一种凸出船底的气层减阻装置及其安装方法、船舶与流程

1.本发明涉及船舶减阻技术领域，尤其是涉及一种凸出船底的气层减阻装置及其安装方法、船舶。


背景技术：

2.船舶气层减阻装置是指通过在船体与水之间注入气体，在船底表面形成气膜层或者气泡层，降低船底附近流体的粘性，抑制湍流现象的发生，以减小船体与水之间的摩擦，从而降低船舶所受摩擦阻力的装置。
3.现有技术中，通常采用凸出船底的气层减阻装置来降低船舶所受摩擦阻力，在现有凸出船底的气层减阻装置中，凸出船底的部件有矩形状和沿船舶纵向的长条状，为最大化减阻效果，气体喷出时的覆盖范围要布满整个船底，凸出构件在船宽上的投影长度要等于船宽，即要在宽度方向上布置很多个相同的凸出构件，然而在船体底部设置很多个相同的凸出构件，需投入巨额花费，且需在船体内部预留额外喷气空间，更为要紧的是会干涉船体原有的纵向和横向加强构件，影响船体的结构强度。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本技术提供一种凸出船底的气层减阻装置，以解决现有技术中需在船底宽度方向上设置很多相同突出构建的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
6.一种凸出船底的气层减阻装置，包括凸出船底板部件，所述凸出船底板部件包括可形成有中空腔体的箱体，所述箱体上表面贴附并固接于船底板外表面，所述箱体下表面用于直接接触水，所述箱体设置有气体出口；所述船底板上开设有与所述中空腔体连通的透气孔，所述中空腔体内设置有数个气流导向板，所述气流导向板以所述透气孔在所述中空腔体中的进气区域为起始端、以箱体的所述气体出口为终端呈发射状布置；由所述气体出口喷出的气体喷出时的覆盖范围大于所述凸出船底板部件在船宽上的投影长度。
7.在一种实施方案中，所述箱体沿着所述进气区域至所述气体出口方向为渐扩状结构。
8.在一种实施方案中，所述箱体包含垫板、盖板，所述垫板上表面贴附并固接于所述船底板外表面，所述气流导向板上表面贴附并固接于船底板外表面，所述气流导向板下表面贴附并固接于所述盖板上表面，所述盖板上表面贴附于并固接于所述气流导向板下表面和所述垫板下表面，所述盖板下表面与水直接接触。
9.在一种实施方案中，所述垫板由两块相同的矩形板拼接在一起，两块所述矩形板的长边形成夹角，所述夹角大于0度，小于等于180度，所述夹角尖端处设置有所述进气区域，所述夹角的开口指向所述气体出口。
10.在一种实施方案中，所述盖板形状为与所述垫板相同夹角的扇形，所述扇形开口指向所述气体出口。
11.在一种实施方案中，所述垫板形成的夹角与水接触的一端有倒边处理，所述盖板的夹角与水接触的一端有倒边处理。
12.在一种实施方案中，还包括气体输送管道，所述气体输送管道固定于船底板内表面，所述气体输送管道一端连接气体供给端，另一端与所述透气孔密封固定连接，所述气体输送管道内径与透气孔的孔径相等，所述气体输送管道上设置有流量控制阀、传感器及止回阀。
13.在一种实施方案中，所述气流导向板的形状相同，靠近所述进气区域一侧窄，远离所述进气区域的一侧宽，多个所述气流导向板间隔分布。
14.在一种实施方案中，所述气流导向板的形状为等腰梯形，所有所述气流导向板两腰的延长线汇聚于同一点。
15.本发明还提供上述任一种凸出船底的气层减阻装置的安装方法，包括以下步骤：
16.a.确定出船底的船底板区域；
17.b.在所述船底板区域的迎流前半段选取首尖、首肩、平行中体三个位置进行气层减阻装置的安装，在首尖位置，布置一个所述凸出船底的气层减阻装置，在首肩、平行中体位置，分别布置至少两个所述凸出船底的气层减阻装置，直至所述气体喷出时的覆盖范围布满整个船底。
18.本发明还提供一种船舶，包括船体和船底，所述船底安装有上述任意一项所述的凸出船底的气层减阻装置，所述凸出船底的气层减阻装置在所述船底的安装位置按照上述的安装方法布置。
19.本技术中的凸出船底的气层减阻装置及其安装方法具有的有益效果：
20.1)本技术通过横截面沿着船首至船尾方向逐渐增大的凸出船底板部件的设置增大了气层减阻装置的气体覆盖范围，改善现有同类技术中存在的气体喷射覆盖面不高的问题，能够以更少的喷气点实现同等或者更大的气体覆盖范围。
21.2)本技术中气层减阻装置通过船底板上的凸出部件喷出气体，无需在船体内部预留额外喷气空间，不干涉船体原有的纵向和横向加强构件的布置，对原有船体结构强度没有不利影响或者几乎没有不利影响。这种特点使其不仅可以用于新船建造，也可用于旧船改装。
22.3)本技术中的船底板凸出构件，在厚度上相当于两层船底板厚度甚至更薄，在最小化凸出面积的同时，并采用倒边处理，使装置带来的附加阻力最小。
23.4)本技术中的气层减阻装置中的船底板构造简单，其构件多为形状规则的平板组成，便于加工，连接件少，装置性能稳定性高。
24.5)本技术中的气层减阻装置喷出的气体，紧贴船底板，每次开启装置都能起到冲刷船底的效果，从而减少了海洋浮游生物的附着，某种程度上进一步提升了该装置的减阻能力。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
26.图1为根据本技术实施例示出的一种凸出船底的气层减阻装置构成图；
27.图2为根据本技术实施例示出的一种凸出船底板部件外侧视图；
28.图3为根据本技术实施例示出的一种凸出船底板部件内侧视图；
29.图4为根据本技术实施例示出的一种包含气体输送管道、船底板、船底板透气孔和凸出船底板部件的剖面图。
30.图5为根据本技术实施例示出的安装有该气层减阻装置的船底板视图。
31.附图标记：1、气体输送管道；2、凸出船底板部件；21垫板；22、盖板；23气流导向板；3、船底板；31、透气孔；4、气腔；5、气槽；6、船底板边线；61、首尖；62、首肩；63、平行中体。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.本技术实施例公开一种凸出船底的气层减阻装置，参照图1-3，包括气体输送管道1和凸出船底板部件2。
35.其中，凸出船底板部件2包括可形成有中空腔体的箱体，箱体上表面贴附并固接于船底板3外表面，箱体下表面用于直接接触水，箱体设置有气体出口，船底板3上开设有与所述中空腔体连通的透气孔31，中空腔体内设置有数个气流导向板23，气流导向板23以透气孔3在中空腔体中的进气区域为起始端、以箱体的气体出口为终端呈发射状布置，由气体出口喷出的气体喷出时的覆盖范围大于凸出船底板部件2在船宽上的投影长度。
36.箱体包含垫板21、盖板22，垫板21上表面贴附并固接于船底板3外表面，气流导向板23上表面贴附并固接于船底板3外表面，气流导向板23下表面贴附并固接于所述盖板22上表面，盖板22上表面贴附于并固接于所述气流导向板23下表面和垫板21下表面，盖板22下表面与水直接接触。
37.垫板21由两块相同的矩形板拼接在一起，两块矩形板的长边形成夹角，夹角大于0度，小于等于180度，夹角尖端处设置有进气区域，夹角的开口指向所述气体出口，盖板22形状为与垫板21有相同夹角的扇形，扇形开口指向所述气体出口，垫板21形成的夹角与水接触的一端有倒边处理，盖板22的夹角与水接触的一端有倒边处理，从而使水从船底表面到垫板下表面尽可能光顺衔接，保持流线型过度，以最小化凸出部件所带来的附加阻力。
38.如图1所示，气体输送管道1固定于船底板3内表面，气体输送管道1一端连接气体供给端，另一端与船底板3上的透气孔31密封固定连接，气体输送管道1内径与透气孔31的孔径相等，船底板3作为船体部件之一，在其固有用途之外，还为气体输送管道1和凸出船底部件2提供附着物。
39.如图1、3所示，气流导向板23的形状相同均为等腰梯形，靠近进气区域一侧窄，远离进气区域的一侧宽，多个气流导向板23间隔分布，所有气流导向板23两腰的延长线汇聚于同一点。
40.船底板3外表面、垫板21内侧、盖板22上表面以及气流导向板23窄边侧组成气腔4空间边界，气体在气腔4空间边界完成气泡发生过程，船底板3外表面、盖板22上表面、以及相邻两气流导向板23的腰组成气槽空间5边界，或者气槽5空间边界由船底板3外表面、盖板22上表面、以及垫板21内侧与相邻气流导向板23的腰组成，
41.在一种实施方案中，气体输送管道1上设置有控制气体输流量的流量控制阀，还设置有监控气体温度、压强和流速等物理量的传感器，同样还设置了防止海水倒流的止回阀。
42.如图4所示，在本技术公开凸出船底的气层减阻装置中，气体通过气体输送管道1达到气腔4中，并在气腔4处完成气泡发生，发泡后的气体沿着气槽5喷向下游的各个方向。
43.本技术所公开凸出船底的气层减阻装置的安装方法，包括以下步骤：
44.首先确定出船底板区域，如图5所示，由船底板边线6所围成的区域，并选择该区域作为该气层减阻装置的安装区域，安装于该区域可保证气体尽可能多的贴敷在船体表面，避免在浮力的作用下过快逸散至水面，使减阻效果大打折扣。
45.在上述船底板区域的迎流前半段的选取首尖61、首肩62、平行中体63三个位置进行气层减阻装置的安装。
46.在首尖61位置，布置一个本技术所提供的气层减阻装置，其中垫板21和盖板22所构成的扇形的尖端指向船首，扇形开口指向船尾，扇形夹角的大小近似等于船底板边线的进流角。
47.在首肩62位置，布置至少两个本技术所提供的气层减阻装置，当两肩间距较小时，布置两个本技术所提供的减阻装置，此时的两个减阻装置的凸出船底板部件的扇形垫板21、盖板22关于船舶中纵线对称，且扇形靠近船舶中纵线的一边垂直于船舶中纵线，另一边与之形成的夹角大小则根据肩部的凹凸程度决定；当两肩间距较大时，则布置两个以上本技术所提供的减阻装置，最外边的两个减阻装置的布置方式与上述只布置两个减阻装置时的布置方式相同，中间的减阻装置的布置则需要根据cfd计算结果和船底板气体的覆盖率来确定扇形的夹角大小，该夹角大于0度，小于等于180度，且中间的减阻装置的夹角中线与船舶中纵线平行。
48.在平行中体63位置，布置至少两个及以上本技术所提供的气层减阻装置，一般为三个，具体个数还要依据船舶宽度而定，对于较窄的船舶，布置两个本技术所提供的减阻装置，此时的两个减阻装置的凸出船底板部件的扇形垫板21、盖板22关于船舶中纵线对称，此时扇形夹角为90
°
，扇形的一边垂直于船舶中纵线，另一边平行于船舶侧边线；对于较宽的船舶，则需要布置两个以上本技术所提供的减阻装置，最外边两个的布置方式与上述只布置两个减阻装置时的布置方式相同，中间的减阻装置的布置则需要根据cfd计算结果和船底板气体的覆盖率来确定扇形的夹角大小，该夹角大于0度，小于等于180度,且中间的减阻装置的夹角中线与船舶中纵线平行。
49.按上述方式安装完气层减阻装置后，如图4所示，空气、蒸汽、氮气、氦气等气体经由气体输送管道1，从气体供给端传送到船底板3上孔径与气体输送管道1内径一致的船底板透气孔31，并由船底板透气孔31进入气腔4中，气体在气腔4中进行气泡发生后，并沿着各
个方向上的气槽5贴着船底板喷向下游，在船底形成一层气膜。
50.气体通过气体输送管道进入船底板凸出部件时的温度、气压和流速等物理信息可被管道上的相关传感器捕捉，依据这些信息可通过各类阀件对气体的喷射状态进行调整，或开、或关、或大、或小。气体输送管道上还存在止逆阀，可以保证气层减阻装置在未使用时海水不会倒灌。
51.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。