主要局限于船首部形状的改进，这些改进工作虽然取得了一些效果，可是远没有达到完全消除兴波阻力的目地。而且由于船形的日益复杂，给船舶建造也带来了新的难度。本发明提出的“新型低阻船体”，可以达到完全消除兴波阻力的目地。

“新型低阻船体”的吃水线以下部分除尾部以外，基本是矩形体结构。在船的首部，设有进水口1，泵体2，以及喷水口3。（参见说明书附图）。在船的底部，本发明采纳了气垫船方案既设置了气膜室4。气膜室4是由船体的侧舷6向下延伸，和拱起的船底部7，加之船首部的喷水口3上面的挡板8构成的不透气的腔室。船在航行时，水从进水口1进入泵体2，经泵体2加压后从喷水口3喷出。所喷出的高速水流直接喷向气膜室4下方的水域，和船的底部没有接触，因此没有造成摩擦阻力的大幅度增加。气膜室4中的压缩气体是由气泵5提供的。气膜的最小高度应确保船在允许横倾角度范围内船体底部不与水面接触为宜。船在航行的时候，有部分压缩气体从尾部漏掉，但其泄漏量很小，这是因为尾部的气隙高度是很小的。因此，船在这方样所增加的能耗并不多。这是它不同于气垫船的地方。另一方面，由于气膜的作用，使船体底部绝大部分完全脱离了水，减少了船的触水面积，因而也就减少了船的摩擦阻力。

由动量公式，我们知道喷射水流所产生的推力F＝ρ（Q₂V₂-Q₁V₁）这里，ρ是水的密度，Q₁是进水量，Q₂是喷水量。V₁是进水速度，V₂是喷水速度。由于水是不可压缩的，所以进水量应当与出水量相等，即是Q₁＝Q₂＝Q。另一方面，设进水口的面积为S₁，喷水口面积为S₂，显然 V₁S₁＝V₂S₂＝Q。从而有 V₂＝V₁S₁/_S2。因此，我们可以得到公式： F＝ρQV₁（S₁/_S2-1）。或者F＝ρS₁V² ₁（S₁/_S2-1）。设船在以V₁速度航行时其实际阻力为f，如果我们令 F＝f，S₁是已知的进水口面积之值，由上述的推力公式我们可以确定喷水口面积S₂的大小。反推上去，既是说，在喷水口面积为S₂时，当泵以恒定的功率将水以V₂之速度喷出时，船将产生的推力之值为F，而且，F＝f。这推力F可使船以V₁的速度航行，而此速度V₁恰好是进水口的进水速度。当船首的水线下部分的横截面与船体水线下部分的横截面在纵向投影上一致的情况下，船首部的自由水面没有上升或下降的现象产生，因此船的兴波阻力将完全被消除。本发明称这种前置动力消除兴波阻力的方法为“主动式”消波法。此外，也可以减小进水口面积，使其在纵向投影上与船体的水下部分横截面不一致，这样可以得到部分消除兴波阻力的目地。但这样可使进水量减小。考虑到喷射水泵的推进效率，对进水口与喷水口的面积比值有一定的要求，为了满足这一要求，船首部吃水线下的高H与船体部分的吃水线下部的高度H^＊可以是不相等的。在单纯采取首部喷射动力的情况下，为适合船在特定的速度范围内都具有完全消除兴波阻力的性能，喷水口的面积S₂应当是可以调节的，其最大喷口面积与最小喷口面积可由选定的速度范围的最小值和最大值来确定。在采取附设动力的情况下，例如在尾部设置常规推进器，喷水口的面积S₂可以固定的。这是因为对于船的首部的进水口的进水速度V，喷射泵所产生的推力是F，设船在以V速航行时的实际阻力是f，当f与F不相等时，我们可以增加或者减小辅助动力F^＊，使得f＝F+F^＊。注意到辅助动力F^＊的大小是可以连续变化的，所以在喷口面积S₂是固定的情况下，也可以使船在各种航速下均可达到完全消除兴波阻力的目地。

垫气船的横向稳定性是较差的。为了提高其横向稳定性本发明提出双体垫气船结构。如附图2所示。双体船结构可使船的横稳性大大提高。使之适合于在较恶劣的海况下航行。虽然船的触水面积有所增加，但比同吨位的常规单体船舶，实际触水面积并没增加许多。这是垫气船的底部绝大部分与水脱离的缘故。在稳定性要求不高的水域，船可以是单体的，此时还可以在船底部气室中设置纵向隔气板，将气室沿纵向分割成2个或者数个，这样也可提高船的横向稳定性。当然，本发明也可以是多体船结构，所谓多体是指船体或浮体的个数大于2个。本发明所采用的垫气结构不同于气垫结构的地方是其可以应用在任何吨位的排水型船舶上。在进水口面积可以保证的情况下，也可以应用于侧壁式气垫船。为了保证船体的平衡以及确保首部进水口的最小进水面积防止泵体吸入气体而影响推进效率，可在船的适当地方设置一些压载水舱。

本发明“新型低阻船体”的阻力虽然减小，但其可控制性能却没有变坏。这是因气膜室的气体可以迅速地放掉，使船的阻力迅速增加，因此刹车距离大大缩短。此外，采取双体布局，其机动性可以提高。在遇到恶劣海况的情况下，还可以放掉气膜室中的气体航行。由于船的侧舷下延，部分地起到了减摇鳍的作用，因此可使船的横摇幅度减小。

本发明在没有增加船体其它阻力的情况下，消除了兴波阻力，这对较高速度的船舶来说可使其阻力降低百分之五十左右。而且速度越高，所降低的阻力占总阻力的百分比也就越大，因为兴波阻力与速度的高次方成比例。另一方面，触水面积减少，亦是摩擦阻力的减小，一般船体面积其底部约占百分之四十，因此其摩擦阻力可减少百分之四十左右。所以本发明“新型低阻船体”无论对高速船还是对低速船都具有明显的降低阻力的效果。

此外，本发明“新型低阻船体”的阻力用有关的摩擦力公式可以准确的计算出来，而无需母船行进行参考。因此可使设计工作简化。由于船体的形状异常简单，可使造船工艺简化，从而使船的建造成本降低和使船的建造周期缩短。

本发明“新型低阻船体”可以在以各种造船材料建造各种用途的排水型船舶。由于船体形状简单，特别适合建造水泥船，可以使水泥船向大型化，高速化发展。在水泥船中，船首及船尾部也可用金属材料建造。

说明书附图说明

1、船首部进水口。

2、喷水泵。

3、喷水口。

4、气膜室。

5、压缩空气泵。

6、向下延伸的侧舷。

7、拱起的船尾底部。

8、喷水口上部挡板。

H、船首吃水线下部吃水高度。

H^＊、船体吃水线下部吃水高度。

Claims

1、本发明以船首部设置进水口，泵体，喷水口构成的“主动式”消波装置，在船底部设有气膜室的垫气减阻结构，和辅助推进装置的船体为特征。

2、权利1要求的进水口的数量是任意的，其形状可以是矩形或者是其它形状，进水口可以设在船的正前方或者船首的侧面，进水口的吃水线下面的横截面积与船体的吃水线下面的横截面在纵向投影上可以是一致的或者是不相同的。

3、权利1要求的喷水口的数量是任意的。喷水口的面积可以是固定的，也可以是可调节的。

4、权利1要求的泵体个数是任意的，泵的型式可以是轴流式或者是其它型式的喷射泵。

5、权利1要求的辅助推进装置可以是风帆，也可以是动力机械推进装置，还可以不设置辅助推力装置。

6、权利1要求的垫气船体可以是单体船，也可以是多体船。所谓多体船，是指船体或者浮体的个数大于或等于2个。垫气船体的气膜室可以按装隔气板，或者不按装隔气板。

7、权力1要求的垫气船可以是双体的无首部“主动式”消波装置的船体。

8、权力1要求的船体可用任何造船材料制造。