一種用于低速肥大船型的垂直艏和前緣引流組合減阻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及船體減阻結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體地說，特別設(shè)及到一種用于航速低于12 節(jié)，方形系數(shù)Cb大于0.8的低速肥大型船的垂直臘和前緣引流組合減阻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 球鼻臘主要用于減少船行駛過程中由于產(chǎn)生波浪損失能量造成的興波阻力。其原 理是造成有利的波系干擾。合理設(shè)置球鼻臘，可W使球鼻臘的興波與主船體的首橫波形成 有利干擾，即讓球鼻的興波的波谷與船首波的波峰處于同一位置，從而使合成后的首波顯 著減小。
[0003] 前緣引流技術(shù)主要減小的是首尾壓力差產(chǎn)生的粘壓阻力和流體粘性產(chǎn)生的摩擦 阻力。其減阻機(jī)理是開孔引流降低了船舶臘艇的壓力差，減小了形狀阻力；另外開孔引流改 變了船舶臘艇區(qū)的流場分布，推遲了層流向端流的轉(zhuǎn)變，減小了摩擦阻力。
[0004] 但是現(xiàn)階段球鼻臘技術(shù)和前緣引流技術(shù)從理論到實(shí)際應(yīng)用都存在著明顯的問題 和不足。
[000引前緣引流技術(shù)從理論上就存在一個(gè)根本性的缺陷。那就是前緣引流技術(shù)在船首開 孔，將流體從船內(nèi)部的槽引流至船的尾部，增大了船體與流體接觸的濕面積。根據(jù)牛頓內(nèi)摩 擦定律，濕面積的增大，將導(dǎo)致船體摩擦阻力不可避免地增大。雖然開孔引流改變了船舶臘 艇區(qū)的流場分布，推遲了層流向端流的轉(zhuǎn)變，減小了船尾部的摩擦阻力，但全船總的摩擦阻 力還是增大的。另外在應(yīng)用過程中若開槽的形狀不夠圓滑，也會(huì)因?yàn)榱黧w壓力變化過快產(chǎn) 生縱滿，在槽內(nèi)部產(chǎn)生附加的形狀阻力。
[0006] 球鼻臘技術(shù)的應(yīng)用確實(shí)起到了減阻節(jié)能的效果，但是球鼻臘技術(shù)在首傾較大的船 上能得到明顯的體現(xiàn)，在首傾角較小的船上的效果有待提升。另外由于目前有關(guān)球鼻臘的 資料都是針對某一特定船型而言的，有些認(rèn)為十分成功的球鼻臘，在其他船上應(yīng)用時(shí)并不 一定能獲得滿意的結(jié)果，所W在進(jìn)一步的研究過程中需要區(qū)分不同船型對球鼻臘減阻效果 進(jìn)行討論。另外球鼻臘技術(shù)主要減小的是興波阻力，若能夠在球鼻臘技術(shù)的基礎(chǔ)上做相應(yīng) 改進(jìn)，使其也能減小部分粘壓阻力，那將是一個(gè)不小的突破。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于航速低于12節(jié)，方 形系數(shù)Cb大于0.8的低速肥大船型的垂直臘和前緣引流組合減阻結(jié)構(gòu)，W解決上述問題。
[0008] 本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題可W采用W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種用于低速肥大船型的垂直臘和前緣引流組合減阻結(jié)構(gòu)，包括船體:在所述船 體的船首位置安裝有垂直臘，在所述垂直臘的前端開設(shè)有圓形孔，在所述船體的尾部開設(shè) 有圓角矩形孔，所述圓形孔與所述圓角矩形孔前后貫通，且在所述船體的內(nèi)部平滑過渡構(gòu) 成流體經(jīng)過的流道。
[0010] 進(jìn)一步的，所述垂直臘的主體形狀為半圓柱，其傾斜角度較小，垂向高度與橫向?qū)?度比值大約為1.3。
[0011] 進(jìn)一步的，圓形孔為前緣引流進(jìn)流口，圓角矩形孔為前緣引流出流口。進(jìn)流孔面積 略微大于出流孔，并且中間光滑連接。圓形進(jìn)流孔與圓角矩形出流孔中屯、均位于船底至設(shè) 計(jì)水線一半處。
[0012] 前緣引流技術(shù)之所W要應(yīng)用在裝有鼻臘的船舶上才能減阻，是因?yàn)榍熬壱髟龃?了船舶的濕表面積從而增大了摩擦阻力，并且如果開口形狀選擇不合理還會(huì)引起縱滿從而 增大粘壓阻力。所W前緣引流只有應(yīng)用在船首壓力很大、船首呈純形的船舶上，才能彌補(bǔ)其 自身增大摩擦阻力、粘壓阻力的缺點(diǎn)，并充分發(fā)揮其減少船舶首尾壓差、改變船體壁面邊界 層厚降低船體壁面上的切應(yīng)力、改善了艇部伴流場分布的優(yōu)勢。
[0013] 裝有垂直臘和裝有球鼻臘的船舶類似，船首的壓力均較大?；谶\(yùn)點(diǎn)來分析，在相 同船長、船體形狀的船舶上，將"垂直臘"和"前緣引流技術(shù)"結(jié)合與將"球鼻臘"和"前緣引流 技術(shù)"結(jié)合兩種方法會(huì)具有相似的減阻效果。另外垂直臘能改善首部和全船的壓力分布，相 比于球鼻臘能更大程度上減少興波阻力、破波阻力和粘壓阻力，在方形系數(shù)較大的低速肥 大船上尤為明顯。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0015] 創(chuàng)新地提出垂直臘的概念，用其代替球鼻臘;并且進(jìn)一步的將垂直臘技術(shù)和前緣 引流技術(shù)結(jié)合起來，能有效減小興波阻力，并且更大程度的減小粘壓阻力，使得全船的總阻 力最終減少3 %之多。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實(shí)用新型所述的組合減阻結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0017] 圖2為圖1的船首結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3為圖1的船尾結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4a為母船船體表面壓力云圖。
[0020]圖4b為組合減阻船型船體表面壓力云圖。
[0021 ]圖4c為垂直臘船型船體表面壓力云圖。
[0022] 圖4d為前緣引流船型船體表面壓力云圖。
[0023] 圖5a為母船船體表面自由液面示意圖。
[0024] 圖化為組合減阻船型船體表面自由液面示意圖。
[0025] 圖5c為垂直臘船型船體表面自由液面示意圖。
[0026] 圖5d為前緣引流船型船體表面自由液面示意圖。
[0027] 圖6為組合減阻船型正視標(biāo)注圖。
[0028] 圖7為組合減阻船型俯視標(biāo)注圖。
[0029] 圖8為組合減阻船型右視標(biāo)注圖。
[0030] 圖9為組合減阻船型左視標(biāo)注圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面 結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0032] 參見圖1、圖2和圖3,本實(shí)用新型公開了一種用于低速肥大型船的垂直臘和前緣引 流組合減阻結(jié)構(gòu)，包括船體，在所述船體的船首位置安裝有垂直臘，在所述垂直臘的前端開 設(shè)有圓形孔，在所述船體的尾部開設(shè)有圓角矩形孔，所述圓形孔與所述圓角矩形孔前后貫 通，且在船體的內(nèi)部平滑過渡構(gòu)成流體經(jīng)過的流道，并且該結(jié)構(gòu)各參數(shù)可W根據(jù)特定方法 進(jìn)行確定。
[0033] 在第一部分，主要介紹了垂直臘相較于球鼻臘的突出優(yōu)點(diǎn)。第二部分介紹了垂直 臘在經(jīng)過型線優(yōu)化之后可W達(dá)到更好的效果。第Ξ部分通過在模型尺度下進(jìn)行非常有針對 性的數(shù)值模擬，模型縮尺比為1/26,分析了該減阻技術(shù)的減阻效果W及減阻機(jī)理。在第四部 分介紹了實(shí)際船舶尺寸W及其各減阻結(jié)構(gòu)尺寸，位置W及確定方法。其他船舶如果應(yīng)用該 技術(shù)可W采用相似比例應(yīng)用于其上。
[0034] -、用垂直臘代替常規(guī)球臘減阻
[003引本實(shí)用新型所述的與常規(guī)球臘船型相比，垂直臘船型靜水阻力約可降低3%~ 9%，波浪中阻力增加可減小6%~44%。船舶的方形系數(shù)越大，垂直臘的減阻效果越顯著。 由此可見，垂直臘船型在靜水和波浪中均具有較為優(yōu)良的阻力性能，在實(shí)際航行中具有能 耗更低的優(yōu)點(diǎn)，并且尤其適合方形系數(shù)較大的低速肥大船，例如散貨船和油輪。
[0036] 選取四種模型:船型1為散貨船，船型2為油船，船型3為散貨船，船型4為結(jié)構(gòu)吃水 狀態(tài)。每個(gè)模型中均有常規(guī)球臘和垂直臘兩組比較，垂直臘船型與球鼻臘船型首尾線型從 全船性能角度進(jìn)行了優(yōu)化，具體表現(xiàn)為垂直臘船型排水量前移，尾部線型相對瘦削。
[0037] 實(shí)驗(yàn)1:靜水實(shí)驗(yàn)
[003引
[0039] 表1:1垂直臘較球鼻臘船型靜水功率減小百分比（％ )
[0040] 結(jié)論：
[0041] (1)對于保持船身和尾部型線不變，僅僅將球鼻臘改為垂直臘的肥胖船型，在設(shè)計(jì) 吃水狀態(tài)可W獲得2%~4%左右的阻力降低;對于船舶吃水的影響，結(jié)構(gòu)吃水狀態(tài)的減阻 效果更為顯著，而壓載吃水狀態(tài)的減阻效果略小。方形系數(shù)較大的散貨船型減阻效果顯得 更好一些。