一种减少舰船兴波阻力的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种减少舰船兴波阻力的装置及方法，包括船体，所述船体的船艏的下部设有伸出所述船体的前伸机构，所述前伸机构的内部设有内腔，所述内腔通过气管与设置在所述船体内的气源连通，所述气管上设有气体流量调节装置，所述前伸机构上设有与所述内腔连通的喷嘴，用于喷出气泡改变舰船首波高度、首波相位、首波频率、舰船长宽比达到减小兴波阻力的目的，喷出的气泡更能减小水面舰船所受摩擦阻力，提高水面舰船的航速，节约航运过程中的能源消耗、碳排放，所述气源上设有臭氧发生器。当需要时，臭氧跟随气泡一同通过喷嘴喷出，减少船底水生生物的滋生、减少日常维护工作量，减少舰船的燃料消耗，提高船速，减小排放。

【技术实现步骤摘要】
一种减少舰船兴波阻力的装置及方法
本专利技术涉及船舶减阻领域，具体涉及一种减少舰船兴波阻力的装置及方法。
技术介绍
水面舰船所受阻力主要包括压差阻力、兴波阻力及摩擦阻力，低速航行时，摩擦阻力占主要部分，高速航行时，兴波阻力占主要部分。兴波阻力主要由船首波和船尾波组成，其大小与舰船首波高度、首波与尾波是否抵消、舰船长宽比有关。船舶行驶时，船首对水施加压力，把水劈开而前进，于是在船首部位就激起一组随船前进的波浪，这就是首波。船尾在前进时，水中留出一个低压区，成为波谷，形成了一组由船尾前进而引起的波浪，称为尾波。船舶航行时，船体兴起了首波和尾波，舰船需要损耗部分能量来克服这些波浪前进，即为兴波阻力。目前舰船为减少兴波阻力，普遍采用球鼻船首，球鼻船首主要利用球状部分所形成的低压，降低首波高度、让首波与尾波相抵减，从而减小兴波阻力，而舰船长宽比则无法调整。因球鼻船首为固定结构，故该装置最佳的减少兴波阻力、使首波和尾波相抵消的效果必须在一定范围内的航速及海况下达到，在其他航速及海况下虽然也有一定减阻的效果，但效果将大打折扣。因此，如果能专利技术一种新型装置及方法，能根据舰船实际航速、海况来调整首波高度，并使首波与尾波相抵消，同时还能调节舰船长宽比，从而使舰船在各个海况和航速下都能最佳的减小兴波阻力效果，这对于提高水面舰船的航速、节能减排、增加其航程有着重要的实际意义。船航行时产生的船行波分船艏波和船尾波，在船行波传播中，如果首波与尾波在船尾处互相迭加，兴波阻力就大；如果首波和尾波在船尾处互相抵消，兴波阻力就小。船首波高则兴波阻力大，船首波低则兴波阻力小，兴波阻力还和舰船的长度、速度有关。为了减小兴波阻力，在船舶设计时可以采用球鼻艏，即把船水线以下做成球鼻状的流线型，利用球状部分所形成的低压，降低首波的高度，从而减小兴波阻力。另外，在一定的设计航速下，适当选择船的长度比，可以减少兴波阻力。远洋船多采用球鼻船艏型，也就是为了调整船长，以达到减少兴波阻力的目的，如球鼻的大小和位置选择恰当，可使球鼻兴波的波谷和船首波的波峰正好处于相同的位置，使首波与尾波相低，合成波的波高明显减小，设计成功的球鼻首能使总阻力减小10-15％，未达到较佳减阻效果。但目前技术船舶一旦建造完毕，对船舶长度和首波的相位、幅度、频率均不能再主动调节，无法根据实时海况及自身的速度灵活的主动调节，减小船首波高度、改变船长宽比、使船的首波和尾波在船尾处互相抵消，从而在各种海况及速度下均能最大限度的减少兴波阻力。另外舰船在水面航行，水下部分常滋生各类水生生物，会加大舰船摩擦阻力、腐蚀船底、增加日常维护保养的工作量。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题提供一种减少舰船兴波阻力的装置及方法，用于减小水面舰船所受兴波阻力及摩擦阻力，提高水面舰船的航速，节约航运过程中的能源消耗、碳排放。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种减少舰船兴波阻力的装置及方法。所述减少舰船兴波阻力的装置包括：船体，所述船体的船艏的下部设有向所述船体的前进方向伸出所述船体的前伸机构，所述前伸机构的内部设有内腔，所述内腔通过气管与设置在所述船体内的气源连通，所述气管上固定设有气体流量调节装置和气体压力调整装置，所述前伸机构上设有与所述内腔连通的喷嘴。本专利技术的有益效果是：通过前伸机构上的喷嘴喷出气体，在船体前方形成可随航速及海况调节的由气泡形成的虚拟船艏，水下虚拟船艏部分形成低压，和首波高压相抵消，降低了首波高度；通过实时改变船体前伸机构上的喷嘴位置，来调整船长宽比；通过实时改变船体前伸机构上的喷嘴位置和喷出气体的流量及压力，使首波与尾波相抵减，达到减小船体在高速航行时的兴波阻力，向后移动的气体在船体与水面之间形成气象面，减小舰船航行的摩擦力提高水面舰船的航速，节约航运过程中的能源消耗、碳排放。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述前伸机构包括头部和伸缩杆，所述内腔位于所述头部内，所述气管置于所述伸缩杆内并与所述内腔连通，所述喷嘴位于所述头部的侧壁上，所述伸缩杆的前端与所述头部的后端固定连接，所述伸缩杆的后端与所述船艏的下部连接。采用上述进一步方案的有益效果是：能够调节前伸机构的长度，在不使用时可收回一部分，避免造成前伸机构损坏。进一步，所述伸缩杆为液压式伸缩杆，所述伸缩杆的后端还固定连接一固定端的前端，所述固定端的后端与所述船艏的下部连接，所述气管依次穿过所述固定端和伸缩杆并与所述内腔连通。采用上述进一步方案的有益效果是：伸缩的长度容易控制，且液压系统较为成熟，工程实施难度较小。进一步，所述船艏下端固定连接一球鼻艏，所述固定端的后端固定连接一转轴的一端，所述转轴的中部转动设在位于所述球鼻艏上方的所述船艏上，所述转轴的另一端传动连接一驱动装置的输出端，所述驱动装置与所述船体内壁固定连接，所述固定端的侧壁固定连接一支撑杆的一端，所述支撑杆的另一端连接一转盘，所述转盘的底端与所述船体固定连接。采用上述进一步方案的有益效果是：前伸机构能够抬升和下降，使得前伸机构与船艏形成不同夹角，配合可调节的气体强度和可调节的气体的喷气频率，可使舰船根据实际的船速及海况形成不同形状及长度的虚拟船艏，降低了首波高度、优化了舰船的长宽比、并使舰船的首尾波相抵消，以达到最佳的减阻效果。进一步，还包括控制系统，所述控制系统与波浪传感器、船横摇传感器、船纵摇传感器、船航速传感器、船航向传感器、所述驱动装置、所述伸缩杆、所述气体流量调节装置和气体压力调整装置电连接。采用上述进一步方案的有益效果是：通过控制系统可控制气体流量调节装置开关，并控制喷嘴喷出的气体的压力、频率。进一步，所述固定端设为多根，多根所述固定端的顶端相交并固定连接，多根所述固定端的底端分别与所述船艏的上部连接，所述伸缩杆位于多根所述固定端相交的顶端。采用上述进一步方案的有益效果是：前伸机构形成尖锥型，能使前伸机构在不增加过多重量的基础上大大加强前伸机构的强度。进一步，所述气源上还固定设有臭氧发生器，所述臭氧发生器的输出端与所述气源连通。采用上述进一步方案的有益效果是：在需要时可打开臭氧发生器，臭氧进入气源，随着气管从喷嘴喷出，同时调整前伸机构的角度、调整气源强度，保证含臭氧的气体能均匀覆盖船底水线以下的地方，可有效减少舰船水下部分水生生物的附着，保持舰船水下部分的流线型，减小舰船的航行阻力、减小水生生物对船体的腐蚀、提高舰船的航速、减少日常维护工作量和能源的消耗；而气体压力调整装置则可实时控制气压的强度，以适应不同海况及船速下舰船所需要的虚拟船艏。进一步，所述喷嘴为单个，单个所述喷嘴位于所述头部远离所述伸缩杆的一端的端部。采用上述进一步方案的有益效果是：单个喷嘴对气体的喷出强度控制效果好。进一步，所述喷嘴有多个，多个所述喷嘴均匀分布于头部的顶端。采用上述进一步方案的有益效果是：多个喷嘴，气体喷出较为均匀且可根据实际需要增加部分喷嘴的喷出强度或关闭部分喷嘴，方案灵活性较强。减少舰船兴波阻力的方法是：在船体的船艏上设有可调节的带有喷嘴的前伸机构，并且喷嘴连通气源；将带有喷嘴的前伸机构探入水中；通过调节控制系统，控制系统控制气体压力调整装置和气体流量调节装置产生不同频率和强度的气体，气体经喷嘴喷出形成气泡，喷嘴所喷出气泡在水中形成虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少舰船兴波阻力的装置，其特征在于，包括：船体(2)，所述船体(2)的船艏(10)的下部设有向所述船体(2)的前进方向伸出所述船体(2)的前伸机构，所述前伸机构的内部设有内腔(14)，所述内腔(14)通过气管(5)与设置在所述船体(2)内的气源(4)连通，所述气管(5)上固定设有气体流量调节装置(11)和气体压力调整装置(16)，所述前伸机构上设有与所述内腔(14)连通的喷嘴(9)。

【技术特征摘要】
1.一种减少舰船兴波阻力的装置，其特征在于，包括：船体(2)，所述船体(2)的船艏(10)的下部设有向所述船体(2)的前进方向伸出所述船体(2)的前伸机构，所述前伸机构的内部设有内腔(14)，所述内腔(14)通过气管(5)与设置在所述船体(2)内的气源(4)连通，所述气管(5)上固定设有气体流量调节装置(11)和气体压力调整装置(16)，所述前伸机构上设有与所述内腔(14)连通的喷嘴(9)。2.根据权利要求1所述的一种减少舰船兴波阻力的装置，其特征在于，所述前伸机构包括头部(1)和伸缩杆(12)，所述内腔(14)位于所述头部(1)内，所述气管(5)置于所述伸缩杆(12)内并与所述内腔(14)连通，所述喷嘴(9)位于所述头部(1)的侧壁上，所述伸缩杆(12)的前端与所述头部(1)的后端固定连接，所述伸缩杆(12)的后端与所述船艏(10)的下部连接。3.根据权利要求2所述的一种减少舰船兴波阻力的装置，其特征在于，所述伸缩杆(12)为液压式伸缩杆，所述伸缩杆(12)的后端还固定连接一固定端(13)的前端，所述固定端(13)的后端与所述船艏(10)的下部连接，所述气管(5)依次穿过所述固定端(13)和伸缩杆(12)并与所述内腔(14)连通。4.根据权利要求3所述的一种减少舰船兴波阻力的装置，其特征在于，所述船艏(10)下端固定连接一球鼻艏(3)，所述固定端(13)的后端固定连接一转轴(7)的一端，所述转轴(7)的中部转动设在位于所述球鼻艏(3)上方的所述船艏(10)上，所述转轴(7)的另一端传动连接一驱动装置(8)的输出端，所述驱动装置(8)与所述船体(2)内壁固定连接，所述固定端(13)的侧壁固定连接一支撑杆(17)的一端，所述支撑杆(17)的另一端连接一转盘(18)，所述转盘(18)的底端与所述船体(2)固定连接。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓宇，邹忠伟，王冀川，沈勇，
申请(专利权)人：重庆中电大宇卫星应用技术研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50