一种用于减小海洋工程船月池阻力的装置的制作方法

本发明涉及一种用于减小海洋工程船月池阻力的装置，属于海洋工程船技术领域。

背景技术：

近些年来，随着国家针对海洋特种装备及技术的提升以及海洋工程专项的开发，随着科研项目向深海区域的推进，遇到越来越多的技术问题逐渐限制了科研项目的进一步发展。其中，针对深海作业的船舶，月池结构是一种非常常规而且不可或缺的结构型式；在船舶与海洋工程领域中，根据船舶与海洋结构物如钻井船、铺管船、工程辅助船等的作业或功能需求，会在船体布置一个垂向贯穿船体、腔内有自由液面、内外海水相连的月池结构，而月池的存在会使船舶与海洋结构物在航行和作业工况下，由于月池内流体前后和左右的“晃荡”运动，以及垂直方向的“活塞”运动，导致船体阻力明显增加，对于自航或拖航状态，月池开口引起的阻力增加将随航速的增加而增大，导致油耗的增加，同时，阻力性能的好坏关系到推力器和主机选型以及快速性能否达到要求。船舶在远洋航行过程中，月池的大开口一般会造成波浪的陡升，造成极大的兴波阻力，以及上浪砰击，这一方面容易造成对船舶月池区域相关设备的损坏，需要对船舶局部结构的特殊加强，增加了造船成本，另一方面增加了船舶航行的阻力，造成极大的能源浪费以及环境污染。

由于月池结构的特殊性，在海洋工程船作业的时候，需要通过月池与海底管道实现互通，因此无法通过封闭月池结构实现船舶在航行过程中阻力的减小，另外，月池一般为封闭的四边形结构，月池内部的波浪无法扩散出，导致波浪能持续在月池区域内部作用，对船舶造成不利影响。所以目前的海洋工程船存在由于月池结构的影响，导致航行阻力过大的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决目前海洋工程船由于月池结构的影响，导致航行阻力过大的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种用于减小海洋工程船月池阻力的装置，船体中设有一个垂直方向贯穿船体用于内外海水相连的月池结构；月池结构上设有减小海洋工程船月池阻力的装置，包括月池附体结构和消波板；所述月池结构靠近船尾的一侧船壁上设有月池附体结构，月池结构靠近船首的一侧船壁上设有消波板。

优选地，所述月池附体结构设为月池结构靠近船尾的一侧船壁上设有的弧形结构。

优选地，所述弧形结构包括圆弧形的突出于月池结构靠近船尾的一侧船壁的突出部和与突出部相邻的凹陷于船壁的凹陷部。

优选地，所述弧形结构包括从船底到水面，月池结构靠近船尾的一侧船壁上依次设有的圆弧形的突出部和与突出部相邻的凹陷部。

优选地，所述月池附体结构的弧形结构沿船体长度方向垂直于水面的纵剖面形状与船舶的球鼻艏部沿船体长度方向垂直于水面的纵剖面形状一致。

优选地，所述月池结构靠近船首的一侧船壁上设有消波板，消波板板面与水平面之间设有夹角。

优选地，所述消波板板面与水平面设有的夹角角度设为0度-10度。

优选地，所述消波板上设有相互平行的长条形消波水槽，所述消波水槽一端开口，开口沿开口长度方向的剖面垂直于开口外沿所处平面且垂直于水平面。

优选地，所述消波水槽另一端封闭。

优选地，所述消波水槽另一端封闭端设为水密结构。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于减小海洋工程船的月池阻力的装置和方法，通过在月池区域靠近船尾的一端加设附体结构，通过对船舶航行过程中靠近船首一端的月池舱壁结构形成的波浪与附体结构形成的波浪互相抵消，从而降低月池区域内部的波浪能量，降低海洋工程船在航行过程中受到的阻力；同时在月池另一端加设消波板结构，吸收另一端在船舶航行过程中的水流，避免造成波浪涌积。本发明的有益效果是：1、占用月池空间较小，可实现性较强，具有实用性；2、降低月池区域的阻力，特别是兴波阻力成分大大降低；3、降低波浪的波高，降低了上浪砰击的风险；4、节省材料，节省成本，节省能源，保护环境。

附图说明

图1为本发明的一种用于减小海洋工程船的月池阻力方法的原理图；

图2为本发明的一种用于减小海洋工程船的月池附体结构典型剖面；

图3为本发明的一种用于减小海洋工程船的月池靠尾部区域的波浪图；

图4为本发明的一种用于减小海洋工程船的月池靠首部区域的波浪图；

图5为本发明的一种用于减小海洋工程船的月池靠首部区域附体结构与边舱壁结构图；

图6为本发明的一种用于减小海洋工程船的月池区域船底展开图。

附图标记：1.月池附体结构诱导的波浪；2.月池首尾诱导的合成波浪；3.月池结构；31.消波板；32.消波水槽；4.附体结构；

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-6所示，本发明提供一种用于减小海洋工程船月池阻力的装置，船体中设有一个垂直方向贯穿船体用于内外海水相连的月池结构3；月池结构3上设有减小海洋工程船月池阻力的装置，包括月池附体结构4和消波板31；月池结构3靠近船尾的一侧船壁上设有月池附体结构4，月池结构3靠近船首的一侧船壁上设有消波板31。月池附体结构4设为月池结构3靠近船尾的一侧船壁上设有的弧形结构。弧形结构包括圆弧形的突出于月池结构3靠近船尾的一侧船壁的突出部和与突出部相邻的凹陷于船壁的凹陷部。弧形结构包括从船底到水面，月池结构3靠近船尾的一侧船壁上依次设有的圆弧形的突出部和与突出部相邻的凹陷部。月池附体结构4的弧形结构沿船体长度方向垂直于水面的纵剖面形状与船舶的球鼻艏部沿船体长度方向垂直于水面的纵剖面形状一致。月池结构3靠近船首的一侧船壁上设有消波板31，消波板31板面与水平面之间设有夹角。消波板31板面与水平面设有的夹角角度设为0度-10度。消波板31上设有相互平行的长条形消波水槽32，消波水槽32一端开口，开口沿开口长度方向的剖面垂直于开口外沿所处平面且垂直于水平面。消波水槽32另一端封闭,封闭端设为水密结构。

为了便于对本发明技术方案的理解，首先假设月池区域内部的波浪在船舶航行过程中为规则波，且月池开口结构尺寸以及船舶的航速均在可接受的范围，由此可知月池区域内的波浪参数为恒定值，月池结构的特征值以及船舶的航速为恒定值，则波浪周期以及波高可以确定，根据月池结构的长度以及波浪周期得出月池区域凸出附体的长度，那么由于月池产生的波浪与月池区域凸出附体产生的波浪存在一个相位差，这个相位差刚好将波浪抵消。不过一般情况下，月池区域内的波浪在船舶航行过程中很难维持规则波状态，此时先忽略船舶在低速条件下的月池阻力，仅考虑船舶在高航速下的兴波阻力问题，由于兴波阻力与波高的平方成正比，因此只要能改善船舶在快速航行过程中的波高问题，就基本能解决月池区域的高速航行阻力问题。本发明的具体技术方案如下：在月池区域靠近船尾一端的月池舱壁结构加一段附体结构。月池内部产生波浪成分主要有3种，一种是月池靠船首部分的舱壁引起的尾行进波，一种是月池靠船尾部分的舱壁引起的首行进波，一种是由月池附体结构产生的波浪爬升。由于月池在航行方向上存在首尾波系，在船舶高速航行过程中，会产生波浪，形成自有的合成波系；附体结构在船舶高速航行过程中，会产生波浪，形成自有的波系；则两项波系叠加，可知月池区域内的波系为驻波系。虽为非常理想的情况，但是由于船舶首尾波系造成的兴波波浪，波峰能够确定位于波浪与船舶接触的位置，因此根据月池尺寸以及船舶航速合理设计附体结构以及大小，也能大大降低兴波的波高，从而降低兴波阻力。

结合附图1以及附图2，月池附体结构4在船舶高速航行过程中产生波浪波系1，月池结构产生首尾合成波浪波系2，波浪波系1与波浪波系2相互叠加从而抵消，降低了月池区域内部由于船舶高速航行诱导的兴波阻力。

结合附图2及附图4，月池附体结构4的弧形结构沿船体长度方向垂直于水面的纵剖面形状与船舶的球鼻艏部沿船体长度方向垂直于水面的纵剖面形状一致。在沿船体宽度方向垂直于水平面的剖面中，剖面形状均一致，且设有水平方向无变化的过渡结构。

结合附图2及附图6，月池具有消波板31，消波板31与水平方向成一定角度，夹角为0-10度，在船舶高速航行过程中，水流更容易被消波板31捕捉，可避免船舶在高速航行过程中月池内部涌积大量波浪，造成波高陡升。

结合附图1，假设两种波系诱导的波高相等，并以船底作为基准线，由两种波系互相叠加造成波高降低的推导如下：

针对附图1中的标注的字母解释如下：

z：月池的吃水高度；

h1：附体的高度；

h2：诱导波浪的波高；

λ：诱导波浪的波长；

λ1：月池的长度；

λ2：附体到月池另一端的长度；

则由月池具有消波板一端的在月池另一端的诱导波浪波高：

h2＝a1cos(ωt+ψ)

月池一端产生波浪后，在月池另一端反射回来的波浪波高：

h2＝a2cos(ωt+ψ+2π×λ1/λ)

船舶航行过程中，由于附体结构产生的在月池另一端的波浪波高：

h2＝a3cos(ωt+ψ+2π×λ2/λ)

则合成的波系在月池另一端的合成波高为：

h2＝a1cos(ωt+ψ)+a2cos(ωt+ψ+2π×λ1/λ)+a3cos(ωt+ψ+2π×λ2/λ)假设m,n均为正整数，

1.合成波高公式中a1＝max(a1,a2,a3)，则合成波高的最小值为：

h2＝(a1-a2-a3)cos(ωt+ψ)

则

2.合成波高公式中a2＝max(a1,a2,a3)，则合成波高的最小值为：

h2＝(a1-a2+a3)cos(ωt+ψ)

则

3.合成波高公式中a3＝max(a1,a2,a3)，则合成波高的最小值为：

h2＝(a1+a2-a3)cos(ωt+ψ)

则

式中，a1,a2与月池外形以及航速有关，a3与附体高度h1以及吃水z有关。

本实施例提供的用于减小海洋工程船的月池阻力的方案，包括加设附体结构以及加设消波板，通过附体结构产生的波系与月池首尾波系进行叠加，从而降低月池一端的兴波高度，从而大大降低月池在船舶高速航行过程中的兴波阻力，通过在另一端加设消波板，吸收船舶在高速航行过程中开口处由于负压的大量水流，大大降低了月池内部的兴波高度，也降低了兴波阻力，同时，由于两种方案均针对兴波波浪高度均有显著降低，因此月池区域的上浪砰击问题也得到极大改善。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

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