[发明专利]一种用于低速肥大型船的垂直艏和前缘引流组合减阻结构

说明书

技术领域

本发明涉及船体减阻结构领域，具体地说，特别涉及到一种用于航速低于12节，方形系数C_B大于0.8的低速肥大型船的垂直艏和前缘引流组合减阻结构。

背景技术

球鼻艏主要用于减少船行驶过程中由于产生波浪损失能量造成的兴波阻力。其原理是造成有利的波系干扰。合理设置球鼻艏，可以使球鼻艏的兴波与主船体的首横波形成有利干扰，即让球鼻的兴波的波谷与船首波的波峰处于同一位置，从而使合成后的首波显著减小。

前缘引流技术主要减小的是首尾压力差产生的粘压阻力和流体粘性产生的摩擦阻力。其减阻机理是开孔引流降低了船舶艏艉的压力差，减小了形状阻力；另外开孔引流改变了船舶艏艉区的流场分布，推迟了层流向湍流的转变，减小了摩擦阻力。但是现阶段球鼻艏技术和前缘引流技术从理论到实际应用都存在着明显的问题和不足。

前缘引流技术从理论上就存在一个根本性的缺陷。那就是前缘引流技术在船首开孔，将流体从船内部的槽引流至船的尾部，增大了船体与流体接触的湿面积。根据牛顿内摩擦定律，湿面积的增大，将导致船体摩擦阻力不可避免地增大。虽然开孔引流改变了船舶艏艉区的流场分布，推迟了层流向湍流的转变，减小了船尾部的摩擦阻力，但全船总的摩擦阻力还是增大的。另外在应用过程中若开槽的形状不够圆滑，也会因为流体压力变化过快产生漩涡，在槽内部产生附加的形状阻力。

球鼻艏技术的应用确实起到了减阻节能的效果，但是球鼻艏技术在首倾较大的船上能得到明显的体现，在首倾角较小的船上的效果有待提升。另外由于目前有关球鼻艏的资料都是针对某一特定船型而言的，有些认为十分成功的球鼻艏，在其他船上应用时并不一定能获得满意的结果，所以在进一步的研究过程中需要区分不同船型对球鼻艏减阻效果进行讨论。另外球鼻艏技术主要减小的是兴波阻力，若能够在球鼻艏技术的基础上做相应改进，使其也能减小部分粘压阻力，那将是一个不小的突破。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于航速低于12节，方形系数C_B大于0.8的低速肥大船型的垂直艏和前缘引流组合减阻结构，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于低速肥大型船的垂直艏和前缘引流组合减阻结构，包括船体，在所述船体的船首位置安装有垂直艏，在所述垂直艏的前端开设有圆形孔，在所述船体的尾部开设有圆角矩形孔，所述圆形孔与所述圆角矩形孔前后贯通，且在所述船体的内部平滑过渡构成流体经过的流道。

进一步的，所述垂直艏的主体形状为半圆柱，其倾斜角度较小，其垂向高度与横向宽度比值大约为1.3。

进一步的，圆形孔为前缘引流进流口，圆角矩形孔为前缘引流出流口，进流孔面积略微大于出流孔，并且中间光滑连接。圆形进流孔与圆角矩形出流孔中心均位于船底至设计水线一半处。

前缘引流技术之所以要应用在装有鼻艏的船舶上才能减阻，是因为前缘引流增大了船舶的湿表面积从而增大了摩擦阻力，并且如果开口形状选择不合理还会引起漩涡从而增大粘压阻力。所以前缘引流只有应用在船首压力很大、船首呈钝形的船舶上，才能弥补其自身增大摩擦阻力、粘压阻力的缺点，并充分发挥其减少船舶首尾压差、改变船体壁面边界层厚降低船体壁面上的切应力、改善了艉部伴流场分布的优势。

装有垂直艏和装有球鼻艏的船舶类似，船首的压力均较大。基于这点来分析，在相同船长、船体形状的船舶上，将“垂直艏”和“前缘引流技术”结合与将“球鼻艏”和“前缘引流技术”结合两种方法会具有相似的减阻效果。另外垂直艏能改善首部和全船的压力分布，相比于球鼻艏能更大程度上减少兴波阻力、破波阻力和粘压阻力，在方形系数较大的低速肥大船上尤为明显。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：

创新地提出垂直艏的概念，用其代替球鼻艏；并且进一步的将垂直艏技术和前缘引流技术结合起来，能有效减小兴波阻力，并且更大程度的减小粘压阻力，使得全船的总阻力最终减少3％之多。

附图说明

图1为本实用新型所述的组合减阻结构的示意图。

图2为图1的船首结构示意图。

图3为图1的船尾结构示意图。

图4a为母船船体表面压力云图。

图4b为组合减阻船型船体表面压力云图。

图4c为垂直艏船型船体表面压力云图。

图4d为前缘引流船型船体表面压力云图。

图5a为母船船体表面自由液面示意图。

图5b为组合减阻船型船体表面自由液面示意图。