CN102574568A - 三体船的运动阻尼 - Google Patents

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Abstract

一种三体船结构的多体船(10)。所述多体船(10)包括主船体(15)和至少一个侧船体(17)，侧船体位于所述主船体的各个侧面。所述多体船(10)配置有用于为波浪感生运动提供阻尼的运动控制结构(40)，进而提供航行控制。所述运动控制装置(40)包括一个靠近所述主船体(15)的船首(25)设置的前运动阻尼装置(41)和两个靠近各个侧船体(17)的船尾(33)设置的后运动阻尼装置(43)。在这种布置中，一个所述运动阻尼装置(41、43)位于或靠近所述船(10)的一个想象中的三角形包络(44)的顶点。每个运动阻尼装置(41、43)适用于抵抗所述多体船(10)的波浪感生运动，进而提供一个阻尼效应。每个运动阻尼装置(41、43)包括水下水翼(45)，但是其它阻尼设备也是可能的。

Description

三体船的运动阻尼
技术领域
本发明涉及一种三体船结构的多体船，其包括位于中心的主船体和两个侧船体。更特别地，本发明涉及带有运动控制的三体船，该运动控制用于为不被期望的船体运动，特别是波浪感生运动提供阻尼。
本发明特别为三体船设计，但不仅限于三体船，该三体船配置为高速的商务船和军事船，比如用于运送乘客、货物、甚至车辆的渡船。
背景技术
下面关于背景技术的描述的目的仅仅是为了便于理解本发明。该描述并不承认其涉及到的任何材料是到本申请的优先权日为止的公知常识的一部分。
在海轮被设计为高速的情况下，出于效率的原因，通常希望船体长而薄。然而，这导致船缺乏稳定性且容易翻船。因此，许多高速船设计有两个或多个长而薄或长而窄的船体，且这些船体以可以提供较高的稳定性的形式布置。这种船的典型例子就是两船体的双体船和三船体的三体船。
长而薄的船体实现了对于装机功率而言具有高速的推进效率的渴望，但是长而薄的船体很容易受波浪影响，船的运动可能过度。出现这种情况的原因涉及到船的水线面积和转动惯量。具有高水线面积和转动惯量的船将比具有较小水线面积和转动惯量的船更容易抵抗运动。
具有相对薄的船体的船将具有较小的水线面积和转动惯量，由此得出结论，这种船将很容易受到波浪感生运动的影响。
然而，反过来说，很容易因波浪而运动的船，很容易通过增加垂直于波浪感生运动的方向安装的表面来克制这种运动，波浪感生运动的方向通常是竖直的。
已知作为高速渡船的三体船，具有长而薄的主船体和两个较小的长而薄的侧船体(辅船(amahs))，侧船体可以为整艘船提供必须的稳定性，以防止翻船。三体船的俯仰运动可以通过产生竖直力来控制，该竖直力由安装在所述主船体的船首的主动水翼产生，该主动水翼的安装方式类似于安装在各种双体船的船首的类似的主动水翼。为了限制所述三体船在波浪中翻转，抗翻转鳍安装在所述主船体的两侧。这些抗翻转鳍基本上是运动的水翼，与安装在更传统的单体船上的相应装置类似。
抗翻转鳍在减小翻转方面很有效，但是它们具有不需要的副作用，当所述船翻转时，它们还会在多余的方向上产生力，特别地，这些力会导致偏航(将使船偏离选定的前进方向)和小分量摇摆。偏航和摇摆力是非水平的鳍的必然结果，因为当船翻转时，固定的非水平鳍会产生升力，该升力具有垂直分量(减小翻转)和水平分量(增大偏航和摇摆)。
已知，为了减小翻转，将所述鳍垂直于所述翻转的线设置是有利的，这通常会导致所述抗翻转鳍偏离水平面安装。
每当所述船翻转，任何多余的偏航力都将需要舵手进行航向修正，这显然是不被期望的。
本发明针对该背景技术及其相关问题和困难，被研发出来。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种多体船，其包括主船体和至少一个侧船体，所述侧船体位于所述主船体的各个侧面，每个船体包括船首、船尾和用于为波浪感生运动提供阻尼的运动控制结构，所述运动控制结构包括：靠近所述船体中的一个的船首设置的前运动阻尼装置和靠近所述船体中的至少另一个的船尾设置的后运动阻尼装置。
优选地，所述前运动阻尼装置靠近所述主船体的船首设置，所述后运动阻尼装置靠近所述侧船体的至少一个的船尾设置。
优选地，所述后运动阻尼装置有两个，每个后运动阻尼装置靠近各自的侧船体的船尾设置，所述侧船体设于所述主船体的两个侧面上。
优选地，所述多体船为三体船，所述三体船包括位于所述主船体两侧的两个侧船体。
优选地，每个阻尼装置被配置来抵抗所述船的波浪感生运动，进而提供阻尼效应。
所述阻尼效应可以针对一种或多种波浪感生运动，包括但不限于俯仰、翻转和偏航。每个阻尼装置可以包括水下水翼，但是当然也可以采用其他阻尼设备。
每个水下水翼可以包括一个T形水翼，所述T形水翼包括水平布置的翅片箔，所述翅片箔安装在一支柱的下端，所述支柱固定在各自的船体上。
典型地，每个水翼相对于迎面而来的流向呈表面上为零度的攻角，以减小阻力。优选地，每个水翼具有用于减阻的流线型结构。
典型地，所述水翼的目的并不是通过产生与所述迎面而来的流向呈攻角的升力，来产生与波浪感生运动反向的附加力。相反，所述水翼的目的在于产生波浪感生运动的阻力。然而，在一些应用中，所述水翼还可以用来产生升力。
虽然所述水翼优选地是固定的并且不具有运动部件，但是在一些应用中，也可以采用主动控制，以便于根据变化的条件进行调整，比如通过提供对控制系统作出响应的活动表面。在这种布置下，所述水翼可以用于提供升力和/或提供转向或方向控制功能。
当所述三体船漂浮在水面上时，每个水翼相对于各自的船体而言，可以位于便于维护或维修的位置。在一种布置中，所述水翼易于从所述船体上拆卸下来。在另一种布置中，所述水翼在不需要从所述船体上拆卸下来的情况下便于维护或维修。在后一种布置中，位于每个侧船体的船尾的所述水翼修改成可选择性地向上移动至一位置，在该位置很容易被工人接触并从所述船体上进行操作。这样，在不必迫使船入干船坞的情况下，就可以实现对所述水翼的维护操作。
典型地，所述运动阻尼装置在水平面的尺寸，在足以阻尼所述多船体而不造成对前进速度的过度阻力之间，处于一种折中状态。足以阻尼所述多体船运动所需要的尺寸由在平面上所述运动阻尼装置的断面惯性矩和所述多体船的水线面的断面惯性矩的比率限定。就纵向运动(俯仰)而言，所述前运动阻尼装置相对于所述船的漂心的断面惯性矩优选为所述多体船的水线面的断面惯性矩的5％-15％。就横向运动(翻转)而言，每个所述后运动阻尼装置对于所述多体船的中心线的断面惯性矩优选为所述多体船的水线面的横向断面惯性矩的2％-6％。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种多体船，其包括主船体和至少一个侧船体，所述侧船体位于所述主船体的各个侧面，每个船体包括船首、船尾和用于为波浪感生运动提供阻尼的运动控制结构，所述运动控制结构包括靠近所述主船体的船首设置的前运动阻尼装置和靠近至少一个侧船体的船尾设置的后运动阻尼装置，所述侧船体设于所述主船体的两个侧面上。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种三体船，其包括主船体和两个侧船体，每个船体包括船首、船尾和用于为波浪感生运动提供阻尼的运动控制装置，所述运动控制装置包括一个前运动阻尼装置和两个后运动阻尼装置，所述前运动阻尼装置靠近所述主船体的船首设置，所述后运动阻尼装置靠近各个侧船体的船尾设置。
优选地，所述运动阻尼装置这样安装，其对翻转有阻尼效应的部件被水平设置，这样，当所述船翻转时，摇摆力基本上被减小(尤其是接近零)。
附图说明
下面将描述附图中展示的本发明的一个详细实施例，以便更好地理解本发明，其中：
图1为本发明实施例的多体船的后视图，该船为三体船形式，包括主船体和两个侧船体；
图2为所述主船体和两个侧船体的平面示意图，特别显示了运动阻尼装置；
图3为所述船的侧视图；
图4为所述船的主视图；
图5为所述船的进一步后视图。
具体实施方式
图中显示的实施例是关于一种多体船，其为三体船10形式。本发明实施例的三体船10是高速的商用海轮，被用作运送乘客和货物、甚至包括车辆的渡船，或者被用作军用船。典型地，该三体船的尺寸约为80-130米，但是显然不以此为限制。
所述三体船10包括下部结构11和上部结构13。在本实施例中，下部结构11和上部结构13均主要由铝构成，但是显然可以使用任何其他合适的建造材料。下部结构11的吃水线在图1、2、和3中通过标号14标识出。所述三体船的中心线由标号12表示。
下部结构11包括位于中间的主船体15和两个侧向间隔的侧船体17，通常已知为辅船(amahs)。
所述下部结构11进一步包括两个整体式桥结构19，该桥结构19连接所述主船体15和所述侧船体17。所述桥结构19和所述船体15、17一起提供甲板表面21，所述上部结构13位于所述甲板表面21上方。所述桥结构19和所述船体15、17一起提供两个位于所述主船体15两侧的隧道23。
所述主船体15具有在船首25的前端终端和在船尾27的艉肋板29形式的后端终端。类似地，每个侧船体17具有在船首31的前端终端和在船尾33的艉肋板35形式的后端终端。
推进系统(图未示)用来向所述主船体15传递推进功率。所述推进系统包括推进装置，比如位于所述主船体15的船尾27的可操纵的喷水式推进器42。
所述三体船10配置有运动控制结构40，该运动控制结构40用于为波浪感生运动提供阻尼，进而提供航行控制。
所述运动控制结构40包括靠近所述主船体15的船首25设置的前运动阻尼装置41和靠近每个侧船体17的船尾33设置的两个后运动阻尼装置43。在这种布置下，所述运动阻尼装置41、43中的一个位于或靠近所述三体船10的一个想象中的三角形包络的顶点，如图2中标号44所示。
每个运动阻尼装置41、43适用于抵抗所述三体船的波浪感生运动，进而提供一个阻尼效应。整个阻尼效应包括俯仰、翻转和摇摆阻尼。
在本实施例中，每个运动阻尼装置41、43包括水下水翼45，但是其它阻尼设备当然也是可能的。
每个水下水翼45包括一个T形水翼(T-foil)，该T形水翼(T-foil)包括水平设置的翅片箔47，该翅片箔47安装在一个支柱48的下端，该支柱48固定在各自的船体上。所述翅片箔47的结构类似于NACA箔部分(foil section)，而所述支柱48相当长，以确保在所有会遇到的典型海况中，所述翅片箔47保持在所述水线下方。
在图示布置中，所述水翼45这样设置在所述船体15、17上，各个翅片箔47位于相同的深度，如图4中的标号50表示的虚线所示。在另一中布置中，所述主船体15上的所述水翼45的翅片箔47可以与所述侧船体17上的所述水翼45的翅片箔47位于不同的深度。
每个水翼45是固定的且被设置为相对于迎面而来的流向呈表面上为零度的攻角，以减小阻力，并具有可以减阻的流线型结构。
每个水翼45相对于各自的船体15、17的位置这样布置，以使当所述三体船10浮在水面上时，水翼45易于维护或维修。在一种布置中，所述水翼45很容易从各自的船体15、17上拆卸下来。在另一种布置中，每个侧船体17的船尾33上的所述水翼45被改为可选择性地摆动到这样一个位置，被工人接触并从所述船体上进行操作。
在本实施例中，注意到足以减弱所述三体船10的竖直运动而不对前进速度造成过度阻挡而要求的尺寸，每个水翼45在水平面的尺寸处于一种折中状态。足以减弱所述三体船运动所要求的尺寸在平面上由所述水翼45的断面惯性矩和所述三体船的水线面的断面惯性矩的比率限定。
就纵向运动(俯仰)而言，作为前运动阻尼装置41的所述水翼相对于所述船的漂心(the centre of floatation)的断面惯性矩为所述三体船的水线面的断面惯性矩的5％-15％。
就横向运动(翻转)而言，作为后运动阻尼装置43之一的每个水翼相对于所述三体船的中心线的断面惯性矩为所述三体船的水线面的横向断面惯性矩的2％-6％。
由上述内容可知，很明显的，本实施例提供了一种用于阻尼波浪感生运动的简单高效的布置。每个运动阻尼装置在被动状态下运行以简单地抵抗所述三体船的波浪感生运动，进而提供对波浪感生运动的阻尼效应。
需要注意的是，本发明的范围并不仅限于上述实施例的范围，不同的变化和修改均属于本发明的范围。
通过举例的方式，在上述实施例中，目的并不是使所述运动阻尼装置41、43通过产生与迎面而来的流向呈攻角的升力，来产生与波浪感生运动相反的附加力。所述运动阻尼装置41、43的目的仅在于对波浪感生运动产生阻力。然而，在其他实施例中，所述运动阻尼装置41、43也可以用来产生升力。
此外，在上述实施例中，所述运动阻尼装置41、43是固定的且没有运动部件。然而，在其它实施例中，所述运动阻尼装置41、43可以配置为主动控制，比如通过提供对控制系统作出响应的活动面，以便于根据变化的条件来进行调整。特别地，所述后运动控制装置43可以配置有活动面，以提供转向或者方向控制功能，从而提高可操纵的喷水式推进器42的转向功能。
在以上描述和图示的实施例中，所述前运动阻尼装置41设置在靠近所述主船体15的船首25处，而两个后阻尼装置43设置在靠近每个侧船体17的船尾33处。也可能有其它布置，例如，两个前运动阻尼装置41设置在靠近每个侧船体17的船首31处，而一个后阻尼装置43设置在靠近所述主船体15的船尾27处。
在说明书和权利要求书中，除非上下文中有其他要求，“包括”一词应被理解为暗示包含所描述的整体或整体的组合，但不排除任何其他整体或整体的组合。

Claims (16)

1.一种多体船，包括：主船体和至少一个侧船体，所述侧船体位于所述主船体的各个侧面，每个船体包括船首、船尾、和用于为波浪感生运动提供阻尼的运动控制装置，所述运动控制装置包括靠近所述船体中的一个的船首设置的前运动阻尼装置和靠近所述船体中的至少另一个的船尾设置的后运动阻尼装置。
2.根据权利要求1所述的多体船，其特征在于，每个阻尼装置适用于抵抗波浪感生运动，进而提供阻尼效应。
3.根据权利要求1或2所述的多体船，其特征在于，所述前运动阻尼装置靠近所述主船体的船首设置，所述后运动阻尼装置靠近所述侧船体的至少一个的船尾设置。
4.根据权利要求3所述的多体船，其特征在于，所述后运动阻尼装置有两个，每个后运动阻尼装置靠近各自的侧船体的船尾设置，所述侧船体设于所述主船体的两个侧面上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的多体船，其特征在于，每个阻尼装置包括水下水翼。
6.根据权利要求5所述的多体船，其特征在于，每个水下水翼包括T形水翼，所述T形水翼包括水平设置的翅片箔，所述翅片箔安装在一支柱的下端，所述支柱固定在各自的船体上。
7.根据权利要求5或6所述的多体船，其特征在于，每个水翼相对于迎面而来的流向的呈表面上为零度的攻角，从而减小阻力，且每个水翼还具有用于减阻的流线型结构。
8.根据权利要求5、6或7所述的多体船，其特征在于，当所述多体船漂浮在水面上时，每个水翼相对于各自的船体而言，位于便于维护或维修的位置。
9.根据权利要求8所述的多体船，其特征在于，每个水翼易于从所述船体上拆卸下来。
10.根据权利要求8所述的多体船，其特征在于，位于每个侧船体的船尾的所述水翼修改成可选择性地向上移动至一位置，在该位置很容易被工人接触并从所述船体上进行操作。
11.根据前述权利要求任一项所述的多体船，其特征在于，所述前运动阻尼装置相对于所述船的漂心的断面惯性矩为所述多体船的水线面的断面惯性矩的5％-15％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的多体船，其特征在于，每个所述后运动阻尼装置对于所述多体船的中心线的断面惯性矩为所述多体船的水线面的横向断面惯性矩的2％-6％。
13.一种如前述权利要求中任一项所述的多体船，所述多体船具有铝结构。
14.一种多体船，包括主船体和至少一个侧船体，所述侧船体位于所述主船体的各个侧面，每个船体包括船首、船尾和用于为波浪感生运动提供阻尼的运动控制结构，所述运动控制结构包括靠近所述主船体的船首设置的前运动阻尼装置和靠近至少一个侧船体的船尾设置的后运动阻尼装置，所述侧船体设于所述主船体的两个侧面上。
15.一种三体船，包括主船体和两个侧船体，每个船体包括船首、船尾和用于为波浪感生运动提供阻尼的运动控制装置，所述运动控制装置包括一个前运动阻尼装置和两个后运动阻尼装置，所述前运动阻尼装置靠近所述主船体的船首设置，所述后运动阻尼装置靠近各个侧船体的船尾设置。
16.一种多体船，所述多体船基本上如文中参照附图所描述。
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