专利名称：椭球形球鼻首及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种设在船舶首部的减少剩余阻力的节能装置。
球首消波减阻的作用在100年前已发现，我国在本世纪70年代才逐渐采用，国内、外学者对球首消波机理进行了大量研究，但到目前为止还没有哪一个人设计球首而不作船模试验来证实，由于球鼻首节能效果显著，国内、外的设计师对如何设计及制造一个好的球首都秘而不宣，有关文献亦非常少。没有经验的设计师只能参考线型图模索着进行船球首的设计，然后做成船模加以试验来验证，如果效果不好再改一个再试，如此反复下去也难于找到一种较理想的球首，同时，即使对某条船有一定效果的球首，换到另一种规格的船上又不适用，所以造船界为此花费了大量人力、物力，且在一定范围规格内的船的球首不能互用，造成制船的困难。
本发明的目的是提供一种能有效降低剩余阻力，提高推进效率的球首及其制造方法，这种球首且能适用于航速在傅氏数0.20至0.35范围内排水量船舶的使用。
本发明的技术解决方案是这样实现的，球首上半部是四分之一椭球，球首下半部与船体线型配合近似V型的基础上，本发明球首最大宽度以上的水线为椭圆，横剖线为半个圆。
以上所述球首中部水线近于船体中线平行。
本发明所述的椭球形球鼻首，船首满载水线的进角最好在13°以下。
本发明的船首进流段的水线伸出首垂线的长度比水线半宽大于或等于2。
值得提出的是，本发明的傅氏数Fn小于或等于0.22时，其与球首兴波的强度有关的球首在首垂线处的横剖面面积与船的中剖面面积之比值的CABT等于10%为佳，当Fn大于0.22时，CABT等于15%为佳。
本发明的球首的椭圆柱体长短半轴之比为2至3为佳。
本发明椭球形球鼻首所要求的船体20站处水线斜率近似于零。
本发明的制造方法是这样的，根据图3所示，按已选定船球首的CABT、CLPR、CZB、CBB的参数，先在横剖线图上绘制20＃站的横剖线，从BB＝CBB×BMS得出球首在20＃站最大半宽BB/2，在中心线上，以ZB＝CZB×TPT的点为圆心，以BB/2为半径作圆，然后以此圆为基础绘出横剖线，使横剖面积等于CABT×AMS，要注意最大宽度以下各水线半宽不能太大，如过于肥胖说明BB取得太小，要适当增加BB，或者是20＃处的下脚取得太高，要适当放低些，最大宽度以上水线半宽不可加大，尽可能保持为半个圆，用一小段曲线与设计水线处连接，其次，根据
图1、4所示，在纵剖线图上绘制球首侧外形，B点以上为椭圆形，其长半轴为LPR，短半轴为BB/2，用一小段曲线与首垂线和设计水线的交点相连，B点以下与船底龙骨线连接，然后，根据图3所示，可以开始在水线图上绘制水线，最宽水线以上的水线为椭圆，以下水线可为椭圆或抛物线或近似椭圆，但切勿为大圆弧，首垂线以前的水线绘好后，再连顺20～19站之间的水线，满载水线的进角要改小，可以改小到13°以下，具体多少大小合适要根据线型来定，水线进角改小后，水线最大切线角必然会增加，只要进角与最大切线角之和保持不变，就可改善破波阻力。
随后，根据图3所示，从已绘好水线驳取各站水线半宽，从而绘出首垂线前A、B、C……各站横剖线及19 1/2 、19 3/4 、19 1/4 站横剖线，如有不光顺之处再适当作修改水线直到光顺为止。
最后，根据图2所示，作纵剖线，进行三向光顺，适当修改横剖线，水线直到各点三向吻合为止，需要指出的是，在绘制球首过程中，要把握使球首能产生低压，即在20＃站前后形成水线的切线角很小，在20～19站间水线曲率变化不能太大，要缓和些，否则水流在曲率变化大的地方阻力突增，影响球首消波效果，把握住上述要点，就能设计及制造出效果较好的球首来。
按现代兴波理论，兴波阻力可以分为波型阻力和碎波阻力，波型阻力是可以传播到远后方的线性波产生的阻力，碎波阻力是不能传播的非线性波造成的阻力，一个设计得好的球首就可以减少上述两种波能损失，从而降低波阻。波型阻力的降低是靠球首产生一个适当的波高，相位和主船体产生的波相反，从而使两个波系的合成波高减少而达到的。而影响球首的波高的最重要因素，是与球首兴波强度有关的球首在首垂线处的横剖面面积与船的中剖面积的比值CABT，也即兴波强度与球首在垂线处的横剖面面积成正比，与船的中剖面面积成反比，所以本发明之处就在于球首最大宽度以上的水线为椭圆，横剖线为半个圆，且这个比值在傅氏数Fn≤0.22时以10%为佳，当Fn＞0.22时以15%为佳，而影响球首兴波的相位有重要关系的是球首伸出首垂线的长度与船的两柱间长的比值的CLPR，也即相位与球首伸出首垂线的长度成正比，与船的两柱间长度成反比，这个比值以1至1.5较佳，也即相当于椭圆柱体长短半轴之比2至3，这样的比例球首的粘压阻力较小，同时还要注意球首伸出首垂线的长度与球首最前端点距基线高度比首吃水深度之比值之间的相适应，以便球首纵向易于与船体光顺过渡。而影响碎波阻力的自由表面冲击波主要是与自由表面附近的水线进角有关，适当减少水线进角就能减少自由表面冲击波，因此本发明的20站处水线斜率近似于零，球首满载水线的进角最好不高于13°，从而有效地降低碎波阻力。
图1为本发明参数图;
图2为本发明横剖面面积曲线图;
图3为本发明纵剖面线型图;
图4为本发明剖面线型图。
本发明的优点是按本发明的椭球形球鼻首形状及设计制造方法，可以降低航船剩余阻力30%或总阻力10%，由于阻力的降低，推进效率可相应提高，推进功率的降低可以超过10%-15%，同时航速在傅氏数0.20至0.35范围内的船舶均可以广泛适用。
权利要求
1.一种用于船舶的椭球形球鼻首，球首为半个椭球，球首上半部是四分之一椭球，球首下半部与船体线型配合近似V型，其特征是球首最大宽度以上的水线为椭圆，横剖线为半圆。
2.根据权利要求1所述的椭球形球鼻首，其特征是球首中部水线近于与船体中线平行。
3.根据权利要求1所述的椭球形球鼻首，其特征是船首满载水线的进角最好在13°以下。
4.根据权利要求1所述的椭球形球鼻首，其特征是船首伸出首垂线的长度比水线半宽大于或等于2。
5.根据权利要求1所述的椭球形球鼻首，其特征是当傅氏数Fn小于或等于0.22时，其与球首兴波的强度有关的CABT等于10%为佳，当Fn大于0.22时，CABT等于15%为佳。
6.根据权利要求1所述的椭球形球鼻首，其特征是球首的椭圆柱体长短半轴之比为2至3为佳。
7.根据权利要求1所述的椭球形球鼻首，其特征是椭球形球鼻首所要求的船体20站处水线斜率近似于零。
8.一种用于船舶的椭球形球鼻首的制造方法，其特征是A，按已选定船球首的CABT、CLPR、C2B、CBB的参数，先在横剖线图上绘制20＃站的横剖线，从BB＝CBB×BMS得出球首在20＃站最大半宽BB/2，在中心线上，以ZB＝CZB×TPT的点为圆心，以BB/2为半径作圆，然后以此圆为基础绘出横剖线，使横剖面积等于CABT×AMS，再用一小段曲线与设计水线处连接，B，再在纵剖线图上绘制球首侧外形，B点以上为椭圆形，其长半轴为LPR，短半轴为BB/2，用一小段曲线与首垂线和设计水线的交点相连，B点以下与船底龙骨线连接，C，然后开始在水线图上绘制水线，最宽水线以上的水线为椭圆，以下水线可为椭圆或抛物线或近似椭圆，首垂线以前的水线绘好后，再连顺20至19站之间的水线，满载水线的进角要改小，D，从已绘好水线驳取各站水线半宽，从而绘出首垂线A、B、C……各站横剖线及19 1/2 、19 3/4 、19 1/4 站横剖线，E，最后作纵剖线，进行三向光顺，适当修改横剖线，水线直到各点三向吻合为止。
全文摘要
本发明涉及一种设在船舶首部的减少剩余阻力的节能装置，其本发明椭球形球鼻首的特征是球首最大宽度以上的水线为椭圆，横剖线为半圆。本发明可以降低航船剩余阻力30％或总阻力10％，推进功率的降低可以超过10％至15％，同时航速在傅氏数0.20至0.35范围内船舶均可以广泛适用。
文档编号B63B3/46GK1067413SQ9210237
公开日1992年12月30日 申请日期1992年3月28日 优先权日1992年3月28日
发明者季良均, 黎瑞程 申请人:广州造船厂