CN107531313A - 使用变窄的凹状通道的船舶 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有至少一船体的船舶，其藉由在设置有推进器的该至少一船体的底侧运用变窄的数个凹状通道(1)而产生流体升力。如此使得推进器(3)拖曳水流经过该变窄的数个凹状通道(1)。

Description

使用变窄的凹状通道的船舶

【技术领域】

本发明涉及一种具有至少一船体的船舶，其利用具有水推进器的变窄的数个凹状通道。

【先前技术】

达成更快的速度以及更佳的燃料效率是造船工程的一个目标。通常地，此目标可以藉由减少水中的流体拖曳力达成，并且，已知的最佳方式之一为减少船体的浸湿面，其暗示了流体升力的需要。

当船体往前穿越水体时，习知的滑航式船体提供相比于水平面略微向上的一倾斜表面而迫使水体向下行，因而产生流体升力。流体升力的观念被证实仅对相对小型且具有较低排水量船体的船舶有效。当船体往前穿越水体时提供一倾斜表面具有二个力分量：第一力分量推动水体向下并导致一作用于船体的向上的反作用力；第二力分量推动水体向前而导致一「艏波」(bow wave)，而较大型的的滑航船只在不具有足够的推进力时，是无法爬过艏波的。事实上，滑航所需的推进力随着船体排水量增加而呈指数地增加。

大型的滑航船舶可以携带大型有效酬载以及具有相较于任何排水型船舶更快的速度，其具有优良的经济效益。然而，为了要能够进行滑航，习知的大型的滑航船舶需要达到高速以克服船体所产生的艏波。无奈的是，除非这些滑航船舶已经处于滑航的状态，否则这些习知的滑航船舶无法达成所需的高速。此困境的解答一开始是水翼船。

虽然，对于大型船舶而言，水翼船曾经被用来产生流体升力而一度受到喜爱，然而，使用水翼船的缺点导致这些年来水翼船的使用减少。

【发明内容】

本发明为用一新颖方法达成流体升力的船舶，其利用凹状的数个水通道使大型船舶可以安全地、有效率地并且以一相对低速滑航，而且此船舶使用相对于习知滑航船舶较少的动力进行滑航。

相较于传统的V型滑航船体，使用具有凹状通道的船体的习知船舶，可以以滑航效率的形式提供特定的优点。其中，凹状通道导引船体下的水体，使其排向船体的边缘。然而，习知的具有凹状通道的船体，在船体经过水体时仍会提供一倾斜表面以产生流体升力，因此仍会如同V型船体般产生艏波。

本发明以完全不同的方式产生流体升力，其不需要倾斜表面产生流体升力。本发明使用与水翼船提供流体升力相类似的原理但不具有水翼船使用时通常具有的缺点。

相较于习知船舶，本发明的一个重要优点是，先前技术需要处于滑航状态的船体以达成相对高速进行滑航，然而却会受其所产生的艏波阻碍；相比而言，本发明仅需要通道内的水流来产生所需的流体升力供船体滑航。

本发明是底侧具有数个通道的船体，而藉由有策略地设置的水推进器使得动压在船体底侧产生而将船舶快速且有效地升高至滑航状态。除了用以推进本发明的船舶以外，推进器也拖曳水体穿过朝向船尾逐渐变窄的数个通道，借此在数个通道内产生流体压力而不是如先前技术般将倾斜表面推向一水体。

本发明被预见是使大型船舶有效地达到滑航状态并持续于滑航状态安全操作的唯一商业可行方法，也是现阶段以先前技术无法达成的技艺。

【图式简单说明】

为了使本发明更容易被理解，以下将提供一较佳实施例并伴随附图说明。当中：

图1为本发明的仰视图，其绘示变窄的通道、滑航板以及其相对于重心(CG)的位置关系。

图2为通道1的侧视图，其绘示相较于重心(CG)略微倾斜的表面。

图3为本发明的前视图，其绘示通道呈凹状。

【实施方式】如图1所示，通道随着其通过所设计的纵向重心CG时而变窄。藉由增加在船体底侧的通道内的动压，通道的变窄造成了流体升力。于一较佳实施例中，凹状通道朝船尾逐渐变窄，使得流体阻力被维持在最小值时亦可提供所需的流体升力。

对于多数熟习本技术领域通常技艺的通常知识者，利用使位于船体底侧的水通道逐渐变窄来达成船体下的动压似乎十分简单。然而，大部分习知的呈V形的滑航型船体并未于船体下运用任何的水通道。此外，大部分习知的具有位于船体底侧的水通道的船舶，其通道宽度系特定地维持于定值而藉由改变船头至船尾的通道深度以提供习知的倾斜表面，而倾斜表面已知会导致艏波。再者，习知的具有凹状水通道的船体并未声明或揭示推进力对动压在变窄的凹状通道中的影响。因此，由于本发明使用了非属此技术领域中具有通常知识者所熟知的原理与方法，实有其独特之处。

变窄的通道的运作原理可以由白努利定律(Bernoulli principle)来解释。假设对于整个通道而言流率是固定的，流体(如水)的速度在通道最窄处最高而在通道最宽处最低。根据白努利定律，由流体所施加的压力在通道最宽处最高而于通道最窄处最低。藉由使通道的最宽处位于船舶的纵向重心(CG)或者位于纵向重心的前方以及伴随使通道自此点朝船体的船尾变窄，可以产生正压而有效地将船体升高至滑航状态，而不用如传统滑航式船体需要克服艏波。有可能在船体底侧提供沿长度方向的宽通道且该宽通道仅在接近船尾处变窄，如此可以使动压作用于几乎全部长度的船体。然而，于较佳实施例中，此为不实际的，因为纵向的不稳定性会导致没有足够的水流流过通道的情况。就实际用途而言，纵向重心最好是介于数个通道的最窄点与最宽点之间。

本发明的较佳实施例使用变窄的双凹状通道1，位于船体的底侧。各通道的水流中具有一入口1a、一出口1b以及一推进器3。这些通道1被以纵向地并排设置，使得船体左舷与船体右舷的流体升力可以分别被操控。因为左舷与右舷之间的流率差异会导致本发明的船舶转向以及左右横摇而转向(亦即左右横摇与偏航)，本发明的此一特别设计也被期望可以使船舶在不使用舵的情况下达成良好的转向。可以藉由铰接板6a、6b、6c的使用更进一步控制各通道内的水流。铰接板6c作用于跟舵相同的平面，但用于控制二通道1的流率差异。当铰接板6c位于关闭位置时，其不会对二通道1的流率造成任何变化。

如图2所示，通道1的高度由其入口1a至纵向重心(CG)稍前处的一点缓慢地减少。虽然此处的实施例亦具有传统的滑航表面，但其并非主要的动力。此处的设计是为了在船体已经滑航时减少浸湿表面。因此，所示的倾斜角度相较于先前技术中所需的倾斜角度较不那么倾斜。

一旦本发明处于滑航状态时，惊涛骇浪中所有滑航船体之间的碰撞便成了问题。本发明于本质上即解决了这个问题。铰接板6a、6b为常态开启状态而允许水体能够通畅地流经通道1。然而，当船体离开水面时，铰接板6a、6b关闭而凹状通道1成了滞留空气的通道。滞留空气的凹状通道1提供了空气缓冲效应而减缓碰撞的影响。通道1中的凹状形状则使得滞留空气进一步的压缩而更加增进了缓冲效应。图2绘示铰接板6a、6b处于关闭状态。铰接板6b处于一角度，使得碎屑在铰接板6b的关闭状态下向下及向外偏斜，因而避免碎屑进入推进器3。在图1中，形成于通道1间的滑航板4在船舶于滑航状态时支撑本发明的船舶。滑航板4两侧的变窄的通道1使得本发明的船舶可以快速进入滑航状态。然而，当本发明的船舶开始滑航，由于大部分的通道1已经离开水体，凹状通道1不再能够提供相同的流体升力。此处是利用滑航板4动态地支撑本发明之船舶，使得船舶可以在滑航状态处于高速。为了纵向的稳定性，重心(CG)的设计位于滑航板上4且相接于通道1最宽点的后端。滑航板4的侧边形成通道1的凹壁的一部分。

船头2的穿浪艏杆用以穿过将到来的浪，使得艏杆迎向波前的一点。由于凹状通道1提供了船舶所需的所有流体升力，因此船头2的艏杆并不需要产生任何向上的力分量，因而船头2的艏杆可以是垂直或倾斜的。于此较佳实施例中，船头2的艏杆引水进入通道。

操控面7a、7b的功能在于控制本发明，的，特别是其前后纵摇与左右横摇，且操控面7a、7b可以设置于水平面下或水平面上。操控面7a是基于空气控制的操控面，其大于基于水控制的操控面7b。

凹状通道1让本发明的船体具有独特的能力而可以相较于习知的船体有效地滑航，而操控面7a、7b与穿浪艏杆则确保船体可以在高波浪等级下以具有相同排水量的习知船体无法达到的速度安全并舒适地运行。

图3绘示较佳实施例的前视图，其中上层结构5较佳地为符合空气动力学的。通道1的入口1a描绘了位于本发明较佳实施例的船体底侧的通道1的凹状截面。基于空气控制的操控面7a与基于水控制的操控面7b的位置也同样被绘示出。

推进器3可以是以喷水器、表面驱动螺旋桨、机桨一体推进器(poddedpropulsion)或是任何其他类型的水推进器。推进器3具有导引推力的手段，其中推进力的导引可以使用舵、铰接板以及任何其他方法达成。

本发明对于如潜水艇的非滑航式船舶也可提供流体升力。

对于熟知相关技艺者，对本说明书所揭示的实施例进行各种改变，而不违背本发明之精神与范围如所附之专利范围，是显而易见的。因此，本发明所包括所附专利范围之概念所涵盖之变化与改变以及同等之概念。

要求保护的独占性质或特权的本发明的实施例定义如下：

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种船舶，包括：

至少一船体；以及

至少一凹部位于该至少一船体之底侧；

其中，该至少一凹部完全地位于静浮水线下；

该船舶的重心(CG)纵向地位于该凹部的最宽侧点或是介于该凹部的该最宽侧点与同一凹部的最窄侧点之间；

该凹部接近该船舶的船尾的任一点的侧宽小于该凹部的该最宽侧点。

2.如请求项1所述的船舶，其中，对每一该至少一船体而言，最靠近各该船体的左舷的该凹部的纵边与最靠近同一船体的右舷的该凹部的纵边于深度上对称。

3.如请求项1和2所述的船舶，其中该至少一凹部具有至少一入口(1a)，位于该凹部的前段，而使得水体可以水平地流入该凹部。

4.如请求项1至3中任一项所述的船舶，其中该至少一凹部具有至少一出口(1b)，位于该凹部的后段，而使得水体可以水平地自该至少一出口(1b)流出该凹部，并于该船体的底侧形成至少一通道(1)供水自由流通。

5.如请求项1至4中任一项所述的船舶，其中该至少一通道(1)的该至少一入口(1a)的横截面的总宽度大于该至少一通道(1)的该至少一出口(1b)的横截面的总宽度。

6.如请求项1至5中任一项所述的船舶，其中该船舶设有至少一水力推进器(3)，使得该至少一水力推进器(3)迫使水体经过该至少一通道(1)。

7.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中该至少一通道(1)的至少一区域的横截面形状为凹状。

8.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中该至少一通道(1)的至少一区域深度改变。

9.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中至少一可移动的控制面(7a、7b)附着于该至少一船体。

10.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中至少一铰接板(6a、6b、6c)位于该至少一通道(1)内。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

修改对说明书或附图没有影响。为了清楚起见，仅修改了权利要求1。权利要求1描述在船舶的船体的底侧上的凹部。我们早期认为，‘船体的底侧’清楚地意指所述凹部在水下方。此外，实施方式(第[0014]段)清楚地描述了在船体的底侧上的水通道。审查员引用的现有技术描述包含空气的坑道，该坑道由“V”形船体的侧部以及外部主体形成，这意味着现有技术中的所述坑道至少部分地在静浮水线上方。我们根据19条提交修改以确保与现有技术的区别是明确的。因此，我们已经加入措辞“完全地位于静浮水线下”。尽管权利要求1包含词语该凹部的最宽侧点和该凹部的最窄侧点，但原权利要求1并未明确地声明所述凹部变窄。因此，我们进一步修改了权利要求1，使得其明确地遵循本发明的公开内容和发明名称。修改后的权利要求1可以被视为是较窄的，因为所述凹部不仅仅变窄而且从前到后变窄，正如实施方式中所公开的。其他少数的形式变化是为了确保新的修改与现有措词适当地组合。修改的原因是为了清楚起见，并且在“申请人针对书面意见的非正式意见陈述”中被进一步解释。

Claims (10)

1.一种船舶，包括至少一船体,以及至少一凹部位于该至少一船体之底侧；该船舶的重心(CG)纵向地位于该凹部的最宽侧点或是介于该凹部的该最宽侧点与同一凹部的最窄侧点之间。

2.如请求项1所述的船舶，其中，对每一该至少一船体而言，最靠近各该船体的左舷的该凹部的纵边与最靠近同一船体的右舷的该凹部的纵边于深度上对称。

3.如请求项1和2所述的船舶，其中该至少一凹部具有至少一入口(1a)，位于该凹部的前段，而使得水体可以水平地流入该凹部。

4.如请求项1至3中任一项所述的船舶，其中该至少一凹部具有至少一出口(1b)，位于该凹部的后段，而使得水体可以水平地自该至少一出口(1b)流出该凹部，并于该船体的底侧形成至少一通道(1)供水自由流通。

5.如请求项1至4中任一项所述的船舶，其中该至少一通道(1)的该至少一入口(1a)的横截面的总宽度大于该至少一通道(1)的该至少一出口(1b)的横截面的总宽度。

6.如请求项1至5中任一项所述的船舶，其中该船舶设有至少一水力推进器(3)，使得该至少一水力推进器(3)迫使水体经过该至少一通道(1)。

7.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中该至少一通道(1)的至少一区域的横截面形状为凹状。

8.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中该至少一通道(1)的至少一区域深度改变。

9.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中至少一可移动的控制面(7a、7b)附着于该至少一船体。

10.如请求项1至6中任一项所述的船舶，其中至少一铰接板(6a、6b、6c)位于该至少一通道(1)内。