[其他]船舶气膜减阻节能装置系统

说明书

本发明属船舶减阻节能领域。

我国和美国、英国等国家的垫气船是指在船底设 置钢性围裙而成气室，垫气船航行时由专用鼓风机向 气室充气而形成气室空气层，从而实现船舶空气润滑 减阻。垫气船在航行时将导致气室空气层的兴波，所 以要求垫气船气室有足够的深度才能保证气室空气 层在兴波状态时仍能覆盖船底。但是气室空气层的 兴波现象在内河浅水状态时导致形状阻力增大，在水 深吃水比比较小时，垫气船减阻效果将明显降低，甚 至阻力可大于原常规船型。另外垫气船在纵倾初态 时，对气室充气使船垫升有一定的困难。垫气船在装 卸货物时，由于气室充满程度不定，因此难以从垫气 船吃水状态来估计装卸货物多少，使用户感到不便。 对一艘旧船作垫气改型时，在船底加设一定深度的钢 性围裙、气室纵横隔板以及气箱等，耗用钢材较多。 垫气船在风机故障或不充气时，阻力较大。某垫气驳 不充气状态阻力试验说明比原常规船型阻力增加 70％左右。

苏联根据倾斜喷嘴平板空泡流理论，在内河驳船 底安装纵向侧壁和倾斜喷嘴装置，利用该倾斜喷嘴在 船底产生气泡波，根据该理论和实验证明，平底船上 气泡波的长度与速度平方成正比，所以必须在每一个 气泡波末端建立一个倾斜喷嘴才能使气膜覆盖船 底。实际上该技术所利用的倾斜喷嘴一方面能形成 断续的气泡膜，另一方面倾斜喷嘴本身也造成了气膜 的兴波和不稳定的因素。

为了改进以垫气船和倾斜喷嘴方式的空气润滑 方法的不足之处，本系统采用纵向侧壁和导流板装置 就可利用风源在船底直接形成平稳连续的气泡膜，将 船底与水分离，实现船舶减阻节能的目的。

输入到水下平底板上的空气泡，可以形成平稳的 气泡膜，对该气泡膜进行理论分析和实验证实，发现 平稳状态的气泡膜厚度与水的表面张力有关，气泡膜 的厚度是一个与吃水深度无关的确定的值，它的大小 为(这里的α为水的表面张力，ρ为水的质量密 度)，在常温下约等于4毫米。

气膜减阻节能装置系统是在研究上述规律的基 础上提出的。经过反复的深浅水模型阻力比较试验 和循环水槽研究试验证实，在该节能装置系统中，采 用纵向侧壁和导流板装置就能在船底有效地形成平 稳的气泡薄膜，实现船舶减阻。

图1是船体主视图，图2是导流板的局部剖视 图，图3是船体仰视图。

空气润滑节能系统主要由小功率鼓风机④，空气 输送管路⑧以及船底纵向侧壁①和导流板装置③⑤ 等部分组成。

对于有一定平底面积的江河船舶加设薄层空气 润滑装置时，可在船底安置尺度不大的纵向侧壁①和 在船底进气孔处安装导流板③⑤。纵向侧壁①能防 止气泡膜沿船侧漫流，导流板③能将由风机输入船底 的压缩空气有效地扩散成平稳的气泡膜，从而降低船 舶航行中的摩擦阻力。人字形尾部导流板⑤能避免 尾部空气泡单边分离，所以当空气泡从船尾滑离船体 时、改善了船体尾流状态，降低了船舶航行时的粘压 阻力。所以本装置实现空气润滑效果明显。模型试 验减阻效果实现40％左右。

通过试验和理论分析说明，导流板出气口高度⑩ 的尺度对船底气膜形成影响很大。一般情况下，导流 板出气口高度⑩宜小于 10毫米，并且以4毫米左右 为最佳。导流板③的剖面力求平顺，导流板③最好安 装在船底出气口②处，导流板③的尺度以覆盖出气口 ②为度，导流板③的数量根据实际情况选定。

利用船舶气膜减阻装置系统在船底可直接形成 平稳的气膜薄层，而且可以使气膜无限扩散延长，所 以在技术上比较便利。船底气膜形成后，由于比较平 稳，所以在浅水中形状阻力也不大，并且不存在像垫 气船那样的垫升作用。气泡膜对船体的排水量影响 不大，所以容易从船吃水状态估计装卸货物的情况。 对一艘船舶加设气膜减阻装置时，主要加设尺度不大 的纵向侧壁和导流板，所以需用钢材很少，工程简单， 投资低，收效大。

个实例：