用于水流管理的船頭水動力導(dǎo)流管的制作方法
【專利摘要】安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管，其包括水平壁部分（1）和兩個側(cè)壁部分（2，3），從而經(jīng)過導(dǎo)流管的水流獲得與導(dǎo)管外的水流基本不同的特性并由此降低興波和摩擦阻力并因而減少船的推進(jìn)所通常需要的燃料。該導(dǎo)流管設(shè)置有與水平壁部分（1）上的零攻角相對應(yīng)的低壓中心（1c），該低壓中心位于第一股船頭波產(chǎn)生的區(qū)域中，并且該導(dǎo)流管設(shè)置有在側(cè)壁部分（2，3）的與水平壁部分（1）連接的區(qū)域中的低壓中心（2c，3c），該側(cè)壁部分的低壓中心位于低壓中心（1c）與達(dá)到或略微在水平壁部分（1）的前緣（1a）之間的選定位置中。
【專利說明】用于水流管理的船頭水動力導(dǎo)流管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液體動力學(xué)領(lǐng)域，與船頭安裝的水動力導(dǎo)流管尤其相關(guān)，此導(dǎo)流管是由一段水平壁和兩段側(cè)壁構(gòu)成的，因而可結(jié)合導(dǎo)流管外的不同水流特征，界定船頭導(dǎo)流管內(nèi)的流動空間，從而減小興波和摩擦阻力，在船舶推進(jìn)過程中進(jìn)一步減少通常所需的燃料消耗。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)和環(huán)境逐漸惡化的背景下，在所有類型的船舶建造【技術(shù)領(lǐng)域】中，減少推進(jìn)所需的能量消耗的重要性日益增加。
[0003]在船舶巡航過程中，興波和摩擦阻力都是影響燃料消耗的重要參數(shù)。減小船舶承受的摩擦阻力和興波阻力，進(jìn)而改善船舶在水流上的滑動是永恒的努力主題。舉例而言，過去船身的船頭部分廣泛采用鼓包或球形的配置，以減小興波阻力，特別是降低船頭產(chǎn)生的波聞。
[0004]然而，船舶前表面，即在船舶推進(jìn)過程中，在水面上開辟推進(jìn)航路過程的船頭廣闊表面很寬，表面積比球形覆蓋的面積更大，如果再考慮到推進(jìn)阻力與船速的平方成正比，則應(yīng)對此阻力并使船舶以標(biāo)稱設(shè)計速度航行所需的馬力就會相應(yīng)增大。
[0005]為了解決此問題，減小推進(jìn)阻力以及克服船頭前表面遇到的興波阻力所需的相應(yīng)能耗，過去曾提出在船頭安裝導(dǎo)流管。W0-92/22456 of E.E.Petromanolakis過去曾提出在船頭安裝導(dǎo)流管，此導(dǎo)流管在船舶吃水線上下延伸，并且由于船舶借助上述船頭安裝的導(dǎo)流管滑過水體表面，水流并未經(jīng)過船身整個前表面，因此船舶推進(jìn)過程中產(chǎn)生的波浪得以減小。然而，這類吸收興波能量的導(dǎo)管不會產(chǎn)生最佳效果，因為相對于船舶前表面周圍的海水流來講，通過導(dǎo)流管的水流量非常小。此前的其他技術(shù)嘗試，如法國專利FR-A-1 017897都未能獲得令人滿意的結(jié)果，因為它們不僅不能顯著降低船舶推進(jìn)過程中的興波阻力，而且它們還應(yīng)用了需要船舶發(fā)動機(jī)提供額外能量的移動部件，因而成本效益難以接受。W0-A-82 03055 (SEE)專利中披露了另一次管理船頭流經(jīng)的海水水流的技術(shù)嘗試，該專利提出的導(dǎo)流管經(jīng)過改進(jìn)，將水流從船頭引導(dǎo)至船尾，從而憑借導(dǎo)流管為可旋轉(zhuǎn)部件提供動力，此類想法完全是不同的理念，由于存在摩擦和湍流等因素，很難肯定能否實施。
[0006]因此，本發(fā)明的主要目標(biāo)就是有效克服上述缺點和現(xiàn)有技術(shù)的不足，并對船頭水動力導(dǎo)流管的結(jié)構(gòu)性設(shè)計參數(shù)提出建議，從而對其性能進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明尤其提出了導(dǎo)流管水平壁部分和側(cè)壁部分的選擇性制造參數(shù)組合，其中，著重考慮了決定升力系數(shù)CL和阻力系數(shù)CD的導(dǎo)管壁部分的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而對導(dǎo)流管水平壁和側(cè)壁部分各自的比率CL/CD以及與船舶推進(jìn)的特定標(biāo)稱航速和船頭幾何形狀相對應(yīng)的導(dǎo)流管水平壁升力系數(shù)CL與側(cè)壁升力系數(shù)CL之間的比率進(jìn)行優(yōu)化。
[0007]在調(diào)研參數(shù)的基礎(chǔ)上，向各種不同類型的船舶提供最佳導(dǎo)流管設(shè)計解決方案成為可能，以便使導(dǎo)流管內(nèi)水流與導(dǎo)流管外水流達(dá)到有利的最佳差異結(jié)果，并相應(yīng)降低船舶推進(jìn)過程中的阻力，進(jìn)而減少燃料消耗。[0008]為獲得上述有利特征，在船舶上設(shè)置了本發(fā)明提出的水動力導(dǎo)流管，與水平壁上的零攻角相對應(yīng)的低壓中心位于第一股船頭波產(chǎn)生的區(qū)域，側(cè)壁的低壓中心位于彼此連接的區(qū)域，從而使水平壁部分位于低壓中心和靠近或略微朝向水平壁部分的前緣之間的選定位置。
[0009]本發(fā)明的所有這些或其他目標(biāo)、特點和優(yōu)勢都將在下文的詳細(xì)描述中顯現(xiàn)出來。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可通過參照附圖完全了解本發(fā)明，這些圖紙只是作為舉例性說明，而不是本發(fā)明的限制性實施例。
[0011]圖1是本發(fā)明的導(dǎo)流管的第一個說明性實施例的透視圖，在該圖中，水平壁部分和側(cè)壁部分都有翼型部分，導(dǎo)流管安裝在船頭，以便減小興波和摩擦阻力，從而進(jìn)一步減少船舶推進(jìn)所需的燃料。
[0012]圖1a和Ib分別示出圖1所述導(dǎo)流管的水平壁和側(cè)壁設(shè)置的翼型部分的剖面圖。
[0013]圖2示出從CFD研究中得出的巡航船舶船頭興波和摩擦矢量的說明性圖解。
[0014]圖2a示出船頭配備了本發(fā)明導(dǎo)流管且水平壁和側(cè)壁部分都有翼型部分時，船舶鼓包周圍的興波和摩擦矢量說明性圖解。
[0015]圖3是本發(fā)明中導(dǎo)流管實施例的圖解，其中的導(dǎo)流管側(cè)壁部分大致在垂直方向上延伸，達(dá)到從垂直方向測量高于或低于吃水線的特定高度，但是此處改進(jìn)的側(cè)壁部分沿著艏部縱剖線的方向，或高于上述特定高度的任何方向。
[0016]圖4說明了本發(fā)明導(dǎo)流管的一個實施例，其中水平壁部分和側(cè)壁部分都是彎曲的板材。
[0017]圖4a示出圖4中描述的本發(fā)明導(dǎo)流管實施例中采用的彎曲板材的各種配置。
[0018]圖5和5a分別是闡明本發(fā)明導(dǎo)流管實施例的透視圖和剖面圖，其中水平壁和側(cè)壁部分均為帶銳角配置的板材。
[0019]圖5b示出與水平壁部分相對應(yīng)的板材的銳角配置和與圖5、5a中描述的導(dǎo)流管側(cè)壁部分相對應(yīng)的板材。
[0020]圖6a示出本發(fā)明中提出的導(dǎo)流管實施例，其中選擇了水平壁部分與翼型部分的組合，以及側(cè)壁部分與銳角配置的組合。
[0021]圖6b示出本發(fā)明中提出的導(dǎo)流管實施例，其中選擇了水平壁部分與翼型部分的組合，以及側(cè)壁部分與彎曲板材部分的組合。
[0022]圖7示出壁部分具有銳角設(shè)置的導(dǎo)流管的說明性配置，其中采用了額外的板材部件封閉外側(cè)。
[0023]圖7a示出為封閉圖7所示壁部分具有銳角設(shè)置或者如圖4所示壁部分具有彎曲板材配置的導(dǎo)流管外側(cè)而改進(jìn)的板材部件的各種配置，此類板材封閉部件可能為線型、彎曲形或銳角形。
[0024]圖8示出水平壁部分和側(cè)壁部分長度相同的導(dǎo)流管。
[0025]圖8a示出圖8所示的剖面圖A-A'的備選配置。圖8b是圖8所示的剖面圖B-B'。
[0026]圖Sc和8d相應(yīng)示出側(cè)壁部分長于水平壁部分的導(dǎo)流管和側(cè)壁部分短于水平壁部分的導(dǎo)流管。[0027]圖9是本發(fā)明的說明性實施例，其中水平壁部分和側(cè)壁部分都配置了前緣和尾緣導(dǎo)流板延伸件。
[0028]圖9a示出圖9中的水平壁的說明性剖面圖，該水平壁嵌入了向前伸出和/或向后伸出的導(dǎo)流板延伸件。
[0029]圖9b說明性地示出代表各種翼型部分中弦線的線條。
[0030]圖10和IOa分別是本發(fā)明說明性實施例的透視圖和剖面圖，其中水平壁部分和側(cè)壁部分均配置了突出的肋拱，用于優(yōu)化層流。
[0031]圖11示出本發(fā)明的實施例，其中水平壁部分和側(cè)壁部分都配有供氣細(xì)管或供氣孔。
[0032]圖1la示出圖11中配備了供氣細(xì)管或供氣孔的導(dǎo)流管部分側(cè)壁的詳細(xì)說明?！揪唧w實施方式】
[0033]現(xiàn)在，我們將參考隨附的圖紙，描述本發(fā)明的說明性而非限制性實施例。
[0034]建議的水動力導(dǎo)流管可以產(chǎn)生減小船舶推進(jìn)過程中遇到的興波阻力和摩擦阻力的效果，為此，將導(dǎo)流管安裝在船頭的特定位置，以確保水平壁部分浸入海面以下的海水中。導(dǎo)流管由水平壁部分(I)和一對側(cè)壁部分(2，3 )組成，側(cè)壁部分(2，3 )連接至水平壁部分(I)且在船頭任一側(cè)向上延伸，并與船頭兩側(cè)維持固定的等距，為此，按照船頭兩側(cè)的彎曲配置，并與水平壁部分(I)和借助支柱連接的船頭表面部分共同形成導(dǎo)流管內(nèi)的水流通道，這與導(dǎo)流管外的水流完全分離開。
[0035]水平壁部分(I)的定位要使導(dǎo)流管實現(xiàn)最佳性能并進(jìn)行分流，以便影響船舶推進(jìn)過程中施加到船頭上的壓力區(qū)下方的朝向，如隨附的圖2所示，在圖2中，在水平壁的位置，大部分作用在船頭的興波和摩擦壓力應(yīng)用矢量包含在導(dǎo)流管內(nèi)。導(dǎo)流管的吃水深度定義為從吃水線到水平壁上表面最高點的距離，而且如上所述，水平壁部分位于作用在船頭的最大壓力區(qū)域下方，此區(qū)域在圖2中由高度H表示。同樣，如圖2a所示，在有鼓包的船頭，本發(fā)明導(dǎo)流管水平壁部分的放置位置再次使得作用到船頭的大部分興波和部分摩擦壓力應(yīng)用矢量包含在導(dǎo)流管內(nèi)，此位置位于沖擊鼓包的水流的停滯點偏下方，此停滯點位于船頭上，水流作用在船頭該點上的壓力最大且水流的速度為零。作用于鼓包的興波和摩擦力應(yīng)用矢量的圖表旁邊的水動力截面圖，直觀地顯示出導(dǎo)流管的側(cè)壁部分的配置，導(dǎo)流管在鼓包區(qū)設(shè)置了彎曲部分，之后為線型部分，線型部分向上抬高的同時以一定角度傾斜，傾斜角度與船頭兩側(cè)角度相對應(yīng)。
[0036]上述提及的導(dǎo)流管內(nèi)水流特征與導(dǎo)流管外水流特征之間的差異將使船舶的巡航特征有所改善，這些改善已經(jīng)在上文中定義，其中包含興波阻力和摩擦阻力的減小，以及隨之帶來的船舶推進(jìn)所用燃料的節(jié)約效益，因而有明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢。
[0037]在船頭上施加壓力的區(qū)域用圖2中的高度H表示，在該區(qū)域下方安裝導(dǎo)流管的水平壁部分，水流在該區(qū)域中產(chǎn)生興波阻力(Cw)和摩擦阻力(Cf)，并且該區(qū)域還包含作用在船身上僅產(chǎn)生摩擦作用的部分水流(Cf)。因此，本發(fā)明的導(dǎo)流管改進(jìn)了興波系數(shù)(Cw)以及摩擦系數(shù)(Cf)。上述改進(jìn)在船模試驗池中經(jīng)測試得到驗證(水池拖曳試驗)，測試采用傳統(tǒng)船頭配置的船模，其標(biāo)稱速度為-14-15海里/小時、18-20海里/小時和30海里/小時，以及具有鼓包的船模，其標(biāo)稱速度為14.5-15.5海里/小時。對于帶有鼓包的船模，水平壁部分的上表面安裝在距離局部零速度區(qū)域下方大約I米處，即鼓包上的水流速度為零的停滯點。假設(shè)以平靜海面下的吃水線為參考，該停滯點是位于船頭上的一點，且流速矢量在該點分為兩個矢量:一個是在船體上產(chǎn)生波浪和摩擦力的向上方向的流速矢量，另一個是只在船身上產(chǎn)生摩擦力的向下流速矢量。對于標(biāo)稱速度為30海里/小時的高速船模而言，測試中，導(dǎo)流管水平壁部分的上表面安裝在方向向上的興波矢量的下方(始終以龍骨為參考點)和與龍骨平行方向的矢量下方以及僅產(chǎn)生摩擦的部分向下矢量的下方，以獲得導(dǎo)流管的最佳性能。因此，導(dǎo)流管內(nèi)部包含同時產(chǎn)生興波和摩擦的水流，以及專門作用在船身上的摩擦水流。一般來說，此處提及的船頭導(dǎo)流管可根據(jù)船速向前或向后移動，以便獲得最佳效果。
[0038]對于傳統(tǒng)配置的船頭，為獲得積極效果，導(dǎo)流管的長度由全部或部分覆蓋受壓船頭的表面積決定。表2-4中列出了具有傳統(tǒng)船頭配置的船模的說明性結(jié)果。同樣，對于帶有鼓包且鼓包向上延伸至吃水線或吃水線附近的船舶類型而言，如果正面壓力和側(cè)背壓力對節(jié)能有幫助，導(dǎo)流管也將覆蓋這些區(qū)域。表I中的試驗測試結(jié)果可以清楚地說明這一點?？赏ㄟ^CFD (計算流體動力學(xué))研究確定上述正面壓力和側(cè)背壓力區(qū)域，隨后在船模水池測試中驗證此類研究得出的數(shù)據(jù)。
[0039]如圖1所示，導(dǎo)流管的水平壁部分(I)有一個如圖1a所示特定幾何形狀的剖面(a)，剖面(a)沿水流方向的長度為al，厚度為at ；同時側(cè)壁部分(2，3)的剖面(b)具有如圖1b所示的特定幾何形狀。剖面(b)沿水流方向的長度為bl，厚度為bt。長度和厚度的尺寸隨著壁部分不同的配置而變化。簡明地說，無論剖面(a)和剖面(b)的翼型部分是否相同，剖面(a)和剖面(b)都屬于翼型部分，這取決于壁體部分要求的升力系數(shù)，以及選擇翼型部分的主要參數(shù)一船速和船頭的幾何形狀。
[0040]水平壁部分(I)沿著艏部縱剖線兩側(cè)延伸，具有導(dǎo)管內(nèi)上表面(10)和導(dǎo)管外下表面(11)，而與水平壁(I)連接的側(cè)壁部分(2，3)分別具有導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)和導(dǎo)流管外表面(21，31)。水平壁(I)的剖面(a)和側(cè)壁(2，3)的剖面(b)經(jīng)過設(shè)置，其前緣(Ia)和(2a，3a)位于導(dǎo)流管輸入水流的前端相應(yīng)位置，它們的尾緣(Ib)和(2b，3b)分別位于導(dǎo)流管輸出水流的后端。
[0041]此處將側(cè)壁(2，3)距船頭兩側(cè)的距離定義為尾緣(2b，3b)距船頭兩側(cè)的距離，該距離決定與水流進(jìn)入導(dǎo)流管的攻角有關(guān)的側(cè)壁部分的位置。側(cè)壁(2，3)距船頭側(cè)邊的距離可能因船速、船頭幾何形狀和側(cè)壁類型的不同而有所差異，該值的范圍從0.30至10.00米不等。
[0042]水平壁(I)可與平靜海面下的吃水線平行或相對于吃水線傾斜一定角度，在這里水平壁(I)的攻角隨著船速和所使用的翼型部分的類型而變化；而側(cè)壁(2，3)的攻角隨著船速、船頭幾何形狀和在制成這些側(cè)壁部分所用翼型部分的類型而變化。
[0043]如上所述，側(cè)壁在龍骨至甲板的方向上具有船頭的幾何形狀，并始終與船頭兩側(cè)保持平行，與兩側(cè)保持恒定的距離。此處，側(cè)壁與吃水線成任意適當(dāng)角度延伸，由于船體周圍的水流與吃水線平行，因此側(cè)壁與吃水線最好保持平行，以便在上下顛簸的巡航中使壁部分達(dá)到設(shè)計的最佳效率，具有最低限度的幾何偏差，從而具有持續(xù)穩(wěn)定的性能，側(cè)壁的前緣(2a，3a)沿艏部縱剖線傾斜，其中艏部縱剖線可能與吃水線垂直或成任意角度與吃水線斜交。
[0044]據(jù)圖3所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，導(dǎo)流管的側(cè)壁(2，3)通?？v向延伸至與吃水線垂直方向上測量的某一高度或在吃水線之上或之下延伸，側(cè)壁經(jīng)過調(diào)節(jié)沿艏部縱剖線方向傾斜或在上述某一高度之上任意傾斜。
[0045]側(cè)壁(2，3)的剖面以及水平壁(I)的剖面可保持不變，以便在整個壁長或部分壁長中保持相同的幾何形狀，或沿壁長發(fā)生更改。
[0046]據(jù)本發(fā)明優(yōu)選說明性實施例，水平壁(I)的剖面(a)的特定幾何配置和/或側(cè)壁
(2,3)的剖面(b)的特定幾何配置屬于經(jīng)過設(shè)置的翼型部分，其前緣(Ia)和(2a，3a)位于導(dǎo)流管入口處前端且尾緣(Ib )和(2b，3b )分別位于導(dǎo)流管出口處后端。
[0047]本發(fā)明導(dǎo)流管的一個具體特征是，具有特定幾何形狀剖面(a)的水平壁(I)與沖擊導(dǎo)流管內(nèi)部上表面(10)的水流的每個適當(dāng)選擇的攻角相對應(yīng)的低壓中心(Ic)位于產(chǎn)生第一個船頭波的區(qū)域，即位于艏部縱剖線上或稍微向前偏移艏部縱剖線。另一方面，在具有特定幾何形狀剖面(b)的側(cè)壁(2，3)和水平壁(I)的連接區(qū)域，與沖擊導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)的水流的每個適當(dāng)選擇的攻角相對應(yīng)的側(cè)壁(2，3)的低壓中心(2c，3c)位于水平壁(I)的低壓中心(Ic)與水平壁(I)的前緣(Ia)之間的所選位置，甚至向前伸出該前緣(la)，此時側(cè)壁(2，3)務(wù)必在所有情況下均保持適當(dāng)?shù)拈L度，以便使側(cè)壁(2，3)的尾緣(2b，3b)與水平壁(I)的尾緣(Ib)耦合。
[0048]在說明性圖1所示的本發(fā)明實施例中，水平壁(I)和側(cè)壁(2，3)均具有翼型部分。水平壁(I)的翼型部分(a)和/或側(cè)壁(2，3)的翼型部分(b)分別構(gòu)成具有凸面配置的導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)和/或?qū)Я鞴軆?nèi)表面(20，30)、水平壁(I)的導(dǎo)流管外表面(11)和/或側(cè)壁(2，3)的導(dǎo)流管外表面(21，31)，這些翼型部分可能配置為平面或內(nèi)部空心，或部分平坦表面且部分空心。這里必須注意，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的有利實施例，水平壁(I)的尾緣(Ib)向下方傾斜，這種配置有利于興波的下降，而側(cè)壁(2，3)的尾緣(2b，3b)具有向外傾斜的斜面，從而有利于降低流出導(dǎo)流管的水流對船頭防護(hù)的沖擊。
[0049]據(jù)本發(fā)明另一個實施例，水平壁(I)的剖面(a)的特定幾何配置和/或側(cè)壁(2，3)的剖面(b)的特定幾何配置分別是曲面板(I')和(2'，3')，以便水平壁(I)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)或側(cè)壁(2，3)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)分別與曲面板(I')和(2'，3')的凸面對應(yīng)，水平壁(I)的導(dǎo)流管外表面(11)或側(cè)壁(2，3)的導(dǎo)流管外表面(21，31)分別與曲面板(I')和(2'，3')的空心側(cè)對應(yīng)。
[0050]圖4示意性地介紹了本發(fā)明導(dǎo)流管的一個實施例，該實施例中的水平壁和側(cè)壁都是曲面板，如圖4a所示，這些曲面板可具有不同的可選配置。在本示例中，具有特定幾何形狀剖面(a)的水平壁(I)與沖擊導(dǎo)流管內(nèi)上表面(10)的每個適當(dāng)選擇的水流攻角相對應(yīng)的低壓中心(Ic)和/或在具有特定幾何形狀剖面(b)的側(cè)壁(2，3)和水平壁(I)的連接處、與沖擊導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)的每個適當(dāng)選擇的水流攻角相對應(yīng)的側(cè)壁(2，3)的低壓中心(2c，3c)分別設(shè)定在曲面板(I')和曲面板(2'，3')的最大凸率區(qū)域附近。
[0051]據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，水平壁(I)的剖面(a)的特定幾何配置和/或側(cè)壁(2，3)的剖面(b)的幾何配置分別是具有銳角剖面(I")和(2〃，3")的板材，該板材由一對臂(10&，1013)和(20&，2013)，(30&，3013)構(gòu)成，分別在水平壁(1")頂部(10")和側(cè)壁(2〃，3")頂部(20" )、(30")的每一側(cè)延伸。這些頂部分別是各自銳角配置的頂部。圖5說明了本發(fā)明導(dǎo)流管的此類設(shè)置，其中水平壁和側(cè)壁均配置為銳角剖面，但此處的角度設(shè)置值有可能接近1800，使得這些銳角設(shè)置的板材最終可作為近似平坦的板子操作。[0052]在圖5所示剖面成角度的板材實施例中，上述水平壁(I")的臂(IOa)和側(cè)壁(2〃，3")的相應(yīng)臂(20a，30a)設(shè)置在水流進(jìn)入導(dǎo)流管的入口端，水平壁(I")的臂(IOb)和側(cè)壁(2〃，3")的相應(yīng)臂(20b，30b)設(shè)置在水流流出導(dǎo)流管的出口端，臂(10a，10b)、(20a，20b)、(30a，30b)分別在各自的支承點形成頂部(10〃 ,20" ,30")，形成導(dǎo)流管內(nèi)大于1800的角和導(dǎo)流管外小于1800的角；具有特定幾何形狀剖面(a)的水平壁(I")與沖擊導(dǎo)流管內(nèi)表面(10 ")的每個適當(dāng)選擇的水流攻角相對應(yīng)的低壓中心(lc)，和/或具有特定幾何形狀剖面(b)的側(cè)壁(2〃，3")與沖擊導(dǎo)流管內(nèi)表面(20"，30")的每個適當(dāng)選擇的水流攻角相對應(yīng)的低壓中心(2c，3c)分別設(shè)置在銳角板(I")和(2〃，3")的銳角配置頂部(10")和(20"，30")附近的所選位置
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，上述布置在銳角板(I")導(dǎo)流管的水流入口端的導(dǎo)流管臂(IOa)和布置在導(dǎo)流管水流出口處的導(dǎo)流管臂(IOb)為平面板或具有小凸面的板材。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的另一個可選實施例，布置在銳角板(I")導(dǎo)流管水流入口處的導(dǎo)流管臂(IOa)為平面板或具有小凸面的板材，布置在導(dǎo)流管水流出口處的導(dǎo)流管臂(IOb)為翼型部分；或者布置在銳角板(I ")導(dǎo)流管水流入口處的導(dǎo)流管臂(IOa)為翼型部分并且布置在導(dǎo)流管水流出口處的導(dǎo)流管臂(IOb)為平面板或具有小凸面的板材。
[0055]上述具有銳角板配置的壁體的所有示例中，銳角板(I")和(2〃，3")的銳角頂部(10")和(20"，30")可分別具有短直線部分和/或具有凸形結(jié)構(gòu)的圓頂部分的形狀?？稍趫D7a中查看此類頂部可選形狀的示意圖。
[0056]無論選擇使用曲面板或是銳角板，無論是水平壁(I)的曲面板0- )或是銳角板(I")的特定幾何形狀配置，或是側(cè)壁部分(2，3)的曲面板(2'，3')或銳角板(2〃，3")的特定幾何形狀配置，導(dǎo)流管外部的板材一側(cè)均可成開口狀態(tài)，從而在使用曲面板的情況下形成一個空心剖面，或在使用銳角板的情況下形成相應(yīng)的空腔。另外，可以使用從前緣延伸至尾緣的平板(4 0 )進(jìn)行封閉，如圖7所示。
[0057]在封閉的壁體示例中，用于封閉導(dǎo)流管外特定幾何形狀的水平壁(I)的曲面板(1；)或銳角板(I")板材一側(cè)開口，和/或封閉導(dǎo)流管外特定幾何形狀的側(cè)壁(2，3)的曲面板(2'，3')或銳角板(2〃，3'，)板材一側(cè)開口時，可能會選用平面板(40a)或曲面板(40b)或銳角板(40c)或上述組合，如圖7a所示，其中，平面或圓形頂部的標(biāo)準(zhǔn)化形式也已示出。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選示意性實施例，本發(fā)明建議的導(dǎo)流管在實施過程中采用具有翼型部分的水平壁部分(I)和具有銳角剖面(圖6a)的側(cè)壁部分(2"，3")或具有曲面板剖面(圖6b)的側(cè)壁部分(2'，3')的組合。在構(gòu)造導(dǎo)流管的水平壁部分和側(cè)壁部分的過程中，非常有可能選擇使用多種不同的組合，務(wù)必在考慮船舶的航速和船頭幾何形狀的前提下，對水平壁部分(I)和側(cè)壁部分(2，3)的升力系數(shù)與阻力系數(shù)的比率(CL/CD)，以及水平壁部分(I)的升力系數(shù)CLl與側(cè)壁部分(2，3)的升力系數(shù)CL2，3的比率(CL1/CL2，3)進(jìn)行優(yōu)化。
[0059]在水平壁和側(cè)壁部分的任一可選配置組合示例中，通過實驗方式針對不同攻角定位的船模進(jìn)行拖曳測量，針對每種特定的船身和船速設(shè)計，確定水平壁(I)和側(cè)壁部分(2，3)各自的適當(dāng)攻角，從而獲得最佳性能。
[0060]根據(jù)建議的水動力導(dǎo)流管的實施例，水流方向的水平壁(I)的剖面(a)的長度(al)與側(cè)壁部分(2，3)的剖面(b)的長度(bl)相同(圖8)，導(dǎo)流管經(jīng)過設(shè)置，使水平壁(I)的低壓中心(Ic)可置于側(cè)壁(2，3)的低壓中心(2c，3c)的附近區(qū)域。應(yīng)注意的是，低壓中心(3c)始終位于低壓中心(Ic)的前方。倘若水平壁和側(cè)壁部分的長度不同，水平壁短于側(cè)壁部分的長度(圖8c)或側(cè)壁部分短于水平壁的長度(圖8d)時，可在相對較短的壁部前緣前端或在尾緣后端使用延伸件，以使導(dǎo)流管的壁部長度相同，但須始終遵守側(cè)壁部(2，3)的低壓中心(2c，3c)位于低壓中心(Ic)前方并達(dá)到水平壁(I)的前緣(Ia)或略微超過前緣(Ia)的要求。
[0061 ] 必須注意的是，從船頭到船尾方向的水平壁(I)在安裝時，必須將壁部(I)的低壓中心Clp置于第一次船艏波產(chǎn)生的區(qū)域。還要注意的是，在低壓中心的位置，水流因低壓而達(dá)到最大速度且超過了船速。因此，第一次船艏波受較高的流速影響而使波面下降，船舶周圍的水流狀況得到改善。
[0062]需要注意的是，上述導(dǎo)流管性能優(yōu)化的條件，即將側(cè)壁部(2，3)的低壓中心(2c，3c)設(shè)置在側(cè)壁部分(2，3)和水平壁部分(I)的連接區(qū)域，位于低壓中心(Ic)和水平壁部分(I)的前緣(Ia)之間的最佳選定位置，甚至從水平壁部分(I)的前緣(Ia)向前伸出，這一條件為必要條件，原因是側(cè)壁部分低壓中心的位置可以使側(cè)壁部分有助于提高進(jìn)入導(dǎo)流管的水流流速，并因此增強(qiáng)水平壁部分(I)使得興波降落的功能。在此條件下，水平壁的低壓中心位于第一次船艏波產(chǎn)生的區(qū)域。否則，假如側(cè)壁部分的低壓中心(2c，3c)位于水平壁部分(I)的低壓中心(Ic)的后方，則側(cè)壁部分無法有助于提高第一次產(chǎn)生船艏波的位置附近的低壓中心(Ic)區(qū)域的水流流速；這樣的話，側(cè)壁部分不僅不能對船頭波的提速產(chǎn)生積極作用，而且還可能造成損失。
[0063]在標(biāo)稱船速為30海里/小時的實驗安排中，船頭采用傳統(tǒng)的垂直配置，弗勞德數(shù)(Fn)=0.44 (弗勞德數(shù)(Fn)值相對較大時，鼓包無法有效發(fā)揮作用，然而本發(fā)明的導(dǎo)流管可對此進(jìn)行改善)，在安裝水平壁的翼型部分時，其低壓中心Clp向前偏移并與弦線長度10%處的艏部縱剖線保持一定距離(表4);這是必要的，因為與試驗中較低速度時的相同翼型部分相比，實施例中的速度較大，在產(chǎn)生第一次船頭波時會發(fā)生位移。但是，簡明地說，對于翼型部分NACA4412，盡管對于較低船速和船頭具有不同幾何形狀的情況下，普遍建議船頭與翼型部分的連接點位于翼型低壓中心Clp的附近，但若在上述船速下，船舶翼型的前緣應(yīng)處于有利位置，使壁部50%的長度(翼型弦線的長度)向船頭前方延伸。這是由于速度提高，第一次船頭波向前發(fā)生位移，因此翼型部分的低壓中心也相應(yīng)產(chǎn)生位移。
[0064]對于船舶鼓包幾乎延伸至吃水線且船舶速度達(dá)到14.5至15.5海里/小時的情況(表I )，水平壁的翼型部分的Clp再次靠近具有鼓包的船頭區(qū)域，使前緣從與鼓包的鄰接點向前延伸弦線長度的30%，預(yù)計第一次船頭波產(chǎn)生的區(qū)域位置的距離與此相同。同樣，表3中列出了具有傳統(tǒng)船頭配置的集裝箱船的實驗數(shù)據(jù)，水平壁的低壓中心再次位于船頭附近并且翼型部分的前緣位于導(dǎo)流管與船頭的鄰接點前方弦線長度的40%處。由于船速提高至20海里/小時，普遍認(rèn)為在距艏部縱剖線前方產(chǎn)生首次船頭波，但由于攻角增大(50)，水平壁低壓中心向前產(chǎn)生位移，因此所選翼型部分(Wortman FX72-MS-150B)的低壓中心將位于通常建議位置的前方；倘若攻角為零，低壓中心位于弦線長度大約40%的區(qū)域。按此推理，向前移位的第一次船頭波可能會和向前移位的水平壁(I)的低壓中心重合。因此請注意，配有Wortman FX72-MS-150B型號的翼型部分的水平壁的升力系數(shù)至少比側(cè)壁的升力系數(shù)高50%，在一系列具體試驗中，已選用NACA4412類型的翼型部分對此進(jìn)行驗證。因此，CLl/CL2，3的比率大于或等于1.50。因此，考慮到產(chǎn)生第一次船頭波的位置受到船速和船頭幾何形狀的影響，可通過CFD研究的充分逼近方法確定向下和向上矢量的位置，從而在安裝導(dǎo)流管時確定水平壁部分的位置。如上所述，導(dǎo)流管水平壁的位置應(yīng)在矢量下方，其朝向與吃水線平行，也同樣包含向下傾斜的部分矢量。按照上文列出的位置參數(shù)所設(shè)置的導(dǎo)流管，能夠有利于減小興波阻力，并在一定程度上減小摩擦阻力，即該導(dǎo)流管能夠改善Cw和Cf的比率。
[0065]另外，如果水流方向上的水平壁(I)的剖面(a)的長度(al)小于側(cè)壁部分(2，3)的剖面(b)的長度(bl )，則導(dǎo)流管經(jīng)過設(shè)置，以使在水平壁(I)和側(cè)壁部分(2，3)的連接區(qū)域內(nèi)，水平壁(I)的前緣(Ia)位于側(cè)壁部(2，3)的低壓中心區(qū)域(2c，3c)，或者是側(cè)壁部分低壓中心的后方(圖Sc)。如果水平壁和側(cè)壁部分的長度不相等，為確保導(dǎo)流管內(nèi)的水流相對于導(dǎo)流管外的水流能夠達(dá)到所需的分流條件，使水平壁尾緣與側(cè)壁部分的尾緣相耦合是一種可取的做法，可通過增加使用船頭和/或船尾導(dǎo)流板延伸件來實現(xiàn)。
[0066]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例，如圖9所示，建議的水動力導(dǎo)流管按此設(shè)計，使水平壁
(I)的剖面(a)包含一個向前突出的導(dǎo)流板延伸件(ld)，和/或包含一個向后伸出的導(dǎo)流板延伸件(le)，且/或側(cè)壁部分(2，3)的剖面(b)包含向前伸出的導(dǎo)流板延伸件(2d，3d)和/或向后伸出的導(dǎo)流板延伸件(2e，3e)。圖9a是包含向前伸出的導(dǎo)流板延伸件(Id)和/或向后伸出的導(dǎo)流板延伸件(Ie)的側(cè)壁部分(I)的各種剖面圖。
[0067]上述水平壁部分(I)的剖面(a)向前和/或向后伸出的導(dǎo)流板延伸件(ld，le)和/或側(cè)壁部分(2，3)的剖面(b)向前和/或向后伸出的導(dǎo)流板延伸件(2d-3d，2e-3e)是平面板或彎曲板，其設(shè)置方向與弦線方向相同，即連接水平壁部分(I)的前緣和尾緣并且相應(yīng)連接側(cè)壁部分(2，3)的前緣和尾緣的直線部分(50)方向，或相對于直線部分(50)有一定斜度的方向。代表弦線的直線部分(50)顯示在圖9b說明性的翼型部分。水平壁部分(I)的(a)部分向后伸出的導(dǎo)流板延伸件(Ie)最好設(shè)置一個方向朝下的凸起，和/或側(cè)壁部分(2，3)的(b)部分向后伸出的導(dǎo)流板延伸件(2e_3e)最好相應(yīng)設(shè)置一個朝外的凸起，其范圍一方面就水平壁部分(I)而言有利于興波落下，另一方面就側(cè)壁部分(2，3)而言減小退出導(dǎo)流管的水流對船頭防護(hù)(船頭兩側(cè))的影響，但前提是這些凸起的配置適當(dāng)，以防止出現(xiàn)船壁阻力系數(shù)增大的可能性。上述向前和向后伸出的導(dǎo)流板延伸件可與壁部分的弦線對齊固定，或與弦線形成一定的角度。這些延伸件也可以制成活動模式，最好伸入并嵌進(jìn)船壁，并部分或全部向船壁前端或后端伸出。而且，這些向前和向后伸出的導(dǎo)流板延伸件的傾斜角度可以通過【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的適當(dāng)機(jī)制進(jìn)行改變。
[0068]構(gòu)成本發(fā)明導(dǎo)流管的船壁設(shè)計的另一大重要特征是，所設(shè)計的水平壁部分(I)的Ca)部分的升力系數(shù)CLl在任何情況下都滿足以下條件:等于或大于導(dǎo)流管設(shè)計的側(cè)壁部分(2，3)的(b)部分的升力系數(shù)CL2，3，其中此類側(cè)壁部分(2，3)可與水平壁部分(I)的類型相同或者不同。對于船只不同的額定巡航速度和船只相應(yīng)承受的不同強(qiáng)度的波浪，對導(dǎo)流管進(jìn)行設(shè)計，以使設(shè)計達(dá)到具體額定速度的特定船身的CL1/CL2，3的比率隨著船只巡航速度的提高而增大，興波也能因此相應(yīng)增強(qiáng)。
[0069]在水平壁部分(I)和側(cè)壁部分(2，3)的連接部位，沿垂直于吃水線平面延伸的橫向?qū)Я鞴懿糠炙镜膶?dǎo)流管形狀可以設(shè)置為矩形，其朝向垂直于水平壁部分(I)或可能為“U”形，也就是說通過彎曲部分將水平壁部分(I)連接到側(cè)壁部分(2，3)。這些彎曲部分可具有水平壁部分(I)或側(cè)壁部分(2，3)的翼型部分形狀，或者30水平壁部分(I)的翼型部分逐漸聚合到側(cè)壁部分(2，3)的翼型部分中，或者彎曲部分的形狀和水平壁部分以及側(cè)壁部分的翼型部分的形狀都不相同，再或者這些彎曲部分的形狀設(shè)置為曲面板，經(jīng)過適當(dāng)配置與相鄰船壁進(jìn)行連接。
[0070]側(cè)壁部分可根據(jù)船艏外張程度在垂直方向上更改從某個水平段到另一個水平段的傾斜角度(扭轉(zhuǎn)角度)，同時又能保持船尾緣和船艏兩側(cè)之間的固定距離。將船尾緣保持在固定位置且適當(dāng)移動前緣的同時，也可以執(zhí)行這一步驟。
[0071]此外，水平壁部分(I)和側(cè)壁部分(2，3)都可以改變它們的幾何形狀，也就是說，水平壁部分的翼型部分沿著船舶對稱線，即中心線的兩側(cè)逐漸對稱改變。側(cè)壁部分(2，3)的翼型部分可沿其長度方向逐漸縱向變更。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明中的船頭水動力導(dǎo)流管包括控制和調(diào)節(jié)水平壁部分(I)或側(cè)壁部分(2，3 )或兩部分的攻角，此類控制和調(diào)節(jié)攻角的方式根據(jù)船頭輪廓的幾何形狀和船舶的速度對攻角進(jìn)行調(diào)節(jié)?？衫猛ǔＲ阎臋C(jī)械或液壓機(jī)制或其他方法實現(xiàn)對攻角的此類控制和調(diào)節(jié)。
[0073]將前緣(Ia)保持在固定位置，由此帶動尾緣(Ib)位移，來調(diào)節(jié)水平壁部分(I)的攻角，其特征在于，隨著尾緣向上和向下移動，分別形成負(fù)傾角和正傾角。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，水平壁部分(I)尾緣(Ib)的傾斜角度限定在-100到+200之間，傾斜度00與連接前緣和尾緣直線部分(50)的位置相對應(yīng)，也就是說弦線沿著與船舶的龍骨或負(fù)載吃水線平行的方向延伸。
[0074]將船舶尾緣(2b，3b)保持在固定位置的同時，通過傾斜前緣(2a，3a)來調(diào)節(jié)側(cè)壁部分(2，3)的攻角，而尾緣用于界定側(cè)壁部分(2，3)和船頭兩側(cè)的距離。負(fù)傾角定義為前緣(2a，3a)向外移動，即朝著遠(yuǎn)離船頭兩側(cè)的方向移動，而正傾角則定義為前緣(2a，3a)向內(nèi)移動，即靠近船頭兩側(cè)的方向移動。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，側(cè)壁部分(2，3)前緣(2a，3a)的傾斜角度相應(yīng)地界定在-400到+400之間，00對應(yīng)連接前緣和尾緣的直線部分(50)的位置，也就是說，弦線沿著與船頭平行的方向延伸。
[0075]本發(fā)明導(dǎo)流管具有的一個特征是，側(cè)壁部分(2，3)在龍骨至甲板的方向保持船頭的幾何形狀，同時又維持了到船頭兩側(cè)的恒定距離。尤其是在船壁部分(2，3)的翼型部分的朝向與船舶滿載時的吃水線平行，且穿過前緣(2a，3a)連續(xù)位置的假想線在與船頭線平行的方向延伸，此定位為統(tǒng)一管理船頭兩側(cè)的水流提供了最佳水動力條件。
[0076]側(cè)壁部分(2，3)到船頭兩側(cè)的距離，定義為側(cè)壁部分尾緣與船頭正對一側(cè)的距離，保持為固定值，因為側(cè)壁部分(2，3)具有與船頭彎曲面適當(dāng)對應(yīng)的曲面。上文所定義的側(cè)壁部分(2，3)與船頭兩側(cè)之間距離的特定值由船頭的幾何形狀、側(cè)壁部分的特征和長度以及船舶的額定航速決定。一般來講，側(cè)壁部分(2，3)與船頭兩側(cè)之間的距離在0.30米到10.00米之間。
[0077]水動力導(dǎo)流管安裝在船頭，使水平壁部分(I)的(a)部分的低壓中心(Ic)位于首次生成船艏波的區(qū)域。因此，水平壁部分(I)的(a)部分的低壓中心(lc)，位置范圍在首次生成船艏波的區(qū)域內(nèi)，可設(shè)置在艏部縱剖線或距艏部縱剖線一定距離，這一距離取決于船頭的幾何形狀和船舶的額定航速，其特征在于，介于連接(a)部分的前緣和尾緣的直線部分
(50)長度，即艏部縱剖線向后的弦線長度的10%至艏部縱剖線向前直線部分(50)長度的50%之間。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如圖10中的說明性介紹，水平壁部分(I)導(dǎo)流管內(nèi)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)和/或側(cè)壁部分(2，3)導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)設(shè)置了突出的肋拱(5)，同樣的側(cè)壁部分(I)和/或(2，3)的導(dǎo)流管外表面(11)和導(dǎo)流管外表面(21，31)設(shè)置了突出的肋拱(6)，此類突出的肋拱(5)和/或(6)旨在優(yōu)化分別與導(dǎo)流管內(nèi)表面和外表面接觸的水流的層流特征。根據(jù)本發(fā)明另一個用于優(yōu)化層流特征的優(yōu)選改進(jìn)實施例，如圖11所示，水平壁部分(I)和/或側(cè)壁部分(2，3)分別設(shè)置了一系列適當(dāng)布置的孔(7)和(8)，其特征在于，通過這些孔供給空氣，從而在水平壁部分(I)和/或側(cè)壁部分(2，3)的導(dǎo)流管內(nèi)表面和外表面上形成空氣分界層。根據(jù)優(yōu)選的實施例，水平壁部分和側(cè)壁部分的空氣將提供給前緣部分，因此形成的空氣分界層可根據(jù)需要覆蓋船壁部分的內(nèi)表面或外表面或同時覆蓋。在此需要指出的是，可將空氣分配細(xì)管連接在船壁(I)和/或(2，3)的適當(dāng)位置，以替代上述供氣孔(7)和/或(8)，連接時應(yīng)格外小心，不可影響船壁部分的水動力特征。
[0079]在此隨附了四張連續(xù)的表格，舉例說明了不同類型的船舶(游艇、集裝箱船、散貨船和護(hù)衛(wèi)艦)所執(zhí)行的測試，這些船舶均在船頭部分適當(dāng)安裝了本發(fā)明中的水動力導(dǎo)流管。通過采用本發(fā)明的導(dǎo)流管明顯切實提高了船舶的馬力并改善了所有這些類型船舶的燃料要求，這些改善體現(xiàn)為，與不使用本發(fā)明導(dǎo)流管相比，在牽引相同型號、相同速度的船舶時，船舶承受的阻力大幅減小。因此，顯而易見的是，通過安裝本發(fā)明的導(dǎo)流管所實現(xiàn)的牽引阻力測量值減小或等效的推進(jìn)馬力減小，最終都有利于馬力的減小并降低了燃料消耗。
[0080]在此指出，在游艇類型的船舶中(結(jié)果見表2)，測試所用船舶為自航船舶。
[0081]
【權(quán)利要求】
1.安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管，其位置使其在任何情況下都可浸在海平面以下的水中，上述導(dǎo)流管可使船舶在推進(jìn)過程中降低興波和摩擦阻力造成的影響，導(dǎo)流管包括一個水平壁部分(I)具有一個特定幾何形狀的截面(a)，擁有沿著水流方向的長度(al)和一個厚度(at)，上述水平壁部分(I)沿著船頭縱剖線各側(cè)延伸，且在導(dǎo)流管內(nèi)有內(nèi)表面(10)，在導(dǎo)流管外有外表面(11)，以及特定幾何形狀截面(b )的一對側(cè)壁部分(2，3 )，且擁有沿水流方向的一個長度(bl)和一個厚度(bt)，上述側(cè)壁部分(2，3)被連接至上述水平壁部分(I)并沿著船頭的各側(cè)向上延伸，因而與上述水平壁部分(I)及艏部各側(cè)的表面組合在一起，直至通過支柱(4)相連的導(dǎo)流管內(nèi)的區(qū)域，其中水流明顯不同于導(dǎo)流管外的水流，這些差異使得船舶的巡航特性得以改善，上述側(cè)壁部分(2，3)擁有導(dǎo)流管內(nèi)的內(nèi)表面(20，30)和導(dǎo)流管外的外表面(21，31 )，其中水動力導(dǎo)流管的特征在于上述水平壁部分(I)的截面(a)和上述側(cè)壁部分(2，3)的截面(b)均按照其前緣(Ia)和(2a、3a)分別位于導(dǎo)流管進(jìn)水口的前端而其尾緣(Ib)和(2b、3b)分別位于導(dǎo)流管出水口的后端排列，其中低壓中心的(Ic)位置，位于沿水平壁部分(I)截面(a)的內(nèi)表面(10)，選擇為與上述水平壁部分(I)攻角一致的適當(dāng)位置，以位于第一個艏波產(chǎn)生的區(qū)域，并沿著船頭縱剖線或略微向前，其中低壓中心(2c、3c)的位置，位于與側(cè)壁部分(2，3)及水平壁部分(I)相連接的區(qū)域中側(cè)壁部分(2，3)截面(b)的內(nèi)表面(20、30)，選擇為與上述側(cè)壁部分(2，3)攻角相一致的適當(dāng)位置，以位于低壓中心(Ic)和水平壁部分(I)前緣(Ia)或向前超出前緣(Ia)之間的選定位置，其中側(cè)壁部分(2，3 )長度適中，以便尾緣(2b、3b )與水平壁部分(I)的尾緣(Ib )保持一致。
2.按照上述權(quán)利要求1所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，水平壁部(I)截面(a)的特定幾何形狀和/或側(cè)壁部分(2，3)截面的特定幾何形狀是翼型部分，且按照前緣(Ia)和(2a，3a)排列，從而使前端的水流進(jìn)入導(dǎo)流管和尾緣(Ib)及(2b，3b)，后端的水流流出導(dǎo)流管。
3.按照上述權(quán)利要求2所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于:水平壁部分(O的翼型部分(a)和/或 側(cè)壁部分(2，3)的翼型部分(b)由一個凸面導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)及各在一側(cè)的(20，30)和水平壁部分(I)的外表面(11)以及側(cè)壁部分的(21，31)組成，其中翼型部分平坦或內(nèi)部空心，或者為部分平坦和部分空心的表面結(jié)合而成。
4.按照上述權(quán)利要求1所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，水平壁部分(I)截面(a)的特定幾何形狀和/或側(cè)壁部分(2，3)截面(b)的特定幾何形狀分別為曲面板0- )和曲面板(2'，3')，對上述曲面板0- )和曲面板(2'，3')進(jìn)行排列，以便水平壁部分(I)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)或側(cè)壁部分(2，3)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)分別與曲面板(I')和曲面板(2'，3')的凸面相對應(yīng)，且水平壁部分(I)的導(dǎo)流管外表面(11)或側(cè)壁部分(2，3)的導(dǎo)流管外表面(21;31)分別與曲面板(I')和曲面板(2'，3')的凹面相對應(yīng)，其中選擇適當(dāng)?shù)牡蛪褐行?Ic)位置，使其與水平壁部分承受的攻角相一致，并位于沿水平壁部(I)截面(a)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)，和/或選擇適當(dāng)?shù)牡蛪褐行?2c，3c)位置，使其與側(cè)壁部分(2，3)承受的攻角相一致，并位于沿側(cè)壁部分(2，3)截面(b)的導(dǎo)流管內(nèi)表面將低壓中心布置在曲面板(I')和/或曲面板(2'，3')最大凸度區(qū)域的附近。
5.按照上述權(quán)利要求1所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，水平壁部分(I)截面(a)的特定幾何形狀和/或側(cè)壁部分(2，3)截面(b)的特定幾何形狀分別為帶有兩條臂(10a，10b)、(20a，20b)和(30a，30b)的銳角板(I")和(2"，3")，這些臂分別沿著水平壁部分(I)頂部(10〃)的各側(cè)和側(cè)壁部分(2，3)頂部(20〃)、(30")的各側(cè)延伸，上述臂(IOa)和相對應(yīng)的臂(20a，30a)放置在水流進(jìn)入導(dǎo)流管的一端，上述臂(IOb)和相對應(yīng)的臂(20b，30b)放置在水流流出導(dǎo)流管的一端，上述臂(10a, 10b)、(20a, 20b)、(30a, 30b)在相對應(yīng)的頂部(10"，20"，30")形成導(dǎo)流管內(nèi)大于1800的角度和導(dǎo)流管外小于1800的角度，其中選擇適當(dāng)?shù)牡蛪褐行?Ic)位置，使其與水平壁部分(I)截面(a)的內(nèi)表面承受的攻角相一致，和/或選擇適當(dāng)?shù)牡蛪褐行?2c，3c)位置，使其與側(cè)壁部分(2，3)截面(b)的內(nèi)表面(20，30)承受的攻角相一致，將位置分別部署在上述銳角板(I")和(2〃，3")的頂部(10")和頂部(20"，30")的附近。
6.按照上述權(quán)利要求5所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，放置在導(dǎo)流管進(jìn)水口一側(cè)的上述銳角板(I")的上述臂(IOa)和放置在導(dǎo)流管出水口一側(cè)的上述銳角板(P ')的上述臂(IOb)均為平面板或微凸板。
7.按照上述權(quán)利要求5所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，放置在導(dǎo)流管進(jìn)水口一側(cè)的上述銳角板(I")的上述臂(IOa)是一個平面板或微凸板，同時，放置在導(dǎo)流管出水口一側(cè)的上述銳角板(I ")的臂(IOb)是一個帶有翼型部分的板，或放置在導(dǎo)流管進(jìn)水口一側(cè)的上述銳角板(I ")的上述臂(IOa)是一個帶有翼型部分的板；同時，放置在導(dǎo)流管出水口一側(cè)的上述銳角板(I")的上述臂(IOb)是一個平面板或微凸板。
8.按照上述權(quán)利要求5-7中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，上述銳角板(I")和(2〃，3")的頂部(10〃)和(20〃，30")分別采用具備特定彎曲配置的短尺和/或圓角的直線部分。
9.按照上述權(quán)利要求4-8中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，板(40)用于關(guān)閉曲面板(I')或水平壁部分(I)上述截面(a)的銳角板(I)的導(dǎo)流管外側(cè)，和/或曲面板(2'，3')或側(cè)壁部分(2，3)上述截面(b)的銳角板(2〃，3")的導(dǎo)流管外偵牝上述板(40)由曲面板(I')或水平壁部分(I)上述截面(a)的銳角板(I")的導(dǎo)流管外側(cè)，和/或曲面板(2'，3')或側(cè)壁部分(2，3)上述截面(b)的銳角板(2〃，3")的導(dǎo)流管外側(cè)的前緣向尾緣延伸。
10.按照上述權(quán)利要求9所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，板(40)可選擇為平面板(40a)或曲面板(40b)或銳角板(40c)或以上幾種板的組合，以適用于關(guān)閉曲面板(I')或水平壁部分(I)上述截面(a)的銳角板(I’ ’)的導(dǎo)流管外側(cè)，和/或曲面板(2’，3’ )或側(cè)壁部分(2，3)上述截面(b)的銳角板(2’ ’，3’ ’)的導(dǎo)流管外側(cè)。
11.按照權(quán)利要求ι-?ο中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，它的構(gòu)成包括:選定的水平壁部分(I)組合，由帶有翼型部分的板或曲面板(P )或銳角板(I")制成；選定的側(cè)壁部分(2，3)組合，由帶有翼型部分的板或曲面板(2'，3')或銳角板(2〃，3")制成；其中選定的組合滿足升力系數(shù)CL對升力系數(shù)⑶的比率CL/⑶最優(yōu)化的要求，上述CL/CD具有與水平壁部分(I)和側(cè)壁部分(2，3)，以及每個特定實施例中，水平壁部分(I)的升力系數(shù)CLl對側(cè)壁部分(2，3)的升力系數(shù)CL2，3的比率最優(yōu)化要求相關(guān)的盡可能高的數(shù)值，在所有情況下，上述比率CL1/CL2.3都>1.00并取決于船頭的幾何結(jié)構(gòu)，且每個選定的特定船頭也隨著船舶標(biāo)定巡航速度的增加越來越高。
12.按照上述權(quán)利要求1-11中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，沿水流方向的水平壁部分(I)截面(a)的長度(al)與側(cè)壁部分(2，3)截面(b)的長度(bl)—致，且在此部署導(dǎo)流管，以便位于側(cè)壁部分(2，3)與水平壁部分(I)相連接的區(qū)域，選擇低壓中心(2c，3c)附近適當(dāng)?shù)牡蛪褐行?Ic)位置，使其與水平壁部分(I)承受的攻角相一致，且選定的低壓中心(2c，3c)與側(cè)壁部分(2，3)承受的攻角相一致。
13.按照上述權(quán)利要求1-11中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，沿水流方向的水平壁部分(I)截面(a)的長度(al)小于側(cè)壁部分(2，3)截面(b)的長度(bl)，并部署導(dǎo)流管，以便其位于側(cè)壁部分(2，3)與水平壁部分(I)相連接的區(qū)域，水平壁部分(I)的前緣(Ia)位于側(cè)壁部分(2，3)低壓中心(2c，3c)附近。
14.按照上述權(quán)利要求1-13中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，當(dāng)水平壁部分(I)的長度不同于側(cè)壁部分(2，3)的長度時，導(dǎo)流管還包括向前或向后凸出的導(dǎo)向板延伸件，其包含均衡水平壁部分(I)長度和側(cè)壁部分(2，3)長度的錨鏈長度，據(jù)此，水平壁部分(I)的截面(a)可能包括向前凸出的導(dǎo)向板延伸件(Id)和/或向后凸出的導(dǎo)向板延伸件(le)，和/或側(cè)壁部分(2，3)的截面(b)可能包括向前凸出的導(dǎo)向板延伸件(2d，3d)和/或向后凸出的導(dǎo)向板延伸件(2e，3e);同時，始終遵守側(cè)壁部分(2，3)的低壓中心(2c，3c)放置在水平壁部分(I)低壓中心(Ic)位置的前側(cè)，直至或略微超出其前緣(Ia)的要求，其中將水平壁部分(I)向前和/或向后凸出的導(dǎo)向板延伸件(ld，Ie)和/或側(cè)壁部分(2，3)向前和/或向后凸出的導(dǎo)向板延伸件(2d-3d，2e-3e)沿直線部分(50)或與直線部分(50)有一定傾斜度的方向排列，上述直線部分分別將水平壁部分(I)和側(cè)壁部分(2，3)的前緣和尾緣相連。
15.按照上述權(quán)利要求14所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，水平壁部分(I)的(a)部分的向前和/或向后突出的導(dǎo)向板延伸件(ld，le)，以及側(cè)壁部分(2，3)的(b)部分的向前和/或向后突出的導(dǎo)向板延伸件(2d-3d，2e_3e)為平面板或曲面板，其安裝在連接水平壁部分(I)前緣和尾緣的直線部分(50)的方向，相應(yīng)地安裝在連接側(cè)壁部(2，3)前緣和尾緣的直線 部 分(50)的方向，或者是一定程度地傾向直線部分(50)的方向，在此水平壁部分(I)的(a)部分向后突出的導(dǎo)向板延伸件(Ie)形成一個向下的凸面，而側(cè)壁部分(2,3)的(b)部分向前突出的導(dǎo)向板延伸件(2e，3e)形成一個向外的凸面。
16.按照上述權(quán)利要求15所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，按此調(diào)整水平壁部分(I)的(a)部分向前和/或向后突出的導(dǎo)向板延伸件(ld，le)，以及側(cè)壁部分(2，3)的(b)部分向前和/或向后突出的導(dǎo)向板延伸件(2d-3d，2e-3e)，能夠使其如愿進(jìn)入并成為所述水平壁部分(I)和/或側(cè)壁部分(2，3)的一部分，并且由此，相對于水平壁部分(I)和/或側(cè)壁部分(2，3)不同角度地向前或向后全部或部分突出。
17.按照上述權(quán)利要求1-16所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，水平壁部分(I)的(a)部分升力系數(shù)CLl無論在何種情況下都等于或大于側(cè)壁部分(2，3)的(b)部分升力系數(shù)CL2，3，按此設(shè)計該導(dǎo)流管的目的是使船的額定速度增加時，針對具體額定船速設(shè)計的特定船體的CLl與CL2，3的比例逐漸增大，從而增大興波。
18.按照上述權(quán)利要求1所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，水平壁部分(I)和/或側(cè)壁部分(2，3)具有控制和調(diào)整其攻角的方法，因此能根據(jù)船速的遞增或遞減對攻角的監(jiān)控產(chǎn)生影響。
19.按照上述權(quán)利要求18所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，水平壁部分(I)的攻角通過負(fù)傾斜向上或正傾斜向下移動尾緣(Ib)來調(diào)整，同時將前緣(Ia)維持在固定位置，所述水平壁部分(I)尾緣(Ib)的位移范圍為-100到+200，其中00時的位置對應(yīng)連接前緣(Ia)和尾緣(Ib)直線部分(50)的位置，其方向與船骨的方向平行，且側(cè)壁部分(2.3)的攻角通過正傾斜向外方向，即船舷向外，或正傾斜向內(nèi)方向，即船舷向內(nèi)，移動前緣(2a, 3a)來調(diào)整，同時將尾緣(2b，3b)維持在固定位置，所述側(cè)壁部分(2，3)前緣(2a，3a)的位移范圍為-400到+400，其中00位置對應(yīng)連接前緣(2a，3a)和尾緣(2b，3b)直線部分(50)的位置，其方向與艏部縱剖線平行。
20.按照上述權(quán)利要求1所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，在船骨到甲板的方向，側(cè)壁部分(2，3)符合船頭的幾何形狀，從而維持到船舷的距離不變，且側(cè)壁部分(2.3)的方向與船滿載情況下的吃水線平行，或在一定程度上傾向于吃水線，同時通過側(cè)壁部分(2，3)前緣(2a，3a)連續(xù)位置的假想線的方向與艏部縱剖線平行。
21.按照上述權(quán)利要求20所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征在于，側(cè)壁部分(2.3)距船舷的距離，其中所述的距離是指(b)部分的尾緣距離其正對的船舷的距離，由于側(cè)壁部分的折彎與船舷的折彎適當(dāng)對應(yīng)，該距離相對于側(cè)壁部分(2，3)的高度始終固定不變，所述側(cè)壁部分(2，3)到船舷的距離由船頭的幾何形狀、船頭特征、(b)部分的長度，以及船的額定巡航速度決定，其范圍為0.30到10.00米。
22.按照上述權(quán)利要求1-21中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征是，按此設(shè)置此導(dǎo)流管，能夠使水平壁部分(I)的(a)部分低壓中心(Ic)位于產(chǎn)生第一次船艏波的區(qū)域處，所述產(chǎn)生的第一次船艏波距離船頭有一定距離，其取決于船頭的幾何形狀和船的額定巡航速度，所述的距離范圍為:艏部縱剖線后方連接水平壁部分(I)的(a)部分的尾緣和前緣直線部分(50)長度的10%，到艏部縱剖線前方連接水平壁部(I)的(a)部分的尾緣和前緣直線部分(50)長度的50%。
23.按照上述權(quán)利要求1-22中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征是，水平壁部分(I)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)和/或側(cè)壁部分(2，3)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)設(shè)有突出的肋拱(5)，且/或水平壁部分(I)的導(dǎo)流管外表面(11)和/或側(cè)壁部分(2，3)的導(dǎo)流管外表面(21，31)分別設(shè)有突出的肋拱(6)，所述的突出的肋拱(5)和(6)可以分別優(yōu)化與水平壁部分(I)導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)或?qū)Я鞴芡獗砻?11)相接觸的水流的層流特性，以及與側(cè)壁部分(2，3)導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)或?qū)Я鞴芡獗砻?21，31)相接觸的水流的層流特性。
24.按照上述權(quán)利要求1-22中任意一條所述的安裝在船頭的水動力導(dǎo)流管的特征是，水平壁部分(I)的(a)部分和/或側(cè)壁部分(2，3)的(b)部分有氣流分布細(xì)管，其安裝在適當(dāng)位置，或者是在水平壁 部分(I)和側(cè)壁部分(2，3)的適當(dāng)位置處分別設(shè)有小孔(7)和(8)，所述適當(dāng)設(shè)置的小孔(7)和(8)用于向水平壁部分(I)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(10)和/或?qū)Я鞴芡獗砻?11)提供空氣，且/或向側(cè)壁部分(2，3)的導(dǎo)流管內(nèi)表面(20，30)和/或?qū)Я鞴芡獗砻?21，31)提供空氣，從而在水平壁部分(I)的導(dǎo)流管內(nèi)表面和/或?qū)Я鞴芡獗砻娈a(chǎn)生大氣邊界層，相應(yīng)的也在側(cè)壁部分(2，3)的導(dǎo)流管內(nèi)表面和/或?qū)Я鞴芡獗砻娈a(chǎn)生大氣邊界層。
【文檔編號】B63B1/40GK103889836SQ201280035412
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月18日
【發(fā)明者】E·E·彼德羅馬諾拉基斯, E·K·彼得羅馬諾拉基 申請人:米蘭航運(yùn)和投資有限公司