一种用于低速肥大船型的垂直艏和前缘引流组合减阻结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及船体减阻结构领域，具体地说，特别设及到一种用于航速低于12 节，方形系数Cb大于0.8的低速肥大型船的垂直腊和前缘引流组合减阻结构。
【背景技术】
[0002] 球鼻腊主要用于减少船行驶过程中由于产生波浪损失能量造成的兴波阻力。其原 理是造成有利的波系干扰。合理设置球鼻腊，可W使球鼻腊的兴波与主船体的首横波形成 有利干扰，即让球鼻的兴波的波谷与船首波的波峰处于同一位置，从而使合成后的首波显 著减小。
[0003] 前缘引流技术主要减小的是首尾压力差产生的粘压阻力和流体粘性产生的摩擦 阻力。其减阻机理是开孔引流降低了船舶腊艇的压力差，减小了形状阻力；另外开孔引流改 变了船舶腊艇区的流场分布，推迟了层流向端流的转变，减小了摩擦阻力。
[0004] 但是现阶段球鼻腊技术和前缘引流技术从理论到实际应用都存在着明显的问题 和不足。
[000引前缘引流技术从理论上就存在一个根本性的缺陷。那就是前缘引流技术在船首开 孔，将流体从船内部的槽引流至船的尾部，增大了船体与流体接触的湿面积。根据牛顿内摩 擦定律，湿面积的增大，将导致船体摩擦阻力不可避免地增大。虽然开孔引流改变了船舶腊 艇区的流场分布，推迟了层流向端流的转变，减小了船尾部的摩擦阻力，但全船总的摩擦阻 力还是增大的。另外在应用过程中若开槽的形状不够圆滑，也会因为流体压力变化过快产 生縱满，在槽内部产生附加的形状阻力。
[0006] 球鼻腊技术的应用确实起到了减阻节能的效果，但是球鼻腊技术在首倾较大的船 上能得到明显的体现，在首倾角较小的船上的效果有待提升。另外由于目前有关球鼻腊的 资料都是针对某一特定船型而言的，有些认为十分成功的球鼻腊，在其他船上应用时并不 一定能获得满意的结果，所W在进一步的研究过程中需要区分不同船型对球鼻腊减阻效果 进行讨论。另外球鼻腊技术主要减小的是兴波阻力，若能够在球鼻腊技术的基础上做相应 改进，使其也能减小部分粘压阻力，那将是一个不小的突破。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于航速低于12节，方 形系数Cb大于0.8的低速肥大船型的垂直腊和前缘引流组合减阻结构，W解决上述问题。
[0008] 本实用新型所解决的技术问题可W采用W下技术方案来实现：
[0009] -种用于低速肥大船型的垂直腊和前缘引流组合减阻结构，包括船体:在所述船 体的船首位置安装有垂直腊，在所述垂直腊的前端开设有圆形孔，在所述船体的尾部开设 有圆角矩形孔，所述圆形孔与所述圆角矩形孔前后贯通，且在所述船体的内部平滑过渡构 成流体经过的流道。
[0010] 进一步的，所述垂直腊的主体形状为半圆柱，其倾斜角度较小，垂向高度与横向宽 度比值大约为1.3。
[0011] 进一步的，圆形孔为前缘引流进流口，圆角矩形孔为前缘引流出流口。进流孔面积 略微大于出流孔，并且中间光滑连接。圆形进流孔与圆角矩形出流孔中屯、均位于船底至设 计水线一半处。
[0012] 前缘引流技术之所W要应用在装有鼻腊的船舶上才能减阻，是因为前缘引流增大 了船舶的湿表面积从而增大了摩擦阻力，并且如果开口形状选择不合理还会引起縱满从而 增大粘压阻力。所W前缘引流只有应用在船首压力很大、船首呈纯形的船舶上，才能弥补其 自身增大摩擦阻力、粘压阻力的缺点，并充分发挥其减少船舶首尾压差、改变船体壁面边界 层厚降低船体壁面上的切应力、改善了艇部伴流场分布的优势。
[0013] 装有垂直腊和装有球鼻腊的船舶类似，船首的压力均较大。基于运点来分析，在相 同船长、船体形状的船舶上，将"垂直腊"和"前缘引流技术"结合与将"球鼻腊"和"前缘引流 技术"结合两种方法会具有相似的减阻效果。另外垂直腊能改善首部和全船的压力分布，相 比于球鼻腊能更大程度上减少兴波阻力、破波阻力和粘压阻力，在方形系数较大的低速肥 大船上尤为明显。
[0014] 与现有技术相比较，本实用新型的优点在于：
[0015] 创新地提出垂直腊的概念，用其代替球鼻腊;并且进一步的将垂直腊技术和前缘 引流技术结合起来，能有效减小兴波阻力，并且更大程度的减小粘压阻力，使得全船的总阻 力最终减少3 %之多。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型所述的组合减阻结构的示意图。
[0017] 图2为图1的船首结构示意图。
[0018] 图3为图1的船尾结构示意图。
[0019]图4a为母船船体表面压力云图。
[0020]图4b为组合减阻船型船体表面压力云图。
[0021 ]图4c为垂直腊船型船体表面压力云图。
[0022] 图4d为前缘引流船型船体表面压力云图。
[0023] 图5a为母船船体表面自由液面示意图。
[0024] 图化为组合减阻船型船体表面自由液面示意图。
[0025] 图5c为垂直腊船型船体表面自由液面示意图。
[0026] 图5d为前缘引流船型船体表面自由液面示意图。
[0027] 图6为组合减阻船型正视标注图。
[0028] 图7为组合减阻船型俯视标注图。
[0029] 图8为组合减阻船型右视标注图。
[0030] 图9为组合减阻船型左视标注图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面 结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0032] 参见图1、图2和图3,本实用新型公开了一种用于低速肥大型船的垂直腊和前缘引 流组合减阻结构，包括船体，在所述船体的船首位置安装有垂直腊，在所述垂直腊的前端开 设有圆形孔，在所述船体的尾部开设有圆角矩形孔，所述圆形孔与所述圆角矩形孔前后贯 通，且在船体的内部平滑过渡构成流体经过的流道，并且该结构各参数可W根据特定方法 进行确定。
[0033] 在第一部分，主要介绍了垂直腊相较于球鼻腊的突出优点。第二部分介绍了垂直 腊在经过型线优化之后可W达到更好的效果。第Ξ部分通过在模型尺度下进行非常有针对 性的数值模拟，模型缩尺比为1/26,分析了该减阻技术的减阻效果W及减阻机理。在第四部 分介绍了实际船舶尺寸W及其各减阻结构尺寸，位置W及确定方法。其他船舶如果应用该 技术可W采用相似比例应用于其上。
[0034] -、用垂直腊代替常规球腊减阻
[003引本实用新型所述的与常规球腊船型相比，垂直腊船型静水阻力约可降低3%~ 9%，波浪中阻力增加可减小6%~44%。船舶的方形系数越大，垂直腊的减阻效果越显著。 由此可见，垂直腊船型在静水和波浪中均具有较为优良的阻力性能，在实际航行中具有能 耗更低的优点，并且尤其适合方形系数较大的低速肥大船，例如散货船和油轮。
[0036] 选取四种模型:船型1为散货船，船型2为油船，船型3为散货船，船型4为结构吃水 状态。每个模型中均有常规球腊和垂直腊两组比较，垂直腊船型与球鼻腊船型首尾线型从 全船性能角度进行了优化，具体表现为垂直腊船型排水量前移，尾部线型相对瘦削。
[0037] 实验1:静水实验
[003引
[0039] 表1:1垂直腊较球鼻腊船型静水功率减小百分比（％ )
[0040] 结论：
[0041] (1)对于保持船身和尾部型线不变，仅仅将球鼻腊改为垂直腊的肥胖船型，在设计 吃水状态可W获得2%~4%左右的阻力降低;对于船舶吃水的影响，结构吃水状态的减阻 效果更为显著，而压载吃水状态的减阻效果略小。方形系数较大的散货船型减阻效果显得 更好一些。