[发明专利]减小船壳上水摩擦的高能效系统和方法

说明书

发明背景

本发明涉及一种减小船壳上水摩擦的方法，通过一层空气或其他气体将船壳若没有气体时会与水接触的外表面的至少一个主要部分和水分开。更具体地说，本发明涉及一种能效系统和方法，用来在船壳的外表面和航行其中的水之间提供并保持一层空气。

发明背景

水中行船所需的能量，一个主要部分用来克服水和船壳外表面之间的摩擦。众所周知，减小水／船壳的接触面积会提高效率。过去曾做出许多努力，在船壳和水之间提供气泡或气流形式的空气或气体将船和水分开，从而减小此间的摩擦。但是这种努力收效甚微，有时还会造成失效，原因是以压缩空气形式出现的能量流失，压缩空气离开船壳供给气体的水深度越大能量流失得越多，这种努力的效率降低很快，这是因为在大深度供应空气／气体需要更多的能量／压力。因此，这些先前的努力得到高效的使用效果会受到深度的极大限制。由于在大深度时的效率损失，这些努力的使用主要限于浅水船或规划型船。利用有效减少空气气体量的微气泡，或者利用空气与纹理表面相结合的方法在减小摩擦时往往效率低下。这两种方法如前所述也受到深度的限制。

几年来的许多这些努力都放弃了储存在压缩空气／气体中的能量，压缩空气／气体从船尾或船侧排出，以气泡或气流的方式到达水面。过去已经公开了大量的系统和方法，利用船壳和水之间的空气来减小摩擦，进而减小在水中推动船行走的能量。以下的专利公开了这类系统的几种形式：

美国专利号    发明人

4340004    Kaneil

4393802    Rizzo

4523536    Smoot

4528931    Lantz

4926771    Hull

5031559    Bartholomew

5054412    Reed等人

5117882    Stanford

5176095    Burg

5476056    Tokunaga等人

5524568    Bobst

5575232    Kato

Kaneil、Rizzo，Hull，Reed等人以及Burg的专利揭示出在船壳的外表面上利用通道或槽并向其供应空气或气体来减小水与船壳的接触面积。Hull的专利使用轴流风扇23来供应空气。Bartholomew，Stanford，Tokunaga等人，Bobst和Kato等人的专利公开了在船壳的外表面上引入空气泡或空气膜的各种方法。其余的Smoot和Lantz的专利则涉及其他减小船壳水阻力的方法。

尽管已公布的这些专利揭示出多种给船壳外表面的至少一个部分提供空气的方法，来减小船壳与水的接触面积，但在允许压缩空气以可能的气流或气泡方式从船壳侧面或船尾漏出到载船的水面这一点上，这些专利都是相同的。为了使空气或其他气体占据船壳和水之间的某些空间，必须在一定压力下供应空气或其他气体。如果空气或气体不插入水和船壳之间的话，这一压力至少等于或大于水作用在船壳上的压力。船壳和水之间的供入气体的界面在水下越深，需要的压力就越大。这样的话，重载航行的深水船，空气必须以很大的压力供给到船壳下方。尽管在船壳外表面与水之间提供空气界面可以减小其间的摩擦，然而船尾流失的压缩空气意味着能量的大量流失。在这种情况下尽管船在推进其前行的能量性能方面可以改进，但提供压缩空气所消耗的在船侧或船尾流失的能量会大大抵消推动船的整体能量性能的任何改进。因此，如果压缩空气的流失得以避免或减到最低程度，就只需相当少的能量来供应压缩空气。

因此，最好提供一种减小船壳上水摩擦的方法和系统，在船壳外表面和水之间以高能效的方式提供气体通常是空气的界面。更具体讲，最好提供这样一种方法和系统，其中通常向下流向船尾的压缩气体得以回收，从而减小能量流失。这种流失往往是压缩气体在船尾泄漏。

发明简述

本发明的一个目的是提供一种高能效方法和系统，用来减小船壳外表面和水之间的摩擦。本发明的另一个目的是提供这样一个系统，其中船壳外表面和水之间的摩擦通过在其间提供一气体或空气界面来减小。本发明还有一个目的是提供这样一种能效系统，其中形成界面的压缩气体或空气经由分配开口或出口引向船头，再由位于船尾或船侧压缩空气或气体流路上的收集开口或孔进行回收，以便循环利用。压缩空气或气体由分配口释放。这样，储存于压缩气体中的能量得以回收，而不是以压缩空气气泡或气流的形式离开船侧或船尾到达水面而发生流失。