船舶的空气润滑系统的制作方法

1.本实用新型涉及船舶的空气润滑系统，并且具体地，涉及在船舶中央部具有高的空气体积分数的船舶的空气润滑系统。


背景技术：

2.航行中的船舶受作为因水的粘性而导致的阻力中的一种的摩擦阻力的影响。为了降低对如上所述的船舶的航行产生影响的摩擦阻力，进行了对于空气润滑法的研究。
3.空气润滑法作为用空气膜覆盖水下的船体表面的一部分的方法，被空气覆盖的船体表面中与水的接触转换为与空气的接触，从而降低因水的粘性而导致的船舶的摩擦阻力。
4.适用这种空气润滑法的空气润滑系统基本上以通过多个空气喷射口将空气喷射到船底部的表面以形成气泡作为目的，而通过这种气泡能够降低船体与海水的接触而导致的摩擦阻力。
5.然而，适用传统的空气润滑系统的船舶为了实现单纯地将空气喷射到船舶底部以降低摩擦阻力的概念而未考虑空气润滑装置的布置，或者单纯地为了在船舶底部的全部区域上形成空气层而布置空气润滑装置。
6.此外，适用传统的空气润滑系统的船舶不仅不能够实现降低摩擦阻力的效果，而且在推进器(螺旋桨)上部形成气垫(air cushion)并且产生空化(cavitation)，因此存在着推进器的效率无法随着从推进器(螺旋桨)产生的波动压力变高而提高的问题。存在着从推进器产生的噪声大的问题，并且存在着在恶劣的海上环境中因空气润滑系统的摩擦压力无法被降低的问题。
7.因此，亟需开发出能够降低在所述推进器(螺旋桨)处产生的波动压力以将高效率的推进器设置在船舶上，能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声，并且能够在恶劣的海上环境中也能够实现降低摩擦阻力的效果的船舶的空气润滑系统。


技术实现要素：

8.要解决的技术问题
9.本实用新型要解决的技术问题在于提供在适用空气润滑系统的船舶中将多个空气润滑装置布置在最适当的位置处，从而能够降低在推进器(螺旋桨)处产生的波动压力以将高效率的推进器设置在船舶上，能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声，并且在恶劣的海上环境中也能够实现降低摩擦阻力的效果的船舶的空气润滑系统。
10.此外，本实用新型要解决的技术问题在于提供在适用在船舶底部处产生气泡(air bubble)的空气润滑系统的船舶的空气润滑方法中将多个空气润滑装置布置在最适当的位置处，从而能够降低在推进器(螺旋桨)处产生的波动压力以将高效率的推进器设置在船舶上，能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声，并且在恶劣的海上环境中也能够实现降低摩擦阻力的效果的船舶的空气润滑系统。
11.解决问题的手段
12.本实用新型说为了解决如上所述的问题而创出的，本实用新型的一实施例提供船舶的空气润滑系统，该船舶的空气润滑系统适用在船舶中以在船舶底部处产生气泡(air bubble)，该船舶的空气润滑系统包括设置在所述船舶的船头部处的前方空气喷射部、以及在所述船舶的船头部设置在所述前方空气喷射部的后方处的后方空气喷射部，其中，所述前方空气喷射部和所述后方空气喷射部在所述船舶的宽度方向上以预定长度延伸，并且设置有所述前方空气喷射部的区域和设置有所述后方空气喷射部的区域包括在所述船舶的长度方向上重叠的区域。
13.实用新型效果
14.根据本实用新型的一实施例，将多个空气润滑装置布置在最适当的位置处，从而可形成在从船舶中央部到船尾均具有高的空气体积分数的空气层。
15.此外，根据本实用新型的一实施例，能够降低在推进器(螺旋桨)处产生的波动压力以将高效率的推进器设置在船舶上。
16.此外，根据本实用新型的一实施例，能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声。
17.此外，根据本实用新型的一实施例，在恶劣的海上环境中也能够实现降低摩擦阻力的效果。
附图说明
18.图1至图3示出根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统，而图2示出图1中的船头部，并且图3示出形成从空气喷射部喷射的空气层的区域。
19.图4和图5将船舶的空气润滑系统的空气体积分数(volume fraction of air)示出为基于计算流体力学(computational fluid dynamics)的数值分析结果，而图4是比较例，并且图5示出根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的数值分析结果。
20.图6示出在bf(beaufort)5级海上状态中的根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统流动分析计算结果，并且图7示出在bf(beaufort)5级海上状态中的根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的摩擦阻力(friction drag)。
21.图8示出根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的操作时的波动压力降低程度，并且图9示出在bf(beaufort)5级至8级海上状态中的根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的纯动力节省(net power saving)程度。
22.附图标记说明
23.1：船舶底部
24.2：船舶船头部
25.3：船舶中心线
26.10：前方空气喷射部
27.20：后方空气喷射部
28.11：前方空气喷射部宽度
29.21：后方空气喷射部宽度
30.12：前方空气喷射部空气层
31.22：后方空气喷射部空气层
具体实施方式
32.在下文中将对本实用新型的实施例进行详细说明。然而，本实用新型并不限定于下文中公开的实施例，而是可实现为彼此不同的多种形态，并且本实施例提供为仅使得本实用新型的公开完整并且将本实用新型的内容更加完整地传达给本领域普通技术人员。
33.在本说明书中，在一元件被提及为位于另一元件“上”或“下”的情况下，其包括所述一元件直接位于另一元件“上”或“下”、或者它们之间接入有附加元件的含义。在本说明书中，“上部”或“下部”的措辞作为在观察者的视角上设定的相对概念，当观察者的视角改变时，“上部”也可意味着“下部”，并且“下部”也可意味着“上部”。
34.在多个附图上，相同的附图标记指示实质上彼此相同的元件。此外，应理解，“包括”或“具有”等的措辞指示所记载的特征、数字、步骤、操作、构成元件、部件或它们的组合的存在，而不提前排除一个或多个其它特征、数据、步骤、操作、构成元件、部件或它们的组合的存在或添加可能性。
35.为了解决如上所述的问题，本实用新型的一实施例提供船舶的空气润滑系统，其中，该船舶的空气润滑系统适用在船舶中以在船舶底部处产生气泡(air bubble)，该船舶的空气润滑系统包括设置在所述船舶的船头部处的前方空气喷射部、以及在所述船舶的船头部设置在所述前方空气喷射部的后方处的后方空气喷射部，其中，所述前方空气喷射部和所述后方空气喷射部在所述船舶的宽度方向上以预定长度延伸，并且设置有所述前方空气喷射部的区域和设置有所述后方空气喷射部的区域包括在所述船舶的长度方向上重叠的区域。
36.此时，在所述船舶的长度方向上，设置有所述前方空气喷射部的区域可包括在设置有所述后方空气喷射部的区域中。
37.此时，当所述船舶的宽度为b时，设置有所述后方空气喷射部的区域可在0.5b以内。
38.此外，所述船舶的前方空气喷射部的中心和所述后方空气喷射部的中心可在所述船舶的长度方向上位于相同的线上。
39.此时，所述相同的线可为所述船舶的厚度的中心沿着所述船舶的长度方向延伸的所述船舶的中心线。
40.另外，当所述船舶的总长度为基准，船尾为0loa并且船头为1.0loa时，所述后方空气喷射部和所述前方空气喷射部可以0.1loa以下的距离间隔开。
41.此时，所述前方空气喷射部可设置在0.7loa至0.85loa以内。
42.根据本实用新型的又一实施例提供适用空气润滑系统的船舶的空气润滑方法，其中，该船舶的空气润滑方法适用在船舶底部处产生气泡(air bubble)的空气润滑系统，该船舶的空气润滑方法包括：从设置在所述船舶的船头部处的前方空气喷射部、以及在所述船舶的船头部设置在所述前方空气喷射部的后方处的后方空气喷射部喷射空气，其中，由从所述前方空气喷射部喷射的空气形成的前方空气喷射部空气层包括在由从所述后方空气喷射部喷射的空气形成的后方空气喷射部空气层中以提高沿着所述船舶的长度方向延伸的所述船舶的中央部空气层的空气体积分数。
43.此时，所述前方空气喷射部和所述后方空气喷射部的中心可以所述船舶的厚度方向中心为基准位于沿着所述船舶的长度方向延伸的所述船舶的中心线上以提高沿着所述
船舶的长度方向延伸的所述船舶的中央部空气层的空气体积分数。
44.此时，所述后方空气喷射部和所述前方空气喷射部可以0.1loa以下的距离间隔开，当所述船舶的宽度为b时，可从所述后方空气喷射部喷射空气以使得由所述后方空气喷射部形成的空气层的起点在0.5b以内，并且当所述船舶的总长度为基准，船尾为0loa并且船头为1.0loa时，可从所述前方空气喷射部喷射空气以使得由所述前方空气喷射部形成的空气层的起点在0.7loa至0.85loa以内。
45.在下文中将参照附图进行具体说明。
46.图1至图3示出根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统，而图2示出图1中的船头部，并且图3示出形成从空气喷射部喷射的空气层的区域。
47.参照图1，在船舶底部1处产生气泡(air bubble)的船舶的空气润滑系统包括前方空气喷射部10和后方空气喷射部20。
48.此处，在本实用新型中，推进器(螺旋桨)布置在船尾部，即，0ola附近，并且在图1中省略了其图示。
49.前方空气喷射部10和后方空气喷射部20用于在船舶底部1(例如，船舶的基底部)处产生气泡，其可设置在船舶船头部2处，并且前方空气喷射部10可设置成比后方空气喷射部20靠近船头。此时，当以船舶的总长度为基准，船尾为0loa并且船头为1.0loa时，船舶船头部2可指示0.5loa至1.0loa的范围。
50.前方空气喷射部10和后方空气喷射部20作为使空气从空气喷射装置(未示出)排出到船舶外部的地点，其可由船头部控制部(未示出)来驱动空气喷射操作，例如，在从压缩机(未示出)形成的压缩空气供给到空气喷射装置(未示出)之后，空气可通过前方空气喷射部10和后方空气喷射部20排出到船舶底部1。例如，前方空气喷射部10和后方空气喷射部20可为与单一的空气喷射装置连接的结构。例如，前方空气喷射部10可为设置在前方空气喷射装置(未示出)处的结构，并且后方空气喷射部20可为设置在后方空气喷射装置(未示出)处的结构。例如，可包括对所述前方空气喷射装置(未示出)和所述后方空气喷射装置(未示出)中的每个进行控制的前方控制部(未示出)和后方控制部(未示出)，并由此可包括前方压缩机(未示出)和后方压缩机(未示出)。例如，可包括对所述前方空气喷射装置(未示出)和所述后方空气喷射装置(未示出)两者进行控制的控制部(未示出)，并由此从压缩机(未示出)形成的压缩空气可供给到所述前方空气喷射装置(未示出)和所述后方空气喷射装置(未示出)，或者前方从压缩机(未示出)形成的压缩空气可供给到所述前方空气喷射装置(未示出)，并且后方从压缩机(未示出)形成的压缩空气可供给到所述后方空气喷射装置(未示出)。
51.前方空气喷射部10和后方空气喷射部20可在船舶的宽度方向上以预定长度延伸，并且设置有前方空气喷射部10的区域和设置有后方空气喷射部20的区域可包括在船舶的长度方向上重叠的区域。即，前方空气喷射部的宽度和后方空气喷射部的宽度可具有在船舶的长度方向上观察时重叠的区域。
52.由此，能够在所述重叠的区域中提高空气体积分数。
53.在船舶的长度方向上，设置有前方空气喷射部10的区域可包括在设置有后方空气喷射部20的区域中。
54.由此，前方空气喷射部10可在船舶底部1需要提高空气体积分数的区域处沿着船
舶的宽度方向以预定长度设置，并且能够在最小化空气喷射部的设置数量的同时将空气体积分数变高的船舶底部1区域确保为最大的。
55.船舶的前方空气喷射部10的中心和后方空气喷射部20的中心可在船舶的长度方向上位于相同的线上，并且例如，所述相同的线可为沿着船舶的长度方向将船舶的厚度的中心延伸的船舶中心线3。
56.即，前方空气喷射部10和后方空气喷射部20设置成其中心位于船舶中心线3上，从而使在船舶底部1形成的空气层以船舶中心线3为基准对称，不使对船舶航行不必要的阻力发生，并且船舶使空气层以高的空气体积分数形成至船尾。
57.参照图2，当船舶的宽度为b时，设置有后方空气喷射部20的区域可在0.5b以内，并且例如，可为0.3b以内。例如，设置有前方空气喷射部10的区域可为设置有后方空气喷射部20的区域的0.2倍至0.6倍。
58.在所述数值范围内，在最小化空气喷射部的长度并且最小化喷射的空气量的同时，也能够提高从船舶中央部形成至船尾的空气层的空气体积分数以在恶劣的海上环境中也能够实现降低摩擦阻力的效果，能够降低在推进器(螺旋桨)处产生的波动压力，并且能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声。此时，所述船舶中央部可在所述船舶的长度方向上指示上文中参照图1和图2说明的船舶的中心线及其相邻区域。
59.当以船舶的总长度为基准，船尾为0loa并且船头为1.0loa时，后方空气喷射部20和前方空气喷射部10可以0.1loa以下的距离d间隔开。
60.在所述数值范围内，能够有效地提高形成在与设置有前方空气喷射部10的区域重叠的设置有后方空气喷射部20的区域中的空气层的空气体积分数。
61.此时，前方空气喷射部10可设置在0.7loa至0.85loa以内。
62.在所述数值范围内，能够有效地提高从船舶中央部形成至船尾的空气层的空气体积分数，从而在最小化空气喷射部的长度和喷射的空气量的同时在恶劣的海上环境中也能够实现降低摩擦阻力的效果，能够降低在推进器(螺旋桨)处产生的波动压力，并且能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声。
63.参照图3，通过前述的前方空气喷射部10和后方空气喷射部20的最适当布置，由从前方空气喷射部10喷射的空气形成的前方空气喷射部空气层12包括在由从后方空气喷射部20喷射的空气形成的后方空气喷射部空气层22中，从而能够提高沿着船舶的长度方向延伸的船舶的中央部空气层的空气体积分数。
64.本实用新型还提供适用空气润滑系统的船舶的空气润滑方法，其中，该船舶的空气润滑方法适用在船舶底部1处产生气泡(air bubble)的空气润滑系统，该船舶的空气润滑方法提高沿着船舶的长度方向延伸的船舶的中央部空气层的空气体积分数。参照图1至图3说明的船舶的空气润滑系统的各个配置和效果可照原样地适用，并且省略与前述重复的说明。
65.空气从设置在船舶船头部2处的前方空气喷射部10、以及在船舶船头部2设置在前方空气喷射部10的后方处的后方空气喷射部20喷射，而由从前方空气喷射部10喷射的空气形成的空气层可包括在由从后方空气喷射部20喷射的空气形成的空气层中。
66.例如，前方空气喷射部10和后方空气喷射部20可在船舶的航行中始终驱动，即，可始终喷射空气。在本实用新型中，所述驱动可指示操作为通过空气喷射部排出空气。
67.例如，前方空气喷射部10和后方空气喷射部20可根据船舶航行的海上环境而被选择性地驱动。作为一实例，在海浪的浪高在预设的数值范围以内的温和的海上环境中仅使后方空气喷射部20驱动，并且在海浪的浪高超过预设的数值范围的恶劣的海上环境中附加地驱动前方空气喷射部10，从而在提高能量效率并且最小化喷射的空气量的同时，在恶劣的海上环境中也能够实现降低摩擦阻力的效果，能够降低在推进器(螺旋桨)处产生的波动压力，并且能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声。
68.在前方空气喷射部10和后方空气喷射部20的中心以船舶的厚度方向中心为基准位于沿着船舶的长度方向延伸的船舶的中心线3上的状态下，能够对前方空气喷射部10和后方空气喷射部20进行驱动，从而提高沿着船舶的长度方向延伸的船舶的中央部空气层的空气体积分数。
69.后方空气喷射部20和前方空气喷射部10以0.1loa以下的距离间隔开，并且对前方空气喷射部10和后方空气喷射部20进行驱动，以便当船舶的宽度为b时，从后方空气喷射部20喷射空气以使得由后方空气喷射部20形成的空气层的起点在0.5b以内，当以船舶的总长度为基准，船尾为0loa并且船头为1.0loa时，从前方空气喷射部10喷射空气以使得由前方空气喷射部10形成的空气层的起点在0.7loa至0.85loa以内，从而能够提高沿着船舶的长度方向延伸的船舶的中央部空气层的空气体积分数，并且使所述空气层以高的空气体积量延伸至布置在船尾处的推进器(螺旋桨)，从而能够降低在推进器(螺旋桨)处产生的波动压力，并且能够降低在推进器(螺旋桨)中产生的噪声。
70.例如，设置在前方空气喷射部10和后方空气喷射部20处的喷射孔能够进行开闭，并且能够对后方空气喷射部20的喷射孔的开闭进行控制以使得由后方空气喷射部20形成的空气层的起点在0.5b以内。
71.例如，前方空气喷射部10和后方空气喷射部20在船舶底部1处以预定长度和宽度设置，而设置在前方空气喷射部10和后方空气喷射部20处的喷射孔能够进行开闭，并且能够对前方空气喷射部10的喷射孔的开闭进行控制以使得由前方空气喷射部10形成的空气层的起点在0.7loa至0.85loa以内。
72.图4和图5将船舶的空气润滑系统的空气体积分数(volume fraction of air)示出为基于计算流体力学(computational fluid dynamics)的数值分析结果，而图4示出根据比较例的船舶的空气润滑系统的数值分析结果，并且图5示出根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的数值分析结果。
73.此处，所述空气体积分数意味着空气所占的体积比，即，包括空气的程度，而在1的情况下指示充满空气，并且在0的情况下指示充满水。
74.参照图4，可确认，根据比较例的船舶的空气润滑系统在长度方向上将空气喷射部布置在一个地点处或者不使空气层重叠而是错开地布置，从而难以将空气体积分数确保在特定水平以上。由此，可确认，根据比较例的船舶的空气润滑系统降低摩擦阻力的性能随着空气体积分数降低到适当水准以下而急剧劣化。
75.参照图5，可确认，根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统在船舶船头部将空气喷射部布置成在前方和后方上与船舶中央部重叠，从而与根据比较例的数值分析结果相比，能够在中央部处确保高的空气体积分数。
76.如此，在具有高的空气体积分数的空气层形成在船体底部的中央部(即，船舶中心
线附近)的情况下，尽管受到实际存在于海上的潮汐、潮流、海浪等干扰，根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统也能够确保高水平的空气体积分数以有效地确保降低摩擦阻力的性能。
77.此外，根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统将空气集中喷射到船舶中央部，从而在维持高的空气体积量的状态下使空气层移动至船尾，进而在位于船尾处的螺旋桨上端部使所述空气层起到气垫(air cushion)的作用。由此，可有效地抑制在螺旋桨翼面产生的空化(cavitation)，并且可显著降低在空化的生成和崩溃过程中产生的波动压力和水中辐射噪声。如上所述，可使作用在螺旋桨翼面上的波动压力降低，从而能够设置高效率的推进器，进而能够提高船舶航行的能量效率。
78.图6示出在bf(beaufort)5级海上状态中的根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统流动分析计算结果，并且图7示出在bf(beaufort)5级海上状态中的根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的摩擦阻力(friction drag)。
79.参照图6和图7，可确认，根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统即使在作用有船体横向摇摆(roll motion)的恶劣的海上环境中也在稳定地维持到船尾为止的同时形成空气层。
80.图8示出根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的操作时的波动压力降低程度，并且图9示出在bf(beaufort)5级至8级海上状态中的根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统的纯动力节省(net power saving)程度，而图8示出了在试运行测量结果上在空气润滑系统(als)开关时对波动压力进行比较的图表，并且此处，pp1、pp2指示螺旋桨顶横梁(transom)附近测量点。
81.参照图8，可确认，如图1至图3中所示，根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统在船舶船头部1将前方空气喷射部10和后方空气喷射部20双重地布置成与船舶中央部重叠，从而与传统技术相比，能在船舶中央部维持高的空气体积分数的状态下将空气层形成至船尾以形成螺旋桨上部中的气垫(air cushion)，并且能够有效地降低由流入到螺旋桨面的空气层来抑制空化以从螺旋桨产生的波动压力。
82.由此，根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统能够减低因流入到螺旋桨面的空气而使得空化被抑制从而从螺旋桨产生的水中辐射噪声。
83.此外，空气集中地喷射到船舶中央部，从而在恶劣的海上环境(即，即，强潮流、高海浪等的状况)中也能够防止喷射的空气不泄漏到船舶外侧面，从而在恶劣的海上环境中也能够大大提高降低摩擦阻力的性能。
84.参照图9，可确认，在根据本实用新型的一实施例的船舶的空气润滑系统进行操作的情况下，直到bf(beaufort)6级海上状态为止，使纯动力节省(net power saving)变得可能。
85.如上所述，对于本实用新型的具体说明是由参照附图的实施例进行的，上述的实施例仅举例本实用新型的优选的实例来进行了说明，本实用新型并不应理解为局限于所述实施例，并且本实用新型的权利要求范围应理解为后述的权利要求及其等同概念。
86.例如，附图是为了有助于理解而以相应的构成元件为主体示意性地示出的，而所示的各个构成元件的厚度、长度、数量等可在图面制作的进行上与实际不同。此外，示出所述的实施方式的各个构成元件的材质、形状或尺寸等作为一实例并不进行特别限定，并且
在不实质上背离本实用新型的效果的范围内进行多种变更。