设计水线以下低阻力船体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种设计水线以下低阻力船体，属于船型设计领域，主要是船舶设计水线以下船体的设计。螺旋桨安装在船艏，轴包架设计成细长的近似锥形体；轴包架与轴包架以上船体之间的过渡处两侧分别设置一个弧形导流水槽；轴包架以上的艏部水线设计成具有导流作用的底瘦口肥的V形，将艏部表面法线与航行方向夹角较小的区设计在四分之一和四分之三船宽附近；船艏下部在主机舱两侧设置两个倾斜的导流水槽；采用对称船艏或者非对称船艏；艉部设计成流线型渐缩体；艏艉各设置一个贯通左右舷的流道，内部设置喷水推进装置来满足船舶的转向需要。利用艏艉型线设计及螺旋桨安装在船艏来改善船舶的首尾流场，削弱水对船舶航行的不利影响，减小船舶阻力。
【专利说明】设计水线以下低阻力船体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种设计水线以下低阻力船体，属于船型设计领域，具体地说是将螺旋桨设计在船艏，并通过船艏和船艉设计水线以下的型线设计来降低船舶航行过程中所受阻力的船型。
【背景技术】
[0002]为了充分了解船舶设计方面的【背景技术】，在中华人民共和国国家知识产权局中国专利信息中心这一网站上以“船舶”为检索要素，共检索到17876项专利，涵盖了与船舶有关或者提及船舶的所有专利，将其中与本发明有关的介绍如下。
[0003]申请号为01110399，名称为船头带螺旋桨的船舶这一专利，船头外侧装有螺旋桨，螺旋桨的旋转轴线朝向船舶的侧后方，螺旋桨的旋转轴线相对船体可以改变方向；船头外侧连接一个开口朝向船前方的挡水槽，通过抽走船舶前面的水向两侧后方排出来降阻。安装于船头两侧的螺旋桨相对于船体横剖面的尺度要小得多，这种方式虽然在一定程度上能够降低船舶阻力，但是效果是很有限的，而且这一专利中船舶的推进主要还是依靠船艉的螺旋桨，船艉的螺旋桨将产生负压和漩涡，该种船舶同现在普遍的螺旋桨安装在船艉的船舶并没有多少优势。
[0004]申请号为200610032020，名称为前置式船舶这一专利，在船舶的前方或侧前方安装支架，然后在支架上安装螺旋桨，或者在船艏安装螺旋桨，螺旋桨与船体之间安装挡板。首先，通过支架安装螺旋桨具有较大困难；其次，螺旋桨及其支架有很大一部分在最大船宽之外，这是不合理的；再次，将螺旋桨安装在支架上，很难为螺旋桨或者喷水推进器提供大功率的动力，使船舶的推进力受到很大的限制，难以满足船舶大吨位的需求；其中的实例7虽然也是螺旋桨安装在船艏并且直接安装在船体上，但是其中的挡板完全是多余的，因为经过螺旋桨加速的水冲击在船体上会产生阻力，冲击在其中所述的挡板上同样会产生阻力，而且安装挡板之后可能还会产生漩涡，导致阻力更大；同时，因为螺旋桨的尺度相对于船体的尺度要小得多，仅仅依靠螺旋桨安装在船艏来减小船舶阻力是很困难的，船舶艏艉的型线设计也显得至关重要，这一专利中未涉及。只有将螺旋桨安装在船艏并配合合理的艏艉型线，才能使船舶获得优良的阻力性能。
[0005]申请号为 201120194651、201020283862、200820117882、200820117861、200810200340 ,200610167503及94200452这些专利思路基本相似，都是采用从船艏向船
艉或者向两侧设置贯通的管道或者空间，螺旋桨安装在前后贯通的通道中或者通道的进/出水口。将水从船艏吸入，然后从船艉或者两侧排出来降低船舶航行过程中的阻力。以这种方式设计的船舶:首先，从船艏向船艉或者向两侧设置贯通的管道或者空间占用较多的船舶内空间，损失较多的船体有用容积；其次，较小的流道若要流过大量的水将产生很大的摩擦阻力，而且抽吸的水量相对于船艏正前方的水量要小得多。起到效果并不明显。如果如上专利中所述设置前侧推，则不会对船艏高压区造成实质性的压力消弱，只有有效减小船艏高压区的压力才能有效减小船舶阻力。[0006]申请号为201080005671这一专利，描述的是一种利用船艏向后凹陷的方式缓冲波浪使其减弱的艏部消波船，同时利用球鼻艏的整流及消波作用。该专利中船艏向后凹陷部分将使这一区域的水线形状变得肥大，船舶航行过程中增加了水流对船体的阻力。球鼻艏的整流及消波作用，实际上是利用球鼻艏向前凸出的特点，首先与船舶前面的水发生作用，通过挤压提高水在船体表面的切向流动速度，再利用水流的抽吸作用消除船艏的波浪，消波的前提是球鼻艏顶部加压造成挤流，这将造成球鼻艏顶部及根部大面积压力较大的区域，导致船舶所受的形状阻力增加。
[0007]对于目前大多数螺旋桨安装于船艉的载重型货船，船舶前进的推力来自于螺旋桨向后推水产生的反作用力，该反作用力克服水的阻力推动船舶前进，根据作用力与反作用力的特性和单位时间内螺旋桨作用的水的质量与船舶总质量的差异可以发现，为了产生推进力所耗费的能量大部分消耗于推水所做的功，这类船舶利用的只是螺旋桨推水产生的反作用力；螺旋桨安装在艉部产生了一个不利现象:经螺旋桨作用后的水流快速向船艉后方流去，使螺旋桨盘面之后产生一个负压，原本船舶向前行驶就会在船艉产生负压，这两个负压的叠加对船舶产生了很大的向后的吸力，这是船舶阻力的一个重要来源；船舶行驶过程中由于水的流动性及船舶因行驶而在船艉产生的负压导致大量的水朝船艉流动，及时填补船舶行驶时在船艉产生的负压空间，由于螺旋桨安装在船艉，螺旋桨作用后的水与填补船艉负压空间的部分水相对流向几乎相反，导致船艉的负压空间得不到很好的填补，使船体艉部表面的水流速度增加，压力进一步减小，使船舶阻力增加，两流向相反的水流因产生大量的漩涡而快速消耗了他们的动能，船艉大量漩涡的不断消散过程向我们展示了螺旋桨作用后的水所具有的能量的耗散过程；船艏有较大面积的外板法线与船舶行驶方向所成的夹角很小，船舶航行时，因为这些区域上的水很难迅速流走，相对于船体的速度很小，甚至部分水在船舶航行方向上具有较大的速度(即部分水的绝对速度方向与船舶航行方向一致)，这些区域将形成高压区，产生很大的阻力，尤其是这些区域位于中纵剖面附近时，其产生的阻力更大。
【发明内容】
[0008]为了解决目前上述各类船舶存在的不利于减小船舶阻力的问题，充分考虑了螺旋桨安装在船艏对减小船舶艏部阻力的作用、艏部型线对形状阻力的影响、球鼻艏的挤流消波原理，以及螺旋桨安装在船艏以后，船艉流场受到的扰动更少、扩压更充分、艉部没有螺旋桨使船尾负压减小等因素。本发明设计水线以下低阻力船体将螺旋桨安装在船艏，轴心线在中纵剖面上，以设计水线的最末端为O站，最前端为20站，为了使附图可以更大，更好的突出艏艉的细节，型线示意图中将平行中体(14)的长度缩小了，大约省略了 11站船长的平行中体；本发明设计水线以下低阻力船体设计成对称船艏，螺旋桨作用后的水不对称的冲击在对称船艏上会产生的航向偏移，当这一影响较大时将船艏设计成非对称船艏；轴包架以上V形船体(4)的各水线设计成具有导流作用的底瘦口肥的V形(26)，艏部表面法线与航行方向夹角较小的大部分区域(7)设计在四分之一和四分之三船宽附近，以消除船艏高压阻力区，或者轴包架以上的艏部的各水线直接设计成V形(43、44);轴包架(11)设计在船艏靠近船底的船体上，设计成细长的近似锥形体；轴包架(11)与轴包架以上V形船体(4)的连接处两侧分别设置一个弧形导流水槽(3)，或者直接由轴包架以上V形船体(4)过渡到轴包架(11);船艏下部在主机舱(9)两侧各设置一个倾斜导流水槽(8)，或者直接将艏部轴包架以外的船体设计成由船底向船艏设计水线附近倾斜、两舷侧向中纵剖面方向渐缩的渐缩体(35);充分利用鸡尾状水丘扩压；艉部设计成流线型渐缩体(I);艏艉各设置一个贯通左右舷的流道(12、13)，内部设置喷水推进装置(23)来满足船舶的转向需要。
[0009]本发明设计水线以下低阻力船体解决其技术问题所采用的第一种技术方案是:螺旋桨安装于船艏，轴线在中纵剖面上，主机也相应地安装在船艏，并对船艏及船艉型线做出相应的设计，消除了螺旋桨安装在船艉产生的螺旋桨对船尾流场影响等不利情况。螺旋桨作用后的高速水流流过船舶部分艏部表面虽然产生了一定的阻力，但也会因为部分船体表面水流的快速流动而产生一个有利于减小阻力的负压，同时将船艏部分水吸走也有利于减小阻力，本发明中轴包架(11)设计成细长的近似锥形体，可以有效减小因螺旋桨作用后的水流与船体作用而产生的阻力。将船艏轴包架以上V形船体(4)的各水线设计成底瘦口肥的V形，配合螺旋桨的抽吸功能来减小船艏的兴波阻力以及船舶航行时艏部水体对船舶的冲击而产生的阻力；将艏部表面法线与航行方向夹角较小的大部分区域(7)设计在四分之一和四分之三船宽附近，在船艏设置弧形导流水槽(3)和倾斜导流水槽(8)将螺旋桨作用后的水和部分船前的水导走，削弱水与船艏的作用，以降低船艏的阻力，艏部95%以上的表面的法线与航行方向夹角在30至90度之间；通过将船艉设计成流线型渐缩体(I)，以及螺旋桨安装在船艏，使船尾流场得到充分的扩压，利用鸡尾流的形成原理来降低船艉负压造成的阻力，或者设计一定的方艉(51)来降低高速时的阻力。本发明设计水线以下低阻力船体设计成对称船艏，但因艏部经过螺旋桨加速后的水具有一定的旋度，螺旋桨作用后的水不对称的冲击在对称船艏上会产生的航向偏移，当这一影响较大时将船艏设计成非对称船艏；在艉部的流线型渐缩体(I)和艏部的轴包架(11)上各设置一个贯通左右舷的流道(12、13)，内部设置喷水推进装置，满足船舶的转向需要。该方案并没有改变螺旋桨对船舶的驱动作用，但使船舶首尾的压力状况及水流的流动状态变得更有利于降低船舶阻力。
[0010]本发明设计水线以下低阻力船体的艏部在中纵剖面附近由下往上至设计水线依次是轴包架(11)、轴包架以上V形船体(4 )、设计水线(19 )，轴包架(11)到轴包架以上V形船体(4)的过渡处两侧各有一个弧形导流水槽(3)。轴包架以上V形船体(4)的内涵是指该部分船体的各水线设计成底瘦口肥的V形(26)，各水线最前端采用内凹弧形(29)，紧接着的部分采用外凸弧形(25);该部分船体从20站到19站附近的长度内船宽增加很少，水线为内凹的弧形，从19站附近18站附近的船长范围内，水线逐渐由内凹变成外凸，船宽增加很快，从18站到17站的船长范围内，船宽的增加又逐渐减缓。
[0011]轴包架(11)与轴包架以上V形船体(4)相连接的部分采用光滑曲面过渡，轴包架
[11]的其余部分设计成细长的近似锥形体，整个轴包架侧表面上各点的切平面与船舶轴心线的夹角在0-45度之间。
[0012]弧形导流水槽(3)从船艏向船艉方向离中纵剖面的距离逐渐变大，在倾斜导流水槽(8 )前端之前消失；弧形导流水槽(3 )与轴包架(11)和轴包架以上V形船体(4)连接处通过光滑曲面过渡，与主机舱两侧的倾斜导流水槽(8 )通过光顺曲面连在一起。
[0013]在船艏底部的主机舱(9)附近，两侧各有一个倾斜导流水槽(8)，倾斜导流水槽
(8)的宽度在螺旋桨半径的0.5至1.8倍之间，倾斜导流水槽(8)的最高点(5)的高度设计在螺旋桨的最高点(20)的高度附近至设计水线(19)之间，倾斜导流水槽(8)的下端与船底相连，连接处用光滑曲面过渡，倾斜导流水槽(8)的中心线与船舶轴线成6至45度角，把螺旋桨作用后的水导入船底。
[0014]艏部倾斜导流水槽(8)外面的各纵剖线近似为圆弧形(15)，倾斜导流水槽(8)内的纵剖线近似为L形(16)，艏部轴包架最大宽度以内的各纵剖线从设计水线至基平面的形状为:首先由船艏设计水线处向下后方以弧形倾斜(17)，紧接着的一段逐渐变为近似垂直于水平面(18)，接下来的一段逐渐向船艏方向以弧形凸起(21)，凸起到一定程度后又逐渐向船艉方向收缩(22)。轴包架(11)高度范围内的各水线前半部分形状分别为底部内凹顶部外凸的曲边梯形的曲线的边的形状(28)、底部内凹顶部外凸的V形(27)、V形(30)和底部较肥大的V形(31)，后半部分水线因主机舱(9)两侧倾斜导流水槽(8)的存在，呈现出沿船览方向开始向船舰四陷接着又向船腊关出，最终向船舰方向逐渐接近航侧的山峰-山谷-山峰形(32 )，整条水线的形状像象形文字的山字形(46 )。
[0015]整个艏部主要由以上几部分曲面组合形成，连接处以光滑曲面过渡。船艏最前端的横剖线在轴包架处呈水滴形(10)，靠近设计水线部分为瘦V形(2)，整条横剖线形状为水滴形(10)与瘦V形(2)的组合形状(47)，从船艏向船艉方向，横剖线逐渐从水滴形与瘦V形的组合形状(47)，演变成底大腰细口稍大的U形(48)，口部比底部大、腰稍细的U形(49)，到底部两边各有一个弧形缺口、口部扩大的U形(50)，最终演变成U形(6)。
[0016]对于传统船型,船艏表面法线与船舶航行方向的夹角较小的大部分区域大多在船舶的中纵剖面附近。本发明设计水线以下低阻力船体船艏水线的构造特征使船艏表面法线与船舶航行方向的夹角较小的大部分区域(7)分成两块并远离中纵剖面设计在中纵剖面的两侧，这两块区域分别位于四分之一和四分之三船宽附近，最前端的内凹V形(各水线的形状)船艏使船体表面附近的流体的相对流速增加，虽然在一定程度上增加了摩擦阻力，但是船体表面法线与航行方向夹角较小的区域上的流速也因此增加，致使该区域上的压力减小，而此处的压力对船舶航行产生的阻力很大，减小这一区域的压力将有效减小船舶的形状阻力，与此同时，因为船艏的平均相对流速增加，压力减小，将可以有效地减小兴波阻力。本发明尤其消除了传统船型在航行时大量流体在中纵剖面附近滞留或者随船前行的现象，降低中纵剖面附近的压力，从而有效降低阻力。螺旋桨把一部分阻碍船舶前进的水推向船尾，也使得船舶航行时阻力减小，虽然螺旋桨作用后的水因速度的增加而使船舶所受的摩擦阻力增加，而且水对船艏的冲击也会增加一些，但是因左右两侧各有一个弧形导流水槽
(3)和一个倾斜导流水槽(8)，且螺旋桨作用后的水流过的船体表面的法线与船舶航行方向的夹角都很小(0-30度)，另外，螺旋桨安装在船艏，流过螺旋桨的水相比附近未流过螺旋桨的水速度增加量并不太明显，因此当船舶前进时，船舶所受螺旋桨作用后的水冲击产生的阻力并不是很大。船舶航行时船前的水与船体具有和船速大小相等的相对速度，本发明将使水流的流动状态改变较小，有利于减小船舶阻力。
[0017]本发明设计水线以下低阻力船体艉部水线以下设计成流线型渐缩体(I)。艉部每一纵剖线上从船底至船艉设计水线、每一水线上从最大船宽至中纵剖面附近均以较均匀的幅度收缩，艉部与平行中体(14)的连接处用光滑曲面过渡；各水线呈直线收缩部分(33)与中纵剖面的夹角为15至60度；各纵剖线呈直线收缩的部分(24)与基平面的夹角为15至60度；艉部的流线型渐缩体(I)从船底一直收缩到水线附近才截止，没有方艉；或者收缩到设计水线以下某一吃水深度就到艉封板处，留有方艉(51)。[0018]艉部比较均匀的收缩可以使船尾流场更加稳定，每一流线上的流动状态变化更小，降低船尾产生漩涡的几率，以利于减小阻力。虽然方艉船舶在高速时会在船尾形成水丘，产生虚长度效应，有利于减小兴波阻力，但实际上从水丘的最高点与船艉吃水有较大的高程差就可以发现，水丘实际上是船尾高速水流扩压的结果，虽然方艉通过虚长度效应在一定程度上减小了阻力，但是并没有充分利用船尾高速水流的扩压效应，因此在一定的速度时，艉部使用渐缩体从船底一直收缩到水线附近才截止将有利于减小船舶阻力，在特定的速度下设计方艉却又可以获得更理想的阻力性能，所以不用方艉或者留一定大小的方艉根据本发明所应用的航速确定，螺旋桨安装在船艏，船尾流场少了螺旋桨的干扰，有利于船尾水流的稳定与充分扩压，也有利于减小船舶阻力。
[0019]艏中艉衔接:艉部水线以下设计成流线型渐缩体(I)。船舶的中间部分采用带有倒圆角的平行中体(14)。艏部和艉部与平行中体(14)的连接部分采用光滑曲线过渡。
[0020]本发明设计水线以下低阻力船体解决其技术问题所采用的第二种技术方案是:轴包架(11)与轴包架以外的船体连接处采用光滑曲面过渡，轴包架(11)的其余部分设计成细长的近似锥形体，整个轴包架(11)侧表面上各点的切平面与船舶轴心线的夹角在0-45度之间。艏部轴包架以外的船体设计成由船底向船艏设计水线附近倾斜、两舷侧向中纵剖面方向渐缩的渐缩体(35)，使船艏70%以上表面的各处的法线方向与船舶航行方向的夹角在40至90度之间，从而降低阻力；轴包架(11)及主机舱(9)两侧倾斜的近似平面的底面
(36)与基平面的夹角在10至45度之间；轴包架以上V形船体(4)的各水线分别设计成V形(43)和漏斗中剖面状的V形(44)，轴包架高度范围内的各水线设计成漏斗的中剖面形
(45);艏部纵剖线形状在舷侧附近近似为直角经过先倒斜角再倒圆角后的形状(37)，向中纵剖面逐渐逼近时逐步变为L形(38)，在中纵剖面附近时，纵剖线从设计水线至基平面的形状为:首先由船艏设计水线处向下后方倾斜(39)，紧接着的一段逐渐变为近似垂直于水平面(40)，接下来的一段逐渐向船艏方向凸起(41)，凸起到一定程度后又逐渐向船艉方向收缩(42);艏部各横剖线为带球柄状手柄的锅盖的中剖面形状(34)。艉部水线以下设计成流线型渐缩体(I)。艉部每一纵剖线上从船底至船艉设计水线、每一水线上从最大船宽至中纵剖面附近均以较均匀的幅度收缩，艉部与平行中体(14)的连接处用光滑曲面过渡；各水线呈直线收缩部分(33)与中纵剖面的夹角为15至60度；各纵剖线呈直线收缩的部分(24)与基平面的夹角为15至60度；艉部的流线型渐缩体从船底一直收缩到水线附近才截止，没有方艉；或者收缩到设计水线以下某一吃水深度就到艉封板处，留有方艉(51)。
[0021]本发明的有益效果是:螺旋桨安装在船艏，消除了螺旋桨对船尾流场的影响，降低了船舶涡流阻力；同时抽走船艏部分阻碍船舶前进的水，降低了艏部因水与船舶作用产生的阻力。通过船艏型线设计配合螺旋桨的抽吸功能，减小了船艏的兴波阻力，以及船舶航行时船前水体对船舶的冲击而产生的阻力；船艏表面法线与船舶航行方向的夹角较小的大部分区域分成两块并远离中纵剖面分布在中纵剖面的两侧，使这一区域上的相对流速增加，压力降低，减小了船舶的形状阻力，或者利用实例2中的船艏设计使船艏70%以上表面的各处的法线方向与船舶航行方向的夹角在40至90度之间，减小船舶的形状阻力。通过船艉型线设计及螺旋桨安装在船艏，船尾流场得到了充分的扩压，同时利用鸡尾流的形成原理来降低船尾负压造成的阻力。本船型同时从多个影响船舶阻力的因素来减小船舶阻力，在同等运输能力情况下，本发明设计水线以下低阻力船体的阻力性能将会明显优于其他船型。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1.本发明实例I的型线示意图。
[0023]图2.本发明实例I的横剖线示意图(图1中的局部放大图)。
[0024]图3.本发明实例I的艏部纵剖线示意图(图1中的局部放大图)。
[0025]图4.本发明实例I的艏部半宽水线示意图(图1中的局部放大图)。
[0026]图5.本发明实例I的艉部半宽水线示意图(图1中的局部放大图)。
[0027]图6.本发明实例I的艉部纵剖线示意图(图1中的局部放大图)。
[0028]图7.本发明实例I的部分线条独立、放大示意图。
[0029]图8.本发明设计水线以下低阻力船体有艉封板与无艉封板的对比示意图。
[0030]图9.本发明实例I的艏部半宽水线示意图中的局部放大图(图1中的局部二次放大图)。
[0031]图10.本发明实例2的型线示意图。
[0032]图11.本发明实例2的横剖线示意图(图10中的局部放大图)。
[0033]图12.本发明实例2的艏部纵剖线示意图(图10中的局部放大图)。
[0034]图13.本发明实例2的艏部半宽水线示意图(图10中的局部放大图)。
[0035]图14.本发明实例2的艉部半宽水线示意图(图10中的局部放大图)。
[0036]图15.本发明实例2的艉部纵剖线示意图(图10中的局部放大图)。
[0037]图16.本发明实例2的艏部半宽水线示意图中的局部放大图(图10中的局部二次放大图)。
【具体实施方式】
[0038]第I个实例，本发明设计水线以下低阻力船体螺旋桨安装在船艏，轴线在中纵剖面上，主机也相应地安装在船艏。设计水线以下低阻力船体的艏部在中纵剖面附近由下往上至设计水线依次是轴包架(11)、轴包架以上V形船体(4)、设计水线(19)，轴包架(11)到轴包架以上V形船体(4)的过渡处两侧各有一个弧形导流水槽(3)，轴包架(11)后面紧接着是主机舱(9)，主机舱(9)的两侧各有一个倾斜导流水槽(8);艉部设计成流线型渐缩体
(I)，艉部流线型渐缩体(I)与平行中体(14)连接处用光滑曲面过渡。艏部95%以上的表面的法线与航行方向夹角在30至90度之间；艏部设计成对称船艏或非对称船艏；在艉部的流线型渐缩体(I)和艏部的轴包架(11)上设置两个贯通左右舷的流道(12、13)，内部设置喷水推进装置(23)来满足船舶的转向需要。轴包架以上V形船体(4)的各水线设计成底瘦口肥的V形(26)，各水线最前端采用内凹弧形(29)，紧接着的部分采用外凸弧形(25);该部分船体从20站到19站附近的长度内船宽增加很少，水线为内凹的弧形，从19站附近18站附近的船长范围内，水线逐渐由内凹变成外凸，船宽增加很快，从18站到17站的船长范围内，船宽的增加又逐渐减缓；轴包架(11)与轴包架以上V形船体(4)相连接的部分采用光滑曲面过渡，轴包架(11)的其余部分设计成细长的近似锥形体，整个轴包架侧表面上各点的切平面与船舶轴心线的夹角在0-45度之间；弧形导流水槽(3)从船艏向船艉方向离中纵剖面的距离逐渐变大，在倾斜导流水槽(8)前端之前消失；弧形导流水槽(3)与轴包架
(II)和轴包架以上V形船体(4)连接处通过光滑曲面过渡，与主机舱(9)两侧的倾斜导流水槽(8)通过光顺曲面连在一起；艏部倾斜导流水槽外面的各纵剖线近似为圆弧形(15)，倾斜导流水槽内的纵剖线近似为L形(16)，艏部轴包架最大宽度以内的各纵剖线从设计水线至基平面的形状为:首先由船艏设计水线处向下后方以弧形倾斜(17)，紧接着的一段逐渐变为近似垂直于水平面(18)，接下来的一段逐渐向船艏方向以弧形凸起(21)，凸起到一定程度后又逐渐向船艉方向收缩(22);在船艏底部的主机舱(9)附近，两侧各有一个倾斜导流水槽(8)，倾斜导流水槽(8)的宽度在螺旋桨半径的0.5至1.8倍之间，倾斜导流水槽(8)的最高点(5)的高度设计在螺旋桨的最高点(20)的高度附近至设计水线(19)之间，倾斜导流水槽(8)的下端与船底相连，连接处用光滑曲面过渡，倾斜导流水槽(8)的中心线与船舶轴线成6至45度角，把螺旋桨作用后的水导入船底。轴包架(11)高度范围内的各水线前半部分形状分别为底部内凹顶部外凸的曲边梯形的曲线的边的形状(28)、底部内凹顶部外凸的V形(27)、V形(30)和底部较肥大的V形(31)，后半部分水线因主机舱两侧倾斜导流水槽的存在，呈现出沿船宽方向开始向船艉凹陷接着又向船艏突出的，最终向船艉方向逐渐接近舷侧的山峰-山谷-山峰形(32)，整条水线的形状像象形文字的山字形(46)。艉部水线以下设计成流线型渐缩体(I)。艉部每一纵剖线上从船底至船艉设计水线、每一水线上从最大船宽至中纵剖面附近均以较均匀的幅度收缩，艉部与平行中体(14)的连接处用光滑曲面过渡；各水线呈直线收缩部分(33)与中纵剖面的夹角为15至60度；各纵剖线呈直线收缩的部分(24)与基平面的夹角为15至60度；艉部的流线型渐缩体(I)从船底一直收缩到水线附近才截止，没有方艉；或者收缩到设计水线以下某一吃水深度就到艉封板处，留有方艉(51)。
[0039]第二个实例，轴包架(11)与轴包架以外的船体连接处采用光滑曲面过渡，轴包架
(11)的其余部分设计成细长的近似锥形体，整个轴包架侧表面上各点的切平面与船舶轴心线的夹角在0-45度之间。艏部轴包架以外的船体设计成由船底向船艏设计水线附近倾斜、两舷侧向中纵剖面方向渐缩的渐缩体(35)，使船艏70%以上表面的各处的法线方向与船舶航行方向的夹角在40至90度之间，从而降低阻力；轴包架(11)及主机舱(9)两侧倾斜的近似平面的底面(34)与基平面的夹角在10至45度之间；轴包架以上V形船体(4)的各水线分别设计成V形(43)和漏斗中剖面状的V形(44)，轴包架高度范围内的各水线设计成漏斗的中剖面形(45);艏部纵剖线形状在舷侧附近近似为直角经过先倒斜角再倒圆角后的形状(37)，向中纵剖面逐渐逼近时逐步变为L形(38)，在中纵剖面附近时，纵剖线从设计水线至基平面的形状为:首先由船艏设计水线处向下后方倾斜(39)，紧接着的一段逐渐变为近似垂直于水平面(40)，接下来的一段逐渐向船艏方向凸起(41)，凸起到一定程度后又逐渐向船艉方向收缩(42);艏部各横剖线为带球柄状手柄锅盖的中剖面形状(34)。艉部水线以下设计成流线型渐缩体(I)。艉部每一纵剖线上从船底至船艉设计水线、每一水线上从最大船宽至中纵剖面附近均以较均匀的幅度收缩，艉部与平行中体(14)的连接处用光滑曲面过渡；各水线呈直线收缩部分(33)与中纵剖面的夹角为15至60度；各纵剖线呈直线收缩的部分(24)与基平面的夹角为15至60度；艉部的流线型渐缩体从船底一直收缩到水线附近才截止，没有方艉；或者收缩到设计水线以下某一吃水深度就到艉封板处，留有方艉(51)。
[0040]上述两个实例仅是本发明的两种典型的实现方式，不是对本发明权利的界定，利用权利要求书中船体不同位置的不同设计的合理组合所形成的船型均应属于本发明的权利保护范围。
【权利要求】
1.一种船舶设计水线以下低阻力船体，主要是船舶设计水线以下的船体，螺旋桨安装在艏部，其特征在于:轴包架(11)设计在船艏靠近船底的船体上，形状为细长的近似锥体形，螺旋桨轴线在中纵剖面上；轴包架以上V形船体(4)的各水线设计成具有导流作用的底瘦口肥的V形(26)，艏部表面法线方向与航行方向夹角较小的大部分区域(7)设计在四分之一和四分之三船宽附近，或者轴包架以上V形船体(4)的各水线直接设计成V形(43、44);轴包架(11)与轴包架以上V形船体(4)的连接处两侧分别设置一个弧形导流水槽(3)，或者直接由轴包架以上V形船体(4)过渡到轴包架(11);船艏下部在主机舱(9)两侧各设置一个倾斜导流水槽(8)，或者直接将艏部轴包架以外的船体设计成由船底向船艏设计水线附近倾斜、两舷侧向中纵剖面方向渐缩的渐缩体(35);采用对称船艏或者非对称船艏；艉部设计成流线型渐缩体(1);艏艉各设置一个贯通左右舷的流道(12、13)，内部设置喷水推进装置(23 )来满足船舶的转向需要。
2.根据权利要求1所述的设计水线以下低阻力船体，其特征在于:轴包架(11)与轴包架以上V形船体(4)相连接的部分采用光滑曲面过渡，轴包架(11)的其余部分设计成细长的近似锥形体，整个轴包架(11)侧表面上各点的切平面与船舶轴心线的夹角在O至45度之间；轴包架(11)高度范围内的各水线前半部分形状分别为底部内凹顶部外凸的曲边梯形的曲线的边的形状(28)、底部内凹顶部外凸的V形(27)、V形(30)和底部较肥大的V形(31)，后半部分水线因主机舱两侧倾斜导流水槽(8)的存在，呈现出沿船宽方向开始向船艉方向凹陷接着又向船艏方向凸出的山峰-山谷-山峰形(32)，整条水线的形状像象形文字的山字形(46)。
3.根据权利要求1所述的设计水线以下低阻力船体，其特征在于:弧形导流水槽(3)从船艏向船艉方向离中纵剖面的距离逐渐变大逐渐变大，在倾斜导流水槽(8 )前端之前消失；弧形导流水槽(3)与轴包架(11)和轴包架以上V形船体(4)连接处通过光滑曲面过渡，与主机舱两侧的倾斜导流水槽(8 )通过光顺曲面连在一起。
4.根据权利要求1所述·的设计水线以下低阻力船体，其特征在于:船艏下部在主机舱(9)两侧各有一个倾斜导流水槽(8)，的宽度在螺旋桨半径的0.5至1.8倍之间，倾斜导流水槽(8)的最高点(5)的高度设计在螺旋桨的最高点(20)的高度附近至设计水线(19)之间，倾斜导流水槽(8)的下端与船底相连，连接处用光滑曲面过渡，倾斜导流水槽(8)的中心线与船舶轴线成6至45度角，把螺旋桨作用后的水导入船底。
5.根据权利要求1所述的设计水线以下低阻力船体，其特征在于:轴包架以上V形船体(4)的各水线形状为底瘦口肥的V形(26)，各水线最前端采用内凹弧形(29)，紧接着的部分采用外凸弧形(25);该部分船体从20站到19站附近的长度内船宽增加很少，水线为内凹的弧形，从19站附近18站附近的船长范围内，水线逐渐由内凹变成外凸，船宽增加很快，从18站到17站的船长范围内，船宽的增加又逐渐减缓；船艏表面法线与船舶航行方向的夹角较小的大部分区域(7)分成两块并远离中纵剖面设计在中纵剖面的两侧，这两块区域分别位于四分之一和四分之三船宽附近，艏部95%以上的表面的法线与航行方向夹角在30至90度之间。
6.根据权利要求1所述的设计水线以下低阻力船体，其特征在于:艉部水线以下设计成流线型渐缩体(1)，艉部每一纵剖线从船底至船艉设计水线、每一水线从最大船宽至中纵剖面附近均以较均匀的幅度收缩，艉部与平行中体(14)的连接处用光滑曲面过渡；各水线呈直线收缩部分(33)与中纵剖面的夹角为15至60度；各纵剖线呈直线收缩的部分(24)与基平面的夹角为15至60度；艉部的流线型渐缩体(1)从船底一直收缩到水线附近才截止，没有方艉，充分利用鸡尾状水丘扩压；或者收缩到设计水线以下某一吃水深度就到艉封板处，留有方艉(51)。
7.根据权利要求1所述的设计水线以下低阻力船体，其特征在于:艏部倾斜导流水槽(8)外面的各纵剖线近似为圆弧形(15)，倾斜导流水槽(8)内的纵剖线近似为L形(16)，艏部轴包架(11)最大宽度以内的各纵剖线从设计水线至基线的形状为:首先由船艏设计水线处向下后方以弧形倾斜(17)，紧接着的一段逐渐变为近似垂直于水平面(18)，接下来的一段逐渐向船艏方向以弧形凸起(21)，凸起到一定程度后有逐渐向船艉方向收缩(22);船艏最前端的横剖线在轴包架处呈水滴形(10)，靠近设计水线部分为瘦V形(2)，整条横剖线形状为水滴形(10)与瘦V形(2)的组合形状(47)，从船艏向船艉方向，横剖线逐渐从水滴形与瘦V形的组合形状(47)，演变成底大腰细口稍大的U形(48)，口部比底部大、腰稍细的U形(49)，到底部两边各有一个弧形缺口、口部扩大的U形(50)，最终演变成U形(6)。
8.根据权利要求1所述的设计水线以下低阻力船体，其特征在于:艏部轴包架以外的船体设计成由船底向船艏设计水线附近倾斜、两舷侧向中纵剖面方向渐缩的渐缩体(35)，使船艏70%以上表面的各处的法线方向与船舶航行方向的夹角在40至90度之间，轴包架(11)及主机舱(9)两侧倾斜的近似为平面的底(36)与基平面的夹角在10至45度之间；轴包架(11)以上的艏部的各水线分别设计成V形(43)和漏斗中剖面状的V形(44)，轴包架高度范围内的各水线设计成漏斗的中剖面形(45);艏部纵剖线形状在舷侧附近近似为直角经过先倒斜角再倒圆角后的形状(37)，向中纵剖面逐渐逼近时逐步变为L形(38)，在中纵剖面附近时，纵剖线从设计水线至基线的形状为:首先由船艏设计水线处向下后方倾斜(39)，紧接着的一段逐渐变为近似垂直于水平面(40)，接下来的一段逐渐向船艏方向凸起(41)，凸起到一定程度后有逐渐向船艉方向收缩(42);艏部各横剖线为带球柄状手柄锅盖的中剖面形状(34)。
【文档编号】B63B1/02GK103523152SQ201310500680
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】何攀 申请人:何攀