[发明专利]船舶的前体形式

说明书

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 edge portion)，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。