CN1072894A - 多体船 - Google Patents

Abstract

一种多体船，它具有两个细长的，对称设置的船 体(1，2)，其上装有水下横向的翅或翼(4，5，11)，它们 在正常巡航速度时有助于决定在所有六个自由度上 船的横摇，纵倾和运动。其特征在于，上述翼借助向 下伸出的支柱(6，7，12，13)装置在船的龙骨平面 (BL)之下并间隔开，每个上述船体设有一个分开的 向前的翼(4，5)，藉助一个分别控制的从船体向下伸 出的支柱(6，7)可绕一个垂直轴线作有限度的枢轴运 动。

Description

本发明涉及一种具有两个细长和对称设置的船体的多体船，其船体设有水下横向的翅或翼，它有助于在正常航行速度时在所有六个自由度中控制船的吃水，纵倾和运动。

整个高速船的领域，即单体船，水翼船，双体船，气垫船，气垫双体船，等等，的飞速发展增强了对高速和改进的航海性能的需要。

上述类型的高速船的速度至少为25节，其长度至少为20米。

在水中移动的船受制于水线下湿表面的摩擦抗力。随着船的速度增加，船体穿过水的运动所产生的摩擦力也增加，直至达到一个极限，此时摩擦力将实际上限制达到更高的速度。而船所耗费的推进动力也就相应增加。

除速度外影响船的效率的第二个重要因素是船的保持其所谓纵倾的能力。纵倾就是船设计成假定它处于静止时的情况。对于排水型的船来说，纵倾随着船通过水的速度的变化而有很大变化。由于实际原因，船的甲板，设备等等当船处于静止时和处于航行时都应保持相同的相对于水平面的关系，这样比较方便。

对于较大船只提高航速的持续增加的需要多少导致平底船的发展。但是，实际上，平底船壳只适用于较小的船。船壳的平底在航速增加时使船在水中被抬起。

浸水面积的减少也就减小了摩擦阻力。这就可能伴随产生船的阻力显著减小。但是，总还存留着相当大的浸水面积以及伴随的阻力，而纵倾限制在这里也起着负面的作用。随着速度增加，流过即使是非常流线型的平船底的水也要承受摩擦力。摩擦力随着速度而增加，就会达到可达致速度的极限。然而，平底船的最大缺点是在海上航行中施加于船底的压力;这个压力可能相当大，导致船被有力地推动。在特别不利的情况下，还可能导致船体的破坏。

近几十年来，特别是水翼船和双体船的发展非常迅速。水翼船的特点是它们设有象飞机一样的支持翼，该支持翼在船于水中航行时产生一个提升力;从而船体最终被提升离水面，水翼船就以其巡航速度在水面上“飞翔”。

多体船，如双体船，是基于这样一个概念，就是每个船体可以设计成将水动力条件作为重要的条件来考虑，而通过使两个船体作适当分离来适应水静力条件。这种可能性对于单体船是不存在的，因为水动力条件和水静力条件都必须由同一个船体来适应，这就引起选择主要参数的矛盾。还尝试过利用双体船两船体之间的沟槽来提供一定的提升力，即利用双体船航行时被压迫通过该沟槽的空气流。多体船的一个主要优点是它们的高度稳定性。

在进一步的发展中很自然提出水翼船和双体船的各种结合，即，带有双船体的船设置前后的横向水下翼，藉其在巡航速度时控制船的吃水和纵倾。这里的企图是能够将双体船的优异的稳定性和水翼船的技术结合起来，从而在高速时双体船的船体被抬离水面使水翼双体船在水面上“飞翔”，而在低速或停泊时象常规的双体船一样运作。

但是，水翼双体船能够藉以运行的高速度也带来了许多操作和结构上的问题，这些将在下面进一步加以阐述。

因此，根据本发明，提出了一种多体船，它具有两个细长的、对称设置的船体，其上装有水下横向的翅或翼，它们在正常巡航速度时，控制船绕纵轴线和横轴线的运动，其特征在于，上述翼位于龙骨平面之下且藉向下伸出的支柱之助与龙骨平面间隔开，每一个上述船体设有一个分开的向前的翼，藉一个分别控制的从船体向下伸出的支柱可绕一个垂直轴线作有限度的枢轴运动，每一个船体在船尾与一个共同的尾翼相连接，尾翼由从每个船体向下伸出的后支柱所支撑。

通过理论和实验已证明一个较小的展弦比（翼的长度和弦之比）对于前支承表面是有利的，因为这意味着对于一个给定的纵倾角，在尾翼上较之在前翼上可产生较大的提升力，从而有助于减小纵倾角。通过将前支承面分成两部分，这个优点可以进一步增强。这个两部分可以通过两个独立的支承面或翼来实现，每个翼由它自己的可作有限枢轴运动的支柱来支撑。这些分开的支柱及其所支撑的翼将能有利地适应不仅可能由漂浮物体产生的碰撞，还可能由海水和加速度产生的力的震动，而引致的负荷或变形。正是为了维持变化负荷，正常的角偏转应在±5°至最大±10°的范围内，然后带着吸震作用。在正常操作中，这个5°不应超过。实际上，前支柱起着前舵的作用。这样的前舵本来的确给系统引入不稳定性，但因它们是可控制的和可作枢轴运动的，使得能够将这些前舵结合入船的整个平衡系统中，从而达到有效的转向运作。

前支柱的可控制的有限度枢轴运动也可有利地应用于转弯航行中，因此不只是对船的直线航行中的平衡问题有利。为了在转弯时以有利的形式驾驶这种新船，可将横摇和舵结合起来，即为了使船转弯对它给以横摇。

由于前支柱可作枢轴运动，转弯半径可以显著降低。利用各自连接于其船体的分开的前翼，可以解决与强度有关的问题，因为整体的扭力不会传递到细长的，按水动力学设计的支柱和翼上去。具有两个分开的支柱和翼的特别有利之处是在其中一个支柱/翼的组件破坏时，船还可以保持其正确位置，亦即“支承在三点上飞翔”。此外，短的支柱有助于降低负荷/变形。

对于这里所提及的以高速运行类型的船，特别重要的是能够控制其垂直运动。藉助用于影响/调节船尾的提升的船尾共同支承面或翼，可以有利地达到这一点。用致动器操纵的船尾翼上的折翼可以改良翼的运作形式。同时，共同后支持面将有效地提供一个防止可怕的（如果夸大来说的话）两个船体断开的危险的装置，这个危险如果产生很明显是在船尾。

根据本发明，特别有利的是给每个分开的前翼设置一个致动器操纵的（转向的）折翼。藉此装置，可以有利地影响前翼的提升效能，并降低水动力阻力，达到提高横摇和纵倾稳定性。装设前折翼和后折翼将会极大地提高船的航海性能。致动器最好可安装在支柱和翼之间的传动区中（使力的传递路线更短和更有效）。

在巡航速度时，希望船被提升并刚好躺在未被拢动的水面之上。推进力可以有利地由高效的水喷射机组来提供，根据本发明，水喷射器的入口可置于各后支柱的水下最低处。特别有利的是后支柱应具有向前的方向，即它们在水中向下向前倾斜。由于具有上述特征的船能够紧靠水面上运动，就能够使支柱中的水流通道和支柱构形结合成有利于水的流动。因此能够使在海中航行时吸入空气的危险降低到零，因为水的入口位置在海中尽可能深的地方，与此同时向前倾斜的支柱构形有利于水的流动，使水从入口到喷射出口的速度变化最小。

根据本发明，藉助一个连接架将各后支柱安装在相应的船体上是有利的。这个结构方案当船体是铝的或其他具有低弹性模数的材料时特别有利，因为用钢做的连接架将各后支柱牢固地安装在相应的船体上，有效地结合进主要的强度。

此外，根据本发明，每个船身可以在其后部的船底有利地做出所谓的“阶梯”。这样的阶梯用于对压力梯度提供一个平稳的过渡，这种压力梯度在船的后部部分在水中部分在水上的情况下对于常规的船体会产生负面的压力作用和垂直的力。事实上，靠这样的阶梯可以平稳地逐步降低浮力，或逐步抬起船尾。如所周知，船尾当船速增加时具有将其埋入水中的固有倾向，直至船速达到平稳的速度为止。

以下将结合附图对本发明及其优点详加解释。附图中：

图1表示本发明的双体船的侧视图，

图2表示图1的双体船的前视图，

图3表示图1的双体船的后视图，

图5表示图4的连接架安装处的船体后部的简图。

图1-3所示的双体船具有两个从中心向下伸展的船体1和2，以及共同船桥件3。每个船体1，2设计成具有一个很尖的船头，其水线细长，带有高的底部升角，特别是在每个船体最向前的部位。

每个船体1，2在其前部藉助各自的向下伸出的支柱6，7安装有分开的、横向的、对称的和向前的翼4，5。每个支柱6，7以适当的方式（未示出）可绕一垂直轴线作枢轴运动地安装置，且每个支柱与其致动器8连接。致动器设计成能够在正常运转情况下传给相应的支柱6或7以一个绕其垂直轴线作±50°的引导的枢轴运动，与此同时具有吸收外部引起的支柱在±10°的角度范围作枢轴运动的能力。

每个前支承翼4，5在其后端设有一个平衡折翼9。为了控制折翼9的运动，在形成相应支柱6和7的下部的壳体10中装设有一个致动器（图中未详细示出）。每个支承翼4，5相对于通过各支柱6，7的纵向中心平面横向对称，具有展宽B。

每个船体1，2在其船尾设有由从各船体1，2向下伸出的支柱12，13所支撑的共同尾翼11，它也具有如上述装在前翼上一样的可控折翼。该两个后支柱12，13如图中所示，设计成向下向后倾斜。选择这种构形是因为每个后支柱12，13除了起支柱的作用以外，还有利地用作水喷射器的入口。因此，在每个后支柱12，13的最低的水下部分做有水喷射器入口14，通过该入口水可以在支柱中的均匀曲线的引水通道15中流动，并上升到船尾的相应水喷射机组16中。水喷射机组16为已知，包括有一个与动力源7连接的推进器。

每个后支柱12，13分别通过连接架18牢固地固紧在相应的船体1，2上。在本实施例中双体船的船体1，2用铝做成。后支柱12，13（以及支撑分开的支承翼的前支柱6，7）用钢做成，而后支柱装在相应的船体上是利用这种连接架（除见于图1外，还见于图4和5）。连接架用钢做成，用一个适当的衬垫/光滑材料19作中间层牢固地固定在船体1上（见图5）。后支柱13也是用钢做成，装在连接架上。这个连接架最优地解决船体和后支柱之间的连接安装问题。当然，连接架设计成具有一个合适的开口20，配合后支柱13上的水流通道15，以引导水流通过水喷射推进系统。

在图1上画出了双体船的水线VL和基线BL。很明显当双体船处于静止状态，其水线是VL。当船开动并逐渐加速，双体船的船体1，2被抬起并最后完全自由航行，即它们将以其基线BL躺在未被拢动的水线之上。每个船体1，2在其尾部设有阶梯21，22，它们将有利于船体在排水位置和飞翔位置之间的必要过渡，并因而使控制力的使用能够更加准确。在上升和下降阶段，阶梯21，22都有利于提供浮力/提升力的平稳过渡。

本发明在上面以双体船来表示和描述。双体船的实施例可以认为是最好的实用实施例，但本发明当然还可以用于例如三体船，即带有一个中央的第三船体。如在图3中的虚线所示处，可设有一个由另外的中央支柱支承的后翼。

Claims (9)

1、一种多体船，它具有细长的、对称设置的船体(1，2)，其上装有水下横向的翅或翼(4，5，11)，它们在正常巡航速度时有助于决定在所有六个自由度上船的横摇，纵倾和运动，上述翼(4，5，11)藉助向下伸出的支柱(6，7，12，13)装置在船的龙骨平面(BL)之下并间隔开，上述船体(1，2)在船尾处连接于一个由各船体向下伸出的支柱(12，13)所支撑的共同尾翼(11)，

其特征在于，

每一个上述船体(1，2)设有一个分开的向前的翼(4，5)，藉助一个分别控制的从船体向下伸出的支柱(6，7)可绕一个垂直轴线作有限度的枢轴运动。

2、如权利要求1所述的多体船，其特征在于，每个分开的向前的翼（4，5）有一个致动器（8）操纵的折翼（9）。

3、如权利要求1所述的多体船，其特征在于，上述尾翼有致动器操纵的折翼。

4、如权利要求2或3所述的多体船，其特征在于，致动器（8）安置在支栓和翼之间的传动区中。

5、如权利要求1，2，3或4所述的具有水喷射机组（16）的多体船，其特征在于，在各后支柱（12，13）的最下端水下部分设有水喷射入口（14）。

6、如权利要求5所述的多体船，其特征在于，每个后支柱（12，13）在水中向下向后倾斜，并包括有一个水流引导通道（15）从水喷射入口（14）向上通到设于上面的水喷射机组（16）。

7、如权利要求5或6所述的多体船，其特征在于，每个后支柱（12，13）用一个连接架（18）安装在相应的船体（2，1）上。

8、如权利要求7所述的多体船，其特征在于，在连接架（18）和相应的船体（1，2）之间装有一个中间层/光滑材料（19）。

9、如前述任何一项权利要求所述的多体船，其特征在于，一个或多个船体（1，2）在其船尾部分的底部具有阶梯（21，22）。

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