CN107074322A - 一种用于低阻力船的船体 - Google Patents

Abstract

一种用于低阻力船的船体，其从船首到船艉具有：深V形的龙骨(10)，其死起角减小直到船艉中的平坦底部(30)，以及舷侧(20)，其包括从不向上倾斜的平坦底部(30)向下突出的舷脊骨(200)。

Description

一种用于低阻力船的船体

技术领域

本发明涉及一种用于低阻力船的船体。

在船舶设计中的主要目的是减少产生阻力的表面摩擦和浸湿表面的范围。该主要目标是减少影响海洋运输和阻碍海运业的发展的燃油成本，并大体上增加船舶速度。

背景技术

在过去，已经做了相当多的努力来提高船舶的速度。例如，在滑行艇中通过抬升其船首使得阻力降低，因为通过这种方式，与水接触的船体表面积减小。具有阶梯结构的其它设计的滑行艇为船体提供通风，以减少与水接触的实际表面积。另一种方法是将空气注入船体下面，或者其下面形成气垫，或者在船体本身的一些区域中导入气泡。

FR2,604,412描述了一种用于快艇的船体，其前船体部分具有深V形的轮廓，从船头到船艉(stern)角度逐渐增加，并且后船体部分具有设置有纵向浮体的舷侧。在船体的底部，由船首、纵向浮体和排放阀限定一定容积，由于离心风扇传送加压的空气到船体表面上的管嘴，所以在该容积中形成支撑气垫。在专利FR2 604 412中描述的船是属于所谓的气垫支撑船(ASV)的领域内，其也包括气垫船。然而，加压的空气是支撑船体的媒介，小于水的支撑；无论如何，将空气吹到船体下意味着具有的随之而来的缺点是使用大量能量。

许多文献说明了这样的船体，其中围绕在液体媒介的周围吹入空气，从而形成气泡用于阻力的降低：例如，参见由US 6,186,085，U.S.2002/0014192 A1，WO 2011/161187A1以及JP10175587A所描述的发明。在船体和水之间的界面中空气的吹动形成气泡。即使泡沫相比于水而言，支撑船体的能力较小，但是，比起空气一定大，泡沫具有的优势是打断由表面摩擦所形成的边界层，并且，生成取代层流的紊流。

通常，在上文中提到的专利中所描述的船体需要增加动力消耗，即，增加用于将空气吹入船体之下的动力。

同一申请人的欧洲专利EP 1 501 718中描述了单体船，其中，在吃水线上的船中部横截面从后船体部分分隔出包括中心龙骨的前船体部分，该后船体部分具有设置有脊骨(chine)的舷侧(side)，所述脊骨在向船尾的方向上限定逐渐提高的底部，即，从船尾中心龙骨朝向吃水线向上倾斜。前船体部分具有深V形的轮廓，中心龙骨在向船尾方向上以通过V形轮廓形成的角度延伸，该角度增加直到形成平坦底部。

由EP 1 501 718所描述的船体应该在其底部接收艏波系统(bow wave system)，然后，恢复在形成该艏波系统时消耗的一些动力，以增加其水力支持以及维持几乎水平的纵倾。

在欧洲专利中所描述的船上，如果船首被抬起，该船不能产生波浪构造，该波浪构造在后部在舷脊骨(side chine)之间被恢复，使得船体流体动力学性能被维持。

进一步地，如果船首被抬起，它不会产生紊流，并且，在船体表面和水之间插入的泡沫已基本被证实能很大地减少拖拽摩擦。

再次，关于船首的抬起，在根据所引证的专利中的单船体，如图示、所说明的和权利要求中要求的，底部的抬起的与船的前进速度的增加相关联的特征导致船体围绕其重心旋转，结果是立刻产生纵倾，从而消除当船静止时底部与水面形成的角度。换句话说，抬升的底部被水平地定位，结果是抬升船首。

该纵倾也会通过该事实被加剧：通常被设置在船艉区域中的推进器在正常的运行期间使得在舷脊骨之间的后船体部分“腾空”。因此，应该理解的是，由于后船体部分的这种“腾空”，船首被进一步抬升，然后，如上所述，其不能履行产生紊流以及因此产生与其相关联的泡沫的功能。

已知船体的性能在由照片(图1)所制成的附图中被表现出，其中，可以看到在2008年低在里雅斯特大学(University of Trieste)的弗洛德水池(Froude′s tank)中拖拽中被测试的模型。该船体是单筏类型。已知的船在前船体部分具有龙骨，以及，在后船体部分具有带舷脊骨的舷侧。深V形的龙骨使得船体中央向船尾变平。在舷脊骨之间的船中央的底部船尾向上抬起，也就是说，其从水平线向上倾斜。

该模型对应于以24节船速前进的24m和70t的实际船体。应该注意的是，龙骨被抬起，但是，可以观察到，在各种一系列测试中，在10节船速时，假定的模型已经纵倾(trim)。换句话说，即使在低速时，后船体部分的轮廓对船施加船艉向下的纵倾。通过这个纵倾，该龙骨仅仅很少地被浸入，不再履行其生成波浪构造和泡沫的功能。

简明地，应该理解的是，这些由船首抬升所导致的缺陷主要是由如下事实确定：该底部的在船抬升时被支配的表面正在上升。船具有的纵倾取决于底部的上升角度，因为船围绕其重心旋转，导致船首的抬升。

为了克服这些由船首抬升导致的缺陷，第一种解决方案将会使得船首非常深，从而即使当后船体部分的底部被水平地定位时船首也能生成波形和泡沫。然而，由于非常深的船首，在低速时的阻力将会太高。

另一种解决方案可以提供具有从船艉突出的大的翼板的船体，但是即使这样，这些翼板将显著地增加阻力，尤其是在高速时。

解决上述缺陷的解决方案通过根据本发明不抬升底部，即，底部不从水平线、船中央横截面向船尾向上倾斜被实现。

发明内容

因此，本发明提供了用于低阻力船的船体，其从船首到船艉具有：深V形的龙骨，该龙骨的死起角减小直到在船艉中的平坦底部，和舷侧，该舷侧包括从平坦底部向下突起的舷脊骨，其中，所述平坦底部不向上倾斜。

简明地，根据本发明的船体具有底部，所述底部根据本发明的实施例的三种变形从船体中部横截面直到船艉水平或者向下倾斜，并且任意一种变形的选择取决于根据本发明的船的使用领域。

具有深V形的龙骨和设置有向下突起的舷脊骨或者尾鳍的舷侧的船体结构为船提供了稳定性和可操作性，其减小了基本上在大多数船截面上的低死起角的负面影响。

附图说明

通过如在附图中示出的用于低阻力船的船体以及它的变形的优选但是不排外的实施例的所述的且因此非限制的描述，本发明的进一步的特征和优点将会变得更加显而易见，其中：

图2和图3是来自于照片的图，其分别示出了一模型的完整视图以及限于各自船艉的局部视图，该模型在2011年末，在罗马的Consiglio nazionale delle ricerche(CNR，国家研究委员会)的弗鲁德水池I.N.S.E.A.N.中被测试，该模型对应于根据本发明的在24节船速时的70t且24m的船；

图4是图2和图3中的船体的实施例的示意结构设计图；

图5是图4中的船体的实施例的示意侧视图；

图6是图2和图3中的船体的第一种变形的横截面；

图7是图2和图3中的船体的第二种变形的示意侧视图；以及

图8是图2和图3中的船体的第三种变形的示意侧视图。

具体实施方式

根据本发明的船体的示图在图4和图5中被示出，其分别是船体的第一实施例的结构的示意设计图以及同一船体的示意侧视图。在这些附图中，在被表示为PpAD的船艉和被表示为PpAV的船首之间的不同的横截面由底部上的参考数字1到9所标记。舷侧20具有向下突出的舷脊骨200，其从由5所标记的船体中部的横截面开始，并且朝向船艉延续。在吃水线处的船体中部的横截面将前船体部分与后船体部分分离。前船体部分具有深V形的龙骨10，该龙骨的死起角(dead-rise angle)从船首到在船艉的平坦底部30减小。后船体部分具有舷侧20，其包括从平坦底部30向下突起的舷脊骨，舷侧被舷脊骨200所界定。由于舷脊骨200无论在船的静态或者在动态中均不具有漂浮功能，所以在舷侧20中的舷脊骨200的厚度可根据不同的设计需求被选择。舷脊骨200仅具有输送来自于船首的流体并将其容纳在船的船艉部分中的功能。因此，舷脊骨200可以像尾鳍一样非常薄。

根据本发明，龙骨10从船首朝向船艉延伸，船艉自身的轮廓从深V形变化为平坦底部30，该平坦底部水平地延伸直到船艉，如图5中的示意性所示。此外，平坦底部30优选地在横截面1和PpAD之间的最后的区域内向下倾斜。应该理解的是，根据图4和图5的结构设计图，对于出现在比例模型中的问题而言，不是严格地理想的船体轮廓，而是简单地示出了在后船体部分中的底部的模式，这是本发明的主要特征。

由限定平坦底部30的它们的舷脊骨200向下突出的在舷侧20的前面的龙骨10具有捕获横波和伴随其的泡沫的功能。舷脊骨200沿着船尾加大其浸入，并且形成容纳水的反向通道，其动力学的能量被转换为压能。

现在参考图2，其示出了来自于模型的照片的附图，该模型具有的结构与图4和图5中所述的非常相似。在2011年末，在罗马的CNR的弗鲁德水池I.N.S.E.A.N.所实施的测试期间，取得该图片。该模型表示单筏船体，其具有的底部从船体中部横截面直到船艉在其后部通常保持水平。该模型对应于24节时的70t和24m的船。

如图2所示，其中，排水量和速度的情况在图1中示出，由于舷脊骨之间的波形和传输的泡沫，船首的流体动力学的抬升通过船艉部分的抬升被平衡。船体的纵倾保持在与水平线成大约1度以内。这允许船首生成如图2中着重显示的波形和泡沫。因为船体保持与静止的时候基本相同的纵倾，因此允许来自于船艉部分有效水流，如图2所示，与引用的照片相对应，缺少测试模型的船尾的波形。这种波形的缺少在与被引证的照片相对应的图3中被表明，该照片示出了从例如完全地平坦的船体底部向船尾流出的水流。舷脊骨200与平坦的船体底部30的交叉线是从船体中部向船尾向下倾斜，如图4所示。

在图6中示出的是根据本发明的船体的第一种变形。在此，舷侧21具有尾鳍的形式的舷脊骨210，其向下突出，但相对于舷侧21凹进，使得平坦底部30的一部分被限定在尾鳍之间。

这种变形有用地避免了，在锚定船时，在卷入风大浪急的海面的情况下，第一实施例中限定底部30的舷脊骨200与桥墩或者码头相撞。向下突出的舷脊骨200的损坏或者乃至部分的移除将会制约其功能，对可控性和船的路线维持具有严重的后果。

此外，舷脊骨210相对于舷侧21凹进的事实部分地限定了在船体下方合并的泡沫的量，并且允许设置推进器的外壳。

如图7所示，示出了本发明的第二种变形，其描绘了具有舷脊骨230的舷侧23，该舷脊骨向下突出，但是在其的一部分24向船尾抬升。根据这种变形，在向下突出的舷脊骨之间被传送的水和泡沫的出流横截面增加。获得的优势是，水的出流流速向船尾减小，并因此，接近船体的船尾横截面的压力增加。这种情况是有用的，因为它改善了根据本发明为船体的特殊结构选择的推进器的性能。推进器接收经过加速的水，并且将其逆着高压区推动。

参考图8，这是图2和图3中的船的船体的第三种变形的示意侧视图，可以看出，底部31是向下倾斜的，并且被舷侧23的向下倾斜的舷脊骨230所限定。舷脊骨230具有直线低缘。

应该理解的是，根据本发明的船体的这种第三种变形对于船是有用的，在速度和稳定性上具有改善的性能。

由于简单地参考发明的实施例及其变形能够理解上述的特性，并且在不脱离所附权利要求中限定的范围的情况下可进行变型。

Claims (7)

1.一种用于低阻力船的船体，所述船体从船首到船艉具有：

-深V形的龙骨(10)，其死起角减小直到船艉中的平坦底部(30；31)，和

-舷侧(20；21；22；23)，其包括从所述平坦底部(30；31)向下突出的舷脊骨(200；210；220；230)，

其特征在于，所述平坦底部(30；31)不向上倾斜。

2.根据权利要求1所述的船体，其特征在于，所述平坦底部(30)是水平的。

3.根据权利要求1所述的船体，其特征在于，所述平坦底部(31)向下倾斜。

4.根据权利要求1所述的船体，其特征在于，所述舷脊骨(200)延长了所述舷侧(20)。

5.根据权利要求1所述的船体，其特征在于，所述舷脊骨(210)以尾鳍的形式从所述舷侧(21)向内偏移。

6.根据权利要求1所述的船体，其特征在于，所述舷侧(22)的所述舷脊骨(220)在船艉处向上抬升。

7.根据权利要求1所述的船体，其特征在于，所述舷侧(23)的所述舷脊骨(230)具有直线的底缘。