本发明涉及具有球鼻船首的海船。
背景技术：
球鼻船首用在海船上以使得能够实现与水的更好的流体力学接合，在航行通过所述水时降低船的总阻力。球鼻船首设计已经存在了几十年，并且是用于使较大船只以最佳方式破水、降低所述船的总阻力、允许较小的推进系统、从而降低燃料消耗的被非常广泛地使用和认可的解决方案。
在fr2822797a1中披露了一种对于碰撞和球鼻船首的其他类型损坏的解决方案，其通过设计具有内部弹性机构的球鼻船首吸收来自船首前方的对船首的任何损害，并且使整个球鼻船首能从船的船体分离。该设计非常简单且直截了当，但由于在保持了双曲面设计的同时使球鼻船首更加复杂，因而提高了制造成本而不是降低成本。可分离的且可更换的球鼻船首是一种笨重且复杂的工艺，并且仍将是昂贵的。
jp2015517951a披露了一种以高强度可焊接材料(如钢)制造球鼻船首并将其焊接到船体上的制造和安装方法，以及焊接的后续检查。这是制造球鼻船首和将其安装到船体的传统方式的新方法，并描述了焊接和检查装配的紧密度的难度和问题。
us4323026a描述了球鼻船首的基于流体的碰撞阻尼设计。球鼻船首填充有流体，当船首与另一个物体碰撞时，通过以受控的方式将球鼻船首的流体排放到空腔中，流体将对船的船体的损害减到最小。这将对船的主船体的损害以及对与其碰撞的东西的损害减到最小，但并未降低球鼻船首的制造成本，相反，解决方案增加了结构的复杂性，增加了制造成本。
wo2004092004a1描述了一种船的船首，其设计成在碰撞的情况下弯曲，将对船以及与其碰撞的东西的损害减到最小。船首以传统方式制造，双重弯曲钢板和底层结构，使得设计更加昂贵，因为它增大了复杂性。
传统上，球鼻船首用被切割并锤打成双曲面的金属制造，这是非常困难和昂贵的工艺。
技术实现要素：
因此，本发明的目标是提供一种用于海船的较简单且便宜的球鼻船首，以便改进已知球鼻船首设计中的上述缺陷。
该目标是通过根据权利要求1的球鼻船首实现的。
通过本发明，提供了一种以更有效和更便宜的方式制造这种双曲面的解决方案，例如通过使用外表面的快速成型，其利用焊接的框架、泡沫层和/或其它解决方案与确保外壳的形状、稳定性和强度的内部结构耦接。因而，提供了一种具有球鼻船首的船，该球鼻船首容易更换，这转而提供了依据船的吃水，即依据其负载，通过用具有不同形状的另一个船首更换球鼻船首来使船最优化的可能性。通过用三维打印技术或快速成型来制造球鼻船首的部件(包括双曲面)的复杂几何形状，提供了制造球鼻船首的更有效且更便宜的方法。
根据本发明的球鼻船首以模块的方式提供，模块例如包括若干子结构元件和外壳结构的外壳，外壳结构(例如外壳)利用焊接的框架、泡沫层和/或其它解决方案与确保外壳的形状、稳定性和强度的内部结构耦接。
通过本发明，快速制造加工，如三维打印，被用于降低传统球鼻船首的制造成本，同时还获得了与球鼻船首的传统问题相关的其他显著收益。通过以更模块化的方式制造球鼻船首(这通过将快速制造工艺用于外层而得以允许)，所得到的解决方案实现了比降低制造成本更多的收益，如与最佳的流体力学破浪相关的可互换的外壳结构，由于磨损和/或碰撞引起的可互换/可更换部件，和来自船厂的利用或未利用该解决方案制造的现有船只的售后升级。
使用快速制造工艺如三维打印的本发明的一个方面是实现球鼻船首的壳的可互换性。这允许在流体力学上更优地航行通过水，因为可以改变流体力学外形以适合满载和空的船。船的吃水和因而还有最优球鼻船首的吃水还取决于它航行的速度。从改变大载荷载货船的流体力学外形所获得的好处据估计是每个船减小4％，对于这种海船的经营者来说，这代表了燃料的显著节省。
本发明的另一个优点是，本发明使得能在磨损和/或碰撞的情况下进行有限数量的部件的替换。由于球鼻船首在船的前部伸出，所以它容易遭受搁浅和碰撞，因此在这种情况下经常需要修理或更换。将球鼻船首制造为模块化的解决方案允许由于磨损和/或碰撞而替换圆顶形的外壳，以及在碰撞的情况下替换可被设计为可塌陷结构的外壳结构，而无需修理船的船体。该解决方案使这些部件的修理和更换能发生在海上，消除了必须将船停入船坞进行修理的要求和成本。对船的经营者而言这也等于显著的节省，无论是关于修理本身的节省还是关于修理所需的入坞时间的节省。修理或更换可以由潜水员利用用于较重的吸收结构的船载起重机来进行。
本发明的另一个好处是允许在使用中用船的新壳进行船的持续升级、为船的新实现方式升级流体力学设计和/或用于为新实现方式升级坚固性。此外，该解决方案使该解决方案的售后配件能适用于现有船只，作为售后升级。这使得公司能进入或创建另一个市场，因为快速制造工艺允许使设计适合于几乎所有的现有船只。
附图说明
在下面参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1是根据现有技术的球鼻船首的示意性横截面图；
图2是根据本发明第一实施方式的装配有球鼻船首的船的艏部的透视图；
图3是根据本发明第二实施方式的球鼻船首的示意性横截面侧视图；
图4是图3中的球鼻船首的分解图；
图5a-5c表示由模块构成的三个球鼻船首，为各种船只吃水而优化了这些模块；
图6是根据本发明第三实施方式的球鼻船首的示意性横截面侧视图；和
图7是根据本发明第四实施方式的球鼻船首的示意性横截面侧视图。
具体实施方式
在图1中示出了在其艏部中具有球鼻船首10的海船1的传统结构。船首10与船1的结构整体地建造。
代替如图1中所示的具有球鼻船首的海船设计，有利地发现船可以如图2中所示地那样设计，图2示出了本发明的第一实施方式。船1设有舱壁2，安装结构3设置在其中。安装结构3可以是如图2中所示的突出构件，其具有合适的设计和尺寸以承受住船首在使用期间遭受的力。外壳结构4和5设置在该安装结构3上形成球鼻船首。该外壳结构限定了球鼻船首的流体力学形状，其在安装时与船体的表面齐平。外壳结构4由模块化部分构建，而右舷侧被表示为拆开的。该外壳结构4由若干模块化部分41组成，它们彼此装配在一起并安装在突出的安装构件3周围。然后将圆顶形外壳5安装在模块化部分41前面。利用适当的组装技术组装这个球鼻船首组件，以使得部件可以被容易地再次拆卸。这种技术可以包括焊接、粘结、紧固件(如螺钉、螺母和螺栓和/或铆钉)或它们的组合。
模块化部分41优选地由能量吸收材料制成，如泡沫或类似材料，其可以吸收球鼻船首可能遭受到的大部分冲击。
在图3中示出了本发明的第二实施方式。在该实施方式中，模块化部分41组成外壳结构4、5。当装配在安装结构3周围时，模块化部分41也限定了球鼻船首的外表面，从而限定了球鼻船首的流体力学形状。在图4中示出了图3的实施方式的分解图。作为例子，球鼻船首的模块化组件可以包括三个模块42、43、44。应该认识到，数量可以依据特定的偏好而变化。然而，如图5中进一步显示的，一个或多个模块可以在球鼻船首的不同配置中重复利用。作为例子，在图5a、5b和5c中示出了船首的三种不同形状。这三个例子的共同点的是底部模块44，而顶部模块42和前部模块43改变了，由此当船停泊在码头以装货或卸货时，或者在有利的条件下，甚至当它在海上时，也可以容易地改变球鼻船首的形状，以使得球鼻船首艏部可以被改变以依据实际货载实现海船的最佳性能。
本发明的第三实施方式在图6中示意性地示出。船1在舱壁2前面装配有模块化的球鼻船首。模块化的球鼻船首组件包括向前突出的安装构件3、薄外壳5，薄外壳5设有由泡沫构成的内部结构4。薄外壳5可以粘结固定到泡沫结构4，泡沫结构4又通过粘合剂和/或机械安装装置固定到安装构件3。
在图7中示意性示出的本发明第四实施方式中，船1在舱壁2前面装配有模块化的球鼻船首，其中模块化的球鼻船首组件包括向前突出的安装构件3、薄外壳5，薄外壳5设有由3d丝网构成的内部结构4。薄外壳5可以通过焊接和/或机械紧固件或类似装置固定到丝网结构4，丝网结构4又通过粘结、焊接和/或机械安装装置固定到安装构件3。
上面参考一些目前优选的实施方式说明了本发明。然而，应该认识到，在不背离所附的权利要求的情况下可以提供变型。例如，在上述例子中，安装结构3被表示为是从舱壁2朝着船的前部伸出的突出构件。然而，应该认识到，安装结构也可以呈通向船中的开口的形式，然后根据本发明的模块化球鼻船首组件将装配有突出到舱壁中或者突出到舱壁2和/或船结构中的接收槽中的安装构件。