[其他]新型低阻船体

说明书

本发明属于船舶领域。

众所周知，船在航行的时候，要受到水的阻做用，这些阻力是来自多方面的，但起主要作用的是船的摩擦阻力和兴波阻力。而且船速越高，兴波阻力占总阻力的百分比就越大，可达总阻力的百分之五十以上。以往人们为了降低兴波阻力做了许多研究改进工作，但主要局限于船首部形状的改进，这些改进工作虽然取得了一些效果，可是远没有达到完全消除兴波阻力的目地。而且由于船形的日益复杂，给船舶建造也带来了新的难度。本发明提出的“新型低阻船体”，可以达到完全消除兴波阻力的目地。

“新型低阻船体”的吃水线以下部分除尾部以外，基本是矩形体结构。在船的首部，设有进水口1，泵体2，以及喷水口3。（参见说明书附图）。在船的底部，本发明采纳了气垫船方案既设置了气膜室4。气膜室4是由船体的侧舷6向下延伸，和拱起的船底部7，加之船首部的喷水口3上面的挡板8构成的不透气的腔室。船在航行时，水从进水口1进入泵体2，经泵体2加压后从喷水口3喷出。所喷出的高速水流直接喷向气膜室4下方的水域，和船的底部没有接触，因此没有造成摩擦阻力的大幅度增加。气膜室4中的压缩气体是由气泵5提供的。气膜的最小高度应确保船在允许横倾角度范围内船体底部不与水面接触为宜。船在航行的时候，有部分压缩气体从尾部漏掉，但其泄漏量很小，这是因为尾部的气隙高度是很小的。因此，船在这方样所增加的能耗并不多。这是它不同于气垫船的地方。另一方面，由于气膜的作用，使船体底部绝大部分完全脱离了水，减少了船的触水面积，因而也就减少了船的摩擦阻力。

由动量公式，我们知道喷射水流所产生的推力F＝ρ（Q₂V₂-Q₁V₁）这里，ρ是水的密度，Q₁是进水量，Q₂是喷水量。V₁是进水速度，V₂是喷水速度。由于水是不可压缩的，所以进水量应当与出水量相等，即是Q₁＝Q₂＝Q。另一方面，设进水口的面积为S₁，喷水口面积为S₂，显然 V₁S₁＝V₂S₂＝Q。从而有 V₂＝V₁S₁/_S2。因此，我们可以得到公式： F＝ρQV₁（S₁/_S2-1）。或者F＝ρS₁V²₁（S₁/_S2-1）。设船在以V₁速度航行时其实际阻力为f，如果我们令 F＝f，S₁是已知的进水口面积之值，由上述的推力公式我们可以确定喷水口面积S₂的大小。反推上去，既是说，在喷水口面积为S₂时，当泵以恒定的功率将水以V₂之速度喷出时，船将产生的推力之值为F，而且，F＝f。这推力F可使船以V₁的速度航行，而此速度V₁恰好是进水口的进水速度。当船首的水线下部分的横截面与船体水线下部分的横截面在纵向投影上一致的情况下，船首部的自由水面没有上升或下降的现象产生，因此船的兴波阻力将完全被消除。本发明称这种前置动力消除兴波阻力的方法为“主动式”消波法。此外，也可以减小进水口面积，使其在纵向投影上与船体的水下部分横截面不一致，这样可以得到部分消除兴波阻力的目地。但这样可使进水量减小。考虑到喷射水泵的推进效率，对进水口与喷水口的面积比值有一定的要求，为了满足这一要求，船首部吃水线下的高H与船体部分的吃水线下部的高度H^＊可以是不相等的。在单纯采取首部喷射动力的情况下，为适合船在特定的速度范围内都具有完全消除兴波阻力的性能，喷水口的面积S₂应当是可以调节的，其最大喷口面积与最小喷口面积可由选定的速度范围的最小值和最大值来确定。在采取附设动力的情况下，例如在尾部设置常规推进器，喷水口的面积S₂可以固定的。这是因为对于船的首部的进水口的进水速度V，喷射泵所产生的推力是F，设船在以V速航行时的实际阻力是f，当f与F不相等时，我们可以增加或者减小辅助动力F^＊，使得f＝F+F^＊。注意到辅助动力F^＊的大小是可以连续变化的，所以在喷口面积S₂是固定的情况下，也可以使船在各种航速下均可达到完全消除兴波阻力的目地。