專利名稱：沖墊“u”形翼形船體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶的船體制造技術(shù)，特別是一種可降阻的沖墊“U”型翼形船體制造技術(shù)。
一般船舶水線面以下船體為流線型光順體，其與水流運(yùn)動(dòng)相互作用時(shí)的摩擦阻力隨著航速提高而增大。船舶工業(yè)發(fā)展近百年來(lái)，除了出現(xiàn)水翼艇外，常規(guī)的船舶船體表面降阻處理的技術(shù)尚未得到解決，對(duì)此，世界各國(guó)船舶專家已作了大量的研究工作，但未能取得突破性進(jìn)展。如已有的船體采用了涂料表面光潔度處理方法，降阻效果不大，特別對(duì)中速、高速航行的船型來(lái)說(shuō)無(wú)濟(jì)于事，所以，如何解決船體表面降阻問(wèn)題，仍是一道世界各國(guó)船舶界急待研究解決的難題。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有降阻作用的翼形船體，使得該具有翼形船舶線型的低阻船體適合作高速航行。
本發(fā)明類(lèi)似于滑水板在高速牽引下所產(chǎn)生的沖墊力，使人可站在短小的滑水板上沿水面作高速滑行之動(dòng)作原理。參照上述原理，本發(fā)明的特點(diǎn)是在船舶兩側(cè)空船水線以下船體設(shè)計(jì)成具有多個(gè)呈對(duì)稱排列的“U”型翼形體，這些翼形體與水流運(yùn)動(dòng)方向之間夾有沖角α，在水流沖墊力的作用下，其外側(cè)面(即翼形體下面)可構(gòu)成為順?biāo)鬟\(yùn)動(dòng)方向的翼形降阻表面。
本發(fā)明的工作原理是船舶在航行時(shí)，一方面是船體水線以下濕表面與水流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力形成船舶運(yùn)行所要克服的主要阻力。但另一方面，船體的翼形體結(jié)構(gòu)，能使船舶在高速運(yùn)行時(shí)，對(duì)翼形體產(chǎn)生巨大的水動(dòng)力作用，水動(dòng)力產(chǎn)生的升力使船體向上浮起，原水線以下的船體濕表面與水流摩擦面分離，其與水流相互作用的摩擦阻力面就可減少40%。實(shí)際上，翼形船體不僅在高速航行時(shí)可減少水流與船體的摩擦面積，而且隨著水流沖墊翼形體后的巨大升力作用，使水面以上空氣通過(guò)翼形體內(nèi)側(cè)進(jìn)入水面以下船體升墊體部位，對(duì)翼形船體產(chǎn)生墊升力作用(類(lèi)似于氣墊)，這樣翼形體所起的作用不僅是對(duì)水流的降阻力，而且能起空氣降阻的雙重效果一方面使高速運(yùn)動(dòng)船體水線下面積45%分離水流作用，減少水流摩擦力;另一方面吸入空氣進(jìn)入翼形體內(nèi)側(cè)，不斷提供氣體向船底水流中排放，將對(duì)具有翼形線型的船體升墊體產(chǎn)生氣體升墊力，起到了空氣降阻作用。
本發(fā)明對(duì)于高速船舶節(jié)能效果達(dá)40-45%左右。本發(fā)明適用于內(nèi)河沿海30節(jié)以上各類(lèi)排水型高速船舶，對(duì)于同等排水量的相同高速船舶可提高穩(wěn)定性和適航性。因此，它對(duì)于開(kāi)發(fā)高速船舶將帶來(lái)新的技術(shù)突破。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)原理作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為常規(guī)船舶在航行中與水流產(chǎn)生摩擦面積的平面示意圖;
圖2是本發(fā)明的船體具有翼形船舶線型的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本翼形船舶高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原理示意圖;
圖4是本翼形船體的側(cè)面示意圖;
圖5是圖4A-A方向的結(jié)構(gòu)示意圖;
其中1是船體干舷線，2是翼形體，3是翼形體內(nèi)側(cè)面(或稱翼形體上面，形成負(fù)壓面)，4是翼形體外側(cè)面(或稱翼形體下面，形成正壓面)，5是船體在靜態(tài)或低速時(shí)的降阻力面積區(qū)域，6是船體在高速航行時(shí)的降阻力面積區(qū)域(具有一定的空間體積)，7是船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)前面一個(gè)翼形體與后面一個(gè)翼形體產(chǎn)生的滑降阻流域間距(一般是根據(jù)不同的船速確定不同的間距離)，8是高速運(yùn)動(dòng)時(shí)翼形體的上一個(gè)升力點(diǎn)與下一個(gè)升力點(diǎn)所產(chǎn)生的水流滑脫流跡線，9是降阻層外圍水流，10是空氣增壓裝置。
本發(fā)明中，具有翼形體2的船舶線型在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)不同的航速要求來(lái)設(shè)計(jì)翼形體2的主尺度(線型)。應(yīng)用上述設(shè)計(jì)原則，我們可以將船體與水流相互作用的水動(dòng)力分成兩個(gè)分力，其中與水流方向相垂直的一個(gè)分力稱為升刀、另一與水流相平行摩擦運(yùn)動(dòng)的分力稱為阻力，當(dāng)翼形體2在外圍水流中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其上面(內(nèi)側(cè)面)靠船體船底線和舷邊線外面形成負(fù)壓面，這時(shí)約比靜壓力降低到20-40%。從物理學(xué)中可知道，一個(gè)大氣壓力等于每平方厘米一公斤的壓力，從而每平方米面積上的大氣壓力有10000公斤的力。因此，在船舶翼形體2每平方米面積上由負(fù)壓面產(chǎn)生的上升力等于2000-4000公斤。同時(shí)，在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)翼形體2下面壓力約增加5-12%，為此每平方米的翼形體下面又增加500-1200公斤的墊升作用力，總的升力可達(dá)2500-5200公斤，而這個(gè)力有70-75%是由于翼形體上面的負(fù)壓而形成的，只有25-30%才是由于翼形體下面的壓力增加得到的。
此外，本發(fā)明在實(shí)際設(shè)計(jì)制造時(shí)，還要根據(jù)各種船舶所選擇的不同航速，采用精密度高的工藝技術(shù)與精確的船模試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)翼形體的主要尺寸參數(shù)，因此，本發(fā)明的翼形船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還具有以下特點(diǎn)本發(fā)明在設(shè)計(jì)具有翼形體2的翼形船舶線型時(shí)，其翼型的主尺度可根據(jù)不同的航速要求和船舶噸位進(jìn)行設(shè)計(jì)的(包括翼形的寬度、弦長(zhǎng)、翼展、最大翼型厚度和中線的凹度等)。其翼型的相對(duì)厚度(指翼型最大厚度與寬度之比)，一般在0.02-0.15范圍選擇，在具體設(shè)計(jì)制造中，展弦比(指翼展與翼型寬度之比)在1-15范圍選擇。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于翼形體2的沖角α(翼型的弦與水流所夾的角度)隨航速提高而減小，其沖角α在3°-40°范圍選擇。
作上述具體設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)鍵的技術(shù)措施是必須掌握船舶以最高時(shí)速運(yùn)動(dòng)時(shí)，前面一個(gè)的翼形體升力點(diǎn)能與后面一個(gè)的翼形體升力點(diǎn)產(chǎn)生水流脫離面積(區(qū)域)進(jìn)行相互聯(lián)接(形成如圖3所示的水流滑脫流跡線8)，才能達(dá)到最佳的效果，一般可以靠船模試驗(yàn)加以確定最佳翼形體沖角與展弦的(翼展和弦長(zhǎng)的)主尺度為好。
另外，為了增強(qiáng)墊升效果，可在翼形體2上增設(shè)有空氣導(dǎo)流罩或鼓風(fēng)增壓裝置構(gòu)成的空氣增壓裝置10。
權(quán)利要求
1.一種沖墊“U”型翼形船體，其特征在于船舶兩側(cè)空船水線以下的船體設(shè)有多個(gè)呈對(duì)稱排列的“U”型翼形體(2)，這些翼形體(2)與水流運(yùn)動(dòng)方向之間夾有沖角α，在水流沖墊力的作用下，其外側(cè)面可構(gòu)成為順?biāo)鬟\(yùn)動(dòng)方向的翼形降阻表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1規(guī)定的船體，其特征在于所述的翼形體(2)，其翼型主尺度可根據(jù)不同船舶的噸位大小和不同的航速設(shè)計(jì)而成，其翼型的相對(duì)厚度選擇在0.02-0.15范圍，其展弦比選擇在1-15范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1規(guī)定的船體，其特征在于所述的翼形體(2)的沖角α隨航速提高而減小，該沖角α選擇在3°-40°范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1規(guī)定的船體，其特征是可在翼形體(2)上部增設(shè)有空氣導(dǎo)流罩或鼓風(fēng)增壓裝置構(gòu)成的空氣增壓裝置(10)。
全文摘要
一種可降阻的沖墊“U”形翼形船體，特點(diǎn)是船舶兩側(cè)空船水線以下的船體設(shè)有多個(gè)呈對(duì)稱排列的“U”式翼形體，該翼形體與水流運(yùn)動(dòng)方向之間夾有沖角α，其外側(cè)面構(gòu)成順?biāo)鬟\(yùn)動(dòng)方向的翼形降阻表面。本發(fā)明的翼形主尺度應(yīng)根據(jù)不同噸位船舶和不同航速設(shè)計(jì)而成，翼形體能起對(duì)水流的降阻力和空氣降阻的雙重效果，對(duì)高速船舶節(jié)能效果達(dá)40—45％左右，并能提高穩(wěn)定性和適航性，適用于內(nèi)河沿海30節(jié)以上各類(lèi)排水型高速船舶，因此，它對(duì)于開(kāi)發(fā)高速船舶將帶來(lái)新的技術(shù)突破。
文檔編號(hào)B63B1/26GK1093995SQ9312105
公開(kāi)日1994年10月26日 申請(qǐng)日期1993年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月23日
發(fā)明者周錦宇 申請(qǐng)人:周錦宇