專利名稱：高速船舶的船體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速滑行艇，具體來(lái)說(shuō)，涉及在這種船中可降低流體動(dòng)力阻力及水動(dòng)力穩(wěn)定性的船體。
現(xiàn)有技術(shù)的滑行艇具有下述缺陷1)最小阻力所需要的入射升力中心隨速度相差大地改變。應(yīng)付這個(gè)問(wèn)題已有很多方法，包括在尾板上裝配可變的調(diào)整片，以及調(diào)平螺旋槳以提供平衡力矩。這些方法對(duì)性能具有負(fù)面影響。
2)在高速時(shí)現(xiàn)有技術(shù)的船體易于縱向不穩(wěn)定。在高的入射角下，大多數(shù)這種船體易于顛動(dòng)，同時(shí)這種船體，特別是凸形進(jìn)至基本平的后部的船體易于在低入射角下不穩(wěn)定。
3)現(xiàn)有技術(shù)的V形船體，由于多種原因，其升力面以不佳的升力與阻力比工作。這種船體一般具有基本呈三角形的低長(zhǎng)寬比，跨距2/面積，其中跨距是升力面的橫向?qū)挾?，面積是升力面的面積。這會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的末端損失。另外，由于導(dǎo)致高的噴射阻力和興波阻力的‘L’值高，弗勞德數(shù)(Vs/(g×L))低，其中，‘L’是表面的縱向長(zhǎng)度。另外，由于V形進(jìn)入角，噴射板橫向突出，因而一般不被拖帶在升力面下面。
4)在高速下，水力墊升力中心最好是布置得靠近尾板，而空氣動(dòng)力升力中心通常位置靠近船舶的中心，在水力墊升力中心前某一相當(dāng)大的距離處。這可導(dǎo)致空氣動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定，公知的后果在于，使這種船舶具有在波浪中或者如果在過(guò)大的平衡角下航行產(chǎn)生向后迅速翻轉(zhuǎn)的傾向。
5)許多公知的船體具有“掘進(jìn)(dig-in)”，同時(shí)在高速下，特別是在波浪條件下轉(zhuǎn)向的傾向。這可能使升力矢量在重心下面經(jīng)過(guò)，因而會(huì)使船舶側(cè)翻。對(duì)于深的V形船體來(lái)說(shuō)，由于其難于在這種條件下高速駕駛，尤其會(huì)產(chǎn)生這種問(wèn)題。
6)在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向中，向心力，以及船舶轉(zhuǎn)向所需要的由螺旋槳或舵所施加的側(cè)向力必須由船體產(chǎn)生的相等的力平衡。V形滑行船體不適于很好地提供這種側(cè)向力，而實(shí)際上可能引起相當(dāng)大的阻力，在船體產(chǎn)生的流動(dòng)可能引起向螺旋槳的紊亂的進(jìn)入狀態(tài)，從而產(chǎn)生推力損失。
近年來(lái)，已經(jīng)提出對(duì)滑行船體的許多改進(jìn)，以便減小升力中心的位置隨速度的變化，以及改進(jìn)水動(dòng)力穩(wěn)定性。這些改進(jìn)的實(shí)例是US4903626(Haines)、US5111767(Hainses)和US5685253(Alexander)，這些實(shí)例都顯示出在后部尾板中的通透切口，從而使設(shè)計(jì)升力面的水動(dòng)力升力中心前移。這具有在設(shè)計(jì)速度上使水動(dòng)力升力中心與重心垂向?qū)?zhǔn)的效果，因而在設(shè)計(jì)速度上對(duì)向下的平衡力的要求被取消。另外，得到的縱向延伸的升力表面有助于縱向穩(wěn)定性，并且有助于減小顛動(dòng)的起始。這種類型的船體在抬離(lift off)速度(有時(shí)也稱為滑行速度)上仍需要正(向上)平衡力施加在船尾，以便克服由于水動(dòng)力升力中心在重心之前引起的力矩，導(dǎo)致一個(gè)升力表面，該升力表面具有兩個(gè)產(chǎn)生相當(dāng)大的水動(dòng)力阻力的向后延伸的窄腿部。
本發(fā)明的一個(gè)目的是避免或盡量減小上述的一個(gè)或多個(gè)缺陷。
按照本發(fā)明的第一方面，提供船舶的船體，其中船體的重心與船體的外力表面的水動(dòng)力升力中心在抬離速度和在設(shè)計(jì)速度上都基本垂向?qū)?zhǔn)。重心和水動(dòng)力升力中心最好在抬離和設(shè)計(jì)速度之間的所有船體速度及更高的速度都基本對(duì)準(zhǔn)，并且在低于抬離的船體速度(即位移速度)也基本垂向?qū)?zhǔn)。
這樣的船體的優(yōu)點(diǎn)在于，可改進(jìn)水動(dòng)力穩(wěn)定性，并且無(wú)需平衡裝置。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種船舶的船體，該船體在設(shè)計(jì)速度上，最好也在抬離速度上具有相對(duì)較高的長(zhǎng)寬比。在設(shè)計(jì)速度上該船體的長(zhǎng)寬比最好在2.5至5.0的范圍內(nèi)。在抬離速度上該船體的長(zhǎng)寬比最好在1.5至2.5的范圍內(nèi)。
在設(shè)計(jì)速度船體的浸濕面積的前緣沿船體長(zhǎng)度的至少一個(gè)部分，最好是一個(gè)大的部分最好基本垂直于船體的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)方向，因而船體在使用中可產(chǎn)生的一個(gè)噴流幕(spray sheet)基本向前伸出，使船舶騎乘在噴流幕上，其優(yōu)點(diǎn)在于，在噴射中攜帶的空氣傾向于減少在船舶向前騎乘在噴流幕上時(shí)的表皮摩擦。
船體最好形成和布置得，如果裝有這種船體的船舶縱搖使船舶的船頭抬升，那么，水動(dòng)力升力中心(Cp)當(dāng)船尾變得浸入時(shí)急劇向后移動(dòng)。由于然后船體重心(Cg)在水動(dòng)力升力中心(Cp)之前，因而船舶的重量將向船舶施加一個(gè)復(fù)原力矩，使船舶穩(wěn)定。有利的是，船舶也可以形成和布置得，如果裝有這種船體的船舶縱搖使船頭下降，則水動(dòng)力升力中心(Cp)急劇前移。由于然后船體重心(Cg)在水動(dòng)力升力中心(Cp)之后，船舶的重量將再次向船舶施加一個(gè)復(fù)原力矩。這些特征傾向于減小縱向不穩(wěn)定性及船體的顛動(dòng)。
船體在平面圖中最好基本呈三角形，包括一個(gè)中心部分和兩個(gè)側(cè)翼部分。每個(gè)側(cè)翼部分從船舶中心部分有利地橫向且向后延伸，以便在其間鄰近于船體中心部分的艉板限定一個(gè)敞口區(qū)域。如果需要，船體可以附加地包括一個(gè)覆蓋上述敞口區(qū)域的覆蓋部分，只要覆蓋部分下面的區(qū)域很好地通氣即可。
船體最好設(shè)有安裝在船體中心部分的艉板上的兩個(gè)螺旋槳。螺旋槳最好是國(guó)際專利申請(qǐng)第PCT/GB/0038號(hào)所描述和要求保護(hù)的那種類型的。
船體內(nèi)最好可裝有一個(gè)突然下掠(abruptly downswept)后緣部分。該后緣部分最好在整體內(nèi)整體形成，或者可以方便地以后部折翼裝置的形式提供，安裝在船體的后端，該折翼裝置從船體以45°以上的角度、最好以基本為90°的角度(在設(shè)計(jì)條件)伸向自由水面。這種折翼裝置在我的與本申請(qǐng)同時(shí)提交的、題為“滑行及半滑行艇的船體”的英國(guó)專利申請(qǐng)中詳述，該專利申請(qǐng)的內(nèi)容在本說(shuō)明書中用作參考。折翼裝置最好在船體的中心部分的艉板的全寬上延伸，最好也在船體后部限定敞口區(qū)域的每個(gè)側(cè)翼部分內(nèi)部后緣的全長(zhǎng)上延伸。折翼裝置的弦長(zhǎng)最好是可變的。在船體中心部分的艉板處的折翼裝置的弦長(zhǎng)最好可與側(cè)翼部分的內(nèi)部后緣處的弦長(zhǎng)獨(dú)立地變化。
船體的中心部分可以包括一個(gè)突出部分，該突出部分最好包括一個(gè)前表面，該前表面從船體的突部向后、向下伸向船體中心部分的后端部分，并在其縱向剖面中稍許向上彎曲(cambered)，因而使船體使用中所述前表面相對(duì)于水面的角度沿所述突出部分的長(zhǎng)度向船體的所述后端部分逐漸減小。這個(gè)特征也已在包括在本說(shuō)明書中的我的題為“滑行和半滑行艇的船體”的英國(guó)專利申請(qǐng)中詳細(xì)描述。
每個(gè)側(cè)翼部分最好在其橫剖面中稍許向上彎曲，因而使每個(gè)側(cè)翼部分的下側(cè)面相對(duì)于水面的角度從側(cè)翼部分的末端沿側(cè)翼部分的橫向?qū)挾戎饾u減小。每個(gè)側(cè)翼部分在其縱剖面中最好也同樣稍許向上彎曲。
本發(fā)明的船體的向上彎曲表面可顯著減小側(cè)向阻力，因而在轉(zhuǎn)向時(shí)減小船體“掘進(jìn)”的傾向。
船體還可包括一個(gè)鰭板或龍骨，其形狀和布置使其側(cè)向阻力中心在垂向上基本與船體重心對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)不需要時(shí)，鰭板可縮回以減小阻力。
按照本發(fā)明的第三方面，提供一種裝有上述船體的船舶。
現(xiàn)在對(duì)照以下附圖僅以舉例方式描述本發(fā)明的推薦實(shí)施例。


圖1是以亞滑水速度工作的現(xiàn)有技術(shù)的滑行船體的側(cè)視圖；圖2表示圖1的船體以其設(shè)計(jì)速度和姿態(tài)工作；圖3是改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)船體的平面圖；圖4是圖3的船體的側(cè)視圖；圖5是按照本發(fā)明的船體的從上方看去的立體圖；圖6是圖5的船體的側(cè)視圖；圖6A是船體一部分的示意側(cè)視圖；圖6表示船體產(chǎn)生的噴流幕；圖7是圖5和6的船體的平面圖，表示其升力表面，為清晰起見略去了后部折翼和螺旋槳；圖8以平面圖表示圖6的船體；圖9以后視圖表示圖6的船體；圖10是圖6的船體的下側(cè)立體圖11是裝有折角線船體(chine hull)和折疊翼(fold-up wing)的本發(fā)明實(shí)施例；圖12(a)是沿BB線截取的圖11的船體的橫剖圖，表示折疊翼處于其下部位置；圖12(b)是沿AA線截取的圖11的船體的橫剖圖。
現(xiàn)有技術(shù)船體形狀的描述圖1表示船體1以低于抬離速度(抬離是船舶達(dá)到其最小滑行速度時(shí)的那一點(diǎn))工作。自由水面2由于船體產(chǎn)生的方形波浪而變形。船體在其進(jìn)入點(diǎn)3具有相對(duì)于自由水面2的正入射角α1。水動(dòng)力升力中心Cp(也稱為“升力中心”或“壓力中心”)在重心Cg之前，所產(chǎn)生的順時(shí)針力矩由于布置得使螺旋槳4產(chǎn)生的推力T的方向產(chǎn)生一個(gè)圍繞Cp的相等的逆時(shí)針力矩而得到平衡?；蛘?，艉板折翼可裝配得使升力中心向艉部移動(dòng)，因而與重心Cg在垂向上對(duì)準(zhǔn)。
圖2表示同一船體1以其設(shè)計(jì)速度工作。這時(shí)自由水面2被船體變形要小得多。船體在其進(jìn)入點(diǎn)3具有相對(duì)于自由水面2的正入射角α1?，F(xiàn)在升力中心Cp在重心Cg的后面，所產(chǎn)生的逆時(shí)針力矩由于布置得使螺旋槳4產(chǎn)生的推力T產(chǎn)生一個(gè)圍繞Cp的相等的順時(shí)針力矩而得到平衡。或者，艉板折翼可被調(diào)節(jié)以提供一個(gè)負(fù)升力，從而使升力中心Cp前移，因而與重心Cg垂向?qū)?zhǔn)。
圖3表示US5685253中提出的那種船體1的平面圖，圖中表示在船體的抬離速度和設(shè)計(jì)速度上船體升力表面的一半。圖4是上述相同表面的側(cè)視圖。后綴1是指在設(shè)計(jì)速度的值，后綴2是指滑行速度(即，抬離速度度)的值。在設(shè)計(jì)速度上，船體1以入射角α11與自由水面21相交，升力中心為Cp1，滑水面積(即，未被船體擾亂的水面的平面相交面積)為A1并具有跨度S1。重心Cg與升力中心Cp1垂向?qū)?zhǔn)。在抬離速度上，升力表面的面積A2要大得多，但是，跨度S2只是或多或少地增加。在這種情形中，升力中心Cp2顯著在重心Cg之前，因而船體需要借助某種裝置平衡。抬離入射角α12一般顯著比設(shè)計(jì)入射角α11大以提供增加的升力系數(shù)。
具體實(shí)施方式
圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)推薦實(shí)施例的船體的從上方看去的立體圖。圖6是船體的側(cè)視圖。如圖5所示，船體1基本呈三角形，具有一個(gè)中心部分1a和兩個(gè)側(cè)翼部分1b。1c。每個(gè)側(cè)翼部分1b，1c有后端部分2b，2c，在船體中心部分1a的艉板3后面向后伸出，側(cè)翼部分1b，1c的后端部分在船體后部限定一敞口部分5，相鄰于船體的中心部分的艉板3?；境嗜切蔚拇w通過(guò)將空氣動(dòng)力升力中心Ca比現(xiàn)有技術(shù)的情形更顯著向后移動(dòng)而提供良好的空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。圖5的船體與圖3的船體相比較，可以看出本發(fā)明的船體的敞口部分或“切口”5相對(duì)于船體的全長(zhǎng)和全寬來(lái)說(shuō)在長(zhǎng)度和寬度上比現(xiàn)有技術(shù)的船體提供的敞口部分更深、更亮?？諝鈩?dòng)力升力中心在圖5的船體中比在圖3的船體中更顯著向后，如圖所示。另外，圖5的船體的中心部分1c的突部1d比圖3的船體的銳利的V形突部更寬和更鈍得多。
在圖6的推薦實(shí)施例中，船體中心部分1a下側(cè)的前部稍許彎曲，如我的與本申請(qǐng)同時(shí)提交的上述另一申請(qǐng)中所述，因而所述前表面相對(duì)于水面的角度沿所述突部的長(zhǎng)度朝向船體的所述后端部分逐漸減小。
在這個(gè)推薦實(shí)施例中，一個(gè)后部折翼20也固定在船體1上，與設(shè)計(jì)水面21成90°角。折翼20構(gòu)成船體中心部分1a的艉板3，并沿著側(cè)翼部分1b，1c的兩個(gè)伸出部分2b，2c的內(nèi)緣6b，6c的全長(zhǎng)延伸，橫過(guò)其后緣7b，7c。如PCT申請(qǐng)第PCT/GB99/00388號(hào)所述的可變表面螺旋槳22，22a由可變速電機(jī)24，24a通過(guò)用螺栓固定在折翼20上的減速齒輪箱23，23a驅(qū)動(dòng)。(不安裝圖5所示的折翼20的其它實(shí)施例也是可能的。在這種情形中，齒輪箱23，23a將安裝在船體中心部分1a的后端上。)船體顯然能夠以小的側(cè)向推力以平衡在船體轉(zhuǎn)向中由螺旋槳使用的任何側(cè)向力，圖6中(用虛線表示)的翼片或龍骨50可能需要用來(lái)提供任何這樣的側(cè)向推力。事實(shí)上，可變表面驅(qū)動(dòng)螺旋槳22，22a可以通過(guò)增加一個(gè)螺旋槳的推力，同時(shí)減小另一個(gè)螺旋槳的推力來(lái)提供轉(zhuǎn)向力矩，在這種情形中，螺旋槳作用在船體上的側(cè)向力很小或沒(méi)有。每個(gè)側(cè)翼的下側(cè)面50b，50c在其橫、縱剖面中都稍許彎曲，使每個(gè)側(cè)翼的下側(cè)面與水面的夾角沿側(cè)翼的橫向和縱向長(zhǎng)度分別從每個(gè)翼的末端10b，10c向著船體的中心部分，以及從每個(gè)翼的后緣7b，7c向著每個(gè)翼的前端逐漸減小。
圖7是船體1的下側(cè)面的示意平面圖，表示船體1在滑行速度和設(shè)計(jì)速度上的升力表面。為了避免混亂，已從圖7中略去后部折翼20和螺旋槳。另外，后綴1是指設(shè)計(jì)速度上的值，后綴2是指抬高速度上的值。如圖6所示，在設(shè)計(jì)速度上，船體1在圖6中點(diǎn)31處以角α11與自由水面21相交，船體的水動(dòng)力升力中心Cp沿設(shè)計(jì)升力面積A1的弦Cl大致在中間，并在垂向上與船體的重心Cg對(duì)準(zhǔn)?？諝鈩?dòng)力升力中心Ca在水動(dòng)力升力中心Cp前面，事實(shí)上，處于船體1的上方。Ca相對(duì)于船體的垂向位置表示在圖6中。在設(shè)計(jì)速度上，滑水面積為A1，具有跨度S1。通過(guò)對(duì)照?qǐng)D3和圖7可以看出，在設(shè)計(jì)速度上的長(zhǎng)寬比(S2/A)，圖7的船體比圖3和4的現(xiàn)有技術(shù)的船體的情形大得多。另外，應(yīng)注意的是，在設(shè)計(jì)速度上的升力面積基本呈細(xì)長(zhǎng)方形，沒(méi)有任何像在圖3的船體中的設(shè)計(jì)升力面積的那種向后延伸的細(xì)長(zhǎng)腿部。
在抬離速度上，船體1在點(diǎn)32以角α12與中途沿船體長(zhǎng)度的水面22相交。因此，可以看出，船體的前部在抬離速度上并不接觸水面。升力表面面積A2和跨度S2都大于A1和S1(分為在設(shè)計(jì)速度上，即，在船舶被設(shè)計(jì)工作的速度上的升力表面面積和跨度)，然而，雖然在抬離速度上的長(zhǎng)寬比(S12/A1)低于設(shè)計(jì)條件的長(zhǎng)寬比(S22/A2)，但與圖3和4所示現(xiàn)有技術(shù)船體的長(zhǎng)寬比相比較，它仍是較高的。如圖7所示，抬離和設(shè)計(jì)升力面積A2，A1的形狀使得它們的中心是重合的。因此，在抬離時(shí)的升力中心Cp2與在設(shè)計(jì)速度上的升力中心Cp1是重合的。應(yīng)注意的是，在圖7的船體中，在抬離速度上的升力面積A2基本更呈U形而非V形，具有一個(gè)寬厚的前部P和兩個(gè)向后延伸的腿部Q，R。在圖5，6和7的船體1中，在抬離和設(shè)計(jì)狀態(tài)下升力中心Cp都仍與重心Cg垂向?qū)?zhǔn)。入射角α12大于α11，以便提供增加的升力系數(shù)，但是，船體1的姿態(tài)仍未明顯改變。推力T最終與壓力中心Cp對(duì)準(zhǔn)，圍繞壓力中心提供小的力矩。
在圖7中的橫向直線12是前緣28的前部，在那里水線面在設(shè)計(jì)條件會(huì)合船體，相應(yīng)于圖6中的點(diǎn)31。在圖7中，上述直線12垂直于船體的縱軸線X，但是，在其它的可能實(shí)施例中，前緣28可以追循基本橫過(guò)其長(zhǎng)度的主要部分的其它路徑，如圖5中虛線所示的曲線路徑。從圖5可看出，在設(shè)計(jì)點(diǎn)的升力表面的跨度S1相對(duì)于其弦Cl(即，船體在縱向上的浸濕長(zhǎng)度)來(lái)說(shuō)是大的，而且基本在橫向上的直線12將使圖6A所示噴流幕26基本向前伸出，使船舶騎乘在其上。在實(shí)踐中，如果角α11小，那么，產(chǎn)生的噴流量小，但仍足以使在船體騎乘在其上時(shí)產(chǎn)生的攜帶的空氣明顯地減小摩擦阻力。大的長(zhǎng)寬比的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在浸濕部分的前緣(以及在下面對(duì)照?qǐng)D7描述的船體的推薦實(shí)施例中，也在浸濕部分的后緣)產(chǎn)生的壓力峰值，在大部分跨度上將明顯地仍處在它們的兩個(gè)理論尺寸值上。由于存在包圍設(shè)計(jì)升力面積A2的抬離的升力面積A2的部分27，在設(shè)計(jì)升力面積A1的前緣28上壓力減小而產(chǎn)生的末端損失與相同長(zhǎng)寬比的機(jī)翼的末端損失相比顯著被減小。
在抬離速度，浸濕部分的前緣11的前部11b(該前部相應(yīng)于圖6中的點(diǎn)32)的范圍最好使其橫過(guò)浸濕跨度S2的大部分，從而使船舶像以前那樣騎乘在向前伸出的噴流幕上。在這種情形中，前緣11的后部11a急劇向后彎曲，彎成一個(gè)末端部分11c。線11的精確形狀可以確定，以便使船的平行最佳化，并使浸濕面積最小。例如，它可以以較陡的角度后掠，然后外掠，以便在尾部形成一個(gè)小翼，如圖7中線11a所示?？v向穩(wěn)定性從圖5，6和7可以看出，如果船舶前后顛簸，使其船頭抬起，那么，當(dāng)船舶尾部31變得浸入時(shí)，水動(dòng)力升力中心Cp將急劇向后移動(dòng)。這時(shí)重心Cg顯著在水動(dòng)力升力中心Cp前面，船舶的重量將施加一個(gè)強(qiáng)大的恢復(fù)力矩來(lái)穩(wěn)定船舶。升力中心的這種后移也具有減小螺旋角(Pitch angle)的效果。
在船頭32下降的情形中，浸濕面積12的前緣將迅速前移，在船體1具有一縱截面，其中船體的中心部分1a的前表面呈基本輕微彎曲的形狀(如前所述)的情形中，船體將傾向于向前搖動(dòng)，使水動(dòng)力升力中心Cp迅速前移，而入射角α11明顯地保持不變。船體的基本呈三角形的形狀，及其大的長(zhǎng)寬比使水動(dòng)力升力中心Cp對(duì)于入射角3或4度的變化來(lái)說(shuō)可以典型地移動(dòng)從船舶長(zhǎng)度的60％至100％。對(duì)于小的螺旋角變化來(lái)說(shuō)，水動(dòng)力升力中心向前或向后的這種顯著移動(dòng)使船舶在前后顛簸中極為穩(wěn)定?？諝鈩?dòng)力學(xué)穩(wěn)定性雖然圖5和6中顯示的船體的船尾缺口(敞開區(qū)域5)是敞開的，但是它也可以方便地鋪上甲板或以其它方式覆蓋，只要形成的空間仍可良好地通透即可。覆蓋該缺口將具有使空氣動(dòng)力升力中心Ca進(jìn)一步后移的作用。尾翼或龍骨30也可以為此目的而設(shè)置。在船體開始前后顛簸，使空氣動(dòng)力升力增加(例如，使船舶采取一個(gè)大的沖角(angleof attack)的大風(fēng)和/或浪的條件)的情形中，當(dāng)船尾31變得浸入時(shí)，水動(dòng)力升力中心Cp將急劇后移。如果船舶施加一個(gè)強(qiáng)大的恢復(fù)力矩以穩(wěn)定船舶，防止其后翻，那么，此時(shí)重心Cg顯著在水動(dòng)力升力中心前面。轉(zhuǎn)向尾翼50的結(jié)構(gòu)使其自身的重心垂向地與其自身的水動(dòng)力升力中心對(duì)準(zhǔn)。尾翼50以低的滑動(dòng)角工作，在轉(zhuǎn)向操縱中產(chǎn)生很小的阻力。尾翼也以低的偏流速度工作，只對(duì)向著螺旋槳的水流有極小的影響。尾翼50也是可縮回的，當(dāng)不需要時(shí)即可縮回。
折翼20的位置可相對(duì)于船體1調(diào)節(jié)，以便提供可變的折翼弦長(zhǎng)，這在我的與本申請(qǐng)同一天提出的上述另一英國(guó)專利申請(qǐng)中描述。四個(gè)低壓液壓致動(dòng)器21在折翼前、后提供不同的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)裝置(未畫出)可有利地用于調(diào)節(jié)齒輪箱23，23a相對(duì)于折翼20的高度。
圖8是圖7的實(shí)施例的平面圖。圖9是同一實(shí)施例的后視圖，從該圖可以看出，兩個(gè)側(cè)翼部分2b，2c分別相對(duì)于船體的中心部分1a的下側(cè)面36向上傾斜一個(gè)角Δ。該角Δ選擇在2至10度的范圍內(nèi)，這樣就可在抬離和設(shè)計(jì)點(diǎn)提供適當(dāng)?shù)目缍龋约霸谵D(zhuǎn)向操縱中使船體具有順利的進(jìn)入條件。
圖10是圖6實(shí)施例下側(cè)的立體圖，從該圖可以看出順風(fēng)線，以及未設(shè)置阻力產(chǎn)生附體。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在上述圖5的實(shí)施例中的船體寬度一般比公知的現(xiàn)有技術(shù)大，從而可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的較高的長(zhǎng)寬比，也可增加船體的弗氏值，以及提供提高了的升力/阻力比值。寬的船體也有助于在轉(zhuǎn)向操縱中提供有利的進(jìn)入狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，按照本發(fā)明的船體的船體長(zhǎng)度與船體寬度的比值處于從小型游覽艇的1.75至大型船舶的3.0或更大之間的范圍內(nèi)。
可以看出，在上述的按照本發(fā)明的船體中，船體的結(jié)構(gòu)使升力和阻力基本與船舶的航向角ε即，如圖8所示的行程的實(shí)際方向與船舶縱軸線的夾角無(wú)關(guān)。實(shí)際上，(幾度的)小的航向角并不產(chǎn)生對(duì)船體縱向剖面的任何顯著變化。這主要是由于船體的頭部的圓形和鈍頭形狀設(shè)計(jì)得使在任何點(diǎn)位上船體的截面都很類似于船體的縱截面的緣故，因而在船舶航向角的全部向前的值上都可提供順利的進(jìn)入而不產(chǎn)生正壓力系數(shù)的負(fù)值。
圖示的船體實(shí)施例基本是用于小型電動(dòng)游覽滑行艇，不過(guò)，本發(fā)明的船體也可用于其它類型的船舶。折角線船體可以混合進(jìn)圖示船體形式的頂部，其中為了居住空間或貨物儲(chǔ)存空間等需要較大的容積。圖11示意地表示這樣的船體40，它具有下部的船體部分41和與其混合的折角線船體42。帶有折疊翼1b。1c即水翼的船體，或帶有折疊的船尾延伸部的船體也是可以的，這是為了使船體的梁或長(zhǎng)度可被減小，從而滿足停泊處的要求、橫過(guò)巴拿馬運(yùn)河的允許寬度等。圖11的船體具有一對(duì)這樣的折疊翼43b，43c和一個(gè)船尾延伸部46。圖12表示的船舶帶有在其降下位置44b，44c上的翼。當(dāng)需要減小船體的寬度和/或長(zhǎng)度時(shí)，每個(gè)翼可抬升至其存放位置45b，45c。
還可以看出，雖然本發(fā)明的船體已被設(shè)計(jì)得在抬離和設(shè)計(jì)速度上使其重心Cg和水動(dòng)力升力中心Cp基本垂向?qū)?zhǔn)，但是，在裝有船體的船舶的實(shí)際工作中，Cg和Cp的垂向?qū)?zhǔn)的小的偏差是允許的，在某些情形中也是不可避免的。例如，雖然船體的部分可變載荷(如燃油箱)可以設(shè)置得靠近重心，但是，其余的可變載荷可設(shè)置在其它部位，這就意味著重心的精確位置在船體實(shí)際使用中往往是有某種程度的改變的。一般來(lái)說(shuō)，折翼弦長(zhǎng)、船體弦長(zhǎng)和船體姿態(tài)(平衡角)在上述情形中可能改變，以便使升力/阻力比值最佳化，同時(shí)保持穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)(為此目的，可以設(shè)置一個(gè)“靈巧的”控制器)。
作為重心Cg相對(duì)于Cp的位置的允許改變的實(shí)例，對(duì)于小型游艇來(lái)說(shuō)，我們提出Cg相對(duì)于Cp的位置變化(水平)(在抬離和設(shè)計(jì)速度)達(dá)到船舶長(zhǎng)度的大約3％會(huì)導(dǎo)致的船舶姿態(tài)(平衡角)的變化大約只是0.3度。
顯然，升力中心Cp相對(duì)于重心Cg的位置至少在某種程度上取決于包括在任意時(shí)刻作用在船舶上的螺旋槳推力、慣性力、空氣動(dòng)力學(xué)升力和阻力的力引起的力矩。對(duì)于所有的很高速度的船舶或以很大的入射角工作的輕型船舶來(lái)說(shuō)，作為在船舶上的空氣動(dòng)力學(xué)力矩是不大的，推力力矩也理想地很小，慣性力矩除了輕型艇迅速加速時(shí)以外也是很小的。盡管如此，在大多數(shù)情形中，在壓力中心的運(yùn)動(dòng)通過(guò)船體姿態(tài)(Cp，平衡角)的小的變化可以被注意到，以便修改升力表面的形狀，從而改變升力中心Cp。在設(shè)有精巧的控制器系統(tǒng)的情形中，可以通過(guò)改變折翼位置，從而改變升力系數(shù)和升力中心Cp的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)?；蛘?，通過(guò)上述兩種方式來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
同樣，對(duì)于在設(shè)計(jì)速度上，通過(guò)使船舶稍許向前傾斜以前移水動(dòng)力升力中心Cp，或者通過(guò)使船舶稍許向后傾斜以便后移升力中心，可以改變重心的位置?；蛘撸梢陨栽S減小折翼弦長(zhǎng)，這樣可以降低升力系數(shù)，從而增加弦長(zhǎng)并使升力中心前移，或者可以增加折翼弦長(zhǎng)，這樣可使升力中心后移。
對(duì)于任意具體船舶來(lái)說(shuō)，在低于設(shè)計(jì)速度的速度上的升力中心可通過(guò)增加或減小在缺口5的前端及船舶后部的折翼弦長(zhǎng)而改變。增加折翼弦長(zhǎng)可以增加升力，因而通過(guò)增加中心部分1a的折翼弦長(zhǎng)及減小翼部的弦長(zhǎng)，前部中心部分將產(chǎn)生較大升力，而更靠后面的翼部2b，2c將產(chǎn)生較小的升力。其效果就是向前移動(dòng)升力中心(或使船舶向后傾斜)。增加翼部的折翼弦長(zhǎng)及減小船體中心部分的折翼弦長(zhǎng)，這將產(chǎn)生相反的效果。
權(quán)利要求
1.船舶的船體(1)，其中船體的重心(Cg)與船體的外力表面的水動(dòng)力升力中心(Cp)在抬離速度和在設(shè)計(jì)速度上都基本垂向?qū)?zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的船體，其特征在于在抬離速度和設(shè)計(jì)速度之間的，以及更高的所有船體速度上，重心(Cg)和水動(dòng)力升力中心(Cp)基本垂向?qū)?zhǔn)。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的船體，其特征在于在低于抬離速度的船體速度上，重心(Cg)和水動(dòng)力升力中心也基本垂向?qū)?zhǔn)。
4.船舶的船體，其中在設(shè)計(jì)速度上船體(1)的長(zhǎng)寬比(S2/A)在2.5至5.0的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的船體，其特征在于在抬離速度上船體(1)的長(zhǎng)寬比(S2/A)在1.5至2.5的范圍內(nèi)。
6.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的船體，其特征在于在設(shè)計(jì)速度上船體(1)的浸濕面積的前緣(28)沿其長(zhǎng)度的至少一個(gè)部分(12)與船體的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的方向基本成橫向，因而可由船體在其使用中產(chǎn)生的噴流幕(26)基本向前伸出，使船舶騎乘在噴流幕上。
7.如權(quán)利要求6所述的船體，其特征在于在設(shè)計(jì)速度上船體的浸濕面積的前緣(28)沿其長(zhǎng)度的一個(gè)很大的部分(12)與船體的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的方向基本成橫向。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的船體，其特征在于船體(1)在平面圖中基本呈三角形，包括一個(gè)中心部分(1a)和兩個(gè)側(cè)翼部分(1b，1c)。
9.如權(quán)利要求8所述的船體，其特征在于每個(gè)側(cè)翼部分(1b，1c)從所述中心部分(1a)橫向地且向后地延伸，以便鄰近船體中心部分的尾板(3)在兩側(cè)翼部分之間限定一個(gè)敞開區(qū)域(5)
10.如權(quán)利要求9所述的船體，其特征在于船體(1)附加地包括一個(gè)用于覆蓋所述敞開區(qū)域的覆蓋部分。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的船體，其特征在于船體設(shè)有安裝在船體中心部分的尾板(3)上的兩個(gè)螺旋槳(22，22a)。
12.按照權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的船體，其特征在于還包括一個(gè)突然后掠的后緣部分。
13.如權(quán)利要求12所述的船體，其特征在于所述后緣部分與船體整體形成。
14.如權(quán)利要求12所述的船體，其特在于所述后緣部分是以后折翼裝置(20)的形式設(shè)置的，所述折翼裝置在設(shè)計(jì)條件下從船休以大于45°的角度伸向自由水面(21)。
15.如權(quán)利要求14所述的船體，其特征在于所述折翼裝置以基本為90°的角從船體基本向下延伸。
16.如權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的船體，其特征在于所述折翼裝置在船體的中心部分的尾板的整個(gè)寬度上延伸，也橫過(guò)在船體(1)后部限定敞開區(qū)域(5)的每個(gè)側(cè)翼部分(1b，1c)的內(nèi)緣(6b，6c)和后緣(7b，7c)的全長(zhǎng)延伸。
17.如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的船體，其特征在于所述折翼裝置的弦長(zhǎng)是可變的。
18.如權(quán)利要求21所述的船體，其特征在于在船體的中心部分(1a)的尾板(3)上的折翼裝置的弦長(zhǎng)可與翼部的內(nèi)緣和后緣上的折翼裝置的弦長(zhǎng)無(wú)關(guān)地變化。
19.如權(quán)利要求8至18中任一項(xiàng)所述的船體，其特征在于船體的中心部分(1a)包括一個(gè)船頭部分(1d)，該船頭部分包括一個(gè)從船體的頭部向后且向下伸向船體中心部分的后端部分的前表面，該前表面在其縱截面中稍許呈拱形，因而在船體使用中，所述前表面相對(duì)于水面的角度沿所述船頭部分的長(zhǎng)度向著船體的所述后端部分逐漸減小。
20.如權(quán)利要求8至19中任一項(xiàng)所述的船體，其特征在于每個(gè)側(cè)翼部分(1b，1c)在其橫截面中稍許呈拱形，使每個(gè)側(cè)翼部分的下側(cè)面(50b，50c)相對(duì)于水面的角度從翼部的末端(10b，10c)沿翼部的橫向?qū)挾瘸w(1)的中心部分(1a)逐漸減小。
21.如權(quán)利要求20所述的船體，其特征在于每個(gè)側(cè)翼部分(1b，1c)在其縱截面中也類似地稍許呈拱形。
22.如權(quán)利要求8至21中任一項(xiàng)所述的船體，其特征在于每個(gè)側(cè)翼部分(1b，1c)具有一個(gè)下側(cè)面部分，該下側(cè)面部分從2至10度范圍內(nèi)的角(Δ)傾斜于船體的中心部分(1a)的下側(cè)面(36)。
23.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的船體，其特征在于還包括一個(gè)從船體下側(cè)面向下延伸的龍骨(50)，所述龍骨的形成和布置使得龍骨(50)的側(cè)面阻力中心與船體重心(Cg)基本垂向?qū)?zhǔn)。
24.如權(quán)利要求23所述的船體，其特征在于所述龍骨(50)是可縮回的。
25.一種裝有按照前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的船體的船舶。
26.如權(quán)利要求25所述的船舶，其特征在于所述船體(1)是這樣形成和布置的，即，如果船舶前后顛簸，使船舶的船頭(32)抬起，那么，船體的升力表面的水動(dòng)力升力中心(Cp)當(dāng)船舶的船尾變得浸入時(shí)急劇地向后移動(dòng)。
27.如權(quán)利要求26所述的船舶，其特征在于所述船體(1)也這樣形成和布置，即，如果船舶前后顛簸，使船頭(32)降低，那么，船體的所述升力表面的水動(dòng)力升力中心(Cp)急劇地向前移動(dòng)。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及水動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性得到改進(jìn)的船舶。在要求專利保護(hù)的船體(1)中,在抬離速度和設(shè)計(jì)速度上,最好也在低于抬離速度的速度上,以及在抬離速度和設(shè)計(jì)速度之間的所有速度及更高的速度上,重心(C
文檔編號(hào)B63B1/16GK1343169SQ0080477
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2000年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月9日
發(fā)明者伊恩·J·鄧肯 申請(qǐng)人:未來(lái)技術(shù)有限公司