一种船舶上层建筑布置结构
阅读说明：本技术 一种船舶上层建筑布置结构 (Ship superstructure arrangement structure ) 是由 胡世良 王伟 刘希洋 孙文愈 郑安燃 沈冠之 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种船舶上层建筑布置结构,包括船体,船体沿着长度方向从前至后依次为船艏部、船中部和机舱部,机舱部上方设置有上层建筑,上层建筑包括沿着船体的长度方向前后间隔排布的主上层建筑和次上层建筑；位于主上层建筑和次上层建筑之间的船体上沿着宽度方向对称布置有风力助推转子,主上层建筑和次上层建筑相向面的两侧均朝外倾斜共同构成朝向两侧的开口结构,从而形成类似扩张管的气动力外形,结合间隔的壁面效应,使得间隔内风速增加,进而提升间隔中转子提供的推力,减少船舶航行的燃油消耗。(The invention relates to a ship superstructure arrangement structure, which comprises a ship body, wherein the ship body sequentially comprises a bow part, a middle part and an engine room part from front to back along the length direction, a superstructure is arranged above the engine room part, and the superstructure comprises a main superstructure and a secondary superstructure which are arranged at intervals front and back along the length direction of the ship body; the wind power boosting rotor is symmetrically arranged along the width direction on the ship body between the main superstructure and the secondary superstructure, the two sides of the opposite surfaces of the main superstructure and the secondary superstructure are outwards inclined to jointly form an opening structure facing the two sides, so that aerodynamic profiles similar to the expansion pipe are formed, and the wind speed in the interval is increased by combining the wall effect at intervals, so that the thrust provided by the rotor in the interval is promoted, and the fuel consumption of ship navigation is reduced.)
技术领域
本发明涉及船舶装备技术领域，尤其是一种船舶上层建筑布置结构。
背景技术
风力助推等创新节能技术近些年得到了船东和船舶设计者的广泛关注。尤其是风力助推转子，发展十分迅猛。风力助推转子工作的原理是马格纳斯效应(Magnus效应)，即旋转的圆柱体在来流作用下，将会受到垂直于运动方向的侧向力作用。加装风力助推转子的船舶在横风或斜风状态下，调整转子的旋转方向可使船舶产生前进方向上的推力，从而达到助推效果。相比风筝、风帆等风力助推技术，风力助推转子对风速和风向的适应性强，体积和受风面积相对较小，更安全也更有利于船舶布置。此外，风力助推转子和水动力节能、替代燃料等节能减排手段可叠加使用，不仅节能还可减排，有利于船舶降低EEDI。不管是新造船还是营运，船舶风力助推转子都适用，对船东来说投资较小、回收期短。
风力助推转子作为船舶重要的创新节能装置，利用风能减少船舶的燃油消耗，削减船舶的碳排放。但是在实际运用风力助推转子技术时，会面临两个重要的难题。第一，就是为了提高风能的利用效率，往往转子的转筒会作地尽量的高，其高度接近于甚至超过驾驶舱的高度，导致在甲板布置转子时非常容易影响驾驶舱的视线。而为了满足规范要求，不得不对转子的尺寸和布置方式进行限制。第二，风力助推转子所提供的额外推力与风向有着密切的关系，但海上风向不受人为控制，这会限制转子的节能效果。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的船舶上层建筑布置结构，从而巧妙优化了风力助推转子的受风角度，大大提升了转子的节能效率，减少船舶航行的燃油消耗。
本发明所采用的技术方案如下：
一种船舶上层建筑布置结构，包括船体，所述船体沿着长度方向从前至后依次为船艏部、船中部和机舱部，机舱部上方设置有上层建筑，上层建筑包括沿着船体的长度方向前后间隔排布的主上层建筑和次上层建筑；位于主上层建筑和次上层建筑之间的船体上沿着宽度方向对称布置有风力助推转子，所述主上层建筑和次上层建筑相向面的两侧均朝外倾斜共同构成朝向两侧的开口结构。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述主上层建筑上部的两侧均向外延伸对称设置有翼桥，翼桥布置于主上层建筑侧面的前部，翼桥前端面设置为向后的倾斜结构。
所述开口结构的倾斜面与船舶长度方向之间的夹角(θ)为90°～135°。
所述主上层建筑与次上层建筑之间的距离小于风力助推转子截面直径的10倍。
所述风力助推转子的高度低于主上层建筑的高度。
所述主上层建筑与次上层建筑之间通过过桥连接，过桥水平连接布置于主上层建筑与次上层建筑的中部偏上；所述风力助推转子位于过桥的两侧。
所述主上层建筑用于居住和工作使用，次上层建筑一侧布置烟囱，次上层建筑另一侧用于监测设备放置或是作为临时活动空间或房间。
所述主上层建筑顶部设置有雷达桅；所述次上层建筑后方与船体尾端之间布置有救生艇。
所述机舱部尾端的下部设置有推进器和船舵。
所述船艏部顶面布置有船艏楼。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过将风力助推转子布置于主上层建筑和次上层建筑的间隔之间，并且主上层建筑和次上层建筑之间构成类似扩张管的气动力外形，结合间隔的壁面效应，使得间隔内风速有效增加，并巧妙优化了风力助推转子的受风角度，进而大大提升间隔中风力助推转子提供的推力，减少船舶航行的燃油消耗；
本发明还包括如下优点：
主上层建筑布置于风力助推转子的前方，从而巧妙避免了风力助推转子对驾驶舱视线的遮挡，同时也不影响风力助推转子的使用。
主上层建筑距离机舱部的主机舱较远，可以有效的减少建筑振动与噪声，提高居住与工作的环境质量；次上层建筑中则布置为烟囱等船用设备，或者是仓储、工具存放等对环境要求不高的区域空间；
过桥可以为风力助推转子提供人员监测及维修的通道；
风力助推转子在上层建筑间隙中采取了横向布置形式，充分的利用了船舶的宽度，能在一定船长空间中多布置转子个数。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A部的局部放大图。
图3为图2的俯视图。
图4为本发明风力助推转子在上层建筑之间的布置示意图(俯视图)。
其中：1、船艏楼；2、船艏部；3、船中部；4、机舱部；5、主上层建筑；6、雷达桅；7、风力助推转子；8、次上层建筑；9、救生艇；10、烟囱；11、过桥；12、翼桥；13、推进器；14、船舵。
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2和图3所示，本实施例的一种船舶上层建筑布置结构，包括船体，船体沿着长度方向从前至后依次为船艏部2、船中部3和机舱部4，机舱部4上方设置有上层建筑，上层建筑包括沿着船体的长度方向前后间隔排布的主上层建筑5和次上层建筑8；位于主上层建筑5和次上层建筑8之间的船体上沿着宽度方向对称布置有风力助推转子7，主上层建筑5和次上层建筑8相向面的两侧均朝外倾斜共同构成朝向两侧的开口结构。
通过将风力助推转子7布置于主上层建筑5和次上层建筑8的间隔之间，并且主上层建筑5和次上层建筑8之间构成类似扩张管的气动力外形，结合间隔的壁面效应，使得间隔内风速有效增加，并巧妙优化了风力助推转子7的受风角度，进而大大提升间隔中风力助推转子7提供的推力。
主上层建筑5上部的两侧均向外延伸对称设置有翼桥12，翼桥12布置于主上层建筑5侧面的前部，翼桥12前端面设置为向后的倾斜结构。
如图4所示，开口结构的倾斜面与船舶长度方向之间的夹角(θ)为90°～135°。
主上层建筑5与次上层建筑8之间的距离小于风力助推转子7截面直径(图4中D尺寸)的10倍，从而可以充分利用壁面效应，在相同风速的条件下提升风力助推转子7提供的推力。
风力助推转子7的高度低于主上层建筑5的高度。
主上层建筑5与次上层建筑8之间通过过桥11连接，过桥11水平连接布置于主上层建筑5与次上层建筑8的中部偏上；风力助推转子7位于过桥11的两侧，过桥11可以为风力助推转子7提供人员监测及维修的通道。
主上层建筑5用于居住和工作使用，次上层建筑8一侧布置烟囱10，次上层建筑8另一侧用于监测设备放置或是作为临时活动空间或房间。
主上层建筑5顶部设置有雷达桅6；次上层建筑8后方与船体尾端之间布置有救生艇9。
机舱部4尾端的下部设置有推进器13和船舵14。
船艏部2顶面布置有船艏楼1。
本实施例中，主上层建筑5布置于风力助推转子7的前方，通常驾驶舱则布置于主上层建筑5中，从而巧妙避免了风力助推转子7对驾驶舱视线的遮挡，同时也不影响风力助推转子7的使用；另一方面，也便于增加风力助推转子7中转筒的高度来提高其对风能的转化效率。
本实施例中，主上层建筑5距离机舱部4的主机舱较远，可以有效的减少建筑振动与噪声，提高居住与工作的环境质量；次上层建筑8中则布置为烟囱等船用设备，或者是仓储、工具存放等对环境要求不高的区域空间；
本实施例中，风力助推转子7在上层建筑间隙中采取了横向布置形式，充分的利用了船舶的宽度，能在一定船长空间中多布置转子个数。
本实施例中，上层建筑气动外形呈扩张管形式布置，对相对于船型方向前斜侧和后斜侧的来风，通过上层建筑形状的整流作用，利于形成助力风力助推转子7形成推力最为有利的横向来风，从而进一步提升风力助推转子7的效率；另一方面，在主上层建筑5的保护下，风力助推转子7可以尽可能的减少遭遇迎流不利风向的工况。
本实施例中，在布置上层建筑和风力助推转子7时，将其作为一个整体来综合性考虑，通过改变上层建筑的形式、布局，拆分上层建筑的功能区域，形成主、次上层建筑，充分利用两个建筑中形成的间隙，布置风力助推转子7，通过壁面效应，有效提升风力助推转子7提供的推力，来减少船舶航行的燃料消耗及二氧化碳排放。
主上层建筑5和次上层建筑8相向面的两侧均朝外倾斜共同构成朝向两侧的开口结构，构成类似扩张管的气动力外形。由流体力学质量守恒定律可知，通过间隙各截面的流体流量应当保持不变。如图4所示，以上方箭头方向为行船方向，假设间隙扩张段的截面面积为SA，风速为VA，上层建筑间隙之间平直段处即放置转子处的截面面积为SB，风速为VB；则在时间间隔dt内有：SA·VAdt＝SB·VBdt。
由于SB小于SA，因此间隙的平直段处的风速VB大于间隙入口处的风速VA；结合库塔-儒可夫斯基环量定理，即L＝ρV∞Γ，其中L为转子推力，ρ为空气密度，V∞为来流速度，Γ为转子的速度环量，可知，风力助推转子7的推力与来流速度成正比，因此间隙风速的增加可以在维持风力助推转子7转速不变的条件下，进一步有效提升风力助推转子7提供的推力。
本发明大大提升了风力助推转子7提供的推力，减少船舶航行的燃油消耗，实用性好。
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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