CN114787027A - 具有水翼系统的船体单元和船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种辅助船体单元(101)，该辅助船体单元被可拆卸地安装到船舶(100)上的艉板(102)，其中，船体单元(101)至少部分地安装在船舶的吃水线下方并被布置成平行于与所述船体单元(101)相邻的船体区段(103)的向后延伸部向后延伸。船体单元(101)包括用于该船舶的后水翼系统；该后水翼系统包括至少一对可折叠水翼(110、120)，该至少一对可折叠水翼能够相对于船体单元(101)在横向方向上枢转，其中，每个水翼(110、120)能够由至少一个致动器(131、132)控制，以使该至少一对可折叠水翼(110、120)沿船体单元(101)的横向方向在收起位置与展开位置之间移位。该船体单元可以设置有推进单元。本发明还涉及一种包括这种辅助船体单元的船舶。

Description

具有水翼系统的船体单元和船舶
技术领域
本发明涉及包括水翼系统的辅助船体单元和具有这种辅助船体单元的船舶。
背景技术
已知的水翼船通常设置有至少一个水翼，该至少一个水翼由安装在各种船的船体下方的支柱上或者安装在双体船的龙骨上的翼状结构构成。水翼以与翼形机翼相同的方式操作以产生升力并且可以具有相似的横截面。随着配备有水翼的船只速度的增加，船体下方的水翼元件产生足够的升力以将船体抬升出水面，从而显著降低船体阻力。这提供了速度和燃料效率的对应提高，因为驱动船舶所需的推进力更小。
当用作水翼船上的提升元件时，由水翼施加的向上的力将船舶本体升离水面，从而减小船体的阻力并增加船舶的速度。升力最终与船的重量平衡，达到水翼不再升离水面但保持平衡状态的程度。由于随着船体升离水面而消除了波浪阻力和其它阻碍力(例如船体上的各种阻力)，所以作用在水翼的小得多的表面积上的湍流和阻力逐渐增强，而作用在船体的相对较大的面积上的湍流和阻力则逐渐减小，从而显著提高速度。在固定水翼的情况下，升力将取决于船舶的速度。替代地，水翼可以以与飞机机翼相同的方式设置有控制表面，因此，这些控制表面可以倾斜以增加或减小升力。一旦船体升离水面，减小阻力的效果可以用于增加速度，同时维持推进系统的输出。替代地，减小的阻力可以用于提高燃料经济性，同时一旦船体升离水面，就将推进系统的输出减小到较低水平。
US 4 335 671公开了一种包括固定水翼的船舶。这种解决方案的一个问题是由水翼产生的吃水增加，这使得这些船舶无法在浅水区航行。另一个问题是固定水翼船舶在以船体与水面接触的速度行驶时所经受的阻力增加。
已经提出了各种解决方案来克服上述与阻力和吃水相关的问题。US 2 984 197公开了一种包括前水翼和后水翼的船舶，该前水翼和后水翼可收回以与船舶的船体接触。这种解决方案的一个问题在于：当水翼被收起时，收回的水翼延伸到浸没的船体的包络面之外。与固定水翼船舶相比，吃水减小，但由收回的水翼在低速下产生的阻力仍然很大。
与上文提及的解决方案相关的另一个问题在于水翼系统的装配通常需要对船舶的船体进行重大改动。在可收回水翼的情况下，如US 2 984 197所示，对于位于船舶的一部分中的后水翼来说，这是一个特殊的问题，因为该部分还必须容纳推进单元以及用于乘客和储物舱室的空间。这对水翼系统及其控制装置的封装以及在进行后续维护和修理时的可接近性(accessibility)都造成问题。
本发明提供了一种旨在解决上文提及的问题的、改进的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于船舶的辅助船体单元，该船体单元解决了上文提及的问题。
该目的通过根据所附权利要求书的包括水翼系统的辅助船体单元和包括这种辅助船体单元的船舶来实现。
在下文中，术语“吃水线”被定义为当船舶静止时周围的水达到的船体周围的水位。术语“纵向轴线”被定义为在船舶的船艏与船艉之间与龙骨成一直线延伸的轴线。关于可折叠水翼，术语“收起位置”是指水翼未操作且完全收回的位置。类似地，术语“展开位置”是指水翼可操作且完全展开的位置。术语“前”、“向前”、“后”、“向后”和类似的方向术语应理解为是沿着船舶的纵向方向及其主要行驶方向。术语“横向方向”旨在描述与船舶和辅助船体单元的纵向方向基本横向或成直角的方向。此外，术语“动力源”旨在表示用于操作船舶或辅助驱动单元的不同部分的机械、液压或电动动力源。机械动力源可以是以合适的化石燃料或替代燃料(例如生物燃料或氢气)操作的内燃机(ICE)。液压动力源可以是向致动器或类似物供应流体压力的泵或蓄能器。电动动力源可以是由存储单元(例如蓄电池或燃料电池)操作的电动机。术语“动力存储器”表示用于操作动力源的动力存储或供应部件。动力存储器的非限制性示例是蓄电池组、发电燃料电池和用于各种类型燃料的箱。
根据本发明的第一方面，本发明涉及一种辅助船体单元，该辅助船体单元被可拆卸地安装到船舶上的艉板，其中，船体单元至少部分地安装在船舶的吃水线下方并被布置成平行于邻近该船体单元的船体部分的向后延伸部向后延伸。船体单元包括用于船舶的后水翼系统，当期望增加船舶的速度以进入水翼模式(foiling mode)时，该水翼系统允许可折叠水翼展开。
在申请PCT/EP2019/072138中描述了待布置在船舶的前部中的合适的水翼系统，该申请通过引用的方式并入本文。由于本发明涉及包括后水翼系统的辅助船体单元，所以在下文中将不进一步详细描述前水翼系统。
后水翼系统包括至少一对可折叠水翼，该至少一对可折叠水翼能够相对于辅助船体单元的纵向轴线在横向方向上枢转，其中，每个水翼能够由至少一个致动器控制，以用于使该至少一对可折叠水翼沿船体单元的横向方向在收起位置与展开位置之间移位。每个可折叠水翼包括第一部分，该第一部分包括第一端，这些第一端相对于辅助船体单元铰接安装在辅助船体单元的相反两侧。第一部分的功能是用作提供升力的水翼部(foilingportion)的支柱或支撑件。每个可折叠水翼还包括第二部分，该第二部分包括自由第二端，该第二部分从相应的第一部分朝向船体单元的相反的另一侧延伸并且相对于第一部分成钝角。第二部分的第二功能是形成在展开时产生升力的水翼部或翼。第一部分和第二部分在它们相应的第二端处结合以形成一般的翼形水翼。第一部分与第二部分之间的结合的形状可以取决于辅助船体单元的相邻船体区段的形状。因此，这种结合可以成形为明显的锐线或成形为具有圆形或弯曲过渡部的区段。可折叠水翼优选至少与处于收起位置的辅助船体单元齐平，以在船舶以低速或滑行速度行驶时使阻力和流动阻力最小化。
当水翼处于收起位置时，每个水翼的下部外表面至少与船体的在水翼前方的浸没的外表面齐平。在该上下文中，水翼的外表面背离船体的外表面。通过将收起的水翼定位成使得它们的外表面与紧接在船体或辅助船体单元中的台阶后方的船体外表面的包络面齐平或位于该包络面内，可以在船舶以低速或滑行速度行驶时几乎消除来自收起的水翼的任何阻力。为了减小阻力以及风阻，当水翼处于收起位置时，每个水翼的外侧表面可以位于在吃水线上方的船体侧面的凹部中。船体的相反两侧中的凹部可以形成辅助船体单元中的浸没的台阶的延续部。
每个水翼包括单个结构部件，该单个结构部件具有大致成角度的翼形。水翼的形状至少在吃水线以下并且优选也在吃水线以上符合船体的外表面。以这种方式，至少水翼的浸没的部分符合船体的相邻部分的外表面并且定位成至少与该船体的相邻部分的外表面齐平。这是通过使每个水翼的外表面具有与紧接在相应收起的水翼前方的船体的外表面相同的横截面形状来实现的。在该示例中，该横截面与容器的纵向轴线成直角。
在船舶的平面图中，每个可折叠水翼的第一端包括铰链，该铰链具有在船舶的纵向方向上延伸的平行或接近平行的枢转轴线。该铰链允许水翼从船舶的船体枢转开，使得第二部分的水翼部可以提供足以将船体升离水面的升力。同时，用于推进船舶的一个或多个驱动单元向下延伸，以在船体被水翼以增加的速度升出水面时允许驱动单元保持浸没。
根据第一示例，当水翼处于收起位置时，辅助船体单元的每个水翼的第一部分可以沿其整个长度邻近船体单元延伸。当水翼处于收起位置时，每个水翼的第二部分可以被布置成延伸到船体单元中的横向腔体中。在该示例中，当处于收起位置时，每个水翼的第二部分可以被布置成向内并向上延伸到船体单元中的横向腔体内。此外，当水翼处于收起位置时，每个第二部分的自由第二端可以被布置成最多延伸到经过船体单元的纵向轴线的竖直平面。以这种方式，这些水翼可以同时展开和收回，因为它们不会彼此干扰。根据本示例的水翼可以适用于较小和/或相对较轻的船舶，这些较小和/或相对较轻的船舶需要对应较小的升力以使船体离开水面。
根据该示例，至少辅助船体单元的侧部可以相对于船舶的船体的邻近艉板的侧部被布置为向内台阶。该向内台阶将沿辅助船体单元的整个长度延伸。该台阶的凹入深度可以至少等于对应水翼的第一部分在其收起位置的厚度，由此，当船舶以低速或滑行速度行驶时，可以消除或至少显著减小水翼的第一部分的在吃水线以下延伸的部分的阻力。替代地，这样的向内台阶可以设置在辅助船体单元本身的侧部中。该向内台阶将沿辅助船体单元的剩余向后长度延伸。当可折叠水翼位于船体单元中的远离船舶的艉板的位置时，可以使用此选项。
横向腔体可以被布置成延伸到辅助船体单元的在吃水线下方的底部或下船体部分中。为了避免面向前的阻力诱发表面，横向腔体可以在船体单元的向后方向上逐渐或完全敞口。用于水翼的第二部分的该腔体总是位于船体单元中的向内台阶的侧向方向上。
根据第二示例，当水翼处于收起位置时，辅助船体单元的每个水翼的第一部分可以邻近船体单元最多延伸到船体单元的中心纵向轴线。每个水翼的第二部分可以被布置成邻近船体单元延伸超过船体单元的中心纵向轴线。每对水翼的第二端可以被布置成延伸超过辅助船体单元的中心纵向轴线预定距离。根据该示例的水翼适用于较大和/或相对较重的船舶，这些较大和/或相对较重的船舶需要对应较大的升力以使船体离开水面。
根据该示例，至少辅助船体单元的侧部可以相对于船舶的船体的邻近艉板的侧部被布置为向内台阶。该向内台阶将沿辅助船体单元的整个长度延伸。该台阶的凹入深度可以至少等于对应水翼的第一部分在其收起位置的厚度，由此，当船舶以低速或滑行速度行驶时，可以消除或至少显著减小水翼的第一部分的在吃水线以下延伸的部分的阻力。替代地，这样的向内台阶可以设置在辅助船体单元本身的侧部中。该向内台阶将沿辅助船体单元的剩余向后长度延伸。当可折叠水翼位于船体单元中的远离船舶的艉板的位置时，可以使用此选项。
根据优选示例，当水翼处于收起位置时，每对水翼可以被布置成在船体单元的横向方向上重叠。在收起位置，第一水翼将沿其整个延伸部邻近船体单元延伸，而相反的第二水翼将部分地邻近船体单元并且部分地邻近第一水翼的第一部分的一部分和第二部分延伸。在本示例中，重叠的第一水翼和第二水翼被布置成以预定顺序移位。在展开期间，重叠的水翼被布置成当朝向它们的操作位置移动时顺序地移位，其中，最外侧的水翼被首先致动。在水翼朝向收起位置收回期间，水翼被反向致动，其中，最里侧的水翼被首先致动。此外，船体单元的下部(其中，船体单元的第一水翼和第二水翼被布置成在该单元的纵向轴线的两侧重叠)将需要更深的向内台阶以容纳重叠的水翼部。这种更深凹入的向内台阶将沿辅助船体单元的剩余向后长度延伸。
根据另一示例，当水翼处于收起位置时，每一对水翼可以在船体单元的横向方向上并排布置。因此，第一水翼在辅助船体单元的纵向方向上定位在第二水翼的前方。在该示例中，纵向偏移的水翼被布置成在朝向展开位置移动时同时移位。在此，至少辅助船体单元的侧部可以相对于船舶的船体的邻近艉板的侧部被布置为向内台阶。该向内台阶将沿辅助船体单元的整个长度延伸。该台阶的深度可以至少等于水翼的第一部分和第二部分在它们的收起位置的厚度，由此，当船舶以低速或滑行速度行驶时，可以消除或至少显著减小水翼的第一部分的在吃水线以下延伸的部分的阻力。替代地，这样的向内台阶可以设置在辅助船体单元本身的侧部中。该向内台阶将沿辅助船体单元的剩余向后长度延伸。当可折叠水翼位于船体单元中的远离船舶的艉板的位置时，可以使用此选项。如果需要，辅助单元的一侧上的向内台阶可以在船舶的纵向方向上偏移，以符合后部第二水翼的对应偏移。
在后一个示例中(其中，收起的水翼并排邻近船体)，两个可折叠水翼的第一端可以包括铰链，该铰链具有在水平面中沿船舶的纵向方向延伸的枢转轴线。当这些水翼展开时，当每个水翼到达其操作位置时，每个水翼的浸没的第二端将在船舶的纵向方向上偏移。由于水翼非对称地展开或在横向方向上偏移，所以会围绕船舶重心产生力矩。将需要进行转向校正，以将船舶维持在直线航向上。
在所有上文提及的示例中，每个可折叠水翼的第一端包括铰链，该铰链具有平行于船体单元的纵向轴线延伸的枢转轴线。这些铰链允许水翼从它们的收起位置向外枢转到它们各自的展开位置。
辅助船体单元仅需要有限数量的固定附接点。船体单元的附接可以通过任何合适的重型紧固装置来实现。紧固装置的非限制性列表包括螺钉和螺母紧固件、锁孔型紧固件、钩槽型紧固件、互锁型材、扭锁紧固件或上述紧固件的任何组合。这种类型的紧固件在船舶领域是众所周知的，因此将不再进一步详细描述。附接点的数量取决于辅助船体单元的尺寸和排量以及一个或多个推进单元的功率输出。
上文描述的辅助船体单元设置有用于控制水翼移位的至少一个致动器。每个水翼可以连接到至少一个致动器，该至少一个致动器被布置在辅助船体单元内并被布置成使水翼在其收起位置与展开位置之间移位。该至少一个致动器优选(但并非必须)在辅助船体单元内布置在吃水线下方。致动器的尺寸和数量取决于将水翼展开并维持在其操作位置所需的力。对于相对较小的船舶，提供单个致动器可能就足以使船舶两侧上的水翼移位。对于相对较大的船舶，每个水翼可能需要一个或可能两个致动器。
该至少一个致动器被布置成由独立的辅助船体单元内的合适的动力源操作。动力源可以是电动机或内燃机(ICE)。可以使用来自蓄电池或燃料电池的电力来操作电动机，该电动机可以直接驱动该至少一个致动器或通过驱动提供液压或流体压力的泵来驱动该至少一个致动器。替代地，可以操作使用化石燃料或替代燃料的ICE以驱动发电机从而提供电力，或者驱动提供液压或流体压力的泵。根据一个示例，辅助船体单元可以是独立的，并且在船体单元内设置有水密舱室，该辅助船体单元包括动力源(例如电动机或ICE)和能量存储器(例如燃料箱的蓄电池)、以及用于驱动该至少一个致动器的合适的电动或液压装置。
根据替代示例，辅助船体单元是部分独立的，并且包括如上文描述的用于驱动该至少一个致动器的动力源和/或动力存储器。在这种情况下，在船舶上可以设置有能量存储器，例如燃料箱的蓄电池。
用于控制水翼的致动器的电子控制单元可以设置在辅助船体单元中或船舶上。致动器的操作由操作员经由合适的控制面板或船舶上的图形用户界面来控制。
为了推进的目的，适用于水翼操作的船舶需要至少一个推进单元，该至少一个推进单元可以在第一位置与第二位置之间移位，该第一位置用于低速或滑行操作，该第二位置用于以水翼速度操作。该至少一个推进单元可以位于辅助船体单元内或船舶的船体内。
根据一个示例，辅助船体单元可以包括吊舱推进单元，该吊舱推进单元被布置成能够在收起位置与展开位置之间竖直地移位。辅助船体单元可以包括连接到吊舱推进单元的内部动力存储器，或位于安装有船体单元的船舶上的动力存储器。吊舱推进单元优选(但并非必须)是电动推进单元。
本发明还涉及一种船舶，该船舶设置有如上文描述的包括水翼系统的辅助船体单元。
根据本发明的布置解决了包括固定水翼的船舶遇到的吃水增加的问题，该问题会使得这些船舶不可能接近浅水港口或在河流中航行。本发明还解决了固定水翼船舶在以船体与水接触的速度行驶时所经受的阻力增加的问题。根据本发明的解决方案提供了一种紧凑的布置，其不会产生非期望的阻力，也不需要过多的空间用于收起的水翼，同时还提供了足够的升力以在完全展开时将船舶升离水面。
另一个优点与水翼系统易碎且可能在撞击浸没的或漂浮的物体(例如，水中的原木)时损坏的问题相关。即使在撞击硬物造成完全断裂故障的情况下，由于辅助船体单元吸收了冲击力，所以不会危及船舶的漂浮能力。
此外，辅助船体单元可以在船舶建造之后组装，或者可以改装到现有船舶以将其转换成水翼船舶。辅助船体单元只需要一些固定的附接点和船舶的船体中的小孔以用于控制线缆。
如果需要，当辅助船体单元包括推进单元时，可以提供用于燃料的导管或用于电力的线缆。辅助船体单元的设计允许安装任何合适的推进单元，包括一个或多个舷外驱动器、船艉驱动器或电动驱动器。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种具有如上文描述的水翼系统的可拆卸的辅助船体单元，该辅助船体单元包括至少一个可展开的推进单元。
根据第一示例，辅助船体单元设置有至少一个推进单元，该至少一个推进单元包括优选(但并非必须)呈吊舱形式的电动机。推进单元被布置成能够在收起的第一位置与展开的第二位置之间竖直地移位。在收起位置，推进单元用于以低速或滑行速度行驶，而展开位置用于以水翼速度操作的位置。辅助船体单元可以包括连接到吊舱推进单元的内部动力存储器，或位于安装有船体单元的船舶上的动力存储器。
该至少一个推进单元可以通过由一个或多个致动器控制的合适的联杆机构在第一位置与第二位置之间移位。单或双枢转平行臂联杆机构可以布置成支撑推进单元并使其在收起位置与展开位置之间移位。替代地，该至少一个推进单元可以通过安装有推进单元的基本竖直的导轨或轨道来移位。在本示例中，一个或多个可控致动器可以用于使推进单元在收起位置与展开位置之间移位。用于此目的的合适致动器可以是液压或电动致动器。根据另一示例，该至少一个推进单元可以通过电动或液压操作的伸缩装置在第一位置与第二位置之间移位。这种解决方案适用于推进单元(例如电动吊舱驱动器)，因为不需要通过支撑电动吊舱驱动器的可延伸支腿进行机械传动。用于操作可控致动器的动力优选由辅助船体单元的水密部分内的独立的动力存储器提供。
辅助船体单元优选包括连接到该至少一个吊舱推进单元的内部动力存储器，但船体单元也可以连接到位于安装有船体单元的船舶上的动力存储器。内部动力存储器可以是用于相对短距离行驶的可充电蓄电池组，或者可以是用于较长距离行驶的生成电力的燃料电池。一个或多个蓄电池组或用于替代燃料的燃料箱可以分布在辅助船体单元内，以实现最佳重量分布。当提供了具有有限航程的蓄电池组来驱动该至少一个推进单元时，可以选择提供小型内燃机或发电机以用作混合动力航程扩展器。在使用氢气操作的燃料电池的情况下，可能需要在船舶上设置氢气箱(由于这种箱占用的空间)。
根据第二示例，辅助船体单元设置有至少一个推进单元，该至少一个推进单元包括内燃单元。如上文描述的，推进单元被布置成能够在收起的第一位置与展开的第二位置之间竖直地移位。在收起位置，推进单元用于以低速或滑行速度行驶，而展开位置用于以水翼速度操作的位置。辅助船体单元可以包括用于供应推进单元的化石燃料或替代燃料(例如生物燃料或氢气)的内部燃料箱。替代地，外部燃料供应装置可以位于安装有船体单元的船舶上。
该至少一个内燃机可以通过由一个或多个致动器控制的合适的联杆机构在第一位置与第二位置之间移位。单或双枢转平行臂联杆机构可以被布置成支撑推进单元并使其在收起位置与展开位置之间移位。替代地，该至少一个推进单元可以通过安装有推进单元的大致竖直的导轨或轨道来移位。在该示例中，一个或多个可控致动器可以用于使推进单元在收起位置与展开位置之间移位。用于此目的的合适的致动器可以是液压或电动致动器。
本发明还涉及一种设置有如上文描述的辅助船体单元的船舶，该辅助船体单元包括至少一个推进单元和水翼系统。优选地，如上文描述的一对可展开的水翼设置在辅助船体单元中的至少一个推进单元的前方。以这种方式，水翼的展开不会干扰一个或多个可延伸推进单元的展开。
辅助船体单元仅需要有限数量的固定附接点。船体单元的附接可以通过任何合适的重型紧固装置来实现。紧固装置的非限制性列表包括螺钉和螺母紧固件、锁孔型紧固件、钩槽型紧固件、互锁型材、扭锁紧固件或上述紧固件的任何组合。这种类型的紧固件在船舶领域是众所周知的并且将不再进一步详细描述。附接点的数量取决于辅助船体单元的尺寸和排量以及一个或多个推进单元的功率输出。
这种解决方案的优点在于，该至少一个推进单元可以制造得非常紧凑，并且可以隐藏在辅助船体单元的上部下方，辅助船体单元的上部自然变成游泳平台或娱乐空间。由于娱乐平台下方的区域通常未被使用，所以这种推进布置改进了船舶的封装。此外，辅助船体单元可以在船舶建造之后组装，或者可以改装到现有船舶以将其转换成具有一个或多个可延伸的推进单元的水翼船舶。辅助船体单元只需要一些固定的附接点和船舶的船体上的小孔以用于控制线缆。辅助船体单元的设计允许安装任何合适的推进单元，包括一个或多个舷外驱动器、船艉驱动器或电动驱动器。以这种方式，推进单元也是可更换的并且易于拆卸，以进行维护和修理。
根据本发明的第三方面，本发明涉及一种包括至少一个折叠推进单元的、可拆卸的辅助船体单元。
根据第一示例，辅助船体单元设置有推进单元，该推进单元包括两个电动机，这两个电动机分别为变速器提供动力，该变速器包括一个或两个轴，该一个或两个轴通过竖直支腿向下延伸到用于双反向旋转螺旋桨的齿轮箱。在该示例中，这些电动机布置在变速器的两侧，其中，彼此相对的输出轴经由锥齿轮或差速齿轮连接到变速器。这些电动机的彼此相对的输出轴具有同心轴线并被布置在相对于船舶的纵向方向的横向方向上。彼此相对的输出轴和所述锥齿轮或差速齿轮被封闭在水平壳体中，该水平壳体被布置成支撑和保护这些轴和齿轮装置。
竖直延伸的支腿能够围绕与电动机的相对输出轴重合的轴线旋转。这种布置允许竖直支腿和螺旋桨像舷外发动机那样向上摆动出水面，以减少腐蚀和结垢。竖直延伸支腿的包括螺旋桨的下部也可以围绕与变速器的一个或多个竖直轴重合的竖直轴线摆动360°。用于反向旋转螺旋桨的竖直轴和齿轮箱被封闭在由支腿形成的竖直壳体中，该竖直壳体被布置成支撑并保护这些轴和齿轮装置。这种布置提高了船舶的机动性并且还允许为竖直延伸的支腿提供不同的螺旋桨组。以这种方式，推进单元可以设置有标准的双反向旋转螺旋桨，或者可以设置有双前向驱动器，以实现尾流冲浪。
根据第二示例，辅助船体单元设置有两个推进单元，其中，每个推进单元包括单独的电动机，该单独的电动机为单独的变速器提供动力，该变速器包括一个或两个轴，该一个或两个轴通过竖直支腿向下延伸到用于双反向旋转螺旋桨的齿轮箱。在该示例中，这些电动机背对背布置在它们相应的变速器的一侧，其中这些电动机的输出轴沿相反方向延伸。每个电动机经由锥齿轮连接到其相应的变速器。电动机的彼此相反的输出轴具有同心轴线并且布置在相对于船舶的纵向方向的横向方向上。彼此相反的输出轴和所述锥齿轮或差速齿轮被封闭在由支腿形成的竖直壳体中，该竖直壳体被布置成支撑和保护这些轴和齿轮装置。
竖直延伸的支腿能够围绕与其相应电动机的输出轴重合的轴线旋转。这种布置允许竖直支腿以及它们的螺旋桨像舷外发动机那样向上摆动出水面，以减少腐蚀和结垢。包括螺旋桨的竖直延伸支腿也可以围绕与变速器的一个或多个竖直轴重合的竖直轴线单独旋转360°。用于反向旋转螺旋桨的每个竖直轴和齿轮箱被封闭在单独的竖直壳体中，该单独的竖直壳体被布置成支撑和保护这些轴和齿轮装置。这种布置提高了船舶的机动性，并且还允许为竖直延伸支腿提供不同的螺旋桨组。以这种方式，推进单元可以设置有标准的双反向旋转螺旋桨，或者可以设置有双前向驱动器，以实现尾流冲浪。提供两个单独的电动机也提供了冗余，其中，如果一个电动机故障，则可以使用跛行回家模式。
辅助船体单元优选包括独立的内部动力源和/或内部动力存储器，该独立的内部动力源和/或内部动力存储器连接到如以上示例中描述的所述至少一个推进单元。然而，辅助船体单元也可以连接到位于安装有船体单元的船舶上的动力存储器。内部动力存储器可以是用于相对短距离行驶的可充电蓄电池组，或者可以是用于较长距离行驶的使用替代燃料的燃料电池。一个或多个蓄电池组或用于替代燃料的燃料箱可以分布在辅助船体单元内，以实现最佳重量分布。当提供了具有有限航程的蓄电池组来驱动至少一个推进单元时，可以选择提供小型内燃机或发电机以用作混合动力航程扩展器。在使用氢气操作的燃料电池的情况下，可能需要在船舶上设置氢气箱(由于这种箱占用的空间)。
辅助船体单元仅需要有限数量的固定附接点。船体单元的附接可以通过任何合适的重型紧固装置来实现。该紧固装置的非限制性列表包括螺钉和螺母紧固件、锁孔型紧固件、钩槽型紧固件、互锁型材、扭锁紧固件或上述紧固件的任何组合。这种类型的紧固件在船舶领域是众所周知的并且将不再进一步详细描述。附接点的数量取决于辅助船体单元的尺寸和排量以及一个或多个推进单元的功率输出。
本发明还涉及一种设置有如上文描述的辅助船体单元的船舶，该辅助船体单元包括至少一个折叠推进单元。
这种解决方案的优点在于，该至少一个推进单元可以制造得非常紧凑，并且可以隐藏在辅助船体单元的上部下方，该辅助船体单元的上部自然变成游泳平台或娱乐空间。由于娱乐平台下方的区域通常未被使用，所以这种推进布置改进了船舶的封装。此外，辅助船体单元可以在船舶建造之后组装，或者可以改装到现有船舶以将其转换成用于不同类型的推进单元。辅助船体单元只需要一些固定的附接点和船舶的船体上的小孔以用于控制线缆。辅助船体单元的设计允许安装任何合适的推进单元。以这种方式，推进单元也是可更换的并且易于拆卸，以进行维护和修理。
另一个优点在于，这种推进单元可以设置有标准的双反向旋转螺旋桨(推动螺旋桨)或设置有双前向驱动器(拉动螺旋桨)，以实现尾流冲浪。这可以通过将竖直延伸支腿与螺旋桨一起更换来实现。竖直支腿的壳体部分可以与轴和螺旋桨一起更换，以提供适用于推动或拉动螺旋桨的流线型。用于水平轴的壳体和用于竖直轴的壳体可以设置有用于壳体和变速器的公共接口，以便于更换。
提供两个单独的电动机也提供了冗余，其中，如果一个电动机故障，则可以使用跛行回家模式。
在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。在这些图中：
图1示出了根据本发明的示意性地示出的船舶的立体图，该船舶包括具有水翼系统的辅助船体单元；
图2示出了示意性地示出的可拆卸的辅助船体单元；
图3示出了根据第一示例的水翼系统的示意性后视图；
图4示出了根据第二示例的水翼系统的示意性后视图；
图5示出了根据本发明的示意性地示出的船舶的立体图，该船舶包括具有推进单元的辅助船体单元；
图6示出了根据第一示例的包括推进单元的辅助船体单元的示意性后视图；
图7A至图7B示出了根据第二示例的包括推进单元的辅助船体单元的示意性侧视图；
图8示出了根据另一示例的辅助船体单元的立体图；
图9示出了具有折叠推进单元的示意性地示出的可拆卸的辅助船体单元；
图10示出了根据第一示例的折叠推进单元的示意性后视图；并且
图11示出了根据第二示例的一对折叠推进单元的示意性后视图。
具体实施方式
图1示出了示意性地示出的船舶100的侧视图，该船舶包括主船体103，该主船体103设置有辅助船体单元101，该辅助船体单元101设置有根据本发明的水翼系统(110、120)。辅助船体单元101附接到船舶100的船体103的后部或艉板。该示例中的水翼系统包括一对可折叠水翼110、120，这一对可折叠水翼110、120相对于辅助船体单元101枢转并且位于船体单元101的相反两侧。如图3所示，每个水翼110、120能够由至少一个致动器(未示出)控制，以用于使可折叠水翼110、120沿船舶的横向方向在收起位置与展开位置之间移位。图1示出了处于展开位置的水翼110、120，这允许船体升出水面。每个可折叠水翼包括第一部分111、121，该第一部分111、121包括通过铰链(图3；“113、127”)相对于辅助船体单元101安装在船舶的相反两侧的上端。在本示例中，所述铰链围绕平行于船舶的纵向轴线的轴线枢转。当水翼处于收起位置时，每个第一部分111、121邻近辅助船体单元101延伸(参见图3)。每个可折叠水翼110、120还包括第二部分112、122，该第二部分112、122包括在辅助船体单元101下方延伸的自由第二端。当水翼处于收起位置时，第二部分112、122布置在辅助船体单元101中的横向腔体内。在图1所示的展开位置，第二部分112、122形成水翼部或翼，其产生用于使船体103升出水面的升力。该船舶还设置有用于推进该船舶的驱动单元(未示出)。该驱动单元与水翼110、120一起在竖直方向上是可调节的(参见图3)，以维持螺旋桨浸没。
布置在辅助船体单元101上的水翼110、120为船舶100的后部提供升力。为了给船舶的主船体103提供升力，一对可展开的主水翼109(示出了一个)安装到主船体103。在申请PCT/EP2019/072138中描述了适用于此目的的水翼系统。
图2示出了根据本发明的示意性地示出的可拆卸的辅助船体单元101。辅助船体单元101被可拆卸地安装到船舶100上的艉板104，其中，船体单元101至少部分地安装在船舶的吃水线下方。图2示出了处于其收起位置的水翼110、120。辅助船体单元101的相反两个侧面102被布置成平行于与该船体单元相邻的船体区段103的向后延伸部向后延伸。艉板104设置有多个附接点141、142、143、144，以用于可拆卸地安装辅助船体单元101，如由箭头A所示。艉板104还设置有用于被连接在辅助船体单元101与控制装置(未示出)之间的控制线缆的开口145，该控制装置(未示出)允许操作员展开和收回水翼。还可以设置有可选的开口146，该开口146用于将辅助船体单元101连接到动力存储器或燃料箱。优选地，辅助船体单元101包括独立的动力源145(未示出)，其包括动力存储器，例如蓄电池、燃料电池或类似物。
图3示出了根据第一示例的水翼系统的示意性后视图。图3的左侧示出了处于收起位置的水翼120，而右侧示出了处于展开位置的水翼110。图3的左侧示出了包括第一部分121的水翼120，该第一部分121包括第一端123，该第一端123通过铰链127相对于船体单元101的侧面102安装。收起的水翼120还包括第二部分122，该第二部分122包括自由第二端125，该第二部分122从第一部分121朝向船体单元101的相反的另一侧延伸并且相对于第一部分成钝角。该角度形成在第一部分121的第二端124与第二部分122的第一端126结合的点处。折叠的水翼120在收起位置至少与船体单元101齐平。设置有致动器128以用于将水翼120朝向其展开位置(以虚线示出)移位。还设置有推进单元，该推进单元包括螺旋桨131和可延伸支腿133。图3的左侧示出了相对于正常水位WH的船舶的船体103，其中，所述推进单元处于其收回位置。
参考收起的水翼120，当水翼120处于收起位置时，水翼120的第一部分121沿其整个长度邻近船体单元101延伸。当水翼处于收起位置时，水翼120的第二部分122被布置成延伸到船体单元101中的横向腔体105内。在本示例中，当处于收起位置时，水翼的第二部分122被布置成向内并向上延伸到船体单元101中的横向腔体105内。此外，当水翼处于收起位置时，第二部分120的自由第二端125被布置成最多延伸到经过船体单元101的纵向轴线的竖直平面X。以这种方式，这些水翼可以同时被展开和收回，因为它们不会彼此干扰。根据该示例的水翼可以适用于较小和/或相对较轻的船舶，该较小和/或相对较轻的船舶需要对应较小的升力以使船体离开水面。
图3的右侧示出了处于展开位置的水翼110。图3的右侧示出了包括第一部分111的水翼110，该第一部分111包括第一端113，该第一端113通过铰链117相对于船体单元101的侧面102安装。收起的水翼110还包括第二部分112，该第二部分112包括自由第二端115，该第二部分112从第一部分111向下延伸到水中并且相对于第一部分成钝角。第二部分112形成具有翼形横截面的水翼部，该水翼部为船体单元101提供升力。设置有致动器118以用于将水翼110朝向其收回位置(以虚线示出)移位。还设置有包括螺旋桨132和可延伸支腿133的推进单元。图3的右侧示出了相对于水翼水位WF的船舶的船体103，其中，该推进单元处于其延伸位置。
根据图3中的示例，至少辅助船体单元101的侧部102相对于船舶的船体103的邻近艉板104的侧部被布置为向内台阶。该向内台阶将沿着辅助船体单元101的整个长度延伸。该台阶的凹入深度可以至少等于对应水翼的第一部分在其收起位置的厚度，由此，当船舶以低速或滑行速度行驶时，可以消除或至少显著减小水翼的第一部分的在吃水线以下延伸的部分的阻力。替代地，这样的向内台阶可以设置在辅助船体单元本身的侧部中。该向内台阶将沿着辅助船体单元的剩余向后长度延伸。当可折叠水翼位于船体单元中的远离船舶艉板的位置时，可以使用此选项。横向腔体105被布置成延伸到辅助船体单元101的在吃水线下方的底部或下船体部分中。为了避免面向前的阻力诱发表面，横向腔体101可以在船体单元的向后方向上逐渐或完全敞口。用于水翼的第二部分的该腔体总是位于船体单元中的向内台阶的侧向方向上。
图4示出了根据第二示例的水翼系统的示意性后视图。图4的左侧示出了处于收起位置的水翼220，而右侧示出了处于展开位置的水翼210。图4的左侧示出了包括第一部分221的水翼220，该第一部分221包括第一端223，该第一端223通过铰链227相对于船体单元201的侧面202安装。当水翼处于收起位置时，水翼的第一部分221邻近船体单元最多延伸到船体单元201的中心纵向轴线X。收起的水翼220还包括第二部分222，该第二部分222包括自由第二端225，该自由第二端225在远离第一部分121的方向上延伸超过船体单元的中心纵向轴线X预定距离，并且该第二部分222相对于第一部分221成钝角。该角度形成在第一部分221的第二端224与第二部分222的第一端226结合的点处。折叠的水翼220在收起位置至少与船体单元201齐平。设置有致动器228以用于将水翼120朝向其展开位置(以虚线示出)移位。还设置有推进单元，该推进单元包括螺旋桨231和可延伸支腿233。图4的左侧示出了相对于正常水位WH的船舶的船体203，其中，推进单元处于其收回位置。根据本示例的水翼适用于较大和/或相对较重的船舶，该较大和/或相对较重的船舶需要相应较大的升力以使船体离开水面。
图4的右侧示出了处于展开位置的水翼210。图4的右侧示出了包括第一部分211的水翼210，该第一部分211包括第一端213，该第一端213通过铰链217相对于船体单元201的侧面202安装。展开的水翼210还包括第二部分212，该第二部分212包括自由第二端215，该第二部分212从第一部分211向下延伸到水中并且相对于第一部分成钝角。第二部分212形成具有翼形横截面的水翼部，该水翼部为船体单元201提供升力。设置有致动器218以用于将水翼210朝向其收回位置(以虚线示出)移位。还设置有推进单元，该推进单元包括螺旋桨232和可延伸支腿233。图4的右侧示出了相对于水翼水位WF的船舶的船体203，其中，推进单元处于其延伸位置。
根据图4中的示例，至少辅助船体单元201的侧部202可以相对于船舶的船体203的邻近艉板204的侧部被布置为向内台阶。该向内台阶将沿辅助船体单元201的整个长度延伸。该台阶的凹入深度可以至少等于这些水翼在其收起位置上的重叠部分的组合厚度，由此，当船舶以低速或滑行速度行驶时，可以消除或至少显著减小水翼的第一部分的在吃水线以下延伸的部分的阻力。替代地，这样的向内台阶可以设置在辅助船体单元本身的侧部中。该向内台阶将沿着辅助船体单元的剩余向后长度延伸。当可折叠水翼位于船体单元中的远离船舶的艉板的位置时，可以使用此选项。
根据图4所示的优选示例，当水翼处于收起位置时，每一对水翼210、220被布置成在船体单元201的横向方向上重叠。在收起位置，第一水翼220将沿其整个延伸部邻近船体单元延伸，而相反的第二水翼210将部分地邻近船体单元201并且部分地邻近第一水翼220的第一部分221的一部分和第二部分222延伸。在本示例中，重叠的第一水翼210和第二水翼220被布置成以预定顺序移位。在展开期间，重叠的水翼被布置成当朝向它们的操作位置移动时顺序地移位，其中，最外面的水翼210被首先致动。在水翼210、220朝向它们的收起位置收回期间，水翼被反向致动，其中，最里面的水翼220被首先致动。此外，船体单元的下部(船体单元的第一水翼和第二水翼被布置成在该下部处、在该单元的纵向轴线的两侧上重叠)将需要更深的向内台阶以便容纳重叠的水翼部。这种更深的凹入向内台阶将沿辅助船体单元的剩余向后长度延伸。
根据另一示例(未示出)，当水翼处于收起位置时，每一对水翼可以在船体单元的横向方向上并排布置。因此，第一水翼在辅助船体单元的纵向方向上定位在第二水翼的前方。在该示例中，纵向偏移的水翼被布置成在朝向展开位置移动时同时移位。在此，至少该辅助船体单元的侧部可以相对于船舶的船体的邻近艉板的侧部被布置为向内台阶。该向内台阶将沿辅助船体单元的整个长度延伸。该台阶的深度可以至少等于水翼的第一部分和第二部分在其收起位置的厚度，由此，当船舶以低速或滑行速度行驶时，可以消除或至少显著减小水翼的第一部分的在吃水线以下延伸的部分的阻力。替代地，这样的向内台阶可以设置在辅助船体单元本身的侧部中。该向内台阶将沿辅助船体单元的剩余向后长度延伸。当可折叠水翼位于船体单元中的远离船舶的艉板的位置时，可以使用此选项。如果需要，该辅助单元的一侧上的向内台阶可以在船舶的纵向方向上偏移，以符合后部第二水翼的对应偏移。
在后一个示例中(其中，收起的水翼并排邻近船体)，两个可折叠水翼的第一端可以包括铰链，该铰链具有在水平面内沿船舶的纵向方向延伸的枢转轴线。当这些水翼展开时，当每个水翼到达其操作位置时，每个水翼的浸没的第二端将在船舶的纵向方向上偏移。由于水翼非对称地展开或在横向方向上偏移，所以会围绕船舶重心产生力矩。将需要进行转向校正，以将船舶维持在直线航向上。
图5示出了示意性示出的船舶300的立体图，该船舶包括根据本发明的可拆卸的辅助船体单元301和推进单元330。根据该示例，辅助船体单元301设置有推进单元，该推进单元包括呈吊舱301形式的电动机。推进单元301被布置成能够在收起的第一位置与展开的第二位置之间竖直地移位(参见图6)。在收起位置，推进单元用于以低速或滑行速度行驶，而展开位置用于以水翼速度操作的位置。辅助船体单元可以包括连接到吊舱推进单元的内部动力存储器，或位于安装有船体单元的船舶上的动力存储器。图5示出了附接到船舶300的艉板304的辅助船体单元301，其中，辅助船体单元301的侧面302与船舶300的船体303的侧面齐平。该图还示出了安装到船舶的船体303的一对主水翼309和安装到辅助船体单元301的一对后水翼310、320。在图5中，所有水翼都处于它们的收起位置。
图6示出了根据本发明的在辅助船体单元301中使用的推进单元331、332、333的示意性后视图。该推进单元可以通过由一个或多个致动器控制的合适的机构322在收回的第一位置331与展开的第二位置332之间移位(参见图7A)。根据一个示例，单或双枢转平行臂联杆机构可以被布置成支撑该推进单元，并通过与推进单元成一直线安装或安装在推进单元任一侧的一个或多个致动器在收起位置与展开位置之间移位。根据替代示例，推进单元可以通过基本竖直的导轨或轨道移位，推进单元被可滑动地安装到该导轨或轨道上。这种移位方案既适用于内燃机推进单元，也适用于电动推进单元，例如电动吊舱驱动器。在该示例中，可以使用一个或多个可控致动器来执行推进单元在收起位置与展开位置之间的线性移位。用于此目的的合适的致动器可以是液压或电动致动器。根据另一示例，至少一个推进单元可以通过电动或液压操作的伸缩装置在第一位置与第二位置之间移位。该解决方案适用于诸如电动吊舱驱动器的推进单元，因为无需通过支撑电动吊舱驱动器的可延伸的伸缩支腿进行机械传动。用于操作该一个或多个可控致动器的动力优选地由辅助船体单元内的独立的动力源和/或动力存储器提供。
推进单元和致动器位于下部腔体305中，该下部腔体305从下方敞口通往辅助船体单元301并从推进单元331、333的附接点向后延伸。腔体305可以部分或完全延伸穿过船体单元301的纵向向后延伸部。该辅助船体单元优选包括内部动力源和/或内部动力存储器(参见图8)，该内部动力源和/或内部动力存储器位于船体单元301内的水密舱室中并连接到推进单元。替代地，该船体单元也可以连接到位于安装有船体单元301的船舶上的动力存储器(未示出)。内部动力存储器可以是用于相对短距离行驶的可充电蓄电池组，也可以是用于较长距离行驶的燃料电池。一个或多个蓄电池组或用于替代燃料的燃料箱可以分布在辅助船体单元内，以实现最佳重量分布。当提供了具有有限航程的蓄电池组以用于驱动该至少一个推进单元时，可以选择提供小型内燃机或发电机以用作混合动力航程扩展器。在使用氢气操作的燃料电池的情况下，可能需要在船舶上设置氢气箱(由于这种箱占用的空间)。
图6进一步示出了辅助船体单元301和推进单元331、333与图3中描述的类型的一对可折叠水翼310、320相结合。可展开的水翼310、320设置在辅助船体单元301中的推进单元331、333的前方。以这种方式，水翼的展开不会干扰一个或多个可延伸推进单元的展开。图6的左侧示出了处于收起位置的水翼320，而右侧示出了处于展开位置的水翼310。图6的左侧示出了包括第一部分321的水翼320，该第一部分包括第一端323，该第一端323通过铰链327相对于船体单元301的侧面302安装。收起的水翼320还包括第二部分322，该第二部分322包括自由第二端325，该第二部分322从第一部分321朝向船体单元301的相反的另一侧延伸并且相对于第一部分成钝角。该角度形成在第一部分321的第二端324与第二部分322的第一端326结合的点处。折叠的水翼320在收起位置至少与船体单元301齐平。设置有致动器328以用于将水翼320朝向其展开位置(以虚线示出)移位。还设置有推进单元，该推进单元包括螺旋桨331和可延伸支腿333。图6的左侧示出了相对于正常水位WH的船舶的船体303，其中，推进单元处于其收回位置。参考收起的水翼320，当水翼320处于收起位置时，水翼320的第一部分321沿其整个长度邻近船体单元301延伸。当水翼处于收起位置时，水翼320的第二部分322被布置成延伸到船体单元301中的横向腔体305内。在本示例中，当处于收起位置时，该水翼的第二部分322被布置成向内并向上延伸到船体单元301中的横向腔体305内。此外，当水翼处于收起位置时，第二部分320的自由第二端325被布置成最多延伸到经过船体单元301的纵向轴线的竖直平面X。以这种方式，这些水翼可以同时展开和收回，因为它们不会彼此干扰。根据本示例的水翼可以适用于较小和/或相对较轻的船舶，该较小和/或相对较轻的船舶需要相应较小的升力以使船体离开水面。
图6的右侧示出了处于展开位置的水翼310。图6的右侧示出了包括第一部分311的水翼310，该第一部分311包括第一端313，该第一端313通过铰链317相对于船体单元301的侧面302安装。收起的水翼310还包括第二部分312，该第二部分312包括自由第二端315，该第二部分312从第一部分311向下延伸到水中并且相对于第一部分成钝角。第二部分312形成具有翼形横截面的水翼部，该水翼部为船体单元301提供升力。设置有致动器318以用于将水翼310朝向其收回位置(以虚线示出)移位。还设置有推进单元，该推进单元包括螺旋桨332和可延伸支腿333。图6的右侧示出了相对于水翼水位WF的船舶的船体303，其中，推进单元处于其延伸位置。
根据图6中的示例，辅助船体单元301的侧部302相对于船舶的船体303的邻近艉板304的侧部被布置为向内台阶。该向内台阶将沿辅助船体单元301的整个长度延伸。该台阶的凹入深度可以至少等于对应水翼的第一部分在其收起位置的厚度，由此，当船舶以低速或滑行速度行驶时，可以消除或至少显著减小水翼的第一部分的在吃水线以下延伸的部分的阻力。替代地，这样的向内台阶可以设置在辅助船体单元本身的侧部中。该向内台阶将沿辅助船体单元的剩余向后长度延伸。当可折叠水翼位于船体单元中的远离船舶的艉板的位置时，可以使用此选项。横向腔体305被布置成延伸到辅助船体单元301的在吃水线下方的底部或下船体部分中。为了避免面向前的阻力诱发表面，横向腔体301可以在船体单元的向后方向上逐渐或完全敞口。用于水翼的第二部分的该腔体位于船体单元中的所述向内台阶的侧向方向上。
根据另一替代示例，辅助船体单元和推进单元也可以与根据图4的水翼系统相结合。
图7A和图7B示出了根据第二示例的包括可展开推进单元430的辅助船体单元401的示意性侧视图。图7A示出了在辅助船体单元401的腔体405中处于其收回位置的推进单元430。在本示例中，推进单元是经由变速器连接到双反向旋转螺旋桨装置431的ICE。如正常水位WH所指示的，辅助船体单元401部分浸没在水中，并且在推进单元430前方附接到辅助船体单元401的后水翼410处于其收起位置。推进单元430通过可控平行联杆机构装置440安装到辅助船体单元401，该可控平行联杆机构装置440包括上部第一臂441和下部第二臂442。平行联杆机构装置440附接到支撑件443，该支撑件443安装在腔体405中的后向壁406上。支撑件443包括安装在壁406上的固定部分和允许推进单元430转向的枢转部分(未示出)。第一臂441在第一端444处附接到推进单元430并在第二端445处附接到支撑件443。第二臂442在第一端446处附接到推进单元430并在第二端447处附接到支撑件443。第一臂441和第二臂442通过单独的致动器448、449进一步连接到支撑件443，该致动器448、449分别在它们的端部中间附接到相应的第一臂441和第二臂442。平行联杆机构装置440附接到腔体405中的后向壁406上的支撑件443的可枢转部分，以允许推进单元430围绕大致竖直轴线(未示出)枢转。这允许操作员枢转推进单元430并通过可控致动器(未示出)将船舶转向至期望的航向，其中该可控致动器附接到腔体壁406并作用于支撑件443的枢转部分或直接作用于推进单元430。
图7A中的示例涉及由平行联杆机构移位的推进单元。替代地，推进单元可以通过其上可滑动地安装有推进单元的大致竖直的导轨或轨道或通过电动或液压操作的伸缩装置来移位。图7A中的布置用于ICE的移位，但它也适用于电动推进单元或附接到可延伸或伸缩支腿的电动吊舱。
图7B示出了处于其展开位置、部分延伸出辅助船体单元401中的腔体405的推进单元430。在推进单元430前方附接到辅助船体单元401的水翼410(示出了一个)也被示出为处于其展开位置、延伸到由水翼水位WF指示的水中。在图7B中，附接到相应的第一臂441和第二臂442的单独的致动器448、449已经延伸。该操作导致第一臂441和第二臂442围绕其相应的第二端445、447枢转，从而将推进单元430降低到其展开位置以用于水翼操作。类似地，致动器448、449的收回导致推进单元430的收回以用于低速或滑行操作。
图8示出了根据另一示例的辅助船体单元的立体图。该图包括示出了根据本发明的辅助船体单元501的内部部件的一个非限制性示例的剖视图。该示例中的辅助船体单元501设置有电动吊舱形式的推进单元530，该推进单元能够从辅助船体单元501的下部中的腔体(由“505”表示)中延伸出。通过铰链517附接到辅助船体单元501的可折叠水翼520(示出了一个)被示出为处于其收起位置。诸如推进单元530和用于延伸或收回推进单元的致动器(未示出)之类的外部部件暴露于环境中。内部部件则位于密封的水密舱室中，该水密舱室可以保护它们免受腐蚀性海洋环境的影响。图8示出了独立的辅助船体单元501的示例，该辅助船体单元501包括多个动力存储单元545、液压单元546、用于液压单元的控制单元547和用于电气部件的电子控制单元(ECU)548。该示例示出了具有蓄电池组形式的三个动力存储单元545的布置。多个蓄电池组的使用有助于将电池封装在辅助船体单元501中并且在一个蓄电池组发生故障的情况下提供冗余。液压单元546可以包括泵、液压回路、可选的蓄能器和可控阀，所有这些都连接到用于展开和收回推进单元530和水翼420的液压致动器。液压单元546中的部件由液压控制单元547控制，这些部件进而由操作员经由从辅助船体单元501到附接有船体单元的船舶上的操作员位置的适当布线来控制。电动推进单元530由ECU 548控制，该ECU 548包括用于监测和控制蓄电池组的电力电子设备和电路。ECU还由操作员经由从辅助船体单元501到船舶上的操作员位置的合适布线来控制。因此，当辅助船体单元501通过合适的紧固装置附接到船舶时，与船舶的唯一附加连接包括用于控制推进单元和水翼的电连接器和电线。用于具有合适IP等级的电线的电连接器在船舶领域中是众所周知的，因此将不再详细描述。
封装在辅助船体单元501内的部件可以在制造期间进行更换或调整，以便使该单元适配于所期望的推进单元、动力源和/或动力存储器的类型。内部动力存储器可以是用于相对短距离行驶的可充电蓄电池组，或者可以是用于较长距离行驶的燃料电池。一个或多个蓄电池组或用于替代燃料的燃料箱可以分布在辅助船体单元内，以实现最佳重量分布。当提供了具有有限航程的蓄电池组以用于驱动至少一个推进单元时，可以选择提供小型内燃机或发电机以用作混合动力航程扩展器。在使用氢气操作的燃料电池的情况下，可能需要在船舶上设置氢气箱(由于这种箱占用的空间)。替代地，船体单元也可以连接到位于安装有船体单元301的船舶上的动力存储器(未示出)。这种布置将需要船舶与船体单元之间的附加连接器和导管。
图9示出了示意性地示出的具有折叠推进单元的可拆卸的辅助船体单元。根据第一示例，辅助船体单元601被可拆卸地安装到船舶600上的艉板604，其中，船体单元601至少部分地安装在船舶的吃水线以下。该图还示出了折叠推进单元630处于提升的非活动位置。辅助船体单元601的两个相反侧面602被布置成平行于邻近船体单元的船体区段603的向后延伸部而向后延伸。艉板604设置有多个附接点641、642、643、644，以用于可拆卸地安装辅助船体单元601，如箭头A所示。艉板604还设置有用于控制被连接在辅助船体单元601与控制装置(未示出)之间的线缆的开口645，从而允许操作员将推进单元630向上折叠到非活动位置或者向下折叠到活动的驱动位置。该折叠动作由箭头B指示。推进单元630位于辅助船体单元601的下部中的中心腔体605中，该腔体605在船体单元601的向后方向上敞口。还可以设置有可选的开口646，以用于将辅助船体单元601连接到动力存储器或燃料箱。优选地，辅助船体单元601包括独立的动力源，例如用于推进单元630的电动机631a、631b，和动力存储器633(参见图10)(例如蓄电池、发电的燃料电池或类似物)。
图10示出了根据图9中的示例的折叠推进单元的示意性后视图。在该第一示例中，辅助船体单元601设置有单个折叠推进单元630，该单个折叠推进单元包括两个电动机631a、631b，它们分别为用于驱动双反向旋转螺旋桨629的变速器提供动力。在该示例中，电动机631a、631b是相同的并且布置在变速器的两侧，它们的输出轴布置在辅助船体单元601的横向方向上。电动机631a、631b具有相对的输出轴，每个输出轴经由包括减速齿轮或行星齿轮的第一齿轮装置632a、632b连接到变速器。电动机631a、631b由蓄电池组633a、633b供电。电动机631a、631b、第一齿轮装置632a、632b和蓄电池组633a、633b位于辅助船体单元601中的密封水密舱室内。相应的第一齿轮装置632a、632b具有相对的具有同心轴线的输出轴，在这种情况下，它们与电动机的输出轴同心。
每个第一齿轮装置632a、632b具有水平轴634a、634b形式的输出轴，该输出轴朝向共同的中心角齿轮装置635延伸到辅助船体单元601的中心腔体605中。中心角齿轮装置635包括锥齿轮或差速齿轮并且连接到竖直轴637，该竖直轴通过竖直支腿628向下延伸到用于双反向旋转螺旋桨629的齿轮箱。支腿628形成竖直壳体，该竖直壳体封闭竖直轴637和用于反向旋转的螺旋桨的齿轮箱，以支撑和保护这些轴和齿轮装置。如图10所示，当推进单元630处于其驱动位置时，支腿628和轴637被假定为竖直的或接近竖直的。水平轴634a、634b和中心角齿轮装置635被封闭在延伸穿过腔体605的水平壳体636中。水平壳体636能够相对于水平轴634a、634b和中心角齿轮装置635围绕所述轴的旋转轴线旋转。可控致动器638a、638b(例如驱动齿轮的电动机)被布置成邻近水平壳体636的每一端并且可以被致动以使壳体636和所附接的推进单元630在升高的非活动位置与降低的驱动位置之间旋转。该折叠动作由箭头B指示。这种布置允许竖直支腿628和螺旋桨629向上摆动并像舷外发动机一样升出水面，以减少腐蚀和结垢。
支腿628的竖直延伸壳体邻近中心角齿轮装置635附接到水平壳体636，并且能够相对于水平壳体636围绕与竖直轴637的旋转轴线重合的轴线旋转。安装在水平壳体或竖直支腿上的可控致动器(未示出)被布置成邻近水平壳体636与支腿628之间的可旋转接头639。以这种方式，包括螺旋桨629的竖直延伸支腿628的竖直壳体能够围绕与变速器的竖直轴637重合的竖直轴线旋转360°。该旋转动作由箭头C指示。这种布置提高了船舶的机动性，并且还允许为竖直延伸的支腿提供不同的螺旋桨组。在水平壳体和竖直壳体与相应传动轴之间的接头639处或在该接头附近设置有公共接口，以便于竖直支腿628和螺旋桨的替换或更换。以这种方式，推进单元可以设置有标准的双反向旋转螺旋桨，或者可以设置有双前向驱动器，以实现尾流冲浪。提供两个单独的电动机也提供了冗余，其中，如果一个电动机故障，则可以使用跛行回家模式。
图11示出了根据第二示例的具有一对折叠推进单元的可拆卸的辅助船体单元的示意性后视图。辅助船体单元701可以以与上面图9中描述相同的方式附接到船舶700。在该第一示例中，辅助船体单元701设置有单个的两个推进单元730a、730b，其包括两个电动机731a、731b，这两个电动机分别为变速器提供动力，以驱动各个组的反向旋转螺旋桨729a、729b。在本示例中，电动机731a、731b是相同的并且背对背(back-to-back)布置在它们各自变速器的一侧上，其中同心输出轴在辅助船体单元701的横向方向上沿相反方向延伸。电动机731a、731b具有彼此相反的输出轴，每个输出轴经由包括减速齿轮或行星齿轮的第一齿轮装置732a、732b连接到其变速器。电动机731a、731b由蓄电池组733供电。电动机731a、731b、第一齿轮装置732a、732b和蓄电池组733位于辅助船体单元701中的密封水密舱室内。相应的第一齿轮装置732a、732b具有彼此相反的具有同心轴线的输出轴，在这种情况下，这些输出轴与电动机的输出轴同心。
每个第一齿轮装置732a、732b具有水平轴734a、734b形式的输出轴，该输出轴朝向角齿轮装置735a、735b延伸到辅助船体单元701的腔体705a、705b中。腔体705a、705b包括沿辅助船体单元701的下部和侧部的凹部，该凹部在船体单元701的后部处敞口。每个角齿轮装置735a、735b包括锥齿轮并且连接到竖直轴737a、737b，该竖直轴737a、737b通过竖直支腿728a、728b向下延伸到用于双反向旋转螺旋桨729的齿轮箱。如图11所示，当推进单元730a、730b处于它们的驱动位置时，支腿728a、728b和轴737a、737b被假定为竖直的或接近竖直的。水平轴734a、734b以及它们的角齿轮装置735a、735b均被封闭在水平壳体736a、736b中，该水平壳体延伸到它们相应的腔体705a、705b中。每个水平壳体736a、736b能够相对于水平轴734a、734b和角齿轮装置735a、735b围绕所述轴的旋转轴线旋转。可控致动器(未示出，参见图10，“致动器638a、638b”)(例如驱动齿轮的电动机)被布置成邻近每个水平壳体736a、736b并且可以被致动以使壳体736a、736b和所附接的推进单元730a、730b在升高的非活动位置与降低的驱动位置之间旋转。这种布置允许竖直支腿728a、728b和螺旋桨729a、729b像舷外发动机一样向上摆动并升出水面，以减少腐蚀和结垢。
每个竖直支腿728a、728b邻近角齿轮装置735a、735b附接到它们的相应的水平壳体736a、736b，并且能够相对于水平壳体736a、736b围绕与相应竖直轴737a、737b的旋转轴线重合的轴线旋转。安装在每个壳体上或每个竖直支腿上的可控致动器(未示出)被布置成邻近水平壳体736a、736b与支腿728a、728b之间的可旋转接头739a、739b。以这种方式，包括螺旋桨729a、729b的竖直延伸支腿728a、728b的下部可以围绕与变速器的相应竖直轴737a、737b重合的竖直轴线单独旋转360°。在水平壳体和竖直壳体与相应传动轴之间的接头739a、739b处或在该接头附近设置有公共接口，以便于竖直支腿728和螺旋桨的替换或更换。这种布置提高了船舶的机动性，并且还允许为竖直延伸支腿提供不同的螺旋桨组。以这种方式，推进单元可以设置有标准的双反向旋转螺旋桨，或者可以设置有双前向驱动器，以实现尾流冲浪。提供两个单独的电动机也提供了冗余，其中，如果一个电动机故障，可以使用跛行回家模式。
图9至图11中描述的辅助船体单元优选包括独立的内部动力源和/或独立动力存储器，该独立的内部动力源和/或独立动力存储器连接到如以上示例中描述的至少一个推进单元。然而，辅助船体单元也可以连接到位于安装有船体单元的船舶上的动力存储器。内部动力存储器可以是用于相对短距离行驶的可充电蓄电池组，或者可以是用于较长距离行驶的使用替代燃料的燃料电池。一个或多个蓄电池组或用于替代燃料的燃料箱可以分布在辅助船体单元内，以实现最佳重量分布。当提供了具有有限航程的蓄电池组以用于驱动至少一个推进单元时，可以选择提供小型内燃机或发电机以用作混合动力航程扩展器。在使用氢气操作的燃料电池的情况下，可能需要在船舶上设置氢气箱(由于这种箱占用的空间)。尽管上述示例主要针对使用电动机的操作，但本发明不限于这种推进源。在本发明的范围内，合适的替代动力源包括可以用化石燃料、生物燃料(液体或气体)或用其它替代燃料操作的内燃机。
上述示例中描述的辅助船体单元601、701设置有一个或多个电驱动推进单元，但是可以使用包括使用化石燃料、生物燃料或合适的替代燃料的ICE的其它类型的推进单元。
外部部件(例如安装在辅助船体单元的腔体中的推进单元)暴露于环境中。内部部件则位于密封的水密舱室中，该水密舱室可以保护它们免受腐蚀性海洋环境的影响。优选实施例涉及一种独立的辅助船体单元，该辅助船体单元包括至少一个动力存储单元、用于电气部件的电子控制单元(ECU)、可选的液压单元和用于这种液压单元的控制单元。多个蓄电池组的使用有助于将电池封装在辅助船体单元中，并在一个蓄电池组发生故障的情况下提供冗余。电动推进单元由ECU控制，该ECU包括用于监测和控制蓄电池组的电力电子设备和电路。ECU也由操作员经由从辅助船体单元到附接有船体单元的船舶上的操作员位置的合适布线来控制。可选的液压单元可以包括泵、液压回路、可选的蓄能器和可控阀，所有这些都连接到用于驱动任何提供的辅助液压单元的液压致动器。液压单元中的部件由液压控制单元控制，该液压控制单元进而由操作员经由从辅助船体单元到船舶上的操作员位置的合适布线来控制。例如，液压致动器可以代替用于控制推进单元的提升或转向的电动致动器。因此，当辅助船体单元通过合适的紧固装置附接到船舶时，与船舶的唯一附加连接包括用于控制推进单元和可选液压单元的电连接器和电线。用于具有合适IP等级的电线的电连接器在船舶领域中是众所周知的，因此将不再详细描述。
封装在辅助船体单元内的部件可以在制造期间被更换或调整，以便使该单元适配于所期望的推进单元、动力源和/或动力存储器的类型。内部动力存储器可以是用于相对短距离行驶的可充电蓄电池组，或者可以是用于较长距离行驶的燃料电池。一个或多个蓄电池组或用于替代燃料的燃料箱可以分布在辅助船体单元内，以实现最佳重量分布。当提供了具有有限航程的蓄电池组以用于驱动至少一个推进单元时，可以选择提供小型内燃机或发电机以用作混合动力航程扩展器。在使用氢气操作的燃料电池的情况下，可能需要在船舶上设置氢气箱(由于这种箱占用的空间)。替代地，船体单元也可以连接到位于安装有船体单元的船舶上的动力存储器。这种布置将需要船舶与船体单元之间的附加连接器和导管。
应当理解，本发明不限于上文描述和附图所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到可以在所附权利要求书的范围内进行许多改变和修改。例如，船舶可以包括固定水翼或具有控制表面的水翼，如以上背景技术中所描述的。尽管在上述示例中没有描述这样的特征，但本发明适用于这两种类型的水翼。
此外，尽管上面列出的大多数示例涉及反向旋转螺旋桨，但本发明不限于双螺旋桨方案。本发明构思可以应用于单螺杆或多螺杆推进单元。

Claims (15)

1.一种辅助船体单元(101)，所述辅助船体单元(101)被可拆卸地安装到船舶(100)上的艉板(102)，其中，所述船体单元(101)至少部分安装在所述船舶的吃水线下方并被布置成平行于与所述船体单元(101)相邻的船体区段(103)的向后延伸部向后延伸，其特征在于，所述船体单元(101)包括用于所述船舶的后水翼系统；所述后水翼系统包括至少一对可折叠水翼(110、120)，所述至少一对可折叠水翼(110、120)能够相对于所述船体单元(101)在横向方向上枢转，其中，每个水翼(110、120)能够由至少一个致动器(131、132)控制，以使所述至少一对可折叠水翼(110、120)沿所述船体单元(101)的横向方向在收起位置与展开位置之间移位。
2.根据权利要求1所述的辅助船体单元，其特征在于：
每个可折叠水翼(110、120)包括第一部分(111、121)，所述第一部分(111、121)包括第一端(113、123)，所述第一端相对于所述船体单元(101)铰接安装在所述船体单元的相反两侧；
每个可折叠水翼(110、120)包括第二部分(112、122)，所述第二部分(112、122)包括自由第二端(115、125)，所述第二部分(112、122)从相应的第一部分(111、121)朝向所述船体单元(101)的相反的另一侧延伸并与所述第一部分成钝角；
其中，在所述收起位置，所述可折叠水翼(110、120)至少与所述船体单元(101)齐平。
3.根据权利要求2所述的辅助船体单元，其特征在于：
当所述水翼(110、120)处于所述收起位置时，每个水翼(110、120)的所述第一部分(111、121)沿所述第一部分的整个长度邻近所述船体单元(101)延伸；并且
当所述水翼(110、120)处于所述收起位置时，每个水翼(110、120)的所述第二部分(112、122)被布置成延伸到所述船体单元(101)中的横向腔体(105)中。
4.根据权利要求3所述的辅助船体单元，其特征在于，当所述水翼处于所述收起位置时，每个水翼(110、120)的所述第二部分(112、122)被布置成向内并向上延伸到所述船体单元(101)中的所述横向腔体(105)内。
5.根据权利要求3或4所述的辅助船体单元，其特征在于，当所述水翼处于所述收起位置时，每个第二部分(112、122)的所述自由第二端(115、125)被布置成最多延伸到经过所述船体单元(101)的纵向轴线(X)的竖直平面。
6.根据权利要求1或2所述的辅助船体单元，其特征在于：
当所述水翼处于所述收起位置时，每个第一部分(111)邻近所述船体单元(101)最多延伸到所述船体单元(101)的中心纵向轴线(X)；并且
每个水翼的所述第二端邻近所述船体单元(101)延伸超过所述船体单元(101)的中心纵向轴线(X)。
7.根据权利要求6所述的辅助船体单元，其特征在于，每一对水翼(110、120)的所述第二端被布置成延伸超过所述船体单元(101)的所述中心纵向轴线(X)预定距离。
8.根据权利要求6或7所述的辅助船体单元，其特征在于，当所述水翼处于所述收起位置时，每一对水翼(110、120)的所述第二端被布置成重叠。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的辅助船体单元，其特征在于，重叠的所述水翼(110、120)被布置成当朝向所述展开位置移动时顺序地移位。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的辅助船体单元，其特征在于，每个可折叠水翼(110、120)的所述第一端包括铰链(117、127)，所述铰链(117、127)具有在所述船体单元(101)的纵向轴线上延伸的平行枢转轴线。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的辅助船体单元，其特征在于，每个水翼(109、110)连接到至少一个致动器(118、128)，所述至少一个致动器(118、128)被布置在所述船体单元(101)内并被布置成使所述水翼在所述水翼的收起位置与展开位置之间移位。
12.根据权利要求11所述的辅助船体单元，其特征在于，所述至少一个致动器(118、128)被布置成由所述船体单元(101)内的动力源(145)操作。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的辅助船体单元，其特征在于，所述船体单元(101)包括吊舱推进单元(130)，所述吊舱推进单元(130)被布置成能够在收起位置与展开位置之间竖直地位移。
14.根据权利要求13所述的辅助船体单元，其特征在于，所述船体单元(101)包括连接到所述吊舱推进单元(130)的动力存储器(145)。
15.船舶，其特征在于，所述船舶(100)设置有根据权利要求1所述的包括水翼系统的辅助船体单元(101)。
CN201980102855.6A 2019-12-10 2019-12-10 具有水翼系统的船体单元和船舶 Pending CN114787027A (zh)

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