CN111137401A - 一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型 - Google Patents

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孙华伟
孙志远
孙寒冰
李平
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Abstract

本发明提供一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型，包括船艏前端面甲板构型和船艏驾驶楼构型，所述船艏前端面甲板构型为客滚船甲板以上的上层建筑部分构型；所述船艏驾驶楼构型为操纵客滚船航行的驾驶室构型，其位于艏部并与前端面甲板一起构成客滚船航行时上层建筑的主要迎风面。所述前端面甲板构型和驾驶楼构型为一体化设计，所述驾驶楼构型沿船宽方向凸出客滚船主体部分的结构与主体的连接也采用曲面光滑过渡；所述驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光顺延续段。本发明设计简单可靠，对于高速航行的客滚船能较大程度地降低其航行时受到的风阻，可以节省燃油、提高经济效率，以及提高绿色船舶的竞争力。

Description

一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型
技术领域
本发明涉及一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型，属于船舶技术领域。
背景技术
在船舶能效法规强制执行、全球经济下行、航运业竞争日趋激烈的背景下，客滚船目前正朝着“多拉快跑”的方向快速发展，其节能减排的问题也日益严峻，成为绿色船舶发展的难题。
船舶在航行过程中受到的阻力可以分为水阻力和风阻力。虽然对于大型客滚船、集装箱船等主流船型水阻力占其总阻力的绝大部分，但是航行在海洋中的大型船舶除了受到波浪、海流作用下的水流阻力外，由于其上层建筑的迎风面积大，水线面以上部分还会受到较大风阻力。
艏部上层建筑的形式直接关系到受到风阻的大小，传统的客滚船的艏部形式一般为两个端面相结合形成台阶式的结构，其构型的主要形式与家用轿车相类似：在船艏的最前端是与甲板所成夹角较小的端面，并覆盖到甲板之上，由于有观察作用的驾驶楼垂向位置较高，所以再以坡度较大的曲面连接艏部的端面与驾驶楼底部。船艏端两个甲板端面存在一定角度，而且驾驶楼迎风面为竖直端面，且凸出甲板端面，遭遇迎面气流时，大部分气流水平风速骤降，同时方向发生偏转，形成上洗流，在迎风面形成高压区，同时一部分偏转气流在两个甲板端面相交处顺势下坠或上升，形成局部漩涡，这种台阶形式的船艏上层建筑构型在客滚船航行时会造成紊流形成较大的空气阻力。
如何减少大型客滚船在航行中上层建筑受到的风载荷、减少燃油消耗引起各方关注，对于客滚船上层建筑风阻的优化的需求也越来越大。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型。
本发明的目的是这样实现的：：包括船艏前端面甲板构型和船艏驾驶楼构型，所述船艏前端面甲板构型为客滚船甲板以上的上层建筑部分构型；所述船艏驾驶楼构型为操纵客滚船航行的驾驶室构型，所述船艏前端面甲板构型和船艏驾驶楼构型为一体化设计，所述船艏驾驶楼构型沿船宽方向凸出客滚船主体部分的结构与主体的连接采用曲面光滑过渡；所述船艏驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光顺延续段。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述船艏驾驶楼和船艏前端面甲板在的曲面在船舶中纵剖面的形状可以为直线、样条曲线、圆弧或者以上几种曲线的形状结合。
2.所述船艏驾驶楼和船艏前端面甲板在的曲面前部位于船艏最前端，尾部圆滑过渡驾驶楼顶部，构型两侧在船宽处与船舷圆滑过渡，构型在甲板以上的任意水平面的剖视图所得的曲线必须以外凸形状由船体向外延伸。
3.船艏驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光滑过渡的方式包括但不限于倒角过渡、延续过渡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的构型设计是针对客滚船船艏上层建筑构型设计，保持驾驶楼的总宽度和总高度不变，设计具有流线型船首。由于流体的流动分离会造成额外能量损耗，表现在流体动力学上为阻力的增加，本发明根据客滚船上层建筑空气绕流场涡流结构以及流场运动规律控制并减小气流的分离。将驾驶楼迎风面改为圆弧型设计，同时整个船艏曲面在船宽边缘连接处倒圆角，保持船艏空气流向的一致性，减小紊流的产生，对于流动到客滚船主体部分遭受到的紊流也较小，这样可以进一步减小客滚船主体部分的空气的流动分离。本发明对客滚船运输时的尾部作业区以及实际运营时乘客、车辆的运输无影响。该设计简单可靠，对于高速航行的客滚船能较大程度地降低其航行时受到的风阻，依靠光顺过渡船艏甲板驾驶楼方式进行了风洞试验，试验结果显示技术方案对客滚船空气流场产生的风阻进行优化取得约27％的减阻收益。
附图说明
图1是本发明的客滚船船艏上层建筑构型设计示意图；
图2是本发明的客滚船船艏上层建筑构型设计侧视图；
图3是本发明的客滚船船艏上层建筑构型沿A-A截面的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明提供如下技术方案:
对上层建筑构型包括船艏前端面甲板构型和船艏驾驶楼构型设计，所述船艏前端面甲板构型为客滚船甲板以上的上层建筑部分构型；所述船艏驾驶楼构型为操纵客滚船航行的驾驶室构型。其位于艏部并与前端面甲板一起构成客滚船航行时上层建筑的主要迎风面。所述前端面甲板构型和驾驶楼构型为一体化设计，所述驾驶楼构型沿船宽方向凸出客滚船主体部分的结构与主体的连接也采用曲面光滑过渡；所述驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光顺延续段。进一步的，所述驾驶楼和前端面甲板在的曲面在船舶中纵剖面的形状可以为直线、样条曲线、圆弧或者以上几种曲线的形状结合；
进一步的，所述驾驶楼和前端面甲板在的曲面前部位于船艏最前端，尾部圆滑过渡驾驶楼顶部，构型两侧在船宽处与船舷圆滑过渡，构型在甲板以上的任意水平面的剖视图所得的曲线必须以外凸形状由船体向外延伸；
进一步的，所述驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光滑过渡的方式包括但不限于倒角过渡、延续过渡等。
如图1所示，上层建筑构型包括船艏前端面甲板构型1和船艏驾驶楼构型2，前端面甲板构型1和驾驶楼构型2的前端在一个曲面上，所述船艏前端面甲板构型1为客滚船甲板以上的上层建筑部分构型；所述船艏驾驶楼构型2为操纵客滚船航行的驾驶室位于船艏部分，并与前端面甲板1一起构成客滚船--上层建筑迎风面的主体结构。所述前端面甲板构型1和驾驶楼构型2为一体化设计，所述驾驶楼构型2横向凸出的迎风面3和所述前端面甲板构型1的曲面做光滑过渡；所述船艏驾驶楼构型2后方与客滚船上层建筑4之间采用光滑延续段5过渡。
图2中所示的客滚船前端面甲板构型1和船艏驾驶楼构2型通过减小甲板上的高压区以及降低船首附近分离涡进行设计，船艏前端面甲板构型1和船艏驾驶楼构型2改善大型客滚船迎风时表面的压力分布，所述船艏前端面甲板构型1和船艏驾驶楼构型2的曲面6主要作用为连接客滚船船艏的最前端7与驾驶楼顶部8，其可以为光顺的曲线，使来流平顺的沿着曲面6进行爬升，避免遭遇迎面气流时，大部分气流水平风速骤降形成阻塞效应，同时空气方向发生偏转形成上洗流，在迎风面形成高压区。
在船舶中纵剖面的曲线形状为在船艏端为直线，并以圆弧曲线的形式过渡到驾驶楼位置，曲线的尾部覆盖到驾驶楼顶部，图3中所示的横剖面的位置为图2所示A-A截面，截面边缘11可以较好的表达客滚船前端面甲板构型1曲面两侧分别与船舷9相连，并且在船的纵向方向上光顺过渡到船舷。使客滚船迎风面的来流10可以沿该光顺过渡的曲面流畅地流动到后方，减小了船舶上层建筑物间的流场相互干扰所产生的湍动能，同时避免在船首附近产生会增加风阻的分离涡，依靠光顺过渡船艏甲板1与驾驶楼2的方式对空气流场产生的风阻进行优化取得约27％的减阻收益。
由于客滚船的驾驶楼结构往往在船舶船宽方向超过上层建筑主体的宽度，在驾驶楼结构突出的部分与客滚船驾驶楼后方的主体上层建筑之间采用光滑过渡5的方式连接，避免突出部分的分离涡的形成，过渡方式包括但不限于倒角过渡、延续过渡等。依靠光滑过渡5的方式连接对空气流场产生的风阻进行优化取得约4％的减阻收益。
综上，本发明提供一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型设计。该上层建筑构型包括船艏前端面甲板构型和船艏驾驶楼构型，所述船艏前端面甲板构型为客滚船甲板以上的上层建筑部分构型；所述船艏驾驶楼构型为操纵客滚船航行的驾驶室构型，其位于艏部并与前端面甲板一起构成客滚船航行时上层建筑的主要迎风面。所述前端面甲板构型和驾驶楼构型为一体化设计，所述驾驶楼构型沿船宽方向凸出客滚船主体部分的结构与主体的连接也采用曲面光滑过渡；所述驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光顺延续段。本发明提供的构型设计是针对客滚船船艏上层建筑构型设计，客滚船运输时的尾部作业区以及实际运营时乘客、车辆的运输无影响，该设计简单可靠，对于高速航行的客滚船能较大程度地降低其航行时受到的风阻，可以节省燃油、提高经济效率，以及提高绿色船舶的竞争力。

Claims (5)

1.一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型，其特征在于：包括船艏前端面甲板构型和船艏驾驶楼构型，所述船艏前端面甲板构型为客滚船甲板以上的上层建筑部分构型；所述船艏驾驶楼构型为操纵客滚船航行的驾驶室构型，所述船艏前端面甲板构型和船艏驾驶楼构型为一体化设计，所述船艏驾驶楼构型沿船宽方向凸出客滚船主体部分的结构与主体的连接采用曲面光滑过渡；所述船艏驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光顺延续段。
2.根据权利要求1所述的一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型，其特征在于：所述船艏驾驶楼和船艏前端面甲板在的曲面在船舶中纵剖面的形状可以为直线、样条曲线、圆弧或者以上几种曲线的形状结合。
3.根据权利要求1或2所述的一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型，其特征在于：所述船艏驾驶楼和船艏前端面甲板在的曲面前部位于船艏最前端，尾部圆滑过渡驾驶楼顶部，构型两侧在船宽处与船舷圆滑过渡，构型在甲板以上的任意水平面的剖视图所得的曲线必须以外凸形状由船体向外延伸。
4.根据权利要求1或2所述的一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型，其特征在于：船艏驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光滑过渡的方式包括但不限于倒角过渡、延续过渡。
5.根据权利要求3所述的一种大型高速客滚船船艏上层建筑构型，其特征在于：船艏驾驶楼后方与客滚船上层建筑之间采用光滑过渡的方式包括但不限于倒角过渡、延续过渡。
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