[发明专利]用于水流管理的船头水动力导流管

说明书

技术领域

本发明涉及液体动力学领域，与船头安装的水动力导流管尤其相关，此导流管是由一段水平壁和两段侧壁构成的，因而可结合导流管外的不同水流特征，界定船头导流管内的流动空间，从而减小兴波和摩擦阻力，在船舶推进过程中进一步减少通常所需的燃料消耗。

背景技术

在全球经济危机和环境逐渐恶化的背景下，在所有类型的船舶建造技术领域中，减少推进所需的能量消耗的重要性日益增加。

在船舶巡航过程中，兴波和摩擦阻力都是影响燃料消耗的重要参数。减小船舶承受的摩擦阻力和兴波阻力，进而改善船舶在水流上的滑动是永恒的努力主题。举例而言，过去船身的船头部分广泛采用鼓包或球形的配置，以减小兴波阻力，特别是降低船头产生的波高。

然而，船舶前表面，即在船舶推进过程中，在水面上开辟推进航路过程的船头广阔表面很宽，表面积比球形覆盖的面积更大，如果再考虑到推进阻力与船速的平方成正比，则应对此阻力并使船舶以标称设计速度航行所需的马力就会相应增大。

为了解决此问题，减小推进阻力以及克服船头前表面遇到的兴波阻力所需的相应能耗，过去曾提出在船头安装导流管。WO-92/22456 of E.E.Petromanolakis过去曾提出在船头安装导流管，此导流管在船舶吃水线上下延伸，并且由于船舶借助上述船头安装的导流管滑过水体表面，水流并未经过船身整个前表面，因此船舶推进过程中产生的波浪得以减小。然而，这类吸收兴波能量的导管不会产生最佳效果，因为相对于船舶前表面周围的海水流来讲，通过导流管的水流量非常小。此前的其他技术尝试，如法国专利FR-A-1 017 897都未能获得令人满意的结果，因为它们不仅不能显著降低船舶推进过程中的兴波阻力，而且它们还应用了需要船舶发动机提供额外能量的移动部件，因而成本效益难以接受。WO-A-82 03055（SEE）专利中披露了另一次管理船头流经的海水水流的技术尝试，该专利提出的导流管经过改进，将水流从船头引导至船尾，从而凭借导流管为可旋转部件提供动力，此类想法完全是不同的理念，由于存在摩擦和湍流等因素，很难肯定能否实施。

因此，本发明的主要目标就是有效克服上述缺点和现有技术的不足，并对船头水动力导流管的结构性设计参数提出建议，从而对其性能进行优化。本发明尤其提出了导流管水平壁部分和侧壁部分的选择性制造参数组合，其中，着重考虑了决定升力系数CL和阻力系数CD的导管壁部分的几何结构参数，从而对导流管水平壁和侧壁部分各自的比率CL/CD以及与船舶推进的特定标称航速和船头几何形状相对应的导流管水平壁升力系数CL与侧壁升力系数CL之间的比率进行优化。

在调研参数的基础上，向各种不同类型的船舶提供最佳导流管设计解决方案成为可能，以便使导流管内水流与导流管外水流达到有利的最佳差异结果，并相应降低船舶推进过程中的阻力，进而减少燃料消耗。

为获得上述有利特征，在船舶上设置了本发明提出的水动力导流管，与水平壁上的零攻角相对应的低压中心位于第一股船头波产生的区域，侧壁的低压中心位于彼此连接的区域，从而使水平壁部分位于低压中心和靠近或略微朝向水平壁部分的前缘之间的选定位置。

本发明的所有这些或其他目标、特点和优势都将在下文的详细描述中显现出来。

附图说明

本领域的技术人员可通过参照附图完全了解本发明，这些图纸只是作为举例性说明，而不是本发明的限制性实施例。

图1是本发明的导流管的第一个说明性实施例的透视图，在该图中，水平壁部分和侧壁部分都有翼型部分，导流管安装在船头，以便减小兴波和摩擦阻力，从而进一步减少船舶推进所需的燃料。

图1a和1b分别示出图1所述导流管的水平壁和侧壁设置的翼型部分的剖面图。

图2示出从CFD研究中得出的巡航船舶船头兴波和摩擦矢量的说明性图解。

图2a示出船头配备了本发明导流管且水平壁和侧壁部分都有翼型部分时，船舶鼓包周围的兴波和摩擦矢量说明性图解。

图3是本发明中导流管实施例的图解，其中的导流管侧壁部分大致在垂直方向上延伸，达到从垂直方向测量高于或低于吃水线的特定高度，但是此处改进的侧壁部分沿着艏部纵剖线的方向，或高于上述特定高度的任何方向。

图4说明了本发明导流管的一个实施例，其中水平壁部分和侧壁部分都是弯曲的板材。

图4a示出图4中描述的本发明导流管实施例中采用的弯曲板材的各种配置。