CN1071665C - 表面效应船船体 - Google Patents

Abstract

本文披露了一种特别适于双体船的表面效应船船体(10)。每个双船体(12)具有一个V形部分(由表面38、40构成)和一个在其中容纳压缩气体的气垫容纳槽部分(36)。V形船首部分形成了动升力而压缩气体部分形成了一个用于减小阻力的气垫。

Description

表面效应船船体

本发明涉及一种为了减小水对其的阻力而采用了装在位于船体底部的一部分上的一个气垫容纳槽中的压缩气垫并由此提高了船速和船只的燃料效率的船体。具体地说，本发明涉及一种具有双船体结构的船只，其中双船体的各单侧船体具有一个压缩气垫。

船只设计中的一个主要课题就是降低由船体与水面之间的界面引起的阻力的大小。早期设计的滑行式船体是这样的，即船体的前进动作使船只上升，从而使船只凭借其船体表面的一小部分行驶于水面上。结果是，使船体与水之间的摩擦力减小了。水翼船的设计结构由于给船体安装了船只高速行驶用的水翼而进一步缩小了船体与水之间的接触面。一些船只在船体和水之间引入气膜以减小船体与水之间的摩擦力。在授予H.A.威尔逊的美国专利US3191572中描述了一个例子，其中一个三船体型船艇沿各船体的底部引入空气并允许所述的空气从船尾自由流走。授予布莱特的美国专利US4031841也记载了气膜船体技术。布莱特和威尔逊的船体仍然是在船体较低地位于水中的情况下行驶的，结果大部分船体侧面仍然与水接触，但水与船底局部之间的阻力或多或少地通过混有水的气膜而被减小了。

由于表面效应船的船体通过一个部分地封存在船体中的压缩气垫而被抬离水面，所以与气膜船体相比，表面效应船是一种进步。过去的气垫船船体的设计结构是如此布置气垫的，即在气垫船的情况下，柔性密封件(经过橡胶化的幕帘)包围整个船体，或是在表面效应船的情况下，柔性密封件横穿过具有为气垫提供侧密封的薄的平行侧船体的船首和船尾。柔性密封件减少了气垫的漏气量，但它造成行驶颠簸，即使在平静的水域中，它也造成船艇“鹅卵石打水漂式”地行驶。由于水面变得不平静，所以可使柔性密封件彼此分开，这进一步影响了骑浪性能。另外，在波涛起伏的水域中，柔性密封件经常无法保持气垫的存在，这造成船体更深地沉入水中直到重新获得密封性并重新建立气垫为止。损失气垫增大了船体与水的接触面，由此增大了船体与水之间的摩擦力并明显降低了船速。密封件由于经常破裂而存在维修费用高的问题，密封件的破裂造成永远地失去了气垫并只能让船艇缓慢地驶向修理场地。授予唐纳德.E.伯格的美国专利US5415120、US4392445和授予马克.H.斯木特的美国专利US4523536披露了这样的表面效应船。

尽管存在这样的表面效应船的现有技术，但是显然需要一种无论水面是否平静都能够不采用柔性密封件地维持较稳定的行驶和气垫存在的船只。还需要提高众所周知的在大浪水域中不稳定的表面效应船的稳定性。

本发明涉及一种具有一对V形船体的表面效应船，所述V形船体具有容纳压缩空气以便产生高效的、稳定的、平顺的高速行驶的气垫容纳槽。该表面效应船的船体包括两个由甲板表面连在一起的双船体，每个双船体分别限定了一个纵向尺寸。双船体分别包括一个具有外表面的船底；以及具有与船底相连并从船底起向上延伸的第一端和第二端的对置侧面，其中所述侧面向内弯曲并且在第一端处连接在一起而形成了船首，它们通过一个横向延伸的尾板在第二端处相连；一个阶梯面(一个基本平坦的表面)从船底起基本上垂直于纵向尺寸地向内延伸，以致一个由该阶梯面构成的平面将各双船体分成两部分；一个延伸于该平面前面的船首部分和一个延伸于该平面后面的气垫部分。

船底的船首部分具有彼此相连而形成了一个从邻近船首的地方伸向阶梯面的V形的第一表面和第二表面。V形的顶点限定了船首部分的龙骨。第一表面和第二表面分别与一个水平面构成了一个被定义为船体的船底横升角的角度。基本上垂直于纵向尺寸的船体横截面限定了在45度-65度范围内的船底横升角。当所述的船底横升角是由船首部分的底面和阶梯面之间的过渡段限定的时候，所述的船底横升角减小到25度以下。

船底的气垫部分具有一个成型于其中的气垫容纳槽，此气垫容纳槽一方面从与阶梯面相交的船底外表面起向内延伸而另一方面从阶梯面向后地伸向尾板。此气垫容纳槽构成了从阶梯面起伸向一个在尾板附近的位置的副双船体段。在本领域中众所周知的压缩空气发生器与气垫容纳槽流体地连通。

因此，本发明包括拥有将在下文中举例描述的元件的特征、特性和关系的制造物品，并且本发明的范围将在权利要求书中指明。

为了更全面地理解本发明的实质和目的，应参见以下结合了附图的具体描述部分，其中：

图1是本发明的表面效应船船体的透视图。

图2是图1所示发明的仰视图。

图3是表面效应船船体的右侧视图。

图4是沿图2的4-4线的剖视图。

图5是沿图2的5-5线的剖视图。

图6是沿图2的6-6线的剖视图。

图7是沿图2的7-7线的剖视图。

图8是沿图2的8-8线的剖视图。

图9是沿图2的9-9线的剖视图。

图10是沿图2的10-10线的剖视图。

在所有这些附图中，相似的参考标记表示相似的部件。

在图1-图10中示出了表面效应船船体的一个优选实施例，其中表面效应船船体整体地由10表示。首先参见图1，可以看到船体10包括一对通过甲板14相互连在一起的双船体12。

如图2所示，各双船体具有纵向尺寸A且包括一个具有外表面18的船底16、一对与船底16相连并从船底起向上延伸的对置侧面20。为了更明确地说明本发明的结构，舷22构成了侧面20与船底16之间的连接线。各侧面20的第一端24是相连的，从而形成了船首26，第二端28通过一个横向延伸于其间的尾板30彼此相连。可从图3和图8中非常清楚地看到的阶梯面32从船底12起基本上垂直于纵向尺寸A地向内延伸。如图2所示，阶梯面32位于一个平面B内，所述平面B限定了包括船首26在内的向前延伸的船首部分34和一个从平面B向后延伸且包括尾板30在内的气垫部分36。在一个优选实施例中，船首部分34占从船首24到尾板30的总船长的50％，即阶梯面32通常位于船首26和尾板30的正中间。在另一些实施例中，阶梯面32可能位于从船首26算起的船体10纵向长度的42％-80％处并仍然形成了具有可接受的性能的船体。船底16的船首部分34包括沿龙骨42相连而形成V形的第一表面38和第二表面40。各表面38、40与一水平面形成一个角C，该角C被定义为船体的般底横升角。如图5所示，在靠近船首26的船底16的一个横截面内，角C最好为55度。但是在其它的实施例中，靠近船首26的角C可以在30度-65度之间且仍然起令人满意的作用。在一个优选实施例中，角C在尾板30处递减到16度-20度而成为图8中所示的角C′。在其它的实施例中，角C′可以在25度-0度之间且仍然起令人满意的作用。

船底16的气垫部分36具有一个成型于其中的且从船底16的外表面18起向内延伸并向后伸到尾板30附近的气垫容纳槽44。气垫容纳槽44由在前端处的阶梯面32、向后伸向尾板30的斜槽侧壁46和向下弯曲的槽顶48限定边界，所述的槽顶在所示实施例中如图9和图10所示的那样逐渐变尖。在其它的实施例中，气垫容纳槽44可能具有许多本领域中公知的不同形状，图示的形状只是一个可有效工作的形状的例子。气垫容纳槽的侧壁46和双船体12的侧面20形成了一对从阶梯面32起伸向尾板30的副双船体段50。每个副双船体段50分别具有一个成型于其上的且基本上遍及副双船体段50的整个长度的鳍板52。在一个优选实施例中，气垫容纳槽44的长度(气垫容纳槽侧壁46的纵向长度)大于当在鳍板52之间垂直于纵向尺寸A测量时所得的气垫容纳槽44的横向宽度(横对船体与船中线面直交的尺寸)。

在一个优选实施例中，鳍板52从尾板附近伸向一个在阶梯面32前方的位置并接着延伸到船首部分34的底面18上，所述的在该阶梯面前面的位置与阶梯面之间的距离等于船体10的总纵向尺寸的2.9％-7.1％。在一个优选实施例中，鳍板52等于船体10的总纵向尺寸的5％，例如，在船长一百英尺的情况下，鳍板52将超出阶梯面32五英尺。鳍板52超出5％造成船只行驶减慢且不增加对气垫容纳槽的保护。鳍板52的垂直尺寸(通常垂直于船体地测量所得的尺寸)最好从底面18起延伸一段是船体10的总纵向尺寸的0.5％-1％的距离。例如，在船体10的纵向尺寸为100英尺的情况下，所述鳍板的垂直尺寸约等于9英尺-12英寸。

各鳍板52的是船体10的末端的部分包括一个鳍状龙骨部分54。各鳍板52的鳍状龙骨部分54基本上位于同一平面内且基本上与邻近阶梯面32的船体10的船首部分34的龙骨42的局部位于同一平面内。

一个整体由58表示的压缩空气发生器最好安装在船体10内且通过导管60与成型于气垫容纳槽44的顶部48上的出口62相连。用于产生压缩空气的发生器58在本领域中是众所周知的且它可被设置成一个如图3所示的独立装置，或者可以采用一个通过延伸导管60与各出口62相连的单独装置。所述装置可以由其自己所有的发动机驱动，或是通过一个舱内发动机的动力输出装置驱动。

表面效应船船体10可由玻璃纤维、合成树脂、复合材料、铝、钢或任何其它适用的材料制成。利用所述表面效应船船体建成的舟艇或船只可采用任何驱动方法，其中包括用于小型舟艇的标准舷外发动机和用于大型船只的较大的舱内燃气发动机或狄赛尔发动机或涡轮发动机。启动这种船只所需的动力的大小远小于传统船只或舟艇所需的动力大小。

虽然如此描述了本发明的表面效应船船体10的一种优选结构，但应该牢记的是，它只不过是一个优选实施例。不用注意对表面效应船船体10的用途的描述。当然，可以在船体10上建造许多不同的舱面上的结构，这取决于船只的设计用途和客/货运输用途，其中包括了(但不局限于)赛艇、豪华游艇。

下述的表面效应船船体10是针对一具有一百英尺纵向长度的船体10进行描述的。但是，可以以大致成比例的尺寸建成不同尺寸的船体10，本领域中的普通技术人员可以根据采用表面效应船船体10的船只的特定设计用途调整上述尺寸。表面效应船船体10不采用任何柔性密封件，由此消除了与密封件有关的任何问题以及颠簸行驶、高维修费用、控制问题、高峰值阻力(它意味着具有柔性密封件的船只难于浮在气垫上且难于越过峰点，这需要花费大量动力，而当船只在气垫上时是不需要花费这样大的动力的)。表面效应船船体10是一个具有双体的双体船，各双体在其约50％的长度上具有压缩气垫。各船体12具有一个占剩下的50％纵向尺寸的船首部分34。各双船体12的船首部分34具有一个其尖形入口靠近船首26的V形船底16且具有约55度的船底横升角，当不带气垫的船艇行驶多年时，船底横升角在阶梯面32附近减小到25度以下，由此很容易在船只提速时产生动升力，从而船只很容易开始掠行于水面上。船首部分34的尖形入口被设计成使逼近的波浪在大部分舟艇长度范围内向下且向侧面逐渐偏转。因而，即使当表面效应船10在宽阔的海面上行驶时，也使在气垫下方经过的水变为基本水平地流动。这种在逼近的波浪到达船体12的气垫部分36之前改变其流动的设计方案的优点是明显的。不需要传统表面效应船所用的柔性密封件，由此消除了高额维修费用和修理柔性密封件所需的维修时间。在不使波浪变为基本水平的形状的情况下，波浪撞击传统的表面效应船的柔性密封件，由此缩小了气垫体积并使气垫压力变化从而需要附加的浮力，而且波浪与船首的猛烈撞击都是可能导致颠簸行驶的主要因素。与传统的表面效应船相比，两个双船体12的船首部分34的尖形入口极大地减少了纵摇、甲板涌浪和喷溅。

但是，一旦船只在水面上滑行，则船底12的大部分仍然处于浸水状态下并由此产生了阻力。当表面效应船船体10的气垫部分36在空气上行驶时，通过在船体的此部分下设置压缩气垫而极大地减小了阻力。因此，表面效应船船体10将动升力与由压缩气垫获得的浮力结合在一起，由此可以很容易地使船只实现滑行并明显地减小对船体12的阻力。船体12的船首部分34因船首部分34产生了很有效的动升力而只具有一个会产生阻力的小浸水区。产生气垫平台浮力的压缩气垫占直接与水接触并减小阻力的船体12的气垫部分36船体表面的绝大部分。这种浮力的结合最充分地利用了动升力和气垫平台浮力，从而形成了一种以前在成功的船艇船体设计方案中未获得的高效船体结构。

采用分别具有一个独立的压缩气垫的双船体12在不明显增大阻力的情况下提高了稳定性。独立的船体和独立的气垫产生了一个巨大的横摇回复力，它将产生一种不易受地心引力影响的表面效应船。刚性和横摇阻尼也得到了明显提高，这是因为各气垫作用于气垫分离臂上从而保证了横摇稳定性。在双船体12间的桥跨远小于同宽度的传统表面效应船的桥跨。传统的表面效应船的那种宽间距造成船艇加重，这是因为船体间的宽间距需要很大的结构加强部。与只是设计用于在一种速率下有效行驶的单气垫表面效应船的设计相比，双船体12也增大了在所有速率下的性能效率。性能的改善也得益于具有其纵向尺寸明显大于横对船体与船中线面直交的尺寸的气垫容纳槽。

气垫容纳槽44设置得太向前会减小动升力并露出气垫容纳槽44，这将迫使象在现有技术的传统表面效应船中那样采用柔性幕帘。太远离船首26地开始形成气垫容纳槽44将明显增大阻力。研究表明，船首部分34与气垫部分36各占50％的方案是表面效应船船体10的优选实施例。

气垫容纳槽44必须受到保护，这样水才不会进入气垫容纳槽或者不会使不可接受的气体量向前逸出。递减到25度以下的船底横升角的尖形入口使涌来的波浪向下且向侧偏移并在水接近气垫容纳槽44时改变水流状态从而使水基本水平地流动。伸向气垫容纳槽44前面的鳍板52遮住了气垫容纳槽44，由此防止了气体逸出并防止了水进入气垫容纳槽44，从而保持了气垫。

因此可以看到，可以有效地实现可从以上描述中清楚看到的上述目的。由于可以在不偏离本发明范围的情况下对上述实施例进行某些改动，所以包含在上述说明书中或示于附图中的所有内容应该被认为是示意性的而不是限定性的。

还应该理解的是，后续权利要求书意图覆盖在此所述的所有具体的和普通的技术特征以及所有可能因语言的缘故而被认为落在本发明范围内的对本发明范围的陈述。

现在已经描述完了本发明。

Claims (6)

1．一种表面效应船船体，它包括：

通过甲板相连的两个双船体，其中各双船体限定了一个纵向尺寸；

各双船体包括一个具有外表面的船底、与船底相连并从船底起向上延伸的对置侧面、一个连接所述侧面并与船底相连且从船底起向上延伸的尾板、一个从该船底起基本上垂直于上述纵向尺寸地向内延伸的阶梯面，所述阶梯面位于一个通常横向于上述纵向尺寸地穿过所述船体的平面内，此平面构成了一个延伸于该平面前面的船首部分的边界和一个延伸于该平面后面的气垫部分的边界；

各双船体船底的船首部分包括彼此相连从而形成一个从所述船首附近起伸向所述阶梯面的V形的第一表面和第二表面，一条由所述的界面形成的线构成了所述船首部分的龙骨，第一表面和第二表面分别与一个经过所述龙骨的水平面形成一个角度，在所述船首附近的横截面内，上述角度至少为45度，所述的角度在所述阶梯面处减小到25度以下；

各双船体船底的气垫部分具有一个成型于其中的气垫容纳槽，所述气垫容纳槽从所述船底的外表面起向内延伸并从所述阶梯面起向后伸向所述尾板附近，所述的气垫容纳槽构成从所述阶梯面起伸向所述尾板的副双船体段；

与所述气垫容纳槽流体连通的压缩空气发生器。

2．如权利要求1所述的表面效应船船体，其特征在于，各双船体的所述船首部分具有一个从所述船首至所述阶梯面的纵向尺寸，该尺寸等于从所述船首到所述尾板的双船体纵向长度的35％-80％。

3．如权利要求1所述的表面效应船船体，其特征在于，所述的角度从在所述船首附近的至少55度减小到在所述阶梯面处的20度或20度以下。

4．如权利要求1所述的表面效应船船体，它包括从各副双船体段起向下延伸的鳍板，所述鳍板从所述尾板附近伸向一个在所述阶梯面前方的位置，所述的在阶梯面前方的位置与所述阶梯面之间的距离等于所述船体的总纵向尺寸的2.9％-7.1％。

5．如权利要求4所述的表面效应船船体，其特征在于，每个所述的鳍板包括一个龙骨部分，各所述双船体段的鳍状龙骨部分通常位于同一平面内且基本上位于与靠近阶梯面的船体船首部分的龙骨所在平面相同的平面内。

6．如权利要求1所述的表面效应船船体，它包括具有通常相互平行的纵轴的双船体，并且所述的双船体是彼此分开的。

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