專利名稱：具有單－三－雙體船造型的船身的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有單-三-雙體船造型的船身。
船在向前運動時受到的總阻力基本上為表面摩擦(整個船身表面上在運動方向上的總切向應力)、粘滯阻力(與由粘滯效應消耗的能量有關)和剩余阻力之和。剩余阻力在很大程度上包括波浪阻力，該波浪阻力與船身形成重力波消耗的能量有關。
船身向前運動時生成的總波系由兩個截然不同、但相互作用的波系構成一擴散波系和一橫向波系。該總波系位于擴散波系的兩邊界線內部。每一邊界線與船身的縱向對稱平面成19.5°的角。橫向波的峰線在船身處與船身運動方向垂直，隨著橫向波接近擴散波向后轉，直到它們與同一擴散波系匯合。船首前方有一高壓區(qū)，該高壓區(qū)生成作為橫向和擴散波系一部分的一突出波前。在船身的船首和船尾處還生成其他波系。
一總波系常常可看成由4種波系構成*船身向前運動過程中由船首處高壓區(qū)造成的一船首波系；*船首部前方由在該處的低壓區(qū)造成的一波系；*船尾部由船身該部的低壓區(qū)造成的一波系；*船尾區(qū)中由一高壓區(qū)造成的一船尾波系。
很難預見船首波和船尾波的波峰的精確位置。由于在船首和船尾部生成高壓波峰，同樣很難預見在船身的船首和船尾部生成的波系的波谷的位置。
構成總波系的所述四種波系可互相干擾，多多少少有利于阻止船身的向前運動。但是，由于波的阻力占總阻力的很大一部分，因此應采取措施減小波的阻力，使得在同樣的船速下所需的推進力減小。
在過去幾年中，設計者的一個目標是盡可能減小由船身向前運動生成的波。
另一方面，有的設計使用船首波系、在船身底部保持船首波系和生成一更突出船尾波系來改善向前運動的阻力條件。1995年4月4日授予Holderman的美國專利No.5,402,743“深船舷船身設計”公開了一種船身，其底部有兩個前后伸展在整個船身上的縱向凹槽。在上述專利中，船首波由于本身旋轉和受一定控制而引入這兩個凹槽中。所述兩凹槽相當于文丘里管，使該船首波得到控制。上述專利的發(fā)明人使得船身船首中的空氣在進入這兩個凹槽前被推出。此外還把船身的形狀限制成必須具有兩弧形邊，即船身的橫截面向船首和船尾呈錐形，從而通過一對以一前后連續(xù)船舷為界的倒置凹槽使得船身在整個長度上呈文丘里管結構。
本發(fā)明與上述專利的相同之處在于把向前運動時生成的船首波引入船身底下。
但是，與上述專利不同，本發(fā)明的一個目的是提供一種船身，在該船身中，用形成船首波系的一部分能量提高船身的水力支撐。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可減小摩擦和粘滯阻力所消耗能量的船身。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種船身，在該船身中，減小所形成的船尾波，從而減小克服船尾波所消耗的能量。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種船身，其形狀穩(wěn)定，從而不管航行速度和海上風浪如何，船身可始終保持平衡。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種船身，在同樣載重量下其長度減小。
為實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供一種具有單-三-雙體船造型的深船舷船身，包括*一與兩船身側壁連接的船首，這兩個側壁位于一中心線兩邊的對稱垂直平面中，終止于船尾；*一對位于該中心線兩側的船舷，這兩船舷形成所述兩側壁的底邊，它們起始于船首處一橫截面，然后沿縱向不斷向后伸展到所述船尾；*一從船首沿中心線向后伸展在船身底面上的龍骨，其長度小于船首與一橫梁截面之間的距離；*一橫向伸展在所述兩船舷之間以及在有龍骨部位伸展在兩船舷與所述龍骨之間的船底；其橫截面與中心線成直角的船底的一表面形成橋接一對橫向伸展到所述龍骨的倒置縱向凹槽的凸形船底結構；該對凹槽在所述龍骨后方與單個船底凹槽匯合，單一凹槽的斷面的凹槽邊在船尾各橫截面中的斜度遞增，在船尾變成與船身側壁平行。
按照本發(fā)明做成如此形狀的船身可稱為單-三-雙體船。
所述船底倒置結構的水線在該對凹槽和所述單一凹槽前后形成橫截面積遞增的一狀如一擴散器的船底，把從船首傳送的水流的動能轉換成壓力能。
由于在船身底下凹槽中流動的空氣不生成一連續(xù)的空氣層后使用過度浮動效應，而是空氣裹挾在水中，使得船身承載在一泡沫邊界層上，因此這樣一種船身由摩擦和粘滯阻力消耗的能量減少。用一泡沫邊界層承載是重要的，其理由如下ⅰ)如由一連續(xù)空氣層承載，其優(yōu)點是摩擦減小，但除非是賽艇，船身的速度不會高到足以把空氣層壓縮到增大傳給船身的空氣動力升力的程度；ⅱ)如凹槽底面與水直接接觸，其最大優(yōu)點是可用水力支撐船，但其最大缺點是船向前運動時受到的摩擦和粘滯阻力增大；ⅲ)泡沫層則在要求盡可能減小摩擦阻力與盡可能利用水力支撐之間進行折衷。由于泡沫一般由內含空氣或氣體(例如廢氣)的很小的球形室構成，因此泡沫的剛性足以用同等的船身速度傳遞足夠的水力支撐，同時減小向前運動的阻力。
通過把由龍骨和船舷生成的船首波傳入這兩個凹槽中以及合適選擇推進裝置及其結構即可獲得合適的泡沫層。
就本發(fā)明船身對船身向前運動時生成的波系的響應而言，船身在船首中有一與波峰有關的高壓區(qū)，接著是一與波谷有關的低壓區(qū)，然后在龍骨后方超過船底最大吃水點處有一低壓區(qū)。當船身速度改變時，由上述壓力分布造成的浮力中心會落到航行重心之前或之后。但是，船身的縱向位置只改變一會兒，由于船首和船尾的吃水的改變，高壓區(qū)和隨后的低壓區(qū)隨之改變，水力立即重新獲得平衡。船尾的較深或較淺吃水會改變由龍骨后方上升平底與船舷內側一起構成的擴散器的橫截面，從而有助于保持這一平衡。該平底始終用來支撐船身。總之，本發(fā)明船身“始終在其位于龍骨到船尾部位中兩船舷之間、在前部受船首和龍骨引導的波浪上航行”。
此外，由于壓力從船首到龍骨后方在這兩個凹槽中變動，因此船首波的水流在左凹槽中作右旋運動，在右凹槽中作左旋運動，從而有助于形成氣泡，增加泡沫層，減小粘滯阻力。
可用一個或多個推進器改變船身底下的壓力流型，從而改變浮力中心的位置和上述螺旋運動。
按照本發(fā)明構作的船身使得船身波的傳送造成波的一部分能量返回給船身，從而提高水力支撐。此外，如此構作的船身可通過合適選擇船身在其兩船舷之間的尺寸和推進裝置的合適布置使得由船在運動時生成的各波系的相互作用生成的波的高度受到控制。波的這一高度還決定于所述泡沫層的阻尼作用。
此外，具有上述凸形橫截面的凹槽形底面的形狀可做成使得由水力支撐獲得的推力大致通過浮力中心，從而不管船靜止不動或開動還是隨波浪滑行都配平。
下面結合附圖詳述本發(fā)明，附圖中

圖1為本發(fā)明船身第一實施例的側視圖；圖2為圖1船身的仰視圖，上半部示出龍骨和船舷的結構，下半部示出各水線；圖3為本發(fā)明船身第一實施例的橫截面圖，示出船身分為9段；
圖4A、4B、4C、4D分別為沿圖1和2中A-A線、B-B線、C-C線和D-D線剖取的橫截面圖；圖5為本發(fā)明船身第二實施例的側視圖；圖6為圖5船身的仰視圖，上半部示出龍骨和船舷的結構，下半部示出各水線；圖7和8為本發(fā)明船身第二實施例的橫截面圖，示出船身分為10段；圖9E、9F、9G、9H、9I分別為沿圖5和6中E-E線、F-F線、G-G線、H-H線和I-I線剖取的橫截面圖。
參見本發(fā)明第一實施例的各附圖，圖1和2示出10個垂直橫截面或位置。本發(fā)明船身包括一船首11、一比方說為一橫檔12的船尾、一龍骨13、船身側壁14和15、一船底16、船舷17和18。船舷17和18為側壁14和15與船底16的接合處。船靜止時的水線用19表示。
如圖1-3所示，船首11經凸形部與船身側壁14、15連接。船身側壁14、15位于一用中心線X-X表示的縱向平面兩邊的對稱垂直平面中，終止于船尾12。該船尾12呈平面。但是船尾也可采用其他形狀。
船身側壁14和15分別終止于位于該縱向平面兩側的船舷17和18處，這兩船舷形成船身側壁14和15的底邊。兩船舷17、18從位置9與10之間一橫截面20沿一縱向弧線向后不斷伸展到船尾12后終止在點21上。
龍骨13沿中心線X-X在船身底面上伸展在船首11與位置6之間。最好是，龍骨13向下呈錐形，包括對稱的雙凸輪廓22和23、合適連接的一前邊24和一后邊25。雙凸輪廓22和23在龍骨13長度離船首11的2/3處有最大弦。但是為使各設計參數(shù)最佳，也可采用其他構型。至于龍骨13的位置，其前邊24可位于船首11處，其后邊25在橫截面6中，即在橫梁截面5前方約船在水線上的長度的1/10處。但是，后邊25的位置可按照需要變動。在所示實施例中，龍骨13底端與船舷17和18的點21位于同一水平面中。結構設計不同，吃水深淺也不同。
本發(fā)明船身的船底即底面16在橫截面0與6之間橫向伸展在船舷17與18之間，在橫截面6與船首11之間橫向伸展在船舷17和18與龍骨13之間。底面16的各橫截面與中心線X-X成直角，形成互相橋接船舷17和18與龍骨13的凸形底面結構。這些凸形底面結構形成沿龍骨13的輪廓22和23伸展的縱向倒置凹槽26和27。如圖4D所示，每一縱向凹槽26、27的斷面在船首旁船舷17、18始點20處有深彎的邊。其后，比方說如圖4C所示，凸形底面凹槽各邊中，靠外側的坡度要小于相對于龍骨一側的邊的坡度。在剖面C-C中，凹槽26和27的底面在龍骨后方匯合成單一倒置凸形槽28。如圖4B所示，凹槽28的斷面的兩邊向著船尾更傾斜地連接。在船尾12處，凹槽的兩邊變成與船身側壁14和15平行，與底面16垂直。
如圖2和3所示，標號29示出凹槽邊的最大弧度的軌跡。底面16的形狀做成，其橫截面從船首到船尾遞增，起先是該對凹槽26和27，然后是單一凹槽28。
從而通過龍骨在其運動中深入靜水中而限制船首波系的生成的目的得以實現(xiàn)。所述波系被傳送到離船首11合適距離處水線19下方兩船身側壁14與15之間。
圖5、6、7、8、9E、F、G、H、I示出具有單-三-雙體船造型的船身的第二實施例。在這些附圖中，與圖1所示第一實施例相同的部件用同一標號表示。
如圖5-7所示，與第一實施例一樣，船身側壁140、150位于用中心線X-X表示的縱向平面兩邊的對稱垂直平面中。但是，船首110與船身側壁140、150的連接部先凸后凹，因此船首部的寬度比第一船身側壁140和150向下分別終止于船舷170和180，船舷170和180的起始點為位置08后的200(圖5)，然后船舷170、180沿縱向不斷向后伸展到船尾120并終止于點210。下面說明加寬船首部的作用。
龍骨130沿中心線X-X伸展在船身底面上。最好是，龍骨130向下呈錐形，包括對稱的雙凸輪廓220和230、一前邊240和一后邊250。龍骨130的橫截面呈紡錘形。
雙凸輪廓220和230在龍骨長度中部處有最大弦。至于龍骨130的位置，其前邊240可位于船首110處，其后邊250在橫截面06與船中部05之間的一橫截面中，在該船一橫梁截面前方約船在水線上的長度的1/20處。但是，后邊250的位置可按照需要變動。在第二實施例中，龍骨130底端與船舷170和180的點210位于同一水平面中。結構設計不同，吃水深淺也不同。
本發(fā)明第二實施例的船底160的底面在船身位置00與龍骨130的后邊250之間部分伸展在船舷170與180之間，在后邊250與接近船首的船身位置08之間部分伸展在兩船舷170和180與龍骨130之間。
船底160的結構形成一對沿龍骨130的兩輪廓220和230伸展的倒置縱向凹槽260和270。如圖9I所示，每一縱向凹槽260、270起始處的斷面為很平的槽邊。如圖9H所示，在位置08之后，船身側壁140、150猛然下降，船舷170和180立即吃水最深。從橫截面H-H到G-G(圖9G)底面下彎，直到龍骨后邊250部分與底面凸形槽的兩邊以外側的凸形和龍骨130一側的凹形連接。在后邊250的橫截面中，船底160重新上升，直到位置00中的水線190。凹槽260和270的底面也從龍骨130的后邊250的橫截面開始匯合成單一倒置凸形槽280。
如圖9G橫截面G-G所示，凹槽280的斷面分成凸-平-凹-平各段，直到中心線。從船身的位置04開始，平船底上升，船底凹槽280的兩邊的斜度遞增，變成與船身側壁140和150平行，與船底160成直角。圖5和6中用290示出船底凹槽兩邊的最大弧度的軌跡。
在本發(fā)明第二實施例中，分成凸-平-凹-平各段的特殊底面斷面用來在船身底面中形成壓力分布的不連續(xù)點，從而使得該船身比第一實施例的船身更穩(wěn)定。
此外，與第一實施例相比較，由于船首更細長、更平，因此船首波更斜地向下流動。由于底面160中的龍骨130的邊比第一實施例厚得多，因此凹槽260和270的入口窄得多。從而船身的船底的擴散作用更強。船首的這一形狀使得在風浪很大的海面上時船首波越過船首頂部，由于船首上方的波浪與船首底下波浪的靜水壓推力相平衡，因此船身更穩(wěn)定。
使用這種結構可開發(fā)出高速船身，例如速度為15-25節(jié)。
當然，本發(fā)明船身側壁在航行中也起到劈開船首波的作用。但是，由于所述船身側壁的非對稱性，波浪中離開船的部分的作用不大，而流向中心線的部分被傳入船底凹槽中，促進空氣與水的混合而生成上述泡沫層。
此外，由于船底底面包括兩個凹槽和龍骨之后的單一凹槽，加上泡沫層的形成，因此如上所述，可用形成船首波系所化能量的一部分提高水力支撐。
但是，具有兩個凹槽和龍骨之后的單一凹槽的底面的形狀也可做成使得由水力支撐生成的推力通過浮力中心，從而不管船靜止不動或開動還是隨波浪滑行都配平。不論何種情況，船的位置保持不變，即，不管是船首下沉還是船尾下坐；當船開始移動時，船的位置的改變只是低處的水線的高度。
由于比以前穩(wěn)定，船首破浪時船體縱搖、從而船底受撞擊的危險減小。船底底下生成的壓力防止壓力波從淺灘反射時出現(xiàn)這種公知現(xiàn)象。
如上所述，由于泡沫層的阻尼作用，這種形狀的船身在船移動時可減小剩余波系。
為了提高泡沫層的均勻性和面積，幫助海水流入船底凹槽中，可在龍骨后部布置一個或多個推進器。從而除了上述氣泡形成作用，還在船底凹槽進口處生成吸力。該吸力防止水流被堵塞，而水流堵塞使泡沫層減少，從而向前運動的阻力不受控制地增大。
船底底下的推進器使兩凹槽入口處的低壓區(qū)擴大，從而有利于波浪流動，從而有利于在惡劣海面上航行。
對于推進器應指出，對于中等噸位的船只，推進器可使用其沖壓進口位于龍骨與船身側壁之間的船底凹槽中的噴氣推進器，以提高船首入口處的吸力即真空。噴氣推進器的出口可位于龍骨的緊后方，以一方面有利于生成上述泡沫層，另一方面提高兩船身側壁之間的單一凹槽中的速度，從而提高水力支撐和該凹槽中的海水流率。
在高噸位船只中，也可在龍骨后方布置一個或多個推進器，對水流、從而船只效率的作用相同。
當把帆用作推進器時，龍骨的吃水很深，由于船速不高，龍骨的形狀可做成其底部呈與其后部垂直的翼型。該翼型的底側幾乎平直、而頂側呈凹形，以使低壓區(qū)向船尾擴大，便于波浪克服其最深吃水點處的船底。
本發(fā)明的某些優(yōu)點可總結如下。其中一個優(yōu)點是設計范圍比以前擴大，即可開發(fā)速度范圍更寬的船身。
此外，本說明書創(chuàng)造的新名詞單-三-雙體船就波系的性能而言，具有單體船、雙體船和三體船三種造型的優(yōu)點。本發(fā)明船身既不像單體船那樣為受波浪支撐的一梁，也不受多體船一般會受到的扭力，該扭力使得多體船的應用和載重量受到限制。因此，該單-三-雙體船造型盡管是一種單體船，卻克服了上述三種船身的結構缺點，在水力性能方面又兼?zhèn)溥@三種船身的優(yōu)點。
權利要求
1.一種具有單-三-雙體船造型的船身，包括*一與兩船身側壁(14、15；140、150)連接的船首(11；110)，這兩個側壁位于一中心線(X-X)兩邊的對稱垂直平面中，終止于船尾(12；120)；*一對位于該中心線(X-X)兩側的船舷(17、18；170、180)，這兩船舷(17、18；170、180)形成所述兩側壁(14、15；140、150)的底邊，它們起始于船首(11；110)處水線(19；190)下方一橫截面，然后沿縱向不斷向后伸展到所述船尾(12；120)；*一從船首(11；110)處沿中心線(X-X)向后伸展在船身底面上的龍骨(13；130)，其長度小于船首(11；110)與一橫梁截面(5；05)之間的距離；*一橫向伸展在所述兩船舷(17、18；170、180)之間以及在有龍骨(13；130)部位伸展在船舷(17、18；170、180)與所述龍骨(13；130)之間的船底(16；160)；其橫截面與中心線(X-X)成直角的船底(16；160)的一表面形成橋接一對橫向伸展到所述龍骨(13；130)的倒置縱向凹槽(26、27；260、270)的凸形船底結構；該對凹槽(27、28；270、280)在所述龍骨(13；130)后方與單個船底凹槽(28、280)匯合，單個凹槽斷面的凹槽邊在船尾各橫截面中的斜度遞增，在船尾(12；120)變成與船身側壁平行。
2.按權利要求1所述的船身，其特征在于，每一凹槽(26、27)在船舷(17、18)的始點前由一弧線從船首(11)連接到船身側壁(14、15)，其中，每一凹槽的斷面有一深彎凹槽邊；所述凹槽邊在向著船尾(12)的各橫截面中由一斜面以一定角度連接到一平直中心部。
3.按權利要求1所述的船身，其特征在于，每一凹槽(260、270)在船舷(170、180)的始點前由一弧線從船首(110)連接到船身側壁(140、150)，其中，每一凹槽的斷面有很陡的凹槽邊；所述凹槽邊在向著船尾(120)的各橫截面中由一凸起連接到一平直中心部。
4.按權利要求1所述的船身，其特征在于，所述龍骨(13；130)向下呈錐形，包括對稱的雙凸輪廓(22、23；220、230)、一前邊(24；240)和一后邊(25；250)。
5.按權利要求4所述的船身，其特征在于，所述雙凸輪廓(22、23)在龍骨(13)長度距離船首(11)的2/3處有最大弦。
6.按權利要求4所述的船身，其特征在于，所述雙凸輪廓(220、230)在龍骨(130)長度的一半處有最大弦。
全文摘要
一種具有單－三－雙體船造型的船身,包括一與終止于一船尾(12)的兩船身側壁(14、15)連接的船首(11):一對位于一中心線(X－X)兩側的船舷(17、18),一沿中心線(X－X)伸展在船身底面上船首(11)后方、其長度小于船首(11)與船中部(5)之間距離的龍骨(13);一橫向伸展在所述兩船舷(17、18)之間、在有龍骨(13)部位橫問伸展在每一船舷(17、18)與龍骨(13)之間的船底(16),該船底形成倒置縱向凹槽(26、27)。
文檔編號B63B1/12GK1299326SQ99805865
公開日2001年6月13日 申請日期1999年4月22日 優(yōu)先權日1998年5月6日
發(fā)明者路易吉·馬謝拉羅 申請人:路易吉·馬謝拉羅