CN1123482C

CN1123482C - 高速混合式海洋船舶

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Publication number: CN1123482C
Application number: CN99808823A
Authority: CN
Inventors: 朗尼·H·奥德加德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2003-10-08
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: HK1040675A1; NO990113L; JP2002516785A; HK1040675B; EP1082252B1; EE200000703A; WO1999062760A1; NO990113D0; US6435123B1; ES2200520T3; PL345197A1; KR20010052452A; KR100479792B1; TR200003548T2; AU4065299A; DE69907666D1; EP1082252A1; CN1310680A; CA2333169A1; UA49993C2

Abstract

高速混合式海洋船舶，带有流体动力学的产生升力的、稳定摇摆且控制俯仰的翼板(4，5)或水翼，其可以两种有区别的不同模式操作，即静水稳定的低速模式，以正的GM值为特征，有至少三个浸入的船体(2，3)，以及静水不稳定高速模式，以负的GM值为特征，仅有一个浸入的船体(2)，所述船体(2，3)通过将侧船体连接于主船体的一体的甲板结构而与船舶(1)成一体。

Description

高速混合式海洋船舶

技术领域

本发明大体涉及海洋船舶，具体涉及水翼辅助的高速混合式船壳，具有一细长的中间主船壳和两或三个侧船壳，在通常的高速模式，该船舶基本上作为一水翼稳定的超级细长单体船壳操作。

背景技术

在现代高速船舶中，在过去二十年双体船已比单体船壳获得优势市场位置，特别是小于100米的船舶。这类船舶的特征是其操作的简便性，高度的稳定性以及高速和经得起海上风浪的能力，尤其在30-35节的速度范围内。但市场似乎继续对速度性能提出更高的要求，并且近来几种45节甚至50节以上速度的双体船已成现实。在现代高速海洋运输中，经得起风浪的性能亦已成为一大的考虑因素。这些要求已导致出现更大的推进动力设备以及引入主动的运动缓冲系统，如设置在船首区域内小T形翼板和设置在后面的配平舵或截流器，用以改善乘坐舒适性。然而，基本上是非永久性升力产生装置的T形翼板的引入往往伴随阻力的增加，这在一40-45节的双体船上减小了约2-3节的速度。

相应于某些航线上增加的速度要求，最快的摆渡操作者仍然不愿意加入这一发展趋势，这是由于与之相关的空中纵摆燃料消耗。很可能从流体动力学的观点看，早在70年代开始商业发展的双体船技术今天已经到达了其发展的最佳阶段。阻力的进一步减小受到了以下事实的严格限制：大部分阻力成分涉及流体动力学表面摩擦力。为了克服这一点，或是不得不减小沾水表面面积，或是通过应用新技术如空气润滑来减小表面摩擦力。

如果认识到缺乏已获得证明的手段来解决这些技术挑战，即表明我们今天所知的双体船概念在所有方面已经不再能够充分地满足将来的市场需要。这一观点亦得到公众和当局对环境问题日益关注的支持，其很可能迫使在这方面表现更好的全新概念的发展。而且，高速船舶的造波趋势的环境效果亦已日益引起地区关注。

现有技术

表面破水水翼在50年代中被商业化开发并由意大利的Rodriquez公司系列生产。如所知的，它们的基础是一单体船壳，装有设置在前面和后面的表面破水水翼，其在横截面上以V形的翼板为特征。这样，部分翼板在两侧伸出水线，并当船舶尾部使得表面破水水翼浸入时提供了横向校正力矩。在较高速度下船壳完全地升出水面，在摇摆和俯仰方面由表面破水水翼自行稳定。它由一完全浸入的安装在倾斜轴上的推进器推进。与类似尺寸的传统单体船壳相比这种概念性设计的优点是改善了在约35节服务速度下抗风浪能力和动力对速度的效率。缺点是较大的复杂性，建造成本，重量和速度限制。所以，该设计一般被限制在约40m的总长度和月150吨的最大排水量。作为客运摆渡船，该设计变得十分普及，并且今天在世界上仍然有大量的这类船舶在工作，特别是在前苏联，日本和地中海国家。根据发明人的意见，目前大概没有其他的高速船舶输送了同样数量的旅客。与现代化的高速船舶如双体船和单体船壳相比，该设计已经失去了其声望，并且在速度要求和乘客舒适性方面已不再有竞争力，尽管其在速度对动力的效率上还维持一种优势。

在高速海洋技术发展方面最具意义的步骤之一是在70年代中，此时美国的Boeing公司开发了喷射水翼。意大利Rodriquez公司生产的水翼是基于一单体船壳，其在较高速度下升离水线。但是，该水翼系统是基于完全浸入型，包括由三个支柱支承的大体平面形的完全浸入的水翼。与表面破水水翼相比，它不是自行稳定的并且因此取决于与水翼后边缘成一体的可控副翼。该一级水翼设置在后面延伸船舶的整个宽度，并且提供了一级升力和摇摆稳定性。一较小的水翼(T-水翼)设置在中心线前面并由一垂直支柱支承。它提供了二级升力以及所需的俯仰控制力矩。当船舶处在满载排水量模式时所有水翼可被向上倾斜。27.4m和117吨排水量的喷射水翼设计在水翼支承模式下的一般服务速度约为45节。该设计的优点是优秀的抗风浪能力和高的速度对动力的效率。但缺点是高建造成本，技术复杂性，总重量和负载能力的限制。

在90年代初，挪威的Kvaerner Fjellstrand和Westamarin开发了水翼猫(Foilcat)的概念。这基本上是一双体船，装有一完全浸入的使船舶升离水线的水翼系统，并以约45节的服务速度操作。其最大设计是35m，并具有约175吨的最大排水量。其公开于挪威专利No.175199。该设计的优点和缺点与喷射水翼基本上相同。这限制了其商业上的可接受性。

为了减小与以45节的速度操作的双体船相关的大摩擦阻力，最近有一种开发水翼辅助的双体船的趋势，其上装有一完全浸入的水翼系统，目的是使船壳部分地升出水面。同时，它控制俯仰，并且在较小的程度上控制摇摆。其例子是美国的4606291和美国的4665853。由于它们是以部分排水的模式操作，即仍然有两个船壳浸入水中，所以它们仍然有较大的摩擦阻力。

三体帆船设计由于其高速以及抗风浪能力已经在帆船领域获得声誉。如所知的，三体帆船包括三个完全浸入的船壳构件，包括一个长的和窄的中间船壳和一对较短的侧船壳，后者与位于船体中间或后部的横向桥接结构的下侧成一体。但是，这种设计在高速摆渡领域仍未投入使用。在多种专利中，如US 4348972，US5178085，US5529009，JP63130492，WO93/07046，WO94/20359，WO97/10988，EP455605描述了各类这种设计。其中一些包括了呈T形水翼的举升装置，装在侧船壳上和中间船壳上，以减轻摇摆和俯仰运动。但它们均以恒定的排水量模式操作，三个船壳均浸入水中。

美国专利No.5503100描述了一种水翼辅助的混合式海洋船舶。但是，该发明似乎有许多难以实施的因素，很可能使得该发明不能用作高速船舶。其原因是复杂的船壳几何形状、推进和水翼系统的非正规设置的组合，这最终导致过大的总重量和摩擦阻力。

发明内容

本发明的新颖设计是在一单体船壳和双体船之间的混合。如所知的，所谓Froude的数值由以下公式表示：

Fn＝v/√g*L

其中，v＝速度(m/s)，g＝重力加速度，L＝水线长度(m)。该Froude的数值在船舶的造波阻力上起重要的作用。具有完全浸入的侧船壳的传统三体帆船，在侧船壳的长度短并且速度足够低时，其往往以一种滑行的状态操作。由于稳定性要求(意味着一定的正的定倾中心高度(+GM))，这些往往要求，相对于其长度，相对较大的侧船壳的浮力，这通常导致在较高的速度和Froude数值下造波阻力明显增加的危险。

本发明是基于一种混合式船壳几何结构，包括上述三体帆船和一单体船壳的改进形式的组合，包括一深的细长中央船体和至少一对细长的浅的侧船体，后者通过连接侧船体和中央船体的刚性甲板结构与船舶成一体，并以两种有区别的不同模式操作，即静水稳定的低速模式，以正的定倾中心高度(+GM)为特征，其中中央船体和至少其中一个侧船体浸入水中，以及静水不稳定高速模式，其特征是有负的定倾中心高度(-GM)的中央船体部分地升高部分地浸入，侧船体则部分地或完全地在水线以上，通过流体动力学升力产生、摇摆稳定和俯仰控制翼板或水翼，来实现从一种模式到另一种模式的过渡，该船舶的特征在于：

每个所述侧船体的深度小于所述中央船体的深度；

水线之上的船舶最大框架宽度与所述中央船体在任何水线(WL-1，WL-2)的最大框架宽度之比为大于或等于2∶1；以及

所述中央船体最大水线长度与中央船体最大水线宽度之比为大于或等于6∶1；

从而所述船舶能够通过所述水翼或提升面作为混合式船舶运作，即有选择地维持在一个第一或一个第二两个完全不同的模式运作，或在一段时间内在所述两个模式中转换着动作，因而既作为单体船又作为多体船运作；

所述第一模式是一种水静稳定模式，船舶在大的俯角范围呈现出正的复原力臂，中心船体的一部分和至少一个侧船体的一部分移动在第一水线以下；以及

所述第二模式是一种部分水静不稳定模式，船舶在小的俯角时呈现出负的复原力臂，中心船体部分在第二水线以下，侧船体部分或全部在所述第二水线之上；所述第一水线比所述第二水线更加靠近所述湿甲板。

该船舶还有以下有利的特征：

-中央船体本身相对于水线宽度具有一大的水线长度，并相对于水线宽度具有一大的主甲板宽度；

-在其湿甲板高度以下的中央船体在其大部分长度上具有图4a-d和4e-4m所示的横向截面，或者是这些截面的组合；

-侧船体具有小于，或明显小于中央船体之深度的深度，或者可调的高度，并且沿纵向被设置成一较大的部分位于船舶纵向重心的后面，或靠近所述重心，并且相对于船舶中线对称；

-至少一个一级流体动力学翼板或水翼结构被设置在中央船体和侧船体之间和它们的下面，通过垂直支柱与它们成一体，或者亦可通过在船舶中心线的各侧上的至少一个垂直支柱与中间铺设的湿甲板结构成一体；

-至少一个二级流体动力学翼板或水翼结构被设置在中央船体上的后部或前部位置，或者设置在两个位置，通过至少一个每套水翼结构的垂直支柱与船舶成一体，或者亦与中间铺设的湿甲板成一体；

-翼板或水翼被设置成使得流体动力学升力的中心位于船舶纵向重心上或其附近；

-在最大速度时由水翼结构产生的流体动力学升力是船舶最轻重量的至少20％；

-侧船体包括与湿甲板下面在结构上成一体的或者在湿甲板下面独立固定的构件，由刚性结构材料，或者在其整个长度或在其大部分长度上由柔性的吸收冲击的弹性材料构成；

-侧船体包括浮力件，它们在侧船体的整个长度上，或者在大部分长度上，在高度上是可调的；

-最好在较大的船舶上，中央船体设置有一压载水箱，其在所述船壳尾部的前面一距离处在所述船壳的底板上有一永久开口，用于自行快速充水和排水，或者设置有远程控制的充水和排水的装置。

在一优选实施例中，船舶设置有一完全浸入的升力产生和摇摆稳定和晃动缓冲(hive-damping)的一级水翼结构，其设置在中央船体和侧船体下面和之间，靠近船舶纵向重心LCG，并借助于垂直的或倾斜的支柱固定在中央船体上，固定在中间铺设的湿甲板结构和侧船体上，以及一个二级的流体动力学升力产生及俯仰控制翼板或水翼，其设置在前部或后部，或者两处，并借助于垂直支柱固定在中央船体上，或者也固定在中间铺设的湿甲板结构上，取决于水翼结构的横向跨度。

在另一特别适用于大于100m船舶的优选版本中，船舶设置有两个升力产生、摇摆稳定和俯仰控制的大展弦比一级水翼。由于这种尺寸的船舶通常具有超过1000公吨的满载排水量，就使总的阻力最优化来说，可能希望增加翼板宽度而超过船舶的正常宽度，以便在40-45节的速度提供50％范围内的升力与排水量之比。这种设置示于图8中。这里，部分甲板结构被横向延伸超出船舶的正常宽度，以便于支承翼板的外支柱。这些桥式结构亦可有利于下锚以及上、下船。

对于更大的船舶，如超过200m或更大，三级升力产生翼板也是可行的。在这种情况下，它们的大约位置是后面，前面和中间。

最佳模式

根据本发明的高速混合式海洋船舶，带有产生流体动力学升力的、控制摇摆和俯仰的翼板或水翼，其可以两种有区别的不同模式操作，即静水稳定的低速模式，以正的定倾中心高度(+GM)为特征，其中中央船体和至少其中一个侧船体浸入水中，以及静水不稳定高速模式，以负的定倾中心高度(-GM)为特征，其中细长的中央船体部分地升起部分地浸入而侧船体则部分地或者全部地升出水面，同时所述船舶由该水翼系统动态地稳定，其包括

-一以一体的刚性甲板结构为特征的中央船体，该甲板结构在横向上伸出中央船体的宽度，并且限定为湿甲板的所述甲板结构的下表面在船舶于未触动状态处于静止时位于水线之上，并当船舶的朝前的速度明显增加时其处在平均水线上方一增加的高度处，

-所述船舶在表示任何未触动直立浮动状态的水线处在水线上方的最大框架宽度和中间主构件的最大框架宽度之间有一种至少2的关系，

-所述中央船体在任何未触动直立浮动状态在最大的水线长度和最大的水线宽度之间有一种至少6的关系，

-所述中央船体在前部在湿甲板下方具有一矩形的或梯形横截面，靠近船首逐渐转变成V形，U形或者Y形，或者其组合，

-所述船舶设置有至少一套侧船体，侧船体被设置成一套侧船体包括位于船舶纵向中心线各侧的一个侧船体，与湿甲板的下方成一体，其深度小于或者明显小于中央船体的深度，这样所述侧船体的深度和中央船体的深度之间的比小于0.7，该深度是从自船舶后部到前部延伸的最下面的连续甲板到所述船壳件底部的最下面部分测量的，

-所述侧船体在一优选实施例中被完全或部分地设置在上面所限定的最下面连续甲板的宽度包络线之内，

-所述侧船体在一优选实施例中被定位成它们的大部分处在船舶纵向重心的后部；

-所述侧船体在一优选实施例中被定位成它们的船尾的纵向位置处在中央船体的船尾的后面；

-所述侧船体在一优选实施例中被设置成它们平行于船舶纵向中心线，或成一较小的舷内或弦外角度，并且所述侧船体相对于所述船舶中心线对称地设置在两侧，

-最好在较大尺寸的船舶上，所述侧船体可被设置成在两侧沿纵向一个在另一个前面，使得船舶纵向重心位于后面的侧船体的船尾和前面的侧船体的船首之间，

-湿甲板沿纵向至少从侧船体的船首的上和最前部延伸到中央船体的船尾，并沿纵向呈一弧形，其端点所处的高度高于沿弧形的任何一点，或者以其整体或其部分是水平的，或与水平面成角度，后端处在比其间的湿甲板平面上的一个点高的高度，或者具有弧形的中间部分和以角度取向的前和后部的组合，

-所述湿甲板在横向上是水平的或者处于一成角度位置，使得远离船舶中心线的所述湿甲板上的一点，与更靠近所述中心线的所述湿甲板上的一个点相比，处在相同的高度，或在一更高的高度，

在一优选实施例中，所述混合式海洋船舶还包括一种由一组完全浸入水中的一级流体动力学翼板或水翼构成的结构，其中所述水翼结构的总的横向跨度对应于船舶最大总宽度的至少50％，最好接近100％，其中所述水翼被设置的靠近船舶的纵向重心，或者更准确说在所述点的略为前面，取决于所述水翼结构的横向跨度，所述水翼借助于至少两个垂直的和/或倾斜的支柱固定在中央船体，湿甲板和侧船体上，或者固定在横向延伸出侧船体的部分湿甲板或甲板结构上，或者固定在这些结构件的一些上，所述支柱将流体动力学升力，即向上的力，传递到船舶上，并且其中水翼设有至少一个，最好几个，在船舶中心线的各侧与水翼跨度的后边缘成一体的远程控制副翼，当船舶以高速朝前移动并且侧船体局部浸入或完全位于水线之上时，所述副翼通过绕船舶中心线施加一可控的横向校正力矩提供了所需的流体动力学稳定性。

在另一优选实施例中，混合式海洋船舶还包括一种结构，由至少一个完全浸入的二级流体动力学翼板或水翼构成，其中所述水翼结构的总横向跨度是船舶的最大总宽度的不到50％，并且其中一组所述二级水翼结构设置在船舶的纵向重心的后面，并且借助于各组所述水翼的至少一个支柱固定在所述中央船体和/或湿甲板上，所述支柱将流体动力学力传递到船舶上，并且其中各组所述水翼的至少一个远程控制副翼与后边缘成一体的，当船舶以高速朝前移动时，所述副翼通过施加一可控的纵向校正力矩提供了绕船舶纵向摆动中心的所需俯仰调整力矩。

附图说明

通过参照附图将进一步解释本发明，其中：

图1从侧面示出了根据本发明的混合式海洋船舶；

图2示出了图1的船舶，通过一级水翼的船中部的横截面，表示了中央船体，湿甲板和侧船体；

图3示出了船后部的横截面，表示了在高速模式下的水线(WL-1)，在低速模式下的水线(WL-2)，和垂直重心(VCG)以及在低速模式的定倾中线(M)和在高速模式的定倾中线(M1)；

图4a-4d示出了在湿甲板高度下方的中央船体后部的可选择的横截面；

图4e-4m示出了在主甲板高度下方的中央船体前部的可选择的横截面；

图5从后面示出了根据本发明的船舶，表示了可调节的侧船体；

图6以横截面图详细示出了在根据本发明的船舶上的浮力件，其高度可调并设置在所述侧船体上，表示了操作原理；

图7a-7g示出了压载水箱的操作原理；

图8示出了一较大船舶的平面，带有两组一级水翼和两组侧船体

图9示出了船舶的横截面，其带有一表面破水一级水翼；

图10示出了一完全浸入的一级水翼的平面，表示了前边缘和后边缘，弦长(CL)和可控的副翼。

具体实施方式

图1示出了带有中央船体2和侧船体3的混合式海洋船舶1的轮廓。在该船舶下面，示出了一级水翼系统4和垂直支柱11，以及二级水翼系统5。

如所描述的，由一个一级流体动力学翼板或水翼4构成的结构设置在提供了主要流体动力学升力的中央船体2和侧船体3之间，这导致减小了的吃水深度和减少的湿润船壳表面，而它通过一个图9所示的表面破水水翼系统6或者最好是图2所示的由垂直支柱11所支承的一完全浸入的翼板系统4提供了动态稳定性，其具有一完全可控的水翼跨度，或者最好沿所述翼板跨度4的后边缘29成一体的可控副翼27。在45节的速度，由翼板系统产生的流体动力学升力可达到与空载排水量的20-90％对应的值，这取决于翼板系统的尺寸和船舶的排水量。其结果是，该船舶在水中被充分地升高，使得侧船体部分地或者全部地越过水线。

与最终相应地升高的传统双体船相比，这就赋予该船舶一个涉及流体动力学阻力的优点。其基本原因是当总排水量相同时，本发明的中央船体的沾水面积小于双体船的两个船壳的组合面积。这一事实与来自翼板生成之升力的效果一起，有助于明显减小沾水面积。因此，它引致明显减小了表面的摩擦阻力，这就使得本概念能尤为良好地适合高速运输平台。

与传统的双体船(其特征是高的定倾中心高度(GM)，其导致高度的静水稳定性，或者抗摇摆性)相比，根据本发明的船舶最初当在水中静止时有较低静水稳定性，以小角度倾斜。随着速度和水翼系统产生的升力的增加，静水稳定性变得进一步减小。当速度和升力足够高并且侧船体越过水线时，根据本发明的船舶将进入一完全的静水不稳定状态。这一状态的特征是一负的定倾中心高度(-GM)，其通常被限定为一船舶的垂直重心(VCG)和在一通过船舶中心线的垂直线上的假想定倾中心点之间(M)之间的垂直距离。在小角度倾斜时，所述垂直线将在一给定点处横跨其自身，通常在垂直重心(VCG)之上。定倾中心点位于所述点上方的距离越大，静水稳定性和定倾中心高度(+GM)越高。所以，一不稳定的船舶通常与一低的或者负的定倾中心高度(-GM)有关，意味着定倾中心点低于垂直重心(VCG)。

如上所述，如4示出了各种中央船体的各种几何形式，它们是在所示水线(WL-1)上不稳定的或者静水不稳定的船壳形式的例子。

图4(以a-d表示)所示的船壳形式的第一条直线示出了湿甲板高度下方中央船体的后部的四种可能的船壳横向形状。如所示的，它可以包括原理上有区别的矩形，U形，或者梯形，它们在前部位置逐渐转变成U形，V形和Y形。在右边，示出了各种参考高度，即水线(WL-1)，湿甲板高度8和主甲板高度7。

图4的其余各种，即e-m，表示了在主甲板高度7以下中央船体的前部的可能的横向船壳形状。如所表示的，它可包括在原理上可区分的V、U或者Y形，或它们的组合。

适用于根据本发明的混合式海洋船舶的动力稳定性操作原理基本上类似于适用于喷气式战斗机的原理。如已知的，这些类型的飞机在航空动力学上是不稳定的，并且不能手动控制，这与能由驾驶员控制的传统的稳定式飞机相反。所以，以在原理上与本发明的船舶相同的方式，用电脑来控制它们。不用说，当用机轮支承在地面上时，这些飞机是静态稳定的，类似于在静止或低速时的本混合式船舶。在地面上的更恰当例子是自行车，它也是静态不稳定的，并且如果没有施加在其上的校正力矩就不能保持平衡。

就通过利用一主动的动态稳定效果(由水翼上可控制的副翼提供)而获得高度的乘坐舒适性而言，一静态的不稳定状态是很有利的。由波浪冲击船壳所代表的外部扰动力对于本发明的船壳来说自然要小的多，本发明的特征在于一负的定倾中心高度(-GM)，这与以高的正定倾中心高度(+GM)为特征的传统双体船相反。在引起摇摆运动的侧向波浪中，情况尤为如此。在效果上这导致本发明的船舶将施加有限或者非摇摆的运动(取决于波浪的高度)，而所述双体船则没有办法避免这种情况，即使装备有同样能力的水翼系统。

由于仅中央船体浸入在水中，典型地其特征为与一双体船或者一传统单体船壳相比有小的多的沾水平面面积，因此垂直起伏亦得以减小。由于位于纵向重心(LCG)附近或者所述点稍微靠前的较大的一级水翼的被动和主动起伏缓冲的组合，垂直起伏得以进一步减小。

在速度通常为40-45节的正常服务条件下，船舶将具有抵抗由侧向波浪引起的摇摆的一动态稳定性边际值，该边际值应可以与完全升离水面的水翼猫(Foilcat)设计相比。这是因为与所述水翼猫的侧船壳相比，侧船体具有小的多的排水量。关于俯仰运动，设置在后面或者前面的二级水翼，或配平翼板，将产生一较大的俯仰缓冲效果。这使得根据本发明的船舶具有独特的经得起海上风浪的能力。

当设计这样一种船舶时，相当的注意力必须放在这些特征上：中央船体、侧船体的深度和浮力，垂直重心(VCG)、纵向重心(LCG)的位置和水翼系统的抬升中心。为了获得一从性能讲是最佳的船舶，必须在这些因素之间求得精确的平衡和妥协。

当船舶以低速向前移动或者在水中静止时，来自翼板系统的升力被减小或者勾销。这样，吃水深度将增加并且两个侧船体3将浸入水中，如图1和3上由水线(WL-2)所表示的。侧船体因此将提供所需的静水稳定性。

调节侧船体的一种途径在图5和6中示出。理论上，可以以任何技术上可行的途径来调节侧船体3，例如借助于通过将流体注入一活塞装置而迫使其离开正常储存腔室22的适当浮力件21，该活塞装置迫使所述件向下直至其在水中充分地移动，如图5所示。以这种方式，将使一静水不稳定的中央船体变得稳定，并且即使在没用稳定水翼系统而操作时亦可连续地调节浮力件的浸入。

另一种方法是：在船舶以低速向前移动或者在水中静止时，在一给定的深度和排水量，使得与侧船体成一体的浮力件保持在一较低的位置。当速度增加并且水翼系统提供所需的动态稳定性时，侧船体被暂时提升，以便获得距水线的理想间距。这样一种设置可由浮力件21实现，借助于一组位于湿甲板8和浮力件21之间的气动或液压致动器23，以及固定在所述调节件和位于上方的湿甲板上的一气密柔性隔膜24，将该浮力件连接于位于上方的湿甲板8上。致动器23可以被连接于一共用的或者独立的带有所需永久压力的蓄压器，这样它将致动器和可调件保持在永久的较低位置，由完全包围所述件和设置在内部的致动器的柔性隔膜24维持。通过利用电动真空泵对柔性隔膜内的内腔22施加一负压可使浮力件升高。因此，该较大的内部面积将产生一足够的垂直升高力，该力超过由加压的液压和气动致动器23所产生的相对的垂直力，使得所述致动器被压缩，这导致浮力件被暂时地升高到一上部位置。该电动真空泵可以从船桥上手动地启动，而使得所述泵脱离的控制器信号可以由船舶的永久电反馈系统提供，例如航速仪和摇摆指示器。这将保证该真空泵在一定的条件或者情况下自动地脱离，例如一给定的最大摇摆角度或者一最小的速度。浮力件然后将自动地被下降回到其正常所处的位置。

与这种方法相关的缺陷是它较为复杂且成本高。对于30-60m之类的较小尺寸的船舶来说，它将导致重量相对增加。但对于较大尺寸的船舶，情况不一定如此，因为它实际上减小了重量，取决于水线以上湿甲板的总尺寸和实际高度。其优点是，在船舶以高速模式操作时，它使之有可能减少侧船体的吃水深度，这在效果上减小了侧船体与波浪干涉的机会。与水镇重方法(将在下文中描述)相比，它将减少最大吃水深度以及低速时的阻力，这是因为避免了低速时排水量增加。

另一种方法是船舶设有一图1和7所示的独立的压载水箱15，其在结构上一体地设置在中央船体的底部内，并位于船舶的船尾前面的一距离处，最好在纵向重心(LCG)的后部。在水箱的后部，在底部船壳板上的一垂直台阶17的后部的一给定距离处，设有一适当成形的开口16。当船舶静止时，并且具有低于给定值的前进速度时，如图7b所示水将进入水箱。此情况发生的最大速度由开口16的纵向长度和设置在前面的台阶17与设置在后面的尖端18之间的垂直距离，以及水的静压头给出。当速度高于此值时，水流将在垂直台阶17处分离。速度增加时，水流的方向将更朝水平面移动，直至其在一给定的速度下不再冲击该开口的倾斜后部上的尖端，而是在该尖端的下面通过，如图7a所示。在这种条件下，压载水箱将不再汲取水，并且由于所谓的喷射泵原理而逐渐排空，直至其完全地排空。在一给定的低速下，水流将再次冲击该尖端，被分离并被汲入该水箱，直至水箱充满。该水箱设有一与大气连通的空气管道25，以避免水箱内的真空和增压。

上述程序要求一定程度理想化的条件，即由船舶的吃水深度给出的静压头基本上是恒定的。自然，这并非总是如此，因为它受船舶载重条件，俯仰，翼板产生的升力和波浪的影响。为了解决这一问题，可以在开口的后面安装一可控制的楔形导向块19，如图7d所示。其被铰接在后部的点27处，使得可以上下自由地调节其角度位置。导向块的尖端是楔形的，以便允许分离水流。当船舶静止或者以低于一给定速度的速度朝前移动时，如图7d中的点划线所示，该导向块将在垂直平面内向下倾斜，使得导向块的尖端相对于台阶17的下边缘伸出足够深度，以保证导向块汲取水。取决于尖端相对于台阶的所述下边缘的垂直位置，在一给定速度，当水流不再冲击该尖端时，铰接的导向块的角度将自己改变。在此点处，停止汲取水，并且水箱将被逐渐排空。在这一条件下，由于绕导向块的铰接点的滑行力和垂直力矩，只要其被自由地支承，导向块将在水流的表面上掠过。只要速度超过一给定值，导向块的角度将自己调节并且适应水流表面的较小变化，该变化受平衡和波浪的影响，而尖端不会接触水面。当朝前的速度再次减小到一给定值以下时，水流将冲击尖端，被分离并被汲入水箱。通过将一远程控制的液压缸连接到导向块上，一个人就可以在更大程度上控制其角度位置并且由此可更加独立于船舶的速度(v)来充满和排空水箱。

对于上述选择方案的一种优选结构是图7f-g所示的结构。这里，取下了铰接的导向块并用一固定的尖端代替，如首先描述的。但是，在开口的前面设置了一铰接板20。一从舰桥控制的远程操作的致动装置26连接在该板上，使得它可以绕设置在前面的铰接点27垂直倾斜。当该板处在其下方位置时，水流将在该板的前边缘处分离并取决于朝前的速度和该板的倾斜角度在尖端的下方通过。当该板略为向上倾斜时，取决于倾斜角度和朝前速度(v)水流将附着在该板上并被引入水箱。与上述导向块的方案相比，从操作的观点来说，这一方法更为安全并更为有利。与远程控制的导向块方案一样，可以更加独立于船舶的速度和平衡来控制水箱的注水和排空，但后者有可能较少暴露于操作损坏。取决于水箱的体积和其纵向位置，上述快速水镇重系统可用来给予侧船体所需的浸没程度，这意味着船舶将从动态稳定性迅速过渡到静态稳定性。当然，可以利用平衡翼板辅助此过渡过程。这一方法由于其操作的简单性而很有利。

Claims

1.一种高速海洋船舶(1)，它包括至少一个中央船体(2)，至少两个侧船体(3)，所述中央船体(2)有一个一体的刚性甲板结构，该甲板结构在横向上伸出中央船体(2)的宽度，其中所述甲板结构的下表面限定为湿甲板(8)处于正常水线之上，以及一个或多个产生流体动力学升力的水翼或提升面(3，4)，所述船舶(1)在处于任何无损伤直立漂浮状态时具有以下特征：

每个所述侧船体的深度小于所述中央船体的深度；

所述第二模式是一种部分水静不稳定模式，船舶在小的俯角时呈现出负的复原力臂，中心船体部分移动在第二水线以下，侧船体部分或全部在所述第二水线之上；所述第一水线比所述第二水线更加靠近所述湿甲板。

2.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述中央船体(2)在湿甲板以下具有一矩形或梯形的横截面，其向着船首逐渐变成U形，V形或Y形，或这些形状的组合。

3.如权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，所述湿甲板(8)从侧船体(3)的上面和最前部至少延伸到中央船体(2)的船尾。

4.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述提升面的位置设置成使流体动力学提升力的中心靠近于船舶的纵向重心。

5.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述水翼在最高船速时提供一个相应于最轻船重的至少20％的动力学提升力。

6.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，一种由一完全浸入水中的一级流体动力学翼板或水翼(4)构成的结构，其中所述水翼结构的总的横向跨度对应于船舶最大总宽度的至少50％，借助于将流体动力学升力传递到船舶上的总共至少两个垂直的和/或倾斜的支柱(11)固定，在船舶中心线的各侧设置至少一个与水翼跨度(4)的后部成一体的远程控制副翼，当船舶以高速朝前移动时，所述副翼通过绕船舶中心线(9)施加一可控的横向校正力矩提供了所需的流体动力学稳定性。

7.如权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，一种由一组完全浸入的二级流体动力学翼板或水翼(5)构成的结构，其位于或靠近中央船体(2)上在船舶的纵向重心的后面，其中所述水翼结构组的总横向跨度对应于船舶的最大总宽度的不到50％，并且借助于将流体动力学力传递到船舶上的每组至少一个支柱(11)固定在所述中央船体和/或湿甲板上，并且其中至少一个远程控制副翼(27)与所述组的后部缘成一体，当船舶以高速朝前移动时，所述副翼通过施加一可控的纵向校正力矩提供了绕船舶纵向摆动中心的所需俯仰调整力矩。

8.如权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，一种由两组完全浸入的二级流体动力学翼板或水翼(5)构成的结构，所述两组设置在或靠近中央船体(2)上，所述组中的一组大体位于船舶的纵向重心的后面，而另一组大体位于所述重心的前面，其中所述各组的总横向跨度对应于所述船舶的最大总宽度的不到50％，并且借助于将流体动力学力传递到船舶上的每组至少一个支柱(11)固定在所述中央船体和/或湿甲板(8)上，并且其中至少一个远程控制副翼(27)与所述组的后部缘成一体，当船舶以高速朝前移动时，所述副翼通过施加一可控的纵向校正力矩提供了绕船舶纵向摆动中心的所需俯仰调整力矩。

9.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，一种由两组完全浸入的一级流体动力学翼板或水翼(4)构成的结构，其中各组的总的横向跨度对应于所述船舶最大总宽度的至少50％，其中所述组之一大体位于船舶的纵向重心的前面，另一组大体位于所述重心的后面，借助于将流体动力学升力传递到船舶上的总共至少两个垂直的和/或倾斜的支柱(11)固定，并且其中在船舶中心线的各侧每组设置至少一个远程控制副翼(27)，所述副翼与后水翼跨度(4)的后部成一体的，而另一个则与前水翼跨度的后部成一体，当船舶以高速朝前移动时，所述副翼通过施加一可控的横向校正力矩和纵向校正力矩提供了所需的流体动力学稳定性和俯仰缓冲。

10.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，一种由几组完全浸入的一级流体动力学翼板或水翼(4)构成的结构，其通过垂直和/或倾斜支柱(11)固定在船舶上。

11.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，一种由一或几组流体动力学自稳定表面破水翼板或水翼(6)构成的结构，其通过垂直和/或倾斜支柱(11)固定在船舶上。

12.如权利要求11所述的船舶，其特征在于，侧船体(3)包括设置在湿甲板(8)下方的结构上成一体的或独立固定的构件。

13.如权利要求12所述的船舶，其特征在于，分立的侧船体(21)在其整个长度上或在其大部分长度上可独立地调节高度。

14.如权利要求13所述的船舶，其特征在于，在大尺寸船舶上的侧船体(3)被设置成沿纵向在两侧一个位于另一个前面，使得船舶的纵向重心位于后侧船体的船尾和前侧船体的船首之间。

15.如权利要求13所述的船舶，其特征在于，中央船体(2)设有一或者多个压载水箱(15)，用以借助于(16，17，18，25)快速排水和注水。

16.如权利要求14所述的船舶，其特征在于，压载水箱(15)安装在中央船体(2)的浸入部分上，在所述船体的底部有一永久开口(16)，其设置在所述船体的船尾(14)的前面，用以当船舶处于静止或朝前移动时利用周围的水的静态压头和/或动态压头的效应快速注满水箱，并且在一前进速度下，借助于在底部船体板上的一垂直台阶(17)和在开口后部处的在结构上成一体的楔形尖端(18)，或者一自调节并远程控制的位于开口后部的独立铰接导向块(19)，或者一位于开口前部和在垂直台阶的后面在点(27)处铰接的远程控制板(20)，利用在开口下方流过的水流的动态压头的效应而排空水箱。

17.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述第一模式中的船速低于所述第二模式中的船速。

18.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述第一模式中的船速高于或低于所述第二模式中的船速。

19.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述提升面可运作以实现在所述两模式中，特是在第二模式中进行开船以及前进，横摇和纵摇的控制。

20.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述船体设置成使其主要部分位于船舶纵向重心的后部。

21.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述侧船体设置成使其位于船舶纵向重心的邻近。