CN1050102C

CN1050102C - 船体结构

Info

Publication number: CN1050102C
Application number: CN95104706A
Authority: CN
Inventors: 罗尔·拉姆德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2000-03-08
Anticipated expiration: 2015-04-21
Also published as: DE69504560T2; DK0678445T3; NZ270953A; CN1114278A; AU1761395A; CA2147527C; JP3640428B2; RU2129505C1; US5598802A; NO309131B1; AU693858B2; JPH0858674A; BR9501744A; CA2147527A1; NO951511D0; DE69504560D1; EP0678445B1; EP0678445A1; RU95105892A; NO951511L

Abstract

一种在船尾下可形成均匀水流的新型排水型船，它具有船侧凸边，该船侧凸边从船首到船中的尺寸恒定，到船尾尺寸大约缩小到零。该船体设有一个倾斜表面，该表面在船中附近的基线与从距船尾约0.2L处的该表面上的一点延伸到另一点的直线间形成一个小于14°的角，这里L是船的长度。

Description

船体结构

本发明涉及船体的设计，尤其是具有正弦波吃水线型的船体，例如，Ramde的欧洲专利EP 0134767 B1所描述的那种船体，该专利为本发明的参考文献。下文中也将这种船体称为拉姆型(Ramform)船体。与传统的船体设计相比，这种船体可改善船的载重吨位横稳性及航行和牵引特性，并且不管船在平静的水面或在波涛中航行都能减小作用到船体横梁上的应力。

正如在Ramde的专利中所描述的那样，对于长度、宽度和设计吃水线深度等主要尺寸确定的传统船体结构来说，可通过增加船体在水下部分的深度，从而提高总排水量的方法来提高载重吨位。为了提高传统型船体的横稳性(表现为较高的初稳心)，可以增加船体的宽度，以获得吃水线处较大的惯量，也可选择提高水下船体的体积重心的方式。

但是当需要提高横稳性和速度时，这些特性(增加排水量和船身最大宽度)的改变将最终导致传统船在平静水面及在大浪中的不可接受的推进阻力的增大。

为了改善传统船体结构的航海特性，比如船绕横轴的角运动(即纵摇)、垂直运动(升沉)、加速度以及与在平静海面上的阻力相比所增加的推进阻力的量，至今为止人们试图改变船的纵摇和升沉固有频率，以使该频率与船遭遇到的海浪波长频率尽可能不一致。

在传统船体设计的情况下，结构的改变只能稍微提高船的航行特性，而当船在波浪中航行并且当主波长接近于吃水线处的船长时，将会发生极大的纵摇和升沉运动并使推进阻力显著增大。

这种取决于船的类型和它的速率的同步运动往往使传统船必须降低航速或改变相对于浪的航向，从而改变所遭遇的浪的周期，以使波浪周期不与船的纵摇和升沉固有频率相一致。

早期的Ramde专利给出了某些特性关系的用途，现已发现这些关系不是最理想的。另外，已发现的其它不同的特性关系使得按早期Ramde专利设计的船的性能大大改进了，并且还发现了在使用这种船时出现的保养方面的问题。

本发明的目的是提供船体结构，其在航行性能上得到改进，与传统的船体及早期拉姆型(Ramform)船体在同样航速时运动相比船的纵摇和升沉运动减小了，并且也慢化这几种运动，使这种改进船在波长与船长之比大于2之前不会出现相应的大幅度运动，而同时，对船的推进阻力减小的改变程度也类似。另外，本发明可形成非常平稳均匀的船下和艉后的二维水流，这种水流紊流程度低，并且流动平缓。再者，本发明可提供得益于平缓水流的改进的推进装置结构。

本发明的目的可这样实现，即提供一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)船体、一个艉板、纵向长度L、一个确定的基平面和一个设计吃水线平面(dwl)，该船包括：近似正弦波吃水线；一个从设计吃水线平面(dwl)上的艉板延伸到约L/2处的基平面的表面，在该基平面和一个倾斜面之间限定一个角，所述倾斜面由艉板和设计吃水线平面(dwl)的交线和位于离艉板约0.2L处的表面上的一点所限定，其中所述角约在12.5°至14.0°之间。

按照本发明的各种实施例，为拉姆型(Ramform)船体提供了一个倾斜表面，该表面在靠近中心平面的船基线与从艉端延伸到离艉板约0.2L处的表面上的另一点的直线之间形成小于约14°的角，其中L是船的长度。此外，本发明的这些实施例为拉姆型(Ramform)船体提供的弗劳德(Froude)准数在大约0.1与0.35之间，并在靠近船底处的船体两侧各设一条船侧凸边，船侧凸边从船首到船中的尺寸相对恒定，在船尾处则逐渐缩小为尖端状直至为0。另外按照本发明的实施例，还可使两条船侧凸边继续延长到船首并在船首处汇合成向上倾斜的、大致位于设计吃水线下方并延伸到设计吃水线的表面附近的部件。

按照本发明的另一实施例所提供的具有拉姆型(Ramform)船体的排水型船，它具有沿纵向笔直地切去一部分的近似正弦波吃水线；在船尾的底部具有倾斜的表面，该倾斜表面位于船的基平面与艉板之间；所述倾斜表面与基平面形成一角度并沿切向延伸到到约处于L/2处的基平面内；所述倾斜表面相对于基线和连接第一点和第二点的直线形成该上述角度，该第一点处于船尾下缘处平行或等于中心平面上的断面的纵向船断面上，该第二点处于相同断面上并作为在0.2L处的倾斜表面上的第一点。按照一个特殊实施例，所述倾斜表面的角度约为12.5°。按照另一实施例，该船的弗劳德(Froude)准数约在0.1至0.3之间。

按照本发明的另一实施例，提供了一种具有拉姆型(Ramform)船体的排水型船，它具有沿纵向笔直地切去一部分的近似正弦波吃水线；在船的底部有一倾斜表面，该倾斜表面位于船的基平面与艉板之间；所述倾斜表面与基平面形成一个角度并沿切向延伸到约L/2处的基平面内；在船体两侧各有一条从船首延伸到船尾边缘的船侧凸边。按照一个更特殊的实施例，所述船侧凸边从船首到L/2处范围内的尺寸是相对不变的，该尺寸从L/2处起逐渐缩小，伸延到船尾边缘处尺寸几乎缩小为零。此外，所述船侧凸边在船中横断面处(L/2)具有相对于纵向中心线的最大标准距离，该距离比设计吃水线处的距离约大0.03至0.04Bmax。

按照本发明的另一个实施例，提供了一种具有拉姆型(Ramform)船体的排水型船，它具有沿纵向笔直地切去一部分的近似正弦波吃水线；在船底部有一倾斜表面，该倾斜表面位于船的基平面与艉板之间，所述倾斜表面与基平面形成一个角度并沿切向延伸到约L/2处的基平面内；球缘首柱在位于艏垂线与通过球缘首柱最上部横断面之间的中部横断面上具有的宽度要大于平的上表面的高度，该平表面的最上部区域抬高到吃水线附近。按照一个更特殊的实施例，从艏垂线到对应于所述球缘首柱最上部的断面的测量长度约在0.1至0.12Bmax的范围内，所述球缘首柱的断面在所述长度上的中间处的宽高比约为1.7。此外，按照该实施例，在每个艉板的最外侧部设有控制表面。该如，该控制表面可以是翼片，按照一种实施例，在尾端控制表面断面纵向延长线上的约三分之一处设有可调节副翼。按照本发明另一个更特殊的实施例，船的L/B比值在1.4至2之间，例如1.8。

按照本发明的另一个实施例，船包括一个柴油机发电装置，它设置在位于船前部和最上面甲板上的动力站内，该船还包括一个扩展的甲板区，该区延长到翼片的最后部分的延长段上，并且由吃水线上方具有一个敞开船尾的延长船体结构支撑。

按照本发明的另一实施例，提供了一种具有拉姆型(Ramform)船体的排水型船，它包括沿纵向笔直地切去一部分的近似正弦波吃水线；在船底部有一倾斜表面，该倾斜表面位于船的基平面与艉板之间，所述倾斜表面与基平面形成一个角度并沿切向地延伸到约L/2处的基平面内；在船体两侧各有一条从船首延伸到船尾边缘的船侧凸边，该船侧凸边终止于船尾区附近并互相汇合成舌状造形部分，该部分具有一个平的上表面，它升高到吃水线附近。

前述实施例只作为举例说明，它们不作为对本发明的限制，普通专业人员很容易理解，本发明还可以有其它实施形式。

以下，将结合附图详细说明本发明，附图中：

图1是按照本发明一个实施例制成的船体的顶视平面图；

图2是图1所示船体的侧视图；

图3是图1所示船体的底视平面图；

图4是图1所示船体的尾部侧视图；

图5是按照本发明一个实施例制成的船体的底视平面图；

图6是图1的船体在L/2长度段上的剖视图；

图7是按照本发明一个实施例制成的船体的侧视图；

图7A是按照本发明一个实施例上设置的一个部件剖面图；

图8是按照本发明一个实施例制成的船体的船首侧视图；

图8A是沿图8的A线剖取的主剖面图；

图9表示出球缘首柱是如何与船腹连成一体的船体侧视图；

图10表示出柴油机发电装置及安装该装置的甲板；

图11表示扩大的甲板区及支撑甲板的延长船体；

图12表示敞开的船尾。

现在参照图1，按照本发明的一个实施例，船体10的外形具有比传统船体外形更圆的曲线，这可用术语L/V^1/3的偏曲度(leannessof line)来表示，这里L是船体在设计吃水线(dwl)上的长度，该长度对应于夏季干舷的深度T(见图2)，V是船体处在设计吃水线上时的排水量。此外，按照本实施例，L/V^1/3约为3或更大，但与传统船体结构相比其推进比阻没有增大。同时，本实施例船身宽度B应使L/B的比值在大约1至2之间，最好在约1.4至1.9之间。所发现的最佳比值约为1.8。按照本实施例，B是船体在设计吃水线(dwl)上的最大船身宽度。本实施例的船体10的稳心高度比相同长度的传统船体结构的稳心高度高两倍以上。

按照本发明的另一个实施例，排水量沿纵向的分布近似于雷利波(Rayleigh Wave)。本实施例中这种波是沿大致水平地截去后形成的，近似正弦波的吃水线(图2：dwl，1，2，3)的前端和后端为末端或驻点12和14，同时吃水线(O_dwl，O₁，O₂，O₃)的基线从设计吃水线(dwl)开始随着深度的逐渐增加而朝向前推进的方向移动，并缩短为近似倾斜的表面(S)，也可以是直表面。此外，按照本实施例，表面(S)包括船体10的半个船尾。本实施例可以采用各种不同的推进系统。

在Ramde的欧洲专利′767中公开了一种这样的推进系统，其中推进器(f)基本平行于近似倾斜的表面(S)。这种设计对于特殊的非传统船体来说可以认为具有能利用平行于表面(S)的水流的优点。但是按照本发明的一个实施例，在安装推进器时，使其轴线基本平行于船的基线，如图4所示。

现在参照图2和图3，按照本发明的另一个实施例，比值B1/t1是在距船尾约0.15L处的设计吃水线(dwl)以下通过船体10的横截面上确定的，其中(B1)是设计吃水线(dwl)处的船身宽度，(t1)是从该吃水线算起的船体深度。按照本实施例，比值B1/t1约为15。按照另一实施例，比值B1/t1大于在L/2段剖面的对应比值，这里船身宽度(B2)和深度t1是用相同的方法测量的。

本发明的另一个实施例定义了另一种船体比率e＝C_p/C_dwl，其中C_p是船体的纵向棱柱系数，它用下列公式表示：

C_p＝V/(A_L/2×L)，

其中C_dwl＝A_dwl/LB，L是设计吃水线，A是L/2处吃水线上的横截面积，V是设计吃水线处的排水体积量，A_dwl是吃水线处的面积，B是吃水线处的最大船身宽度。按照本实施例，船体参数e约为1或更大。

再参见图1，按照本发明的另一个实施侧，设计吃水线的面积重心(LCF)位于距船身中央后方约0.2L处，改进后的船体体积重心(浮心)(LCB)位于设计吃水线(dwl)深度上距面积重心前方约0.075L处，可用下式表示：LCF-LCB＝0.075L。

现在参见图5，按照另一个实施例，船体10在从船尾柱到前方约0.3L的区域内设置有紊流控制附体(固定的或活动的翼片状部件(V))，这些附体沿流线方向基本垂直于船体10安装，并且大致位于船壳的底部与船舷之间的过渡区内。按照另一种实施例，紊流控制附体是一些纵向槽，其形状为V形、矩形或波形槽(X)，槽的深度朝向前推进方向减小。这些槽终止于距船尾0.3L处，并且终止处与倾斜表面(S)的平直部分相重合，槽的深度(d)一般约为0.02B。

再参见图1，图中所示的船体具有靠近设计吃水线(dwl)的近似正弦波吃水线，该正弦波吃水线末端点在船首和尾端附近，其中面积重心(LCF)位于从L/2处朝船尾方向约0.2L处，设计吃水线的长宽比L/B约为2。

图2表示本发明一个实施例，图中示出设计吃水线(dwl)以下部分的垂直截面。从图中可以看出，基线是沿水平方向截出的。另外在本实施例中，沿大致倾斜的平表面(S)有近似正弦波吃水线(O_dwl，O₁，O₂，O₃)，它们逐次沿船的向前推进方向移动，大约L/2处与基面(g)重合。此外，在设计吃水线(dwl)深度上，船体10面积重心(LCF)与浮心之间的距离约为0.075L。在某些实施例中，该近似的平表面(S)用曲率半径较大的曲表面取代，例如该曲率半径约为最大船身宽度的3至5倍之间，在某特定实施例中约为4。

在图3中显示出具有吃水线dwl，1，2，3和g的如图2所示船体结构的水平投影，在该实施例中在船体的首端具有U形肋骨。按照本发明的其它实施例，还可采用其它已知形状的肋骨。图3的实施例中，在距离船尾约0.15L及L/2处的剖面上，船身宽度与深度之间有一比率，各船身宽度和深度分别用B₁、B₂和t₁、t₂表示。

按照本发明的另一个实施例，船体具有一条如图6所示的从船尾延伸到船首的船侧凸边100。该实施例的船侧凸边100距纵向中心线的最大标准距离(d6)要比中心线至船体L/2处设计吃水线(dwl)之间的距离(d62)大约长最大船身宽度的0.03至0.04。

现在参照图7，本发明的另一个实施例设置了稳定翼片200，它具有近似的泪滴形断面(图7A)和一个如图7A所示的控制表面副翼202。按照一个实施例，稳定翼片的弦长(包括副翼202)约为L的3％，并且控制表面翼202的弦长小于L的1％。按照一个实施例，将这些翼片200尽可能地放置在靠近艉角处。在图7所示的一个实施例中，牵引缘位于艉板700所在的平面上。在另一种实施例中，翼片200的前缘(未示出)位于艉板所在的平面上。按照一种特定实施例，翼片200的长度两倍于弦长(包括控制表面副翼202)。

按照图8和8A所示的另一种实施例，球缘首柱80设置在船首的吃水线dwl下方附近。按照本实施例，球缘首柱80的宽度大于其横截面中部的高度，该横截面处于穿过球缘首柱最高点的艏垂线与横断面之间。这种球缘首柱80还具有一个平的上表面82，表面82的最外边上部区域84被抬高到吃水线(dwl)附近。

现在参见图9，图中所示实施例的球缘首柱B0与船侧凸边100及船体另一侧的相应船侧凸边(未示出)一体地构成，船侧凸边从船首延伸到艉板700的边缘。在本实施例中，两条船侧凸边终止于船的艏区附近并互相汇合成具有平的上表面82的舌状构形80。

本领域的专业技术人员还可以想到其它的实施例，上面给出的实施例只作为举例说明。

Claims

1、一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)船体(10)、一个艉板(700)、纵向长度L、一个确定的基平面和一个设计吃水线平面(dwl)，其特征在于该船包括：

近似正弦波吃水线；

一个从设计吃水线平面(dwl)上的艉板(700)延伸到约L/2处的基平面的表面，在该基平面和一个倾斜面之间限定一个角，所述倾斜面由艉板(700)和设计吃水线平面(dwl)的交线和位于离艉板(700)约0.2L处的表面上的一点所限定，

其中所述角约在12.5°至14.0°之间。

2、一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)型船体(10)、一个艉板(700)、纵向长度L、一个确定的基平面和一个设计吃水线平面(dwl)，其特征在于该船包括：

近似正弦波吃水线；

一个从设计吃水线平面(dwl)上的艉板(700)延伸到约L/2处的基平面的表面，在该基平面和一个倾斜面之间限定了一个角，所述倾斜面由艉板(700)和设计吃水线平面(dwl)的交线和位于离艉板(700)约0.2L处的表面上的一点所限定；并且

弗劳德(Froude)准数约在0.1至0.35之间。

3、一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)船体(10)、一个艉板(700)、纵向长度L、一个确定的基平面、一个纵向垂直中心平面和一个设计吃水线平面(dwl)，其特征在于该船包括：

近似正弦波吃水线；

一个从设计吃水线平面(dwl)上的艉板(700)延伸到约L/2处的基平面的表面，在该基平面和一个倾斜面之间限定了一个角，所述倾斜面由艉板(700)和设计吃水线平面(dwl)的交线和位于离艉板(700)约0.2L处的表面上的一点所限定；以及

船体(10)上的船侧凸边(100)，该船侧凸边(100)沿船体(10)的触水部分设置，它从船首附近延伸到艉板(700)附近，其中所述船侧凸边(100)从船首附近至约L/2处的尺寸大体保持恒定，从约L/2处至艉板(700)处尺寸逐渐缩小直到大约为零。

4、按照上述任何一个权利要求所述的船，其中从垂直中心平面到所述船侧凸边(100)上的一点的标准距离约在0.03至0.04Bmax之间。

5、一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)船体(10)、一个艉板(700)、纵向长度L、一个确定的基平面和一个设计吃水线平面(dwl)，其特征在于该船包括：

近似正弦波吃水线；

一个从设计吃水线平面(dwl)上的艉板(700)延伸到约L/2处的基平面的表面，在该基平面和一个倾斜面之间限定了一个角，所述倾斜面由艉板(700)和设计吃水线平面(dwl)的交线和位于离艉板(700)约0.2L处的表面上的一点所限定；

一个球缘首柱(80)，所述球缘首柱(80)包括：

一个上球表面(82)，该所述上球表面(82)基本上是平的，

一所述上球表面(82)的最上部分，该所述最上部分位于设计吃水线平面(dwl)附近，

所述球缘首柱(80)的一断面宽度，所述断面宽度大于所述球缘首柱(80)在横断面上的断面高度，所述横断面位于第一横向艏垂面与第二横向艏垂面之间，第一横向艏垂面位于距艉板(700)L处，第二横向艏垂面通过球缘首柱(80)的最高点。

6、按照权利要求5所述的船，其中所述球缘首柱(80)从所述第一横向艏垂面到所述第二横向艏垂面的长度约在0.1至0.12Bmax之间，所述球缘首柱(80)在所述长度中间处的断面的宽高比约为1.7。

7、按照权利要求5所述的船，其中所述球缘首柱(80)从所述第一横向艏垂面到所述第二横向艏垂面的长度约在0.1至0.12Bmax之间。

8、按照权利要求7所述的船，其中所述球缘首柱(80)在所述长度中间处的断面的宽高比约为1.7。

9、一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)船体(10)、一个艉板(700)、纵向长度L、一个确定的基平面和一个设计吃水线平面(dwl)，其特征在于该船包括：

近似正弦波吃水线；

至少一个稳定翼片(200)，它位于艉板(700)附近，以使船体(10)的尾部处的紊流程度减小。

10、按照权利要求9所述的船，其中所述稳定翼片(200)还包括一个控制表面副翼(202)。

11、按照权利要求10所述的船，其中所述稳定翼片(200)的第一弦长约为3％L，所述控制表面副翼(202)的第二弦长小于约1％L。

12、按照权利要求9或10或11所述的船，其中所述稳定翼片(200)位于艉角附近。

13、按照权利要求9或10或11所述的船，它具有一个延长的甲板区，所述甲板区延伸到稳定翼片(200)的最后延长部分附近。

14、按照权利要求13所述的船，其中所述延长的甲板区由设计吃水线平面(dwl)上方的延长的船体(10)结构所支撑。

15、一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)船体(10)、一个艉板(700)、纵向长度L、一个确定的基平面和一个设计吃水线平面(dwl)，其特征在于该船包括：

近似正弦波吃水线；

一个从设计吃水线平面(dwl)上的艉板(700)延伸到约L/2处的基平面的表面，在该基平面和一个倾斜面之间限定了一个角，所述倾斜面由艉板(700)和设计吃水线平面(dwl)的交线和位于离艉板(700)约0.2L处的表面上的一点所限定，以及

一个推进器，它的轴线大体平行于船的基平面。

16、一种排水型船，它具有一个拉姆型(Ramform)船体(10)、一个艉板(700)、纵向长度L、一个确定的基平面和一个设计吃水线平面(dwl)，其特征在于该船包括：

近似正弦波吃水线；

一个从设计吃水线平面(dwl)上的艉板(700)延伸到约L/2处的基平面的表面，在该基平面和一个倾斜面之间限定了一个角，所述倾斜面由艉板(700)和设计吃水线平面(dwl)的交线和位于离艉板(700)约0.2L处的表面上的一点所限定；和

一条触水船侧凸边(100)，它分别位于船体(10)的两侧中的每一侧并从船首延伸到艉板(700)的边缘，所述船侧凸边(100)在船首处连在一起，限定出一个具有平的上表面的舌状造型部分，所述平的上表面位于设计吃水线平面(dwl)附近。

17、按照权利要求1、2、3、5、9、15和16中的任何一个权利要求所述的船，它的前部装有一台柴油机发电装置。

18、按照权利要求17所述的船，其中所述柴油发电装置位于最上部甲板上。

19、按照权利要求1、2、3、5、9、15和16中的任何一个权利要求所述的船，艉板(700)是敞开的。

20、按照权利要求1、2、3、5、9、15和16中的任何一个权利要求所述的船，它的设计吃水线长宽比L/B比值约在1.4至2之间。