一种用于减小月池附加阻力的空心装置的制作方法

本发明涉及海船运输领域，特别是涉及一种能够减小带有月池的运输船附加阻力的空心装置。

背景技术：

月池是钻井船、铺管船等海上作业船常用的结构形式。众所周知，在运输过程中，水在月池内的搅动会非常剧烈，从而产生超高的阻力。该月池附加阻力取决于月池的大小和航速，有时阻力会非常高。在某些情况下，附加阻力甚至会比裸船体(没有月池部分)的静水阻力还要高，这会导致大量的燃料消耗问题，甚至在发动机动力不足的情况下导致推进问题。

在过去，提出了许多减少附加阻力的设计，如楔形闸板，切口角，阻尼室，凹槽和法兰等。这些设备的使用是通常是通过减少月池与外部区域之间的流动交换，或者通过增加阻尼来缓解月池内部剧烈的水体搅动，从而降低附加阻力，以提高目标航速。

但现有这些设计主要聚焦在降低月池中水体晃荡上，对于导流等局部结构设计鲜有涉及。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够减小带有月池的运输船附加阻力的空心装置。

具体地，本发明提供一种用于减小月池附加阻力的空心装置，包括设置有月池的船体，在月池底部开口靠近行进方向一侧的船体底部设置有内凹的引导面，且引导方向朝向月池的底部。

本发明在月池前方的船体底部设置流线型引导面，从而利用内凹的形状使上游通过的水流最大程度的向月池底部的下方进行重定向，实现减少月池与外部区域之间流量交换的效果，达到降低月池阻力的效果。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的月池结构示意图；

图2是本发明一个实施方式的月池立体示意图；

图3是本发明实施例中月池有和没有减阻装置的情况下，12kts速度下的阻力时间历程；。

图4是本发明实施例中无引导面时的月池速度场变化示意图；

图5是本发明实施例中有引导面时的月池速度场变化示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。

如图1所示，在本发明的一个实施方式中，公开一种用于减小月池附加阻力的空心装置，其包括设置有月池1的船体，在月池1底部开口靠近行进方向一侧的船体底部设置有内凹的引导面2，且引导面2的引导方向朝向月池1的底部。

引导面2为植入船体底部的结构，可直接由船体底部压制形成，或采用单独模块焊接形成。引导面2利用内凹的形状使上游通过的水流最大程度的向月池1底部的下方进行重定向，实现减少月池与外部区域之间流量交换的效果，达到降低月池阻力的效果。

月池1的形状可以是常规的任何形状，只需要根据月池1的形状调整相应的引导面2形状即可。具体的引导面2可为圆弧形或流线型一类能够顺势引导水流变向的形状，引导面2靠近月池1的一端可与月池1的底边连接为一体。

在本发明的另一个实施方式中，可同时将月池1与行进方向相对的一侧边缘底部设置为向行进方向倾斜的斜面3。将月池1的后壁(即与行进方向相对一面的侧壁)设置成向月池1外部扩展的切口斜面结构，该结构可以减小由引导面处流过来的涡流撞击压力，并将涡流的撞击力通过斜面3向水面下引导，进而降低月池1后壁上承担的压力，从而减少整个月池1的行进阻力。

尽管采用向外扩展的斜面3结构增加了月池1底部的开口面积，但是通过适当优化斜面3角度，达到减小撞击力和阻力的效果，使得因增加面积而增加的阻力远远小于增加斜面切口结构后降低的阻力，则该改进结构是合适的。

此外，根据目标航速，可以限定一个斜面3切口角度，使其与外部流体的交换减少，达到最优的减阻效果。本实施方式中，利用cfd根据月池的参数和船体的航速计算出斜面3与水平面的夹角β为60～65°时引导效果最佳，优选为63.34°。

前述的月池1引导面2和斜面3结构可以配合在一起使用，达到最佳降阻效果。本实施方式中的引导面2和斜面3分别位于月池1内的水平面之下。其中，斜面3的高度可为月池1内水平面高度的2/3，或整个月池1高度的1/3。

在本发明的一个实施方式中，提供一种优选的矩形月池1，该矩形月池1可以更好的发挥引导面的作用，同时改动程度最小。该矩形月池1的水平截面为长方形，且长度方向与行进方向相对，引导面2的宽度可以大于或等于月池1的宽度。通过引导面2可以将与月池1对应的水流完全导向月池1的下方，从而防止水流在月池1内形成漩涡，进而降低月池1的阻力。

在本实施方式中，引导面2为长方形，且底部为向月池1底部方向过度的弧形槽。该结构可以在月池1的前方形成一个正好对应的引导面2，在保证引导效果的同时可降低制作难度。

本方案中的引导面2应采用较大的凹面曲率形状及较短的纵向长度，或者较小的曲率形状配合较长的纵向长度，即引导面2的弧度与引导面2的纵向长度成反比关系。此外，由于月池1内水流运动与外部水流的复杂相互作用，绕流的最佳流量通常不是下降速度大的情况，因此，具体的引导面2曲率大小可通过模型试验或cfd模拟来根据具体月池的大小和船体的航速等因素进行独立调整，以确定最佳曲率和最佳绕流效果。

进一步地，还可在月池1底部接近水平面的位置设置向轴心方向凸出的凸缘4。凸缘4能够减少月池1内水平面的起伏程度，进而降低水阻。凸缘4结构既可以单独设置，也可以与前述的引导面21和斜面3结构同时设置。

以下以一个具体实施例来说明设置引导面前后的阻力变化。

设月池的长宽高分别为25.2*9.8**22.4(单位：米)，在8.2m吃水下的12kts船速用来说明装置的阻力减少的有效性。采用cfd方法可计算出单独月池和带空心装置月池的阻力。结果总结在表1的平均阻力和图3阻力的时间历史上。从表1可以看出，使用空心装置比原始不使用该装置的月池增加阻力降低了51.7％。图3为在月池有和没有减阻装置的情况下，12kts速度下的阻力时间历程，由图3中阻力的时间历程图中还可以看出，空心装置除了能降低阻力的平均值外，还能大大降低阻力的波动幅度，有利于海上推进的稳定。

表1月池增加了12公里速度的抗性

为了进一步演示该装置背后的阻力减小机制，图4和图5分别绘制了有该装置和没有该装置的月池的速度场。为了进行有意义的比较，所有图的速度场都是基于阻力达到峰值的瞬间。从图5中可以看出，由于减阻装置的作用，月池与外部区域之间的流动交换比没有该装置情况下的月池减少了很多。这是该装置有效降低阻力的主要机制。这里需要指出的是：向下绕流更多并不是导致月池与外部区域之间流动交换减小阻力的唯一原因。月池内的流速和水的运动也会对外界被吸入月池的水流产生显著影响，使水的搅动更加剧烈，增加的阻力也更高。在这个例子中，虽然空心装置没有被优化，阻力降低的结果依然是相当有效的。通过该实例验证了该装置在减小月池阻力方面的可行性。降低阻力的效果仍有提高的空间。该装置的实际优化(尺寸和形状)可以通过cfd或模型试验进行。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。