設(shè)計水線以下低阻力船體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種設(shè)計水線以下低阻力船體，屬于船型設(shè)計領(lǐng)域，主要是船舶設(shè)計水線以下船體的設(shè)計。螺旋槳安裝在船艏，軸包架設(shè)計成細長的近似錐形體；軸包架與軸包架以上船體之間的過渡處兩側(cè)分別設(shè)置一個弧形導(dǎo)流水槽；軸包架以上的艏部水線設(shè)計成具有導(dǎo)流作用的底瘦口肥的V形，將艏部表面法線與航行方向夾角較小的區(qū)設(shè)計在四分之一和四分之三船寬附近；船艏下部在主機艙兩側(cè)設(shè)置兩個傾斜的導(dǎo)流水槽；采用對稱船艏或者非對稱船艏；艉部設(shè)計成流線型漸縮體；艏艉各設(shè)置一個貫通左右舷的流道，內(nèi)部設(shè)置噴水推進裝置來滿足船舶的轉(zhuǎn)向需要。利用艏艉型線設(shè)計及螺旋槳安裝在船艏來改善船舶的首尾流場，削弱水對船舶航行的不利影響，減小船舶阻力。
【專利說明】設(shè)計水線以下低阻力船體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種設(shè)計水線以下低阻力船體，屬于船型設(shè)計領(lǐng)域，具體地說是將螺旋槳設(shè)計在船艏，并通過船艏和船艉設(shè)計水線以下的型線設(shè)計來降低船舶航行過程中所受阻力的船型。
【背景技術(shù)】
[0002]為了充分了解船舶設(shè)計方面的【背景技術(shù)】，在中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局中國專利信息中心這一網(wǎng)站上以“船舶”為檢索要素，共檢索到17876項專利，涵蓋了與船舶有關(guān)或者提及船舶的所有專利，將其中與本發(fā)明有關(guān)的介紹如下。
[0003]申請?zhí)枮?1110399，名稱為船頭帶螺旋槳的船舶這一專利，船頭外側(cè)裝有螺旋槳，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線朝向船舶的側(cè)后方，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線相對船體可以改變方向；船頭外側(cè)連接一個開口朝向船前方的擋水槽，通過抽走船舶前面的水向兩側(cè)后方排出來降阻。安裝于船頭兩側(cè)的螺旋槳相對于船體橫剖面的尺度要小得多，這種方式雖然在一定程度上能夠降低船舶阻力，但是效果是很有限的，而且這一專利中船舶的推進主要還是依靠船艉的螺旋槳，船艉的螺旋槳將產(chǎn)生負壓和漩渦，該種船舶同現(xiàn)在普遍的螺旋槳安裝在船艉的船舶并沒有多少優(yōu)勢。
[0004]申請?zhí)枮?00610032020，名稱為前置式船舶這一專利，在船舶的前方或側(cè)前方安裝支架，然后在支架上安裝螺旋槳，或者在船艏安裝螺旋槳，螺旋槳與船體之間安裝擋板。首先，通過支架安裝螺旋槳具有較大困難；其次，螺旋槳及其支架有很大一部分在最大船寬之外，這是不合理的；再次，將螺旋槳安裝在支架上，很難為螺旋槳或者噴水推進器提供大功率的動力，使船舶的推進力受到很大的限制，難以滿足船舶大噸位的需求；其中的實例7雖然也是螺旋槳安裝在船艏并且直接安裝在船體上，但是其中的擋板完全是多余的，因為經(jīng)過螺旋槳加速的水沖擊在船體上會產(chǎn)生阻力，沖擊在其中所述的擋板上同樣會產(chǎn)生阻力，而且安裝擋板之后可能還會產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致阻力更大；同時，因為螺旋槳的尺度相對于船體的尺度要小得多，僅僅依靠螺旋槳安裝在船艏來減小船舶阻力是很困難的，船舶艏艉的型線設(shè)計也顯得至關(guān)重要，這一專利中未涉及。只有將螺旋槳安裝在船艏并配合合理的艏艉型線，才能使船舶獲得優(yōu)良的阻力性能。
[0005]申請?zhí)枮?201120194651、201020283862、200820117882、200820117861、200810200340 ,200610167503及94200452這些專利思路基本相似，都是采用從船艏向船
艉或者向兩側(cè)設(shè)置貫通的管道或者空間，螺旋槳安裝在前后貫通的通道中或者通道的進/出水口。將水從船艏吸入，然后從船艉或者兩側(cè)排出來降低船舶航行過程中的阻力。以這種方式設(shè)計的船舶:首先，從船艏向船艉或者向兩側(cè)設(shè)置貫通的管道或者空間占用較多的船舶內(nèi)空間，損失較多的船體有用容積；其次，較小的流道若要流過大量的水將產(chǎn)生很大的摩擦阻力，而且抽吸的水量相對于船艏正前方的水量要小得多。起到效果并不明顯。如果如上專利中所述設(shè)置前側(cè)推，則不會對船艏高壓區(qū)造成實質(zhì)性的壓力消弱，只有有效減小船艏高壓區(qū)的壓力才能有效減小船舶阻力。[0006]申請?zhí)枮?01080005671這一專利，描述的是一種利用船艏向后凹陷的方式緩沖波浪使其減弱的艏部消波船，同時利用球鼻艏的整流及消波作用。該專利中船艏向后凹陷部分將使這一區(qū)域的水線形狀變得肥大，船舶航行過程中增加了水流對船體的阻力。球鼻艏的整流及消波作用，實際上是利用球鼻艏向前凸出的特點，首先與船舶前面的水發(fā)生作用，通過擠壓提高水在船體表面的切向流動速度，再利用水流的抽吸作用消除船艏的波浪，消波的前提是球鼻艏頂部加壓造成擠流，這將造成球鼻艏頂部及根部大面積壓力較大的區(qū)域，導(dǎo)致船舶所受的形狀阻力增加。
[0007]對于目前大多數(shù)螺旋槳安裝于船艉的載重型貨船，船舶前進的推力來自于螺旋槳向后推水產(chǎn)生的反作用力，該反作用力克服水的阻力推動船舶前進，根據(jù)作用力與反作用力的特性和單位時間內(nèi)螺旋槳作用的水的質(zhì)量與船舶總質(zhì)量的差異可以發(fā)現(xiàn)，為了產(chǎn)生推進力所耗費的能量大部分消耗于推水所做的功，這類船舶利用的只是螺旋槳推水產(chǎn)生的反作用力；螺旋槳安裝在艉部產(chǎn)生了一個不利現(xiàn)象:經(jīng)螺旋槳作用后的水流快速向船艉后方流去，使螺旋槳盤面之后產(chǎn)生一個負壓，原本船舶向前行駛就會在船艉產(chǎn)生負壓，這兩個負壓的疊加對船舶產(chǎn)生了很大的向后的吸力，這是船舶阻力的一個重要來源；船舶行駛過程中由于水的流動性及船舶因行駛而在船艉產(chǎn)生的負壓導(dǎo)致大量的水朝船艉流動，及時填補船舶行駛時在船艉產(chǎn)生的負壓空間，由于螺旋槳安裝在船艉，螺旋槳作用后的水與填補船艉負壓空間的部分水相對流向幾乎相反，導(dǎo)致船艉的負壓空間得不到很好的填補，使船體艉部表面的水流速度增加，壓力進一步減小，使船舶阻力增加，兩流向相反的水流因產(chǎn)生大量的漩渦而快速消耗了他們的動能，船艉大量漩渦的不斷消散過程向我們展示了螺旋槳作用后的水所具有的能量的耗散過程；船艏有較大面積的外板法線與船舶行駛方向所成的夾角很小，船舶航行時，因為這些區(qū)域上的水很難迅速流走，相對于船體的速度很小，甚至部分水在船舶航行方向上具有較大的速度(即部分水的絕對速度方向與船舶航行方向一致)，這些區(qū)域?qū)⑿纬筛邏簠^(qū)，產(chǎn)生很大的阻力，尤其是這些區(qū)域位于中縱剖面附近時，其產(chǎn)生的阻力更大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決目前上述各類船舶存在的不利于減小船舶阻力的問題，充分考慮了螺旋槳安裝在船艏對減小船舶艏部阻力的作用、艏部型線對形狀阻力的影響、球鼻艏的擠流消波原理，以及螺旋槳安裝在船艏以后，船艉流場受到的擾動更少、擴壓更充分、艉部沒有螺旋槳使船尾負壓減小等因素。本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體將螺旋槳安裝在船艏，軸心線在中縱剖面上，以設(shè)計水線的最末端為O站，最前端為20站，為了使附圖可以更大，更好的突出艏艉的細節(jié)，型線示意圖中將平行中體(14)的長度縮小了，大約省略了 11站船長的平行中體；本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體設(shè)計成對稱船艏，螺旋槳作用后的水不對稱的沖擊在對稱船艏上會產(chǎn)生的航向偏移，當(dāng)這一影響較大時將船艏設(shè)計成非對稱船艏；軸包架以上V形船體(4)的各水線設(shè)計成具有導(dǎo)流作用的底瘦口肥的V形(26)，艏部表面法線與航行方向夾角較小的大部分區(qū)域(7)設(shè)計在四分之一和四分之三船寬附近，以消除船艏高壓阻力區(qū)，或者軸包架以上的艏部的各水線直接設(shè)計成V形(43、44);軸包架(11)設(shè)計在船艏靠近船底的船體上，設(shè)計成細長的近似錐形體；軸包架(11)與軸包架以上V形船體(4)的連接處兩側(cè)分別設(shè)置一個弧形導(dǎo)流水槽(3)，或者直接由軸包架以上V形船體(4)過渡到軸包架(11);船艏下部在主機艙(9)兩側(cè)各設(shè)置一個傾斜導(dǎo)流水槽(8)，或者直接將艏部軸包架以外的船體設(shè)計成由船底向船艏設(shè)計水線附近傾斜、兩舷側(cè)向中縱剖面方向漸縮的漸縮體(35);充分利用雞尾狀水丘擴壓；艉部設(shè)計成流線型漸縮體(I);艏艉各設(shè)置一個貫通左右舷的流道(12、13)，內(nèi)部設(shè)置噴水推進裝置(23)來滿足船舶的轉(zhuǎn)向需要。
[0009]本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體解決其技術(shù)問題所采用的第一種技術(shù)方案是:螺旋槳安裝于船艏，軸線在中縱剖面上，主機也相應(yīng)地安裝在船艏，并對船艏及船艉型線做出相應(yīng)的設(shè)計，消除了螺旋槳安裝在船艉產(chǎn)生的螺旋槳對船尾流場影響等不利情況。螺旋槳作用后的高速水流流過船舶部分艏部表面雖然產(chǎn)生了一定的阻力，但也會因為部分船體表面水流的快速流動而產(chǎn)生一個有利于減小阻力的負壓，同時將船艏部分水吸走也有利于減小阻力，本發(fā)明中軸包架(11)設(shè)計成細長的近似錐形體，可以有效減小因螺旋槳作用后的水流與船體作用而產(chǎn)生的阻力。將船艏軸包架以上V形船體(4)的各水線設(shè)計成底瘦口肥的V形，配合螺旋槳的抽吸功能來減小船艏的興波阻力以及船舶航行時艏部水體對船舶的沖擊而產(chǎn)生的阻力；將艏部表面法線與航行方向夾角較小的大部分區(qū)域(7)設(shè)計在四分之一和四分之三船寬附近，在船艏設(shè)置弧形導(dǎo)流水槽(3)和傾斜導(dǎo)流水槽(8)將螺旋槳作用后的水和部分船前的水導(dǎo)走，削弱水與船艏的作用，以降低船艏的阻力，艏部95%以上的表面的法線與航行方向夾角在30至90度之間；通過將船艉設(shè)計成流線型漸縮體(I)，以及螺旋槳安裝在船艏，使船尾流場得到充分的擴壓，利用雞尾流的形成原理來降低船艉負壓造成的阻力，或者設(shè)計一定的方艉(51)來降低高速時的阻力。本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體設(shè)計成對稱船艏，但因艏部經(jīng)過螺旋槳加速后的水具有一定的旋度，螺旋槳作用后的水不對稱的沖擊在對稱船艏上會產(chǎn)生的航向偏移，當(dāng)這一影響較大時將船艏設(shè)計成非對稱船艏；在艉部的流線型漸縮體(I)和艏部的軸包架(11)上各設(shè)置一個貫通左右舷的流道(12、13)，內(nèi)部設(shè)置噴水推進裝置，滿足船舶的轉(zhuǎn)向需要。該方案并沒有改變螺旋槳對船舶的驅(qū)動作用，但使船舶首尾的壓力狀況及水流的流動狀態(tài)變得更有利于降低船舶阻力。
[0010]本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體的艏部在中縱剖面附近由下往上至設(shè)計水線依次是軸包架(11)、軸包架以上V形船體(4 )、設(shè)計水線(19 )，軸包架(11)到軸包架以上V形船體(4)的過渡處兩側(cè)各有一個弧形導(dǎo)流水槽(3)。軸包架以上V形船體(4)的內(nèi)涵是指該部分船體的各水線設(shè)計成底瘦口肥的V形(26)，各水線最前端采用內(nèi)凹弧形(29)，緊接著的部分采用外凸弧形(25);該部分船體從20站到19站附近的長度內(nèi)船寬增加很少，水線為內(nèi)凹的弧形，從19站附近18站附近的船長范圍內(nèi)，水線逐漸由內(nèi)凹變成外凸，船寬增加很快，從18站到17站的船長范圍內(nèi)，船寬的增加又逐漸減緩。
[0011]軸包架(11)與軸包架以上V形船體(4)相連接的部分采用光滑曲面過渡，軸包架
[11]的其余部分設(shè)計成細長的近似錐形體，整個軸包架側(cè)表面上各點的切平面與船舶軸心線的夾角在0-45度之間。
[0012]弧形導(dǎo)流水槽(3)從船艏向船艉方向離中縱剖面的距離逐漸變大，在傾斜導(dǎo)流水槽(8 )前端之前消失；弧形導(dǎo)流水槽(3 )與軸包架(11)和軸包架以上V形船體(4)連接處通過光滑曲面過渡，與主機艙兩側(cè)的傾斜導(dǎo)流水槽(8 )通過光順曲面連在一起。
[0013]在船艏底部的主機艙(9)附近，兩側(cè)各有一個傾斜導(dǎo)流水槽(8)，傾斜導(dǎo)流水槽
(8)的寬度在螺旋槳半徑的0.5至1.8倍之間，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的最高點(5)的高度設(shè)計在螺旋槳的最高點(20)的高度附近至設(shè)計水線(19)之間，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的下端與船底相連，連接處用光滑曲面過渡，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的中心線與船舶軸線成6至45度角，把螺旋槳作用后的水導(dǎo)入船底。
[0014]艏部傾斜導(dǎo)流水槽(8)外面的各縱剖線近似為圓弧形(15)，傾斜導(dǎo)流水槽(8)內(nèi)的縱剖線近似為L形(16)，艏部軸包架最大寬度以內(nèi)的各縱剖線從設(shè)計水線至基平面的形狀為:首先由船艏設(shè)計水線處向下后方以弧形傾斜(17)，緊接著的一段逐漸變?yōu)榻拼怪庇谒矫?18)，接下來的一段逐漸向船艏方向以弧形凸起(21)，凸起到一定程度后又逐漸向船艉方向收縮(22)。軸包架(11)高度范圍內(nèi)的各水線前半部分形狀分別為底部內(nèi)凹頂部外凸的曲邊梯形的曲線的邊的形狀(28)、底部內(nèi)凹頂部外凸的V形(27)、V形(30)和底部較肥大的V形(31)，后半部分水線因主機艙(9)兩側(cè)傾斜導(dǎo)流水槽(8)的存在，呈現(xiàn)出沿船覽方向開始向船艦四陷接著又向船臘關(guān)出，最終向船艦方向逐漸接近航側(cè)的山峰-山谷-山峰形(32 )，整條水線的形狀像象形文字的山字形(46 )。
[0015]整個艏部主要由以上幾部分曲面組合形成，連接處以光滑曲面過渡。船艏最前端的橫剖線在軸包架處呈水滴形(10)，靠近設(shè)計水線部分為瘦V形(2)，整條橫剖線形狀為水滴形(10)與瘦V形(2)的組合形狀(47)，從船艏向船艉方向，橫剖線逐漸從水滴形與瘦V形的組合形狀(47)，演變成底大腰細口稍大的U形(48)，口部比底部大、腰稍細的U形(49)，到底部兩邊各有一個弧形缺口、口部擴大的U形(50)，最終演變成U形(6)。
[0016]對于傳統(tǒng)船型,船艏表面法線與船舶航行方向的夾角較小的大部分區(qū)域大多在船舶的中縱剖面附近。本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體船艏水線的構(gòu)造特征使船艏表面法線與船舶航行方向的夾角較小的大部分區(qū)域(7)分成兩塊并遠離中縱剖面設(shè)計在中縱剖面的兩側(cè)，這兩塊區(qū)域分別位于四分之一和四分之三船寬附近，最前端的內(nèi)凹V形(各水線的形狀)船艏使船體表面附近的流體的相對流速增加，雖然在一定程度上增加了摩擦阻力，但是船體表面法線與航行方向夾角較小的區(qū)域上的流速也因此增加，致使該區(qū)域上的壓力減小，而此處的壓力對船舶航行產(chǎn)生的阻力很大，減小這一區(qū)域的壓力將有效減小船舶的形狀阻力，與此同時，因為船艏的平均相對流速增加，壓力減小，將可以有效地減小興波阻力。本發(fā)明尤其消除了傳統(tǒng)船型在航行時大量流體在中縱剖面附近滯留或者隨船前行的現(xiàn)象，降低中縱剖面附近的壓力，從而有效降低阻力。螺旋槳把一部分阻礙船舶前進的水推向船尾，也使得船舶航行時阻力減小，雖然螺旋槳作用后的水因速度的增加而使船舶所受的摩擦阻力增加，而且水對船艏的沖擊也會增加一些，但是因左右兩側(cè)各有一個弧形導(dǎo)流水槽
(3)和一個傾斜導(dǎo)流水槽(8)，且螺旋槳作用后的水流過的船體表面的法線與船舶航行方向的夾角都很小(0-30度)，另外，螺旋槳安裝在船艏，流過螺旋槳的水相比附近未流過螺旋槳的水速度增加量并不太明顯，因此當(dāng)船舶前進時，船舶所受螺旋槳作用后的水沖擊產(chǎn)生的阻力并不是很大。船舶航行時船前的水與船體具有和船速大小相等的相對速度，本發(fā)明將使水流的流動狀態(tài)改變較小，有利于減小船舶阻力。
[0017]本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體艉部水線以下設(shè)計成流線型漸縮體(I)。艉部每一縱剖線上從船底至船艉設(shè)計水線、每一水線上從最大船寬至中縱剖面附近均以較均勻的幅度收縮，艉部與平行中體(14)的連接處用光滑曲面過渡；各水線呈直線收縮部分(33)與中縱剖面的夾角為15至60度；各縱剖線呈直線收縮的部分(24)與基平面的夾角為15至60度；艉部的流線型漸縮體(I)從船底一直收縮到水線附近才截止，沒有方艉；或者收縮到設(shè)計水線以下某一吃水深度就到艉封板處，留有方艉(51)。[0018]艉部比較均勻的收縮可以使船尾流場更加穩(wěn)定，每一流線上的流動狀態(tài)變化更小，降低船尾產(chǎn)生漩渦的幾率，以利于減小阻力。雖然方艉船舶在高速時會在船尾形成水丘，產(chǎn)生虛長度效應(yīng)，有利于減小興波阻力，但實際上從水丘的最高點與船艉吃水有較大的高程差就可以發(fā)現(xiàn)，水丘實際上是船尾高速水流擴壓的結(jié)果，雖然方艉通過虛長度效應(yīng)在一定程度上減小了阻力，但是并沒有充分利用船尾高速水流的擴壓效應(yīng)，因此在一定的速度時，艉部使用漸縮體從船底一直收縮到水線附近才截止將有利于減小船舶阻力，在特定的速度下設(shè)計方艉卻又可以獲得更理想的阻力性能，所以不用方艉或者留一定大小的方艉根據(jù)本發(fā)明所應(yīng)用的航速確定，螺旋槳安裝在船艏，船尾流場少了螺旋槳的干擾，有利于船尾水流的穩(wěn)定與充分?jǐn)U壓，也有利于減小船舶阻力。
[0019]艏中艉銜接:艉部水線以下設(shè)計成流線型漸縮體(I)。船舶的中間部分采用帶有倒圓角的平行中體(14)。艏部和艉部與平行中體(14)的連接部分采用光滑曲線過渡。
[0020]本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體解決其技術(shù)問題所采用的第二種技術(shù)方案是:軸包架(11)與軸包架以外的船體連接處采用光滑曲面過渡，軸包架(11)的其余部分設(shè)計成細長的近似錐形體，整個軸包架(11)側(cè)表面上各點的切平面與船舶軸心線的夾角在0-45度之間。艏部軸包架以外的船體設(shè)計成由船底向船艏設(shè)計水線附近傾斜、兩舷側(cè)向中縱剖面方向漸縮的漸縮體(35)，使船艏70%以上表面的各處的法線方向與船舶航行方向的夾角在40至90度之間，從而降低阻力；軸包架(11)及主機艙(9)兩側(cè)傾斜的近似平面的底面
(36)與基平面的夾角在10至45度之間；軸包架以上V形船體(4)的各水線分別設(shè)計成V形(43)和漏斗中剖面狀的V形(44)，軸包架高度范圍內(nèi)的各水線設(shè)計成漏斗的中剖面形
(45);艏部縱剖線形狀在舷側(cè)附近近似為直角經(jīng)過先倒斜角再倒圓角后的形狀(37)，向中縱剖面逐漸逼近時逐步變?yōu)長形(38)，在中縱剖面附近時，縱剖線從設(shè)計水線至基平面的形狀為:首先由船艏設(shè)計水線處向下后方傾斜(39)，緊接著的一段逐漸變?yōu)榻拼怪庇谒矫?40)，接下來的一段逐漸向船艏方向凸起(41)，凸起到一定程度后又逐漸向船艉方向收縮(42);艏部各橫剖線為帶球柄狀手柄的鍋蓋的中剖面形狀(34)。艉部水線以下設(shè)計成流線型漸縮體(I)。艉部每一縱剖線上從船底至船艉設(shè)計水線、每一水線上從最大船寬至中縱剖面附近均以較均勻的幅度收縮，艉部與平行中體(14)的連接處用光滑曲面過渡；各水線呈直線收縮部分(33)與中縱剖面的夾角為15至60度；各縱剖線呈直線收縮的部分(24)與基平面的夾角為15至60度；艉部的流線型漸縮體從船底一直收縮到水線附近才截止，沒有方艉；或者收縮到設(shè)計水線以下某一吃水深度就到艉封板處，留有方艉(51)。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:螺旋槳安裝在船艏，消除了螺旋槳對船尾流場的影響，降低了船舶渦流阻力；同時抽走船艏部分阻礙船舶前進的水，降低了艏部因水與船舶作用產(chǎn)生的阻力。通過船艏型線設(shè)計配合螺旋槳的抽吸功能，減小了船艏的興波阻力，以及船舶航行時船前水體對船舶的沖擊而產(chǎn)生的阻力；船艏表面法線與船舶航行方向的夾角較小的大部分區(qū)域分成兩塊并遠離中縱剖面分布在中縱剖面的兩側(cè)，使這一區(qū)域上的相對流速增加，壓力降低，減小了船舶的形狀阻力，或者利用實例2中的船艏設(shè)計使船艏70%以上表面的各處的法線方向與船舶航行方向的夾角在40至90度之間，減小船舶的形狀阻力。通過船艉型線設(shè)計及螺旋槳安裝在船艏，船尾流場得到了充分的擴壓，同時利用雞尾流的形成原理來降低船尾負壓造成的阻力。本船型同時從多個影響船舶阻力的因素來減小船舶阻力，在同等運輸能力情況下，本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體的阻力性能將會明顯優(yōu)于其他船型?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0022]圖1.本發(fā)明實例I的型線示意圖。
[0023]圖2.本發(fā)明實例I的橫剖線示意圖(圖1中的局部放大圖)。
[0024]圖3.本發(fā)明實例I的艏部縱剖線示意圖(圖1中的局部放大圖)。
[0025]圖4.本發(fā)明實例I的艏部半寬水線示意圖(圖1中的局部放大圖)。
[0026]圖5.本發(fā)明實例I的艉部半寬水線示意圖(圖1中的局部放大圖)。
[0027]圖6.本發(fā)明實例I的艉部縱剖線示意圖(圖1中的局部放大圖)。
[0028]圖7.本發(fā)明實例I的部分線條獨立、放大示意圖。
[0029]圖8.本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體有艉封板與無艉封板的對比示意圖。
[0030]圖9.本發(fā)明實例I的艏部半寬水線示意圖中的局部放大圖(圖1中的局部二次放大圖)。
[0031]圖10.本發(fā)明實例2的型線示意圖。
[0032]圖11.本發(fā)明實例2的橫剖線示意圖(圖10中的局部放大圖)。
[0033]圖12.本發(fā)明實例2的艏部縱剖線示意圖(圖10中的局部放大圖)。
[0034]圖13.本發(fā)明實例2的艏部半寬水線示意圖(圖10中的局部放大圖)。
[0035]圖14.本發(fā)明實例2的艉部半寬水線示意圖(圖10中的局部放大圖)。
[0036]圖15.本發(fā)明實例2的艉部縱剖線示意圖(圖10中的局部放大圖)。
[0037]圖16.本發(fā)明實例2的艏部半寬水線示意圖中的局部放大圖(圖10中的局部二次放大圖)。
【具體實施方式】
[0038]第I個實例，本發(fā)明設(shè)計水線以下低阻力船體螺旋槳安裝在船艏，軸線在中縱剖面上，主機也相應(yīng)地安裝在船艏。設(shè)計水線以下低阻力船體的艏部在中縱剖面附近由下往上至設(shè)計水線依次是軸包架(11)、軸包架以上V形船體(4)、設(shè)計水線(19)，軸包架(11)到軸包架以上V形船體(4)的過渡處兩側(cè)各有一個弧形導(dǎo)流水槽(3)，軸包架(11)后面緊接著是主機艙(9)，主機艙(9)的兩側(cè)各有一個傾斜導(dǎo)流水槽(8);艉部設(shè)計成流線型漸縮體
(I)，艉部流線型漸縮體(I)與平行中體(14)連接處用光滑曲面過渡。艏部95%以上的表面的法線與航行方向夾角在30至90度之間；艏部設(shè)計成對稱船艏或非對稱船艏；在艉部的流線型漸縮體(I)和艏部的軸包架(11)上設(shè)置兩個貫通左右舷的流道(12、13)，內(nèi)部設(shè)置噴水推進裝置(23)來滿足船舶的轉(zhuǎn)向需要。軸包架以上V形船體(4)的各水線設(shè)計成底瘦口肥的V形(26)，各水線最前端采用內(nèi)凹弧形(29)，緊接著的部分采用外凸弧形(25);該部分船體從20站到19站附近的長度內(nèi)船寬增加很少，水線為內(nèi)凹的弧形，從19站附近18站附近的船長范圍內(nèi)，水線逐漸由內(nèi)凹變成外凸，船寬增加很快，從18站到17站的船長范圍內(nèi)，船寬的增加又逐漸減緩；軸包架(11)與軸包架以上V形船體(4)相連接的部分采用光滑曲面過渡，軸包架(11)的其余部分設(shè)計成細長的近似錐形體，整個軸包架側(cè)表面上各點的切平面與船舶軸心線的夾角在0-45度之間；弧形導(dǎo)流水槽(3)從船艏向船艉方向離中縱剖面的距離逐漸變大，在傾斜導(dǎo)流水槽(8)前端之前消失；弧形導(dǎo)流水槽(3)與軸包架
(II)和軸包架以上V形船體(4)連接處通過光滑曲面過渡，與主機艙(9)兩側(cè)的傾斜導(dǎo)流水槽(8)通過光順曲面連在一起；艏部傾斜導(dǎo)流水槽外面的各縱剖線近似為圓弧形(15)，傾斜導(dǎo)流水槽內(nèi)的縱剖線近似為L形(16)，艏部軸包架最大寬度以內(nèi)的各縱剖線從設(shè)計水線至基平面的形狀為:首先由船艏設(shè)計水線處向下后方以弧形傾斜(17)，緊接著的一段逐漸變?yōu)榻拼怪庇谒矫?18)，接下來的一段逐漸向船艏方向以弧形凸起(21)，凸起到一定程度后又逐漸向船艉方向收縮(22);在船艏底部的主機艙(9)附近，兩側(cè)各有一個傾斜導(dǎo)流水槽(8)，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的寬度在螺旋槳半徑的0.5至1.8倍之間，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的最高點(5)的高度設(shè)計在螺旋槳的最高點(20)的高度附近至設(shè)計水線(19)之間，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的下端與船底相連，連接處用光滑曲面過渡，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的中心線與船舶軸線成6至45度角，把螺旋槳作用后的水導(dǎo)入船底。軸包架(11)高度范圍內(nèi)的各水線前半部分形狀分別為底部內(nèi)凹頂部外凸的曲邊梯形的曲線的邊的形狀(28)、底部內(nèi)凹頂部外凸的V形(27)、V形(30)和底部較肥大的V形(31)，后半部分水線因主機艙兩側(cè)傾斜導(dǎo)流水槽的存在，呈現(xiàn)出沿船寬方向開始向船艉凹陷接著又向船艏突出的，最終向船艉方向逐漸接近舷側(cè)的山峰-山谷-山峰形(32)，整條水線的形狀像象形文字的山字形(46)。艉部水線以下設(shè)計成流線型漸縮體(I)。艉部每一縱剖線上從船底至船艉設(shè)計水線、每一水線上從最大船寬至中縱剖面附近均以較均勻的幅度收縮，艉部與平行中體(14)的連接處用光滑曲面過渡；各水線呈直線收縮部分(33)與中縱剖面的夾角為15至60度；各縱剖線呈直線收縮的部分(24)與基平面的夾角為15至60度；艉部的流線型漸縮體(I)從船底一直收縮到水線附近才截止，沒有方艉；或者收縮到設(shè)計水線以下某一吃水深度就到艉封板處，留有方艉(51)。
[0039]第二個實例，軸包架(11)與軸包架以外的船體連接處采用光滑曲面過渡，軸包架
(11)的其余部分設(shè)計成細長的近似錐形體，整個軸包架側(cè)表面上各點的切平面與船舶軸心線的夾角在0-45度之間。艏部軸包架以外的船體設(shè)計成由船底向船艏設(shè)計水線附近傾斜、兩舷側(cè)向中縱剖面方向漸縮的漸縮體(35)，使船艏70%以上表面的各處的法線方向與船舶航行方向的夾角在40至90度之間，從而降低阻力；軸包架(11)及主機艙(9)兩側(cè)傾斜的近似平面的底面(34)與基平面的夾角在10至45度之間；軸包架以上V形船體(4)的各水線分別設(shè)計成V形(43)和漏斗中剖面狀的V形(44)，軸包架高度范圍內(nèi)的各水線設(shè)計成漏斗的中剖面形(45);艏部縱剖線形狀在舷側(cè)附近近似為直角經(jīng)過先倒斜角再倒圓角后的形狀(37)，向中縱剖面逐漸逼近時逐步變?yōu)長形(38)，在中縱剖面附近時，縱剖線從設(shè)計水線至基平面的形狀為:首先由船艏設(shè)計水線處向下后方傾斜(39)，緊接著的一段逐漸變?yōu)榻拼怪庇谒矫?40)，接下來的一段逐漸向船艏方向凸起(41)，凸起到一定程度后又逐漸向船艉方向收縮(42);艏部各橫剖線為帶球柄狀手柄鍋蓋的中剖面形狀(34)。艉部水線以下設(shè)計成流線型漸縮體(I)。艉部每一縱剖線上從船底至船艉設(shè)計水線、每一水線上從最大船寬至中縱剖面附近均以較均勻的幅度收縮，艉部與平行中體(14)的連接處用光滑曲面過渡；各水線呈直線收縮部分(33)與中縱剖面的夾角為15至60度；各縱剖線呈直線收縮的部分(24)與基平面的夾角為15至60度；艉部的流線型漸縮體從船底一直收縮到水線附近才截止，沒有方艉；或者收縮到設(shè)計水線以下某一吃水深度就到艉封板處，留有方艉(51)。
[0040]上述兩個實例僅是本發(fā)明的兩種典型的實現(xiàn)方式，不是對本發(fā)明權(quán)利的界定，利用權(quán)利要求書中船體不同位置的不同設(shè)計的合理組合所形成的船型均應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶設(shè)計水線以下低阻力船體，主要是船舶設(shè)計水線以下的船體，螺旋槳安裝在艏部，其特征在于:軸包架(11)設(shè)計在船艏靠近船底的船體上，形狀為細長的近似錐體形，螺旋槳軸線在中縱剖面上；軸包架以上V形船體(4)的各水線設(shè)計成具有導(dǎo)流作用的底瘦口肥的V形(26)，艏部表面法線方向與航行方向夾角較小的大部分區(qū)域(7)設(shè)計在四分之一和四分之三船寬附近，或者軸包架以上V形船體(4)的各水線直接設(shè)計成V形(43、44);軸包架(11)與軸包架以上V形船體(4)的連接處兩側(cè)分別設(shè)置一個弧形導(dǎo)流水槽(3)，或者直接由軸包架以上V形船體(4)過渡到軸包架(11);船艏下部在主機艙(9)兩側(cè)各設(shè)置一個傾斜導(dǎo)流水槽(8)，或者直接將艏部軸包架以外的船體設(shè)計成由船底向船艏設(shè)計水線附近傾斜、兩舷側(cè)向中縱剖面方向漸縮的漸縮體(35);采用對稱船艏或者非對稱船艏；艉部設(shè)計成流線型漸縮體(1);艏艉各設(shè)置一個貫通左右舷的流道(12、13)，內(nèi)部設(shè)置噴水推進裝置(23 )來滿足船舶的轉(zhuǎn)向需要。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計水線以下低阻力船體，其特征在于:軸包架(11)與軸包架以上V形船體(4)相連接的部分采用光滑曲面過渡，軸包架(11)的其余部分設(shè)計成細長的近似錐形體，整個軸包架(11)側(cè)表面上各點的切平面與船舶軸心線的夾角在O至45度之間；軸包架(11)高度范圍內(nèi)的各水線前半部分形狀分別為底部內(nèi)凹頂部外凸的曲邊梯形的曲線的邊的形狀(28)、底部內(nèi)凹頂部外凸的V形(27)、V形(30)和底部較肥大的V形(31)，后半部分水線因主機艙兩側(cè)傾斜導(dǎo)流水槽(8)的存在，呈現(xiàn)出沿船寬方向開始向船艉方向凹陷接著又向船艏方向凸出的山峰-山谷-山峰形(32)，整條水線的形狀像象形文字的山字形(46)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計水線以下低阻力船體，其特征在于:弧形導(dǎo)流水槽(3)從船艏向船艉方向離中縱剖面的距離逐漸變大逐漸變大，在傾斜導(dǎo)流水槽(8 )前端之前消失；弧形導(dǎo)流水槽(3)與軸包架(11)和軸包架以上V形船體(4)連接處通過光滑曲面過渡，與主機艙兩側(cè)的傾斜導(dǎo)流水槽(8 )通過光順曲面連在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述·的設(shè)計水線以下低阻力船體，其特征在于:船艏下部在主機艙(9)兩側(cè)各有一個傾斜導(dǎo)流水槽(8)，的寬度在螺旋槳半徑的0.5至1.8倍之間，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的最高點(5)的高度設(shè)計在螺旋槳的最高點(20)的高度附近至設(shè)計水線(19)之間，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的下端與船底相連，連接處用光滑曲面過渡，傾斜導(dǎo)流水槽(8)的中心線與船舶軸線成6至45度角，把螺旋槳作用后的水導(dǎo)入船底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計水線以下低阻力船體，其特征在于:軸包架以上V形船體(4)的各水線形狀為底瘦口肥的V形(26)，各水線最前端采用內(nèi)凹弧形(29)，緊接著的部分采用外凸弧形(25);該部分船體從20站到19站附近的長度內(nèi)船寬增加很少，水線為內(nèi)凹的弧形，從19站附近18站附近的船長范圍內(nèi)，水線逐漸由內(nèi)凹變成外凸，船寬增加很快，從18站到17站的船長范圍內(nèi)，船寬的增加又逐漸減緩；船艏表面法線與船舶航行方向的夾角較小的大部分區(qū)域(7)分成兩塊并遠離中縱剖面設(shè)計在中縱剖面的兩側(cè)，這兩塊區(qū)域分別位于四分之一和四分之三船寬附近，艏部95%以上的表面的法線與航行方向夾角在30至90度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計水線以下低阻力船體，其特征在于:艉部水線以下設(shè)計成流線型漸縮體(1)，艉部每一縱剖線從船底至船艉設(shè)計水線、每一水線從最大船寬至中縱剖面附近均以較均勻的幅度收縮，艉部與平行中體(14)的連接處用光滑曲面過渡；各水線呈直線收縮部分(33)與中縱剖面的夾角為15至60度；各縱剖線呈直線收縮的部分(24)與基平面的夾角為15至60度；艉部的流線型漸縮體(1)從船底一直收縮到水線附近才截止，沒有方艉，充分利用雞尾狀水丘擴壓；或者收縮到設(shè)計水線以下某一吃水深度就到艉封板處，留有方艉(51)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計水線以下低阻力船體，其特征在于:艏部傾斜導(dǎo)流水槽(8)外面的各縱剖線近似為圓弧形(15)，傾斜導(dǎo)流水槽(8)內(nèi)的縱剖線近似為L形(16)，艏部軸包架(11)最大寬度以內(nèi)的各縱剖線從設(shè)計水線至基線的形狀為:首先由船艏設(shè)計水線處向下后方以弧形傾斜(17)，緊接著的一段逐漸變?yōu)榻拼怪庇谒矫?18)，接下來的一段逐漸向船艏方向以弧形凸起(21)，凸起到一定程度后有逐漸向船艉方向收縮(22);船艏最前端的橫剖線在軸包架處呈水滴形(10)，靠近設(shè)計水線部分為瘦V形(2)，整條橫剖線形狀為水滴形(10)與瘦V形(2)的組合形狀(47)，從船艏向船艉方向，橫剖線逐漸從水滴形與瘦V形的組合形狀(47)，演變成底大腰細口稍大的U形(48)，口部比底部大、腰稍細的U形(49)，到底部兩邊各有一個弧形缺口、口部擴大的U形(50)，最終演變成U形(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計水線以下低阻力船體，其特征在于:艏部軸包架以外的船體設(shè)計成由船底向船艏設(shè)計水線附近傾斜、兩舷側(cè)向中縱剖面方向漸縮的漸縮體(35)，使船艏70%以上表面的各處的法線方向與船舶航行方向的夾角在40至90度之間，軸包架(11)及主機艙(9)兩側(cè)傾斜的近似為平面的底(36)與基平面的夾角在10至45度之間；軸包架(11)以上的艏部的各水線分別設(shè)計成V形(43)和漏斗中剖面狀的V形(44)，軸包架高度范圍內(nèi)的各水線設(shè)計成漏斗的中剖面形(45);艏部縱剖線形狀在舷側(cè)附近近似為直角經(jīng)過先倒斜角再倒圓角后的形狀(37)，向中縱剖面逐漸逼近時逐步變?yōu)長形(38)，在中縱剖面附近時，縱剖線從設(shè)計水線至基線的形狀為:首先由船艏設(shè)計水線處向下后方傾斜(39)，緊接著的一段逐漸變?yōu)榻拼怪庇谒矫?40)，接下來的一段逐漸向船艏方向凸起(41)，凸起到一定程度后有逐漸向船艉方向收縮(42);艏部各橫剖線為帶球柄狀手柄鍋蓋的中剖面形狀(34)。
【文檔編號】B63B1/02GK103523152SQ201310500680
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】何攀 申請人:何攀