船首抑波減搖附體的製作方法

2023-04-27 12:38:16

本實用新型涉及船舶領域，尤其涉及一種能降低水面船舶興波阻力、並且減小船舶在波浪中搖擺幅度，從而提高船舶快速性和適航性的新型船首抑波減搖附體。

背景技術：

船舶是依託於水這種介質能夠漂浮和航行的水上運載平臺。一般而言，船舶要能夠通江達海，順利完成人員、物資運輸或其它相關任務，必須具備六種基本的航行性能，分別是浮性、穩性、不沉性、快速性、操縱性和適航性。其中快速性是指一定的船舶要達到一定的航行速度，所需主機功率最小的能力；另外，船舶在風浪中航行時，會產生搖擺運動以及隨之出現的上浪、甲板淹溼、艏底砰擊、人員暈船等現象，適航性是指船舶在一定風浪中能夠安全航行並且產生較小的運動響應，以保證船上的人員和各項設備能夠作業的能力。

很顯然，船舶的快速性越好，船舶的燃油消耗率就越小，則其運營成本和二氧化碳排放量都會降低；另外，船舶在風浪中的搖擺運動幅度越小，船舶的適航性就越好，風浪中航行船舶的安全性、人員的舒適性以及設備的作業能力都會提升。因此，如何最大限度的提高船舶的快速性和適航性一直是國際造船界和國內外船舶技術研究領域中熱點的問題。

提高船舶的快速性，主要的技術途徑就是減小船舶在水面航行時的運動阻力。水面船舶的阻力成分主要包括摩擦阻力、粘壓阻力和興波阻力，其中興波阻力的產生，是因為船舶在水面運動時對水面有擾動，這種擾動在重力的作用下形成周期性起伏的波面向周圍傳播，消耗了船舶的運動能量。興波阻力隨航速的增加急劇增大，對於排水型高速船舶，興波阻力佔總阻力的比重達50％以上，所以降低船舶運動阻力的一個很重要方面是減小興波阻力。目前主要的減小船舶興波的技術方法有：

(1)船形優化技術。該技術以興波阻力數值計算方法和優化算法為基礎，以最小興波阻力為優化目標，結合一定的約束條件，得出滿足條件的低興波阻力主船體形狀。這種技術的缺點是：不同的速度範圍對應的最低興波阻力船體形狀是不一樣的，一種船體形狀難以在整個航行速度範圍內都取得低阻效果；並且船體的形狀還受到船舶浮性、穩性以及船舶布置和裝載方面的制約，船形優化的空間有限。

(2)球鼻艏技術。球鼻艏技術是將船舶首柱前端水面以下的部分設計成一個球形首，船舶航行時球鼻艏的興波與主船體興起的首部橫波形成有利幹擾，總的興波能量降低，從而使船舶的興波阻力減小。該技術的缺點是：經理論和船舶試驗研究表明，球鼻艏技術應用在船長傅汝德數小於0.34的低速船或者是中低速船上才能產生減小興波阻力的效果，對於高速船舶，阻力是增加的。

(3)消波水翼技術。消波水翼是在船舶首柱後部水面以下安裝的水翼。當船舶高速航行時，水翼改變船首部的興波波形，可使興波阻力下降。該技術的缺點是：研究表明，消波水翼的減阻效果只有在船長傅汝德數大於0.6的極高速航行工況下才能體現，目前世界上絕大部分船舶都並不處於這樣的航行工況。

總體上看，針對目前工程應用中的船舶，現有的興波阻力降阻技術很難在全航速範圍內都取得減阻效果，特別是在船舶航行主要的中、高航速範圍(傅汝德數從0.3至0.5)減阻十分困難。

船舶在有風浪的海況中航行時，船體不可避免的會產生向左右的橫向搖擺、向首尾的縱向搖擺、垂向升沉以及過大的加速度，這些船體運動相互耦合，再疊加風浪的作用，船舶還會出現首部上浪、甲板淹溼、艏底砰擊、人員暈船等現象，對船舶的航行安全性、人員的舒適性和船上設備裝備的工作效能發揮都產生不利影響。為了減小船舶在波浪中的搖擺幅度，改善船舶的適航性，人們提出了如下的減搖措施。

(1)舭龍骨。舭龍骨沿船長方向安裝在水下船體兩側的舭部，船體出現左右的橫向搖擺時可以增加船體的橫搖阻尼從而減小橫搖幅度。舭龍骨對於橫搖的減搖幅度可以達到30％，但對船體向首尾的縱向搖擺影響甚小，同時會使船舶航行阻力略有增大。

(2)減搖鰭。減搖鰭是通過船體中部兩舭伸出的一對機翼型翼片，配以動力系統和自控系統能使翼片角度轉動，保證翼片上始終產生阻礙船體橫搖運動的力矩，從而起到減小橫搖的目的。減搖鰭在船舶以6kn速度以上航行時可取得優良的減小橫搖效果，但結構複雜，並且也不具有減小船體縱向搖擺的作用。

(3)減搖水艙。減搖水艙是裝在船體內的一種特製水艙，當船體橫搖時，水艙內的水能從一舷流向另一舷，從而產生抵抗橫搖的穩定力矩，達到減小橫搖的目的。

綜合而言，現有的具有工程應用意義的船舶減搖裝置，都只具有減小船舶橫搖的作用，對減小縱搖卻無能為力。但是船舶在風浪中出現的船舶首部上浪、甲板淹溼、首底砰擊、船員暈船等現象都與縱搖有直接相關，目前缺少有效的船舶減縱搖方法。

本實用新型提出的新型船首抑波減搖附體，作為一種新型的船舶興波阻力降阻技術，在船舶航速處於傅汝德數從0.3至0.5的中、高航速範圍具有最佳的減阻效果。並且在具有降低船舶運動阻力效果的同時，還能夠控制船舶在風浪中的縱搖，並減少船舶首部上浪、甲板淹溼、首底砰擊的現象，可以提高船舶的適航性。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種能抑制船舶航行時的首部興波、降低船舶運動阻力、並控制船舶在風浪中的縱向搖擺、減少船舶首部上浪、甲板淹溼、首底砰擊的現象的船首抑波減搖附體，以提高船舶的快速性和適航性。

為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案：

船首抑波減搖附體，包括至少一塊安裝於船首的板狀物體，所述板狀物體安裝於正常排水量工況下的船舶漂浮時船首處靜水面上方。

所述板狀物體形狀為首部鈍圓、尾部寬大的流線型，其流線方向在所述板狀物體長度方向上，流線方向與船舶縱向一致。

所述板狀物體的首端位於其安裝位置處首柱之前20％～100％的船寬範圍，所述板狀物體的尾端位於其安裝位置處首柱之後30％～300％的船寬範圍，所述板狀物體的安裝與船舶的首部形狀相配合。

所述板狀物體長度為船寬的50％～500％；其最大寬度為船寬的20％～200％；其厚度不超過船舶型深的10％；其長度與最大寬度的比值為1～10。

進一步，所述板狀物體在船體垂向上安裝位置為：以船舶速度為零時的靜水面為基準面，所述板狀物體的最低點不得低於該基準面，且所述板狀物體的最低點到基準面的距離小於20％的船舶吃水深度。

本實用新型的有益技術效果：

(1)本實用新型船首抑波減搖附體通過前伸的附體首部壓抑船首前方處於形成過程中的首部興波波峰，並採用寬大的附體尾部提高首部興波第一個波谷位置的水壓頭，從而破壞了首部興波「波峰-波谷」的自由發展，削弱了船首興波能量，明顯的降低了船舶的興波阻力。

(2)本實用新型在產生良好的減小船舶運動阻力效果的同時，能夠增大船舶縱搖阻尼，使船舶在風浪中航行時的縱向搖擺幅度減小，並且本實用新型還可以減少船舶首部上浪、甲板淹溼、首底砰擊等現象的發生。

(3)本實用新型具有提高船舶快速性和風浪中適航性兩種功能，並且構造簡單、安裝方便，不需要增加額外的控制裝置，能夠在現有船舶上直接安裝也能在新設計船舶的設計方案中增加，實施方便，具有很強的工程應用性。

附圖說明

圖1是安裝了船首抑波減搖附體的船舶示意圖；

圖2是處於靜水中的安裝了船首抑波減搖附體的船舶的主視圖；

圖3是處於靜水中的安裝了船首抑波減搖附體的船舶的俯視圖；

圖4是處於靜水中的安裝了船首抑波減搖附體的船舶的仰視圖；

其中，1-船首抑波減搖附體的板狀物體 2-船舶 3-靜水面。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本實用新型的優選實施例進行詳細的描述，應當理解，優選實施例僅為了說明本實用新型，而不構成對本實用新型保護範圍的任何限制。

船首抑波減搖附體，包括至少一塊安裝於船首的板狀物體，所述板狀物體安裝位置在正常排水量工況下的船舶漂浮時船首處靜水面上方。如圖1-4所示，船舶2的船首處安裝有一塊板狀物體1，所述板狀物體1安裝位置在船舶2漂浮時船首處靜水面3上方。

所述板狀物體1形狀為首部鈍圓、尾部寬大的流線型，其流線方向在板狀物體1長度方向上，流線方向與船舶2的縱向一致，所述板狀物體1安裝位置在船舶2漂浮時船首處靜水面3上方，所述板狀物體1的首端位於其安裝位置處首柱之前20％～100％的船寬範圍，所述板狀物體1的尾端位於其安裝位置處首柱之後30％～300％的船寬範圍，所述板狀物體1的安裝與船舶2的首部形狀相配合。

在上述方案中，所述板狀物體1的長度為船寬的50％～500％；其最大寬度為船寬的20％～200％；其厚度不超過船舶型深的10％；其長度與最大寬度的比值為1～10。

所述板狀物體1在船舶2垂向上安裝位置為：以船舶2速度為零時的靜水面3為基準面，所述板狀物體1的最低點不得低於該基準面，且所述板狀物體1的最低點到基準面的距離小於20％的船舶吃水深度。

當船舶在水面航行時，船首的興波受到船首抑波減搖附體的抑制性影響，興波能量被明顯減弱，興波阻力減小，船舶的運動阻力下降，快速性提高。

當船舶在風浪中航行時，船體會產生搖擺，船首抑波減搖附體能夠增大船體縱搖的阻尼，減小縱搖幅度，同時該附體還具有減小船舶首部上浪、甲板淹溼、首底砰擊等現象發生的功能。