多路况高速救援全垫升气垫船装备自吹气流动减阻方法

摘要

本发明公开了一种多路况高速救援全垫升气垫船装备自吹气流动减阻方法，其步骤如下：一、对于具体气垫船进行流场的数值模拟，提取气垫船客舱尾部的流线图，通过流线图判定流体分离点位置，并做标记；二、在标记好的分离点位置设置吹气孔，结合气垫船垫升气囊的结构形式，将吹气孔与气垫船垫升通道之间采用管道连接，实现自吹气。本发明利用高速行驶中的气垫船垫升气囊与外界环境存在压力差的自身特点，实现了气垫船气动减阻的自吹气控制方法，与其他主动减阻方法相比，该方法无需外界供能，安装方便，经济高效。另外，较好的减阻性能能够使得气垫船的推进动力得到充分的利用，达到大大节约燃料成本的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自吹气控制减阻方法，尤其涉及一种全垫升气垫船自吹气气动减阻方法，属于流体力学领域的流动控制方向，应用于船舶工程技术领域。

背景技术

我国拥有漫长的海岸线，众多的岛屿、河流与湖泊，水运资源非常丰富。另外，随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，客流将大幅度增加，从而为高速客船的发展提供了巨大的市场需求。快速性作为船舶航行的一个主要性能，重要性越来越凸显出来，而要使船的快速性提高，关键就在于船舶减阻。对于全垫升式气垫船来说，由于船体与水流之间不会直接接触，大大减小了水流对船体阻力的贡献，因此空气型阻力是气垫船阻力的主要组成部分。在高速行驶时，气垫船受到的空气阻力与其速度的平方成正比。而与之相关的克服空气阻力所做功率，则与船体速度的三次方成正比，所以高速行驶时气垫船通过燃油得到的动力有相当一部分用于克服空气阻力。因此，气垫船减阻效果的提升，能使船舶在获得一定航速时受到的阻力更小，从而对推进功率的需要也会减少，进而使得船舶的推进动力得到充分的利用，达到节约燃料成本的目的。另外，减少的燃油消耗量也意味着减少气垫船排放的废气，减小对大气环境的污染。

气动减阻技术包括被动措施与主动措施。被动措施是在不改变气垫船结构与使用功能的前提下，适当改变气动外形布置或者附加一些装置，从而得到具有较好的减阻能力的钝体绕流特征，但从研究成果来看被动措施减阻效果有限，且在可能出现的设计范围外会导致钝体流场特征的恶化，使阻力剧增。主动措施是通过提供外部能量来改变钝体的绕流风场特征，形成具有优良品质的绕流特征，进而提高钝体减阻效果，而且通过更深入的设计，可以根据钝体来流环境实时改善流场特征。物体表面吹气的方法是一钟典型的流动控制方式，其研究最早针对于提高飞行器升力面的特性。通过外部供给能量对安装在物体表面的吹气装置施加吹气气流，通过吹气气流对绕流风场施加作用，进而改善物体表面绕流流场结构。基于吹气气动控制措施已在翼型增升减阻、大跨桥梁减小风振以及汽车气动减阻等研究领域取得了较为突出的成果。从吹气方式对物体绕流影响的基本原理来看，研究利用吹气方法改善气垫船空气作用特性从而减小气垫船气动阻力，是很有意义的实际问题。目前，在国内民用气垫船的气动减阻技术尚属空白。

发明内容

本发明提供了一种多路况高速救援全垫升气垫船装备自吹气流动减阻方法，旨在利用自吹气的流动控制方法，抑制边界层分离，改善绕流场结构，从而达到减阻目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多路况高速救援全垫升气垫船装备自吹气流动减阻方法，包括如下步骤：

一、对于具体气垫船进行流场的数值模拟，提取气垫船客舱尾部的流线图，通过流线图判定流体分离点位置，并做标记；

二、在标记好的分离点位置设置吹气孔，结合气垫船垫升气囊的结构形式，将吹气孔与气垫船垫升通道之间采用管道连接，实现自吹气。

本发明利用高速行驶中的气垫船垫升气囊与外界环境存在压力差的自身特点，实现了气垫船气动减阻的自吹气控制方法，与其他主动减阻方法相比，该方法无需外界供能，安装方便，经济高效。另外，较好的减阻性能能够使得气垫船的推进动力得到充分的利用，达到大大节约燃料成本的目的。

附图说明

图1为吹气孔布置位置，a-前视图，b-后视图，c-侧视图，d-俯视图；

图2为自吹气实现方式示意图；

图中：1-吹气孔，2-蓄电池，3-燃油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种多路况高速救援全垫升气垫船装备自吹气流动减阻方法，由于气垫船形状不同，其在来流作用下的风场特性也不相同，因此该控制方法宜根据具体情况而定。基于自吹气控制减阻方法的具体实施步骤为：

1、忽略气垫船的细部结构，简化气垫船外形。

2、对于具体气垫船进行流场的数值模拟，提取气垫船客舱尾部附近的流线图，通过流线图判定流体分离点位置，并做标记，具体判定方法如下：观察客舱尾部附近流线是否紧贴舱体流动，若流线不紧贴舱体流动则为分离点位置。分离点大体位置如图1所示吹气孔安装位置处。

3、在标记好的分离点位置设置吹气孔，结合气垫船垫升气囊的结构形式，将吹气孔与气垫船垫升通道之间采用管道连接，实现自吹气，如图2所示。

4、吹气孔之间的布设距离与孔的大小应根据风洞试验或数值模拟进行优化确定。通过比较不同吹气孔大小与不同布设间距下气垫船的阻力，以阻力最小为目标确定最优布设间距与大小。