通過船舶的船體表面紊流控制減少阻力的方法及裝置的製作方法
2023-06-01 17:04:26
專利名稱：通過船舶的船體表面紊流控制減少阻力的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的方法及裝置，更詳細地說，涉及一種通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的方法及裝置，所述方法及裝置是通過反覆進行沿船舶的船體表面流動的流體的吸入和噴射來控制紊流，由此減小船體的摩擦阻力從而節省能量。
現在，針對如何減小這樣的船體表面摩擦阻力的研究非常多，正在進行的研究有從船頭噴出空氣的方法或噴出漿液的方法等，但是在獲得摩擦阻力的減小效果方面有很多困難。
本發明的另一個目的在於提供一種通過船舶的船體表面紊流控制來減小阻力的裝置，該裝置是通過沿船舶的船體表面設置內裝具有柔性的空氣管或板膜的管殼，反覆進行從船體內側沿表面流動的流體的吸入和噴出操作，來控制船體表面的紊流邊界層。
本發明的又一個目的在於在船舶的船頭部分或船尾部分設置使用前述具有柔性的空氣管或板膜的裝置，從而可以局部地控制流動。
本發明的上述目的是這樣實現的一種通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的方法，其中，使吸入和噴出沿船舶的船體表面流動的流體，使紊流的流動波長變化，調節與船體表面形成的噴射角，從而減小摩擦阻力。
本發明所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的方法，其中所述噴射角在60°～120°的範圍內。
一種通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其中包括設置在船舶的船體表面上、形成多個狹縫的管殼，設置在所述管殼內部、通過空氣的泵送進行收縮和膨脹的具有柔性的空氣管，為使所述空氣管收縮、膨脹而設置在船體內的規定位置上、可向所述空氣管給氣的泵。
本發明所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其中該裝置包括沿形成所述多個狹縫的管殼的內部在所述狹縫的上下設置的板膜，與所述板膜連接的第一桿、第二桿，與所述第一桿和第二桿連接的用於驅動所述第一桿和第二桿的馬達。
本發明所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其中，採用所述具有柔性的空氣管或板膜的船舶的阻力減小裝置局部設置於船頭部或船尾部，控制船舶的局部流動。
本發明所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其中所述管殼位於船體內部。
根據本發明的通過船舶的船體表面紊流控制來減小阻力的方法，在整個船體上吸入和噴出沿船舶的船體表面流動的流體，使紊流的流動波長變化，調節與船體表面形成的噴射角或吸入·噴出頻率等，使摩擦阻力減小。
作為用於實現前述本發明的通過船舶的船體表面紊流控制來減小阻力的裝置，優選是可以由包括下述部件的裝置構成，即包括設置在船舶的船體表面上的形成多個狹縫的管殼，設置在該管殼內部、進行收縮和膨脹的具有柔性的空氣管，與該具有柔性的空氣管連接、吸入和壓縮空氣的泵。
用於實現前述本發明的通過船舶的船體表面紊流控制來減小阻力的裝置，優選是其結構可以包括設置在船舶的船體表面上、形成多個狹縫的管殼，設置在該管殼內部、但位於前述狹縫上下方的板膜，設置在前述狹縫的上部、與上部板膜連接的第一桿，設置在前述狹縫的下部、與下部板膜連接的第二桿，設置在前述船舶內部、連接前述第一桿和第二桿並驅動第一桿和第二桿的馬達。
為了實現這樣的本發明優選實施例，利用數值解析分析由於局部擾動造成的紊流邊界層的流動波長變化，如下對其的詳細說明。
如
圖1所示，用於實驗的裝置配有形成狹縫11的平板10以便代替船體表面，在前述平板10上面的一側前端設置有脫扣線(トリツプ線)20，緊靠前述脫扣線20的旁邊設有表面粗糙的節片(セグメント)30，在前述平板10的狹縫11的下部設有用於局部吸入和局部噴射的揚聲器(スピ-カ)40。
在設置有前述脫扣線20的平板10上側形成由流動而造成的紊流的邊界層，通過平板10的縫隙11由揚聲器40進行局部吸入和局部噴射。
在這樣的前述局部吸入和局部噴射過程中，儘管可以很好地進行噴射，但是從空氣的壓縮效果來看，並不能很好的進行吸入。因此，由吸入程度來進行數值解析，如圖2所示，在離狹縫很近的區域中，在吸入量增加的同時，流動能量很強的流動下降至壁面附近使得壁面摩擦係數增加，但是，若增加一定量以上的吸入量，則由於利用噴射產生的混合流動層在狹縫附近產生反向流動，平均摩擦係數反而進一步減小。並且，在遠離狹縫的下遊，隨著吸入量的增加，壁面摩擦係數減小。
另外，由噴射量的變化而造成的壁面摩擦係數，如圖3所示，壁面摩擦係數在遠離狹縫的下遊不受噴射量增加的影響，而另一方面，在狹縫附近隨著噴射量的增加壁面摩擦係數逐漸減小。這種現象是由於在施加噴射時狹縫附近很強的反向流動造成的，施加的噴射越強則反向流動越強，平均摩擦係數逐漸減小。
並且，造成局部擾動的噴射角和壁面摩擦係數的相互關係，如圖4所示，與垂直於壁面噴射的情況相比，在成60°角噴射的情況下，在更多的區域內顯示出摩擦係數減小的效果。噴射角在90°以上的情況下，由狹縫生成的橫向對流速度減小而無法到達下遊，所以噴射角越大摩擦係數逐漸減小的區域越小，噴射角在60°以下的情況下，為了抑制噴射時生成的再循環區域的產生，摩擦係數減小的區域反而縮小了。
根據前述數值解析得出的分析結果，參考附圖詳細說明本發明裝置的優選實施例。
在附圖中，圖5是用於說明根據本發明的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置的概括的設置圖，圖6是表示根據本發明的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置管殼的橫向剖視圖，圖7是用於說明根據本發明的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置的泵的連接狀態的正向剖視圖，圖8是用於說明根據本發明的另一個實施例的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置的側面詳細圖，圖9是表示根據本發明的另一個實施例的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置的管殼的橫向剖視圖，圖10是用於說明根據本發明的另一個實施例的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置的馬達連接狀態的正面剖視圖，圖11是表示根據本發明另一個實施例的通過船舶船體表面紊流控制減小阻力的裝置的管殼設置於船體內側的狀態的橫向剖視圖。
根據前述附圖，本發明的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置被區分為採用管殼內部的具有柔性的空氣管的情況、和採用通過機械驅動的在管殼內部的板膜的情況。
在採用前述具有柔性的空氣管的情況下，如圖5至圖7所示，呈帶狀垂直設置沿船舶100的船體表面101形成多個狹縫111的管殼110。這時，前述管殼110優選為流線型中空體，但是也可以是半圓或橢圓形等多種形狀，前述狹縫111也可以是圓形孔，優選根據船舶的種類及速度以與船體表面101所成的噴射角形成為60°角的方式定位，但是在60°～120°的範圍內可以獲得一定效果。
在形成前述狹縫111的管殼110內部設置具有柔性的空氣管120，為了使前述具有柔性的空氣管120收縮和膨脹，連接有吸入和壓縮空氣的泵130。這時，與前述具有柔性的空氣管120連接的泵130設置在船舶100內部。
另一方面，在採用前述板膜的情況下，如圖8至圖10所示，呈帶狀垂直設置沿船舶100的船體表面101形成多個狹縫211的管殼210。在此，前述管殼210優選為流線型中空體，但也可以採用半圓或橢圓形等多種形狀，前述狹縫211也可以是圓形孔，優選根據船舶的種類及速度以與船體表面101所成的噴射角形成從60°到120°的角度的方式定位。
在前述管殼210內部設有板膜220，在狹縫211的上下設置上部板膜220a和下部板膜220b。
設置在前述管殼210內部的板膜220連接有第一桿230，使第一桿230隻與位於狹縫211上部的上部板膜220a連接，前述板膜220上連接有第二桿240，使第二桿240隻與位於狹縫211下部的下部板膜220b連接。
前述第一桿和第二桿230、240，為了對它們進行驅動而用規定的結構連接到馬達250上，通過馬達250的驅動使第一桿和第二桿230、240上升、下降，藉此使板膜220a、220b相對而收縮、膨脹，從而通過狹縫211壓出、吸收海水。這時，前述馬達250設置在船舶的內部。
另一方面，採用前述柔性空氣管120或板膜220的船舶的阻力減小裝置局部設置於船舶的船頭部102和船尾部103。
下面說明根據這種結構的本發明的通過船體表面紊流控制減小船舶阻力的裝置的作用。
首先，在採用前述具有柔性的空氣管120的情況下，驅動設置在船舶100內部的泵130，設置在管殼110內部的具有柔性的空氣管120若被壓縮，則在管殼內膨脹，空氣管120內的空氣若被排出，則收縮，從而通過狹縫111從殼體內部噴出流體和使流體流入殼體內，以上動作反覆進行。
即，通過在前述具有柔性的空氣管120對空氣進行壓縮和排氣，使具有柔性的空氣管120膨脹和收縮，若前述具有柔性的空氣管120收縮，通過狹縫111使船體周圍的流體吸入管殼110內部的空間，若使前述具有柔性的空氣管120膨脹，則其在管殼110內部空間中擴張，被吸入內部的流體通過狹縫111噴出到管殼110外部。這時，狹縫111優選以與船體表面101構成大約60°的噴射角進行噴射。
另一方面，在採用前述板膜220的情況下，如果驅動馬達250，連接到馬達250上的第一桿230和第二桿240相互向相反方向上下操作，進行活塞運動，從而使第一桿板膜220a側下降並壓縮，而第二桿220b側上升，藉此從上下方向夾緊狹縫211以進行壓縮。在上下方向上同時壓縮板膜，內部的流體通過狹縫211噴射到外部。相反，前述第一桿230上升的同時，第二桿240下降，板膜220a、220b之間的空間擴大，吸入與狹縫211接觸的流體。
這時，在管殼210中形成的狹縫211優選與船體表面101構成大約60°的噴射角，以便噴射流體。
另一方面，本發明的前述管殼也可以設置在船體內部，與船體壁面之間通過狹縫與外部連通。
採用前述本發明的具有柔性的空氣管120或板膜220的流體吸入、噴出，通過在船體外側整個表面上吸入和噴射流體，通過流體的吸入和以最佳的噴射角噴射流體，擾動沿船體表面流動的流體，抑制在船體表面產生渦流。
並且，在前述船舶的操作舵等局部設置的情況下，由於控制操作舵中的流體流動，所以也可以抑制舵的空穴現象。
如上所述，採用根據本發明的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的方法和裝置，利用具有柔性的空氣管或板膜的作用，通過流體的吸入和噴射使紊流的流動波長變化，通過調節與船體表面所成的噴射角以減小摩擦阻力，從而抑制船體表面產生渦流，獲得減小影響船舶運航的海流阻力的效果。
並且，通過在船舶的操縱舵等局部設置採用前述具有柔性的空氣管或板膜的船舶的阻力減小裝置，可以用操縱舵控制流體流動，具有抑制舵的空穴現象的效果。
權利要求
1.一種通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的方法，其特徵在於，使吸入和噴出沿船舶的船體表面流動的流體，使紊流的流動波長變化，調節與船體表面形成的噴射角，從而減小摩擦阻力。
2.如權利要求1所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的方法，其特徵在於，所述噴射角在60°～120°的範圍內。
3.一種通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其特徵在於，包括設置在船舶(100)的船體表面(101)上、形成多個狹縫(111)的管殼(110)，設置在所述管殼(110)內部、通過空氣的泵送進行收縮和膨脹的具有柔性的空氣管(120)，為使所述空氣管(120)收縮、膨脹而設置在船體內的規定位置上、可向所述空氣管(120)給氣的泵(130)。
4.如權利要求3所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其特徵在於，該裝置包括沿形成所述多個狹縫的管殼的內部在所述狹縫的上下設置的板膜(220a、220b)，與所述板膜(220a、220b)連接的第一桿、第二桿(230、240)，與所述第一桿(230)和第二桿(240)連接的用於驅動所述第一桿和第二桿(230、240)的馬達(250)。
5.如權利要求3或4所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其特徵在於，採用所述具有柔性的空氣管(120)或板膜(220)的船舶的阻力減小裝置局部設置於船頭部(102)或船尾部(103)，控制船舶(100)的局部流動。
6.如權利要求3或4所述的通過船舶的船體表面紊流控制減小阻力的裝置，其特徵在於，所述管殼位於船體內部。
全文摘要
本發明提供一種通過控制船舶的船體表面紊流來減小阻力的方法及裝置,本發明的方法及裝置,其特徵是,吸入及噴出沿船舶的船體表面流動的流體,使紊流的流動波長變化,調節與船體表面所成噴射角或吸入·噴出頻率,使摩擦阻力減小,為此,包括:設置在船舶的船體表面、形成多個狹縫的管殼,設置在前述管殼內部、通過空氣的泵送進行收縮和膨脹的具有柔性的空氣管,為了使該空氣管收縮、膨脹而設於前述船體內的規定位置上的、可向前述空氣管給氣的泵;內裝具有柔性的空氣管的管殼設置於船體表面內側或外側,通過泵使前述空氣管收縮、膨脹,通過狹縫吸入、噴出流體,改變形成於船體表面的紊流的流動波長,以減小摩擦阻力。
文檔編號B63B1/32GK1378946SQ02108749
公開日2002年11月13日 申請日期2002年3月29日 優先權日2001年3月29日
發明者河文根, 成亨鎮, 白府根 申請人:三星重工業株式會社, 韓國科學技術院