球艏的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种球艏（bulbous bow)设计方法，且特别是涉及一种集装箱船的实 海域最佳化球艏设计方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，世界船舶市场对集装箱船的需求持续增加，造成集装箱船的快速发展。一 般而言，集装箱船与传统货轮相比，通常具有较高的船速与较大的马力，因此其船体多会针 对所需而有对应的设计。以船艏而言，其设计即是以满足船舶流体动力性能需求为主，因 此对于像货柜船等船速较高的船舶，其船艏通常会设计成体积较大的圆球状以减少兴波阻 力，尤其在现今能源紧缩的情形下，所耗能源往往直接地导致了航运成本的增加，为了达到 经济化及降低单位成本的目的，船舶的航行效率更需被精准地计算。
[0003] 因此，如何通过对船体的设计，以使货柜船而在不影响其航行效能的前提下达到 节能效果，实为相关人员所需谨慎考虑的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种球艏设计方法，以提高集装箱船的航行效能。
[0005] 为达上述目的，本发明的球艏设计方法，包括：建立集装箱船的尺寸模型，决定集 装箱船的航行条件，以及依据集装箱船的尺寸模型与航行条件而决定球艏的模型特征，以 通过实海域最佳化球艏而达到节能的效果。
[0006] 在本发明的一实施例中，上述球艏的模型特征包括球艏高度、球艏长度以及球艏 于艏垂标的截面积。
[0007] 在本发明的一实施例中，上述建立集装箱船的尺寸模型包括：决定集装箱船的全 长、集装箱船的垂线间长以及集装箱船的宽度。
[0008] 在本发明的一实施例中，上述决定集装箱船的航行条件包括：决定集装箱船的设 计吃水、营运吃水与船速。
[0009] 在本发明的一实施例中，上述的球艏高度位于设计吃水的0. 7倍至0. 97倍的范围 之内。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述的球艏高度位于该设计吃水的0. 8倍至1. 0倍的范 围之内。
[0011] 在本发明的一实施例中，上述球艏于艏垂标的截面积与集装箱船的船舯剖面积的 比值为2%至8%的范围之内。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述的球艏设计方法还包括：流线化球艏；以及确认球 艏的效益。
[0013] 在本发明的一实施例中，上述的球艏设计方法是通过计算流体力学 (Computational Fluid Dynamics, CFD)或船模试验而确认球艏的效益。
[0014] 基于上述，在本发明的上述实施例中，通过集装箱船的相关条件为依据而设计的 船艏结构能比现有船艏结构的形状阻力为低，而兴波阻力表现较佳，因此能有效地节省航 行所需的能源。
[0015] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附 图作详细说明如下。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的设计方法所形成的集装箱船示意图；
[0017] 图2为本发明设计方法的流程图；
[0018] 图3为图1的集装箱船于船艏处的局部侧视图；
[0019] 图4为球艏于艏垂标处的半船剖面示意图。
[0020] 图5为现有球艏与本案球艏的阻力对照的示意图；
[0021] 图6与图7分别为现有球艏与本案球艏于不同海象阶级时的船速马力的示意图；
[0022] 图8与图9分别为现有球艏与本案球艏于不同的俯仰状态下的船速马力性能的示 意图。
[0023] 符号说明
[0024] 10 :集装箱船
[0025] 100 :球艏
[0026] B1 :基线
[0027] FE :船艏最前端
[0028] FP :艏垂标
[0029] HBB :球艏高度
[0030] LBB :球艏长度
[0031] S110 ~S150、S111 ~S113、S121 ~S123 :步骤
【具体实施方式】
[0032] 图1是依据本发明的设计方法所形成的集装箱船示意图。图2是本发明设计方法 的流程图。图3是图1的集装箱船于船艏处的局部侧视图，同时搭配以现有技术的现有球 艏结构以作为两相对照与比较。需先说明的是，在现行集装箱船10的船艏结构100中，现 有球艏通常只针对单一航行条件进行设计，然而在各种环境、使用需求的影响下，上述以单 一航行条件设计出的球艏却未能适用于实际状况。举例来说，当只针对高速航行的集装箱 船进行设计时，其所形成的球艏体积较大，因而一旦处于吃水浅且船速慢的状态下，所述球 艏反而使得集装箱船于波浪中航行而受到的形状阻力高，其兴波能力的表现也较差，如此 一来，原本设计的球艏反而造成能源浪费。
[0033] 一般而言，设计吃水越深，设计船速越高，其球艏设计的体积就越大；相对地，设计 吃水越浅，设计船速越慢，则球艏设计的体积就越小。有鉴于此，本发明提出球艏的设计方 法，以使集装箱船10于吃水浅而慢速的航行状态下，仍能维持其节省能源的效果，以有效 解决现有球艏的问题。
[0034] 请同时参考图1至图3,在本实施例的流程中，首先于步骤S110中，建立集装箱船 10的尺寸模型，其中集装箱船10的尺寸模型的步骤还进一步地包括：步骤sill，决定集装 箱船10的全长（Length over all, LOA)，步骤S112,决定集装箱船10的垂线间长（Length between perpendiculars, LBP)，以及步骤S113,决定集装箱船10的宽度。再者，集装箱船 10的航行条件还进一步地包括：步骤S121，决定集装箱船10的设计吃水（Design draft)， 步骤S122,决定集装箱船10的营运吃水（Scantling draft)，以及步骤S123,决定集装箱船 10的船速。
[0035] 需说明的是，垂线间长即艉垂标（After Perpendiculars, AP，即船艉通过舵柱中 心线的垂线）与艏垂标（Fore perpendicular, FP，即船艏通过设计吃水线和船艏外板的外 侧线交点的垂线）之间的水平距离。
[0036] 在此，本发明是以船速14节至26节，而营运吃水介于9米（m)至14米（m)之间 作为集装箱船10的航行条件。
[0037] 在此，以下述条件作为本实施例的集装箱船10 :垂线间长（LBP)为246. 4米，模宽 为37. 3米，设计吃水为11. 8米，设计船速为23. 7节，而营运吃水为11米，营运船速为19 节，以在这些条件下对本案的球艏100进行设计。
[0038] 接着，在步骤S120中，则需决定球艏100的高度HBB。在此所述球艏100高度HBB 是从集装箱船10的基线（Base line)B1算起至球艏100上缘的高度HBB。更重要的是，所 述球艏100的高度HBB是依据设计吃水或营运吃水的条件而加以定义。在本实施例中，球艏 100高度HBB的设计范围是在设计吃水的0. 7至0. 97倍的范围内，或是在营运吃水的0. 8 至1. 0倍的范围之内。在此，若以上述设计吃水11. 8米，营运吃水11米的条件下，经计算 流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD)评估，本实例球艏100的设计高度HBB取 中间值范围设计吃水的〇. 875倍最适合本实例的营运条件和保有高速船速马力性能，即据 此所设计出的球艏100高度HBB为10米。
[0039] 接着，在步骤S130中，便能依据上述条件，即集装箱船10的尺寸模型