CN104968560A - 不受船体速度限制的排水船体形状 - Google Patents

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Abstract

披露了一种排水船体，该排水船体具有既侧向对称又艏艉对称的形状。该船体包含一对流道，这对流道有助于管理环绕船体的水流。该船体也包含位于船中部左舷侧与右舷侧上的舷侧凸体以及螺旋桨。

Description

不受船体速度限制的排水船体形状
本披露背景
1.本披露领域
本披露针对一种船体形状以及一种用于创建不受船体速度限制的船体形状的系统。
2.相关技术
常规的排水船体依赖于船的发动机的强制力，这种力经由一个或多个螺旋桨被传递到水中以推动船体穿过水。随着该船体穿过水移动，水被推离。水离开该船体的流动造成了船首波。船首波的波长与该船体的水线长度相互作用，当该船体的速度增加时在水中更高地驱动该船体。超过特定速度，该船体理论上会被驱动完全脱离水面。在实际中，该船体当然必须保持在水中，所以无论它的发动机多么强力，该船体具有一个它可以实现的最大速度。实际的最大速度基于大量因素而变化，这些因素包含该船体的尺寸以及形状。总体而言，这种效应被称为船体速度限制。
已经提出不同的解决方案用于解决船体速度限制，但是当前所有的解决方案均不完整且受限。例如，授予Holden的美国专利号297,279(以下称为“Holden”)声称拉动船首流穿过系统。该船首大体上是完整的，所以Holden不能包含以及管理整个系统水流。Holden不能造成尾流，所以该设计仅限于运河船等。授予McDonald的美国专利号4,505,684(以下称为“McDonald”)未能适当地适应或处理波浪运动。因此，McDonald仅可以在相对平静的水中运行。
本披露概述
本披露提供了不受限于船体速度限制的一种排水船体，这造成了效率以及机动性的显著提高，以及从本文的讨论中看出的其它优点。
根据本披露的一个方面，用于船舶的排水船体包含侧向对称以及艏艉(fore-to-aft)对称的形状。该船体包含右舷以及左舷的流道、舷侧凸体(sponsons)以及螺旋桨。这些流道被配置成用于至少部分地管理环绕船体的水流。这些舷侧凸体被布置在船中部。这些舷侧凸体各自被配置成用于与它们对应的流道在一起形成隧道，一个在右舷并且一个在左舷。每个舷侧凸体进一步被配置成用于与该船体一起形成水槽，一个在右舷并且一个在左舷。该右舷螺旋桨被布置在该右舷隧道中，并且该左舷螺旋桨被布置在该左舷隧道中。
通过考虑以下的详细说明、附图以及权利要求书可以提出或看出本披露的附加的特征、优势以及方面。而且，应当理解的是，本披露的前述概要以及下述详细描述都是示例性的并且旨在提供进一步的说明而不限制如权利要求书中所述的本披露的范围。
附图的简要说明
附图旨在用于提供对本披露的进一步理解，结合在说明书中且构成说明书一部分，这些附图示出了本披露的多个方面，并且与详细说明书一起用于解释本披露的原理。没有试图用比本披露的基本理解和可能实践本披露的不同方式所必要的细节更多的细节来示出本披露的结构细节。在附图中：
图1示出了根据本公开内容的一方面的船体的透视图；
图2示出了图1的船体的正视图；
图3示出了图1的船体的截面视图；
图4示出了图1的船体的侧视图；
图5示出了根据本披露内容的一方面的简化的船体的前示图；
图6和图7示出了图5的船体的透视图；并且
图8示出了图1的船体的截面视图。
本披露的详述
本披露的这些方面及其各种特征和优势的细节参考非限制性的方面和实例更完全地解释，这些方面和实例在附图中描述和/或说明并且在下述说明中详细描述。应注意的是，附图中示出的特征不是按比例绘制的，并且如本领域技术人员将会意识到的，一个方面的特征可以与其他方面结合使用，即使这里没有明确叙述。可能略去了众所周知的部件和处理技术的描述以便不必要地模糊本披露的多个方面。在本文中使用的示例仅旨在方便理解实践本披露的方式，并且进一步使本领域技术人员能够实践本披露的这些方面。因此，本文的这些示例和方面不应该理解为限制本披露的范围，本披露的范围仅仅是由所附权利要求书和适用法律界定的。此外，应注意的是贯穿这些附图，类似的参考号表示类似的部分。
根据本披露的一个方面，通过先使文丘里管可视化，中心线下拉到中间，来形成船体。该管可以在中心线处分开，并且将每一半翻转以便这些凸起现在都位于中心处。可以将这两半连接，并且可以使中心线(此时中心线位于该管外侧)变实，由此，形成两个流道。
图1示出了利用这些设计原理形成的一个示例性船体10。该船体10的顶部轮廓或水平轮廓可以对应于上述重排的文丘里管中的中心凸起。例如，当俯视时，该船体可以侧向对称(即一侧到另一侧)并且竖直对称(即船首到船尾)。在不脱离包括权利要求书在内的本披露的精神和范围的情况下，根据具体设计设计要求，首尾对称性的变化是可选的。该船体可以沿每一侧包括流道12，该流道对应于重排的文丘里管中的流道。该船体10也可以在每一侧上包括舷侧凸体26，并且每一个舷侧凸体26可以对应于重排的文丘里管中的实中心线。该舷侧凸体26可以从具体设计中移除，但是该船体的总体性能可能受损。
一个或多个可变螺距螺旋桨18可以位于舷侧凸体26的流道12中。该螺旋桨18可以是适配有科特(Kort)喷嘴20的带导管螺旋桨。例如，每一个流道12可以包括一对逆向旋转的可变螺距螺旋桨18。这些螺旋桨18可以被连接到或安装在一个或多个索塔22。该船体10的船尾区段可以被看做前部区段的时间逆转版本，因此利用逆向旋转的螺旋桨18。在更实用的水平上，在提供系统冗余性的同时，对于回转力，螺旋桨18的逆向旋转对是自抵消的。
船体10的形状、舷侧凸体26和螺旋桨18的位置可允许船体10保留完整或大致完整的动态封闭。结果，该设计可比传统的排水船体更加高效。例如，船体10可以减少燃料消耗高达40％。船体10可具有改进的动力学特征，例如，减少俯仰、翻滚和偏航。船体10还可以提升机动性，包括，例如，航海制动平衡和改进的撞击避让。另外，船体10可包括一个船首延伸部14和一个船尾延伸部16，且每个延伸部14和16可包括一个或多个侧推进器30。这种构造可以允许船体用舵操作。尽管如此，船体可包括一个任选的应急舵32。
图2示出了示例性船体10的前视图。通道12可起始于船首处与船体10等高的位置。流道12可在接近舷侧凸体26时变窄。在舷侧凸体26处，流道可变为管道或隧道，这些管道或隧道的大小被确定为引导所有水流通过螺旋桨18，除了隧道可有一个开放顶部，与舷侧凸体26一起形成一个水槽28。这种构造可以允许流道12引导大部分水流通过螺旋桨18，而仍然适应波浪运动。例如，敞开上边界和水槽28可在经过多种海况和浪级时帮助提供更好的水流管理。而且，速度增加至两倍使得在正常文丘里管中的摩擦增加至四倍。然而，拥有一个敞开上边界，例如水槽28，可允许系统水流重新分配，这可以减少平均速度和总摩擦。
图3示出沿图1中的线3-3截取的船体10的一个截面。水线34为船体10如何坐落于水中提供了一个例子。由于船体10可管理或控制环绕船只的水流且可以创造动态封闭系统，因此船体10可在任何速度下保持相同的水线34。船体10的最高速度可受相关联的电动机的动力输出限制。因此，船体10可以不遭受常规排水船体的船体速度限制。
图4示出了示例性船体10的侧视图。侧推进器18可用于转向，消除对舵的需求。尽管如此，可以提供一个应急舵32。舷侧凸体26的艏艉型材可与流道12的船首和船尾部分的型材相似。
根据本披露的一个方面，图5示出了一个简化的船体36的前视图。图6和图7示出了图5的船体的透视图。这些简化视图可使得更容易理解本文所讨论的部件之间的关系。
图8示出了沿图2中的线8-8截取的示例性船体10的剖视图。例如，可以看到舷侧凸体外壁的水平剖面。与船体10相同，舷侧凸体可侧向对称和艏艉对称。
虽然已经就示例性方面而言描述了本披露，本领域技术人员将认识到，可以在所附的权利要求的精神和范围内存在修改的情况下实践本披露。上述举例仅是示例性的且并不意图作为本披露中所有可能的设计、方面、应用或修改的穷尽列表。

Claims (7)

1.    一种用于船舶的排水船体，该船体包括侧向对称并且艏艉对称的形状，该船体进一步包括；
          一个右舷流道以及一个左舷流道，这些流道被配置成用于至少部分地管理环绕船体的水流；
          一个布置在船中部的右舷侧凸体，该右舷侧凸体被配置成用于与该右舷流道一起形成一个右舷隧道，该右舷侧凸体进一步被配置成用于与该船体一起形成一个右舷水槽；
          一个布置在船中部的左舷侧凸体，该左舷侧凸体被配置成用于与该左舷流道一起形成一个左舷隧道，该左舷侧凸体进一步被配置成用于与该船体一起形成一个左舷水槽；
          一个布置在该右舷隧道中的右舷螺旋桨；以及
          一个布置在该左舷隧道中的左舷螺旋桨。
2.      如权利要求1所述的船体，其中：
          该右舷隧道包括将该右舷隧道连接至该右舷水槽的一个开放顶部；以及
          该左舷隧道包括将该左舷隧道连接至该左舷水槽的一个开放顶部。
3.        如权利要求1所述的船体，进一步包括：
          一个船首延伸部以及一个船尾延伸部中的至少一个。
4.      如权利要求3所述的船体，进一步包括；
          布置在一个船首延伸部以及一个船尾延伸部中的至少一个中的至少一个推进器。
5.        如权利要求1所述的船体，进一步包括：
          一个应急舵。
6.       如权利要求1所述的船体，其中：
          该右舷螺旋桨包括一个可变螺距螺旋桨；以及
          该左舷螺旋桨包括一个可变螺距螺旋桨。
7.      如权利要求1所述的船体，其中：
          该右舷螺旋桨包括一对逆向旋转的可变螺距螺旋桨；以及
          该左舷螺旋桨包括一对逆向旋转的可变螺距螺旋桨。
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