CN1048219C - 船底具有气垫凹部的水翼船 - Google Patents

Abstract

一种其船壳的底部具有至少一个、通常为数个沿船底中央艏艉方向排成一排或多排的气垫凹部的水翼船，气垫凹部形成向上凹入的底部为由其前端壁较徒斜并往后端壁渐斜且纵向剖面呈近似三角形而周沿为长方形的凹槽，后端壁的最高一端至最低一端其角度在1°-30°之间，且凹部的船舷侧两侧壁延伸至前、后端壁的下方一适当长度。水翼跨设于气垫凹部下方，与气垫凹部甚靠近。最前端气垫凹部的后端壁最高处具有至少一个喷出压力空气用的喷气口。

Description

船底具有气垫凹部的水翼船

本发明有关水翼船，尤指一种改良的水翼船的船壳，其船底具有一个或多个沿纵向排成一排或多排气垫凹部，可导入加压气体以产生气垫效果。

水翼船自发明以来已经许多年，但一直未能大量普遍使用于海上运输，主要原因为要达到滑行或飞行状态所须的马力太大，因此须配备较一般船大甚多的发动机。又，气垫船亦已在商业上使用，惟因其船体须使用橡皮帐幕或围裙以于其内形成气垫，制造及保养费用皆甚昂贵，又无自行稳定支持的部份且越波性不佳，必须做相当大的船及在较平稳的水面上航行，尚难广泛作为一般水上交通工具使用。

本发明的目的在于提供一种水翼船。其船底具有至少一排沿艏艉方向排列的气垫凹部，在滑行时能产生良好的气垫效果，使船底的黏性阻力降低，快速达到水翼滑行或飞行的状态。

本发明所提供的一种其船壳的底部具有至少一个、通常为数个沿船底中央艏艉方向延伸并排成一排或多排的气垫凹部的水翼船，其气垫凹部为自下方向上凹入的凹部，其由位于前端的徒斜的前端壁、位于后端的渐斜且稍弯曲的后端壁及船舷侧两侧壁构成，其为纵向剖面呈近似三角形而周沿为矩形的凹槽，同时，任意一个气垫凹槽的后端壁最高处至少具有一个用以向后喷出压力气体的喷气口。该气垫凹部后端壁在从后沿处起至顶部处止的切线与水平面间的夹角在1°-30°之间，最好为2°-20°之间，且凹部的船舷侧两侧壁是自上向下延伸超过凹部前、后端壁的交接处的喉部下方一段距离。该船底部设有至少一个水翼，该水翼是跨设于气垫凹部的下方，且甚靠近气垫凹部。该气垫凹槽所设喷气口是与主机的排气管分歧而出的副排气管相连通。该气垫凹槽另设有至少一个第二喷气口，该喷气口是与主机的增压器分接出来的小径导管连通。该气垫凹部的两侧乃突设有二沿纵长方向呈平行延伸的二龙骨，水翼则设在气垫凹部下方的二龙骨之间而不突出龙骨外。

本发明的一个优点在于所提供的一种水翼船，其借船底气垫凹部的特殊形状的设计，能使相同的净载重量船速在每小时25海里至60海里之间，比习用的深V型船节省马力的需求，且加速迅速，顺波性良好，且在滑行时不易受浪尖的作用而转入排水状态，同时稳定性较同宽度的船为佳。

本发明的再一个优点在于提供的一种水翼船，其气垫凹部充以主机排气或加压空气，以产生气垫抬升船重之一部份且分离凹部的水面黏着面的同时，于滑行时，因气垫凹部内所生真空现象，能减少主机引擎的背压，进而增加输出扭力，短时间内可达飞行状态。

本发明其他目的及特点，功效可由以下配合附图的说明而获得进一步的了解。

图1为本发明水翼船之的典型实施例局部剖面侧视图；

图2为本发明水翼船的底视图；

图3为沿图1的A-A线截取的局部剖面图；

图4乃示本发明另一实施例中相当于图3的剖面图；

图5为本发明水翼船与传统水翼船相比较的速度-马力特性曲线图；

图6为本发明又一实施例的底视图；

图7为本发明再一实施例的底视图；

图8为图7所示实施例的局部剖面侧视图；

图1至图3所示，实质上为深V型船底的船壳1，其具有船艏11、船舷12、船艉13及船底14。船底14的中央后半部，具体而言，自接近船艏11的部位起延至船尾13形成大致上呈长方形的切平面15，切平面15之前方则紧连着一大致呈三角形微微倾斜向前向上且顶端交接于船艏11的艏柱11a的三角形前底面16，至于水线L附近及以上部份则保留原有深V型船壳的形状。

长方形平切面15上自艏侧至艉侧形成至少一个但通常为数个排成至少一排底视图为矩形的气垫凹部17，此气垫凹部17如图1所示，乃由位于前端非常陡斜的平坦的前端壁、位于后端渐斜且稍弯曲的后端壁及船舷侧两侧壁构成，其剖面近似三角形而周沿为矩形的凹槽，其后端壁相对于水平面的倾斜角度由后沿处起至顶部止约为1°-30°之间，最好为2°-20°之间，而位于前方凹部的后沿与相邻的位于后方的凹部的前沿相接处形成喉部t，凹入气垫凹部17的两侧壁17a则向下延伸超出该喉部t若干距离，如此，当船底14在静水面上滑行时，各气垫凹部17乃借助此喉部t而前后相通。

船底14设有至少一个在近船艏及一个在近船尾的短脚水翼18，在本实施例中设有在船艏、船中、船艉的三个水翼18，此等水翼18略呈形并略突于船底下方，其支持脚19向船艏延伸并由后往前上方呈倾斜面以利排除水上漂流物。另外，船艉部13设有推进器20一如习知水翼船。

船艉13的底舱内设有船主机21以便传达动力给推进器20，此主机21可为柴油或汽油引擎，亦可为燃气涡轮机，具有原来既有的主排气管22及一介以诸如电磁阀23分歧接出且排气口24设于最接近的气垫凹部17的最深部顶端的副排气管25，在本实施例中因仅示一个引擎21，故只有一副排气管25接于任一气垫凹部17内，惟如设有两个以上的引擎时，则可将增设的二支以上的副排气管分别引接于不同的气垫凹部17效果更佳。

在船艏侧第一个气垫凹部17的最深部顶端设有一对加压空气喷出口26，并在主机21的涡轮增压器27的输出管侧分接一小导管28，通常其管径仅为输出管直径的1/10-1/20，亦即断面积约为输出管断面积的1/100-1/400的细径导管接至空气喷出口26。

图4示出本实用新型的另一实施例的垂直纵剖面图，本实施例中气垫凹部17的构成基本上与前例相同，惟一不同处仅为在气垫凹部17的两侧突设有二龙滑29，水翼18则设在凹部17下方二龙骨29之间。此实施例因有突出的龙滑29及设在龙骨之间而不突出的水翼18，故适合于潮差甚大的水域航行，但因水翼较小，飞行效率较前例差些。

图5示出本发明的水翼船与习知水翼船就其速度-马力特性曲线的比较图，a表示传统的高脚水翼船的特性曲线，b表示本发明的水翼船的特征曲线，c表示同为本发明水翼船但具有两倍大排水量的水翼的特性曲线，d表示一般不具水翼的深V型船的特性曲线。从特性曲线图中曲线a可知一般高脚水翼船在起动时需相当大的马力，而达到临出水前或飞行速度例如每小时25海里时需马力每吨约75马力，随后因滑行于水面上而无水面黏性阻力及惯性关系，马力需求量乃可渐减，但实际在飞行后主机输出马力并未减少，因此即可达到60海里/小时以上的速度。曲线d则表示一般深V型船在起动航行时所需马力较小，且达到飞行速度设16海里/小时时所需的马力亦较小，盖因其无水翼而水的阻力较小之故，但如果加速达到某一较高速度例如40海里/小时则需要相当大的马力，非常不经济。但如采用本发明具有气垫凹部及短脚水翼的水翼船时，从曲线b可知只需每吨重约60马力，在速度达20海里/小时即可使水翼船起飞，并可在该马力下达到约55海里/小时的速度，盖因本发明的船底的气垫凹部经导入加压空气之后产生气垫效果，有助抬升船身的部份重量并分离凹部与水面的黏着面，使船底的黏性阻力大幅降低之故。曲线c则示于曲线b的船使用排水量约为2倍于该船所具有排水量的水翼时的速度-马力曲线，由该曲线可知起动所需马力较大且速度的增加较慢，盖因水翼较大所生的阻力亦大之故，惟速度达到16海里/小时时，船即起飞，而仅需约每吨45马力即可获得飞行且速度可达约35海里/小时。

综合上述曲线的结论可知，如依本发明的水翼船能使相同的净载重量，船速在25-60海里/小时之间比一般深V型船可节省5％-60％的引擎马力需求且加速快，顺波性良好。换言之，在不要求如习知的水翼船使用高马力引擎获得例如60海里/小时以上的高速度飞行的情况下，本发明可使用低马力引擎而获得较一般深V型船高速度及高效率的航运作业，因此可大幅降低主机的设备费用。

兹就构成如上的本创作水翼船的运作情形说明如次；

首先，发动主机21，待一切运转正常之后，投入离合器使主机21的扭力传至推进器20，船即开始在水而行动，同时借助电磁阀23以关闭主排气管22及开放副排气管25，主机21所排出的排气即由排气口24排入对应的凹部17内；另一方面，涡轮增压器27则将少量增压的空气由导管28导入喷出口26，再自此喷入最前方的气垫凹部17内，加压空气于是充满气垫凹部17后经由喉部t流入后接的气垫凹部17内，待充满之后，再往后流进后方气垫凹部，直到每一凹部17皆充满气体之后，最后从最后一个凹部的喉部t往船尾吹出。在此之同时，排气亦经由排气口24排入对应的凹部17而与前方凹部流入的加压气体汇合后，流向后方凹部后中由船艉流出。当加压气体及排气进入气垫凹部时，气体先是储积于凹部深部高处，此时船艉部13及底部必仍侵在水中，封闭于凹部内的气体乃产生气垫效果而有助举升船身离开水面的作用，待航速渐增且船底快离开水面时，由于水流的关系，凹部内空气被水的黏力而拉成薄面，气垫面积乃增大，但空气消耗量小，而随着船速的增加，船底与水面间乃形成一股向船艉急吹的气流，再配合凹部的喉部t所生喷管作用而于凹部的深部高处形成部分真空，而使由排气口24排入此区的主机排气的背压降低，而可增加主机的输出扭力，同时加上前述加压空气充入凹部所生气垫作用使船舷水线降低及气垫凹部所带来浸水面积的减少，遂可使本发明的水翼船用较小的输出马力及较短的时间即可达到飞行的状态。由于船底有气垫凹部，浪尖不易使船底着水，故在本发明中水翼18不必使用高脚，可航行的水域更广大。

本发明尚有一特点，因加压空气是直接自涡轮增压器不断引入极小部份于气垫凹部内，并将主机排气亦引入气垫凹部内，同时气垫凹部的气体储存功能甚佳，此一安排乃可使船不必另增加消耗主机马力的鼓风机或其他空气加压设备及相关的复杂控制装置或操作，故可使用较小的主机马力需求而发挥最有效率的高速航行，根据实验，与同一速度的滑行船只比较可提高5-60％的效率。在此附带说明，涡轮增压引出小部份气体至气垫凹部，实际上将造成主机进气压力的略减，但因本发明所消耗的加压空气量甚小，仅为增压器全部输出量的1/100-1/400，故对主机而言，不但殆无影响，更因前述气垫效果与排气背压的减少而可产生平均30％以上的效率，堪称一极具经济效益与实用价值的发明。

图6示出本发明的另一实施例的底视图，表示气垫凹部17在船底14的切平面15上安排成两排。

图7至图8则示出本发明的又一实施例，在本实施例中船底14具有一排气垫凹部17，第一个气垫凹部17的前方形成有向前延伸至船艏柱的倾斜状三角形前底面16，另于第一个气垫凹部至最后一个气垫凹部的前端壁的两侧形成有二龙骨29突伸于各气垫凹部17的下方，复于船艏底面与近船艉底面各设有一水翼18a、18b，船艏的水翼18a构成可以枢轴(未见于图中)收展自如，船艉的水翼18b则位于二龙骨29间且保持大略与龙骨底面同一平面。

Claims (5)

1.一种船底具有气垫凹部的水翼船，其包括一个形成V型船底的船壳(1)，所述船壳的底部(14)具有多个沿船底艏艉方向延伸并排成至少一排的气垫凹部(17)，所述气垫凹部为其周界平面呈矩形而纵剖面略呈三角形的前深后浅的凹部，且在至少最前方的气垫凹部的前端深部处设置有能产生气体喷射压力的喷气口(24，26)；其特征在于，所述喷气口(24，26)的入口连通于从船主机(21)的排气管(22)分歧而出的副排气管(25)的出口，借之以将所述主机的部分排气导入所述喷气口(24，26)。

2.如权利要求1所述的船底具有气垫凹部的水翼船，其特征在于，所述喷气口(24，26)的入口连通于从所述船主机的涡轮增压器(27)的输气侧分接而出的小径导管(28)的出口，借之以将所述增压器气增压后而输往所述主机的吸气侧的增压空气的一小部分导入所述喷气口(24，26)。

3.如权利要求1所述的船底具有气垫凹部的水翼船，其特征在于，所述喷气口(24，26)的入口分别连通于从所述船主机(21)的排气管(22)分歧而出的副排气管(25)的出口及从涡轮增压器(27)的输气侧分歧而出的小径导管(28)的出口，借之以将所述主机的部分排气及增压器的部分增压空气导入各所述喷气口(24，26)。

4.如权利要求1所述的船底具有气垫凹部的水翼船，其特征在于，所述总剖面略呈三角形的前深后浅的气垫凹部(17)形成其后倾斜壁的切线对水平线的夹角为1°～30°之间，且各所述气垫凹部(17)的相接部形成有喉部(t)。

5.如权利要求1所述的船底具有气垫凹部的水翼船，其特征在于，所述总剖面略呈三角形的前深后浅的气垫凹部(17)形成其后倾斜壁的切线对水平线的夹角为2°～20°之间，且各所述气垫凹部的相接部形成有喉部(t)。

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