TWI585004B - 船艏結構 - Google Patents

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Description

船艏結構
本發明是有關於一種船艏結構，且特別是有關於一種貨櫃輪的船艏結構。
近年來，世界船舶市場對貨櫃輪之需求持續增加，造成貨櫃輪之快速發展。一般而言，貨櫃輪與傳統貨輪相比，通常具有較高之船速與較大之馬力，因此其船體多會針對所需而有對應的設計。以船艏而言，其設計即是以滿足船舶流體動力性能需求為主，因此對於像貨櫃船等船速較高之船舶，其船艏通常會設計成尖細狀以減少興波阻力，尤其在現今能源緊縮的情形下，所耗能源往往直接地導致了航運成本的增加，為了達到經濟化及降低單位成本的目的，船舶的航行效率更需被精準地計算。
因此，如何藉由對船體的設計，以使貨櫃船而在不影響其航行效能的前提下達到節能效果，實為相關人員所需謹慎考慮的。
本發明提供一種船艏結構，其能提供貨櫃輪較佳的航行速度與效率。
本發明的船艏結構，適用於貨櫃輪。船艏結構在設計水線下的至少部分具有從設計水線垂直向下延伸的輪廓。
在本發明的一實施例中，上述的船艏結構在設計水線下具有一第一部分與一第二部分，其中第一部分的輪廓是從設計水線垂直向下延伸，而第二部分的輪廓是從第一部分呈弧形延伸至貨櫃輪的底部。
在本發明的一實施例中，上述的第二部分的弧形輪廓是於壓載水線處開始由垂直輪廓漸變為弧形輪廓，而與貨櫃輪的底部銜接。
在本發明的一實施例中，上述的設計水線至貨櫃輪的底部存在一距離，且上述第一部分的長度大於或等於所述距離的一半。
在本發明的一實施例中，上述的距離為8.5公尺至9.5公尺。
在本發明的一實施例中，上述的第二部分的弧形輪廓的曲率半徑變化從船艏至船艉為2公尺至11公尺。
在本發明的一實施例中，上述的船艏結構在設計水線上具有從設計水線垂直向上延伸的輪廓。
在本發明的一實施例中，上述的船艏結構在設計水線上 具有內凹的輪廓。
在本發明的一實施例中，上述內凹的輪廓隨著上述船艏結構所造波浪(艏波)之波峰位置而改變。
在本發明的一實施例中，上述內凹的輪廓範圍為設計水線以上2公尺至4公尺之間，且由船艏前端朝向船艉方向1公尺至4公尺之間。
在本發明的一實施例中，上述船艏結構適用於35000 DWT的散裝船。
在本發明的一實施例中，上述的船艏結構具有劍型(sword type)輪廓。
在本發明的一實施例中，上述的船艏結構具有垂直水線延伸的輪廓。
在本發明的一實施例中，上述的船艏結構適用於1000TEU至3000TEU的貨櫃輪。
基於上述，本發明用於貨櫃輪的船艏結構，其在水線下的至少部分具有垂直水線且向下延伸至貨櫃輪底部的輪廓，進而得以降低貨櫃輪航行時阻力，而使所應用其之貨櫃輪相較於現有技術能具備較佳的航行速度，因而也同時降低航行所需的能源而達到節能的效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧貨櫃船
100、200‧‧‧船艏結構
B1‧‧‧底部
D1‧‧‧距離
P1‧‧‧第一部分
P2‧‧‧第二部分
P3‧‧‧第三部分
P4‧‧‧第四部分
WL‧‧‧設計水線
WL1‧‧‧壓載水線
圖1繪示本發明一實施例的貨櫃輪的船體示意圖。
圖2繪示圖1的貨櫃輪於其船艏結構的側視圖。
圖3至圖5分別比較本案船艏結構與傳統球型船艏的速度差異。
圖6繪示本案船艏結構與傳統球型船艏在各速度時的甲板上浪的狀態比較圖。
圖7繪示本發明另一實施例的船艏結構的側視圖。
圖8繪示圖7的船艏結構與傳統球型船艏的馬力曲線圖。
由於貨櫃輪所裝載的貨物，大多數為成品或半成品，與民生消費及工廠生產關聯性很密切，必須快速運抵目的地，所以貨櫃輪是所有貨輪當中，航行速度最快的船舶。然，如同前述，在能源緊縮的情形下，節能與否成為影響營運成本重要的一環，所以貨櫃輪的相關船體設計便成為影響其航行效能的主因之一。據此，圖1繪示本發明一實施例的貨櫃輪的船體示意圖。圖2繪示圖1的貨櫃輪於其船艏結構的側視圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，能從圖1、圖2明顯得知本案貨櫃輪10的船艏結構100具有垂直於設計水線WL的輪廓。進一步地說，本實施例的船艏結構100包含設計水線WL下的第一部分P1、第二部分P2 以及設計水線WL上的第三部分P3，其中第三部分P3是指船艏甲板處直至船艏位於設計水線WL的部分，而第一部分P1、第二部分P2則是指船艏從設計水線WL一直延伸至貨櫃輪10底部B1的部分。另需提及的是，本實施例的船艏結構100是適用於1000TEU(20呎標準貨櫃，Twenty-foot Equivalent Unit，TEU)至3000TEU的貨櫃輪10。
在本實施例中，第一部分P1的輪廓是從設計水線WL垂直向下延伸，因而使船艏於第一部分P1是呈尖端結構，亦即從貨櫃輪10的上方俯視第一部分P1的投影輪廓時，其是呈現從船身朝向船艏處如三角形般的尖端結構。再者，第二部分P2的輪廓是從第一部分P1延伸至底部B1，且第二部分P2是如圖2所示地呈弧形延伸至貨櫃輪10的底部B1，亦即從貨櫃輪10的上方俯視第二部分P2的投影輪廓時，其是呈現從船身朝向船艏處如三角形但其末端是呈現圓弧導角的結構。
再者，第三部分P3的輪廓是與第一部分P1一致，即第三部分P3是從設計水線WL向上垂直延伸直至甲板，而使船艏結構100於第一部分P1與第三部分P3均是呈現劍型(Sword type)的輪廓。據此，相較於傳統的球型船艏(Bulbous Bow)，本實施例的船艏結構100藉由劍型輪廓，而能有效降低海浪在貨櫃輪10於航行時對於船艏結構100所產生的阻力。同時，由於船艏結構100的第二部分P2尚保有球型船艏的局部特徵，亦能有利於降低航行時的興波阻力。
詳細而言，若以設計水線WL至貨櫃輪10的底部B1之間的相對距離D1作為參考，本案實施例所述第二部分P2，其範圍實質上是在第一部分P1從設計水線WL垂直向下延伸至所述距離D1的一半以上時，方以第二部分P2作為接續的輪廓，而後盡可能以最平順漸進的曲率持續延伸至底部B1，其中本實施例所述距離D1的範圍為8.5公尺至9.5公尺。或者，呈弧形的第二部分P2是於壓載水線WL1處開始由垂直輪廓漸變為弧形輪廓，並盡可能以最平順漸進的曲率與底部B1銜接，而達到減少船舶航行於壓載吃水時之阻力。再者，所述第二部分2的弧形輪廓的曲率變化是從船艏至船艉為2公尺至11公尺。另需說明的是，壓載水線在此定義為船舶空載或輕載時的吃水狀態。在本實施例中，於圖2標示於4m水線處。
圖3至圖5分別比較本案船艏結構與傳統球型船艏的速度差異。在此是以高速狀態，即78%MCR(最大持續出力)的狀態下，檢測1800TEU之貨櫃輪因船艏結構而產生的速度差異。請參考圖3，其是在靜水(clam water)狀態所量測，而能明顯得知本案呈劍型的船艏結構100，其速度較傳統球型船艏結構快了約0.27節(kt)；而在圖4中，其是在海浪階級3的狀態下所量測，此時本案呈劍型的船艏結構100，其速度較傳統球型船艏結構快了約0.31節；而在圖5中，其是在海浪階級5的狀態下所量測，此時本案呈劍型的船艏結構100，其速度較傳統球型船艏結構快了約0.44節。由此明顯得知，本案呈劍型的船艏結構100，其在海浪階 級大的環境下，更能呈現出其速度上的優異性。換句話說，越接近實際的海象狀況(如上述海浪階級5的狀態)，越能顯現出本案船艏結構100對於降低海浪阻力的效果。
另外，圖6繪示本案船艏結構與傳統球型船艏在各速度時的甲板上浪(deck wetness)的狀態比較圖，且在此是以海浪階級6的狀態下予以測試。請參考圖6，由圖中已能明顯得知，當貨櫃輪10越以高速航行時，於每小時的甲板上浪次數中，本案呈劍型的船艏結構100的次數遠低於傳統球型船艏的次數，由此能得知本案的船艏結構100相較於傳統球型船艏具備較佳的破浪能力與穩定性。
圖7繪示本發明另一實施例的船艏結構的側視圖。請參考圖7，其中船艏結構200位於設計水線WL下方的第一部分與第二部分與前述實施例相同，在此便不再贅述。而不同的是，本實施例的船艏結構200於水線WL上具有第四部分P4，且所述第四部分P4是呈現內凹的輪廓，即從艏垂標(fore perpendicular)朝向船身內凹的狀態，在此所述內凹的輪廓是依據船艏結構200所造波浪(艏波)之波峰位置來定義並調整其內凹的位置與輪廓形狀，以減少此部分直接受波浪拍擊的機會，其中內凹的輪廓範圍為設計水線WL以上2公尺至4公尺之間，且位於由船艏前端朝向船艉方向1公尺至4公尺的範圍之間。圖8繪示圖7的船艏結構與傳統球型船艏的馬力曲線圖。請參考圖8，本實施例的船艏結構200適用於35000 DWT之散裝船，而由圖8已能明顯得知在 78%MCR(最大持續出力)的狀態下，35000 DWT之散裝船因船艏結構200而較傳統球艏的船行速度快約0.27節。
綜上所述，在本發明的上述實施例中，船艏結構藉由其輪廓在設計水線下的至少部分是垂直設計水線且向下延伸至貨櫃輪底部，進而得以降低貨櫃輪航行時阻力與興波能力，而從本案船艏結構與傳統球型船艏相互比較之下，本案呈劍型的船艏結構明顯能在各類海象狀態具有較佳的航行速度與較低的甲板上浪數，由此更能清楚瞭解本案所述船艏結構能有效地達到節能的效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧船艏結構
B1‧‧‧底部
D1‧‧‧距離
P1‧‧‧第一部分
P2‧‧‧第二部分
P3‧‧‧第三部分
WL‧‧‧設計水線
WL1‧‧‧壓載水線

Claims (5)

  1. 一種船艏結構，適用於一貨櫃輪(container ship)，該船艏結構具有劍形輪廓，其艏垂標位於船長最前端，其中該船艏結構在設計水線上具有從設計水線垂直向上延伸的輪廓，在設計水線下的至少部分具有從設計水線垂直向下延伸的輪廓，其中該船艏結構在設計水線下具有一第一部分與一第二部分，該第一部分的輪廓與設計水線交於艏垂標並垂直向下延伸，而該第二部分的輪廓是從該第一部分呈弧形延伸至該貨櫃輪的底部，該第二部分的弧形輪廓是於壓載水線處開始由垂直輪廓漸變為弧形輪廓，而與該貨櫃輪的底部銜接，其中壓載水線定義為所述貨櫃輪空載或輕載時的吃水狀態，其中該第二部分的弧形輪廓的曲率半徑變化從船艏至船艉為2公尺至11公尺。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的船艏結構，其中設計水線至該貨櫃輪的底部存在一距離，該第一部分的長度大於或等於該距離的一半。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的船艏結構，其中該距離為8.5公尺至9.5公尺。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的船艏結構，其適用於1000TEU至3000TEU的貨櫃輪。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的船艏結構，其適用於一散裝船(bulk carrier)，該船艏結構在設計水線上具有第四部分，且所述第四部分是呈現內凹的輪廓，即從該艏垂標朝向船身內凹的狀 態，該內凹的輪廓隨著該船艏結構所造波浪的波峰位置而改變，內凹的範圍為設計水線以上2公尺至4公尺之間，且位於由船艏前端朝向船艉方向1公尺至4公尺之間。
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