專利名稱：減摩船與減小表面摩擦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及減摩船與減小表面摩擦的方法，具體涉及到通過從船殼將氣泡吹入水中來減小表面摩擦的技術(shù)。
用來減小船的表面摩擦的技術(shù)已公開于許多日本專利申請例如申請公報S50-83992、S53-136289、S60-139586與S61-71290以及實用新型申請S61-39691、S61-128185中。這些所公開的工藝的根據(jù)都是通過從船殼表面將氣體吹入水中，以在船殼與水的界面中引入大量氣泡來減小船與水間的表面摩擦而減小船的表面摩擦的。
在這種技術(shù)中已知，為了提高上述氣泡形成的減摩效果，應(yīng)增加吹入水中的氣體體積以提高船殼表面上形成的紊流界面層中的平均空隙比αm(氣泡的密集度)，但業(yè)已發(fā)現(xiàn)，較高的氣體流率會將氣泡從紊流界面層推出，從而不會使此界面層中的平均空隙率αm增大。
能夠用于減摩船上的一種實用方法是通過吹入船上的壓縮機所產(chǎn)生的壓縮空氣來產(chǎn)生氣泡，以在船的底部于界面層中形成所需的空隙率。
但由于船的底部處存在很高的靜壓下，上述工藝便成為高能耗的，使得為產(chǎn)生氣泡需用的能量超過了因減小表面摩擦力而節(jié)省的能量，因而將底部鼓泡工藝用于實際環(huán)境中是有問題的。
通過對船的表面摩擦效應(yīng)的一系列研究本發(fā)明的申請人發(fā)現(xiàn)，要是把噴嘴設(shè)在低靜壓區(qū)，就可使船底與船殼表面形成的氣泡流場沿船殼表面流動。在此前提下，申請人發(fā)展了使氣泡發(fā)生于低靜壓區(qū)的計算模型并給出了船殼結(jié)構(gòu)的外形，這一模型通過考慮氣泡沿船殼表面流線的紊流擴散而能計算船殼結(jié)構(gòu)附近任何位置處的空隙率。
根據(jù)應(yīng)用假定為各向同性擴散場中的紊流系數(shù)所發(fā)展的計算方程，通過改變沿x、y與z方向漂浮方向上的流速研究了紊流擴散效應(yīng)，由此來建立追蹤圍繞船殼表面流動的氣泡的紊流。換言之，這種氣泡的隨機活動是用蒙特卡羅法直接模擬的。當微泡的活動用這樣的方法確定后，由容器容積(觀察容積)去除此容積中給定的容積內(nèi)所存在微泡的體積，可以求得一定時刻F的空隙率。根據(jù)這樣求得的空隙率的分布構(gòu)型，位于預(yù)期會有最大減摩效應(yīng)的船頭處的噴氣裝置的最佳構(gòu)型便可以相對于從這些位置引出并沿船殼表面朝船尾布散的流線確定。
從船頭噴入到界面層中的氣泡與上述流線一起這樣地輸運。使得在底部前方區(qū)中的氣泡將沿底面流動，而在船的后部區(qū)中的氣泡則將沿著船的側(cè)面流動。最終的結(jié)果是，這些氣泡能夠鋪陳到行進中的船的整個浸沒的表面上，可以有效地減小摩擦。鋪陳到船殼表面上的這些氣泡要是它們能夠緊附到此殼面上就能更有效地減小摩擦。
但是，盡管載運到底部段的這些氣泡會暫時停駐于底面附近并緊附于底面上，而那些沿著側(cè)面船殼流動的側(cè)向氣泡就不能有效地將氣泡本身中固有的上升力改變到使之能緊附到表面上的方向。這就是說，幾乎沒有力作用到這些側(cè)向氣泡上來使它們保持于船殼表面附近。換言之，對于通常由具備有大致垂直于底板的側(cè)殼板的油船為代表的一般船形而論，這種側(cè)向氣泡不會產(chǎn)生使其保持于緊鄰殼面處的力。于是，本發(fā)明的申請人認定，要是這種氣泡能受到橫向力的作用使其保持貼附于船殼表面上，就能進一步改進船舶的減摩效應(yīng)。
此外，對于船底的氣泡來說，氣泡的直徑越大，能使它們緊附到船底表面上的浮力也越大，同時界面層中的平均孔隙率也越高而能產(chǎn)生更大的減摩效果。但就側(cè)向氣泡而論，把它們保持于船殼表面鄰近的力僅僅是由于切變流動速度與氣泡流動速度之差而導(dǎo)出的上升力(saffman升力)。這種上升力是較小的，因而氣泡很快地從船殼表面帶走。側(cè)向氣泡的上述行為表明它們無助于有效地減小表面摩擦力，這是由于一般在船頭附近形成有薄的界面層，它朝船尾增厚，因為要是把通過氣體噴射裝置的氣體流率調(diào)節(jié)到使氣泡在厚的界面層中具有最大的保持力時，則這種界面層中的氣泡就會從較薄的界面層中吹出。于是，關(guān)鍵在于控制氣泡的產(chǎn)生條件，以使其能在船舶的各種運行條件下都保持于界面層內(nèi)而讓其具有最大的減摩效果。
鑒于用來減小船舶表面摩擦力的先有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種技術(shù)使其能實現(xiàn)下述廣泛的技術(shù)目的。
1．能有效地減小表面摩擦，同時使需要吹入水中的氣體體積最??；以及2．使氣泡保持于紊流界面層內(nèi)。
上述目的業(yè)已由這樣一種減小船舶表面摩擦的方法實現(xiàn)，此方法是從行進中的船上將氣體吹入水中而在浸沒的表面上產(chǎn)生氣泡，且使得氣泡產(chǎn)生在沿縱向以特定的距離分開的位置上。
同時，根據(jù)上述這種從行進中的船上將空氣噴入水中以在浸沉的船殼表面上形成氣泡來減小表面摩擦的方法的減摩船則具有沿縱向以特定的間距設(shè)置的一組用來將氣體噴入水中的氣體噴射裝置；以及用來給這些氣體噴射裝置供應(yīng)氣體的供氣機構(gòu)。
這樣，上述方法就能有效地用于減摩船，使得后續(xù)噴射裝置產(chǎn)生的氣泡在船的縱向或船行進方向上為居前的噴嘴裝置產(chǎn)生的氣泡包圍。于是可以阻止氣泡流出紊流界面層而能保存更多的氣泡并分布于紊流界面層內(nèi)，從而得以使用較少量的噴射氣體來減小表面摩擦。
前述目的是通過本發(fā)明發(fā)展的一種技術(shù)實現(xiàn)的，這種技術(shù)迫使側(cè)向氣泡趨近船殼側(cè)板來進一步提高船的減小表面摩擦的效果。
上述技術(shù)用于減摩船來減小表面摩擦方法，是通過從行進中的船的船頭部將壓縮空氣吹入有流線通向底部或側(cè)殼部的浸沒的側(cè)向位置處的水中，來產(chǎn)生氣泡。其中，設(shè)在船縱向中部的這些側(cè)殼板相對于與底部垂直的平面以某一角度朝外傾斜。由于上述船則板是朝外傾斜，側(cè)向氣泡的上升力便受到橫向力的作用而把氣泡推向船殼表面，于是就能進一步提高氣泡的覆蓋作用而能有效地減小摩擦力。
前述目的還能通過本發(fā)明所發(fā)展的提高導(dǎo)向界面層的氣泡的停留時間的技術(shù)來實現(xiàn)。
這是用來減小行進中的船的表面摩擦的方法，即從船上把壓縮空氣吹入水中以形成將注入界面層內(nèi)的氣泡，而產(chǎn)生出一層覆蓋住船的浸沒表面的氣泡，其中的壓縮空氣是以高于船速的噴射速度，相對于浸沒的側(cè)面成某個角度噴射向船尾段，使得側(cè)面氣泡的直徑小于底部氣泡的直徑。
在這處減摩船中，上述以大于船速的速度噴向船尾的氣泡在界面層中被更快地帶向船尾。界面流場中的切變速度與氣泡的內(nèi)和外相對速度間的差大于此氣泡外周處的速度，而能對氣泡的上升力施加影響，迫使氣泡趨近內(nèi)側(cè)，即趨近船殼表面。此外，由于已使側(cè)向氣泡小于底部氣泡，側(cè)向氣泡對上升力的影響也就較小。因此，側(cè)向氣泡的停留時間也就較長這樣就能加大側(cè)向段中界面層內(nèi)的平均孔隙率，從而改進了減摩效果。


圖1是第一實施例的減摩船的外部側(cè)視圖。
圖2是通過圖1中A-A平面的橫剖前視圖。
圖3是通過圖2中B-B平面的橫剖平面圖。
圖4是第一實施例中氣流控制結(jié)構(gòu)的原理圖。
圖5A是第二實施例的減摩船的側(cè)視圖。
圖5B是通過圖5A中A-A平面的橫剖圖。
圖5C是通過圖5A中B-B平面的橫剖圖。
圖5D是通過圖5A中C-C平面的橫剖圖。
圖6A是第二實施例中氣泡運動的第一示意圖。
圖6B是第二實施例中氣泡運動的第二示意圖。
圖7A是第三實施例中船頭部的示意性側(cè)視圖。
圖7B是通過圖7A中A-A平面的橫剖圖。
圖8A是設(shè)在第三實施例中船的側(cè)殼面上的空氣噴射裝置的側(cè)視圖。
圖8B是圖8A所示空氣噴射裝置的橫剖頂視圖。
圖9示意地表明了作用到界面?zhèn)戎袣馀萆仙Φ纳稍怼?br> A．第一實施例。
下面參看有關(guān)第一實施例的圖1-4來說明最佳實施形式。此實施例涉及將本發(fā)明應(yīng)用于以較平坦的底部為特征的油船上。
圖1示出了船1、船頭2、浸沒面4、螺旋漿5、舵6、氣體噴射裝置7-9、船運動方向F與吃水線W。船1設(shè)有一組氣泡發(fā)生部分(本例中共三個部分)，它們沿縱向(從船頭2到船尾3)分開一定距離并設(shè)有氣體噴射裝置7-9。
如圖2與圖3所示，氣體噴射裝置7包括有在船1的船殼表面上從右舷延伸到平坦船底1a的管道7A，以及在船1的船殼表面上從左舷延伸到平板底面1a的管道7B。管道7A與7B在本例中是以卷繞方式安裝到船1的外板上，并且取盡可能平坦的形式不使其突出到船1之外而增加表面摩擦。
如圖3所示，管道7A包括一組(四條)管線7A1-7A4它們被如此設(shè)置，即，越接近船1尾端的管線其終端也更接近船的側(cè)向殼面。管道7B以類似的方式構(gòu)成，使得一組(四個)管線7B1-7B2設(shè)置成越接近船1尾端的管線其終端也更接近船的側(cè)向殼面。管線7A1-7A4與7B1-7B4上設(shè)有眾多的孔，用來將空氣(氣體)(朝船尾方向)噴入終端的船尾側(cè)的水中。噴氣裝置8-9以完全相同的方式設(shè)置。
現(xiàn)在參看圖4說明對供給于氣體噴射裝置7-9的空氣進行控制的氣體控制系統(tǒng)。圖4示出的供氣機構(gòu)包括進氣孔10；吹風機11；主流量計12；第一氣箱組13；第二氣箱組14；第三氣箱組15；控制閥16a與16b、17a與17b、18a與18b；專用流量計19a與19b、20a與20b、21a與21b；供氣控制裝置22。管線7A1～7A4與7B1～7B4已說明于上，還有用于氣體噴射裝置8的管線8A1～、8B1～以及用于氣體噴射裝置9的管線9A1～、9B1～。
氣體控制系統(tǒng)按下述方式工作。進氣孔10可設(shè)在甲板上或其它合適部位上，接收外部空氣并把它輸向吹風機11。吹風機11將進氣孔10所接收的外部空氣通過主流量計12輸送給第一、二、三氣箱組13、14、15。主流量計12測量從吹風機11輸出的空氣流率并將其結(jié)果輸送給供氣控制裝置22。
第一氣箱組13用于氣體噴射裝置7并在加壓下貯存吹風機11送來的空氣。第二氣箱組14用于氣體噴射裝置8并在加壓下貯存吹風機11送來的空氣。第三氣箱組15用于氣體噴射裝置9并在加壓下貯存吹風機11送來的空氣。
控制閥16a在供氣控制裝置22控制下工作，用來調(diào)節(jié)將通過專用流量計19a供給于氣體噴射裝置7中管線7A1的從第一氣箱組13送出的空氣的流率。控制閥16b同樣在供氣控制裝置22控制下工作，用來調(diào)節(jié)將通過專用流量計19b供給于氣體噴射裝置7中管線7B1的從第一氣箱組13送出的空氣的流率。
控制閥17a在供氣控制裝置22控制下工作，用來調(diào)節(jié)將通過專用流量計20a供給于氣體噴射裝置8中管線8A1的從第二氣箱組14送出的空氣的流率。控制閥17b也在供氣控制裝置22控制下工作，用來調(diào)節(jié)將通過專用流量計20b供給于氣體噴射裝置8中管線8B1的從第二氣箱組14送出的空氣的流率。
控制閥18a在供氣控制裝置22控制下工作，用來調(diào)節(jié)將通過專用流量計21a供給氣體噴射裝置9中管線9A1的從第三氣箱組15送出的空氣的流率?？刂崎y18b也在供氣控制裝置22的控制下工作，并用來調(diào)節(jié)將通過專用流量計供給于氣體噴射裝置9中管線9B1的從第三氣箱組15送出的空氣的流率。
專用流量計19a測量供給于管線7A1的空氣的流率，并將空氣輸送給供氣控制裝置22。專用流量計19b測量供給于管線7B1的空氣的流率，并將空氣輸送給供氣控制裝置22。專用流量計20a測量供給于管線8A1的空氣的流率，并將空氣輸送給供氣控制裝置22。專用流量計20b測量供給于管線8B1的空氣的流率，并將空氣輸送給供氣控制裝置22。專用流量計21a測量供給于管線9A1的空氣的流率，并將空氣輸送給供氣控制裝置22。專用流量計21b測量供給于管線9B1的空氣的流率，并將空氣輸送給供氣控制裝置22。
雖然在圖中未予示出，其它各組組成氣體噴射裝置7的管線7A2～7A4、7B2～7B4也類似地設(shè)有專用控制閥與流量計。與此相類似，組成氣體噴射裝置8的管線8A2～8A4、8B2～8B4以及組成氣體噴射裝置9的管線9A2～9A4、9B2～9B4也設(shè)有專用控制閥與流量計。
供氣控制裝置22在位于駕駛室的指令裝置(未示明)的指導(dǎo)下工作，通過控制各控制閥19a～與19b、20a～與20b～、21a～與21b～，來調(diào)節(jié)供給于管線7A1～7A4、7B1～7B4、8A1～8A4、881～8B4、9A1～9A4以及9B1～9B4的空氣的流率，以滿足指令裝置所規(guī)定的目標流率和通過主流量計12和專用流量計16a～與16b、17a～與17b、18a～與18b～所測量的氣體流率。
減摩船本身按如下所述工作。當此船達到正常船速時，即發(fā)出指令使供氣控制裝置22開始工作，隨之供氣控制裝置22使吹風機11開始工作，將空氣供給第一、第二與第三氣箱組13、14與15。當供氣控制裝置22根據(jù)主流量計12的讀數(shù)確定所有氣箱組13、14與15已被供給所需的空氣量時，控制閥19a～,19b～、20a～,20b～、21a～,21b～即打開將空氣供給于管線7A1～7A4、7B1～7B4、8A1～8A4、8B1～8B4、9A1～9A4以及9B1～9B4。
結(jié)果是從設(shè)在所有管線7A1～7A4、7B1～7B4、8A1～8A4、8B1～8B4、9A1～9A4與9B1～9B4終端上眾多的孔中一齊噴射出空氣，因而形成了覆蓋船底1a的表面的氣泡層。在氣體噴射裝置7-9的，船尾側(cè)附近所產(chǎn)生的氣泡沿船底1a的表面逐漸擴散向船尾(與船的運動方向相反)。這些氣泡受到上升力的作用并沿整個底面向船尾擴散，如圖1所示。
由于在本實施例中設(shè)有三段氣體噴射裝置7～9，它們沿底面從船頭到船尾按一定距離分開，由后繼的氣體噴射裝置8產(chǎn)生的氣泡為居前的氣體噴射裝置7所生成且擴散的氣泡包圍。于是，就可防止氣體噴射裝置9中所產(chǎn)生的氣泡從船底1a的表面上形成的紊流界面層中跑出而是被包含在此界面層中。
依相同方式，后繼氣體噴射裝置8(相對于居前的氣體噴射裝置7)所產(chǎn)生的氣泡即被氣體噴射裝置7所產(chǎn)生的氣泡包圍并朝船尾擴散。于是，阻止了氣體噴射裝置8所產(chǎn)生的氣泡從船底1a的表面上形成的紊流界面層中跑出且使其包含在紊流界面層內(nèi)。
于是，這些相繼的氣體噴射裝置7-9所產(chǎn)生的氣泡便包含在船底1a的表面上所形成的整個紊流界面層內(nèi)，從而提供了有效的手段來減小在整個具有延伸區(qū)內(nèi)平坦船底1a的船1的表面摩擦力，同時能節(jié)省供給到氣體噴射裝置7-9的氣體的體積。
此第一實施例利用了這樣的特點，在平底船中，氣泡很少有可能逃離開船殼表面，而氣泡只形成在與船1的船底1a相關(guān)的紊流界面層內(nèi)?？紤]到使由于減小摩擦所節(jié)省的能量同操作供氣機構(gòu)而耗用的能量之間的平衡，如果船1具有較寬面積的平坦船底1a，采用只把空氣噴射到底部1a上看來是較經(jīng)濟的。
此外，由于氣體噴射裝置7～9是由環(huán)繞船1的外板的管線構(gòu)成，因而這里所實施的技術(shù)也易于應(yīng)用到現(xiàn)下尚沒有氣體噴射裝置的船上。還有，氣體噴射裝置7～9是如此安裝，即使其中一組管線從右側(cè)朝向船底1a的平板處安裝，而使另一組管線從左側(cè)朝船底1a安裝。這樣，同從右側(cè)包繞到左側(cè)的連續(xù)管線情形相比，管路的長度可以較短，而能降低為驅(qū)動供氣機構(gòu)所耗的能量。
本發(fā)明不限于上述實施例而可以包括以下種種變型。
a．在上述實施例中，本項技術(shù)已被用于油船上，但本發(fā)明并不限于這類船。這項技術(shù)可以用于非平底的船或是那些平底面對側(cè)殼面的面積比較小的船。
b．氣體噴射裝置的數(shù)量與構(gòu)成噴射裝置的管線的數(shù)量經(jīng)選擇以便適合船的特征，例如船的尺寸。例如，要是所考慮的船比用作為實施例的船長時，則可增加氣體噴射裝置的數(shù)量。而要是船底的圍長也較寬(即船底的面積較大)，則可進一步增加管線的數(shù)目以確保做氣泡可以引入到整個底面上。
c．在上述實施例中，管線7A1～7A4、7B1～7B4、8A1～8A4、8B1～8B4、9A1～9A4與9B1～9B4與船的運動方向F垂直，但本發(fā)明并不限于這種構(gòu)型。取決于船1的外形，在船的不同部段處例如在船頭附近、船的中部或船尾處，沿底部的水流方向是不同的。因此，氣泡的噴射方向可以通過考慮沿底部的流動模式而改變，以使氣泡可以沿底部在紊流界面層的較廣范圍上分布。
d．就氣體噴射裝置7～9的結(jié)構(gòu)而論，其它的結(jié)構(gòu)可以包括這樣的布置形式，其中的第一組管線7A、7B，第二組管線8A、8B以及第三組管線9A、9B分別由一條管線構(gòu)成，而噴射孔則可設(shè)在此管線對應(yīng)于船底1a的區(qū)域中。
e．在上述實施例中是把氣泡只噴射到船底1a的紊流界面層內(nèi)，但也可把氣泡從兩個側(cè)殼部分的所有浸沒表面4中噴射出。
第一實施例的種種特點總括于F下。
a．用來減小船的表面摩擦力的氣泡，是通過沿船的縱向依一定距離設(shè)置的一些氣體噴射裝置中噴吹出氣體而產(chǎn)生的，因而氣泡便能有效地包含于紊流界面層內(nèi)。于是可在節(jié)省形成氣泡所需的氣體量的同時，有效地取得減摩效果。
b．當把這種技術(shù)用于平底船時，可以只在底部噴射氣泡，這樣可以顯著減少表面摩擦帶來的能耗并可節(jié)省用來操作供氣機構(gòu)的能量。
c．氣體噴射裝置所需的分隔距離可以通過以適應(yīng)的距離繞船殼圍繞管線來落得，從向本發(fā)明能迅捷地應(yīng)用于尚未裝置有減摩裝置的船上。
d．管線圍繞到船殼上時，是使一組管線從右側(cè)朝底部安裝而使另一組管線從左側(cè)朝底部安裝。這樣就減少了管線的總長而能控制供氣機構(gòu)的能耗。于是借助本發(fā)明的技術(shù)可以頗為有效地實現(xiàn)任何減摩船所欲達到的節(jié)能這樣一個終極目的。
B．第二實施例下面參看圖5A-5D、6A與6B來說明第二實施例。
船lA包括船頭部25、船尾部26、底部27、側(cè)殼板28以及一批用來噴射壓縮空氣的氣體噴射裝置30。氣泡31則是經(jīng)氣體噴射裝置噴吹空氣形成的。
如圖5A～5D所示，用來建造船中部側(cè)面的側(cè)殼板28相對于與底部27垂直的平面依適當角度朝外傾斜。此傾斜角可按照船的用途、易于制造和減摩效應(yīng)最優(yōu)化，并設(shè)計成可從船頭部25朝船尾部26逐漸加大(參看角度α1、α2、α3)。
傾斜面的上述設(shè)計能在船航行時于其底部的表面處，有效地借助氣泡31中的上升力保持氣泡31卷入到船的底部27，使得船底有效地為氣泡層覆蓋。
于此同時，沿船的側(cè)面流動的側(cè)向氣泡31也保持于側(cè)殼板28的表面附近，并能有效地鋪蓋住側(cè)面。這種效應(yīng)示意地表明于圖6A與6B中。當側(cè)殼板28如圖6A所示垂直于底部定向時即使氣泡噴射入沿側(cè)面形成的紊流界面層內(nèi)，氣泡31也會因其固有的上升力上升并從該界面層中離開，而不能保持于側(cè)殼板28的表面附近。但當側(cè)殼板28如圖6B所示朝外傾斜(參看角度α2)時，則前述上升力作用到氣泡31上迫使其來到側(cè)殼板鄰近，使得側(cè)向氣泡能有效地覆蓋側(cè)殼板28的表面。于是便增強了船1A上氣泡的減摩效應(yīng)。
在上述情形中，側(cè)殼板28的傾斜角朝船1A的尾部增大成α1＜α2＜α3，而氣泡覆蓋側(cè)殼板28的保持時間則隨著氣泡趨向船尾而延長，這樣就能進一步增強減摩效應(yīng)。
此第二實施例的特點總括如下。
a．用來減少船的表面摩擦力的氣泡，是通過設(shè)在此船這樣一些位置上的氣體噴射裝置噴壓縮空氣而產(chǎn)生的，在這樣的位置上可迫使靠近船頭的流線引向船的底部與尾部，此外，船中部的側(cè)殼板朝外傾斜。這樣的布置能迫使側(cè)向氣泡借助其自身的上升力而壓向船的側(cè)面，從而能提高船的減摩效果，改進船的巡航能力。
b．上述傾斜角是朝向船的尾部而漸次增大的，從而能延長氣泡覆蓋住船殼表面的持續(xù)時間，可以進一步改進噴射氣泡的減摩效應(yīng)。
c．第三實施例現(xiàn)在參看圖7A、7B、8A、8B與9來說明第三實施例。
如圖7A與7B所示，船1B在沿其縱向的多個位置(圖中所示為兩個)處，于船頭35上設(shè)有空氣噴射裝置38，通過將空氣噴入水中而在底部36產(chǎn)生底部氣泡37A。同樣，沿上述縱向于多個側(cè)向位置(圖中于右側(cè)40上共四個位置)上在船頭部35中設(shè)有空氣噴裝置39，用以產(chǎn)生比底部氣泡37A小的側(cè)向氣泡37B(例如泡經(jīng)為500μm)。這就是說，第三實施例中的船1B取決于氣泡是在底部36還是在側(cè)部40而產(chǎn)生兩類氣泡37A與37B。
空氣噴射裝置39的結(jié)構(gòu)如圖8A、8B所示，設(shè)置在側(cè)板40a上，而噴氣口41則取狹縫形狀，使得壓縮空氣37依某個角度向尾部噴射。此噴氣口41位于水密地裝附于側(cè)板40a內(nèi)表面上的通海吸水箱殼43內(nèi)。此外，在距噴氣口41 1-2mm的上游位置一根金屬絲44與側(cè)板40a隔開并橫向延伸。此金屬絲44用來當船1B在運動中使得從噴氣口41噴出的壓縮空氣37能為紊流碰撞而有效地形成氣泡?？諝鈬娚溲b置38與空氣噴射裝置39類似但未設(shè)置金屬絲44，同時上述狹縫的角度與側(cè)板40a成直角。
船1B的減摩是通過從空氣噴裝置39以高于船速的速度噴壓縮空氣37，并使此噴出的氣體相對于側(cè)板40a成某個角度指向船尾。此外，導(dǎo)向紊流界面層的氣泡是由側(cè)向氣泡37B所構(gòu)成，后者是由殼板40a上的空氣噴射裝置39所產(chǎn)生，它們比底部36中空氣噴裝置38所產(chǎn)生的底部氣泡37A小。例如，側(cè)向氣泡37B的直徑可約為500μm。
將側(cè)向氣泡噴射入紊流界面層內(nèi)的速度提高到大于船速的方法之一是調(diào)節(jié)壓縮空氣37的壓力。另一種不牽涉金屬絲44來獲取小直徑側(cè)向氣泡的方法則是根據(jù)周知的Meng氏公式來調(diào)節(jié)通過噴射裝置的流率。
當船1B穩(wěn)定行駛時，將壓縮空氣37引入底部的空氣噴射裝置38中并經(jīng)噴氣口41吹入水內(nèi)。底部氣泡37A沿底部36流向尾部。與此同時，將壓縮空氣37導(dǎo)向側(cè)部40上空氣噴射裝置39中并通過噴氣口41噴出，而側(cè)向氣泡37B則沿側(cè)部40附近的流線流動。在這種情形下，船1B浸沒部分的整個表面則為底部氣泡37A與側(cè)向氣泡37B組成的層覆蓋。
下面參考圖9說明側(cè)向氣泡37B的動態(tài)特性。由于壓縮空氣37是以高于船速的速度吹入船1B周圍的切變流中，并且是以相對于側(cè)板40a成某種角度從空氣噴射裝置39將壓射空氣流引向船尾部，使紊流界面內(nèi)(靠近船lB)的切變流速度47a與側(cè)向氣泡37B的速度45之間的相對速度48a，大于在紊流界面外(離開船1B)的切變流速度47b與側(cè)向氣泡37B的速度45之間的相對速度48b。這樣就可通過相對速度48a與48b的差來影響側(cè)向氣泡的上升力，將側(cè)向氣泡37B吸向船1B。
此外，側(cè)向氣泡37B的直徑小于底部氣泡37A的，從而它們對上升力的影響就較小。于是與上述兩部分中的氣泡不具備這種直徑差的其它減摩船相比，這里的側(cè)向氣泡在側(cè)部上的停留時間就變得較長。由此可以提高側(cè)部40上界面層46中的空隙率，使得與具有傳統(tǒng)減摩機構(gòu)的船相比能提高減摩效果。
此外，由于空氣噴射裝置39設(shè)在側(cè)部40的流場中，從而可以擴大側(cè)向氣泡37B對船1B的復(fù)蓋面積。
應(yīng)知本發(fā)明不局限于上述情形而可以如下所述由其它變型來實施。
a．側(cè)部40上的噴氣口41的形狀不限于狹縫形狀。其它的形狀例如孔也是可以的，只要能使氣泡相對于側(cè)部40以某個角度噴射向尾部即可。
b．空氣噴射裝置38、39的位置不限于設(shè)在船頭部，只要能在船1B的整個浸沒部上實現(xiàn)氣泡37A、37B的覆蓋作用即可。
c．還能夠?qū)⒖諝忸A(yù)混合入水中，而這種起泡的混合物可以從噴氣口41噴出來產(chǎn)生氣泡37B。
第三實施例的特點總括如下。
a)生成氣泡的基本條件是壓縮空氣應(yīng)依某個角度朝向后方以高于船速的速度噴出，而氣泡的直徑在側(cè)向部分的應(yīng)小于在底部中的。在上述條件下，比較側(cè)向界面層中各氣泡的內(nèi)、外切變速度間的相對速度矢量，在靠近船殼處的相對速度矢量大于遠離開船殼處的相對速度矢量，這就使得可將側(cè)向氣泡吸引向船殼。在上述條件下便可以消除側(cè)向氣泡的上升效應(yīng)，增長注入側(cè)向界面?zhèn)戎械膫?cè)向氣泡的停留時間，從而能加大空隙率與改進氣泡的減摩效應(yīng)。
b)通過將壓縮空氣的側(cè)向噴氣口設(shè)于船的浸沒部分流場內(nèi)的縱向上，可以加大氣泡在側(cè)向表面上的覆蓋面積。
c)代替噴吹壓縮空氣，可用空氣與水的混合物來產(chǎn)生類似的減摩效果。
權(quán)利要求
1．減小船的表面摩擦的方法，該方法是從行進中的船上將氣體吹入水中以在浸沒的表面產(chǎn)生氣泡，使得這些氣泡產(chǎn)生在沿縱向以特定距離分開的位置上。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述船是油船，上述氣泡只產(chǎn)生于底部。
3．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中上述氣泡是通過圍繞船殼表面的管線在前述位置處形成的。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其中上述氣泡是通過一組從右側(cè)到底部圍繞船殼表面的管線和另一組從左側(cè)到底部圍繞船殼表面的管線在前述位置處產(chǎn)生的。
5．一種減摩船，它通過從行進中的船上將空氣噴入水中于船殼表面上形成氣泡來減小表面摩擦，包括沿縱向以特定距離設(shè)置的一組氣體噴射裝置，用來將氣體吹入水中；以及用來給上述氣體噴射裝置供氣的供氣機構(gòu)。
6．如權(quán)利要求5所述的減摩船，其中對平底油船來說上述氣體噴射裝置是只設(shè)置于底部上。
7．如權(quán)利要求5或6之一所述的減摩船，其中所述氣體噴射裝置是以具有一組用來噴吹氣體的孔的管線構(gòu)成的卷繞形態(tài)固定于船上。
8．如權(quán)利要求7所述的減摩船，其中上述構(gòu)成氣體噴射裝置的管線是由從左側(cè)到底部圍繞殼面的一組管線和從左側(cè)到底部圍繞殼面的一組管線所形成。
9．一種減摩船，它通過從行進中的船的船頭部將壓縮空氣吹入有流線通向底部或側(cè)殼部的浸沒的側(cè)向位置處的水中所產(chǎn)生的氣泡來減小表面摩擦，其中位于所述船的縱向中部的上述側(cè)殼板相對于與所述底部垂直的平面以等一角度朝外傾斜。
10．如權(quán)利要求9所述的減摩船其中上述傾斜的側(cè)殼板的角度朝向此船的尾部逐漸增大。
11．減小行進中的船的表面摩擦的方法，此方法是從船內(nèi)將壓縮空氣吹入水中以產(chǎn)生將注入到界面層內(nèi)的氣泡，而形成覆蓋住此船浸沒表面的氣泡覆蓋層，其中所述壓縮空氣是以高于船速的噴射速度，相對于浸沒表面成某個角度從側(cè)殼部朝船尾部噴射，使得側(cè)向氣泡的直徑小于底部氣泡的直徑。
12．如權(quán)利要求11的方法，其中所述側(cè)向氣泡是產(chǎn)生在所述船浸沒的側(cè)向船頭部，此外有流線沿縱向從船頭引向船尾。
13．如權(quán)利要求11或12的方法，其中所述壓縮空氣由空氣與水的混合物取代。
全文摘要
減小表面摩擦的方法,此方法是從行進中的船上沿縱向依特定距離分開的選擇位置上將氣體吹入水中來產(chǎn)生氣泡。
文檔編號B63B1/38GK1220225SQ9811834
公開日1999年6月23日 申請日期1998年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者高橋義明, 吉田有希 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社