[发明专利]船首抑波减摇附体

说明书

技术领域

本发明涉及船舶领域，尤其涉及一种能降低水面船舶兴波阻力、并且减小船舶在波浪中摇摆幅度，从而提高船舶快速性和适航性的新型船首抑波减摇附体。

背景技术

船舶是依托于水这种介质能够漂浮和航行的水上运载平台。一般而言，船舶要能够通江达海，顺利完成人员、物资运输或其它相关任务，必须具备六种基本的航行性能，分别是浮性、稳性、不沉性、快速性、操纵性和适航性。其中快速性是指一定的船舶要达到一定的航行速度，所需主机功率最小的能力；另外，船舶在风浪中航行时，会产生摇摆运动以及随之出现的上浪、甲板淹湿、艏底砰击、人员晕船等现象，适航性是指船舶在一定风浪中能够安全航行并且产生较小的运动响应，以保证船上的人员和各项设备能够作业的能力。

很显然，船舶的快速性越好，船舶的燃油消耗率就越小，则其运营成本和二氧化碳排放量都会降低；另外，船舶在风浪中的摇摆运动幅度越小，船舶的适航性就越好，风浪中航行船舶的安全性、人员的舒适性以及设备的作业能力都会提升。因此，如何最大限度的提高船舶的快速性和适航性一直是国际造船界和国内外船舶技术研究领域中热点的问题。

提高船舶的快速性，主要的技术途径就是减小船舶在水面航行时的运动阻力。水面船舶的阻力成分主要包括摩擦阻力、粘压阻力和兴波阻力，其中兴波阻力的产生，是因为船舶在水面运动时对水面有扰动，这种扰动在重力的作用下形成周期性起伏的波面向周围传播，消耗了船舶的运动能量。兴波阻力随航速的增加急剧增大，对于排水型高速船舶，兴波阻力占总阻力的比重达50％以上，所以降低船舶运动阻力的一个很重要方面是减小兴波阻力。目前主要的减小船舶兴波的技术方法有：

(1)船形优化技术。该技术以兴波阻力数值计算方法和优化算法为基础，以最小兴波阻力为优化目标，结合一定的约束条件，得出满足条件的低兴波阻力主船体形状。这种技术的缺点是：不同的速度范围对应的最低兴波阻力船体形状是不一样的，一种船体形状难以在整个航行速度范围内都取得低阻效果；并且船体的形状还受到船舶浮性、稳性以及船舶布置和装载方面的制约，船形优化的空间有限。

(2)球鼻艏技术。球鼻艏技术是将船舶首柱前端水面以下的部分设计成一个球形首，船舶航行时球鼻艏的兴波与主船体兴起的首部横波形成有利干扰，总的兴波能量降低，从而使船舶的兴波阻力减小。该技术的缺点是：经理论和船舶试验研究表明，球鼻艏技术应用在船长傅汝德数小于0.34的低速船或者是中低速船上才能产生减小兴波阻力的效果，对于高速船舶，阻力是增加的。

(3)消波水翼技术。消波水翼是在船舶首柱后部水面以下安装的水翼。当船舶高速航行时，水翼改变船首部的兴波波形，可使兴波阻力下降。该技术的缺点是：研究表明，消波水翼的减阻效果只有在船长傅汝德数大于0.6的极高速航行工况下才能体现，目前世界上绝大部分船舶都并不处于这样的航行工况。

总体上看，针对目前工程应用中的船舶，现有的兴波阻力降阻技术很难在全航速范围内都取得减阻效果，特别是在船舶航行主要的中、高航速范围(傅汝德数从0.3至0.5)减阻十分困难。

船舶在有风浪的海况中航行时，船体不可避免的会产生向左右的横向摇摆、向首尾的纵向摇摆、垂向升沉以及过大的加速度，这些船体运动相互耦合，再叠加风浪的作用，船舶还会出现首部上浪、甲板淹湿、艏底砰击、人员晕船等现象，对船舶的航行安全性、人员的舒适性和船上设备装备的工作效能发挥都产生不利影响。为了减小船舶在波浪中的摇摆幅度，改善船舶的适航性，人们提出了如下的减摇措施。

(1)舭龙骨。舭龙骨沿船长方向安装在水下船体两侧的舭部，船体出现左右的横向摇摆时可以增加船体的横摇阻尼从而减小横摇幅度。舭龙骨对于横摇的减摇幅度可以达到30％，但对船体向首尾的纵向摇摆影响甚小，同时会使船舶航行阻力略有增大。

(2)减摇鳍。减摇鳍是通过船体中部两舭伸出的一对机翼型翼片，配以动力系统和自控系统能使翼片角度转动，保证翼片上始终产生阻碍船体横摇运动的力矩，从而起到减小横摇的目的。减摇鳍在船舶以6kn速度以上航行时可取得优良的减小横摇效果，但结构复杂，并且也不具有减小船体纵向摇摆的作用。

(3)减摇水舱。减摇水舱是装在船体内的一种特制水舱，当船体横摇时，水舱内的水能从一舷流向另一舷，从而产生抵抗横摇的稳定力矩，达到减小横摇的目的。

综合而言，现有的具有工程应用意义的船舶减摇装置，都只具有减小船舶横摇的作用，对减小纵摇却无能为力。但是船舶在风浪中出现的船舶首部上浪、甲板淹湿、首底砰击、船员晕船等现象都与纵摇有直接相关，目前缺少有效的船舶减纵摇方法。