技术领域本实用新型涉及一种球艏中高速船，尤其涉及一种满足破冰船拖曳航行条件的球艏中高速船，属于球艏中高速船技术领域。
背景技术：
在波罗的海航行的船舶，在遇到比较恶劣的冰面情况时，需要破冰船破冰开道拖曳航行，因此被拖曳船舶的球艏就必须满足一定的要求才能被当局专用破冰船拖曳航行。为了保证拖曳的安全，芬兰-瑞典冰级规范和导则对破冰拖曳船船尾做了详细的型式说明，同时规定了被拖曳船舶的首部必须满足的尺寸，如图1所示，球艏端点到水线前端的最大长度不应超过2.5m，球艏离开破冰拖曳船尾部的间隙也应大于2m。然而，一般对于中高速船舶来说，球艏会设计得比较长，球艏长度与艏艉垂线间长之比一般大于3.0％，对于一艘常见的150m长的船舶来说，球艏长度就会大于4.5m，所以拖曳航行的要求就限制了球艏的长度和高度。而对于中高速(傅汝德数大于0.2)的船舶来说，足够的球艏长度能减少船体兴波阻力，从来减小船舶航行的有效功率，降低油耗指标，而太短太低的球艏显然不利于船舶的快速性能。实际营运时，波罗的海航行的船舶大多数情况下还是在敞开水面中航行的，太短太低的球艏就对船舶的日常营运油耗非常不利。因此，设计一种既满足冰区拖曳航行要求，又能保证船舶优良敞水航行快速性的球艏就是本领域存在的技术难题。
技术实现要素：
本实用新型需要解决的技术问题是:对于傅汝德数大于0.2的中高速船舶，如何实现：自身的球艏结构既能控制兴波阻力，控制油耗，同时又能满足波罗的海冰区被破冰拖曳船拖曳航行的要求。本实用新型采用以下技术方案：一种满足破冰船拖曳航行条件的球艏中高速船，船体长度方向为X轴，宽度方向为Y轴，竖直方向为Z轴；结构吃水水线前端到球艏端点距离为2.5m，结构吃水时，球艏距离破冰拖曳船尾部的最小距离为2～3.5m；球艏的45％-65％的长度置于艏垂线之后，保证球艏具有足够的有效长度；通过折角线过渡球艏上部与船体，折角线与垂直于X轴的横剖面的线型的夹角为90～150°，使得过渡线型足够瘦；球艏以上水线的前端点呈尖锐的刀锋形，有利于切开水面，减小破波阻力。进一步的，所述球艏距离破冰拖曳船尾部的最小距离为2.8m。进一步的，球艏长度与艏艉垂线间的长度比为1.5％～1.7％。本实用新型的有益效果在于：1)提供了一种满足破冰船拖曳要求的短球艏。2)通过对球艏的线型的优化设计，保证球艏具有足够的有效长度，减小兴波阻力；通过折角线过渡球艏上部与船体，折角线与垂直于X轴的横剖面的线型的夹角为90～150°，使得过渡线型足够瘦，减小兴波阻力；球艏以上水线的前端点呈尖锐的刀锋形，有利于切开水面，减小破波阻力。3)在满足破冰拖曳要求的同时还能兼顾球艏的功能，再此基础上还能减少兴、破波阻力。4)结构简单，实施方便。5)设计巧妙，具有广泛推广应用的前景。附图说明图1是满足芬兰-瑞典冰级规范和导则，拖曳航行要求示意图。图2是常规的慢速冰区船舶的球艏示意图。图3是现有技术中，中高速船球艏部位垂直于Y轴的纵剖面的线型图。图4是本实用新型中高速船球艏与拖曳船的船尾连接部位的示意图。图5是本实用新型满足破冰船拖曳航行条件的球艏中高速船球艏部位垂直于X轴的横剖面的线型图，图中显示了球艏上部与船体过渡的折角线。图6是本实用新型满足破冰船拖曳航行条件的球艏中高速船球艏部位垂直于Y轴的纵剖面的线型图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。对比实施例一：一般对于中高速船舶来说，球艏会设计得比较长，球艏长度与艏艉垂线间长之比一般大于3.0％，对于一艘150m长的船舶来说，球艏长度就会大于4.5m，所以拖曳航行的要求就限制了球艏的长度和高度。而对于中高速(傅汝德数大于0.2)的船舶来说，足够的球艏长度能减少船体兴波阻力，从来减小船舶航行的有效功率，降低油耗指标，而太短太低的球艏显然不利于船舶的快速性能。实际营运时，波罗的海航行的船舶大多数情况下还是在敞开水面中航行的，太短太低的球艏就对船舶的日常营运油耗非常不利。参见图3，球艏前端距离艏垂线的距离为5800mm，即5.8m。对比实施例二：目前适用于冰区破冰船拖曳航行的船舶多属于低速、较丰满的船型，因此球艏普遍都比较短，还未出现如汽车船这类的中高速船型。图3为典型的适用于冰区破冰船拖曳航行的球艏侧轮廓图，此类球艏结合低速船舶的快速性特点，设计得较低较短，在满足拖曳航行的同时，在敞水航行中也不会产生太多的负面效果。而图4所示的是一艘带有冰区拖曳航行球艏的慢速油船。本实用新型的实施例：本球艏的设计思路就是：将原来最优长度为5.8米左右长的球艏缩短0.9米，原球艏纵剖线图如图5所示，然后将球艏的以上首垂线位置往前移2.4m，并通过折角线过渡球艏上部与船体，使球艏以上水线的前端点尽量做尖，形成刀锋式形状，而球艏的特征长度也并未减小，球艏的有效的兴波作用大部分在首垂线以后。球艏的宽度也通过优化适当放宽以产生足够的球艏兴波有利干扰。经过这样的设计后，结构吃水水线前端到球艏端点2.5m，为满足拖曳航行球艏长度的最大值。球艏距离破冰拖曳船尾部的最小距离约为2.806m，大于要求的2m，如图4所示横剖线型图如图5所示，纵剖线型图如图6所示。本实用新型的中高速船球艏结构吃水水线前端到球艏端点2.5m长，球艏长度与垂线间长之比仅为1.6％左右，球艏距离破冰拖曳船尾部的最小距离约为2.806m，大于要求的2m；置于首垂线后的球艏：与传统主体位于首垂线之前的球艏不同，本球艏的一部分(约2.4米长)置于首垂线之后，这样使得球艏具有足够的有效长度，如长球艏一样起到球艏产生有利兴波干扰的效果。通过折角线过渡球艏上部与船体，使得过渡段线型足够瘦。使球艏以上水线的前端点做尖，呈刀锋形，有利于切开水面，减小破波阻力。与传统的冰区球艏相比，本球艏具有足够长的有效长度，能起到球艏产生有利兴波干扰的效果。削尖的球艏上部首柱有效切开水面，减小兴波阻力，实际船模试验时，设计航速时，削尖的首柱切开水面，兴波较小，水面下端的球艏产生有利兴波干扰，首部的整体兴波看上去非常平稳且兴波波高较小。18节时的剩余阻力系数Cr为0.8130，和带有长球艏的同型船相当，也说明了该球艏的效果也不弱于没有冰区限制的常规长球艏，对于首部兴波阻力的减少起到了较大的作用。