專利名稱:新型低阻船體的制作方法
本發(fā)明屬于船舶領域。
眾所周知，船在航行的時候，要受到水的阻做用，這些阻力是來自多方面的，但起主要作用的是船的摩擦阻力和興波阻力。而且船速越高，興波阻力占總阻力的百分比就越大，可達總阻力的百分之五十以上。以往人們?yōu)榱私档团d波阻力做了許多研究改進工作，但主要局限于船首部形狀的改進，這些改進工作雖然取得了一些效果，可是遠沒有達到完全消除興波阻力的目地。而且由于船形的日益復雜，給船舶建造也帶來了新的難度。本發(fā)明提出的“新型低阻船體”，可以達到完全消除興波阻力的目地。
“新型低阻船體”的吃水線以下部分除尾部以外，基本是矩形體結構。在船的首部，設有進水口1，泵體2，以及噴水口3。(參見)。在船的底部，本發(fā)明采納了氣墊船方案既設置了氣膜室4。氣膜室4是由船體的側舷6向下延伸，和拱起的船底部7，加之船首部的噴水口3上面的擋板8構成的不透氣的腔室。船在航行時，水從進水口1進入泵體2，經(jīng)泵體2加壓后從噴水口3噴出。所噴出的高速水流直接噴向氣膜室4下方的水域，和船的底部沒有接觸，因此沒有造成摩擦阻力的大幅度增加。氣膜室4中的壓縮氣體是由氣泵5提供的。氣膜的最小高度應確保船在允許橫傾角度范圍內(nèi)船體底部不與水面接觸為宜。船在航行的時候，有部分壓縮氣體從尾部漏掉，但其泄漏量很小，這是因為尾部的氣隙高度是很小的。因此，船在這方樣所增加的能耗并不多。這是它不同于氣墊船的地方。另一方面，由于氣膜的作用，使船體底部絕大部分完全脫離了水，減少了船的觸水面積，因而也就減少了船的摩擦阻力。
由動量公式，我們知道噴射水流所產(chǎn)生的推力F＝ρ(Q2V2-Q1V1)這里，ρ是水的密度，Q1是進水量，Q2是噴水量。V1是進水速度，V2是噴水速度。由于水是不可壓縮的，所以進水量應當與出水量相等，即是Q1＝Q2＝Q。另一方面，設進水口的面積為S1，噴水口面積為S2，顯然 V1S1＝V2S2＝Q。從而有 V2＝V1S1/S2。因此，我們可以得到公式 F＝ρQV1(S1/S2-1)?；蛘逨＝ρS1V21(S1/S2-1)。設船在以V1速度航行時其實際阻力為f，如果我們令 F＝f，S1是已知的進水口面積之值，由上述的推力公式我們可以確定噴水口面積S2的大小。反推上去，既是說，在噴水口面積為S2時，當泵以恒定的功率將水以V2之速度噴出時，船將產(chǎn)生的推力之值為F，而且，F(xiàn)＝f。這推力F可使船以V1的速度航行，而此速度V1恰好是進水口的進水速度。當船首的水線下部分的橫截面與船體水線下部分的橫截面在縱向投影上一致的情況下，船首部的自由水面沒有上升或下降的現(xiàn)象產(chǎn)生，因此船的興波阻力將完全被消除。本發(fā)明稱這種前置動力消除興波阻力的方法為“主動式”消波法。此外，也可以減小進水口面積，使其在縱向投影上與船體的水下部分橫截面不一致，這樣可以得到部分消除興波阻力的目地。但這樣可使進水量減小?？紤]到噴射水泵的推進效率，對進水口與噴水口的面積比值有一定的要求，為了滿足這一要求，船首部吃水線下的高H與船體部分的吃水線下部的高度H＊可以是不相等的。在單純采取首部噴射動力的情況下，為適合船在特定的速度范圍內(nèi)都具有完全消除興波阻力的性能，噴水口的面積S2應當是可以調節(jié)的，其最大噴口面積與最小噴口面積可由選定的速度范圍的最小值和最大值來確定。在采取附設動力的情況下，例如在尾部設置常規(guī)推進器，噴水口的面積S2可以固定的。這是因為對于船的首部的進水口的進水速度V，噴射泵所產(chǎn)生的推力是F，設船在以V速航行時的實際阻力是f，當f與F不相等時，我們可以增加或者減小輔助動力F＊，使得f＝F+F＊。注意到輔助動力F＊的大小是可以連續(xù)變化的，所以在噴口面積S2是固定的情況下，也可以使船在各種航速下均可達到完全消除興波阻力的目地。
墊氣船的橫向穩(wěn)定性是較差的。為了提高其橫向穩(wěn)定性本發(fā)明提出雙體墊氣船結構。如附圖2所示。雙體船結構可使船的橫穩(wěn)性大大提高。使之適合于在較惡劣的海況下航行。雖然船的觸水面積有所增加，但比同噸位的常規(guī)單體船舶，實際觸水面積并沒增加許多。這是墊氣船的底部絕大部分與水脫離的緣故。在穩(wěn)定性要求不高的水域，船可以是單體的，此時還可以在船底部氣室中設置縱向隔氣板，將氣室沿縱向分割成2個或者數(shù)個，這樣也可提高船的橫向穩(wěn)定性。當然，本發(fā)明也可以是多體船結構，所謂多體是指船體或浮體的個數(shù)大于2個。本發(fā)明所采用的墊氣結構不同于氣墊結構的地方是其可以應用在任何噸位的排水型船舶上。在進水口面積可以保證的情況下，也可以應用于側壁式氣墊船。為了保證船體的平衡以及確保首部進水口的最小進水面積防止泵體吸入氣體而影響推進效率，可在船的適當?shù)胤皆O置一些壓載水艙。
本發(fā)明“新型低阻船體”的阻力雖然減小，但其可控制性能卻沒有變壞。這是因氣膜室的氣體可以迅速地放掉，使船的阻力迅速增加，因此剎車距離大大縮短。此外，采取雙體布局，其機動性可以提高。在遇到惡劣海況的情況下，還可以放掉氣膜室中的氣體航行。由于船的側舷下延，部分地起到了減搖鰭的作用，因此可使船的橫搖幅度減小。
本發(fā)明在沒有增加船體其它阻力的情況下，消除了興波阻力，這對較高速度的船舶來說可使其阻力降低百分之五十左右。而且速度越高，所降低的阻力占總阻力的百分比也就越大，因為興波阻力與速度的高次方成比例。另一方面，觸水面積減少，亦是摩擦阻力的減小，一般船體面積其底部約占百分之四十，因此其摩擦阻力可減少百分之四十左右。所以本發(fā)明“新型低阻船體”無論對高速船還是對低速船都具有明顯的降低阻力的效果。
此外，本發(fā)明“新型低阻船體”的阻力用有關的摩擦力公式可以準確的計算出來，而無需母船行進行參考。因此可使設計工作簡化。由于船體的形狀異常簡單，可使造船工藝簡化，從而使船的建造成本降低和使船的建造周期縮短。
本發(fā)明“新型低阻船體”可以在以各種造船材料建造各種用途的排水型船舶。由于船體形狀簡單，特別適合建造水泥船，可以使水泥船向大型化，高速化發(fā)展。在水泥船中，船首及船尾部也可用金屬材料建造。
說明書
1、船首部進水口。
2、噴水泵。
3、噴水口。
4、氣膜室。
5、壓縮空氣泵。
6、向下延伸的側舷。
7、拱起的船尾底部。
8、噴水口上部擋板。
H、船首吃水線下部吃水高度。
H＊、船體吃水線下部吃水高度。
權利要求
1.本發(fā)明以船首部設置進水口，泵體，噴水口構成的“主動式”消波裝置，在船底部設有氣膜室的墊氣減阻結構，和輔助推進裝置的船體為特征。
2.權利1要求的進水口的數(shù)量是任意的，其形狀可以是矩形或者是其它形狀，進水口可以設在船的正前方或者船首的側面，進水口的吃水線下面的橫截面積與船體的吃水線下面的橫截面在縱向投影上可以是一致的或者是不相同的。
3.權利1要求的噴水口的數(shù)量是任意的。噴水口的面積可以是固定的，也可以是可調節(jié)的。
4.權利1要求的泵體個數(shù)是任意的，泵的型式可以是軸流式或者是其它型式的噴射泵。
5.權利1要求的輔助推進裝置可以是風帆，也可以是動力機械推進裝置，還可以不設置輔助推力裝置。
6.權利1要求的墊氣船體可以是單體船，也可以是多體船。所謂多體船，是指船體或者浮體的個數(shù)大于或等于2個。墊氣船體的氣膜室可以按裝隔氣板，或者不按裝隔氣板。
7.權力1要求的墊氣船可以是雙體的無首部“主動式”消波裝置的船體。
8.權力1要求的船體可用任何造船材料制造。
專利摘要
本發(fā)明新型低阻船體屬于船舶領域。這種船體在首部設有進水口，噴射泵，及噴水口的墊氣型船體。這種船體可以在沒增加船的其它阻力的情況下將船的興波阻力完全消除。并且可使船的摩擦阻力減小百分之四十左右。本發(fā)明可以在用各類造船材料建造的各種用途的排水型船舶上實施。
文檔編號B63B1/40GK86105482SQ86105482
公開日1988年3月9日 申請日期1986年8月29日
發(fā)明者于成源 申請人:于成源導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan