CN103158834A - 一种风效水撬船 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种风效水撬船，包括船身本体，船身本体具有船首、船中，船首的底部与船中的底部构成平滑的曲面，在船身本体的底部安装有两个侧板，两个侧板贯穿于船身本体的底部。本发明在船身本体的底部安装两个侧板，两个侧板、船首底部、以及水面构成进风口，压缩后的空气密布于整个船底、使船底与水隔离、将船身本体与水之间的航行阻力绝大部分消除、变水阻力主要为空气阻力，从而大幅度地减少航行阻力、节能提速明显。

Description

一种风效水撬船

技术领域

本发明涉及一种船，具体是指一种风效水撬船。

背景技术

气垫船又叫“腾空船”，是一种以空气在船只底部衬垫承托的交通工具。气垫通常是由持续不断供应的低压气体形成。气垫船除了在水上行走外，还可以在某些比较平滑的陆上地形行驶。气垫船是高速行驶船只的一种，行走时因为船身升离水面，船体水阻得到减少，以致行驶速度比用同样功率的船只快。很多气垫船的速度都可以超过五十节。气垫船亦可用非常缓慢速度行驶。 气垫是用大功率鼓风机将空气压入船底下，由船底周围的柔性围裙或刚性侧壁等气封装置限制其逸出而形成的。19世纪初，已有人认识到把压缩空气打入船底下可以减少航行阻力，提高航速。1953年，英国人C.库克雷尔创立气垫理论，经过大量试验后，于1959年建成世界上第一艘气垫船，横渡英吉利海峡取得成功。1964年以后，气垫船类型增多，应用日益广泛。目前多用作高速短途客船、交通船和渡船等，航速可达60～80海里/小时。气垫船的缺点是耐波性较差，在风浪中航行失速较大。气垫船船身一般用铝合金、高强度钢或玻璃钢制造；动力装置用航空发动机、高速柴油机或燃气轮机；船底围裙用高强度尼龙橡胶布制成，磨损后可以更换。

但是目前的气垫船无一例外的都是采用压缩空气作为动力，其噪音的存在一致制约着气垫船的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种风效水撬船，不用专门动力机械压缩空气就能形成气垫、采用效率较高的水下推进方式，降低了功耗同时解决噪音大的问题，达到节能增效、提高航速的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种风效水撬船，包括船身本体，船身本体具有船首、船中，船首的底部与船中的底部构成平滑的曲面，在船身本体的底部安装有两个侧板，两个侧板贯穿于船身本体的底部。本发明是对传统的船身进行的改进，船身本体采用上下同宽度的结构，其具有船首、船中两个部分，其中的船首底部从船中位置向船首末端逐渐向上倾斜，形成较为圆滑的曲面，即船身本体的底部在船中底部大致呈水平状，然后向船首方向延伸，使得船身本体内的深度从船中段的最大值向船首逐渐减小，本发明的主要改进在于：在船身本体的底部安装两个侧板，侧板整体呈板材状，其垂直安装在船身本体的下方，根据具体的船形，侧板可以略向内、或向外倾斜，使得两个侧板之间相互不平行，存在一定的倾角，两个侧板在竖直方向上的高度从船首向船尾逐渐减小，两个侧板与船身本体底部形成容积腔，该容积腔的横截面积从船首向船尾方向逐渐减小，船首底部和侧板形成三面封闭而前、下部开敞的结构，当船在水中航行时，在船尾挂桨机的推动下，船快速移动，相对于空气产生速度，而空气不断地进入到进风口，进风口是由两个侧板、压风板、以及水面构成的，并且，进入的空气从容积腔通过，由于容积腔的横截面积逐渐减小，源源不断进入的空气被逐步压缩，压缩后的空气其压强急剧增大，在船底的容积腔内产生巨大的空气压力，而空气的对外压力是向各个方向均相同的，压缩后的空气密布于整个船底、使船底与水隔离、将船身本体与水之间的航行阻力绝大部分消除、航行阻力则主要变成为船身本体与空气之间的阻力，由于空气阻力是远远小于水的阻力，从而大幅度提高航速；压缩空气是依靠船的航行自动形成的，不需要额外的动力，船舶也不需要一定抬升离开至水平面之上而消耗更多的能耗，从而也实现了节能减排的目的。压缩空气其压强较大对船身本体存在有一定的向上推力，随着推进功率配置的增加、速度的提高可以将轻型船舶抬升至水平面以上、往超高速船舶发展、甚至紧贴水平面飞行。 

所述侧板的竖向宽度沿船身本体的轴线从船首至船尾逐渐缩小。进一步讲，侧板的竖向宽度是指侧板的下边缘到其与船身本体的连接处之间的距离，船在航行时，在风的作用下，船首有时略有上翘，导致进风口高度变大，为了保持进风的效率，避免因侧板与水面产生缝隙而导致压缩气体横向外泄，采用增加船首处侧板的竖向宽度来解决以上问题；而船尾部通常不会上翘，即便是上翘其幅度也非常小，因此，只要宽度较小的侧板就能防止压缩空气横向外泄。

所述侧板的最大竖向宽度位于船首处，在其逐渐减小过程中具有一个突变区域。进一步讲，作为船身本体的整体结构，在航行中的船体，在相对速度达到一定值的时候，船首向上翘，船身本体的底部切线与水平面重合，此时只需要船身本体的底部切线穿过宽度的突变区域即可，突变区域的设置，主要的目的是使得船体保持稳定，使得船身本体在航行过程中最大航速的时候与水面的间距稳定。

在所述船首处安装有压风板，所述两个侧板与压风板连接。进一步讲，作为本发明的进一步改进，为了增加进风通道的长度，而且保证进入的空气沿容积腔流动，在船首处安装有压风板，压风板的设置使得实际进风口的位置向前进方向延伸，增加了进风口的距离，两个侧板与压风板连接成三面封闭的结构，且该三面封闭结构与水面形成进风口，进风口的长度增加，且保持一定的面积，避免因空气没有来得及压缩而从进风口溢出。

所述船中最低点的切线呈水平位置时，船首底部的最高处与该切线的距离为进风高度H，船中的最低点到船首最远端的水平距离为压缩行程S，船身本体的水平距离为总长度L，其中进风高度H∶压缩行程S=1～4）∶10，压缩行程S∶总长度L=1～5∶10。进一步讲，作为本发明的进一步优化，在结构的整体考虑上需要考虑进风高度H与压缩行程S的比例，该比例代表船首底面与水面之间的夹角，也是进风被压缩的速度，角度越小空气阻力越小、进风被压缩越慢越容易、也越顺利圆滑让压缩空气进入船中容积腔；反之角度越大空气阻力越大、进风被压缩越快越难、压缩空气则不能流线型进入船中容积腔；角度过大时，空气会直接从船首进风口溢出；角度过小时，会浪费建材和增加空气摩擦表面，所以比例取1～4∶10，再据具体船型和设计速度调节；压缩行程S与船身本体的总长度L之间的比例，该比例代表船首船中的纵向布局，压缩行程过大、船身重量大部分压制着压缩途中的空气、而压缩后的空气没有得到充分利用、不能提高载货效率；压缩行程过小、船首布局不够、船首底面与水夹角过大如前述不当；据具体船型和设计速度，小型船、轻型船、高速船可以适当把比例适当加大，反之大型船、货载船、低速船时宜适当减小。

所述船首底部、侧板、以及水面构成进风口，侧板、船身本体末端的底部、以及水面构成出风口，出风口的面积∶进风口的面积=0.5～3∶10。进一步讲，作为另一方面的优选考虑，出风口的面积与进风口的面积比例也是重要的考虑参数，该参数代表侧板的竖向宽度和压风板的高度，如果出风口的面积过小，说明船尾部分侧板竖向宽度小，被压缩空气可能就会大量流失、船尾底部的空气层可能会消失或受水浪的影响加快消失、船尾仍然是在克服水阻力航行，不能有效提高航速而节能；如果出风口的面积过大说明船尾侧板竖向宽度大，虽然防止了空气层消失、提高了水浪对空气层干扰，但增加了侧板的与水摩擦表面，不必要地增加了部分水阻力，不能最大限度的提高航速；压风板的高度影响进风口的面积进而影响参数、也影响进风量大小，进风口横切面不能超过船身本体的正向投影面而增加额外的空气阻力。

在所述船身本体的底部安装有辅助侧板。进一步讲，作为本发明的进一步改进，为了增加船身本体在航行中的稳定性，避免左右摇摆，可以在船身本体的底部安装辅助侧板，辅助侧板的长度可以小于侧板，其宽度也可以小于侧板，可以只在船首和船中范围内分布，不一定贯穿于整过船身本体的底部，辅助侧板的设置数量跟船身本体的宽度有关，当船身本体的宽度增加时，辅助侧板的数量可以适当增加，辅助侧板通常是均匀分布在船身本体底部的，将空气的压缩通道均分为相同的两块或多块，其作用是将空气尽量均匀分布在船身本体底部，使得船身本体的受力较为均匀，克服左右摇摆的问题。

在所述压风板与船首底部之间安装有加强板。进一步讲，为了使压风板在使用过程中保持稳固，避免变形，可以在压风板与船首底部之间安装多个加强板，加强板延展方向与进风方向相同，加强板也可以延伸，甚至代替辅助侧板。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明一种风效水撬船，在船身本体的底部安装两个侧板，两个侧板与船身本体底部形成容积腔，该容积腔的横截面积从船首向船尾方向逐渐减小，船首底部和侧板形成三面封闭而前、下部开敞的结构，当船在水中航行时，在船尾挂桨机的推动下，船快速移动，相对于空气产生速度，而空气不断地进入到进风口，进风口是由两个侧板、压风板、以及水面构成的，并且，进入的空气从容积腔通过，由于容积腔的横截面积逐渐减小，源源不断进入的空气被逐步压缩，压缩后的空气其压强急剧增大，在船底的容积腔内产生巨大的空气压力，而空气的对外压力是向各个方向均相同的，压缩后的空气密布于整个船底、使船底与水隔离、将船身本体与水之间的航行阻力绝大部分消除、航行阻力则主要变成为船身本体与空气之间的阻力，由于空气阻力是远远小于水的阻力，从而大幅度提高航速；压缩空气是依靠船的航行自动形成的，不需要额外的动力，船舶也不需要一定抬升离开至水平面之上而消耗更多的能耗，从而也实现了节能减排的目的。压缩空气其压强较大对船身本体存在有一定的向上推力，随着推进功率配置的增加、速度的提高可以将轻型船舶抬升至水平面以上、往超高速船舶发展、甚至紧贴水平面飞行，更能简单地形成船底空气层，变水阻力主要为空气阻力，从而大幅度地减少航行阻力、节能提速明显；

2本发明一种风效水撬船，在船身本体的底部安装有辅助侧板，辅助侧板的长度可以小于侧板，其宽度也可以小于侧板，可以只在船首和船中范围内分布，不一定贯穿于整过船身本体的底部，辅助侧板的设置数量跟船身本体的宽度有关，当船身本体的宽度增加时，辅助侧板的数量可以适当增加，辅助侧板通常是均匀分布在船身本体底部的，将空气的压缩通道均分为相同的两块或多块，其作用是将空气尽量均匀分布在船身本体底部，使得船身本体的受力较为均匀，克服左右摇摆的问题；

3本发明一种风效水撬船，机械、动力方面要求普通、维修单一、保养方便，推进装置采用挂桨机，挂桨机是目前成熟的产品，除了超高速船舶需要加大螺旋桨的螺距外，其他的无需任何添加改动，易于实现；

4本发明一种风效水撬船，设计、结构简单，可以采用了船舶上下同宽的设计，更便于船舷墙与侧板同体，各板材之间 也只有上下方向的曲线连接，大大减少了连接建造难度。

附图说明

图1为本发明船身本体的立体结构示意图；

图2为本发明未航行时的状态示意图；

图3为本发明航行时的状态分析示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-船首，2-船中，3-突变区域，4-辅助侧板，5-压风板，6-侧板，7-加强板，8-船舱，10-挂桨机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1至3所示，本发明一种风效水撬船，包括船身本体，船身本体采用上下同宽的结构，包括船首1、船中2，其中，船首1底部从船中2位置向船首1末端逐渐向上倾斜，形成较为圆滑的曲面，即船身本体的底部在船中底部大致呈水平状，然后向船首1方向延伸，使得船身本体内的深度从船中2段的最大值向船首1逐渐减小，船中2的另一侧通常用于安装挂桨机10，也可以是其它的替代结构；在船身本体的底部安装两个侧板6，侧板6整体呈板材状，其垂直安装在船身本体的下方，根据具体的船形，侧板6可以略向内、或向外倾斜，使得两个侧板6之间相互不平行，存在一定的倾角，侧板6的宽度从船首向船尾逐渐减小，两个侧板6与船身本体底部形成容积腔，该容积腔的横截面积从船首1向船中2的尾部方向逐渐减小，两个侧板6之间的距离从船首1到船中2的尾部可以逐渐减小，在船首1上安装有压风板5，压风板5和侧板6形成三面封闭而前、下部开放的结构，两个侧板6、压风板5、以及水面构成进风口，在压风板5与船首1底部之间安装有加强板7，在两个侧板6之间的船身本体底部安装有一个辅助侧板4，辅助侧板4的数量可以根据船身本体的宽度适当增加，加强板7也可以延伸代替辅助侧板4；在船身本体上安装有船舱8，在船舱8顶部安装有船舶桅杆；在航行过程中，船首1在挂桨机10的推动下前行，作为较佳的工作状态，出风口的面积∶进风口的面积=5%～30%，优选的比例在20%～25%；船身本体的底部与水面之间存在非常狭小的间隙，使得压缩空气从该间隙流过并从船中2末端排出，此时，压风板与该切线的距离为进风高度H，船尾与船中连接点到压风板的水平距离为压缩行程S，船尾到压风板的水平距离为总长度L，其中进风高度H：∶压缩行程S=35%，压缩行程S∶总长度L=40%，船舶航行约在25公里/小时以上时，进风口进风明显，空气层布局在了船底前半部分，随着速度上升，空气层逐步布局满了整个船底，速度随即产生飞跃最终达50公里/小时以上，节能效果更加明显。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种风效水撬船，包括船身本体，船身本体具有船首（1）、船中（2），船首（1）的底部与船中（2）的底部构成平滑的曲面，其特征在于：在船身本体的底部安装有两个侧板（6），两个侧板（6）贯穿于船身本体的底部。

2.根据权利要求1所述的一种风效水撬船，其特征在于：所述侧板（6）的竖向宽度沿船身本体的轴线从船首（1）至船尾逐渐缩小。

3.根据权利要求2所述的一种风效水撬船，其特征在于：所述侧板（6）的最大竖向宽度位于船首（1）处，在其逐渐减小过程中具有一个突变区域（3）。

4.根据权利要求1所述的一种风效水撬船，其特征在于：在所述船首（1）处安装有压风板（5），所述两个侧板（6）与压风板（5）连接。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种风效水撬船，其特征在于：所述船中（2）最低点的切线呈水平位置时，船首（1）底部的最高处与该切线的距离为进风高度H，船中（2）的最低点到船首（1）最远端的水平距离为压缩行程S，船身本体的水平距离为总长度L，其中进风高度H∶压缩行程S=1～4）∶10，压缩行程S∶总长度L=1～5∶10。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种风效水撬船，其特征在于：所述船首（1）底部、侧板（6）、以及水面构成进风口，侧板（6）、船身本体末端的底部、以及水面构成出风口，出风口的面积∶进风口的面积=0.5～3∶10。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种风效水撬船，其特征在于：在所述船身本体的底部安装有辅助侧板（4）。

8.根据权利要求4所述的一种风效水撬船，其特征在于：在所述压风板（5）与船首（1）底部之间安装有加强板（7）。

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