一种船舶减阻系统及其减阻方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种船舶减阻系统及其减阻方法。

背景技术

目前，绿色船舶和经济船舶是船舶发展和设计的主要趋势，船舶减阻技术的发展能够有效的减少能源浪费和环境污染。近年来，国内外对于船舶减阻已经有了一定的研究，现有的技术中常采用气泡减阻技术，气泡减阻技术主要是在运动船舶与水接触的船体表面之间注入气体，利用水与气体的密度、粘度差异，通过船舶实际浸湿面积的减少降低运行船舶的阻力。

目前船舶设想的减阻形式大多采用单一的气泡减阻，由于实船船底型线复杂、气泡上浮和逃逸严重等问题使得减阻效果大打折扣，而反向射流减阻技术没有引起广泛的关注。反向射流减阻工作原理主要是船舶在水中航行时，来流速度在其前缘较短范围内急剧减小形成驻点，导致在船舶前缘形成高压区，首尾压差导致粘压阻力增大，反向射流减阻技术通过改善驻点区域高压可以有效地减小粘压阻力。因此，开发一种基于反向射流减阻的多种减阻形式的船舶减阻技术对于船舶的提速和节能具有重要意义。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种船舶减阻系统，能够根据船舶的航行速度调节减阻的方式，减少船舶航行阻力，降低船舶能耗。并提供了其减阻方法。

技术方案：一种船舶减阻系统，包括迎流喷液装置、喷气装置、高压泵、控制装置，迎流喷液装置安装于船舶的首部，迎流喷液装置沿船舶的中纵剖面设置，高压泵安装于船首底部，迎流喷液装置位于高压泵一侧并与其连接，喷气装置设置于高压泵的相对另一侧并与其连接，喷气装置在船首底部及相对两侧呈U型设置，控制装置安装于船舶上并与高压泵信号连接。

进一步的，迎流喷液装置包括送水管、高压喷水口，送水管沿沿船舶的中纵剖面安装于船首内部，其一端封闭，另一端与高压泵连接，送水管上沿其延伸方向间隔安装有多个高压喷水口，高压喷水口的喷射端依次穿设于船舶的首部并延伸至船舶外，高压喷水口与船舶的首部密封固连。

进一步的，喷气装置包括充气导管、高压喷气孔、输气管路，充气导管在船首底部及相对两侧分别设有一段，三者构成U型结构，每段充气导管上沿其延伸方向分别间隔设有多个高压喷气孔，高压喷气孔的喷射端依次穿设于充气导管，三段充气导管通过输气管路与高压泵连接。

最佳的，输气管路包括船侧输气管路、船底输气管路，船舶两侧的充气导管分别与一个船侧输气管路连通，船舶底部的充气导管与一个船底输气管路连通，两个船侧输气管路以及一个船底输气管路分别与高压泵密封连接。

进一步的，本系统还包括进气管、进水管，高压泵为气液两用高压泵，高压泵的进气口与进气管一端密封连接，进气管的另一端延伸至船舶上方，高压泵的进水口与进水管的一端密封连接，进水管的另一端延伸至船舶底部之下。

最佳的，进水管的两端设有滤网。

最佳的，迎流喷液装置与高压泵的出水口密封连接，喷气装置与高压泵的出气口密封连接。

进一步的，控制装置包括检测器、调节器，检测器、调节器分别安装于船舶上，高压泵、检测器分别与调节器信号连接。

最佳的，检测器为DGPS定位测速器，调节器为控制器。

一种上述的船舶减阻系统的减阻方法，包括以下步骤：

步骤一：控制装置测得船舶实时航速，判定船舶为高速航行或低速航行；

步骤二：当船舶高速航行时，控制装置通过高压泵启动迎流喷液装置或喷气装置，通过首部迎流喷液减阻方式或船侧喷气减阻方式进行减阻，并根据船舶航速通过控制高压泵的抽吸速率改变减阻力度；

步骤三：当船舶低速航行时，控制装置通过高压泵启动喷气装置向船底或船侧喷气进行减阻，并根据船舶航速通过控制高压泵的抽吸速率改变减阻力度。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：(1)首部的迎流减阻装置在船舶前缘迎流喷水可以改善船舶前缘高压区，降低船舶的粘压阻力；(2)能够根据船舶的行进速度选择减阻方式以及控制减阻装置的喷射速率,消除了传统减阻方式单一性的弊端，提高减阻效率；(3)采用气液两用高压泵生成高压水流和气泡，降低了减阻装置的安装难度，便于安装。

附图说明

图1为本发明安装在船舶上时的结构示意图；

图2为本发明安装在船舶上时船底的结构示意图；

图3为本发明安装在船舶上时的船首处横剖面示意图；

图4为迎流喷液装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种船舶减阻系统，如图1～4所示，包括迎流喷液装置、喷气装置、高压泵3、控制装置、进气管6、进水管7。

高压泵3安装于船首底部，其相对两侧分别设有迎流喷液装置、喷气装置，迎流喷液装置安装于船舶的首部，高压泵3的进气口与进气管6一端密封连接，进气管6的另一端延伸至船舶上方，高压泵3的进水口与进水管7的一端密封连接，进水管7的另一端延伸至船首底部之下。进水管7的两端设有滤网。

迎流喷液装置包括送水管1、高压喷水口2，送水管1沿沿船舶的中纵剖面安装于船首内部，其一端封闭，另一端与高压泵3的出水口密封连接，送水管1上沿其延伸方向间隔安装有多个高压喷水口2，高压喷水口2的喷射端依次穿设于船舶的首部并延伸至船舶外，高压喷水口2与船舶的首部密封固连。高压喷水口2的射流方向正对于船首来流方向，高压泵3产生的高压水流通过高压喷水口2形成反向射流，使得船舶在高速航行时，船舶首部驻点位置前移，降低首尾粘压阻力。

喷气装置包括充气导管4、高压喷气孔5、输气管路8，充气导管4在船首底部及相对两侧分别设有一段，三者构成U型结构，每段充气导管4上沿其延伸方向分别间隔设有多个高压喷气孔5，高压喷气孔5的喷射端依次穿设于充气导管4，三段充气导管4通过输气管路8与高压泵3连接并密封。输气管路8包括船侧输气管路81、船底输气管路82，船舶两侧的充气导管4分别与一个船侧输气管路81连通，船舶底部的充气导管4与一个船底输气管路82连通，两个船侧输气管路81以及一个船底输气管路82分别与高压泵3的出气口密封连接。

高压泵3为气液两用高压泵，可以实现单独向船侧输气管路81或船底输气管路82供气或者同时向船侧输气管路81和船底输气管路82供气；高压喷气孔5等间隔且对称布置在所述充气导管4上，使得船舶在高速或低速航行时，高压泵3产生的高压气流通过高压喷气孔5在船侧或船底形成均匀气泡流，实现气泡减阻的目的。

控制装置安装于船舶上并与高压泵3信号连接，控制装置包括检测器、调节器，检测器、调节器分别安装于船舶上，高压泵3、检测器分别与调节器信号连接。检测器可为DGPS定位测速器，调节器为控制器，可为PLC。

在设置本系统时，先根据船舶的结构和具体尺寸，确定高压泵3的规格，进一步根据船体长度，确定高压喷水口2以及高压喷气孔5的数量和分隔间距，最后在上述基础上，按照图1的管路系统形式设计管路系统，进行加工和安装。

本船舶减阻系统的减阻方法包括以下步骤：

步骤一：在使用该船舶减阻系统时，首先检查整个减阻系统的密闭性；

步骤二：当船舶在航行过程中，使用检测器(例如可以采用DGPS定位测速技术)实时检测船舶航速，将航速转化成电信号并传递给调节器(例如可以采用控制器)；

步骤三：调节器根据接收到的船舶航速电信号产生控制指令信号并作用于气液两用高压泵3，实现对气液两用高压泵3的工作介质的选择，以及通过控制气液两用高压泵3的抽吸速率来实现对高压喷水口2和高压喷气孔5喷射速率的调节。

具体表现为：当船舶高速航行时，调节器根据检测到的航速产生控制指令信号以提高气液两用高压泵3的抽吸速率，并选用海水或空气为工作介质，采用首部迎流喷液减阻方式或船侧喷气减阻方式。当船舶低速航行时，调节器根据检测到的航速产生控制指令信号以适当降低气液两用高压泵3的抽吸速率，并选用空气为工作介质，采用船底喷气或船侧与船底同时喷气减阻方式，根据船舶的行进速度选择减阻方式并控制减阻装置的喷射速率，提高减阻效率。