專利名稱：具有翼型部分的船頭導(dǎo)流管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及改進(jìn)船的流動特性的裝置及方法。更具體地說，涉及船的船頭導(dǎo)流管，其特點(diǎn)是有一翼型部分，使船的流動性能有明顯的改進(jìn)。
在造船工業(yè)中，一般已在減小船的摩擦阻力及興波阻力方面作了努力，使得改進(jìn)它們穿過致密的水團(tuán)的航行。由于這一理由，特別為限制船必須碰到的船頭波的高度，已提出了一種技術(shù)方案，把船體的前部船身制成鼓包或球形。這樣減小了船碰到的興波阻力。
穿過水的船的前表面，也就是參與推進(jìn)船通過水的過程的擴(kuò)大的船頭區(qū)很寬?？紤]到推進(jìn)阻力與船速的平方成正比，克服該阻力所需的動力也成正比地增加。
為了解決這一問題及減小船的前表面遇到的推進(jìn)阻力及興波能量，過去已有人，如E.E.Petromanolakis在WO 92/22456中提出了把導(dǎo)流管連接到船頭。當(dāng)船沖擊水團(tuán)通過導(dǎo)流管時(shí)，可望減小船的推進(jìn)引起的興波阻力，其中導(dǎo)流管沿船的高于及低于吃水線上下延伸而不是沿整個(gè)前表面延伸。但是，這種作為興波阻力吸收器的導(dǎo)流管不會產(chǎn)生理想的結(jié)果，因?yàn)樗豢赡苊黠@地分化從海水穿過導(dǎo)流管繞船的前表面流動的水流(盡管可能有小的變化)?，F(xiàn)有技術(shù)中另一些方案，如FR-A-1-017897產(chǎn)生了負(fù)面結(jié)果，因?yàn)椴粌H它們不能減小船推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的興波阻力，而且另外它們包括要由船的主機(jī)提供動力的移動部件。對船的推進(jìn)所要求的動力而言，其結(jié)果是負(fù)面的。
另外，WO-A-8203055(SEE)提出了用一管子把水從船頭傳送到船尾，以便在該處把它用來推進(jìn)轉(zhuǎn)動元件。這是一個(gè)完全不同的方面，另外，由于摩擦，紊流等，很難肯定其能否實(shí)施。
還有想解決上述問題的其它的現(xiàn)有技術(shù)的文件，如DE-C-931090(Kuckuck)，DE-A-3045977(M.A.N.AG)，DE-A-3508203(WIESER)和FR-A-847445(TISCHENBACH)。
這些文件大部分沒有公開帶任何流體動力帶部分，更具體的就是翼型部分的導(dǎo)流管，因此不可能實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)流管內(nèi)限定的通道中的水流與導(dǎo)流管外的水流的區(qū)分流?，F(xiàn)有技術(shù)都不能提供這一必須的區(qū)分流狀態(tài)，因?yàn)橐环矫嫠鼈冇幸婚_口端，沒有封閉的底部，而另一方面它們延伸到船的吃水線之上的高度不夠高。特別地，DE-C-931090在說明書中限定及圖中示出導(dǎo)流管高于船的吃水線的高度使導(dǎo)流管在吃水線上可見，但該高度不能確保把導(dǎo)流管中的水及管外的水分離開。
對建議的船頭導(dǎo)流管的試驗(yàn)工作證明導(dǎo)流管的翼型結(jié)構(gòu)和相對于船頭的方向，就在導(dǎo)流管中水流的速度的增加和相應(yīng)地降低導(dǎo)流管內(nèi)的壓力和在導(dǎo)流管下游的水流低壓區(qū)而言達(dá)到理想的結(jié)果是重要的。所引用的很多現(xiàn)有技術(shù)專利，由于它們具有逆的翼型結(jié)構(gòu)(如具有凹形內(nèi)表面的翼型)或者設(shè)成使得導(dǎo)流管內(nèi)具有顛倒的水流狀態(tài)(如定向成形成連續(xù)的發(fā)散的水流通道)，不能提供有利的結(jié)果。
因此，本發(fā)明的主要目的是有效地克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)及不足而提出一種船頭導(dǎo)流管，其結(jié)構(gòu)及方向保證在導(dǎo)流管內(nèi)及導(dǎo)流管外的流動特點(diǎn)的差別，使得通過導(dǎo)漢管和船頭前表面之間通道的水流比其外側(cè)的水流速度增加，因而使導(dǎo)流管內(nèi)的壓力減小及在導(dǎo)流管的下游產(chǎn)生流動的低壓區(qū)，導(dǎo)致對船的推進(jìn)的阻力正比地減小。這樣，改進(jìn)了船的滑動，使船速增加，功率消耗降低并相應(yīng)地減少了燃料的消耗。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供建議的船頭導(dǎo)流管，其翼型結(jié)構(gòu)及定向使導(dǎo)流管內(nèi)比導(dǎo)流管外的水流速增加，壓力降低，理想的導(dǎo)流管的定向及翼型結(jié)構(gòu)是具有凸形內(nèi)表面的翼型并在船頭各側(cè)形成向著船的后方先收斂后發(fā)散的水流通道。
通過下面參照附圖對本發(fā)明的詳細(xì)說明，會使本領(lǐng)域技術(shù)人員更明白本發(fā)明的這些和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，這些說明只是作為舉例性說明而不是對本發(fā)明的限制性的實(shí)施例，附圖中

圖1示出具有鼓包/球鼻船頭的船的側(cè)視圖，不帶減小推進(jìn)阻力的船頭導(dǎo)流管；圖2示出圖1所示的船的船頭部分的頂視圖，示出船推進(jìn)時(shí)形成的流線圖；圖3是圖1所示的船的前體部分的前視圖；圖4是具有鼓包/球鼻船頭的船的側(cè)視圖，另外裝有帶翼型部分的導(dǎo)流管，該翼型部分跟隨船頭結(jié)構(gòu)形狀并在頂部封閉，焊在船側(cè)；圖5示出沿著圖4所示的船的吃水線的俯視剖面圖；圖6示出圖4所示的船的前部船體部分的前視圖；圖7示出圖4所示的船的前部船體的俯視剖面圖，帶有船推進(jìn)時(shí)形成的流線圖。
圖8是具有鼓包/球鼻船頭的船的側(cè)視圖，另外裝有翼型部分的船頭導(dǎo)流管，其通過一套支承元件連接到船的側(cè)面；圖9是沿著圖8中所示的船的吃水線的俯視橫剖面圖；圖10是圖8中所示的船的前部船體的前視圖；圖11示出具有鼓包/球鼻船頭的船側(cè)視圖，該船具有船頭導(dǎo)流管，該導(dǎo)流管精確地在船頭型線處開始并且跟隨船緣型線；圖12示出船的側(cè)視圖，其中船頭導(dǎo)流管里面裝有一組沿縱向設(shè)置的平行的板，以產(chǎn)生通過船頭導(dǎo)流管的層流；圖13示出圖12中所示的船的前部船體的俯視橫剖面圖；圖14示出圖12中所示的船的前部船體的前視圖；圖15示出船的前部船體部分的透視側(cè)視圖，船頭導(dǎo)流管具有與船的船頭型線不同的形狀；圖16示出普通的船、帶鼓包/球鼻船頭的船和本發(fā)明設(shè)有船頭導(dǎo)流管的船的馬力與速度的曲線圖。
下面參見附圖對本發(fā)明舉例性的最佳實(shí)施例進(jìn)行說明。
首先，在圖1，2和3中示出具有鼓外球鼻3的船1的透視側(cè)視圖，俯視圖及前視圖。特別見圖2，在船頭前表面的水流線在船頭前后，在船頭前表面的兩側(cè)保持同樣的密度。用本發(fā)明的船頭導(dǎo)流管包住船頭的前表面(如圖7示意地示出)的作用是在船頭導(dǎo)流管的下游形成不同的流動特點(diǎn)，特別是流線5的密度減小。
圖4，5和6示出船1的透視側(cè)視圖、俯視圖和前視圖，該船1具有鼓包/球鼻3及本發(fā)明的翼形段導(dǎo)流管2。自然，也可以在不設(shè)鼓包/球鼻的情形下把導(dǎo)流管設(shè)到船上。
本發(fā)明的導(dǎo)流管2設(shè)在船1的頭部和前表面的兩側(cè)，在高度上延伸到高于及低于船的吃水線。導(dǎo)流管2在船的吃水線上的高度最好使導(dǎo)流管的上部超過預(yù)期的最大的波高度，例如高于吃水線5-6米。在任何情形下，建議的導(dǎo)流管延伸的高度使得在船的任何負(fù)載的情形下，導(dǎo)流管總高于水面，而在導(dǎo)流管內(nèi)的水流與導(dǎo)流管外的水流分離。
在吃水線下面，如果有鼓包/球鼻3的話，導(dǎo)流管就往下達(dá)到該部位，或甚至包住它，把它藏在里面。
導(dǎo)流管2一般跟隨船頭流線的形態(tài)學(xué)，也就是其幾何形狀，并且在底部封閉。導(dǎo)流管可沿水流的方向在船頭的前后延伸，或占據(jù)任何中間位置。最好，位置選在使導(dǎo)流管的約一半長度沿著水流方向突出在船頭的前面。導(dǎo)流管2在頂部可以是部分或全部開口的或是封閉的，但總要滿足在導(dǎo)流管內(nèi)的水流絕對與其外面的水流分開。
在圖4，5，6中示出的導(dǎo)流管，其收斂的壁在頂部閉合，連接及焊到船側(cè)，而在圖8，9和10中示出一船，船頭導(dǎo)流管2在頂部開口，通過一套合適的支承件4連接到船側(cè)。
當(dāng)使用這種支承件4時(shí)，它們最好有流體動力學(xué)部分，在兩側(cè)呈凸?fàn)?，沿水流方向設(shè)置，或者它們可以是具有任何普通形式的管。
在圖4，5和6所示的結(jié)構(gòu)中導(dǎo)流管在頂部封閉，而在圖8，9和10所示的結(jié)構(gòu)中導(dǎo)流管2在頂部開口，通過支承件4連接到船1上，導(dǎo)流管總的來說沿垂直方向跟隨船頭的總的幾何外形。但是導(dǎo)流管可以有不同的形狀。因此導(dǎo)流管可以任何幾何形狀包住船頭的外表面，該形狀沿垂直方向不同于船頭前表面的幾何形狀，在圖15的透視側(cè)視圖中示出一實(shí)例。
還需指出裝有船頭導(dǎo)流管的船的船頭線可以與正常的垂直方向平行或傾斜，船看成在靜止位置。繞著導(dǎo)流管2的進(jìn)水線也可以是傾斜的，可與船頭線的傾斜類似地或不同地傾斜。如圖11所示，導(dǎo)流管2的進(jìn)水線精確地跟隨船頭線。
導(dǎo)流管2總的可以與任何的船頭形態(tài)一起用。作為實(shí)例，最好船頭沿海水的進(jìn)水線適當(dāng)?shù)販p薄。
當(dāng)設(shè)置本發(fā)明提出的船頭導(dǎo)流管，在導(dǎo)流管2的內(nèi)表面及船頭的前表面之間形成水流通道7。水流通道7包括在船的各側(cè)的至少一個(gè)水流入口及一個(gè)水流出口。本發(fā)明的導(dǎo)流管2的特點(diǎn)是導(dǎo)流管壁從上述在船1的兩側(cè)的至少一個(gè)進(jìn)口到上述至少一個(gè)出口沿著水流縱向具有翼型部分。翼型部分的前緣在上述至少一個(gè)進(jìn)口處，后緣在上述至少一個(gè)出口處。
帶翼型部分導(dǎo)流管2的凸形側(cè)構(gòu)成導(dǎo)流管的內(nèi)表面，因此根據(jù)翼形理論內(nèi)凸形側(cè)相對管的外側(cè)得到較高的流速及相應(yīng)的較低的壓力。導(dǎo)流管的外側(cè)可以是平的或稍微凹形的表面。因此本發(fā)明的導(dǎo)流管段使通過通道7的水團(tuán)比繞管2外壁流過的水團(tuán)有更大的速度。流速差導(dǎo)致管內(nèi)的壓降，及在管2的下游產(chǎn)生低壓區(qū)，如此使船頭周圍的層流改善，降低了船頭波高并使船能更好地滑動。
如圖12，13和14所示，帶翼型部分的導(dǎo)流管可有一系列突出的導(dǎo)向板6以改進(jìn)層流，這些板縱向連接到管的內(nèi)表面。導(dǎo)向板6最好有翼型段，它們的前緣處在上述水流入口而后緣處在水流出口。這些導(dǎo)向板安裝在管的各側(cè)壁部分的內(nèi)表面及相應(yīng)的船頭側(cè)表面，或安裝在管的壁部，或在相應(yīng)的船頭的一個(gè)側(cè)表面。也可沿著或穿過管的側(cè)壁部分和船頭側(cè)面之間的距離設(shè)槽，以使在水流通道內(nèi)在相鄰的導(dǎo)向板之間水流可垂直地流動。
類似的突出導(dǎo)向板系列也可裝到管的外表面。
對使用本發(fā)明具有翼型系數(shù)CD＝0.012和CL＝1.3的模型進(jìn)行了試驗(yàn)。這些試驗(yàn)表明水流特性有改進(jìn)。因此船的牽引阻力降低約7.5％，相應(yīng)的馬力節(jié)省約10-12％。
采用FROUDE方法，把上述數(shù)據(jù)換算到真船上。用一個(gè)空的船體模型，不帶槳及螺旋漿等來進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于附表，其中示出了對不同速度值的馬力值。表中示出了三種情形船設(shè)有小的氣泡或鼓包但沒帶本發(fā)明建議的導(dǎo)流管(情形A)；船帶有改進(jìn)的氣泡式鼓包，該氣泡式鼓包特別是在比較本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的范圍內(nèi)由國立Athens理工大學(xué)設(shè)計(jì)的(情形B)；以及船設(shè)有如情形A的小氣泡式鼓包，并裝有本發(fā)明的船頭導(dǎo)流管(情形C)。在附表中所示的百分比表示與設(shè)有小氣泡式鼓包但不帶船頭導(dǎo)流管的情形A相比較的馬力值的增加(+)或減小(-)。同樣的結(jié)果也示于圖16。
表馬力與船速的關(guān)系情形A情形B 情形C船速(knots) 帶小鼓包不帶導(dǎo)流帶改進(jìn)的鼓包的船設(shè)有本發(fā)明船頭導(dǎo)管的船 流管的船14 2264 2581＋14％ 2031-10％15 2885 3213＋11％ 2548-12％16 3652 3695＋1％ 3197-12.5％17 4442 4508＋1％ 4066-8.5％18 5582 5310＋5％ 5000-11.6％19 6672 6442-3％6068-9％19.5 7613 7361-3％7029-8％20 8779 7641-13％ 7726-12％關(guān)于所建議的船頭導(dǎo)流管，必須指出其在船頭的位置，高或低于船的吃水線的高度，沿著水流方向的長度，相對于船的對稱軸的傾斜，及離開船體的距離按照船頭幾何形狀，船體系數(shù)及船的航速來決定。
關(guān)于這方面要提一下，本發(fā)明參照一些實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。因此，任何涉及形狀、尺寸、大小、材料及結(jié)構(gòu)以及所建議的導(dǎo)流管的翼型部分的裝配元件的變型或改型都包括在本發(fā)明的目的和范圍內(nèi)，只要它不構(gòu)成新的發(fā)明和不是對現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。
從上述模型對具有參數(shù)為CD＝0.012及CL＝1.3的專門翼型進(jìn)行的試驗(yàn)分析導(dǎo)出了測定導(dǎo)流管位置，也就是翼型相對于船的對稱軸的傾斜度的下列公式，上述值在下述范圍A2－A1＝0.0425L±0.005L式中如附圖5所示，A1是導(dǎo)流管內(nèi)表面和船頭前表面之間的最小距離，A2是導(dǎo)流管前緣和船頭前表面之間的距離，A2是從導(dǎo)流管前緣的最內(nèi)端測量。A1，A2沿著同樣的吃水線測量，L是沿水流方向翼型的長度。因此，本發(fā)明的最佳實(shí)施例表明在海水中所有的吃水線均滿足上述公式，在所有的吃水線上翼型的傾斜保持盡可能恒定。自然，上述公式限定了導(dǎo)流管翼型和其離開船頭前表面間距值的最佳范圍。從上面可看出船頭導(dǎo)流管相對船頭前表面的最佳方向使得在船頭各側(cè)在導(dǎo)流管內(nèi)表面和船頭之間的水流通道沿著船的向后的方向先收斂后發(fā)散。
本發(fā)明的船頭翼型導(dǎo)流管的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用已經(jīng)在特別是DANESEALINE公司擁有的在“Rhodes Island”注冊的掛希臘旗的F/BRODOS的真船上應(yīng)用。該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用已獲得滿意的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種船(1)裝的船頭導(dǎo)流管(2)，所述的船的船頭有相對的船頭側(cè)面及船頭前表面，所述的船頭導(dǎo)流管包括壁部，適于在船頭相對側(cè)安裝到船(1)的船頭并延伸接近船頭的前表面及向上延伸，在各種船的負(fù)載的條件下，所述的船頭導(dǎo)流管(2)的特征在于它有一封閉的底端和限定在所述的導(dǎo)流管(2)的內(nèi)表面和船頭之間的水流通道(7)，在所述的通道(7)中流的水與在通道(7)外流的水分開，所述的壁部各包括一翼型部分，總的沿所述的船(1)的縱向延伸，所述的翼型部分在船的相對的船頭側(cè)具有前緣，限定所述的水流通道(7)的至少一個(gè)入口，和一個(gè)尾緣，限定所述的水流通道(7)的至少一個(gè)出口，所述的翼型部分自突起的內(nèi)表面，所述的水流通道沿著船向后的方向先收斂后發(fā)散，其中所述的突起的內(nèi)表面使流過所述的通道的水速相對于流過所述的船頭導(dǎo)流管(2)的外表面的水速增加，以在所述的導(dǎo)流管(2)內(nèi)產(chǎn)生壓降，及在所述的船頭導(dǎo)流管(2)的下游產(chǎn)生水流低壓區(qū)。
2.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于其成形為跟隨相對的船頭側(cè)的形狀。
3.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于所述的翼型部分適于安裝到相對的船頭側(cè)，使翼型部分上端焊到所述的船(1)的船頭前表面各側(cè)而閉合，因而限定了一個(gè)周邊封閉的船頭導(dǎo)流管(2)。
4.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于包括支承件(4)，適于安裝到所述的相對的船頭側(cè)使所述的船頭導(dǎo)流管(2)在船(1)的各側(cè)在頂部局部開口。
5.按照權(quán)利要求3或4的船頭導(dǎo)流管，其特征在于包括垂直相隔的具有翼型段的導(dǎo)向板，從各所述的側(cè)壁部分的內(nèi)表面向里突出，并總的沿船的縱向延伸直到相對的船頭側(cè)以增強(qiáng)通過所述的水流通道(7)的水的層流，其中所述的導(dǎo)向板的翼型段定向成其前緣在所述的水流通道(7)的進(jìn)口，而尾緣在所述的水流通道(7)的出口。
6.按照權(quán)利要求3或4的船頭導(dǎo)流管，其特征在于包括具有翼型段的導(dǎo)向板，從各所述的側(cè)壁部分的內(nèi)表面向里突出，并總的沿船的縱向延伸以增強(qiáng)通過所述的水流通道(7)的水的層流，其中所述的導(dǎo)向板的翼型段定向成前緣在所述的水流通道(7)的進(jìn)口，而尾緣在所述的水流通道(7)的出口，并且其中所述的垂直相隔的導(dǎo)向板安裝在各所述的側(cè)壁部分的所述的內(nèi)表面或在各相應(yīng)的一個(gè)所述的船頭側(cè)，和/或設(shè)有沿著或穿過所述的側(cè)壁部分和所述的船頭側(cè)面之間的距離的槽，以使在水流通道(7)內(nèi)的水流可垂直地流動。
7.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于所述的導(dǎo)流管具有一平的外表面。
8.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于所述的導(dǎo)流管具有一凹形的外表面。
9.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于所述的側(cè)壁部分延伸到船行走時(shí)高于吃水線的高度，使得在船的任何負(fù)載的情形下，都阻止在所述的水流通道(7)內(nèi)流的水與在通道(7)外流的水接觸。
10.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于所述的壁部設(shè)成延伸到船頭前表面前方。
11.按照權(quán)利要求1的船頭導(dǎo)流管，其特征在于所述的壁部設(shè)成延伸到船頭前表面后面。
12.按照權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的設(shè)有翼型段的船頭導(dǎo)流管，其特征在于所述的導(dǎo)流管在船頭的位置，所述的翼型段的幾何尺寸，所述的導(dǎo)流管在船的吃水線之上或之下的高度，沿著水流方向的長度，相對于船的對稱軸的傾斜，離開船體的距離根據(jù)船頭的幾何形狀、船體系數(shù)和船的航速來決定。
全文摘要
本發(fā)明涉及船(1)的船頭導(dǎo)流管(2)，用于減小船推進(jìn)時(shí)的波高并改進(jìn)船頭(3)周圍的層流，因而船能以增加的速度和/或降低的燃料消耗移動。導(dǎo)流管安裝在船頭前表面各側(cè)并具有沿水流方向設(shè)置的翼型部分(6)，其前緣位于導(dǎo)流管入口處而尾緣位于導(dǎo)流管出口處。由于安裝了導(dǎo)流管，在由凸形翼型表面構(gòu)成的導(dǎo)流管內(nèi)表面和船頭表面(3)之間形成一個(gè)用于水流的通道(7)。水流通過上述通道而獲得增加的速度和降低的壓力，從而改善船的滑動。
文檔編號B63B1/32GK1148834SQ96190218
公開日1997年4月30日 申請日期1996年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月22日
發(fā)明者E·埃曼努埃爾·彼得羅馬諾拉基斯 申請人:E·埃曼努埃爾·彼得羅馬諾拉基斯