一种冰区航行船舶艏部线型的制作方法

本发明涉及船舶船体线型设计技术领域，尤其是一种冰区航行船舶艏部线型。

背景技术：

冰区航行船舶的船型设计，既要追求开敞水域航行的经济性，又必须考虑冰区航行的破冰性能、操纵性能等。

船舶在常规海域航行时的主机功率由敞水阻力决定，船舶在冰区航行时的主机推进功率则取决于冰阻力和敞水阻力之和。主机功率不足会导致船舶在冰区中的航速下降，严重时船舶将被困在冰区。因此，确保冰区船舶具有足够的主机功率是必要的。根据冰区航行船舶规范要求，船舶在满足常规水域快速性能要求功率的前提下，还需要考虑一部分功率储备用于在冰区航行时使用。对于常规配备中低速主机的商船，此功率要求往往会大幅度高于日常使用所要求的经济值，这就对冰区船舶的主机选型甚至是船型方案设计带来了挑战。在设计初期需要重点考虑并掌握影响冰区最小功率要求值的关键因素，在满足规范要求的前提下尽量减小冰区最小功率要求值显得尤为重要。减小冰区最小功率要求值的本质是降低船舶冰区航行的冰阻力，研究表明冰区航行船舶的冰阻力与船舶艏部线型关联较大，尤其是船舶营运吃水附近的艏部线型对冰阻力的影响是举足轻重的。

传统的冰区航行船舶在设计中往往选用常规的艏部线型，并对船体关键区域进行结构加强，同时配备功率较大的主机以防发生冰区被困事故。这种设计思路对冰区船舶的安全性是有利的，但是当冰区船舶航行于开敞水域时，主机功率得不到有效利用，不管是从主机造价还是主机利用效率来看这种配备大功率主机冰区船舶设计的经济性都是极差的。

综上，开发满足冰级规范对冰区船舶最小主机安装功率的要求，同时兼顾开敞水域营运经济性能的冰区航行船舶艏部线型将具有重要意义和广阔的市场前景。

技术实现要素：

本技术人针对上述现有设计技术中的缺点，提供一种结构合理的冰区航行船舶艏部线型，能够有效兼顾船舶开敞水域和冰区航行的阻力性能，在满足冰级规范对冰区航行船舶最小功率要求的同时能够较大幅的降低船舶安装的主机功率值，具有良好的航行快速性能和营运经济性能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种冰区航行船舶艏部线型，所述艏部线型关于船体中纵剖面左右对称，艏部线型的折角线位于设计水线下方，折角线在艏部线型横剖面上呈上凸弧线结构，所述上凸弧线的顶点与船底之间沿吃水方向上的距离为0.85td，所述上凸弧线的端点与船底之间沿吃水方向上的距离为0.65td，其中td为设计吃水；折角线在船宽方向的投影为船宽的2/3。

其进一步技术方案在于：

折角线沿船长方向从艏柱20站线往后延伸至18.5站线。

艏部线型的b/4纵剖线在设计水线处的倾斜角φ为50°～60°，其中b为船宽。

优选地，φ为58°。

设计水线在b/4纵剖线处的水线角α为30°～40°。

优选地，α为38°。

本发明的有益效果如下：

本发明兼顾静水阻力性能的同时有效降低冰阻力和冰级规范对冰区航行船舶最小功率的要求值。经过数值计算验证，采用本发明艏部线型的冰区船舶与同类船型相比，静水阻力降低；根据芬兰-瑞典冰级规则(fsicr)，在1.0m碎冰厚度的冰区航行时冰阻力较同类船型降低20％左右，对应的最小装机功率要求值较同类船型降25％左右，极大地提高了船舶冰区航行阻力性能和营运经济性能。

附图说明

图1为本发明的横剖面图。

图2为本发明的侧视图(部分结构)。

图3为本发明的仰视图(部分结构)。

其中：1、折角线；2、设计水线；3、18.5站线；4、b/4纵剖线；5、艏柱20站线；6、平边线；7、平底线；8、中心线。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的冰区航行船舶艏部线型，艏部线型关于船体中纵剖面左右对称，图1中显示了折角线1在艏部横剖面的位置，折角线1位于设计水线2下方，折角线1在艏部线型横剖面上呈上凸弧线结构，上凸弧线的顶点与船底之间沿吃水方向上的距离为0.85td，上凸弧线的端点与船底之间沿吃水方向上的距离为0.65td，其中td为设计吃水；折角线1在船宽方向的投影为船宽的2/3。

如图2所示，折角线1沿船长方向的位置范围为：从艏柱20站线5向后延伸至18.5站线3；图2中显示了艏部线型采用的是直壁艏。

艏部线型的b/4纵剖线4在设计水线2处的倾斜角φ为50°～60°，其中b为船宽。φ优选为58°。

如图3所示，设计水线2在b/4纵剖线4处的水线角α为30°～40°。α优选为38°；艏部线型在折角线1上方区域的水线受折角线的影响会变瘦。

本发明在艏柱附近、靠近设计水线的下方区域采用折角线形式，在保证开敞水域航行静水阻力性能的同时能够降低冰区航行的冰阻力，适用于长期往返航行于常规水域和极地冰区的冰区船舶线型设计。

本发明采用直壁艏，能够保证开敞水域的静水阻力性能，有利于船舶装载和总布置设计；艏部前端、设计水线附近采用合理的折角线形式，与未采用折角线的艏部线型相比能够显著减小b/4纵剖线在设计水线处的倾斜角φ、以及减小设计水线在b/4纵剖线处的水线角α，如图2和图3所示，倾斜角φ为b/4纵剖线4在其与设计水线2交点处的切线和设计水线2之间的夹角，水线角α为设计水线2在其与b/4纵剖线4交点处的切线和b/4纵剖线4之间的夹角；平边线6和平底线7的位置分别如图2和图3中所示。

根据冰级规范，本发明艏部线型的设计能够降低冰区航行的冰阻力，进一步降低船舶冰区航行所要求的最小装机功率值；采用折角线形式连接的艏部线型船舶在冰区航行时，碎冰块将沿着折角线的方向迅速往船舷两侧排开，能够降低碎冰块进入船后螺旋桨工作区域的概率和风险。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种冰区航行船舶艏部线型，艏部线型的折角线位于设计水线下方，折角线在艏部线型横剖面上呈上凸弧线结构，所述上凸弧线的顶点与船底之间沿吃水方向上的距离为0.85Td，所述上凸弧线的端点与船底之间沿吃水方向上的距离为0.65Td，Td为设计吃水；折角线在船宽方向的投影为船宽的2/3；折角线沿船长方向从艏柱20站线往后延伸至18.5站线；艏部线型的B/4纵剖线在设计水线处的倾斜角φ为50°～60°，B为船宽；设计水线在B/4纵剖线处的水线角α为30°～40°；本发明有效兼顾船舶开敞水域和冰区航行的阻力性能，在满足冰级规范对冰区航行船舶最小功率要求的同时能够较大幅的降低船舶安装的主机功率值，具有良好的航行快速性能和营运经济性能。

技术研发人员：刁峰;周伟新;沈冠之;徐伟;胡世良;冯松波;魏锦芳;陈京普
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所）
技术研发日：2019.03.28
技术公布日：2019.06.11