CN102348598A - 船舶的前体形式 - Google Patents

Abstract

一种船舶前体(1)，包括具有上部船艏部(30)、下部船艏部(10)以及中间凹入船艏部(20)的船艏。凹入船艏部(20)包括从上部船艏部和凹入船艏部(20)之间的过渡区域(P4)向内并向后弯曲的钝角形表面(23)，所述钝角形表面(23)设计为反射较小的波浪且因此减小在凹入船艏部(20)中被反射的较小波浪中的附加波浪阻力，由此可在相对短的时间段内处理波浪能并且基本上阻止小波浪随着船体形状向船尾流动的趋势。

Description

船舶的前体形式

技术领域

本发明涉及船体设计。更具体地，本发明涉及船舶的前体形式的形状，如权利要求1的前序部分中所述。

背景技术

当船舶在水中相对于水行进时，其受到水的各种形式的阻力。O.M.Faltinsen已在Sea Loads on Ships and Offshore Structures(船舶海浪载荷及近海结构)，Cambridge，1990中对此进行了讨论。

各种条件下的阻力分量(component)归为以下几类：

-没有波浪时的静水阻力，

-短(小)波浪中的附加阻力，以及

-长波浪(较高波浪等级)中的附加阻力。

静水阻力以及因波浪形成的附加阻力所构成的总阻力是最为重要的。

因此，因波浪形成的阻力通常分为两个分量：

a)因船舶船艏(bow)区域中的波浪反射(reflection)而产生的附加阻力，以及

b)因船舶运动而产生的附加阻力。

图1示出了其中不同分量占主导地位的波长区域，说明了对于长度为“L”的船舶而言附加阻力对波长(λ)的典型依从关系。该图示出了这两个阻力分量增加，总阻力也增加。

典型地，当波长λ小于船舶长度的一半(λ/L＜0.5)时，因船艏波浪反射产生的附加阻力居于主导地位，同时当船舶运动变大时，因船舶运动产生的附加阻力居于主导地位。这一情况在0.7＜λ/L＜1.5，即波浪长度相近于船舶长度时尤为典型。

当船舶在海上航道上行驶时，波浪会造成船体在六个自由度上的运动。从阻力角度来看，起伏(heave)运动以及纵摇(pitch)运动最为重要，而这两种运动又经常有力地接合在一起。当船体起伏并且倾斜时，船体将产生自身的波浪体系，这一波浪体系以与静水波浪模式下非常相同的方式将能量带走并因此产生一阻力。

在小波浪时的附加阻力是由于船艏波浪反射(参考图1)而产生的，这进而与船艏的几何形状以前进速度有关。由于在该频率范围内船舶运动受惯性力控制，因此船舶在这些波浪中的运动极小或者没有运动。

为了设计出一种有效的船艏以减小静水阻力以及波浪中的附加阻力，要求关于最可能的航海条件、波浪航向、速度以及运行曲线的知识。

发明内容

在独立权利要求中阐述了本发明并列出了本发明的特征，而从属权利要求描述了本发明的其他特征。

本发明的目的是要实现一种船艏形状，由此减小大小波浪中的附加阻力同时降低海上航道中的加速度级别(level)和运动级别并减小船艏区域中的撞击(slam)。因此，与具有常规船艏形状的船舶相比，可操作该船舶而消耗较少的燃料并且为船员提供较舒适的环境。本发明的一个实施例包括用于较低静水阻力的常规球鼻形(bulbous)船艏设计。

本发明的船艏船体形状包括三个不同的部分，每个部分均处理三种不同的阻力类型，且其组合为：

●下部船艏部：优化以用于静水航行，其中，常规球鼻形船艏具有较低静水阻力。

●中间凹入船艏部：优化以减小在船艏部分区域中被反射的小波浪中的附加波浪阻力。波浪能将在相对较短的时间段内被处理，且因此基本上阻止小波浪随着船体形状进一步向船尾流动的趋势。

●上部船艏部：优化以减小主要因船舶运动而产生的较大波浪中的附加波浪阻力。通过将该部分进一步向前延伸(相对于常规船艏形状而言)使其更尖(pointing)，可以劈开最大的波浪并且使得能够减小船艏区域中的外漂角(flare angle)以及“肩部(shoulder)”。

本发明的船舶前体包括具有上部船艏部和下部船艏部的船艏，其特征在于，在上部船艏部与下部船艏部之间具有凹入船艏部。

有利地是，凹入船艏部包括钝角形(blunt shaped)表面，该钝角形表面从上部船艏部和凹入船艏部之间的过渡区域向内并向后弯曲，所述钝角形表面设计为反射较小的波浪且因此减小在凹入船艏部中被反射的较小波浪中的附加波浪阻力，由此在相对短的时间段内处理波浪能并基本上阻止小波浪随着船体形状进一步向船尾流动的趋势。

在一个实例中，凹入船艏部包括基本竖直定向的前缘部(leading edgeportion)，优选地，该前缘部从钝角形表面沿Z方向向下延伸至下部船艏部。

在一个实例中，上部船艏部包括减小的外漂角以及相对较窄的肩部，由此减小较大波浪中的附加波浪阻力。

在一个实例中，上部船艏部沿向前的x方向延伸超出下部船艏部。在另一个实例中，下部船艏部沿向前的X方向延伸超出上部船艏部。

在一个优选实施例中，下部船艏部包括球鼻形船艏部。

附图说明

通过下面参照附图对作为非限制性实例的实施例的描述，本发明的这些和其他特征将变得清楚，其中：

图1为示出波浪中的附加阻力对波长的典型依存关系的曲线。

图2为根据本发明船艏设计实施例的原理侧视图。

图3为根据本发明船艏设计实施例沿船舶纵向方向看到的的前视图。

图4a为根据现有技术的船艏设计沿船舶纵向(x轴)从前部看到的线条图。

图4b为根据本发明船艏设计实施例沿船舶纵向(x轴)从前部看到的线条图。

图5a为根据现有技术的船艏设计沿船舶横向(y轴)从侧面看到的线条图。

图5b为根据本发明船艏设计实施例沿船舶横向(y轴)从侧面看到的线条图。

图6a为根据现有技术的船艏设计沿船舶横向(z轴)从下面看到的线条图。

图6b为根据本发明船艏设计实施例沿船舶横向(z轴)从下面看到的线条图。

图7为根据本发明船艏设计实施例的透视图。

图8为根据本发明船艏设计实施例的侧视图。

图9为根据本发明船艏设计实施例从下面看到的平面图。

图10为根据本发明船艏设计实施例的另一个透视图。

具体实施方式

在以下说明以及权利要求书中，参照常规三维坐标系标记空间坐标和方向，其中船舶长度方向、宽度方向以及高度方向分别对应于坐标系中的x轴、y轴以及z轴，且其中x轴与y轴在水平面中定向而z轴在垂直平面中定向。船舶的前进方向对应于正x方向且向上方向对应于正z方向。xz平面限定纵向平面并且yz平面限定横向平面。

参考附图，本发明的船舶前体1包括具有上部船艏部30和下部船艏部10以及介于上部船艏部30与下部船艏部10之间的凹入船艏部20的船艏。

参考图2，对这三个船艏部进行示意性说明。通过该设计，这三个区可定义为：

A区：低静水阻力区，其中操作部件为下部球鼻形船艏部10；

B区：小波浪粉碎区，其中操作部件为中间凹入钝角形船艏部20；以及

C区：较大波浪分裂区，其中操作部件为相对较窄的上部船艏部30，该上部船艏部具有有效分裂较大波浪的形状。

如在例如图3、图5B以及图7中所示的，在该新型船艏形状中，凹入船艏部20可限定为从凹入船艏部与上部船艏部之间的过渡区域T延伸的表面。如从这些图中可以看出的，钝角形表面23以确切地说在上部船艏部30“下面”的方式从过渡区域T延伸并向内且向后弯曲。

钝角形表面23将反射较小的波浪且因此减小附加波浪阻力。

同样，凹入船艏部包括基本竖直定向的前缘部分21，其在所示实施例中从钝角形表面23沿z方向且向下延伸至球鼻形船艏部10。

如从图4B中可以具体看出的，与现有技术(参考图4A)相比，上部船艏部30包括减小的外漂角以及相对较窄的肩部32。该特征有助于减小较大波浪中的附加波浪阻力。

参考图1，与根据现有技术的船艏设计相比，本发明的效果在于，附加阻力降低了，尤其如图的左手部分所示，因船艏反射所产生的附加阻力降低。

Claims (9)

1.一种船舶前体(1)，包括具有上部船艏部和下部船艏部的船艏，其特征在于，还包括位于所述上部船艏部(30)与所述下部船艏部(10)之间的凹入船艏部(20)。

2.根据权利要求1所述的前体，其中，所述凹入船艏部(20)包括从所述上部船艏部和所述凹入船艏部(20)之间的过渡区域(T)向内并向后弯曲的钝角形表面(23)，所述钝角形表面(23)设计为反射较小的波浪且因此减小在所述凹入船艏部(20)中被反射的较小波浪中的附加波浪阻力，由此在相对短的时间段内处理波浪能，并且基本上阻止小波浪随着船体形状进一步向船尾流动的趋势。

3.根据权利要求1或2所述的前体，其中，所述凹入船艏部(20)包括基本竖直定向的前缘部(21)。

4.根据权利要求3所述的前体，其中，所述前缘部(21)沿z方向延伸。

5.根据权利要求3或4所述的前体，其中，所述前缘部(21)从所述钝角形表面(23)向下延伸至所述下部船艏部(10)。

6.根据前述任一权利要求所述的前体，其中，所述上部船艏部(30)包括减小的外漂角以及相对窄的肩部(32)，由此减小较大波浪中的附加波浪阻力。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的前体，其中，所述上部船艏部(30)沿向前的x方向延伸超出所述下部船艏部(10)。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的前体，其中，所述下部船艏部(10)沿向前的x方向延伸超出所述上部船艏部(13)。

9.根据前述任一权利要求所述的前体，其中，所述下部船艏部包括球鼻形船艏部(10)。

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