快艇气泡减阻的原理研究与相似比分析
船舶气泡减阻技术专利分析
船舶气泡减阻技术专利分析摘要：本文通过对船舶领域中气泡减阻技术进行专利文献进行检索，从申请年度、专利技术组成以及本领域重要申请人等方面，进行了中国专利数据分析，并结合国内气泡减阻技术的发展模式、进度等提出有关知识产权方面的对策。
关键词：气泡减阻；专利分析；战略布局；技术定位1引言随着全球经济的快速发展，能源被过度的开发和利用，CO2等温室气体的排放量也是逐年增加，因而导致了如全球气候变暖等一系列环境问题，节能减排的理念逐渐引起了世界各国的广泛关注，船舶运输业正面临着前所未有的危机与挑战。
在航运业中，最直接最有效的就是通过减小船舶阻力来降低主机的能量消耗，降低主机的总功率，从而达到节能减排的目的。
近年来，在船舶减阻技术中气泡/气膜减阻技术得到快速发展，也逐渐引起行业内各大研究所以及船企的关注，因此，本文从专利数据的角度对船舶气泡减阻技术进行分析研究。
2 气泡减阻技术的发展2.1 专利检索策略船体摩擦阻力是船舶总阻力的主要组成部分，而其中气泡/气膜减阻技术可以有效减小船舶摩擦阻力，相较于其他传统减阻技术具有明显优势，长期以来受到国内外造船界的重点关注，本文针对“气泡/气膜减阻技术”技术开展专利分析。
根据现有气泡/气膜减阻技术的发展情况和趋势，确定主要检索关键词为：减阻、气泡、气膜、气层、气幕等，确定主要检索分类号为B63B1/32、B63B1/34、B63B1/36、B63B1/38、B63B1/40等，采用INCOPAT数据库进行检索，数据采集时间为1985年1月1日至2023年1月1日。
2.2 气泡减阻技术专利数据分析2.2.1 我国气泡减阻技术发展趋势从图1中的我国相关专利的申请数量可以得出，我国气泡减阻技术与其他减阻技术整体发展趋势基本一致，于2007年开始呈现出明显增长趋势，并且于2021年达到申请量顶峰，其中尤其是在2013年-2021年期间，气泡减阻技术申请量增长势头强劲，这表明气泡减阻技术已经引起我国各大科研院所以及企业的广泛关注，并且具备了一定的研发实力，并且从下图也可以得出，我国气泡减阻技术与其他减阻技术相比，在申请数量上占据了绝对优势。
国内外船舶气泡减阻技术的研究与应用
设计与研究
国内外船舶 气泡减 阻技术 的研究 与应用
胡 以怀 ， 李 慧 晶 ，何 浩
（ 上 海海 事 大学 商船 学院 ，上 海 ２ ０ １ ３ ０ ６ ）
摘要 ：介 绍国 内外船舶气泡减阻技术的研究情况，包括微气 泡减 阻技术 、气幕减阻技术及气膜减 阻技术 的试验研
究和理论计算结果 ，特别是俄罗斯倾斜板气泡减阻技术 、日本微气泡减阻技术和我 国薄层气膜减 阻技术 的特 点。 同时 ，介 绍国内外微气 泡减 阻理论方面的力学模型、数值计 算方法和重要结论 。回顾 ２ ０ 世纪 ６ Ｏ年代 以来气泡减 阻技术在船舶上的应用情况 ，特 别是俄罗斯、 日本及丹麦等 国设 计的气泡减 阻船舶 的性 能和 节能效果。针对我 国 目前气泡 减阻节能技术在实船上的应用现状，分析存在 的问题和不足 ，探讨我 国船舶气泡减 阻技术 的应用前景 。 关键 词 ：微气泡减阻；气膜减阻 ；气幕减阻；船舶节能 中图分类号９ ５ ． ４ ０ ６ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ — ０ ０ ０ １ — ０ ６
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｇ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｗｏ ｒ ｋ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｄ ｒ ａ ｇ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ， ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｄ ｒ ａ ｇ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｄ ｒ ａ ｇ
气泡减阻系统原理
气泡减阻系统原理
气泡减阻系统是一种应用于船舶和潜艇等水下器材上的技术，其原理是利用在水下产生的气泡来减小水的阻力，从而提高水下器材的速度和效率。
气泡减阻系统的工作原理是通过在水下装置一些小孔，使得水流从小孔中进入器材内部，在内部形成气泡。
这些气泡可以减小水流的阻力，从而提高器材的速度。
此外，由于气泡的弹性，其可以对水流产生一定的反作用力，从而进一步减小水流的阻力。
气泡减阻系统的优点是可以显著提高水下器材的速度和效率，从而提高作业效率和降低能源消耗。
此外，气泡减阻系统还可以降低水下器材的噪声和振动，提高器材的稳定性和舒适性。
气泡减阻系统的应用范围很广，可以应用于各种类型的水下器材中，包括船舶、潜艇、水下滑翔机等。
随着技术的不断发展和改进，气泡减阻系统将会成为一种越来越重要的水下技术。
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利用空气形成膜来减少阻力的例子
利用空气形成膜来减少阻力的例子船舶气膜减阻节能技术的应用试验
当前国际上因对船舶低碳的要求，船舶利用空气减阻进一步引起人们的重视。
2013年设计建造船舶将行EEDI规则，为船舶低碳规定了指标规范。
早在1987年国外科学家提出了船舶空气润滑的概念，国际上许多国家都曾投人了大量人力物力研究船舶空气减阻，当前已取得了较大的进展。
目前世界上主要形成以下三种船舶空气减阻技术形式。
一种为船底倾斜板断级气泡减阻节能技术，该技术主要用于过渡型高速船型上，船底设置数道倾斜板借助于船速在船底倾斜板后面形成拱状气泡，气泡长度与船速的平方成正比。
二为船舶微气泡减阻节能技术。
利用船上风机向船底输入空气时通过船底微孔形成微气泡水气混合物从而实现船舶气泡减阻节能。
三为我国自主创新船舶气膜减阻节能技术。
作者于1982年研究得出了与水的表面张力有关与吃水深度无关的气泡膜常数,后谓之气膜定律,进而通过试验研究得出船底气膜形成规律，设计了船舶气膜减阻节能装置系统获国家发明专利，为上海市高新技术成果转化项目。
利用船上风机向船底输人空气时，通过船底安装的横向导流板装器能有效形成船底薄层空气膜，使船底与水的接触替代为与空气的接触，从而可实现船舶阻力显著降低，本发明使我国在国际上首先解决了船底有效形成薄层空气膜的技术难题。
试验研究和实船应用测试结果都说明，船舶利用气脑减阻节能技术可减少船体与水的接触面积
30-50%，可实现运输船和高速船节能15-20%左右。
本文主要介绍船舶气膜减阻节能技术的应用测试和分析，我国自主创新船舶气膜减阻节能技术经历了艰难的历程，克服了诸多技术难题，积累了可贵的研究和应用经验，为船舶节能低暖开发了一条经济实用的技术途径。
气泡减阻实验研究
气泡减阻实验研究
张木; 谭俊杰; 何快
【期刊名称】《《船海工程》》
【年(卷),期】2009(000)004
【摘要】为研究气泡对航行体侧壁的减阻效果,设计一套试验装置。
利用该装置,采用壁面通气法研究不同通气量、不同来流速度和不同通气角度对气泡减阻效果的影响。
实验结果表明:在通气量和通气角度不变的条件下,减阻率随来流速度增加而增加;在来流速度和通气角度不变的条件下,随通气量增加,减阻率先增加然后变小;在来流速度和通气量不变的条件下,减阻率随通气角度的增大而减少;在一定的条件下,取得了20.34%的减阻率。
【总页数】4页(P13-16)
【作者】张木; 谭俊杰; 何快
【作者单位】南京理工大学动力学院南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】U661.3
【相关文献】
1.高速气泡艇阻力数值模拟及气泡减阻效果分析 [J], 唐桂林;倪其军;王丽艳;李胜忠
2.微孔阵列式绕回转体气泡减阻实验研究 [J], 黄磊;彭雪明;王生捷;何春涛;段磊
3.气泡粘度对水平槽道气泡减阻率影响的数值研究 [J], 张展;庞明军
4.供热管道减阻涂层减阻效果的实验研究 [J], 苗庆伟;张欢;王淮;赵惠中;常娅娜;刘
秀清;刘洋
5.旋风分离器减阻杆减阻的PIV实验研究 [J], 龚安龙;王连泽
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船用气泡减阻技术发展
船用气泡减阻技术发展船用气泡减阻技术发展早在十九世纪30年代俄国和瑞典科学家就提出设想：在运动船舶的船体外表面和水之间，引入空气和排气形成气幕，可以大幅减少运动船舶总阻力。
然而，这一设计思想在工程技术实践中却并不容易实现。
因此，目前真正用于实船的仅为俄罗斯等极少数国家。
气泡船（air cavity craft）也有称作空气润滑船（air-lubricated-hull craft）或气浮船（air ride express）的，它是高性能船型中的一种。
其工作原理是把空气引入船底，在船底表面形成气水混合的两相流，从降低液体粘性系数的角度来减小艇体的摩擦阻力，达到高速航运的目的。
1949年底，瑞典哥德堡船模试验池的Edstrand提出了气膜减阻原理，但由于空气会自由地飘离船体表面，无法形成气膜，试验没有取得成功。
60年代后，各国对怎样锁定气膜进行了深入研究，基本上形成了两种思路。
第一种思路是在平底船上开设一个凹进船底的平面，四周用板材围起来，在船底凹面内通以压缩空气，使大部分气体封存在船底，当然难免还有一小部分气体随船体的移动从船底边缘逃逸出去。
这类技术主要应用在低速运输船上，如驳船、货船和大型油船。
在我国黑龙江水运科学研究所研究的垫气驳就属于这一类，并于1982年在黑龙江航运的驳船上应用成功。
在正常运营航速（Vs=9km/h）下，阻力可比原船型减小30%，而消耗在压缩空气上的功率只占总功率的3%，节能效果十分显著。
第二种思路是将船底下的一层薄薄的气膜扩展成一个增压气室，最终将演变成侧壁式气垫船，成为另一类高性能船型。
80年代以来，前苏联、法国、美国、澳大利亚、荷兰等国把气幕减阻技术拓展到高速船上，建造了实艇并投入航运。
英国、日本、韩国等也相继开展了研究设计工作，但未见到实船下水的报导。
气幕减阻技术进入90年代，尤以俄罗斯的研究设计工作最为突出，他们将其作为继水翼艇之后的新一代高性能船型走俏国际航运市场。
气泡高速艇艇底气穴形态及减阻机理研究
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｎ ａ ｖ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ３ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
网络出版地址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍ ｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ２ ３ ． １ ３ ９ ０ ． Ｕ ． ２ ０ １ ２ １ ２ ２ ６ ． １ ６ ３ ０ ． ０ ０ ３ ． ｈ ｔ ｍｌ
中图分类号 ： Ｕ ６ ３ １ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ６ － ７ ０ ４ ３ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ － ０ ０ ５ １ － ０ ７
第３ ４卷第 １ 期
２ ０ １ ３年 １ 月
哈
尔 滨
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程
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学
学
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Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎ ｏ． １
ｏ ｆ Ｈａ ｒ ｂｉ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ｌ ａ
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ３
气 泡 高 速 艇 艇 底 气 穴 形 态 及 减 阻 机 理 研 究
ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ｉ ｆ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ａ ｂ ｉ ｇ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ａ ｉ ｒ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ ｗ ａ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｉ ｒ ｉ ｎ ｔ ｏ ａ ｔ ｒ ｉ ｉ ｆ —
气泡减阻技术研究进展
９ 年代以来 ， ０ 日本许多学者开始 了微气泡控 制湍流边界层减阻的试验研究 ， 其中比较有代表性
的是广 岛大学工学部和石川岛播磨重工业株 式会社
技术研究所所进行的平板及 回转体减阻的试验研
】９ ０
第 ６期
船
海
工
程
第４ ０卷
究， 试验结果 与苏 联及美 国大体一 致。近 １ ， ０来 日
１９ ９ ９年王 家 楣 教 授 在 试 验 中创 造 性 采 用 多
２ 大 气泡 减 阻技 术研 究概 况
高速 气泡 船是在 前苏联 列 宁格勒 的克雷 洛夫
研 究 院研 究成 功 的。他 们 自 １６ ９ １年 开 始 就研 究 人 工气泡 在滑 行艇上 的稳定 性 问 题 ，９ ５年 开始 １８
船 舶 的总 阻力 。微 气 泡减 阻 是通 过某 种 方 式在 船
上 首 次使用 空 气润 滑 ， 过艏部 的小 孔注 入空气 ， 通 最 终 未能在 船底 得 到一层 稳定 的气 泡层 。
最早 的试 验工 作 始 于 １ ７ ９ ３年 ， Ｍ Ｃ ｒ ｉｋ 由 ｃ ｏｍ ｃ
和 Ｂ ａａｈｒｙ 完成 ， 拖 曳 回转 体 上 环 绕 铜 导 ｈｔ ｃａ ａ ｔ ｙ 在 线 ， 以此 作为 阴极 通过 电解 而产生 氢气 泡 ， 低 并 在 速 时 阻力 降低 ５ ％ ， 由于 模 型形 状 和 表 面缠 绕 ０ 但 导 线 的影 响 ， 动很容 易 发生分 离 。 流 １７ ９５年前后 ， 联 的研 究 人员 研 究 了微 气 泡 苏 减 阻 的影 响因 素 ， 面摩 阻减 少高 达 ８ ％ 。气 泡 表 ０ 体 积浓 度 、 径 等 对 减 阻 影 响较 大 。微 气 泡 大 量 孔 集 中在 湍流 边界 层 中是 导 致阻力 减少 和湍 流改 善 的原 因 ， 孔径 为 １～ ｘ 的多 孔平 板 减 阻效 果最 ３Ｉ ｍ 佳 ，Ｏ～１０ ｍ时 阻力不 会减 少 。 ５ ０
低速船舶微气泡减阻数值研究
低速船舶微气泡减阻数值研究
赵晓杰;宗智;王加夏;洪智超;胡俊明
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2024(28)3
【摘要】为了研究船舶微气泡减阻规律,本文基于OpenFOAM中两相欧拉数值模型,对低速散货船进行微气泡减阻数值研究。
对气液两相分别建立控制方程,考虑五种相间作用力及气泡聚合和破碎,采用考虑气泡影响的改进k-ε湍流模型,忽略自由面影响,采用叠模模型研究喷气量、气泡直径、航速及吃水等因素对船舶微气泡减阻的影响,分析气体体积分数、湍流粘度和气泡直径分布等。
结果表明:微气泡可以同时减少船舶摩擦阻力、粘压阻力和总阻力;喷气量直接影响减阻率,喷气量越大,减阻率越高;较小气泡的平均气体体积分数较大且气体分布更均匀,同时湍流运动粘度较小,可以更有效减阻;气泡沿着流向会聚并,气泡越小聚并越剧烈;较高航速和小吃水更有利于减阻。
【总页数】11页(P368-378)
【作者】赵晓杰;宗智;王加夏;洪智超;胡俊明
【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院;大连理工大学船舶工程学院;工业装备结构分析国家重点实验室;江苏省船舶与海洋工程装备技术创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.船舶微气泡减阻数值试验研究
2.船舶微气泡润滑减阻的研究进展与数值模拟
3.不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究
4.二维船舶微气泡减阻数值模拟
5.船舶吃水对微气泡减阻影响的水池试验研究
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基于水中气泡特性的舰船应用技术
基于水中气泡特性的舰船应用技术随着科学技术的发展，人们对水中运动的研究也日益深入。
其中，水中气泡特性的应用技术已经成为了舰船设计和制造领域的重要研究方向。
水中气泡的应用，不仅可以降低船体触水阻力、减少水面波浪和噪音，还可用于船舶装备和潜水器的推动及控制等方面。
本文将阐述水中气泡的特性及其应用技术。
首先，介绍水中气泡的特性。
水中气泡是指由空气或其它气体形成的在水中自由悬浮的小气泡。
水中气泡的存在可以有效地减小水的密度，从而降低水的阻力。
另外，水中气泡的密度较小、体积较小，使其不易被水流冲刷或消解，可以减少水波的反射和传播。
而水中气泡的运动也具有一定特点，例如大小不一、随机运动、容易聚集等，这些运动特性对水中气泡的应用技术有重要的影响。
其次，阐述水中气泡的应用技术。
舰船方面，利用水中气泡技术可以降低船体的阻力、提高航速、减少燃料消耗。
具体方法包括在船体底部喷射水中气泡，形成气泡层从而降低船体摩擦阻力；在船体周围喷射水中气泡，减小水线面积，减轻波浪影响；通过在推进装置后方加设水中气泡喷射装置，改善水流状况，提高水流速度，从而提高航速。
这些技术可以大幅降低船体运动时的阻力，提高船体的效能。
潜水器方面，利用水中气泡技术可以控制潜水器的深度和位置。
具体方法为在潜水器周围喷射气泡，在水中产生浮力，从而使潜水器浮升至指定深度。
此外，利用水中气泡控制的方法可以实现潜水器的移动、旋转和停止等操作。
在装备方面，利用水中气泡技术可以改善船舶装备的性能。
例如，在液压、气动等装置中注入水中气泡，可以改善装置的传动性能，降低传动噪声，减少装置故障。
总之，水中气泡特性的应用技术已经成为了舰船设计和制造领域的重要研究方向。
利用水中气泡技术，可以大幅降低船体的阻力、提高船体效能，控制潜水器的深度和位置，改善船舶装备的性能，推动船舶和潜水器的创新发展。
未来，水中气泡的应用技术将会得到更加广泛的应用和深入的研究。
水中气泡技术的应用涉及到船舶、潜水器、海洋工程等领域，其应用的具体效能和贡献也需要通过相关数据进行量化和分析。