基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构

技术领域

本发明涉及船舶减阻的技术领域，尤其涉及基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构。

背景技术

船舶设计过程中，船体最佳外形的确定是非常关键的设计技术，它直接影响到船舶的阻力和推进、操纵性和耐波性等重要性能，而阻力最小的船体外形又是船型设计首先要追求的目标。由于有很多因素都会使船舶阻力受到影响，在减少船舶阻力方面，可以通过优化船舶的船型来减小船舶阻力，达到节能作用。所以，应用减阻技术无论对于军用还是民用船舶，均具有很高的经济价值。

目前，在船体减阻技术方面有很多方法，例如：在流体中加入减阻剂或添加剂，但这些技术需要额外消耗物料，不够环保、对环境不够友好；另外，对壁面采用振动减阻或微水泡、水膜、水层减阻，利用空水与水的摩擦取代船体与水的摩擦，这些技术需要增加额外的装置。

自然界中，鲨鱼头部两侧分别具有5-7个鳃裂，与周围的体表近似处于同一流面上。鲨鱼吸水后，水由两侧鳃裂流出体外，该部分水与周围环境液体相互作用，降低鲨鱼自身运动的摩擦阻力。本发明从仿生学角度出发，基于鲨鱼鳃结构设计了船体减阻结构。

发明内容

针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，增加附面层厚度，控制主流与船体表面接触，减小附面层内速度梯度，从而减小船体表面摩擦阻力，从而提高所在船舶的能效。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，所述船体减速结构包括船体和多根排水立柱，所述船体的外表面的下侧向其内部设有凹腔，所述凹腔内沿竖向并排设置有多根所述排水立柱，多根所述排水立柱与所述凹腔内底壁之间设有水流进水通道，所述凹腔的一端口为所述水流进水通道的入口端，相邻的两所述排水立柱之间形成水流排水通道；

水流流经所述船体外表面时，从所述入口端流入所述水流进水通道，从多个所述水流排水通道流出，水流流出多个所述水流排水通道时形成射流，并沿所述船体外表面形成低速区。

上述的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，其中，所述船体满载时水线高度为H，所述凹腔位于所述水线高度H以下区域。

上述的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，其中，多根所述排水立柱型线为棱形、椭圆形、翼形、矩形或多段线形。

上述的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，其中，所述凹腔型线与所述船体型线平行。

上述的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，其中，所述凹腔型线为圆、椭圆或多次曲线的一部分。

上述的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，其中，多个所述水流排水通道采用等距排列或非等距排列。

本发明由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

1、本发明的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构可有效控制船体外壁面速度梯度，抑制附面层分离，减小船体摩擦阻力，提高船舶的能效。

2、本发明的船体减速结构中起减阻作用的水流与主流一致，无需增加减阻剂、添加剂等物质，绿色环保无污染。

附图说明

图1是本发明的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构的结构示意图。

图2是船体减速结构的水流流向示意图。

图3是船体减速结构的凹腔型线示意图。

图4a是船体减速结构的第一种排水立柱截面图。

图4b是船体减速结构的第二种排水立柱截面图。

图4c是船体减速结构的第三种排水立柱截面图。

图4d是船体减速结构的第四种排水立柱截面图。

附图标记：1、船体；2、凹腔；3、排水立柱；4、水流进水通道；41、入口端；5、水流排水通道。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要指出的是，本文提及的方位词“上”和“下”、“内”和“外”是以本发明的附图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本申请的保护范围不构成限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的基于鲨鱼鳃仿生射流的船体减阻结构，请参阅图1、和图2所示，船体减速结构包括船体1和多根排水立柱3，船体1的外表面的下侧向其内部设有凹腔2，凹腔2不贯穿船体1，凹腔2内沿竖向并排设置有多根排水立柱3，多根排水立柱3可以焊接在凹腔2内，多根排水立柱3 与凹腔2内底壁之间的空隙形成水流进水通道4，凹腔2的一端口为水流进水通道4的入口端41，相邻的两排水立柱3之间形成水流排水通道5。

当水流流经船体1外表面时，水流从入口端41流入水流进水通道4内，水流进水通道4内的水流从多个水流排水通道5流出，水流流出多个水流排水通道5时形成射流，并沿船体1外表面形成低速区，射流在主流作用下沿船体1表面流动，增加船体1外壁面的附面层厚度，降低了附面层内速度梯度，抑制附面层分离，从而减小船体1外壁面摩擦阻力，提升船舶水动力性能，提高所在船舶的能效。

还有，船体1满载时水线高度为H，凹腔2位于水线高度H以下区域。

进一步优化上述实施例，请参阅图4a、图4b、图4c和图4d所示，多根排水立柱3型线为棱形、椭圆形、翼形、矩形或多段线形。

进一步，请参阅图3所示，凹腔2型线可以与船体1型线平行，也可根据减阻效果设计为圆、椭圆或多次曲线的一部分。

本实施例中，多根排水立柱3均位于凹腔2的开口端，多个水流排水通道5采用等距排列或非等距排列。

还有，凹腔2型线及多根排水立柱3型线可根据减阻效果进行倒角处理。

进一步优化上述实施例，为了提升减阻效果，在船体1上开设多个凹腔 2，并在每个凹腔2内均并排设置有多根排水立柱3，在船体1形成多个减阻结构，减小船体1外壁面的摩擦阻力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。