一种船舶顺流喷射气层减阻生成装置的制作方法

本发明涉及船舶节能环保减阻技术领域，尤其是一种船舶顺流喷射气层减阻装置。

背景技术：

船舶节能环保技术领域内，除优化船舶线型，改进推进器设计外，大量节能装置，减阻措施被发明或完善。船舶喷气减阻是非常有发展前景的研究课题之一，也越来越被人们所熟知和研究。气穴研究结果表明：气体润滑减阻分为三个阶段，即气泡减阻阶段(bdr-bubbledragreduction)，过渡阶段(transition)，气层(膜)减阻阶段(aldr-airlayerdragreduction)。

气层(膜)减阻是非常有效及有应用前景的减阻方式，且形成有效气层时，可获得8％～20％的减阻效果。

本申请人，提供一种船舶顺流喷射气层减阻装置，以顺流喷射为特点，利用小攻角的导流楔形块与顺流共同作用产生顺压梯度，促进超长气层的生成与长距离保持，同时气穴尾部采用多孔软壁面气体驻留模块，吸收气层尾缘气泡溃灭时产生的脉冲压力能量，增强气层的稳定性，形成超长距离稳定的气层，有效降低船舶底面摩擦阻力，大幅提高船舶推进效率。

本发明所采用的技术方案如下：

一种船舶顺流喷射气层减阻生成装置，在船舶底部设置一系列串联的气穴，通过在气穴内注入气体，使气体沿与船舶行进方向相反的顺流方向，驻留在所述气穴内；

所述一系列串联的气穴的结构包括：

在艏部设置的第一减阻组件，其结构包括导流楔形模块、紧挨导流楔形模块后缘设置的顺流喷射转换模块；

在船中沿船长方向间隔设置的多个第二减阻组件，其结构包括驻气多孔软壁面模块、紧挨驻气多孔软壁面模块后缘设置的顺流喷射转换模块；

在艉部设置的第三减阻组件，其结构包括单独设置的驻气多孔软壁面模块；

在船舶内部设置的向各减阻组件的顺流喷射转换模块通气的充气模块；

以及防气体逃逸挡板模块，其结构包括设置在船体底板两侧沿船长方向连续延伸的外挡板；两侧的外挡板和各减阻组件构成形成气层的气穴结构，所述气层稳定附着在船底表面、隔离船底下表面与海水接触、降低船底表面摩擦阻力；所述顺流喷射转换模块内设有连通气孔，每个连通气孔的结构包括与充气模块连通的垂向孔，垂向孔下端向艉部方向延伸有与外界连通的水平孔。

作为上述技术方案的进一步改进：

第一减阻组件的顺流喷射转换模块厚度与导流楔形模块的尾缘等高；第二减阻组件的顺流喷射转换模块厚度与位于其前侧的驻气多孔软壁面模块的尾缘等高；各减阻组件均沿船宽方向延伸至船体两侧的外挡板处。

所述连通气孔在顺流喷射转换模块内沿船宽方向等间距设有多个；所述水平孔设置于顺流喷射转换模块高度中心，垂向孔通过与其等直径的细管与所述充气模块连接；所述充气模块包括沿船长方向间隔设置的多组充气组件，每个充气组件的结构为包括与压缩气源连接的压力储气罐，压力储气罐的输气端通过排气管与一气体稳压舱连接，所述稳压舱底部沿船宽方向间隔设有多个细管，所述细管分别和各连通气孔的垂向孔等直径对接。

排气管进入稳压舱的位置与细管的安装位置沿船长方向具有间距。

所述驻气多孔软壁面模块的结构包括软性外壳，所述软性外壳围成腔体，腔体内填充有软材料填充物，所述腔体的截面中部呈矩形结构，其两端分别延伸有第一梯形结构、第二梯形结构，两个梯型结构的斜面上设有通孔。

远离船舶艉部的第一梯形结构的斜面上的通孔部分分布于两侧，靠近船舶艉部的第二梯形结构的斜面上的通孔均匀分布于整个表面；第一梯形结构前缘的厚度大于第二梯形结构后缘的厚度。

通孔为直径3mm-6mm的圆孔，孔间距为孔径的2-4倍；所述软材料填充物为泡沫塑料或橡胶。

所述防气体逃逸挡板模块的结构还包括内挡板，所述内挡板焊接在位于两外挡板之间的船底板上并沿船长方向延伸，并由减阻组件截断，内挡板在船宽方向间隔设有多个；外挡板与船底板垂直安装或向外偏转3°-10°，外挡板高度30mm－500mm，内挡板高度10mm-400mm。

导流楔形模块的攻角为2°-8°，尾缘厚度10mm-80mm。

连通气孔的孔径为6mm-30mm，沿船宽方向分布的孔间距为30mm-800mm。

本发明的有益效果如下：

本发明结构设计合理，在船舶底部广大平板之上设置减阻组件，形成多个串联的气穴，从头部导流楔形模块后方连通转换的顺流喷射喷孔喷射产生均匀散布的气体，注入后部气穴内，喷射的气体在导流模块台阶后方产生的旋涡与船舶前进速度共同产生的顺压梯度作用之下，在喷孔后方产生一个巨大的通气空泡，此通气空泡尾缘在驻气多孔软壁面模块及船体两侧挡板共同阻挡之下，形成一个稳定的气层，附着在船体底部下表面。在此气层内，船底与水体完全隔断，局部阻力近似为0，局部减阻率达到100％，多个气穴叠加减阻，船舶综合节能可达8％-15％。本发明提升船舶综合推进效率，降低有害物质排放。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图(主视图)。

图2为图1中a部的放大图。

图3为图1中b部的放大图。

图4为本发明顺流喷射转换模块的结构示意图。

图5为本发明第一减阻组件的安装结构示意图。

图6为本发明第二减阻组件的安装结构示意图。

图7为图6中c部放大图。

图8为本发明驻气多孔软壁面模块的仰视图。

图9为本发明驻气多孔软壁面模块软性壳体的结构示意图。

图10为本发明的充气模块安装结构的(内部结构侧视图)。

图11为本发明整体结构示意图(仰视图)。

其中：1、导流楔形模块；2、顺流喷射转换模块；3、驻气多孔软壁面模块；4、外挡板；5、空压机；6、压力储气罐；7、排气管；8、稳压舱；9、细管；10、纵向龙骨；11、内挡板；21、垂向孔；22、水平孔；31、软性外壳；32、软材料填充物；33、矩形结构；34、第一梯形结构；35、第二梯形结构；311、通孔。

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-图5、图11所示，本实施例的船舶顺流喷射气层减阻生成装置，在船舶底部设置一系列串联的气穴，通过在气穴内注入气体，使气体沿与船舶行进方向相反的顺流方向，驻留在气穴内；

一系列串联的气穴的结构包括：

在艏部设置的第一减阻组件，其结构包括导流楔形模块1、紧挨导流楔形模块1后缘设置的顺流喷射转换模块2；

在船中沿船长方向等间距设置的多个第二减阻组件，其结构包括驻气多孔软壁面模块3、紧挨驻气多孔软壁面模块3后缘设置的顺流喷射转换模块2；

在艉部设置的第三减阻组件，其结构包括单独设置的驻气多孔软壁面模块3；

在船舶内部设置的向各减阻组件的顺流喷射转换模块2通气的充气模块；

以及防气体逃逸挡板模块，其结构包括设置在船体底板两侧沿船长方向连续延伸的外挡板4；

两侧的外挡板4和各减阻组件构成形成气层的气穴结构，所述气层稳定附着在船底表面、隔离船底下表面与海水接触、降低船底表面摩擦阻力；

如图4所示，顺流喷射转换模块2内设有连通气孔，每个连通气孔的结构包括与充气模块连通的垂向孔21，垂向孔21下端向艉部方向延伸有与外界连通的水平孔22。

如图5所示，第一减阻组件的顺流喷射转换模块2厚度与导流楔形模块1的尾缘等高；第二减阻组件的顺流喷射转换模块2厚度与位于其前侧的驻气多孔软壁面模块3的尾缘等高；

各减阻组件均沿船宽方向延伸至船体两侧的外挡板4处。

连通气孔在顺流喷射转换模块2内沿船宽方向等间距设有多个；

如图10所示，水平孔22设置于顺流喷射转换模块2高度中心，垂向孔21通过与其等直径的细管与充气模块连接；

如图2和图3所示，充气模块包括沿船长方向间隔设置的多组充气组件，每个充气组件的结构为包括压缩气源5连接的压力储气罐6，压力储气罐6的输气端通过排气管7与一稳压舱8连接，稳压舱8底部沿船宽方向间隔设有多个细管9，细管9分别和各连通气孔的垂向孔21等直径对接。

具体实施过程中，所述压缩气源5可由空压机提供，稳压舱8可设置多个，每个稳压舱8通过支撑件固定安装在船内底板上，根据实际需要，如图1所示，每个稳压舱8单独连接一个压力储气罐6，或者保证流量的前提下，可以多个稳压舱8公用一个空压机(风机)。

如图1和图2所示，排气管7进入稳压舱8的位置与细管9的安装位置沿船长方向具有间距。

如图6-图9所示，驻气多孔软壁面模块3的结构包括软性外壳31，软性外壳31围成腔体，腔体内填充有软材料填充物32，腔体的截面中部呈矩形结构33，其两端分别延伸有第一梯形结构34、第二梯形结构35，两个梯型结构的斜面上设有通孔311。

远离船舶艉部的第一梯形结构34的斜面上的通孔311部分分布于两侧，靠近船舶艉部的第二梯形结构35的斜面上的通孔311均匀分布于整个表面；第一梯形结构34前缘的厚度大于第二梯形结构35后缘的厚度。

通孔311为直径3mm-6mm的圆孔，孔间距为孔径的2-4倍；软材料填充物32为泡沫塑料或橡胶。

防气体逃逸挡板模块的结构还包括内挡板11，内挡板11焊接在位于两外挡板4之间的船底板上并沿船长方向延伸，并由减阻组件截断，内挡板11在船宽方向间隔设有多个；外挡板4与船底板垂直安装或向外偏转3°-10°，外挡板4高度30mm－500mm，内挡板11高度10mm-400mm。

导流楔形模块1的攻角为2°-8°，尾缘厚度10mm-80mm。

连通气孔的孔径为6mm-30mm，沿船宽方向分布的孔间距为30mm-800mm。

本发明的设计原理：

船舶艏部第一减阻组件由在具有一定攻角的导流楔形模块1后缘加装顺流喷射转换模块2构成，第二减阻组件由驻气多孔软壁面模块3后缘加装顺流喷射转换模块2构成，第二减阻组件向船长方向发展，形成多组；第三减阻组件则由单独设置的驻气多孔软壁面模块3构成；充气模块持续向顺流喷射转换模块2内充气，使得气体沿顺流方向(水平向船舶艉部)喷射，并驻留在水平孔22中；再通过船体两侧防气体逃逸的外挡板4，以及位于相邻减阻组件之间沿宽度方向间隔设置的内挡板11，和各减阻组件构成位于船体底部的气穴，在外挡板4和顺流喷射转换模块2的作用下，迫使气体驻留在气穴之中，在船舶营运航速范围内形成稳定附着的薄气层，隔离气穴内船底表面与水体之间的相互摩擦，气层迫使气穴内船底表面摩擦阻力降低到近似为0(气体密度约为水密度的1/800)而大幅降低船舶总阻力，本发明可实现采用较小的顺流喷射气体流量维持已生成的气层，从而创造明显的综合节能效果。

具体实施过程中，导流楔形模块1气穴首部导流楔形模块攻角一般2°-8°，尾缘高度一般10mm-80mm。顺流喷射转换模块2厚度与导流楔形块1尾缘等高，沿船长方向长50mm-100mm，沿船宽方向延伸至船体两侧气体逃逸外挡板4。顺流喷射转换模块后缘高度中心设置处设置连通通孔，其直径为6mm-30mm，沿船宽方向的孔间距设置为30mm-800mm。

顺流喷射转换模块2的连通通孔的垂直孔21部分与等直径细管9及气体稳压舱8相连，细管9长度一般20mm-300mm，如图10所示，避开船体纵向龙骨10及气体稳压舱8的干涉而破坏船体强度。

顺流喷射转换模块2通过与等直径的细管(20mm-300mm长)与气体稳压舱8相连，避免了气体稳压舱8安装与船体总纵骨及纵骨隔断而降低船舶强度的困境。

气体稳压舱8进气孔即压力储气罐的排气管7与顺流喷射转换模块2的进气孔即细管9设置在不同横截面，需沿船长方向错开100mm以上。稳压舱8内部净高30mm-400mm。

位于船舶艉部的气体驻流模块下表面布置直径3mm-6mm的圆孔，孔间距2-4倍孔直径。

气穴导流模块与驻气多孔软壁面模块3沿船长间距5m-150m，具体可根据船舶流速与船底形状确定。

船体两侧防气体逃逸外挡板4与船底垂直安装或向外偏转3°-10°，挡板高度30mm－500mm。内挡板高度10mm-400mm；

形成气层时，每个气穴头部喷气流量qg由名义气层厚度t(mm)按qg＝t×v×b来计算获得。其中v为船舶航速(m/s)，b为气穴宽度(m)。

气层形成后维持气层流量qm＝(20％-60％)qg，维持气层所需流量取决于航速、气穴长度与气体驻气模块形状。流体流量估算为压缩机与储气罐提供设计依据。

本发明利用小攻角2°-8°的楔形导流模块1与顺流喷射转换模块2(相当于平直段，使来流小攻角变为0°攻角)共同形成气层生成装置。

顺流喷射转换模块2高度极低一般在10mm-80mm，在其高度中心设置直径6mm-30mm，间距30mm-800mm的顺流喷孔。由于此台阶度极低且近似0°攻角，在高速(20kn)条件以下，其后方的流动几乎无分离且产生顺差梯度，并在顺流喷气与船舶前进速度共同作用下生成超长、稳定的局部通气空泡形成气层。

多孔软壁面气体驻留模块内部填充软材料，可有效减弱或消除气层尾部气泡溃灭时产生的回波而增加气层稳定性，还可利用软性外壳31形成的多孔壁面聚气导流，防止气体扩散到船舶螺旋桨盘面而影响螺旋桨推进效率。

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。

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