具有安装于船首上的带有表面波管理的水平壁部分的流动管理流体动力导管的船舶
阅读说明：本技术 具有安装于船首上的带有表面波管理的水平壁部分的流动管理流体动力导管的船舶 (Ship with bow mounted flow management hydrodynamic conduit with surface wave managed horizontal wall portion ) 是由 埃曼努埃尔·E·彼得罗马诺拉基斯 于 2020-02-28 设计创作，主要内容包括：一种在船首处配备有流动管理的流体动力导管的船舶,所述导管由在船舶(8)的船首的中心线(CL)的每侧延伸的水平壁部分(2)、在吃水线的区域处定位于水平壁部分(2)上方的适于管理表面波的至少一个额外的水平壁部分(1)以及一对侧向壁部分(5)组成,所述一对侧向壁部分(5)连接于水平壁部分(1)和(2)的每端部处并且在所述船首的每侧处向上延伸,从而结合水平壁部分(1)和(2)形成周向封闭导管,在导管内部,流动与导管外部的流动被完全差异化,这样的差异导致兴波阻力的降低以及用于船舶的航行所需的额定马力和燃料消耗的降低。在水平壁部分(1)和(2)之间带有一个额外的水平壁部分(3)或两个壁部分(3,4)的所提出的变型在所述船舶的无负载状态和负载状态中互补地或交替地起作用。(Vessel equipped with flow-managed hydrodynamic ducts at the bow, said ducts consisting of a horizontal wall portion (2) extending on each side of the Centre Line (CL) of the bow of the vessel (8), at least one additional horizontal wall portion (1) suitable for managing surface waves positioned above the horizontal wall portion (2) at the region of the waterline, and a pair of lateral wall portions (5), said pair of lateral wall portions (5) being connected at each end of the horizontal wall portions (1) and (2) and extending upwards at each side of the bow, so as to form, in combination with the horizontal wall portions (1) and (2), a circumferentially closed duct inside which the flow is totally differentiated from the flow outside the duct, such differentiation leading to a reduction in the wave-making resistance and a reduction in the rated horsepower and fuel consumption required for the sailing of the vessel. The proposed variants with an additional horizontal wall section (3) or two wall sections (3, 4) between the horizontal wall sections (1) and (2) act complementarily or alternately in the unloaded and in the loaded state of the vessel.)
技术领域
本发明涉及流体动力学的技术领域，并且特别地涉及一种配备有流体动力导管的船舶，所述流体动力导管安装于所述船舶的船首处以用于在船舶航行期间管理水流动，所述导管由两个侧向壁部分组成，在所述船舶的船首的每侧处存在一个侧向壁部分，所述两个侧向壁部分与水平延伸的或以一定倾斜度延伸的至少一个下部壁部分和一个上部壁部分连接，其中所述船舶的船首处的在所述导管的内部中的水流动与在所述导管的外部的水流动具有差异，这样的差异降低兴波阻力以及摩擦阻力并且因此降低船舶的推进所需的燃料消耗。进一步，水平延伸的上部壁部分与海表面上的波矢量相配合地起作用并且引起入射于该水平延伸的上部壁部分的前边缘处的波浪的速度的增加，海表面处的波浪的这样的增加的速度引起流动速度的进一步的增加以及施加至船首上的压力的下降，并且因此降低船舶在其推进过程中遇到的阻力。在设计所提出的流体动力导管的过程中考虑船舶的船首几何形状(传统的船首或球鼻船首)以及负载要求，设计的范围是实现在船舶的推进期间的阻力的最佳减小并且因此实现燃料消耗的减小。
背景技术
在过去的几十年中，流动管理的流体动力导管、特别是对抗船舶的推进期间的兴波阻力的流体动力导管已经成为一系列国际申请的主题，并且被授予数十项国家专利。其中国际申请WO 1992/22456提出这样的导管的第一种设计，并且其中国际申请WO 1996/26104提出这样的导管具有连接至水平壁部分的两个侧向壁部分，所有这样的壁部分具有翼形截面。此后，国际申请WO 2013/011332和WO 2014/091259提出对这种导管的显著的结构改进，以用于使它的性能最大化。
众所周知的是，在所有类型的船舶的造船领域中，减少能量消耗与提高对环境问题以及由气候变化所引起的危险现象出现的认识变得越来越重要。进一步已知的是，兴波阻力和摩擦阻力构成决定船舶的推进期间的燃料消耗水平的重要因素，该因素的重要性由为了实现减小船舶所遇到的该阻力以及提高船舶的通过它们所遇到的水实体的推进力的持续的且广泛的工作而得到证明。举例来说，船舶的船首中的船体的一部分的球鼻构造或球形构造在过去已经被广泛使用以减小兴波阻力，尤其是在减小船首波的高度的范围内。然而，船舶的前表面、亦即船首的在船舶的推进期间与水接触的表面区域为相当广阔的区域，并且由于推进阻力与船舶的速度的平方的增强值成比例，甚至更多地增强的是克服推进阻力并且以所设计的额定速度提供对船舶的推进所需的马力的增加，因为这样的马力与船舶的速度的立方成比例。
为了解决减小推进阻力的问题，亦即减小由施加至船舶的船首前表面上的压力所产生的兴波能量的问题，如上所述，在国际专利申请WO-92/22456(E.E.Petromanolakis)中公开了添加安装于船舶的船首处的导管，这样的导管在高度上延伸于船舶的吃水线上方和下方并且旨在通过减小施加于船首上的压力而实现船舶的推进期间的兴波阻力的减小，由于船舶通过导管而不是通过其整个前船首表面撞击水体而实现施加于船首上的压力的减小。如上所述，在随后的国际专利申请WO-96/26104(E.E.Petromanolakis)中公开这样的导管的改进形式，其中使施加于船首上的压力衰减并且因此降低船舶的推进所需的燃料消耗，这样的改进的导管具有带有翼形截面的壁并且使通过所述导管的流动与围绕该导管的水流动的差异最大化，这样的增强的差异形成燃料节约的有益增加。
此后，根据希腊专利申请GR-20110100430和随后的国际专利申请WO-2013/011332，所述导管被提出布置成使得对应于流动的至所述水平壁部分上的零度入射角的低压中位于第一船首波的生成区域中，并且使得所述导管的侧向壁部分的在所述侧向壁部分与所述水平壁部分的连接区域中的低压中心布置于所述水平壁部分的低压中心直至水平壁部分的前边缘或者前边缘的稍前方之间的选定位置中。此外，在优化所述导管的设计的范围内，已经提出了所述水平壁部分的和所述侧向壁部分的结构特征的选择性组合，已经研究了所述壁部分的几何形状的升力系数(CL)参数和阻力系数(CD)参数的决定因素，并且已经提出了解决方案，所述解决方案的目的在于获得针对导管的水平壁部分和侧向壁部分两者的升力系数CL与阻力系数CD的比CL/CD的优化，并且进一步获得所述侧向壁部分的对应于船舶的特定的标称航行速度的升力系数和船首的几何形状的优化比。上文提出的导管的参数化设计显著地改善性能，这样的改善已经在不同类型的船舶模型(集装箱、散货船、游艇以及护卫舰)上成功地进行的试验所证实。
此外，随后的希腊专利申请GR-20120100643以及要求其优先权的国际专利申请WO-2014/091259提出所述导管的参数化设计，所述参数化设计与和每个特定船首的构造和几何形状有关的信息相关并且进一步与船舶的不同的装载要求相关。另一方面，船首的设计被提出在其中安装优化导管的范围内实施，重点是在马力推进要求和燃料消耗方面取得改进的结果。具体地，已经提出一种导管的布置，其中水平壁部分适于在上极限位置与下极限位置之间竖向地运动，并且侧向壁部分具有这样的构造：该构造在穿过吃水线的可竖向移位的水平平面所截取的任何位置处将使得所述侧向壁部分的沿着穿过吃水线的水平平面的水平横截面遵循船首的几何形状、特别是遵循船首的外飘，其中所述侧向壁部分的每个水平横截面的尾边缘被保持于距船首的侧壁一固定的距离处，这样的固定的距离由从侧向壁部分的对应于每个特定吃水线高度的尾边缘至船首的侧部的垂直线所限定。
对安装于船舶的船首处的导管的上述研究工作有助于在经济上有利地推进船舶并且还减少船首的加速竖向运动，从而形成更高的平均巡航速度。由最后一个前述专利申请获得格外有益的结果，其中导管的参数化设计与其上安装有所述导管的船舶的船首的特定的参数化设计相关联。
已经很好地发现的是，在使用所提出的安装于船舶的船首处的流体动力导管(所述导管在船舶的航行期间完全浸没于吃水线下方)的情况下，所述导管由水平延伸的壁部分和两个侧向壁部分组成，完成实现所述导管内的流动与所述导管外部的流动的最佳的有利的差异并且因此实现施加至船首上的压力的减小的目标，并且因此减小兴波阻力、亦即减小船舶的航行期间的阻力，随后实现燃料消耗的期望的减小。
然而，导管被浸没于吃水线下方以及其开放的上部端导致对海表面上产生的波浪的无效管理，从而导致对兴波阻力的不完全的管理并且导致安装于船舶的船首处的所提出的流体动力导管的有限的总效率。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种设置有额外的至少一个上部水平壁部分的流体动力导管，所述额外的至少一个上部水平壁部分布置于所述导管的浸没的水平壁部分上方，所述额外的至少一个水平壁部分位于吃水线的区域处并且适于吸收由于入射于该额外的上部水平壁部分的前边缘上的流动的速度增加而产生的波能。上述额外的至少一个上部水平壁部分的引入扩大所述导管内部的流动与所述导管外部的流动的差异，并且这使得所述导管的底部附近的下部水平壁部分与布置于吃水线附近的水平壁部分的组合提供对兴波阻力的累积增强的减小，这样的减小的兴波阻力使得用于船舶的推进的马力和燃料消耗相应地减小，所述导管的在效率方面的由吃水线的区域中的上述额外的上部壁部分提供的这样的上述改进在汹涌的海面以及增大的兴波的条件下尤其显著地增强。
本发明的另一个目的是提出所述流体动力导管的额外的至少一个上部水平壁部分在吃水线的区域中的有利的取向，所述有利的取向对于具有宽船首的低速船舶优选地处于吃水线上方，在所述具有宽船首的低速船舶中，船首波在船首中心线的上游显现，并且所述有利的取向对于具有窄船首的高速船舶处于船首中心线下方，在所述具有窄船首的高速船舶中，船首波在船首中心线上或其下游显现。
本发明的另一个目的是提出所述流体动力导管的额外的至少一个上部水平壁部分，所述额外的至少一个上部水平壁部分具有翼形截面的技术特征(弦长、厚度、曲面等等)，以使得它可以适于与由海洋所产生的表面波的矢量合作，以实现入射至上述至少一个上部水平壁部分的前边缘上的流动的输入速度的增加，从而实现输入流的进一步增加并且因此实现对施加于其上的压力的进一步减小，亦即实现对船舶的改进的推进。
本发明的另一个目的是在考虑航行速度的标准和船首的构造的标准的情况下确定上述至少一个上部水平壁部分的参数，以及提出所述上部水平壁部分，所述上部水平壁部分具有沿着船舶的纵向方向向前或向后运动的能力，以用于改变所述流动在其上的入射角。
本发明的一个目的还在于提出所述流体动力导管的上部水平壁部分的翼形截面的可变化的参数，这样的变化与航行的速度变化以及船舶的船首的构造变化有关。
本发明的另一个目的是在改进导管的性能的范围内提供延伸导管的水平延伸的壁部分以及侧向壁部分的延伸的可能性，这样的延伸通过覆盖片实现，所述覆盖片适于理想地向前延伸上述壁部分的前边缘，从而在需要时扩大封闭导管对兴波阻力的影响，例如由于天气条件的改变(其导致船首波的高度的改变)和/或由于船舶的航行速度的变更。
本发明的另一个目的是提出所述导管的侧向壁部分的布置，以使得：
根据本发明的第一实施例，所述导管的侧向壁部分的水平横截面遵循船首的外飘的几何形状，其中所述侧向壁部分的每个水平截面的尾边缘保持在距所述船首的侧壁的一固定距离处，这样的固定距离由从侧向壁部分的对应于每个特定横截面的尾边缘至船首的侧部的垂直线所限定；
根据本发明的第二实施例，所述导管的侧向壁部分可以在某些情况下产生有利的效，所述侧向壁部分以以下方式相对于所述船首的侧壁以一定的倾斜度偏离：
在所述导管的从所述导管的底部处的下部水平壁部分直至吃水线的整个高度上，
或者部分地沿着所述导管的高度的上部部分或下部部分，其中如果所述侧向壁部分在所述导管的整个高度上或者沿着所述导管的高度的一部分从所述船首的侧壁偏离，则由于矢量的效果因所述额外的至少一个水平壁部分的存在而增加，可以抵消和衰减由于侧向壁部分与船首的侧壁的距离逐渐增加而产生的涡流，其中侧向壁部分(其布置于距所述船首侧壁所述固定距离处或者逐渐从所述船首侧壁偏离)的适当的组合实现所述流体动力导管的效率的增加，这由配备有所述导管的船舶的推进期间的额定马力和燃料消耗的减少以及对船首的不希望的竖向运动的优化所提供。
应当进一步确认的是，船舶的吃水深度根据其负载水平而显著地改变，其中无负载船舶表现出最小吃水深度，而处于全负载状态中的船舶表现出最大吃水深度。
基于上述内容，为了使所提出的安装于船首处的流体动力导管适合于任何船舶的任何装载状态，本发明的另一个目的是提出这样的导管：该导管的布局使得遵循船首的构造的连续的侧向壁部分在所有水平处与船首的侧壁保持固定的距离，或者所述连续的侧向壁部分在侧向壁部分的从它们的底部部分至它们的顶部部分的整个长度上或者部分地沿着从底部至顶部的该长度的一部分逐渐从这些侧壁偏离，第一对水平壁部分连接于所述侧向壁部分的下部部分处，从而形成下部周向封闭的第一导管部分，并且另外的第二对水平壁部分连接于所述侧向壁部分的上部部分处，从而形成上部周向封闭的第二导管部分，其中下部的第一导管部分适于在不带负载的船舶的推进期间管理船首处的流动并且提供减小波浪阻力的上述有利效果，而上部的第二导管部分适于在上述第一导管部分的帮助下、在处于全负载状态中的船舶的推进期间管理船首处的流动并且提供减小波浪阻力的上述有利效果。
本发明的另一个目的是提出本发明的周向封闭的流体动力导管，所述导管具有下部部分和上部部分，所述导管设置有三个水平壁部分，其中水平延伸的中间壁部分构成适于在船舶处于无负载状态中时管理表面波的壁部分。
本发明的另一个目的在于提供所述水平延伸的壁部分中的至少一个的沿着竖向方向的竖向移动的可能性，并且特别地在于为适于处理表面波的壁部分提供这样的能力，以便使该壁部分位于用于表面波管理的有利的位置处，这将在船舶的变化的吃水深度的条件下提供导管的最佳有益影响，所述吃水深度的条件取决于船舶的负载以及消耗品的消耗。
本发明的另一个目的是提出一个实施例，其中所述流体动力导管的水平延伸的上部壁部分和/或下部壁部分在船舶的对称轴线的两侧上相对于吃水线的水平位置以一定的倾斜度向上或向下定向。
本发明的另一个目的是提出至少一个或多个额外的壁部分，所述壁部分平行地延伸并且位于所述导管的水平延伸的或以一定的倾斜度延伸的下部壁部分下面，其中该至少一个或多个壁部分具有与所述下部水平壁部分或倾斜的壁部分相同的或不同的翼形截面，其中所述下部壁部分与下面的一个或多个额外的壁部分之间的空间被侧向壁部分覆盖，其中所提出的额外的一个或多个壁部分的目的是增加输入至本发明的导管的流动的速度，并且因此增强所述导管内的流动的特征与所述导管外部的流动的特征的进一步的多样化。
本发明的另一个目的是提出一个实施例，其中所提出的周向封闭导管安装于具有球鼻的船舶中，其中水平延伸的下部壁部分被布置成使得球鼻构造包含于上述周向封闭导管内，这样的布置由于球鼻和本发明的导管的组合效果而提供增强的效率。这里应当特别注意的是，已经观察到配备有球鼻的船舶在其标称速度的限度内行驶的同时在所述船舶的航行效率方面具有一定的改进，但是由于Fn的同时改变，在它的标称速度的限度以下行驶时其具有明显降低的效率。因此，本发明的一个目的是在独立于船舶的航行速度确保足够的效率的范围内提出球鼻与安装于船舶的船首处的本发明的导管的上述组合，因为已经发现所述导管在包括低于设计的标称速度(经济速度)的速度的所有Fn值下提供其有利效果，。
更特别地，本发明的一个目的是提出在其中下部水平壁部分在球鼻主体的两侧在球鼻主体的选定的高度处延伸的一个实施例中以及在其中下部水平壁由球鼻主体的上表面所代替的另一个实施例中将船舶的船首处的球鼻与本发明的流体动力导管进行结合，同时在上述任一实施例中，适于提供表面波管理的上部水平壁部分在吃水线的区域中适当地位于球鼻主体上方。
因此，本发明的主要目的是有效地克服现有技术的上述缺点和不足，并且提出安装于船舶的船首处的流体动力导管的结构设计参数，这将容许结合船舶的速度、船舶的船首的几何形状、以及船舶的变化的负载状态的功能上相互依赖的参数来优化导管性能。
在对优选实施例的详细描述中，本发明的这些和其它目的、特征以及优点将变得显而易见。
附图说明
通过参考附图，将为本领域技术人员完全地公开本发明，在附图中，本发明被以示例说明性和非限制性的方式呈现。
图1呈现其上安装有现有技术的流体动力导管的船舶船首的局部立体图，其中导管包括水平壁部分以及一对侧向壁部分，所述一对侧向壁部分被显示为延伸在吃水线上方。
图2呈现其上安装有本发明的流体动力导管的船舶船首的一部分的立体图，其中导管由下部水平壁部分、上部水平壁部分以及侧向壁部分组成，所述侧向壁部分被显示为延伸在吃水线上方。
图3呈现带有本发明的流体动力导管的船舶船首的剖视图，所述流体动力导管包括水平延伸的下部壁部分、上部壁部分和中间壁部分以及侧向部分，所述侧向部分连接于所述水平壁部分的端部处并且当所述侧向部分从船首的侧壁以恒定的偏离角度向上延伸时偏离。
图4呈现带有本发明的流体动力导管的船舶船首的一部分的侧视图，所述流体动力导管包括一对水平壁部分、亦即下部水平壁部分和上部水平壁部分，所述一对水平壁部分旨在特别用于低速船舶，其中上部水平壁部分定位于吃水线上方。
图5呈现带有本发明的流体动力导管的船舶船首的一部分的侧视图，所述流动动力导管包括一对水平壁部分、亦即下部水平壁部分和上部水平壁部分，所述一对水平壁部分旨在特别用于高速船舶，其中上部水平壁部分定位于吃水线下方。
图6a至图6d在用于安装于低速船舶的船首处的多个替代的指示性实施例中示出本发明的流体动力导管的剖视图。
图7a至图7d在用于安装于高速船船的船首处的多个替代的指示性实施例中示出本发明的流体动力导管的剖视图。
图8呈现用于船舶的推进的以千瓦为单位的额定马力与船舶的以节为单位的标称速度的曲线图，其中线a)呈现了在船首处不带有流体动力导管的船舶的情况，线b)呈现了在船首处带有现有技术的流体动力导管的船舶的情况，线c)呈现了带有安装于船首处的本发明的流体动力导管的船舶的情况。
图9a示出本发明的一个实施例的立体图，其中所述流体动力导管设置于带有球鼻状船首的船舶中并且下部水平壁部分为球鼻的上表面，而图9b示出流体动力导管与球鼻状船首的组合的另一个实施例，其中下部水平壁部分在球鼻主体的任一侧在选定的高度处延伸。上部水平的表面波管理壁部分在任一情况下都在吃水线附近位于球鼻主体上方。
具体实施方式
下文中将参考附图呈现本发明的示例说明性的优选实施例。
图1示出现有技术的流体动力导管，所述流体动力导管包括在船舶8的船首的侧壁附近延伸的一对侧向壁部分5，其中这些侧向壁部分5的底端连接于水平延伸的壁部分2的端部处。
图2示出本发明的周向封闭的流体动力导管的示例说明性实施例，除了现有技术的在底部处与水平延伸的壁部分2连接的一对侧向壁部分5的前述结构元件之外，所述流体动力导管进一步包括另一个水平延伸的壁部分1，所述另一个水平延伸的壁部分具有也连接至向上延伸的侧向壁部分5的端部，其中在船舶的航行期间有效地管理海表面处的波浪的范围内，水平延伸的上部壁部分1布置于吃水线(WL)的区域中。
所提出的水平延伸的上部壁部分1与海表面处的波浪的矢量协作，以增加流动通过该水平延伸的壁部分1的前边缘的波浪的速度，这样的速度的增加引起压力下降以及船舶的运动中遇到的阻力下降和期望的下降。所提出的表面波管理的水平延伸的壁部分1的效果是特别重要的，并且其效率在汹涌的海面的条件下显著增加，然而在平静的海面的条件下，流动矢量通常平行于船首波的表面延伸，在汹涌的海面的条件下，流动矢量在变化的斜率下具有多个变化的方向，这样的变化的流动矢量包括沿着竖向方向延伸的矢量分量，所述矢量分量倾向于相互抵消，然而它们的存在导致沿船舶的运动方向延伸的矢量分量的强度降低。因此，在汹涌的海面的条件下，沿船舶的运动方向延伸且具有降低的强度的流动矢量与水平延伸的上部壁部分1的协作显著提高了本发明的流体动力导管的性能。
从图8的曲线图可以清楚地看到本发明的流体动力导管相对于现有技术的不包含管理表面波的水平延伸的壁部分1的流体动力导管的改进的性能，在图8中呈现在汹涌的海面(蒲福风级为4)的条件下的消耗功率(千瓦)与船舶速度(节)。图8示出带有不具有导管的裸船体的船舶的情况(曲线a)、设置有不具有管理表面波的上部壁部分的现有技术的导管的船舶的情况(曲线b)、以及本发明的情况，亦即设置有额外地包括管理表面波的上部壁部分的导管的船舶的情况(曲线c)。上述曲线图是从在Potsdam Model Basin中利用散货船(散货船Sea Horse 35型)的模型船舶进行的试验获得的。该马力曲线图清楚地显示在本发明的导管的情况下的改进(曲线c)，本发明的导管在13.5节的航行速度下相对于裸船体的船舶(曲线a)提供14.70％的功率消耗降低。现有技术的导管(曲线b)与裸船体的同一船舶(曲线a)相比也具有改进，然而在以13.5节的相同速度航行的船舶的情况下大致上为6.70％的百分比的降低。因此，上述示意性曲线图清楚地显示设置有管理表面波的额外的水平延伸的壁部分的流体动力导管的效率的改进，如本发明中所公开的。
如上所述，在船舶以相对速度上限航行的情况下，在汹涌的海面的条件下，获得流体动力导管的性能的明显的改善；在这方面，应当注意的是，在上述试验中，模型的航行速度确实在上限区域中，亦即具有13.5节的值。在这里应当注意的是，很多时候，不存在能够管理船首上的波浪阻力的装置(比如本发明的流体动力导管)，因此不能实现同时的燃料降低，为了降低燃料消耗，可以决定使船舶以低于其潜在速度的速度航行，例如对于本试验的船舶而言，以大约11节至12.5节的较低的速度航行。这种降低确实实现对燃料和成本的一定的节约；然而，这种节约被部分地抵消，因为船舶的运营成本增加，并且还可能使船只租赁在上述降低的速度下失去竞争力，因为降低的速度必然伴随延长的交付时间。
此外，由于各种原因，可能需要船舶加速航行，以用于快速运送某些货物或者加速到达特定港口以进行新货物的分配。在这些情况下，本发明的流体动力导管的存在容许船舶以最大额定速度航行，并且提供明显的燃料节约，所述燃料节约平衡了由于航行速度提高而增加的燃料消耗。因此，显而易见的是，为船舶提供本发明的导管构成有利可图的投资，由于在非常有限的时间段内获得燃料节约，所述投资被证明是非常有效的。
图4和图5呈现带有本发明的流体动力导管的船舶8的船首的一部分的侧视图，所述流体动力导管包括下部水平壁部分2和上部水平壁部分1，旨在分别被特别地用于低速船舶和高速船舶。
图4和图5示意性地描绘船首波7的发展，并且应当注意的是，图4的用于低速船舶的上部水平壁部分1定位于吃水线(WL)上方，而图5的用于高速船舶的上部壁部分1定位于吃水线(WL)下方。在本发明中，低速船舶意味着包含具有宽船首构造的船舶，其中船首波在船首处在艏垂线(forward perpendicular)6之前(即上游)显现，而高速船舶意味着包含具有窄船首构造的船舶，其中船首波在船首处在艏垂线6之上和之后(即下游)显现。在分别用于低速船舶和高速船舶的上述构造中，水平延伸的上部壁部分1有利地在减小船首波的方面与海表面船首波7的矢量协作起作用，在图4和图5中在船首波7的表面上示意性地示出所述矢量并且在水平和竖直分量中分析所述矢量。
图6a至图6d和7a至图7d分别描绘本发明的用于低速船舶和高速船舶的导管的示例说明性实施例。设计船舶时选择的标称速度与船首的几何形状有关，并且通常被设定为较低值，例如，对于通常具有宽船首构造的船舶(比如散货船、普通货船、油轮等等)，标称速度小于16节，而对于通常具有窄船首构造的船舶(比如客船、游艇或运载集装箱的船舶)，选择较高的标称速度值，例如高于16节且高达约30节。
图6a至图6d和7a至图7d中的每一个示出本发明的流体动力导管的剖视图，并且描绘船首的中心线(CL)、中心线(CL)的每侧处的侧向壁部分5，并且指示属于全负载船舶(负载状态)的吃水线(WL1)以及属于无负载船舶(无负载状态)的吃水线(WL2)。本发明的导管的示例说明性实施例被总结如下：
图6a和图7a呈现本发明的导管，所述导管旨在分别被用于处于负载状态中的低速船舶和高速船舶。在这些实施例中，施加至船首上的压力的管理由浸没的下部壁部分2承担，而表面波管理由上部壁部分1承担，所述上部壁部分1分别定位于低速船舶(图6a)的负载状态的吃水线(WL1)上方和高速船舶(图7a)的吃水线(WL1)下方。当船舶处于无负载状态中时，水平延伸的壁部分1和2都位于水体之外，并且在这种状态下，导管显然对船舶的航行参数没有任何影响。
图6b和图7b呈现本发明的导管，所述导管旨在分别被用于处于负载状态中的低速船舶和高速船舶。在这些实施例中，施加至船首上的压力的管理由浸没的下部壁部分2承担，而表面波管理由上部壁部分1承担，所述上部壁部分1分别定位于低速船舶的吃水线(WL1)上方和高速船舶的吃水线(WL1)下方。当船舶处于无负载状态中时，壁部分1远高于吃水线位于水体之外，而水平壁部分2分别定位于低速船舶的无负载状态的吃水线(WL2)附近上方和高速船舶的无负载状态的吃水线(WL2)附近下方。因此，在该实施例中，壁部分2承担表面波的管理，并且因此该实施例的导管能够在负载船舶和无负载船舶两者的条件下管理表面波。
在分别用于低速船舶和高速船舶的图6c和图7c中，本发明的导管可以在无负载船舶和全负载船舶两种情况下完全地起作用。在这种情况下，导管在上部壁部分1与下部壁部分2之间包括一对中间壁部分3和4。通过利用水平延伸的壁部分1和3，该实施例中的导管对于处于负载状态中的船舶完全地起作用，其中壁部分1提供表面波管理，而完全浸没的壁部分3承担对通过导管撞击船首的海洋流所施加的压力的控制。在处于负载状态中的船舶的这种情况下，下面的壁部分4和2提供抵消流动湍流以及提供更平滑的流动流的作用。通过利用水平延伸的壁部分4和2，该实施例的导管对于处于无负载状态中的船舶保持完全起作用，其中壁部分4提供表面波管理，而完全浸没的壁部分2承担对通过导管撞击船首的海洋流所施加的压力的控制。在处于无负载状态中的船舶的这种情况下，位于壁部分4和2上方的壁部分1和3位于水体之外。
最后，图6d和图7d描绘本发明的导管的另一个实施例，所述导管分别被用于低速船舶和高速船舶中。该实施例的导管在壁部分1和2之间包括水平延伸的中间壁部分3。在船舶处于负载状态中的情况下，导管完全地起作用，其中水平延伸的壁部分1和3分别提供表面波管理以及对由进入导管的流动所施加的压力的管理，其中下面的壁部分2提供抵消流动湍流并且获得更平滑的流动流。在无负载状态中，壁部分1、3和2对于低速船舶位于水体之外(图6d)，其中壁部分2靠近无负载状态的吃水线(WL2)并且承担表面波管理，如本发明所公开的。相应地，在高速船舶的无负载状态中(图7d)，壁部分1和3位于水体之外，而壁部分2保持靠近无负载状态的吃水线(WL2)浸没于水体中并且承担表面波管理。
图3的船舶的船首的剖视图中所示的流体动力导管为上述图6d和图7d中所示的类型，其包括下部水平壁部分(AB)、上部水平壁部分(EF)以及中间水平壁部分(CD)，侧向壁部分5连接于壁部分(AB)、(CD)和(EF)的端部处，其中这些侧向壁部分5向上延伸，从船舶8的船首的侧壁偏离，呈现恒定的偏离角度。虽然根据本发明的优选实施例，侧向壁部分5被构造成遵循船首的侧壁的构造，从而平行于船首侧壁延伸，但是在期望增强通过导管的流动的条件下，图3中所示的其中侧向壁5偏离船首侧壁的实施例结合由两个或更多个水平延伸的壁部分构成的导管提供有利的结果，并且在这样的条件下由于偏离而出现的生成涡流的可能的不期望的损失由水平延伸的壁部分的额外的长度的矢量的强化作用所补偿。
侧向壁部分5的偏离可以被修改，以使得侧向壁部分5的一部分以呈现出与船首的侧壁有一定偏离的构造延伸，而侧向壁部分5的另一个部分以维持它们的平行于船首的侧壁的上述取向的构造延伸。举例来说，侧向壁部分5的部分(AC)和(BD)可以遵循船首的侧壁的构造，而侧向壁部分5的在点(C)和(D)上方延伸的部分可以被布置成从船首的侧壁偏离，或者反之亦然侧向壁部分的部分(AC)和(BD)可以从船首的侧壁偏离，而定位于点(C)和(D)上方的部分遵循船首的构造并且保持平行于船首的侧壁。总的来说，侧向壁部分的相对于船首的侧壁的偏离取向和平行取向的任何组合都是可能的，并且在不同的情况下，根据由规范和船舶的航行特征所提出的要求是优选的。在这里应当注意的是，与图6d或图7d中所示的实施例相关的上述组合类似地适用于图6a或图7a、图6b或图7b以及图6c或图7c的实施例。
图9a和图9b示出与球鼻9结合的安装至船舶的船首上的本发明的流体动力导管的实施例。特别地，图9a示出本发明的一实施例的立体图，其中流体动力导管设置于球鼻状船首中，并且下部水平壁部分为球鼻主体9的上表面，而图9b示出流体动力导管与球鼻状船首的组合的另一个实施例，其中下部水平壁部分2在球鼻主体9的两侧以选定的高度延伸。侧向壁部分5在任一情况下都在球鼻9和/或船首的侧壁的两侧延伸，并且上部水平表面波管理壁部分1在任一情况下都在吃水线附近位于球鼻主体9上方。
在这里应当注意的是，通过参考示例说明性的而非限制性的实施例来呈现本发明的描述。因此，与结构和部件的形状、大小、构造、尺寸、材料、辅助机构和组件以及安装于船舶的船首处的流体动力导管的设计参数相关的任何修改或变化都被认为是本发明的目的和范围的一部分，如下面的权利要求中所总结的那样，所述流体动力导管在功能上与具有不同的船首几何形状和不同的标称航行速度的不同类型的船舶相互依赖。
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