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CN115626244A - 一种防气泡的艏部内凹船型 - Google Patents

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CN115626244A CN202211319622.1A CN202211319622A CN115626244A CN 115626244 A CN115626244 A CN 115626244A CN 202211319622 A CN202211319622 A CN 202211319622A CN 115626244 A CN115626244 A CN 115626244A
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胡景丰
朱庆飞
唐尧
张祥瑞
张艺瀚
冯毅
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    • B63B3/14—Hull parts
    • B63B3/46—Stems
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Abstract

本发明涉及一种防气泡的艏部内凹船型，属于船舶设计制造技术领域。通过CFD仿真计算，流线对比；设计吃水下2m以内的流线在声学设备布置区域后端处才到达船底，吃水下2‑4m的流线达到船底后分布在0.28B的宽度范围之外；使船底声学设备预布置区域有效地避开船艏设计吃水附近的流线。通过本发明艏部型线内凹设计，牺牲了较小的阻力，起到了气泡导流作用，可使船底声学设备安装区域避开气泡的干扰。同时，通过保留球鼻艏设计，以及球鼻艏形状优化，且与艏部内凹线型均匀过渡，起到了减阻效果。

Description

一种防气泡的艏部内凹船型
技术领域
本发明涉及一种防气泡的艏部内凹船型，属于船舶设计制造技术领域。
背景技术
船舶在水中航行时，位于艏部的波浪破碎后会产生大量的气泡，气泡会随船体表面水流下泄到达船底部，在船体底部形成气泡层，气泡层会严重影响船舶上安装的声呐、测深仪等声学设备的工作。船体艏部这种气泡下泄的现象在有球鼻艏存在的船舶上更为显著，球鼻艏带来减阻的好处，却增加了船艏气泡的下泄。目前国内外针对船艏气泡下泄问题，解决方法有以下三种：①声学设备突出船体外部呈悬挂式安装。②安装导流附体，例如在声学设备布置位置处加装导流罩、Gondola等导流附体。③防气泡隐形球艏设计，该船型无突出的球鼻艏，通过设置横截面呈水滴型的隐形球艏，在隐形球艏设置倾斜的气泡引导槽，从而起到兼顾阻力和防气泡的效果。上述解决方法的主要问题是，减少气泡下泄的同时带来了明显的阻力增加。第一种呈悬挂式安装的形式会显著增加船舶阻力；第二种方法导流罩也会增加阻力，且防气泡能力弱；第三种方法能有较好的防气泡效果，但是由于球鼻艏的隐式设计，相对于球鼻艏船型，阻力性能也会变差。因此，本技术领域亟需解决目前船底部安装有声学设备的船舶，如何设计可以兼顾到声学设备的工作避免受到气泡干扰且船舶航行的阻力可以减小的技术问题。本发明的前期研究表明，船舶艏部气泡主要是在水线面一定深度范围内产生，并随流线下泄至船底，可以通过控制该部分流线的轨迹来抑制气泡下泄。据此，本领域技术人员致力于获得一种能够对气泡进行导流的，又具有优良阻力性能的新型船艏线型。
发明内容
本发明的目的是为解决目前船底部安装有声学设备的船舶，如何设计可以兼顾到声学设备的工作避免受到气泡干扰且船舶航行的阻力可以减小的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种防气泡的艏部内凹船型，通过CFD仿真计算，流线对比；设计吃水下2m以内的流线在声学设备布置区域后端处才到达船底，吃水下2-4m的流线达到船底后分布在0.28B(B为船舶型宽)的宽度范围之外(即船中纵剖面向两舷各0.14B的半宽范围之外)；使船底声学设备预布置区域有效地避开船艏设计吃水附近的流线。
优选地，所述艏部包括球鼻艏，艏部横剖线成S型横剖线。
优选地，所述S型横剖线从球鼻艏后端开始，延续至声学设备布置区域的后端，其内凹程度不断减小，在声学设备布置区域的后端之后，逐渐过渡到与常规艏部线型一致。
优选地，所述艏部横剖线以基线上3/8t处为边界，t为设计吃水深度；边界以上的横剖线往内收，边界以下的横剖线向外拉，形成S型的横剖线。
本发明提供一种防气泡的艏部内凹船型的设计方法，通过CFD仿真计算，流线对比；设计吃水下2m以内的流线在声学设备布置区域后端处才到达船底，吃水下2-4m的流线达到船底后分布在0.28B的宽度范围之外(即船中纵剖面向两舷各0.14B的半宽范围之外)；使船底声学设备预布置区域有效地避开船艏设计吃水附近的流线。
优选地，所述设计方法中的艏部包括球鼻艏。
优选地，所述设计方法中艏部横剖线为S型的横剖线。
优选地，所述设计方法中艏部横剖线以基线上3/8t处为边界，t为设计吃水深度；边界以上的横剖线往内收，边界以下的横剖线向外拉，形成S型横剖线。
优选地，所述S型横剖线从球鼻艏后端开始，延续至声学设备布置区域的后端，其内凹程度不断减小。
优选地，所述S型横剖线在声学设备布置区域的后端之后，逐渐过渡到与常规艏部线型一致。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明技术方案通过艏部型线内凹设计，牺牲了较小的阻力，起到了气泡导流作用，可使船底声学设备安装区域避开气泡干扰。
(2)本发明技术方案保留了球鼻艏设计，通过球鼻艏形状优化，且与艏部内凹线型均匀过渡，起到了减阻效果。
附图说明
图1为本发明船艏与常规船艏横剖线对比图。
图2为本发明船艏与常规船艏纵剖线对比图。
图3为常规船艏流线图。
图4为本发明船艏流线图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
本发明的技术方案是：带球鼻艏船艏部气泡导流线型一体化设计，设计吃水附近型线内凹、基线处型线拉宽，并与球鼻艏光顺过渡，向后至声学设备布置位置，内凹程度逐渐减小直至与常规船艏的原型线光顺过渡。相较于原线型保留了球鼻艏，且可通过球鼻艏优化设计减小阻力，通过优化线型内凹程度来控制气泡导流轨迹。其特点是吃水以下型线内凹变瘦，基线附近向外拉变宽，可以有效延缓艏部吃水线附近流线达到船底，线型内凹带来的阻力增加很小，主要为湿表面积增加引起，可以通过球鼻艏优化抵消这部分阻力增加。
如图1和图2所示，分别为本发明的船艏与常规船艏的横剖线及纵剖线对比图，横剖线以基线往上约3/8t(t为设计吃水深度)处为边界，边界以上往内收窄，边界以下向外拉宽，形成类似“S型”的横剖线。这种“S型”设计从球鼻艏后端开始，延续至声学设备布置区域的后端，其内凹程度不断减小，在声学设备布置区域的后端之后，逐渐过渡到与原线型一致。
图1、图2中细实线为常规船艏型线，粗实线为本专利船艏型线,其中t为设计吃水深度；图2、3、4中4#站位至7#站位为声学设备布置区域，其中B为船舶型宽。
通过CFD仿真计算，流线对比结果如图2、3所示：常规方案设计吃水下超过1m的流线均很快就下泄到达船底；本发明方案设计吃水下2m以内的流线在声学设备布置区域后端处才到达船底，2-4m的流线达到船底后分布在0.28B的宽度范围之外。本发明技术方案可以使船底声学设备预布置区域有效地避开船艏设计吃水附近的流线，起到显著的气泡导流效果。本发明技术方案阻力相较于常规方案的阻力基本相当。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种防气泡的艏部内凹船型，其特征在于，通过CFD仿真计算，流线对比；设计吃水下2m以内的流线在声学设备布置区域后端处才到达船底，吃水下2-4m的流线达到船底后分布在0.28B的宽度范围之外；使船底声学设备预布置区域有效地避开船艏设计吃水附近的流线。
2.根据权利要求1所述的一种防气泡的艏部内凹船型，其特征在于，所述艏部包括球鼻艏，艏部横剖线成S型横剖线。
3.根据权利要求2所述的一种防气泡的艏部内凹船型，其特征在于，所述S型横剖线从球鼻艏后端开始，延续至声学设备布置区域的后端，其内凹程度不断减小，在声学设备布置区域的后端之后，逐渐过渡到与常规艏部线型一致。
4.根据权利要求3所述的一种防气泡的艏部内凹船型，其特征在于，所述艏部横剖线以基线上3/8t处为边界，t为设计吃水深度；边界以上的横剖线往内收，边界以下的横剖线向外拉，形成S型的横剖线。
5.一种防气泡的艏部内凹船型的设计方法，其特征在于，通过CFD仿真计算，流线对比；设计吃水下2m以内的流线在声学设备布置区域后端处才到达船底，吃水下2-4m的流线达到船底后分布在0.28B的宽度范围之外；使船底声学设备预布置区域有效地避开船艏设计吃水附近的流线。
6.根据权利要求5所述的一种防气泡的艏部内凹船型的设计方法，其特征在于，所述设计方法中的艏部包括球鼻艏。
7.根据权利要求6所述的一种防气泡的艏部内凹船型的设计方法，其特征在于，所述设计方法中艏部横剖线为S型的横剖线。
8.根据权利要求7所述的一种防气泡的艏部内凹船型的设计方法，其特征在于，所述设计方法中艏部横剖线以基线上3/8t处为边界，t为设计吃水深度；边界以上的横剖线往内收，边界以下的横剖线向外拉，形成S型横剖线。
9.根据权利要求8所述的一种防气泡的艏部内凹船型的设计方法，其特征在于，所述S型横剖线从球鼻艏后端开始，延续至声学设备布置区域的后端，其内凹程度不断减小。
10.根据权利要求9所述的一种防气泡的艏部内凹船型的设计方法，其特征在于，所述S型横剖线在声学设备布置区域的后端之后，逐渐过渡到与常规艏部线型一致。
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