一種破冰船艏部結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種破冰船艏部結(jié)構(gòu)，屬于破冰船船體線型設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]船型設(shè)計(jì)是極地船舶總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，自破冰型船型設(shè)計(jì)的目的主要有:選取合適的主尺度及船型參數(shù)，滿足布置及性能等基本需求;優(yōu)化首尾形狀來(lái)減小正車/倒車冰阻力；確保優(yōu)良的排冰性能，減小碎冰進(jìn)入推進(jìn)器流場(chǎng)的可能性等。所以，自破冰型極地船舶線型設(shè)計(jì)特征主要集中在首部和尾部，船中部分主要滿足裝載和布置的要求。自破冰型極地船舶首部線型與冰級(jí)要求的推進(jìn)功率、無(wú)冰水域要求的推進(jìn)功率等息息相關(guān)，首部線型的選擇對(duì)極地船舶(特別是高等級(jí)冰況)的安全性、經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。對(duì)于一般航行于極地的商船來(lái)說(shuō)，為最大化敞水性能，有可能不采用破冰船首，而依然采用球鼻艏，這種首部結(jié)構(gòu)不利于破冰和排冰;傳統(tǒng)的破冰船靜水阻力很大，并且不利于裝載，也不能有效降低碎冰進(jìn)入推進(jìn)器流場(chǎng)的可能性。因此，在追求高效和經(jīng)濟(jì)造船的今天，如何實(shí)現(xiàn)船型效能的最大化，實(shí)現(xiàn)綜合性能的平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)，是極地船舶發(fā)展面臨的重要課題。
[0003]傳統(tǒng)的具有破冰任務(wù)的船舶通常采用冰刀型破冰艏，冰刀型艏具有尖銳的刀狀船艏和一定的前傾艏柱，冰刀型艏對(duì)沖擊冰脊很有效，但是這種艏部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的靜水阻力很大，并且不利于裝載，也不能有效降低碎冰進(jìn)入推進(jìn)器流場(chǎng)的可能性。例如:CN104527919A一種新型破冰船船首及破冰方法，以及CN104890808A—種滿足破冰船拖曳航行條件的球艏中高速船，就屬于此類情況。而一般航行于極地的商船采用球鼻艏，其無(wú)法滿足破冰和排冰的要求。
[0004]隨著北極地區(qū)極具戰(zhàn)略價(jià)值的航道的開通，北極地區(qū)蘊(yùn)藏的豐富資源的開發(fā)利用受到越來(lái)越國(guó)家的重視，大量的貨物將會(huì)通過(guò)該航線運(yùn)輸，為改變現(xiàn)有船舶無(wú)法在低溫多冰、氣候惡劣的北極地區(qū)航行現(xiàn)狀，極地航行船舶將在世界船舶訂單中占據(jù)舉足輕重的地位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有船型不能滿足極地破冰航行問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種破冰船艏部結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在極地地區(qū)和無(wú)冰水域航行，
[0006]本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案為，艏部線型前傾艏柱橫剖面呈“V”型，站線與中縱剖面線夾角的范圍為40°?70°，艏部底端設(shè)有楔形前踵，高度為75%?125%冰層厚度，楔形前踵前端輪廓與豎直方向夾角的范圍為1°?8°，前踵船體光順相連。
[0007]所述站線與中縱剖面線夾角優(yōu)選的范圍為55°?65°。
[0008]所述楔形前踵高度的優(yōu)選范圍為90%?110 %冰層厚度。
[0009]所述夾角的優(yōu)選角度為4°。
[0010]本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)通過(guò)改進(jìn)極地破冰船艏部線型，艏柱前傾、橫剖面呈“V”型、艏部底端通過(guò)一折角線設(shè)置有楔形前踵的新型艏部線型，使船舶具有破冰能力強(qiáng)、破冰阻力低、易于排冰、可降低冰塊進(jìn)入船后螺旋槳工作區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)和防止極地船舶發(fā)生擱淺事故的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1為本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)的側(cè)視立體圖；
[0012]圖2為本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)艏部線型橫剖面圖(從船首向船尾看)；
[0013]圖3為本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)艏部線型的側(cè)視圖；
[0014]圖4為本發(fā)明艏部線型底部視圖。
[0015]圖中，1-船體，3-船體艏部，4-前傾艏柱，5-楔形前踵，6-楔形前踵輪廓，7_V型橫剖面。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的描述。
[0017]本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)通過(guò)改進(jìn)極地破冰船艏部線型，使船舶具有破冰能力強(qiáng)、破冰阻力低、排冰效率高并降低冰塊進(jìn)入螺旋槳工作區(qū)域和擱淺事故風(fēng)險(xiǎn)的效果。
[0018]如圖1所示，破冰船艏部線型主要由前傾艏柱、與船體光順連接的楔形前踵和V型橫剖面構(gòu)成，該艏部線型關(guān)于船體中縱剖面左右對(duì)稱。具體地，破冰船艏部結(jié)構(gòu)由前傾艏柱
4、與船體光順連接的楔形前踵5和“V”型橫剖面7構(gòu)成，艏部線型關(guān)于船體中縱剖面左右對(duì)稱。
[0019]前傾艏柱4是一個(gè)受力構(gòu)件，要承受各種外力作用，特別是船體與冰的碰撞。艏柱前傾能為船舶破冰提供垂直向下的載荷，合適的前傾角能降低破冰阻力，因此其前傾角度b為10°?25°，優(yōu)選為15°，如圖3所示。
[0020]艏部底端設(shè)置的楔形前踵5與船體光順連接，用于阻止破冰后產(chǎn)生的碎冰塊向船體后方運(yùn)動(dòng)，并使碎冰塊向船舷兩側(cè)排開，避免碎冰塊進(jìn)入船后螺旋槳工作區(qū)域;另外，當(dāng)船體艏部3以一定速度部分爬至冰層上方時(shí)，楔形前踵5可阻止整個(gè)艏部結(jié)構(gòu)3都騎爬到冰層上面發(fā)生擱淺事故。所述楔形前踵5的高度h為75%?125%冰層厚度，優(yōu)選為90%?110%冰層厚度，如圖3所示。
[0021]為了減小阻力，所述楔形前踵前端輪廓6與豎直方向存在小角度夾角C，夾角c范圍為1°?8°，優(yōu)選為4°，如圖3所示。艏部線型水線與中縱剖面線的夾角即水線角d范圍為30°?65°，設(shè)計(jì)水線附近水線角d優(yōu)選為35°?45°，如圖4所示。
[0022]艏部線型橫剖面7呈“V”型，所述V型橫剖面7用于使碎冰通過(guò)自身浮力依附于船體表面并沿船體運(yùn)動(dòng)，有利于冰塊下沉。所述V型橫剖面7的站線與中縱剖面線的夾角a范圍為40°?70°，在設(shè)計(jì)水線附近a優(yōu)選為55°?65°，如圖2所示。
[0023]本發(fā)明破冰型艏部結(jié)構(gòu)，在有一定厚度的層冰水域航行時(shí)，船體I利用前傾艏柱4與冰層接觸產(chǎn)生垂直向下的載荷，當(dāng)載荷大于冰層的彎曲極限強(qiáng)度層冰開始破裂，產(chǎn)生的碎冰塊依靠自身浮力依附在“V”型橫剖面7并沿船體表面下沉，當(dāng)碎冰塊遇到楔形前踵5SP停止向船體后方運(yùn)動(dòng)，并開始向船舷兩側(cè)排開，避免碎冰塊進(jìn)入船后螺旋槳工作區(qū)域。楔形前踵5的另一個(gè)作用是，當(dāng)船體艏部3以一定速度部分爬至冰層上方時(shí)，楔形前踵5可阻止整個(gè)艏部結(jié)構(gòu)3都騎爬到冰層上面發(fā)生擱淺事故。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種破冰船艏部結(jié)構(gòu)，其特征在于，艏部線型前傾艏柱(4)橫剖面呈“V”型，站線與中縱剖面線夾角(a)的范圍為40°?70°，艏部底端設(shè)有楔形前踵(5)，高度(h)為75%?125%冰層厚度，楔形前踵前端輪廓(6)與豎直方向夾角(c)的范圍為1°?8°，前踵船體光順相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述破冰船艏部結(jié)構(gòu)，其特征在于站線與中縱剖面線夾角(a)優(yōu)選的范圍為55°?65°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述破冰船艏部結(jié)構(gòu)，其特征在于楔形前踵高度(h)的優(yōu)選范圍為90%?110%冰層厚度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述破冰船艏部結(jié)構(gòu)，其特征在于夾角(c)的優(yōu)選角度為4°。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種破冰船艏部結(jié)構(gòu)，艏部線型前傾艏柱(4)橫剖面呈“V”型，站線與中縱剖面線夾角(a)的范圍為40°～70°，艏部底端設(shè)有楔形前踵(5)，高度(h)為75％～125％冰層厚度，楔形前踵前端輪廓(6)與豎直方向夾角(c)的范圍為1°～8°，前踵船體光順相連。本發(fā)明破冰船艏部結(jié)構(gòu)通過(guò)改進(jìn)極地破冰船艏部線型，艏柱前傾、橫剖面呈“V”型、艏部底端通過(guò)一折角線設(shè)置有楔形前踵的新型艏部線型，使船舶具有破冰能力強(qiáng)、破冰阻力低、易于排冰、可降低冰塊進(jìn)入船后螺旋槳工作區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)和防止極地船舶發(fā)生擱淺事故的效果。
【IPC分類】B63B1/06, B63B35/08
【公開號(hào)】CN105667703
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610012936
【發(fā)明人】刁峰, 周偉新, 陳京普, 蘇甲, 王杉, 李小冬, 魏錦芳, 王艷霞, 趙強(qiáng), 蔣武杰, 馮松波, 程紅蓉, 趙璐
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶科學(xué)研究中心上海分部
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月9日