CN101484351A - 船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种被设计而在高速下和/或在波涛汹涌的海域中使用的船，所述船具有单个细且长的船体以及狭窄的船幅和大致垂直的船首，其中所述船体的前半部分具有大致垂直的侧部、船首部段中最小程度的外张、和所述船的中心线处的吃水深度向着所述船首的增加，与这种吃水深度的增加相结合的是出水高度所产生的大致相似的增加，且其中所述船体的尾端具有平的或略呈V形的底部以及用作推进装置的一个或多个螺旋桨和/或喷水器。根据本发明，所述船首具有圆角半径，所述圆角半径为所述船幅的至少1％。

Description

船

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的船。在公开文献Keuning，J.A；Toxopeus，S.；Pinkster，J.；The effect of bowshape on the seakeeping performance of a fast monohull；Proceedings of FAST 2001 conference，September 2001；第197-206页；ISBN 0 903055 70 8，The Royal Institute of Naval Architects出版社，中已公知地披露了这样的船。在该公开文献中，根据本发明的这种船被描述为具有AXE BOW设计的船。这种AXE BOW设计的船具有专用于高速的垂直船首的惯常设计，这种惯常设计是一种具有尖锐船首的设计，这意味着侧部会或多或少地与船的切入水中的尖锐前端相交。这种惯常设计的缺点在于，由于偏航角较小，而因此导致在船首附近会出现涡旋脱落且这会导致对船的航程稳定性产生不利影响。

为了克服这些缺点，提供了根据权利要求1所述的船。通过使这种被设计用于高速场合中的船的船首具有相当大的半径，而使得沿船流动的流体更为稳定，这提高了较小偏航角下的航程稳定性。

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求2所述的船。通过这种方式使得避免了出现过大的驻点阻力且避免了喷雾的产生。

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求3所述的船。通过这种方式，使得易于在船首部段中实现最小程度的外张，从而使得排开的波浪体积仅与吃水深度大致呈线性地增加且因此导致船在波浪中表现出更为优良的行为。

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求4所述的船。通过这种方式，鳍板改进了船的航程稳定性，而这一改进与任何控制系统无关。将该鳍板设置在推进装置和一个或多个方向舵前面的位置处使得防止了鳍板由于在船的后部处进入的波浪而出现充气，方向舵会由于这种充气而损失其握持性能，由此使得提高了不利条件下的航程稳定性。

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求5所述的船。通过使鳍板略微地成一定角度而对所述鳍板进行了预加载且使所述鳍板在较小的偏航角下也能立即被启动，这使得改进了该鳍板的正效应。

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求6所述的船。通过这种方式，可使船处在与速度相关但与船中的载荷或质量分布无关的平衡位置处，由此减轻了拖曳且提高了推进效率。

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求7所述的船。通过将喷嘴外面的流向既用于进行转向操纵又用于形成可调节的向上或向下的力，而使得可能实现紧凑的设计。

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求8所述的船。固定式鳍板与用于产生向上或向下的力的水平式鳍板的组合使得可能实现紧凑的设计，由此防止了所述水平式鳍板由于所述水平式鳍板的深度而出现充气。

下面将结合附图并借助于多个典型实施例对本发明进行更为详细地描述，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的船的透视图，其中推进装置包括螺旋桨；

图2示出了根据本发明的船的设计的本体横剖面型线图，其中图2a示出了多个剖面、图2b示出了侧视图且图2c示出了底视图；

图3示意性地示出了图1所示船的尾部的后视图和侧视图；

图4示意性地示出了根据本发明的进一步的实施例的船的尾部的后视图和侧视图；

图5示意性地示出了先前的实施例中的船的尾部的底视图且特别地示出了垂直鳍板的前束角(toe angle)；和

图6示出了根据本发明的进一步的实施例的尾部的透视图，其中推进装置包括喷水器。

图1示出了根据图2所示的本体横剖面型线图设计而成的船1。船1被设计用于高速场合中且具有单个长且细的船体，所述船体具有侧部19，其中船体的长度为船幅的至少五倍，且对于更长的船来说，船体的长度则达到船幅的七至八倍。在更短的船中，船幅则相对更大一些，这是因为船体必须包括推进装置，且更宽的船幅确保了可保持足够的稳定性。船1具有一个或多个螺旋桨8和一个或多个方向舵9。为了实现对船的操纵，在船首3附近设置了船首推进器4。甲板上的布局则是通常采用的布局，例如在甲板上设置操舵室2。

从图2中可以看出，船1的船体具有专用设计，更详细地说来，该设计是这样的：借助于使船体的瞬间浸没在水中的体积的变化最小化同时使由于波浪或船的运动而导致产生的相对于水平面进行的相对运动更大，而特别地降低了船前部的Froude Kriloff力。由此导致产生的设计使得应用垂直侧部19这种方式尽可能地可行。该设计进一步采取的措施是减少部段水线面宽的变化，特别是船前部的部段中的水线面宽的变化，同时进行前述的更大程度的相对运动。这意味着在船首部段中的外张是最小程度的外张且船首3具有大致垂直的船首纵剖线或者向前或向后延伸小于5度的角度。这样做使部段的增加质量的变化最小化，且还使得船前部中的水动升力的变化最小化。通过增加出水高度并使甲板线15向着船前部中的船首3的方向更高，而使得确保了足够的储备浮力。

如图2中的甲板线15所示，船前部中的增加的剪切量取决于所涉及的船的尺寸、速度和波浪状况。向着船的前部向下倾斜的中心线5防止了位于船的前部处的各个部段在船进行更大的相对运动时离开水中和重新进入水中。中心线5的最低点位于船首3附近接近点16的位置处，该点16意味着相对于水线17存在最大吃水深度。底部21中的负斜率大小取决于所涉及的船的尺寸、速度和波浪状况。仔细地研究确定从船首到船尾的各个部段的这种底部升高的角度以使扰动力最小化且同时保持足够的水动升力并使阻力最小。

总而言之，船体的形状使得船体是长且细的，在船首部段中不存在外张且在船首部段处的侧部19几乎是垂直的。在船首3附近的位置处，侧部19形成了一定角度，在水平面中观察的该角度为α，所述角度小于40度。沿向前的方向且沿着倾斜的中心线向前地存在增加的舷弧且水线20的进入部分是圆形的。为了减少被润湿的表面，船首3被制成圆形船首，且半径R为至少0.1m。根据船的船幅，该半径可以是船幅的至少1％。该半径R所带来的进一步的优点在于：由此使得避免了沿船的侧部19出现涡流脱落现象。在船首过于尖锐时出现的小偏航角下，该设计中可能会出现这种涡流脱落，快船通常会采用这种过于尖锐的船首。由于这种涡流脱落可能会导致航程不稳定性，因此必须避免这种涡流脱落。为了防止圆形船首3产生过大的驻点阻力和/或产生过多喷雾，半径R要小于船幅的4％。

当应用该新船体形状时，必须采取进一步的附加措施来保持足够的偏航限度或保持航程稳定性和/或以便防止出现不希望的控制问题，特别是在尾随波浪中或船尾艉侧波浪中出现不希望的控制问题。船体本身产生了破坏稳定的偏航和摇摆力且产生了可能导致这些不稳定性的力矩。通过在船体的尾端引入固定的垂直稳定鳍板或艉鳍6，使得防止了这些不稳定性的出现。鳍板6优选具有机翼型剖面形状且具有合理的纵横比以便产生足够的升力来抵消在船体的偏航和摇摆过程中出现的破坏稳定的效应。它们的设计使偏航稳定性最优化，这特别地是通过使阻力增加最小化来实现的。鳍板6被设置在远离中心线5且优选接近侧部19的位置处，从而使它们远离水中的扰动区域，所述扰动区域是由于船首3的最大吃水深度16造成的，所述船首在水中比尾部10要深得多。鳍板优选位于方向舵9和推进装置的前面，这使得即使船舵9由于从船的船尾艉侧进入的波浪而产生了充气，该鳍板仍能维持对流动的水的保持力。

该船体在颠簸中产生的回复力矩与相似的船相比相对较小。在更小的程度上，这一点对于在拖拉过程中的回复力来说也是如此。可通过在尾部10处设置一个或多个被启动的水平鳍板7而非常有效地减少拖拉运动，特别是减少颠簸运动。这些鳍板7产生了正向或负向升力，且如果所述鳍板仅被用于进行平衡控制，则可以手动方式调节所述鳍板，或可通过(船上的)传感器和控制算法来控制所述鳍板。在图1所示的实施例中设置了两块水平鳍板7，所述鳍板可一起进行工作且因此使得在尾部10上产生了这样的力，所述力抵消了船1的拖拉和/或颠簸，且可使船处在最佳的平衡状态下。在另一实施例中，可对这两块水平鳍板7进行控制，从而使得它们产生了对向作用的向上和向下的力且因此使得在船1上形成了沿纵向方向的扭矩，所述扭矩抵消了横摇从而使得在进行适当控制的情况下可提高稳定性。

浸没在水中的在两侧上都被润湿的水平鳍板7既依赖于高压力又依赖于水翼共有的抽吸侧而产生升力且它们优选被置于水平面下方足够深的位置处以便防止沿鳍板7产生充气或出现抽吸侧空穴。特别地，可利用所述鳍板而根据船1的速度对静水中的平衡角进行主动控制从而产生船的最优姿态，且可利用所述鳍板而通过自动驾驶仪和控制算法对颠簸和拖拉运动进行主动控制，且此外通过对左舷水平鳍板和右舷水平鳍板进行不同的转向操纵而可控制横摇运动。

图3a示出了具有垂直鳍板6的图1所示船1的后视图，其中在中心线5的每侧上都设置了两块鳍板6且其中在这两块鳍板6之间安装了一块水平鳍板7。图3b示出了该船的侧视图。为清晰起见，图中并未示出螺旋桨8和方向舵9。从图1中可以看到，螺旋桨8和方向舵9位于鳍板6和7的后面。应该清楚的是：可能采用多种设计来推进船1，例如图1所示的三个螺旋桨8、两个螺旋桨、两个螺旋桨和一个喷水器、一个螺旋桨和两个喷水器、以及如图6所示的两个或多个喷水器(下面将会对此进行讨论)。

图4a和图4b示出了垂直鳍板6和水平鳍板7的进一步实施例的相似视图。在该实施例中，水平鳍板7从垂直鳍板6的两侧延伸出来。垂直鳍板6位于略微远离侧部19的位置处，从而使得水平鳍板7不会延伸到船1的船舷外面。延伸到垂直鳍板6的两侧的两块水平鳍板7具有共用轴线且被连接至单个驱动装置从而使得它们一起移动。在图4所示的实施例中，右舷的水平鳍板7在向前移动的船1中产生了方向向上的力且左舷的水平鳍板7则产生了方向向下的力。这两种力在船1上形成了逆时针方向的扭矩，所述扭矩可用来抵消例如由于波浪产生的力。

图中示出的垂直鳍板6的前边缘是大致垂直的，这是因为由此使得围绕叶片的水流能够以最有效的方式形成稳定力。应该清楚的是：如果垂直鳍板6例如垂直于船1的底侧的平面，则只要鳍板的前边缘大致垂直于相对于该鳍板6的水流，则可应用相同的条件。垂直鳍板6的前边缘还可略微向后掠回，从而使得围绕该前边缘合拢的材料向着鳍板的端部受到引导并脱离该鳍板。在如图所示的实施例中，垂直鳍板6与水平鳍板7相结合。应该清楚的是：为了使垂直叶片6发挥适当作用，并不必须进行这样的设置。如图5所示，垂直鳍板6与中心线5形成略微的角度β，从而使得当船1沿直线向前移动时，沿流动方向观察到的沿鳍板6的长度围绕该鳍板6所形成的流动条件是稳定的流动条件，且如果波浪推靠在尾部10上并改变了向着鳍板6的流向和围绕鳍板6的流动条件，则可立即获得校正力。角度β的值取决于局部的流动条件且因此取决于船1的底侧的形状。在实践中，角度β的值可介于1度与3度之间或约为1.5度。

在所示实施例中，水平鳍板7的叶片具有水平旋转轴线，因此使得确保了沿鳍板7的长度存在相似的充气条件。根据特定条件，这并不总是关键的。例如，为了减小在正常条件下的流阻，则使观察到的水平鳍板7与平行于船1的底侧的长度相垂直可能是适宜的。在不需要抵消船1的横摇的情况下，使水平鳍板7具有单个驱动装置就足够了，所述单个驱动装置可位于船的整个宽度上且仅用于确保船1的适当平衡。为了实现稳定性，则该水平鳍板7可在中心受到支承。

图6示出了进一步的实施例的尾部10，对于该实施例来说，船体的设计方式与图1相似。在该实施例中，船1的推进是通过喷水器来实现的。为了航程的稳定性而设置了垂直鳍板12，这些垂直鳍板与较早讨论的垂直鳍板6是大致相同的，而并未设置三块添加的水平鳍板7。在船的底侧上设置了用于使水流入的入水口11，所述水流向喷水器且水沿中心线13的方向流出喷嘴14。为了进行转向操纵，则中心线13可在水平平面中以已公知的方式进行移动。为了在尾部10上产生向上和向下的力，中心线13可以相似的方式在垂直平面中围绕水平轴线进行移动。对中心线13的方向进行控制的控制装置具有与对水平鳍板7进行控制的控制装置相似的布置方式且优选被连接至用于进行主动控制的自动驾驶仪，所述自动驾驶仪具有控制算法和用于确定船的位置和移动的适当传感器。

Claims (8)

1、被设计而在高速下和/或在波涛汹涌的海域中使用的船，所述船具有单个细且长的船体以及狭窄的船幅和大致垂直的船首(3)，其中所述船体的前半部分具有大致垂直的侧部(19)、船首部段中最小程度的外张、和所述船的中心线(5)处的吃水深度向着所述船首(3)的增加，与这种吃水深度的增加相结合的是出水高度所产生的大致相似的增加，且其中所述船体的尾端(10)具有平的或略呈V形的底部以及用作推进装置的一个或多个螺旋桨(8)和/或喷水器(14)，其特征在于，所述船首(3)具有圆角半径(R)，所述圆角半径为所述船幅的至少1％。

2、根据权利要求1所述的船，其中所述圆角半径(R)小于所述船幅的4％。

3、根据权利要求1或2所述的船，其中位于所述船首(3)附近的所述侧部(19)形成了小于40度的尖锐角度(α)。

4、根据权利要求1、2或3所述的船，其中在所述船体的所述尾端(10)处，在方向舵和位于每个侧部(19)附近的所述推进装置的前面安装了至少一个大致垂直的固定鳍板(6；12)。

5、根据权利要求4所述的船，其中所述固定鳍板(6；12)与所述中心线(5)形成了向着所述船首的1-3度的角度(β)。

6、根据前述权利要求中任一项所述的船，其中所述船体具有位于该船体的所述尾端(10)处的产生可调节力的器件(7；14)，所述产生可调节力的器件用于产生向上和/或向下的力。

7、根据权利要求6所述的船，其中所述产生可调节力的器件是由所述喷水器的喷嘴(14)形成的。

8、根据权利要求6所述的船，其中在所述船体的所述尾端(10)处，在方向舵和位于每个侧部(19)附近的所述推进装置的前面安装了至少一个大致垂直的固定鳍板(6；12)，且所述产生可调节力的器件包括至少一个大致水平的鳍板(7)，所述至少一个大致水平的鳍板在所述固定鳍板的最大深度附近与船的中心线垂直地被附接到所述固定鳍板上，且所述一个或多个水平鳍板可围绕所述一个或多个水平鳍板的纵向轴线进行旋转。

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