CN101052561A - 跨声速船体和流体场 - Google Patents

Abstract

一种跨声速船体，所述跨声速船体具有淹没部分，所述淹没部分具有船首、船尾以及所述船首与船尾之间的长度，所述船体在水平面下方具有近似为三角形的水线面，所述三角形水线面具有与所述船首相邻的顶点以及与所述船尾相邻的底边，并且当所述船体以邻近所述船尾的顶点以及邻近所述船首的较深吃水量运动时在侧视图中近似于三角形轮廓。面向下方的表面包括具有与所述船尾相邻的底边和与所述船首相邻的顶点的右侧和左侧的三角形纵向表面元件。

Description

跨声速船体和流体场

技术领域

本发明涉及由水支撑的船只，例如商用和军用船舶、潜水艇、快艇、用于利用表面效应及脱离表面效应航行的水翼船、以及小船，通常包括这些船只在恶劣海况下高速航行时的操作方法。

背景技术

和本申请有关的技术可以涉及Jane的高速航海艇(High Speed Marine Craft)中的技术。此外，与本申请有关的技术可以包括对美国专利申请08/814,418中所明确说明的跨声速船体(TH)和跨声速流体场( TH)的参考、以及美国专利申请08/814,417中所明确说明的跨声速船体的推进、控制和船型，但是相对于这些现有申请而表现出显著且新颖的改进。

尽管过去已制备了在某些方面明显类似于TH的具有三角形船体平面形状的特定船只(例如，所述船只在申请08/814,418的审查过程中被专利局引用)，然而如传统船舶的设计，这些已被设计成在邻近船尾和船首处具有近似于相等的吃水量。三菱重工的日本专利61-125981A在其所有的实施例中教导了这个近似于三角形船体平面形状的船尾和船首处的吃水近似于相等、并且与船体中部的吃水相等。在以下较早的设计标准中，甚至早在1859年的美国专利23626的设计标准中，在船首、船尾和船体中部处也显示出相等的吃水。船尾处具有宽波束的较深的船尾吃水效率非常低。

在上述的两个专利中，由于它们的平面形状和相等的吃水，它们的船体的浮心(CB)的位置以及它们的重心(CG)的位置将位于它们的平面形状的区域中心和水线面的中心、或者非常靠近该处，除非采用船首球缘，否则通常所说的纵向漂心(LCF)位于船首至船尾的水线长度的66％处。CG、CB和LCF的这种接近性常见于传统船体中。此外，这种现有技术无法考虑到CB和CG的位置对向前运动下的阻力的影响。

关于CG、CB和LCF的接近性，我已发现如在传统船体中的它们的接近性对于TH是不可行的，这是因为所述接近性使得这种的船体即使在受到较小的纵摇扰动时在快速运动下的纵摇也具有不稳定的倾向。这种不利的行为在所述船体的重心靠近其中间点时类似于航空器的长周期振动的自持续振动。在船舶中，这种振动不仅会增加阻力，而且对于结构是不受欢迎的，并且对货物和乘客可能会造成危险。

这种根本问题是严重的。三菱的专利教导了利用船首球缘对这种问题的解决方案。因此，所述三菱专利将已开发并用于肥线型船舶的慢船球缘技术与不同类型的船体相混合。这对于船体的设计会增加阻力和体积，并且阻力问题不是现有技术的优先考虑。

相反，申请08/814,418中的TH和 TH提出完全不同且创新的解决方案：在TH的淹没部分中结合向前的深吃水和向后的潜吃水，使得除非采用船首球缘，否则正常的建筑学上的船舶设计对于固有的潜水能力将是危险的。然而，随着模型测试，本作者确认TH理论的正确性在于潜水倾向不是由三角形平面形状决定的。TH的解决方案提出LCF与漂心之间的固有距离，并因此而具有实质在LCF前面的重心。此外，在CB、CG、LCF之间的关系中的定量方面，并且船尾吃水是相关联的，我通过参考超临界和亚临界状态下的流体静力的船尾条件与船尾的流体动力条件之间的区别已经发现没有涉及潜水倾向并针对有效负载来进行设置，正如在本CIP专利申请中关于LCF、CB、CG之间的距离极限以及对静态吃水量的影响。另外，在涉及处于各种速度状态下进入和退出流动角度的流体动力阻力结果的当前工作中来建立这些关键的关系。

发明内容

本发明明确说明新的独特的设计形状、特征和操作方法，从而在本质上改进并延伸了申请08/814,418和08/814,017的跨声速船体TH和跨声速流体场 TH发明的范围。本发明的范围概括如下：

1.通过新的设计特性以及超越排水模式下的前述亚临界和超临界状态的新的流体动力状态(即：高超临界状态、跨空间状态以及x-状态)而增加TH的航速包迹线在整个非常宽的速度范围内的延伸。通过这些改进，单体式TH船体可以在较大的速度频谱范围内以良好的效率航行，否则将需要具有不同传统船体的两个或三个船；举例而言，传统的排水型船舶处于较低的速度范围，而V形底部或半滑行式船体用于较高速度。

2.本发明的另一重要特征关涉及静水上方和下方的船体特性和形状，所述船体特性和形状对于这样的航行很关键，即在不利的海浪中可以在较广的速度状态范围内成功的航行，优选地，航行与船体内部的质量较重的部件(例如发动机、燃料和武器)的特定纵向分布相结合。

3.本发明的第三特征涉及特定的形状、纵倾度(trim)、平衡、重心的位置、漂心的纵向位置以及各种类型的翼板以及条纹，其中所述特征需要切实可行并增强且改进跨声速船体在静水中和不利的海浪中的性能和操纵性。

4.另外，本发明的其它重要的特征为对于雷达和其它传感器具有固有的低能测性的船体形状以及低可见性和热含量的尾流(wake)，所述尾流使船体产生隐身(stealth)特性，然而所述隐身特性与在不利的海浪中的有效的流体动力和良好的性能不相矛盾。

因此，新的发明是能够在跨声速船体的新的高速流体场状态下航行的所有天气中均可隐身的跨声速船体，其中所述流体场状态包括高超临界状态、跨空间状态和X状态。为了简单化，本发明的船体也适用于如TH-II的特定重要情况中，并且其变宽的流体场为 TH-II。本发明的其它实施例为适用于TH和TH-II的改进。

因为本发明较宽泛且功能强大，所以在单体船中不必组合本发明的每一个和所有特征、和方法以及改进，也不必组合所有的权利要求中的每一个权利要求。

附图说明

图1、图2、图3和图4为和本发明相关的现有技术的实例；所述图式为包括TH的平面形状和轮廓图、以及本发明的TH的平面图的图式；

图5、图7a、图7b、图9、图10、图11、图12a、图12b和图14f包括在先提出的申请系列号第08/814,418号中所示的实例；以及

图8具体说明TH和IACC船体的阻力与

之间的关系；

图13a和图13b披露了超临界状态中的TH-II和 TH-II；

图14a和图14b披露了跨空间状态中的TH-II和 TH-II；

图14c和图14d披露了船尾轮廓和翼板；

图14e披露了艉翼板及其轮廓；

图15披露了X-状态下的TH-II和 TH-II；

图16披露了用于控制的船尾和侧翼板；

图17披露了通过用于控制的侧向翼板在海浪中的TH和 TH；

图18a-g披露了在不利海况和隐身航行中用于航行的TH 3-D的形状；

图19-28c进一步披露了与本发明的TH和 TH相关联的实施例和结构；以及

图29-49进一步披露了与本发明的TH和 TH相关联的附加实施例和结构。

具体实施方式

通过评论传统船体的主要特性并且还检查专利申请08/814.418和08/814.417中的跨声速船体(transonic hull)TH和其流体场(hydrofield)的局限性和潜力可以更好地理解本发明的性质和范围，其中所述传统船体在静水中和不利的海浪中具有特定的严重的固有问题，所有这些都提出了由本发明所解决的概念性疑问。

1.传统船体的特性和问题.

对于这个评论有必要根据船体的航速包迹线(operational speed envelope)以船体类型来区别传统的船体设计。各种船体类型的包迹线用作为速度与长度比和重量与阻力比的函数关系来表示，最好是和它们对应的容积系数一起来考虑，所述容积系数响应它们的速度包迹线来表示纵向表面和容积分布。

1a.排水型船体.

排水型船体通过排水法上浮而承受船的重量。如过去及目前所设计的，排水型船体具有被称为“船体速度”的速度上限，水动阻力(阻力)在接近且大于所述速度上限时以高指数比率增长，举例而言，如图1中所示。当通过使平移的船体行进而产生的、并与平移的船体一起行进的艏波(bow wave)与艉波(sternwave)之间的长度等于船体的几何长度时，出现所述“船体速度”。这种情况在以节为单位的船速除以以英尺为单位的船长度的平方根的比值等于1.34时被以数字的形式表示出来。

排水型船体在以重量与阻力比大于100且适当地低于船体速度时是非常有效的。在极低的速度下，因为阻力接近于零但重量保持恒定，所以效率比会增加到很高的数值。然而，在接近或高于船体速度时，所述排水型船体的重量与阻力比快速下降并变得在物理和经济方面无法接受。因此，主要通过增加船体长度来获得排水型船体的较高速度。不幸的是长度的增加对速度的影响并不显著。举例而言，50英尺船体的标称“船体速度”为9.5节，但是对于300英尺，船体速度仅为23节。

由于排水型船体的波随着它们在水中移动而产生的特性(即，兴波)，“船体速度”极限是排水型船体所固有的。如图2中所示，当船体所产生的波的长度超过船体的几何长度时，情况变得危急。随着速度增加而增加艏波的尺寸在船体中部附近引起水波谷(trough)的进一步下降，从而导致船体的下沉量增加并增加船体的攻角。由于船体在其所在水面以下的弯曲曲率，所以随着速度增加还会增加下沉量。攻角的增加阻碍速度的进一步增加，除非非常大的功率被用于爬过艏波并进入滑行状态，稍后将讨论这种限制。

由于兴波而造成的高阻力会增加至并且可以超过摩擦阻力，这在海上运输的经济方面是非常严重的问题。因此，已经以各种方式做出相当多的研究以克服所述问题，不幸地是仅有较小的改进。举例而言，球鼻型船首在特定速度下可以略微减小阻力。另外，细长的船体没有宽大的船体敏感，但是运载较少的货物且具有其它问题，如稍后所述。

排水型船体的、引起及决定它们最大的航速包迹线的主要特性存在于多个方面(举例而言，MIT的Philip Mandel教授所提出的“新颖船型的对比评价(AComparative Evaluation of Novel Ship Types)”)并概括在图3和图4的左侧。对于商用船舶，航速包迹线(operaional speed envelope)覆盖0.8至约1.0或1.1的速度与长度比，所述速度与长度比适当地低于它们的为1.34的“船体速度”。军用船舶的速度包迹线包括“船体速度”(举例而言，为1.35的巡洋舰)以及甚至高于“船体速度”(举例而言，以约1.7的速度与长度比航行的细长的驱逐舰)。当高于所述的速度比时，传统的动力装置(power plant)所需的尺寸和重量以及以较低重量与阻力比进行推进的流体动力问题对于船舶的任务而言变得不可接受。

因此，仍然迫切需要改进排水型船体的高速效率和范围，至少在排水型船体的当前速度极限内，优选地突破到高于所述极限。尤其是如果能够消除限制传统船体的兴波阻力类型，则需要无需求助于传统的水动滑行的实际解决方案。

1b.滑行式船体

人们普遍认为，被称为滑行式船体的不同类型的船体可以克服排水型船体的速度限制，此外它们在高速时是有效的，其中所述滑行式船体的重量由来自动量变化的水动升力(不同于浮力)所提供的升力支承。实际上，尽管滑行允许高船速，然而这仅用于具有近似于平坦的下部船体的船，所述下部船体具有相对较轻的重量并配备有大推进推力。这种船体的限制特性存在因动量变化而造成的动力阻力，在对于非粘滞性滑行的极限情况的图5中所示。实际上，这些船体以3°到6°的攻角航行。对于最佳的平板滑行情况，非粘滞性的重量与阻力比分别为19和9.5。

如图3和图4的右侧所示，当粘滞阻力附加到动力阻力时，事实是由于船重与阻力的最佳比值在6至9的级数范围内，滑行处于效率非常低的流体动力状态。这小于快约10倍地飞行的现代喷气运输机的一半，并且在接近但低于船体速度下仅为“合理”长度的排水型船体的1/10(或更小)。滑行式船体的航速包迹线最佳地由快艇(ski boat)和类似的体育运动艇作为例示，其中所述快艇和所述体育运动艇在低于它们的滑行速度(举例而言，低于约为4的速度与长度比)时在排水模式下需要具有大的兴波阻力的高船首姿势，一种类似于所示的最低但较长的船体的情况在图2中示出。

尽管图3中的重量与阻力比关于速度的降低看起来随着速度与长度比的增加而持续降低，图3中的左侧和右侧不连续，但是关于船体的形状和类型—排水型和滑行式的不连续性具有不连续且很大程度上不同的容积系数，如图4中清楚示出。因此，在图3和图4中的左侧，如果排水型船体包括驱逐舰覆盖从约0.8到1.8的运行速度与长度包迹线，其中重量与阻力比从高于120(对于较慢的油轮会更高)平滑地降低到约25，对应的容积系数从约80(对于较慢的油轮会更高)平滑地降低到针对驱逐舰的约55。相反地，在图3和图4中的右侧，滑行式船体具有级数为3至适当地高于4的航行速度与长度比(图3)，而重量与阻力比约为6-8，并且容积系数大于100(图4)，所述容积系数明显高于排水型船体，这只是因为排水型船体更长。较高的容积系数反映出的事实是，滑行式设计不意味着不能持续不变地接近或低于“船体速度”来航行，其中与排水型船体相比，应当禁止滑行式船体的低重量与阻力比。

如以上所述，除了产生大致随着速度的平方而增加的摩擦阻力的近似恒定的船体浸湿面积之外，排水型船体具有使速度强烈地增加到接近且大于船体速度的兴波阻力分量。这些阻力来源在图1中所示的接近且高于“船体速度”处组成高的总指数阻力增长。结果，航行速度与长度比对于商用船舶约为一，而对于军用船舶略低于二。

如图6中所示，摩擦阻力和兴波阻力的百分比分配通常被称为剩余阻力，这是因为所述剩余阻力可能包括其它次要的阻力分量。图6显示在高于1.34的“船体速度”时，多于60％的阻力为剩余阻力—大部分为兴波阻力。

在流体动力的对比中，单纯的滑行式船体以3.5或更大级数的速度与长度比、8或更小的级数的低重量与阻力比航行，并且以低效率的瞬时条件的较低速度与长度比航行，还具有非常差的重量与阻力比，其中所述滑行式船体具有大致等于重量的动升力、根据垂直平衡所需的显著攻角而很高的动力阻力分量以及有望随着速度而增加的摩擦阻力百分比。

如下所述，过去已提出试图使单体船的排水型和滑行式船体特征相混合的各种混合式船，以试图达到能够有效地跨越速度包迹线航行的单体船类型，遗憾的是并不是非常成功。

1c.半滑行式船体.

和具有向上弯曲的船尾以及在船首具有曲度的排水型船体不同，其中所述排水型船体通过随着向前的速度使其重心下沉而造成负压，并且和具有大部分平坦的底面和趋向于增加向前的速度的CG的滑行式船体不同，半滑行式船体通常具有V形底部(为了实用的原因)且比单纯的滑行式船体重。尽管半滑行式船体可以以高速产生“平坦”尾流外观，然而所述半滑行式船体的升力是通过浮力和动力的组合而产生，这样本身效率较低。这些混合式船体与滑行式船体相比较长并具有较低的容积系数，举例而言，如图4中间所示。

从俯视图来看，半滑行式船体的尾流边界看起来是平坦的，并且在船尾后特定距离处连接在一起，在水面上产生拖尾的“中空状”，所述中空状可以从以流体动力拖动的鱼的观点来解释，正如长度大于航行的半滑行式船体的动态水面的长度的虚拟排水型船体。传统的半滑行式船体为效率低的混合式船体：在低速下，所述半滑行式船体与良好的排水型船体相比具有过大的阻力。所述半滑行式船体需要非常大的功率来达到半滑行速度，其在所述半滑动速度下没有单纯的滑行式船体快且效率较低。另一方面，深V形半滑行式船体为大浪中的较大的有效负载提供更平稳的乘坐，并且比滑行式船体更适于航海。然而，所述半滑行式船体与排水型船体相比通过较弱的经得起海上风浪的特性而具有较不平稳的乘坐，并且在商业上对于大多数大型海事应用是不可行的。

1d.半排水型船体.

当细长船体中的长度与波束比增加时，兴波阻力会减小。根据Saunders所述，在1910年流行的是细长的排水型汽艇。后来，具有圆形底部的船体的德国Schnell Boote(快艇)被成功地开发作为WWII的S-船(S-boat)，其在风大浪急的北海高速良好地航行。然而，当半排水型船的长度-波束细长比进一步增加时，侧向稳定性和净载货量会进一步降低。极端情况下，8-人划船的船壳的侧向稳定性依赖于桨。对于约为30的长度与波束比，所述半排水型船体的兴波阻力在10节时近似地仅为总量的5％，但其重量与阻力比仅为20。翼展与弦长比(wingspan-to-chord)为25的现代滑翔机与航空器进行适当的比较。它可以在6倍的速度且以重量与阻力比为40的情况下航行。

在极限情况下，当细长船体的波束接近零时，波阻趋向于零，但是存在粘滞阻力且净载货量趋于零。因此，高速的半排水型船的近来发展已提出了一种混合式升起模式，将复杂的侧部或其它附加物用于细长船体以在较高速度时产生水动升力，以便减少排水法上浮分量及其兴波阻力，并且弥补细长船体在高速下的其它缺点，举例而言，由于升力而造成的侧向不稳定性和/或趋向于高船首的姿势以及高阻力。当在半滑行式船体的情况下，它们的速度潜力小于滑行式船体，并且它们的重量与阻力比不是非常令人满意，因此，有效负载不大。尽管滑行式船体看起来在接近或高于“船体速度”时具有优于半滑行式的性能优点，然而对于前后颠簸较不敏感，并且它们的复杂形状看起来具有固有的尺寸限制以及较低的速度潜力。

1e.由于不利的海浪条件所造成的附加阻力.

上述的各种类型的单体船对于海浪条件具有不同的反应，从而在多数实际操作中对它们的效率设定关键的额外限制。这是一个重要的问题，这是由于它可以并且设定了航行速度包迹线的临界极限并强行带来结构重量和能量损失，这种损失是不同的且显著低于仅用于在静水中航行的相同船体的设计情况下的损失。

在作者的这种观点中，对于排水型和半排水型船体，在不利海浪中的阻力和结构损失引起它们固有的不利的容积纵向分配和它们的浮力储备，所述浮力储备是传统的且可能适用于设计成爬波的船舶的较低速度包迹线，并且相对于海浪的传播速度具有不充分的速度容限(speed margin)。此外，传统船舶的惯性值将不利于它们关于较高速度包迹线的性能，否则通过传统的排水型和半排水型船体将可达到这种较高速度。显然，迫切需要突破性的发现以降低所述的排水型船体在海中的额外阻力和重量损失，尤其是如果它无法承受所述滑行式船体在不利的海浪中所遇到的甚至更坏的损失，例如所众所周知的它们在相对抗的海浪中的“撞击”。撞击发生在准瞬间，会遇到相对于即将来临的波浪攻角有很大的增量、超出设计工况、并具有非常大的瞬变角度，从而减弱速度并极大地增加船体的结构载荷和重量。

1f.多体船.

上述各种类型的单体船的兴波及其它的不利阻力问题—包括海浪中附加的阻力—严重到使得相当多的新近努力已应用于新的多体船的开发中。尽管这种领域处于这种涉及单体船的文献范围之外，然而少数注释是值得参考的。为了稳定性而在横向上相隔较宽的双体船的一对非常窄的细长排水型船体被成功地开发出来并快速用于各种商业应用中，尤其是在亚洲。由于存在其中每一个均具有一半重量和全部长度的两个船体，所以计算它们的容积系数是靠不住的。因此，各船体比单体船具有更有利的容积系数，而具有两个这种船体。不容易得到有关现代双体船的升力与阻力比的公开信息。然而，基于所设置的功率和运行重量的阻力估算值表明10级的重量/阻力比对于50节速度下的大型半滑行式轻双体船是切实可行的，并且所述比率对于25节为16，但是相对于它们的总长度和总重量具有非常小的有效负载。这些重量/阻力比不高且接近于滑行式船体的重量/阻力比，而是在高于传统的单船体式排水型船体的速度下获得。

三体船通过特定的结构增加可以具有相似的特性，并且它们提前还具有较大的传统浮力储备，但仅在中央船体上。最近的多体船趋势是研发具有非常长的排水型中央船体的三体船，以为了横倾稳性而在高的速度与长度比的情况下具有小而窄的侧向船体，这种三体船还支持宽甲板。穿浪式多体船可以具有仅在涌浪中与水接触的中央艇体，在不利的海浪中提供通常较大的浮力储备，但是允许波穿过中间的大浪。SWATHS也为依赖于用于平稳行驶的完全淹没的主排水量的多体船，且在浸湿区域和速度方面有损失。

这些多体船的发展和其它高速船体的发展(举例而言，见Jane的高速海船(Jane’s High Speed Marine Craft))迄今为止已被限制在用于特定的商用或军用应用，从而突出对用于新型单体船设计的船舶制造的需求。在我的专利申请08/814.418和08/814.417的跨声速流体场 TH和跨声速船体TH发明中已结合附图(附图中示出了平静条件下的水位)对此进行了明确说明，如在此所限定的，所述船体能够以亚临界和超临界速度有效地航行。

2.跨声速船体的特性，申请08/814,418和08/814,417。

如前所述，为了理解本发明的性质和保护范围，除了传统船体的问题之外，还必须评论专利申请08/814,418和08/814,417的跨声速船体TH及其流体场TH的极限和潜力，包括对船模试验池(tow tank)测试的评论，其中所述专利申请的申请日先于本发明。

2a.TH和TH的特性和特征.

TH的特征在于在静态和动态条件下具有顶点向前的为三角形水线面形状的淹没部分，在侧面视图中为具有最大船首吃水和最小船尾吃水的三角形轮廓或改良的三角形轮廓，以及平坦的侧面与水面有大的倾度或垂直于水面。因此，淹没部分在平面图中呈带有细窄的进入角度的双楔形体积分布。因此，TH的形状以及其相关联的流体场 TH的特征在于没有表面兴浪来源，例如平面形状中的肩部、船体中部或四分之一曲率；它们在船首部的前面具有窄的进入处，从而使每单位时间排出的水容量减至最小，并且包括特定的船内的下部船体流动，有助于流量消减，从而消除了排水型船体的传统兴浪图案，并且对于新的类型允许减小的尺寸的流体动力放射现象以及没有中部船体水槽(midbody trough)。TH在其底面处具有抗滑行的压力分量；在侧面上具有有利的收缩流线；在船体的下表面上具有有利的重力压力梯度；宽的船尾底流可防止上仰并消除艉波，以及有助于下部船体的能量的恢复以及来自顺浪的能量。

因此，在我的现有专利申请08/814,418中所明确记载的TH和 TH非常重要的特征是消除在其排水模式范围内在静水中用于高速航行的水下兴浪源，从而防止或降低兴浪阻力的高指数增加，所述高指数增加所表现的特点为传统船体接近或大于它们的“船体速度”。如先前所说明，标称“船体速度”在通过以节为单位的速度除以以英尺为单位的船长的平方根来表示时为1.34。在这个速度范围内，举例而言，如图1中所示，传统船体的总阻力的波阻分量显著增长，并因此根据船体形状、波束负载和弗劳德(Froude)数范围(弗劳德数被定义为以英寸/秒(Ft./Sec.)为单位的速度除以以英尺为单位的水线长度所使用的重力加速度的倍数)使总阻力以高指数方式增长，典型地是以三或更大的阶数幂增长。

因此，如果消除了关于速度的兴波阻力增长的主要来源，如在我的专利申请08/814,418号的 TH和TH的原型的情况下，则关于速度的阻力增长的TH的主要其它来源是由于摩擦力，要说明的是(a)TH由于具有清水出口而在船尾处不具有压差阻力问题，以及(b)因为TH不具有曲面以显著地增加局部压力并因此使平均动压力沿着其浸湿表面，所以TH具有大幅减小的形状阻力(formdrag)。

概括来说，TH的原型的目的和特征是当处于排水型模式下时接近且大于其“船体速度”，其总阻力仅关于速度的二次幂增长。专利申请08/814,418和08/814,417的附图中的排水型航行模式的特征在于和超临界及亚临界速度。举例而言，在TH中：

·浸湿表面对于给定重量保持近似于恒定；

·如原始申请08/814,418的图13和图14中所示，船体侧面上的水流持续为小射线，并且侧向的浸湿表面保持近似于恒定；以及

·船体的底面与水面成近似恒定的负攻角，并且实际上分摊向前的推进压力分量，所述向前的推进压力分量与作用于TH的淹没侧面上的水的阻滞压力分量相反，如原始申请08/814,418的图13和本申请的图7中所示。

2b.TH和 TH的试验池测试(tank test)数据.

来自TH原型模型(无附件)的船模试验池测试的曲线在本申请的图8中示出，显示出在超临界状态中，所述模型以大约对应于传统排水型船体的临界船体速度的速度开始，TH的总阻力在测试的速度极限内实质上关于高于“船体速度”的速度的二次幂增长，船体的纵摇角(pitch angle)在所述过程期间没有显著变化，并且观测到底部和侧面的浸湿表面没有实质的变化。关于二次幂的阻力增长可以仅发生在兴波阻力在所述速度范围内没有增长的情况下。传统船体的临界速度出现在艏波与其对应的艉波之间的长度等于船体的水线长度时，并且它会出现在以节为单位的速度与以英尺为单位的长度的平方根的比值为1.35时。

作为比较，以与TH相同的长度、宽度和重量在相同的试验池中测试的精制的国际美洲杯级船体(仅有独木舟；没有附件)的阻力行为也在图8中示出，显示出与TH在传统船体的临界“船体速度”处实质相等的阻力，但是超过“船体速度”的阻力增长大于二次幂且比TH大的多，富有经验的IACC船体还会显著增加关于速度的攻角。

图8的测试数据显示出IACC船体在约1.55的速度与长度比下具有比TH原型大40％的阻力，而在约1.75的速度与长度比下具有大28％的阻力。由于运输速度的限制，TH模型的测试在约大于1.8的速度/长度比下不能调查流体场。

选择用于TH的总阻力的平方速度增长的初始设计速度视TH的形状以及其船重与船体长度的立方的比值而定，并且举例而言，通过改变TH侧面的平面形状中的角度或改变重量可以低于图7中所示的1.35。举例而言，重量减少20％会使TH的超临界速度状态的开始速度/长度比降低到1.1，高于1.1的阻力增长仅跟随速度的二次幂。

2c.TH关于形状和推进力的特性.

作为初始提出申请的专利申请08/814,417包括TH低于水面的下表面的可供选择的临界形状以及TH高于水面的形状的几个附图，这些附图在08/814,418中未示出，所述形状对于本发明的隐性特性(stealth characteristics)是重要的，并且本发明的船体形状涉及TH在不利的海浪中驶过并成功航行的能力。将在本说明书的随后部分中给出在本发明的情况下对这些先前的特征及其延伸和改进的说明。

3.对导出本发明的传统船体的概念性调查

对本申请的部分1-6中所覆盖的各种类型的传统船体以及其部分7中所覆盖的跨声速船体的速度包迹线和限制特性的上述评论导出本发明所相应的下述概念性质疑。

3a.就显示三种不同类型的最佳传统船体的图3和图4而论，需要具有众所周知的流体动力状态，例如排水型、半排水型和滑行式，以在静水中以小于1至大于5的速度与长度包迹线航行，可以设计出能够以所述船速包迹线航行的单体船吗？

3b.如果3a的回答是肯定的，人们将期待独立、高效并通过区段覆盖的最优化的三种类型的船体类型中的重量与阻力比吗？图3的速度与长度比的总宽度的可以等于覆盖相同的总的宽速度范围的单体船类型，或者至少接近于覆盖总速度范围的主要区段，或者新型船体的重量与阻力比可以降低或改善，至少在宽的速度范围的一部分之内吗？

3c.举例而言，就象本发明的TH-II和 TH-II那样，如果新型单体船类型被设置为能够在目前需要两种或三种不同船体类型的整个宽速度范围内航行，其中各类型在发展的整个100年中是最佳的，那么新型船体类型的速度和重量在不利的海浪中的损失能够大于对于不利的海浪也最佳的三种类型的船体在它们各自的速度包迹线上所承受的损失吗？或者新型船体的损失可以较不严峻，或者可能会大部分被消除吗？

3d.假定革命性的新型船体类型获得以上3a和/或3b或至3c中所述的有利特性，则应该怎样修整和控制所述新型船体？并且在平静海浪中以及不利的海浪中通过什么方法来驱动及操舵？

在专利申请08/814,418所述的跨声速船体TH作为开始参考点的情况下，上述的概念性质疑是很有远见的，并且如上所述已受到关注和研究。

3a至3c的概念性质疑的重新阐述在下文中依赖于更多的具体条件：

3e.存在使TH专利申请08/814,418以排水模式进行的实际实施遭遇到效率减小的研究成果的上限速度范围吗？

3f.如果在3e的情况下，则质变或改进或方法或发现对于申请08/814,418的TH和 TH是必需要且切实可行的。

就3e而论，作者首先认为超临界状态不存在关于速度的兴波阻力增长。对于给定的船体尺寸，不得不保持阻力随着粘滞源的速度而增长，不完善地被称作摩擦阻力，该阻力随着速度的二次幂增长。因此，由于动力装置的尺寸需求而遇到实际的限制，即使TH的阻力增长为速度的二次幂，但由于功率等于阻力乘速度，因此因为功率为速度增长的立方函数而产生了重量和成本的问题。

此外，由于TH原型在图7a所示的其下表面中的推进压力分量实质恒定，这是因为船体的重量基本上恒定，所以随着速度的增加可以存在性能极限。因此，与必须和对应于速度的二次幂的摩擦阻力的增长相反的全部推进需求相比，图7a中所示的推进压力-Nsinβ的百分比组成会减小。

3g.随着速度增加而使TH的推进压力的益处减小

TH的推进压力分量的近似不变量对于TH的总功率需求是一个重要问题，以下通过具体实例说明所述问题：

·对于处于1.2的速度与长度比且重量为30,000吨的排水模式的700英尺长的TH船舶，假定合理的重量与阻力比为100。根据图7a，申请08/814,418的TH船体在这个状态下在其下表面中会经历推进压力分量-Nsinβ。较高的重量与阻力比表示需要低的总功率。

·上述实例的总阻力在 $1.2\sqrt{700}=31.75$ 节的速度下为30,000/100＝300吨。基于以上速度的动压力为2,879磅/英尺²。根据图7a，底面上的总推进压力GPF为-Nsinβ，其中β为底面远离水的负数。如果β为-4度，则通过图7b中所示的TH的侧面上的压力的相反向后的分量在很大程度上计算出GPF＝2,097吨。因此，根据定义，底面上的净推进力NPF远小于GPF，并且远小于300吨的总阻力。假定NPF抵抗20％的总阻力，即，60吨。

·我们假设在这个实例中对于TH原型，关于速度的总阻力增长对应于 TH流体场的总阻力增长；即，阻力增长仅是由于超过“船体速度”的摩擦，并且所述阻力增长仅随着速度的平方增长。这个假设已被测试数据证实并示于图8中，直到速度与长度比为2，并且在这个实例中推断超过所述比率，以便确定对基于TH的重量与摩擦阻力比的推进压力相对无效的速度的增加效果。

·如果我们使初始速度加倍到63.5节，则阻力将为四倍，即，1,200吨，重量阻力比会降低到50而不会导致推进压力变化，并且速度与长度比增加到 $63.5\sqrt{700}=63.5/26.45=2.40.$ 对应的动压力为11,516磅/英尺²。然而，在船体的恒定攻角下仍然为重量的常数函数的NPF现在从总阻力的20％减小到10％。

·如果我们使速度增至三倍到92.25节，则阻力将以(92.25/31.75)²＝9的因数增长，达到2,700吨，并且重量-阻力比实质上减小到11.1，并且速度与长度比为92.25/26.45＝3.48。对应的动压力为25,911磅/英尺²，并且NPF的贡献变得可以忽略所需的总推进力的百分比。

·如果我们使速度成为四倍至127吨，则阻力将会是更高的(127/31.75)²，即，高达16倍，则产生4,800吨，并且重量与阻力比在速度与长度比为 $127/\sqrt{700}=4.80$ 下将减小到30,000/4,800＝6.25。远端动压力目前为46046磅/英尺²，并且百分位数的NPF分摊实际上为零。

以上分析允许确定专利申请08/814,418的TH原型的以下限制特性，从而回答了本申请的3a和3e的概念性质疑部分：

3h.在较高速度与长度比下用于重量与总阻力比的摩擦阻力项D在极大的遥控动压力q下会达到非常高的数值。粘滞阻力D_f由公式D_f＝KC_fqA控制，其中A为浸湿面积，C_f为视雷诺数而定的粘滞系数，以及K为用于解释形状阻力和压力阻力的因数。在高于“船体速度”两至四倍的级数的速度与长度比下，假定的TH原型的重量与阻力比减小，并且可以低到滑行式船体的重量与阻力比，对于所分析的实例约为8或更小。

3i.由于粘滞阻力在恒定的浸湿面积下持续随着速度的平方增长，其中速度的作用不断变化，所以TH的下表面上的推进压力变得较小并显著小于当速度增加时需要克服阻力的总推进推力的百分比，其中所述推进压力在接近“船体速度”的排水模式下是很重要的，并且必须为TH的视重(apparent weight)和TH下表面的负角β的正弦的函数，总推力必须克服所述粘滞阻力，即便考虑的视重在处于高动态压力的潜没流量下会增加，并因此使净推进下部船体的压力并不明显。

3j.潜没流量(subduction flow)-举例而言，专利申请08/814,418的图14c中的流量f-船体底面的负攻角的结果，具有增加船体的视重并增加推进压力分量的潜力，但将会增加船体侧面的浸湿面积，这是不受欢迎的。

3k.具有百分位数减少的推进压力的TH的优点

尽管通过增加速度而使推进压力的百分比减小，但是如下面和下面所述，如果对于排水模式下的TH通过合理的动力装置成本和重量可以达到高速度，则即使TH的重量与阻力比在高速下将与滑行式船体的重量与阻力比一样不受欢迎，其也将具有非常重要的益处，不同于滑行式船体，TH在较低速度(包括“船体速度”范围)下具有非常有利的重量与阻力比；以及

·另外，通过代替各种或三种类型的传统船体的单体TH船体可获得具有可比较的效率的宽速度包迹线，所提供的修整和控制对于TH情况是合适的，并且在不利的海浪中的行为是可接受的。

3I.上述的概念性质疑的结果概述.

对3e部分的概念性质疑的回答为是，需要对专利08/814,418的TH和 TH进行改进，以克服随着速度增加粘滞阻力的问题(会造成推进压力分量的减小结果)。并且关于质疑3d的回答也为是，涉及修整、控制以及不利海浪的影响。尽管非常难，然而这些问题的解决方案在理论和实验上已经被获得并包括在以下部分中所述的本发明的教导和实施例中。

4.本发明的目的

从概念性质疑的解决方案的需求得出TH-II和 TH-II发明的目的，即：

4a.为TH建立新的流体场条件和速度状态，其中用于使速度与长度比增加而超过2的重量与阻力比产生提高的效率。

4b.以下述方式获得目的5a，所述方式不会损害申请08/814,418的TH在速度与长度比低于2时已获得的有利结果。

4c.当可能需要特定的形状、特征、动力推动装置和各种设计装置时，5a和5b的结果延及到单体跨声速船体TH-II的航行速度状态，从而以可接受的效率覆盖通常需要大于一种类型的传统船体的宽速度范围；举例而言，低于1.35的有效的传统排水型船体的速度与长度比范围加上大于3的传统滑行式船体的速度与长度比范围。

4d.以下述方式并通过设计特性获得有利的目的5a、5b和5c，其中所述设计特性在不利的海浪时不会较多(优选较少)的损害传统船体。

4e.获得对于雷达和其它感测方法隐身的TH-II配置中的大多数或所有上述目的。

4f.通过允许TH-II在各种海况(包括不利的海浪和风)下有利地航行和操纵的船体形状、修整特征、控制装置和动力配置获得上述目的或这些目的的组合，已获得所有气候的工作能力。

5.本发明的本质和细节.

为了具体说明使 TH流体场延伸到 TH-II的新的速度状态、以及已通过这个作者的R&D(研发)工作而开发出来的TH-II的创新改进、改良和特定的关键特性，首先评论本发明的图10和图11中所示的申请08/814,418的TH的流体动力学和速度状态，在前述申请的范围内：

5a.评论申请08/814,418的TH内的超临界状态.

这是基于申请08/814,418在接近且大于船体速度时对于速度与长度比的淹没的跨声速流体场的优选的流体动力设计条件。所述TH的外观在图10中示出：由于TH底面下的摩擦出现在船尾的后部，因此尾流区域上的表面流动近似于平坦，并且在船尾的后部区域中以重力感测趋向于等电位。然而，区域1由于其方向高度稳定的动量而以独特的方式持续扩展，对于TH的最佳性能表示为成功的抗波潜没(subduction)。由于通过移动TH替代主要容积所造成的流动主要出现在区域1中，最小的表面改变表现为左侧和右侧的三维射线3和5，并且在下游的尾流切口9处具有隆起部7所示的最小仰角(elevation)。这在速度与长度比一直到2(试验池的速度极限)的船模试验池的测试中已被观察到。

5b.评论申请08/814,418的范围内的亚临界状态.

这种速度状态在图11中示出，其中 TH的表面流场在区域11中近于平坦。但是相对于处于亚临界速度的流动的动量含量的底面粘滞力通过船尾边界11将11处的尾流(wake)的形状和面积限制成哥特式(gothic)拱门型。射线13和15具有较大的隆起部。在平坦的尾流11的下游有一些漩涡和隆起形式17以及中央隆起部21。在这种亚临界状态下，由于漩涡和仰角，即使对于TH没有传统排水型船体类型的横向艉波也没有艏波，在某些情况下相对于速度的阻力增长也可以高于速度的二次幂。

在超临界和亚临界速度下，申请08/814,418的TH的底面与远程流动成亚临界负角并承受显著的推进力。

5c.对于TH-II和 TH-II的超临界状态的发展.

为了获得TH超过所测试的超临界范围的航行能力，新的测试必须超过为2的速度/长度比以验证理论观点，所述理论观点为TH的下部船体角度应该受到控制，以从其与表面的初始大负角朝着小很多的负角变化，以便产生新的流体动力特性，其中在恒定重量下，仍然会推测出TH的侧向浸湿面在存在减小的流动潜没的情况下会大幅减小。由于保持减小的侧向浸湿面积，所以这样可通过增加速度和动压而导致如下更有效的不同3-D流动性能：

·不具有肩部、中间体或四分之一曲率的船体和流体场；

·缺少侧向向外的流动和喷溅。

通过船模试验池中的新的且改进的流体动力特性而获得这些性能，对于由于减小的侧向浸湿面而显著减小的阻力，平衡下部船体的推进压力所减小的百分比，否则对于超过2以及级数为3的速度与长度比造成较高的重量与阻力比。这个特别不同的状态被称作超临界，用以标记的事实在于(a)由于TH的底面保持大幅减小但仍为负角，所以可以没有动升力，但是(b)仍然发生侧向浸湿面的减小。所述状态是唯一有效的，并且在较高的水平面的作用下关键测量TH特定的三角形平面图的独特特性，以在超临界状态下获得较高的动压，并且通过借助于图13稍后将更详细地说明所述TH的轮廓。

5d.对于TH-II和 TH-II的横断面状态的开发.

在新的模型测试中，对于被控制成达到非常小且临界的正角的下部船体，速度进一步增加到超过超临界时(其中尽管由于非常高的动压力作用于非常大的浸湿平面形状而仍然会提供显著的动升力，即，低平面形状负载)，产生第四流体动力条件和速度状态，与超临界情况相比，TH-II船体的下表面的浸湿长度仍然会实质上得到减小。我将此状态称为“跨空间(transplanar)”，因为所述状态保持跨声速船体的超临界状态的某些侧向流入特性；即，流动方向无法产生代表滑行的显著向外的流动，这种情况在图14f中示出。

概括而言，在本作者针对跨声速船体的研发(R&D)中，在专利申请08/814,418中被设置成覆盖亚临界和超临界情况的航行状态现在被延伸并规定到被称作高超临界和跨空间的更高的速度范围内，其中所述更高的速度范围与08/814,418的TH在排水模式下被供以动力以获得相同的速度/长度比范围的情况相比，具有实质上更有利的重量与阻力比且需要较少的动力。

5e.作为高超临界情况的前序的超临界状态.

作为参考，图12a示出流体静力状态 $(V/\sqrt{L}=0),$ 具有长度/波束比为4.25(波束未示出)的TH的代表性水线面24、以及对于级数达60的重量/长度比(吨/[以英尺为单位的长度/100]³)具有约0.015的吃水与宽度比的船尾吃水23。底面具有设置为在船首处比在船尾处更大的负角β。

在高于“船体速度”的动态条件下，超临界状态下的TH相对于远距离的水面的侧视图变化到图12b中所示的视图。要说明的是，尽管动态的船尾吃水25为零，然而底面角度β和船首处的吃水以及甲板角度基本上保持不变，而推进压力27是非常重要的。流体场的对应表面已经在图10中示出。

5f.高超临界状态中的TH-II船身和 TH-II流动的详述

为了使速度增加而超过为2的速度/长度比，本作者所提出的理论为TH-II的尾流的较高动量含量允许并证明了重心的向后移位，在图13a中示出，重心随着具有约0.02的吃水与波束比的流体静力状态 $(V/\sqrt{L}=0)$ 吃水的增加而向后移位，在船首仍然保持深吃水。然而，在动态条件下，当关于船尾的尾流的流体动力吃水在图13b中变得基本上为零时，如图12b中，图13b中的底面角度减小到β¹，基本上小于图12b中的β。为负数的β¹可以接近于零。因为TH-II上没有肩部，并且TH-II的艏波是最小的，所以攻角的这种变化无法利用传统船体(见图2)的艏波和肩波(shoulder wave)来预测。小角度β使总推进力减小，但是在新模型的测试中证实所述小角度还会使TH侧面上的粘滞阻力或摩擦阻力减小。当对应的流动的表面外观如图10中所示时，所述表面外观具有与滑行无关的不同的三维流场分量，正如无表面分量的船体相对于远距离流动具有正的攻角，但仍然会使TH侧面中的浸湿面积减小。通过由于大幅减小的潜没量而使视重减小并且在流体场的表面或尾流中没有显著破坏而使推进压力降低，可以获得关于图12b改变的使流体静力重量必须基本上等于排出水的条件。新的状态被称作“高超临界”并通过如在螺旋桨轴33中所定位的近似平行且在底面下方的推进器推力而获得，以利用约为0.5单位(0.007％LOA)的臂部37提供相对于TH-II的阻力向上上仰的力偶。可供选择地，如果推力线如在螺旋桨轴35中那样向上倾斜，则所述推力线可以提供等于推力乘角度39的升力。举例而言，如果重量与阻力比为75，则阻力将为W/75，并且39处为10°的角度将导致0.0024W的升力。

图13b的详述不同于图12b且相对于图12b进行如下改进：底面的大角度变化是从β到β¹；船首排水量从大约为长度26大幅减小到较小的数值38；底面上横向浸湿面积和推进压力基本上减小，尾流上的动压力和动量含量增加，并且结合在这种情况下来自螺旋桨但也可以为喷水器的推力线的特定效果使重心向船尾移位。上述变化的复杂组合作用产生超临界状态，并造成对于级数为3或更大的速度/长度比(即，在通常分配给较大的V形底部的半滑行式船的范围内)会大幅地改善重量与阻力比。然而，要说明的是超临界状态中的性能没有损害图10的尾流的表面外观，但是TH-II现在以三种状态航行：亚临界、超临界以及高超临界，并且可防止尾流具有显著降低的表面。

图13b的以上所述内容对于TH配置是切实可行的且独一无二，这是因为所述TH的侧面没有肩部、中间体以及为通常的兴波源的尾舷曲率，并且因为TH的最大波束邻近船尾，并因此聚集整个下部船体的动流量并通过持续防止横向的艉波的形成的高动量含量而将所述动流量从平坦退出的尾流中排出。

由于所述船体不得不经历超临界和高超临界状态，所以关于图13b的谨慎用词是限制重心向后的移位。错误的选择可以产生自类似于航空器的“长周期振动”模式的自动持续的纵摇振动，所述振动可以变得不稳定并发散。图13b的CG位置需要特定的限制，稍后将说明。

5g.对于TH-II和 TH-II的TH船身以及跨空间状态下的流动的详述

当TH的速度进一步增加而超过图13b的高超临界状态时，在本文被称为“跨空间”的完全是新的流体动力学被理论化，这是因为所述流体动力学允许独一无二地有效的部分动升力，而无需使传统的半滑行或2000年7月3日的滑行式处于不利地位的向外的侧向流动类型，同时保持了还产生并允许超临界和高超临界状态的跨声速船体特征。借助于图14的说明所述流体动力学和船体条件。然而，在说明图14之前，回顾图14f(举例而言)的先进设计的传统滑行式船的设计，使得可以理解跨空间状态的质的差异。传统滑行式的特征如下：

·滑行式船体在低于滑行速度时在船尾处会下沉，如图2的底部所示，由于大的艏波和肩波而使攻角增加。

·如果船的下部船体具有适当的表面且具有足够的动力，则滑行式船会爬过其艏波和肩波并进入图14f的滑行状态。

·图14f中以侧向喷溅方式向外的流动41是利用传统滑行形状的动量变化的升起条件的结果。

·如图14f中的43所示的与水接触的最小滑行面积Ap提供具有最小浸湿面积的升起，从而通过将船重W除以滑行面积Ap所得到的商产生高的面负载。

·如借助于图5已说明的，由小面积Ap所造成的相对较高的滑行攻角由于升起而造成高的动量阻力分量。

·与船体的平面形状43+45的总面积相比，小滑行面积Ap，43在区域45上的不利海浪中造成高的撞击负载，从而导致通过区域45上的大的船体体积使高纵摇振动增强。

·由将重量W除以宽度47所得到的商的高波束负载造成深尾流和大攻角。

·在横截面视图中，包括中空部49和突出部51的被扰乱的尾流是除侧向的流动损失之外的高动量阻力的缘由。

·具有中空部的尾流平面形状除非被螺旋桨滑流所扰乱，否则将为阻力的缘由，其中所述中空部通常在具有大隆起部53的船尾的下游结束。

·如较早所说明的，大面积部分45和其上相关联的体积使得高撞击负载附加较大的浮力变化，导致过量的周期性结构负载、对于乘客和货物无法忍受的严重纵摇和垂荡加速度，并且需要使传统的滑行式船体在不利的海浪中的航速变慢，其中所述大面积部分仅在静水中是干燥的而在波浪中反复与水接触。

图14的TH-II以其跨空间的状态在图14b中示出了轮廓并在图14a中示出了平面图，所述TH-II克服了传统滑行式船体的所有上述问题。TH-II的跨空间状态的对比和大的益处在以下说明中将清楚呈现：

·TH上没有TH必须爬过以进入跨空间状态的肩波。

·与小的干燥的平面面积63相比，大的滑行面积Ap 61允许产生具有小正角α的充足够的动量升力，其中所述小正角由于最大波束的位置位于TH-II的船尾处而无法变大。

·因为Ap 61很大，所以跨空间面积负载W/Ap很小。

·船体固有的小攻角α对于具有低面负载W/Ap的足够的升力是切实可行的。

·由于固有的小数值α而使具有足够的动量升力的动量阻力变小。

·没有来自跨空间状态下的TH-II的侧向能量损失流有助于典型的TH的侧向射线，抵挡不住足够的动量升力，TH-II的平面形状在跨空间流动中具有独特的优点。

·通过在船尾处设置大的最大波束而获得的低波束负载还可以使面负载降低。

·通过小α、低W/Ap获得优越的低能量尾流；如有关跨空间的权利要求中所指出的，低W/B¹、没有向外的流动、替换为低能量射线并且没有向外的侧向喷射流。

·在不利的海浪中极好的性能是因为干燥的平面形状面积63与浸湿的滑行面积61以及与总面积63+61的比率在微浪中很小，由此使对应于面积61的干燥体积也小，进而使不利的海浪中的撞击负载和附加的浮力升力对纵摇产生最小的影响，从而避免高结构负载和加速度，如有关跨空间的权利要求中所指出的那样。

具体而言，图14a在平面图中示出与图10和图11中的船体相似的具有其原型的三角形形状的跨声速船体。然而，图14a中的流体动力状态与图12完全不同，并且也不同于传统的滑行式船体。在图14b中的跨空间状态下，船体处数字65所示的非常小的正角β¹¹，并且具有浸湿长度61和干燥长度67。显然，与传统的高速滑行式船体相反，干燥面积69显著小于61，从而在不利的海浪中大幅地减小撞击负载。另外，长度69上方的体积远小于长度67上方的体积，从而在不利的海浪中减小附加的浮力。在静海中，尾浪表面显示出独一无二地没有侧向喷溅，实际上保持与传统滑行式船体相反且可能存在的图10的侧向射线类型。TH-II的这些独特特征为有关跨空间的权利要求的主题。

在以下实例中说明导致TH-II的独特流体动力学和优越的航海性能的特定的临界几何关系，明确说明并不作为限制性的，其中TH-II应用于高超临界和跨空间状态以及x-状态(稍后将述)。在实例中，属于图14的数字以及称为单位的数字可以为英尺、十位数的英尺、米或其它单位：

LWL＝LOA＝数字67+69＝70单位

B，波束数字62＝16单位

LWL/B＝4.375

进入平面形状角度60＝13度

滑行长度，数字67＝35单位

图14中的干燥长度，数字69＝35单位

船体的总平面形状面积＝560平方单位

浸湿的、亚临界、超临界、高超临界的水线面面积＝560平方单位

跨空间、静水的干燥的平面形状船首部＝140平方单位

跨空间、静水的浸湿的平面形状，560-140＝420平方单位

高超临界下加载的水线面积的百分数＝100％

在不利海浪中具有额外负载的水线面积的百分数＝0％

静水、跨空间加载的水线面积的百分数，420/560＝75％

在不利的海浪中具有瞬间的额外负载的跨空间的面积的百分数＝140/560＝25％

船重＝W

平面形状的负载＝W/420，静水，跨空间

平面形状的负载＝W/560，高超临界

横梁加载的所有条件W/16

平均的自由船重，数字64＝5单位

跨空间的水线面上的体积＝2100立方单位

跨空间的船首干燥的平面形状上方的体积＝700立方单位，部分地仅在汹涛海面中相连

船首部的体积与水线面上的体积比700/2100＝0.33

TH的上述设计标准和特性尽管不具有限制性但是独一无二的。此外，对于安全的跨空间航行，它们需要适当的定位重心(CG)、纵向的漂心(LCF)以及推力线，使得在微浪和不利的海浪中的性能是合适的。需要符合跨空间流动中所需条件的重心依赖于轮廓为平面形状的船体形状以及推力线位置。上述实例的对于CG位置的良好数值为从船尾朝前测得的28单位，即，LWL的40％，且推力线近似于平行于底面并在所述底面下方的1.25单位处，即，在所述底面下方为2.85％LWL。上述的独特特征为权利要求的特征。

此外，为了在具有稳定CG的TH-II上获得从高超临界至跨空间状态的跃迁，在船尾处对应的轮廓形状如图14c中的71所示，如73所示，对于底面长度近似于最后的2.0单位，具有2.5-3.5％LWL的长度，所述长度应该以约-5度向上倾斜，如角度-α所示。这与高速滑行式船的轮廓形状是质的差异和相反的实施方式，所述高速滑行式船建议在船尾处为相对的向下的拱形，以帮助滑行而不具有过大的攻角，并且在滑行前还会减小峰值阻力；举例而言，为了缓和图2的底部处的升起趋势。

通过认识随着流体动力状态从零速度变化到微浪和大浪中的跨空间状态而涉及纵摇平衡的变化、可以更好地理解要在接下来的部分中说明的船体形状、CG、控制翼板的关键性重要性。不得不考虑浮力的流体静力中心、船体移动期间的浮力的流体动力中心、在跨空间状态下根本上产生变化的纵向漂心(LCF，水线面的面积质心)、由于动量变化而造成的动压力中心、以流体动力方式潜没时的船体攻角的变化效果，所有上述内容在微浪和不利的海浪中各自交互作用。

举例而言，在上述的实例中，其中CG距离船尾28单位，即，40％LWL，纵向浮动中心(水线面面积质心)从超临界状态下距离船尾23.3单位(33％LWL)变化到跨空间状态下距离船尾大致为15单位(21％LWL)。因此，CG与LCF之间的临界距离从对于超临界和高超临界状态的(28-23.3)单位＝4.7单位(为6.7％LOA)变化到跨空间状态下的(28-15)单位＝13单位(为18.5％LOA)。近似位置如图14a中的数字70所示。

针对所说明的跨声速船体的比例(为船尾宽度的6.25％)，已示例性地说明了和纵向纵倾度(trim)、稳定性和控制有关的这些重要的参数和关系，并且稍后将说明图14d中所示类型的后缘翼板，所述船体在侧面与半径为1单位的底面之间具有圆形拐角。

上述实例中的船体的几何形状的变化将会略微改变纵向纵倾度、稳定性和控制的参数和关系。所述参数和关系还依赖于重量与体积比，举例而言，以吨为单位的重量与以英尺/100为单位的长度的立方的比率。给出的实例为用于在50-85等级内的比率的指导。作为参考30,000吨和750英尺LWL的船舶具有71.1的重量与体积比。在这方面，重要的是分配跨声速船体的负载以使船首处的流体静力吃水远大于船尾处。

如果以静态水线面进行浮动以使TH的底面平行于水线面，如传统船舶中所常见的，则为了实现TH和TH-II的不寻常特征，浮力中心将降至LOA的大约33％，由于需要相同的CG位置，在排水的超临界状态下这将造成过大的阻力，并且将否定跨声速船体在其各种状态下的CG与LCF之间的大的距离，并且在较高速度时将会造成不稳定的纵摇情况。另外，将会破坏超临界状态下的TH尾流。通过这种平行浮动，为了纵摇稳定性而补偿CG向前移动在跨声速船体上将需要淹没的前部球缘，所述前部球缘将削弱阻力而在不利的海浪中是不受欢迎的，从而在中间体处造成撞击负载和结构弯矩的较大变化。

5h.获得为各种速度状态的单体TH航行的船尾装置.

为了使单体跨声速船体TH在其整个宽速度范围内(即，亚临界、超临界、高超临界和跨空间状态)的灵活性和有效使用是切实可行的，各种几何船尾轮廓是临界的并且是最佳结果，举例而言，在船尾处具有后缘翼板，但是与传统滑行式或半滑行式船上的船尾补翼(stem tab)相比用于性质上不同的临界(critical)且相反的方式。

图14d显示了TH的具有邻近船尾77的扁平船尾轮廓75的底面，且船尾折翼76平滑地安装在表面77和75的角落上，且向上的折翼角δf为约-6°，且船尾折翼翼弦为2.5％LWL。在具有保持平衡的40％CG的横向平面状态下、且在亚临界状态但不是在想要的超临界或者高超临界状态下的某些情况下，此负角需要产生和控制图14b中的临界的小角65。

图14e显示了图14d的船尾折翼，所述船尾折翼以图14c中的改进方式进行安装，以接受最优的船体船尾轮廓的船尾。具体地，存在扁平轮廓的船尾的船体78，所述船体78逐渐弯曲到4.2％LOA的扇形79内的后部，从而减少了约0.18的船尾的吃水，进而增加了TH-II的后部的浸水容积作用，且没有过多的局部船尾吃水。在角落83处铰接有大约2.1％翼弦的船尾折翼82，所述船尾折翼82利用在臂85与托架84之间的连接杆从扭矩管86处进行操作。所述折翼具有用于横向平面流动的约为-5°的角度，且任选地用于亚临界流动的角度等于约-8°。然而，所述折翼在用于超临界和高超临界状态的船尾折翼位置88处将向下弯曲79的效果完全改变到大约零度的出口角，并且具有特别的制动位置89，所述特别的制动位置89埋入TH的船头并提升其船尾，以增大来自两种源的阻力，所述阻力增大特别有利于在超临界和横向平面速度状态下进行制动。

借助图12、13和14，本人已经评论了对于以下的说明：形状，在超临界、高超临界和横向平面状态下的TH的流体静力学和流体动力学，重心和LCF位置和推力线位置，平面形状和宽度载荷，TH的后部轮廓形状，用于TH的船尾折翼和它们的组合，干的和浸湿的底面面积和对应的体积，以及它们对于不利海面中的船体性能的影响。对于后面的情况，重量的增加允许更靠船尾的CG位置；例如，对于76的重量/长度比，所述CG能够从0.40移回到0.39，并且同样，较轻重量/长度比将允许更容易进入横向平面状态。

5i TH的附加的X-速度状态

图15显示了由此作者的跨音速船体研发部门研发的新的状态。所述状态具有如此特殊的性质，以致甚至尽管肩部、船体中部和TH的四分之一曲率的缺失保持了临界和最有利，仍然没有完全探究跨音速水力场的前提和理解的关系。但是水面条件显得难以全部了解，因此被确定为在更高速度范围内遇到的X-状态，所述X-状态的证据为显示在图15中说明的在TH主体90的船尾91的后部处、围绕TH主体90的船尾91的后部处和到TH主体90的船尾91的后部处的表面条件的照片。所述尾流具有平坦均匀的凹陷处，所述凹陷处具有平滑的左边缘93和平滑的右边缘97，所述左边缘93和右边缘97向后突出作为主体90的扁平侧的水的延伸范围。在96和95处的尾流横截面显示了在没有受到干扰的平坦的水面区域92的水平面以下的尾流的平面，所述没有受到干扰的平坦的水面区域92在凹陷处97的外部且94在凹陷处95的外部。在射向船尾肋板91的后部的射线(水流)的尾流中没有证据，除了作为下凹的尾流区的边界。对于此X-状态，要注意的是，如图15中用虚线画出的，TH具有更深的向前吃水。在尾流的边界外面以及在尾流内部遍布的流场平面是特别流体动力学状态的证据，其中可能假定在Vsin4的尾流内的完全地横向分流，且V是船的速度，而4是首弦角的平面形状的一半。

5j 用船尾和横向折翼以及底部条纹对TH的横摇控制

图16显示了用于特别用途的TH的平衡和控制装置，所述控制装置用于TH在高超临界和横向平面模式中转换。在TH113上有宽的船尾100，所述宽的船尾100在其下边缘具有在共线的轴107处铰接的三个船尾折翼部分。所述中心折翼部分103执行主要动作以在转换期间提供向上(或仰头)的平衡，并因此相对于平坦的下TH表面112的突起提升角度102。所述折翼被显示成用于向右转。右侧折翼101被提升大于102的角度104以将船体113的右侧下沉，且左侧折翼105在与角度104相反的方向上被降低角度106以提升TH113的左侧。因此，TH向右侧倾斜且TH的底面当TH在传统方向舵的作用下向右偏航时受到向右的向心分力，在牛顿第二定律的作用下所述向右的向心分力产生向右的曲线航迹。(在图16中没有示出方向舵)

图16中显示了可选的转换方法，所述转换方法包括铰接在轴109处的可缩回横向折翼108，所述轴109在侧视图中倾斜以相对于在TH侧的流动具有冲击的正角α。在图16中示出的折翼108的展开位置在TH113的右侧上引起增加的升力，且因为左侧折翼114保持收缩，TH的右侧被提升，这使得它转向左。对于直线运动，右侧折翼108通过其致动活塞111收缩且被平稳地放置在TH的侧面的凹陷处109内。

图16的另一细节是在船体的横向下角落使用的横截面曲率。右侧曲率对应于具有长轴垂直线和使用在图14a的某些速度状态中的2∶1比的局部椭圆扇区以使俯冲的下沉效应最小化。在左侧不同的实施例示出有几乎尖锐的角隅116，所述角隅116最好用于图15的X-状态。结果，左侧横向折翼114能够放置在TH113的侧面下面的位置，并具有更强有力的效应。

下面以表格的形式描述使用图16中的船尾折翼的模式，其中β代表相对于船体的底面112的向后突起的以度数表示的角度。

折翼位置	左折翼	中间折翼	右折翼
				亚临界，竖直	-4	-4	-4
高超临界，竖直	-5	-5	-5
				高超临界，右转	+2	-7	-10

船尾折翼的用于右转的横向平面和超临界的使用与高超临界相似。

图16中的横向折翼的使用的状态为超临界、高超临界和横向平面状态，且纵向长度，如果需要的话，能够被最优化地用于优选的例如如下面概述的速度状态。

5k 用于流体动力学功能的横向折翼

图17显示了具有各种应用的横向装置，如下：

a.干燥甲板功能：在TH120上的横向折翼当在相较于平静的水面121的例如存在波浪122的不利的水域中运行时展开。在这些条件下，适当设计的TH将穿过连续起伏的波浪且只有最小的速度损失，但是在穿过波浪期间可能会有一些来自连续起伏的波浪的水到达干舷的顶部。这种情形被向前的左右横向折翼123、在船体中部的124和在船尾的125最小化。所述折翼可以与图16中的折翼108相似。

b.前后颠簸控制功能：在碎浪水域中或者在连续起伏的波浪中或者甚至在平静水域中，在高速状态中，横向折翼的选择性使用能够被用于前后颠簸控制；例如，展开向前的横向折翼对123仅用于上仰，或者展开船尾的横向折翼对125用于船体的俯冲下倾。

c.横向控制功能：仅仅船体中部的折翼对124中的一个折翼能够在没有前后颠簸效应的情况下用于控制船体横摇，或者仅仅折翼对125中的一个折翼能够被展开用于朝向不会使其折翼展开的相对侧摇摆并俯冲向下。

d.垂荡控制：在高速的范围内，整个折翼装置的展开将产生一些垂荡，或者船体中部的折翼对124的展开将产生邻近CG的船体中部垂荡，且前后纵顷效应最小。

e.将横向折翼固定为人行道：作为(低成本的)选择，并且损失一部分平静水域的性能，永久的横向折翼能够被用于在通常的和不利的海面中运行，且也能够被用作通道以使全体船员在船头和船尾的方向上在它们之上行走，以便检查窗户密封，有利于船首部的锚定操作，等等。

5l 借助导流栅的摇摆控制

图17也显示了竖直的导流栅状的表面127，所述表面127能够适于是用于在直线运动中使阻力最小的可收缩底部折翼。当方向舵126旋转时，方向舵126将在船尾产生离心力，假定朝纸面的向外方向。这将使船尾朝向右侧偏航。因为形成了向外的运动，形成向内的朝向导流栅127的横向水分流，这样提高了在导流栅127的右侧的压力并因此使TH右侧向上摇摆。由方向舵产生的偏航和由导流栅127产生的摇摆的组合作用使在船体上产生向左侧的向心力，根据牛顿第二定律产生左转弯的路径。所述向心力具有两部分：一是在船体的底部上的向内分量，另一个是在船体的右侧上的向内的力。如果组合，它们能够产生非常紧密的旋转半径。

5m 对实际大小的TH船的效率的独特的尺寸效应

通过分析自己的试验，如在模型试验中那样，在评估可适用于TH的特定流体动力学状态的TH船的重量/阻力比中，本人进一步发现了非常微妙但是又非常重要的优点。所述优点是用于TH的船体的尺寸增加的独特功能，所述舶体在增加用于传统的船体的尺寸中不存在。因为随着在排水型超临界、高超临界和水动力场状态下的TH的速度，阻力增长主要是来源于粘性，且造波现象或者动量变化的阻力相较于在同样速度范围内的传统的排水型或者滑行式船体要小的多，TH的重量/阻力比因为各种原因随渐增的尺寸而改进；一个重要的原因是当尺寸以恒定的弗劳德(Froude)数增加时，粘性阻力随着雷诺数强烈增加。例如，如果阻力系数随着从模型到船的渐增的比例降低50％，且如果，为简单起见，粘性阻力用比例的立方进行估计，那么粘性阻力将减少50％，但是造波阻力和重量将用比例的立方计算。而且，因为浸湿面积随着尺寸的平方增加，将会存在粘性阻力的进一步降低。在模型试验中排水型模式中的TH的造波阻力减少的实际结果是从模型试验预测的TH船的W/D比能够被估计为20％的或者多于传统的排水型船在相同的速度、尺寸和重量处的模型试验预测的W/D比。

5n 用于解决在不利海面中的通常问题的TH形状

船和排水型小船已经在过去被设计出来并呈现有充分的浮力储备，并且从船体中部直到船头更大，所述浮力储备可瞬间地接合在不利的海面中，从而当遭遇波浪时提升船头。甚至例如在水线面平面和窄的水线面处在船头具有锐利的引入线的驱逐舰之类的排水型船也不过是在水线面以上向外和向前外倾，以提供浮力储备，又允许利用在甲板平面以上的栅栏使在船头的露天甲板免受不利的海面的影响。

具有V字形底部的单船体和滑行式小船为了相同的目的，从船体中部到船头也具有基本的浮力储备和滑行类型的表面存储。

针对传统的船和小船的实践是将重的构件放置在船的中间以降低上下颠簸的惯性。

所述TH设计就适用于不利海面的形状和体积而论违反这些传统的单船体方法并与这些传统的单船体方法相反，且在图18a-18g中举例说明了几个重要的违反TH设计的特征。

图18a显示了具有70个单元长度和16个单元的最大船尾宽度的TH的平面图130。图18b显示了在静态的水134上面的侧视轮廓132；和在水中的剖面线136。图18c-18g显示了TH的横截面。要注意下面的独特的特征：

-在平面形状中进入图18a中所示的在水线面以上或者以下的各级波浪的非常尖锐的总引入角，所述尖锐的总引入角由截面18c、18d、18e进行加强。

-在如图18b中所示的船体的船首部的三分之一中，在静态水线面以上降低的干舷和轮廓高度。

-位于船体的船首部的区域内的静态水线面以上的减少很多的体积，这在横截面图18c-18f中很明显。

-如图18c-18f中所示，在船体的船首部的区域内的在静态水线面以上的横断截面形状分布，所述船体具有下落的肩部或者倒V字形形状以分散来自被穿过的波浪的垂直载荷。

-位于船体的船首部分的封闭的可居住的体积，以如图18c-18f中所示其允许穿过波浪，而不是接收在船首部的露天甲板顶部上的水的传统设计。

在上述的图18中示出了在不利的海面中成功试验的TH的具体形状，且进一步的特征在于：

-在图18a中，在船体的整个长度上，引入角以大约13°的总角度138延伸到船体的在水线面以下和以上的侧面。

-如图18b和18d中所示，位于距离船尾的80％位置处具有船体长度的大约4.2％的船首部的竖直干舷的位置处的低轮廓。

-在水线面以上的船体的截面具有如图18d和e中所示的倒V字形，或者如图18f中所示的倒U形，且平滑的位置低的全部轮廓具有在水线面以上为总长度的大约7％的最大高度。

临界参数是在平静的水线面134以上的船体的船首部区域内的浮力储备的所得到的体积，所述平静的水线面134能够被代替为例如瞬时俯冲进入例如图18b中的波浪131的很大的波浪内期间的瞬时条件。此附加的体积应该与由平静水中的船的重量排出的水体积有关。在下面的情况下已经进行了TH的成功试验：对于图18b中80％的位置与船头之间的附加体积为13％等级的体积比，和对于在57％位置与80％位置之间的附加体积为32％等级的体积比，且船体的重心在40％位置。这些比值是利用实际上粗糙的图解估计方法而获得的，且尽管因为水线面的船首部和船尾的面积不对称具有波浪模拟的软件的标准不完善，但是所述估计能够借助具有波浪模拟软件的计算机化的计算而进行了改进。这些比值导致最小的垂荡和上下颠簸干扰。

返回参照图18中的TH-II平面形状和轮廓，非常重要和关键的是阐明例如在波浪131的作用下，船体的高速下的动载荷尺寸如在1994年11月的《海马(SeaHorse)》出版物中所示的传统的非常瘦长的小船要小很多，原因如下：

·在高速时，TH具有例如图13和14中所示的接近零或非常小的冲击角度，并因此使TH的垂直动量的改变远远小于具有动升力助推器的瘦长船体，且所述瘦长船体在易于船头向上的航行速度下具有很大部分的船体的干燥的面积和暴露于波浪冲击的体积，从而能够产生非常大的载荷。

·而且，TH的平面视图对于给定的船体宽度更加长，因为其与船尾处的最大宽度成三角形，而不是如其它美国专利中所示的与在船的中部附近具有最大宽度的荚状侧面成三角形。由此，对于给定的轮廓，TH的浮力储备的体积在船首部的区域处较小。

·船首部的截面具有倒置的V字形形状以防止当穿过波浪或者在动态水冲击下的极高的局部载荷，或者防止波浪突入到船体的顶部，以致船体如果在不具有倒置的V字形的情况下，将存在倒置的杯形。

由于TH的几何特性，分散船的重的构件以使纵向惯性矩最大化变得特别有利，所述纵向惯性矩，即围绕通过图18b中的40％处的重心的横轴的惯性矩，且可选的一个横轴是在图18a和b中在33％位置处通过浮力的纵向中心的横轴，尽管因为水线面的船首和船尾的面积不对称，后者的标准并不完善。将动力装置、重武器、油箱和其它重物邻近船头和船尾放置非常重要。所述模型试验已经显示出非常有利的结果且多达40％的总船重靠近船体的端部布置。这在某些情况下可以使图19中所示的不寻常的动力装置成为必要。

5o TH的重量分布

图19a以侧视图显示了TH150，所述TH150具有位于船首部的的发动机152，该发动机152驱动利用传统的轴驱动的船体中部的螺旋桨154，所述传统的轴和螺旋桨154都由竖直鳍156保护，所述竖直鳍156在偏航中也能够提供良好的跟踪力和向心力。位于后部的是一对左右发动机，只有所述左右发动机中的一个显示为发动机156。所述发动机156驱动立轴158，所述立轴158浸没在方向舵160内以驱动安装在方向舵上的螺旋桨168，所述立轴158或者与方向舵分开并在方向舵的前面。所述动力装置系统因此能够包括三个发动机。油箱151和153也位于船体的端部，从而重的构件使船体的上下颠簸惯性最大化。船体150的上部161与图18中的船体在船首部的部分相似，但是在船尾的部分存在具有两个附加特征的露天甲板，所述两个附加特征独特地与宽的船尾宽度组合：一个是甲板上的直升飞机降落场164，另一个是图19b中的船尾仓库170，所述仓库170用于使辅助机动船172下水和回收辅助机动船172，同时TH船在运动中。图19b也显示了如何将右侧发动机156和油箱151装配到仓库的右侧，并且左侧发动机174和左侧油箱176装配到仓库的左侧，以及如何装配仓库外面的楼梯178。由于在船尾的最大宽度，所有这些都是唯一可能的。

5p TH的隐形和难以被觉察的特性

回到图18，现在将描述TH的在水线面134以上的隐形反雷达表面布置。具体地，船体的外壳遵循低雷达信号的分成块面的标准，所述低雷达信号的分成块面的标准在船体的右侧能够观察到，且具有在截面视图18c-18g中所示的扁平面板，所述扁平面板包括与水线面倾斜成约45°的扁平面板138，与水线面倾斜成约90°的扁平面板139，和顶部扁平面板140。由此，直接从上述看出的，所述船体只呈现三种面板：倾斜45°的左侧的面板138和右侧的面板138，以及大体上水平的扁平面板140。从上面的在右侧的独特的侧视图中看，只存在三种有意义的面板：右侧的138，139以及140。从主视图看，通过其性质，所述TH形状是极度秘密的。从后部看，其可检测的限制在四个分散的独特表面：在右侧的141和142，和在左侧的没有标号的对应的一对。

5q TH的重心和水线面形心

在图18中的其它重要的细节是在距离船尾的在全长的40％的重心145的CG位置，和距离船尾在33％全长处的浮力的纵向漂心LCF143，事实上是水线面的形心，从而提供了在排水型模式下的在CG与LCF之间的为船长的40％-33％＝7％的动态稳定臂，所述动态稳定臂已经提及用于其它图形，且所述动态稳定臂是比可能用于传统的排水型船大得多的数量，并且对于TH是唯一可行且有利的。在横向平面模式下，此差数增加到大体上超过7％，且根据横向平面的LCF143TP，能够到达14％的等级。

5r 用于TH的底面形状和建造方法

如原专利申请08/814417中说明的，使用复合材料或者冲压金属板和/或焊合板的现代施工方法能够用于TH；也能够利用木材。

然而，利用其形状上独特的简单性，特别是借助于能够用在扁平元件中的预制的复合板、船用胶合板或者金属板，和/或缓和的单曲率面板，TH能够被设计成用于低成本的制造方法以获得流体动力学的光滑表面。

原专利申请08/814417也说明了图20a、20b、21、22、23、24、25、26和27，且没有改变(除了连续的数字和小的语法纠正)。

图20a显示了TH的等比例的底视图，所述TH包括：扁平的矩形横向侧面200和203，且以三角形的外形汇聚在船首204；具有中心线202的扁平的三角形底部205；和扁平的船尾区域206。如前述评的具有浸湿的三角形轮廓的此形状超出了传统船体的兴波阻力，但是可以具有过多的船体浸湿面积和粘性阻力。

图20b显示了用简单的施工方法精制的TH、该TH可通过在船体的底面引入附加的三角形平面而降低粘性阻力，所述TH被改进为具有带有在船首224汇聚的扁平梯形侧面221和223的船体。所述底面包括三个三角形平面，即左侧平面229，具有中心线222的中间平面225，和右侧平面227。所述三角形在船尾区域226终止。

图21显示了TH的纯三角形表面的渐变，其中，TH的船体的侧面和底面由汇聚在船首237并终止在船尾区域238的三角形表面元件231、232、233、234、235和236限定。

图22显示了从图21发展的形状，但是更精制以进一步减少粘性阻力。其底面和侧面包括主类似三角形表面241、243、245和247，在这些表面中的一部分之间有梯形或者三角形的导流带242、244和246，所有导流带都融合在船首248内，并以角度250延伸到竖直，以降低作为吃水深度的函数的每单位时间的体积接合率。表面242、243、244、245和246朝较小深度的扁平的船尾肋板249向后延伸，所述船尾肋板249仅仅因为绘图的简化而显示为竖直。邻近所述船尾肋板的上甲板表面现在与向前的甲板表面成一角度240，所述角度240限定了到侧面241的近似三角形的终止端。为施工简便，在图22中元件242-246以及甚至244能够是非常大的长宽比的矩形，主要的增益就是降低制造成本。

图23显示了TH的变型，其中，当实际中存在对船体长度和/或单体宽度(例如设计规则，或者可得到的用于入船坞的船坞长度，或者用于拖车载运目的的最大宽度，所有这些都可以影响水的长度和/或用于给定位移的扶正力拒)的限制时，有必要修改图19中的TH原型。例如，图20中所示的船体形状借助修改的用于给定最大宽度的近似三角形布置满足用于给定的最大宽度的更大的位移。

具体地，在图23中，船体的主要构件包括长度254的主三角主体，所述三角主体在船首251与三角形的基础位置252之间以在前面图中显示的方式延伸。但是，在图23中船体现在向船尾延伸船尾主体的长度255，所述船尾主体在三角形的基础位置252与船尾区域253之间延伸。要说明的是，尽管所述延伸部分在甲板平面上沿255在平面形状上近似矩形，但是浸没的底面借助延伸到船尾肋板260的主三角形表面构件256和257以及几乎扁平的三角形表面构件258和259而保持扁平。

图23中所示的TH的具体特征是使用在船体后部的竖直或者反V形的小翼261和262，以从沿表面258和259的像扇子的水下流场提取能量，从而在船尾肋板260处增加船体的有效宽度，且在竖直小翼的情况下不用增加其几何可载运宽度。如果这些小翼如图23的左侧那样倾斜反V形的角度，那么它们能够开始起到后水翼的作用，所述后水翼支撑的重量的一部分，否则被船体延伸部分255支撑，并且它们也用于方向控制。

要说明的是，在图20-23中，水下底面是扁平的或者接近扁平的，并被具有三角形特征的表面元件和流体动力水线面引导，且当水朝向后部移动时吃水深度降低而宽度增加，并为在流体动力条件下保持活跃的流动设定有利的重力水静压梯度。

使用扁平表面构件的形状的发展降低了制造成本，并有助于说明设计特征。由于TH原型的简单形状之间的独特的合作，所以损失很小，所述TH原型允许使用扁平和/或单一曲率的元件以获得相当光滑的双面楔TH主体。

5s.用于帆船的一些具体的TH形状

图24显示了TH原型的进一步变化，这次被修改以便满足例如IACC的专用的规则：最小船壳围长，和船体水下部分的倾斜度，所述倾斜度要求船首和船尾在中心平面处悬于吃水线长度之上。对于TH，如从图23发展而来的图24中所示，船尾悬吊将是很重要的。具体地，所述TH原型在从船首271到位置272处的三角形的基部处的最大宽度的主船体主体长度274上延伸，并且在其底面上具有中心线276。因为在其底面上的中心线不得不针对规则上的悬吊目的倾斜不大于约12度的角度276，在船尾的船体延伸部分275从位置272延伸到位置273，并在船尾的周长位置279处限定200mm的距离280。所述船尾在平面形状上是V字形的，以允许在IACC规则范围内具有适当的船壳围长282。

图26显示了为简洁起见在倒置位置的我的原型船体，所述船体具有较低的表面三角形290r和290L，和具有倒置的V字形或者对角的船尾肋板侧面293和294的修改的船尾，所述对角的船尾肋板侧面293和294限定具有在中心平面处向前定向的顶点的内部三角形船尾出口。这在没有降低倾侧的吃水线的情况下减少了船体的浸湿面积。由管状元件292支撑的网291影响了“甲板”面积，但是降低了船体重量。图26的船体(小艇)被设计成能够扬帆航行操作，并在其底面290L或者290R的一半或者另一半接合左或者右流体动力的水线面，这降低了船体浸湿面积。如果增加了流体动力上的船体的流体静力学的扶正力矩，或相反降低了总阻力，那么这样的滑行可以是所希望的。

图27是此作者的TH船体的独特的发展，所述TH船体具有非常深的V形船尾肋板切口296和297，所述切口296和297限定了位于船尾的用于流动出口的三角形凹部。所述深的V形借助经验与船体的三角形船首引入线几何上平行。在扬帆航行中竖直的情况下，所述深的V形具有降低的船体浸湿面积。当逆风或者舷侧迎风时，图27的船体应该被倾斜到一侧或者另一侧，并当后端297与水接合时建立接合的流体动力水线面形状297a和当196的侧面被水接合时建立接合的流体动力水线面形状296a。所述深的V字形导致节省了很大的重量并减少了船体浸湿面积，且由棒298和网298a保留了很大的有效的“甲板”面积。

图27也显示了用于扬帆航行的TH船体的特殊附属物，所述附属物包括能够沿着弧线299c移动的鳍状龙骨299，和左右方向舵299a和299b，当逆风航行时，所述方向舵中的任一个被接合；例如，当侧面197根据水线面297a接合时方向舵299b被接合。在此情况下，所述两个鳍状龙骨299和方向舵299b在图中应该被向右旋转，或者顺时针旋转。旋转的鳍状龙骨299能够由不旋转的窄的鳍状物和很大的旋转折翼代替。水翼旋转允许以图28中所示的横向的风压偏位角操作TH船体，而不是通常的风压偏位角，且由于直线的在下风方向的轻舟形状降低了流体动力阻力，并且当迎风航行时通过增加三角帆301与主帆302之间的间隙300增加了航行推力。在图28中也显示了对应的方向舵水翼角位置，且299a不在水中。

图28A显示了使用两个平行TH船体301和303的多船体，如通过船内的放射线(ray)图案309和311能够看到的，所述两个平行TH船体301和303以超临界速度或者超过超临界速度航行时在船的附近没有尾流干涉。船外的放射线是313和315。所述船体由螺旋桨305和307驱动。因此，所述流体动力TH的优点被充分的保留。

图28B显示了用TH船体示例说明的根本上不同的多船体方法，但是可应用到其它的船体上。具体地，左右船体312和310具有它们的纵向对称轴，所述纵向对称轴相对于通常的对称轴以外倾角向外定向。结果，船外放射线320和322具有减小的尺寸和阻力效果，且浸湿的侧面更少，但是船内放射线324和326倾向于干扰提升水平面和阻力的倾向，并增加船内的浸湿表面。这可以通过船体310和312的后端处的有利的干扰而进行回浆。然而，图28B中的多船体配备有水加速推进装置330，所述推进装置330显示为在船体之间的一组的五个喷水器，当操作时所述五个喷水器重新利用射线324和326的某些能含量，这降低了它们的增加水平面的倾向，降低了它们的阻力分担，降低了船内的侧面浸湿表面，并因为另外没有来自船体的附面层流入动力装置提高了产生推力的效率。所述有规则的加速流动显示为332。

图28C是具有三个TH船体340、342和344的三体船，但是也能够是不具有外倾的传统的船体，因为对于任何一种情况，所述每一个都属于图28B所示类型的两个推进器组346和348提供了独特的降低阻力和增加推力的相互作用的优点。对于较小的多船体，所述动力组能够利用船外的船用发动机的电池制造而成。

下面附加的评论涉及图28A：对于给定的总长和总重，所述双体船构造向TH提供了独特的优点，即：对于给定的全长和引入角，所述宽度载荷被二等分，这便于在两个船体上从超临界更加快速地转变到横过平面的流体动力状态。

参照图28B，外倾角的优点不必限制于具有纵向对称轴的船体，且非对称平面形状能够代替所述外倾角，或者减小所述外倾角，要理解的是，所述船体的非对称形状将相对于中心纵向线对称。

参照图28B和28C，所述词“电池”用于表示单个流动推进器或者多个流动推进器，它们安装在涉及的图中的多船体的船体之间，例如，图28B中的五个喷水器组332，或者图28C中的一对两个喷水器346和348。

现在参照图29，图29显示了形成为TH三体船的很长的中心TH船体360和非常短的横向TH船体361和362，在这三个船体构件之间进行独特的协作，所述协作在下面的量化分析中得到说明：

主船体的长度Lc＝350英尺

Lc/Bc＝7

主船体宽度(beam)Bc＝50英尺

$\sqrt{\mathrm{Lc}}=18.70$

速度/长度比： $V/\sqrt{\mathrm{Lc}}=4.27$

速度＝80节

辅助船体的长度Lo＝125英尺

辅助船体的宽度Bo＝25英尺

Lo/Bo＝125/25＝5

速度＝80节，与主船体相同

$V/\sqrt{\mathrm{Lo}}=80/\sqrt{125}=80/11.18=7.15$

长度比Lc/Lo＝350/125＝2.8

主船体和辅助船体的速度/长度比之比＝4.27/7.15＝0.60

Lc/Boa＝350/175＝2，其中Boa是总宽度

图29的重要的流体动力特征如下：例如在非碰撞的主放射线363和364之间的最小的干扰阻力，所述主放射线363和364很好地对准三个船体的浮力的流体静力学中心，用于与中心船体相比较具有较低长度/宽度比的外船体的良好流体静力学横向稳定性，以降低宽度载荷并因此降低外船体的诱导阻力。

后者特征的重要性间接地在显示阻力曲线的图30中举例说明，所述阻力曲线本质上是定性的。曲线(a)显示了在4.27与7.15之间的速度/长度比的阻力的增加，所述阻力的增加在恒定的宽度载荷处很大，但是当宽度(beam)载荷通过相对于长度增加宽度、和/或通过降低重量而降低时，如曲线(b)所示，阻力降低。

图31中的三体船的左侧显示了不同且较为不利的情形，所述三体船具有细长的中心排水型船体371和也是同样细长的左侧船体373，所述中心排水型船体371具有很高的长度/宽度比以便于穿过波浪，所述左侧船体373具有相似的长度/宽度比。它们的第一个问题是很高的摩擦阻力，所述摩擦阻力如图30的定性曲线(c)所示的随速度的平方增加。当以等于约3的速度/长度比航行时，阻力不是过大，且减少的重量如曲线(d)中所示也有小的益处。然而，当速度增加到正是船体373的情形的为5的速度/长度比时，在曲线(c)和(d)中摩擦阻力水平都变得不可接受。同样，由于传统船体的平面形状内的肩部的曲率，波浪使阻力变得很大。由此，船体373的更短长度具有内在的问题。

图31的量化的示例介绍如下：

传统主船体的长度＝350英尺且其平方根为18.7

速度/长度比， $V/\sqrt{L}=3$

V＝3×18.7＝56节

主船体的宽度＝30英尺

长度/宽度比350/30＝11.7

传统设计的辅助船体具有非常不同的流体动力情形：

长度＝125英寸；其平方根是11.18

长度/宽度比保持与主船体相同即11.7

V＝56节，同主船体

然而，速度/长度＝56/11.18＝5.0

即使其例如沿曲线(d)相较于中心船体具有更小的尺寸和重量，在速度/长度比为5的船外船体的阻力水平，沿图30的曲线(c)也因此对于船体373非常高。

理论上，传统的滑行船体，例如图31中用虚线示出的375，在56节处的滑行条件下与在相同速度的传统排水型船体373相比较能够具有较小的阻力，例如如图30中的曲线(e)所示，但是这仅仅在平坦的水中。在通常的海洋条件下，或者在不利的大海中，规划的船体375因为遭遇波浪将具有不可接受的阻力，且很高的结构载荷也使其不切实际。

更加有利的情形应用于细长中心排水型船体的三体船的船体，所述细长中心排水型船体例如速度/长度比为3的图31中的371，但是具有跨音速船体形状的船外船体，所述船外船体具有例如图31中的377与373相同或者相似的长度，但是具有更宽的宽度。船体377能够以约为5的很高的速度/长度比航行，但是，如针对速度/长度比为5、在图30中所示的曲线(c)和(d)那样，其图30中的曲线(a)或者(b)上的阻力将比传统的船外排水型船体低很多。

如前面所述的，图30中的阻力曲线本质上是定性的，因为它们对于中心和船外船体的精确的数值将基于相对重量、宽度载荷、长度/重量比、和基于具体设计选择的相似特性。然而，图30对于熟悉多船体设计理论和实践的人员而言是有用的指南，以指导具体的设计选择。

在前面评论三体船的问题中，汹涌的海洋条件下的效果已经相对于穿过波浪和结构载荷被提及了，这是为了防止规划的船外船体可能是“砰击载荷”类型。如果支撑船外船体的翼在它们的根部被铰接，例如通过图29中的具有轴踵的铰链368或者与图29的中心线平行的铰链369，那么这个问题将被缓解。从图32中的后部看的此类型的布置能够应用到传统的或者THE或者滑行的船体。此一般的情形通过图32中的示例示出：翼380在其根部铰链381处被铰接，以允许角运动383，同时其船外船体381接受具有最小的由于遭遇波浪而导致的砰击载荷和阻力增加的横向的海洋波浪382。船体381可以是细长排水型类型，或者可选地，是传统的滑行或者TH类型。翼380在铰链381处安装在中心船体379上，所述中心船体379可以是上面船体类型中的任意一种。其角的幅度能够由横向波浪和/或由液压活塞383、或者动力和与383相似的液压活塞系统施加的阻尼的组合供以动力。

前图28A-32描述了TH多船体应用到很大的船，但是通过比例缩小为适当的，也代表了中等尺寸的船例如渡船、轮渡和军用巡逻和海岸警卫船。

而且，TH多船体不是依赖于尺寸的，其也能够应用到很小的船和具有或者不具有辅助或者紧急动力装置的人力船。这在作为单船体首先说明的皮艇(kayak)类型中得到举例说明，且此后添加横向船体。

具体地，图33显示了单船体的人力的皮艇类型的船体390，为方便制造和/或在皮艇的成套零件的情况下方便组装，所述船体390具有扁平的侧面和有小平面的顶面。开口的驾驶舱显示为391且船尾在392处。尽管人力的速度几乎不可以达到超临界范围，但是像皮艇的TH构造提供了三个很重要的优点：一是对于一个人在深水区从船尾上船且不使船体摇摆并以其独特的方式在紧急的深水条件下提高安全性的可行性。另一个是手臂能够从窄的小舱执行划桨动作，并使手臂能够保持靠近身体，同时保持小舱的用于船尾横向稳定性的更宽的宽度。这直接与通常的皮艇设计相反，在通常的皮艇设计中最大的宽度在驾驶舱处。第三个优点是更平稳的航行，因为船体非常尖的引入角，具有更少的因为遭遇波浪起伏的大海表面而导致的阻力增加。TH皮艇的英寸尺度通过示例显示如下：

总长度＝162

水线长度＝162

在船尾的最大宽度＝35

图33中的扁平侧能够通常是竖直的。可选地，例如通过将首弦角改变到与395相似的393，它们能够向外倾斜。这相对于表示为396的底面的平面形状向前滑动了甲板的平面形状394，从而如图34中所示的，使扁平的右侧397和相对的侧向外倾斜。

回到图33，其典型的横截面348也在图35中示出为398。然而，图35通过示例也显示了位于TH船体上的、用于在展开时提高横向稳定性的铰接的横向主体，但是所述横向主体可应用到所有类型的皮艇和相似的船上。图35显示了收缩的右侧的主体400，所述主体400在轴401处铰接并大体上在水线面402以上，从而使所述主体400在船在运动中时没有与水表面403接触。然而，当横向稳定性需要增加时，例如在低速情况下或者静止或者在不利的海面上，所述主体400展开到位置400′，且当展开时其下表面邻近水线面402。当400在位置400′内时，当船倾斜或者摇摆、400的体积浸没时船的浮力的中心将非对称地移动，这样就产生了对例如具有代表倾斜状态下的水平面403的船的回复力矩。

图36显示了图33的主体的立体图，所述主体具有图36所示的在400的缩回状态下横向稳定主体。图37显示了同样的船，所述同样的船在展开的400′的状态下具有稳定性主体。

在先对人力TH类型的皮艇的讨论提及横向稳定性问题和辅助或者紧急推进器。

对于TH皮艇，或者任何类型的皮艇，利用非对称的辅助船体，或者例如图38中所示的具有主船体405和由翼407支撑的横向或者辅助船体406之类的“快速帆船”构造，能够提高横向稳定性。主体405应该很小从而不会产生阻力和重量。因此，对于406为TH类型存在具体的优点，因为在主船体405的临界速度或者在主船体405的临界速度附近，辅助船体406因为其很短的长度而很明显地在横向平面的状态中航行。而且，辅助船体406会遇到相对于其长度和宽度很大尺寸的水的碎浪，这意味着，与用于横向船体的传统的细长排水型形状相比较，TH提供了独立的好处。辅助船体406的TH形状在图39中说明。

具体地图39显示了主TH船体405、侧翼407和侧主体406的俯视图，且图40是对应的侧视图。坐标和尺寸，对于人力船是英寸，但是对于小的轮渡或者军用船是英尺，且对于更大的具有不同顶面的船是米。

图41中显示了横向TH主体406的坐标和截面。X(纵向)和Y(横向)坐标能够针对例如具有直至约1.6的因数的更大的浮力的横向主体而增加，且X坐标用于例如具有直至大约2.0的因数的更加细长主体，且没有对主要TH船体的改变。所述非对称的形状被设计成降低在横向海面上的不利的摇摆的趋势。

图42显示了具有辅助或者紧急螺旋桨的TH三体船，其发明性方面描述如下：

空气螺旋桨、导管螺旋桨以及用于移动水运船舶的风扇的使用是已知的，但是被限定于具体的领域，例如用于使用在沼泽和浅水水域中的船通常具有这样的船体：所述船体具有矩形平面形状和很大的宽度(beam)，且长度对宽度的比约为4。空气螺旋桨也已经使用在气垫船上，所述气垫船，例如水翼船，也是相似的矩形平面形状，能够在水上或者陆地上运行。而且，已经提出了空气螺旋桨并用于水上飞机的机身的推进器，所述水上飞机细长但在高速时具有翼气动升力。

另一方面，人力的水运工具，例如划船的单人用赛艇、皮艇、和相似的船已经使用橹、桨、和甚至是使用在Hobie Mirage的皮艇的非常有效的推进器单元内的有益的移动鳍。所有这些船都是细长的。

如因特网中以各种名字所示的，皮艇和相似的船也已经考虑使用由腿运动而提供动力的船用螺旋桨，甚至使用电驱动船用螺旋桨作为辅助动力装置，或者作为紧急动力装置，或者作为可选的动力装置，所述电驱动螺旋桨需要电池来驱动驱动船用螺旋桨的电动机。在具有在水表面以下凸出的船用螺旋桨的这种人力船靠岸时，遇到了一个严重的问题，通常需要船用螺旋桨可以缩回，这样就给这种船增加了复杂性和成本。当动作限制于橹和桨时它们也添加了阻力，并且尽管标准类型的电池成本很低但是非常重，且能够达到整个单个位置皮艇的重量。然而，直到本发明，利用细长船的电池电力提供辅助驱动推力的空气螺旋桨是没有前例的。

因此本发明涉及空气动力螺旋桨或者导管螺旋桨或者风扇(此后指空气动力叶轮)的使用，所述空气动力叶轮以没有前例和独特的应用方式用于细长的人力船作为可选的、辅助的或者紧急的动力装置，所述动力装置使用能够在海岸上充电或者用人力船的表面的太阳电池板充电/再充电的电池。

具体的提供新的独特特征的细长的TH船构造在图42和43中得到说明。图42中的主要特征如下：主要TH船体409支撑横向翼411和410，所述横向翼反过来支撑船外的TH船体413和412。后甲板414支撑通过使用电池421驱动空气螺旋桨415的电动机420。

TH三体船的很大的上表面区域在图示的阴影区域416(前甲板的顶部)、417(翼的顶部)和418(后甲板的顶部)应该被用于太阳电池板，以当在汽车的顶部或者拖车上运输时、当停放在海滩上时、或者当划船时给电池充电。所述倾斜的电池板416和418具有直到45°的小的角度以在清晨或者傍晚使获取太阳能最优化。

同样，所述翼能够围绕铰链419向上折叠用于运输，或者能够相对于船体409向下折叠，以例如通过在海滩上倾斜船体409或者通过在水中倾斜船体获取下午的太阳光。

因为空气螺旋桨415对于不习惯叶片驱动工具的人员而言能够产生问题，优选地，且作者建议的是空气动力推进器应该使用套管或者导管。小且轻的电动机420由安装在船体内部的下面位置处的电池421供电，由此避免对传动装置的需要。为了更高的效率和冷却运行温度优选的使用无刷电动机。例如镍氢电池或者甚至更好些昂贵的锂离子电池的很轻重量的电池将使船的重量最小。因为人力船需要经常用手从海岸搬运到汽车上，对于在人力船中需要的很轻的重量，高效的电池和电动机将是至关重要的。增加的成本提供了增加的安全性，且借助如图42中的螺旋桨，将TH三体船靠岸将不存在任何障碍。

而且，独特的添加的特征也需要围绕螺旋桨的盘以防止事故。安全的备选方案是使用图43中所示的导管螺旋桨，所述导管螺旋桨包括安装在船体409的后甲板上的导管423，并具有内部叶片425和前部的天窗或者网孔426，以阻止手或者空气驱动的碎布的偶然插入。相似的网孔应该使用在也能够具有空气舵428的导管后嘴上。所述导管的外部上侧表面也能够具有用429表示的太阳电池板，以进一步增加太阳电池板区域。

通过示例，用于图38的“快速帆船”的图44中显示了支撑横向船体的翼的折叠特征，所述“快速帆船”具有在船体上并横过船体的摇杆缩回位置，以及用于图38中的展开位置的摇杆驱动展开通道430。图45显示了用于图42和43中的三体船的缩回位置的中途，所述三体船具有展开通道431。相似的缩回和展开方法特别是对于更大的船能够使用电力或者液压加速。

图46显示了用于使用V字形出口TH构造的新类型的船尾平面形状。船体下的流动现在具有图47中所示的不同的亚临界模式，所述亚临界模式包括在不同于用于直线船尾平面形状的弗劳德数时出现的两个分开的半哥特式拱尾流平面形状432和433，所述直线船尾平面形状已经通过试验建立。所述亚临界流动相较于用于非V字形TH船尾平面形状的超临界状态的流动，变成在不同弗劳德数时的射线434与435之间的单个超临界尾流。

上述的设计标准的数值是代表性的用于评论的船体特性，且在本发明的精神和其权利要求的保护范围内可以被调整成用于具有对应推力线位置的实际大小重量的、以及其它设计特征的具体的TH船体形状。

所述说明书和附图涉及流体动力学和TH形状，且没有涉及机械装置的结构细节，并且因为模型试验不足以用于确定实际大小的有人驾驶的未知重量的TH的稳定性，或者其它的有关问题的安全性，所以这些问题应该被调查并由授权的制造者单独确定，所述制造者在这些问题中具有单独的责任。

在不偏离本发明的权利要求中涉及的教导的情况下，可以对附图和说明做出改变。

Claims (7)

1、一种具有在水中部分的跨音速船体，所述船体具有船首、船尾和船首与船尾之间的长度，所述在水中部分的特征在于，具有：

在水平面处的大体上三角形的水线面，所述水线面具有邻近所述船首的顶点和邻近所述船尾的基部；

当运动时在侧视图中大体上为三角形的轮廓，所述三角形的轮廓具有邻近所述船尾的顶点和邻近所述船首的深的吃水；和

朝向下面的表面，所述朝向下面的表面具有左和右三角形纵向表面元件，所述左和右三角形纵向表面元件的基部邻近所述船尾且左和右三角形纵向表面元件的顶点邻近所述船首。

2、根据权利要求1所述的跨音速船体，其特征进一步在于具有基部邻近所述船尾的第三中心三角形纵向表面元件，所述第三元件位于所述左与右元件之间。

3、根据权利要求1所述的跨音速船体，其特征进一步在于具有纵向左和右侧面元件，且在于具有在所述侧面元件之间延伸并连接所述侧面元件的左和右细长的多边形纵向元件，所述左和右细长的多边形纵向元件具有所述船体的所述水下部分的所述朝向下面的表面的对应的左和右三角形元件。

4、一种用于具有船首、船体中部和船尾的船的波浪减少船体，所述船体的特征在于：

(a)大致为三角形的水线面，所述水线面具有邻近所述船首的尖端，和邻近所述船尾的最大宽度；

(b)所述水线面具有大致为直线的发散侧面，所述发散侧面大体上从所述尖端延伸到所述最大宽度；

(c)所述水线面具有大体上小于所述最大宽度的船体中部宽度；

(d)所述船体具有邻近所述尖端的吃水，所述吃水深于邻近所述最大宽度的吃水；和

(e)邻近所述尖端的所述吃水不大于邻近所述船尾的所述最大宽度的大约三分之一(33％)。

5、一种具有水下部分的跨音速船体，所述水下部分具有船首、船体中部、船尾和长度，借助动力装置将在水中的所述船体从第一静止的流体静力学排水型条件移动到第二亚临界速度排水型状态并到更快的第三超临界速度排水型状态，所述水中部分的特征进一步在于具有：

(a)大致为三角形的水线面，所述水线面具有邻近所述船首的尖端、邻近所述船尾的宽水线面宽度，和邻近所述船体中部的大体上小于所述宽水线面宽度的水线面宽度；

(b)具有邻近所述船首更深的吃水和邻近所述宽水线面宽度更小吃水的轮廓，所述船首的水下部分通常与结构无关；

(c)且当在所述亚临界和超临界状态下时，所述船尾的吃水从所述基部的在所述流体静力学条件下相对于静态水线面的大约4％变化到相对于邻近所述船尾并在所述船尾下游的水表面大体上为零。

6、一种具有主船体和横向船体的多船体，且所述船体中的每一个具有相似的三角形水线面平面形状，且窄端向前而宽端向后，且每一个所述多船体在任何给定的速度具有不小于主船体的速度/长度比的约1.5倍的所述外船体的速度/长度比。

7、一种具有主体的船，所述主体具有船首、船尾、纵向长度和在流体静力学条件下的水线面，所述水线面具有大体上的三角形形状，且所述三角形形状具有邻近所述船首的尖端和邻近所述船尾的宽端，所述船进一步的特征在于所述宽端的水线面具有船外端部和中心区域，且所述中心区域在所述船外端部的上游，所述中心区域在平面形状上形成为位于所述船外端部之间的浅的“V”形。

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