CN220262981U - 单体式机动船的稳定船体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单体式机动船的稳定船体，其是使用在水垫上的冲浪滑行装置，具有深度浸没排水量轴承叶片。其中稳定船体的总宽度小于等于其长度的50％，在其整个长度上的底表面具有从船首到船尾的方向上的下降形状。其中，底表面的艏端升高到离吃水线的距离，对应于稳定船体的宽度的至少25％，且在底表面的艏端下方设有高穿波杆。其中，在稳定船体长度的至少前三分之一处，底表面具有下降形状，平滑地流入稳定船体的船尾部分的底表面中，并且在零速度下相对于吃水线具有至少5度的下降角。其中，在稳定船体长度的至少后三分之一处。借此，本实用新型的单体式机动船的稳定船体，其结构简单合理，速度高，船体稳定，阻力低，且节省燃料。

Description

单体式机动船的稳定船体

技术领域

本实用新型是关于造船技术领域，特别是关于一种可以在水垫模式下冲浪中移动的单体式机动船的稳定船体。

背景技术

以下为现有技术文献，具体公开号为：AT406143、DE4125187、RU2615031C2、RU2623348C1和US5582123A。

现有的滑行式单体船速度慢、船体不稳定，阻力高，且燃料消耗高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单体式机动船的稳定船体，其结构简单合理，速度高，船体稳定，阻力低，且节省燃料。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种单体式机动船的稳定船体，其是使用在水垫上的冲浪滑行装置，具有深度浸没排水量轴承叶片，其特征在于，所述稳定船体的宽度小于等于长度的50％，且所述稳定船体的长度在其下部：

在其整个长度上的底表面具有从船首到船尾的方向上的下降形状；

其中，所述底表面的艏端升高到离吃水线的距离，对应于所述稳定船体的宽度的至少25％，且在所述底表面的艏端下方设有高穿波杆；

其中，在所述稳定船体长度的至少前三分之一处，所述底表面具有下降形状，平滑地流入所述稳定船体的船尾部分的底表面中，并且在零速度下相对于所述吃水线具有至少5度的下降角；

其中，在所述稳定船体长度的至少后三分之一处，所述底表面包括浸没部分，所述浸没部分是平坦的并且限定了矩形区域，且所述矩形区域成为在所述稳定船体的运行过程中在所述水垫上滑行并且承载高达所述稳定船体的满载重量的70％的冲浪表面；

其中，所述稳定船体被制成具有位于其底表面下方的纵向定位的，相对于所述稳定船体的中心线对称的并且与其长度相称的，竖直定向的深度浸没排水量轴承叶片，所述深度浸没排水量轴承叶片具有窄的形状并且具有低的波浪/流体动力阻力；

其中，所述深度浸没排水量轴承叶片的长度与宽度的比是至少20倍，所述深度浸没排水量轴承叶片的排水量对应于所述稳定船体的满载重量的30％至50％，并且高度大于等于所述稳定船体的最大宽度的20％，从而确保了所述深度浸没排水量轴承叶片的底边缘相对于所述吃水线的深度浸没；

其中，所述深度浸没排水量轴承叶片由穿波浪线、高穿波杆制成，其通过其高度到达所述稳定船体的底表面的艏端，具有尖锐的后线和前线，以及在中间的平滑线；

其中，所述深度浸没排水量轴承叶片在其整个长度上在其截面中具有三角形形状，在其底部处具有锐角，并且所述深度浸没排水量轴承叶片的最大宽度位于其长度的40％至60％内，从而确定了所述深度浸没排水量轴承叶片在其长度的40％至60％内的排水量中心，在其上三分之一处。

在一个或多个实施方式中，在所述稳定船体长度的至少30％或以上，从船尾算起，在所述稳定船体的最大宽度处，有垂直定向和对称的船的中心线，薄纵向板限制了水流量，浸没在吃水线以下的距离对应于至少2.5％的船体的宽度。

与现有技术相比，根据本实用新型的单体式机动船的稳定船体，其结构简单合理，速度高，船体稳定，阻力低，且节省燃料。

附图说明

图1.1是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的前部立体结构示意图。

图1.2是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的尾部立体结构示意图。

图1.3是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的主视结构示意图。

图1.4是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的后视结构示意图。

图1.5是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的轴承叶片的结构示意图。

图1.6是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的右视结构示意图。

图1.7是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的底部结构示意图。

图2.1是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体在水垫上的结构示意图。

图2.2是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的右视旋转示意图。

图3.1是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的右视零速度纵向平衡示意图。

图3.2是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的右视水垫上的纵向平衡示意图。

图3.3是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的右视横波交叉示意图。

图3.4是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的后视没有波浪移动示意图。

图3.5是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的后视当波浪从左边移动时的示意图。

图4是根据本实用新型一实施方式的单体式机动船的稳定船体的底部示意图。

主要附图标记说明：

1-稳定船体，2-底表面，3-轴承叶片，4-高穿波杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1.1至图1.7示出了船体的各种空间视图。

底表面2在从船首到船尾的方向上具有下降形状。作为来自排水量轴承叶片3的支撑的结果，底表面2的艏端被升高到船的吃水线之上，升高到“SE”的高度水平，构成不小于船体“HW”的最大宽度的25％。在弓形凸起的底表面下方，具有延伸到轴承叶片3的上部中的高穿波杆4。船体的船尾部分中的底表面2基本上是平的。

轴承叶片3具有其高度“BH”(不包括杆)，“BH”不小于船体的宽度“HW”的20％，而叶片长度“BL”与最大叶片宽度“BW”的比不小于20倍。叶片的最大宽度在轴承叶片的长度的中间(长度的40％-60％的变化是可能的)。轴承叶片沿其整个长度的截面具有三角形形状，最锐角位于底部。因此，叶片排水量中心在其长度的中间，在上三分之一处。轴承叶片移动船的满载重量的30％-50％的等效重量，即，船体的底表面承载船舶重量的50％-70％。减小每单位面积冲浪表面的船的重量有助于在水垫内部产生和维持层流连续水流量。

在船体长度的前40％处(优选地在至少前三分之一处)，底表面的下降相对于吃水线在零速度“Ang1”下形成不小于5度的角度，因此形成冲击水流量的挤压表面；并且在船体长度“Ang2”的后部60％中不超过5度(在优选实施例中小于5度或完全平坦)，其中在船体长度的后部至少三分之一(在优选实施例中后部60％)中，底表面在其横截面中具有几乎平坦的形状，因此形成船体的冲浪表面。

在其运动中，轴承叶片3将进水流量分离成流向左水垫的水流量和流向右水垫的水流量，这两种水流量都被引导到船体底表面的下方。

图2.1至图2.2.解释水垫的创建。进入船体上的水流量被轴承叶片分开，被底表面的前部挤压，并在冲浪表面下冲入左、右水垫中。同时，水流量的持续压缩迫使其过量部分重新分布在水垫的整个区域下方，而轴承叶片防止水垫(水浪)之间的水流量。

在进水流量的足够速度下，冲浪表面下方的水流量的压缩导致在冲浪表面下方流动的左侧和右侧水垫中分别形成两个层流连续流；随着速度的进一步增加，这些水流量在不损失其层流性和连续性的情况下从船尾下方脱离并消散。其中冲浪表面在水垫上“膨胀”，这导致对船体移动的流体动力阻力的急剧下降，船快速加速；发动机进入低负载，高rpm运行模式；船尾波消失。

轴承叶片的排水量中心位于其上部三分之一处，在船体长度的中间。当冲浪表面在水垫上“膨胀”时，轴承叶片的排水量中心通过纵倾1度-2度变成船体的旋转点。其中，水垫的推力“CT”相对于旋转中心的推力臂“CTA”构成船体长度的大约25％，其中，水垫上的“膨胀”和船体的旋转以适度控制的模式以14节-15节的中等速度发生，并且水垫上的进一步滑动在纵向方向上平衡。当在水垫上滑行时，该轴承叶片防止在横向方向上滑动，并且该船体以高速向前倾斜，其中该轴承叶片的前半部分的排水量的推力“BT”防止了旋转角度的增大，并且提供了该冲浪表面的稳定攻角。船体处于稳定、可持续的海浪冲浪状态。

图3.1-图3.5说明所述船体的稳定化。在没有运动的状态下(图3.1)，纵向平衡由轴承叶片的排水量力“BD”(显示为分布的)和浸没的冲浪表面的排水量力“SD”(显示在其排水量中心)提供。这确保了底表面的所需上升距离“SE”，船首和船尾部分中的底表面相对于吃水线的所需下降角度，冲浪表面的所需浸没。所要求保护的船体的海上试验的结果已经证明，通过轴承叶片的纵向平衡是成功实现海浪冲浪模式的最重要的条件之一。

在水垫上滑行的模式中(图3.2)，通过水垫的推力“CT”和叶片的前部的推力“BT”的组合提供纵向稳定性，其中它们之间的距离大约是船体长度的50％，形成大的稳定力矩，即，与滑航式船体不同，所要求保护的船体具有两个纵向宽地分开的支撑点，其中该冲浪表面在其尺寸上也是不可比滑航式船体的滑航式“底面”更大的。随着速度的增加，纵向稳定的效果增加，其中在高速时，水垫的填充增加，并且进入波对轴承叶片的影响较小。

在横波的交叉中(图3.3)，波浪被穿波杆切割并沿船的船体通过，其中波浪被底表面挤压到左和右水垫中；因此，不存在波浪对船体前缘的冲击；波浪在水垫中产生额外的过量水流量，其不影响船体的移动和侧倾/纵倾的稳定性。

在没有波浪行驶的情况下(图3.4)，水垫被完全填充，船体由动态水流量“SR”和“SL”从下方恒定地支撑，并且在没有“挤压”水垫的情况下，船体不能向左或向右侧倾，这实际上是不可能的。轴承叶片在其两侧推力“SB”处于水下深处的情况下防止船体侧倾。

在冲浪滑行的高速下，当波浪撞击左侧时(图3.5)，船体的左侧上升，左侧水垫的流动变得更薄，且其在左侧水垫中的过量减小且向左侧冲浪表面提供较小推力“SL”；同时，相反地，右水垫的流动变厚并且对冲浪表面“SR”的右半部分产生更大的推力；其中被所述轴承叶片分流的水流量不能从所述右水垫向所述左水垫移动；因此，右水垫中的过量水流量和推力正好在船体上方；轴承叶片防止船体向右滑动，而这种滑动在类似情况下对于滑航式船体是不可避免的。在实际测试过程中，所要求保护的船体证明了侧波浪不能迫使具有轴承叶片的冲浪稳定船体侧倾。当试图产生侧倾时，左侧的波浪遇到阻力，该阻力包括水垫上的整个右冲浪表面的流体动力推力和整个深度浸没轴承叶片抵抗动态水流量的流体动力推力的总和；其中，与来自左侧的波浪的质量相比，推动抵靠该右冲浪表面和抵靠该轴承叶片的该动态水流量的总质量是巨大的；在这种情况下，船体不侧倾。

在海浪条件下稳定并在水垫上滑行的排水量船的可控船体为高速海船的建造开辟了广阔的前景。首先，这是在20节或更大的巡航速度下，与滑航式船体相比，在移动的稳定性方面的基本改进，以及在开放海域中不存在侧倾/纵倾和偏航，运载货物容量和燃料经济性方面的增加，因为冲浪船体的推进单元的能量不会浪费在滑航式波浪的产生和“推上”它。冲浪船体的移动速度仅受其底表面与水垫的动态流动的摩擦限制，且此摩擦可通过使用(例如)新一代滑动涂层而进一步减小。冲浪船体具有简单的结构元件。

所要求保护的稳定船体可由例如玻璃纤维、其它复合材料、木材、金属、聚乙烯及其组合和/或造船中可接受的其它材料制成。

如图4所示，在船体长度的至少后三分之一处，底表面结合有浸没部分，其是平坦的并且限定了矩形区域，该矩形区域成为“冲浪表面”，该冲浪表面在船的运行期间在水垫上滑行，并且承载高达70％的船的满载重量。中间延伸形状以特定的攻角定位，因此逐渐地挤压进水流量而不将其推向侧面，同时保持其连续性和层流性。前部的“尖锐入口”叶片形状分开进水流量而不产生湍流，同时保持其连续性和层流性。在船体长度的前三分之一处，底表面具有下降形状，平滑地流入船体的船尾部分的底表面中，并且在零速度下相对于吃水线具有至少5度的下降角。

在优选实施例中，与船尾相邻的后三分之一是方形且平坦的，以形成“冲浪表面”，该冲浪表面在冲浪速度下导致推动冲浪表面，使得由于进入层流连续水流，所述表面承载船的重量的70％以实现无排水量高速冲浪移动模式。在另一实施例中，方形冲浪表面和中间延伸形状的组合承载船重量的70％。

所要求保护的解决方案根据申请人从技术水平上是未知的，该解决方案在高速单体式机动海船的设计中提供了一种改进的船体，该船体在水垫上冲浪，具有深淹没的轴承叶片，该解决方案允许使用冲浪滑行模式的已知优点，即“重型排水型船体在高速下的移动，没有滑航模式，具有低流体动力阻力，没有由船体形成船尾波；无侧倾和纵倾，与周围波浪无关；对于几乎任何尺寸和重量以及低功耗的船体”，其中，深度浸没轴承叶片的使用使得能够在海浪条件下稳定冲浪船体，这对于冲浪船体在海船建造中的实际应用是有利的。

其中一种单体式机动船的稳定船体，其使用在水垫上的冲浪滑行装置，具有深度浸没排水量轴承叶片，船体的总宽度不大于其长度的50％，其在其下部：

具有在其整个长度上，其底表面在从船首到船尾的方向上下降形状；

其中，所述底表面的艏端升高到离所述吃水线的距离，对应于所述船体的宽度的至少25％；在该底表面的艏端下方有高穿波杆；

其中，在船体长度的至少前三分之一处，底表面具有下降形状，平滑地流入船体的船尾部分的底表面中，并且在零速度下相对于吃水线具有至少5度的下降角；

其中，在船体长度的至少后三分之一处，底表面结合了浸没部分，浸没部分是平坦的并且限定了矩形区域，矩形区域成为在所述船的运行过程中在水垫上滑行并且承载高达船的满载重量的70％的“冲浪表面”；

其中，船体被制成具有位于其底表面下方的纵向定位的，相对于船的中心线对称的并且与其长度相称的，竖直定向的，深度浸没排水量轴承叶片，叶片具有窄的形状并且具有低的波浪/流体动力阻力；

其中，轴承叶片的长度与宽度的比是至少20倍，轴承叶片的排水量对应于船的满载重量的30-50％，并且高度(不包括杆)不小于船体的最大宽度的20％，其中确保了轴承叶片的底边缘相对于吃水线的深度浸没；

其中，轴承叶片由穿波浪线、高穿波杆制成，其通过其高度到达船体的底表面的艏端，具有尖锐的后线和前线，以及在中间的平滑线；

其中，轴承叶片在其整个长度上在其截面中具有三角形形状，在其底部处具有最锐角；并且轴承叶片的最大宽度位于其长度的40-60％内，这确定了轴承叶片在其长度的40-60％内的排水量中心，在其上三分之一处。

从船尾算起，在船体的最大宽度处，船体在其长度的至少30％或以上可包括垂直定向且对称于船的中心线的薄纵向板，薄纵向板限制水流量，且其浸没在吃水线以下到对应于船体的宽度的至少2.5％的距离。

在某些实施例中，所要求保护的轴承叶片的形状对于实现重型船体的海浪冲浪的结果是非常特定的，其中最重要的因素是：

1、轴承叶片的极窄，尖锐的流线型形状，具有至少20倍的长度/宽度比，其中进水流量沿着其围绕轴承叶片的流动的整个路径保持其层流性和连续性，这允许水垫的成功填充，并且还确保船尾推进单元在正常模式下的操作；轴承叶片对船速的影响最小，流体动力阻力小；轴承叶片的前缘为窄的穿波杆，其中波浪被轴承叶片切割，其能量在填满水垫的过程中耗散，而不会撞击船体；

2、轴承叶片在横截面中具有三角形形状，其排水量中心在其上三分之一处，并且在其纵向中间处，其中在加速和达到高速冲浪模式的过程中，利用相对于旋转中心的水垫推力的转矩的所需推力臂，轴承叶片的排水量中心位于船体的“纵倾”旋转中心；船体的排水量中心位于高处，大致在船体的底表面的水平处，允许船体在侧倾和纵倾期间的自稳定；

3、该轴承叶片的底边缘相对于该吃水线的较大浸没，船体的宽度的至少20％，其中提供船体从水垫横向滑移的不可能性，以及船体在运动时的侧倾和偏航的不可能性；确保了左右水垫的水流量的分离，这在确保船体的横向稳定性方面是基本的，其中横向稳定性是由深度浸没叶片和背浪冲浪表面对动态水流量的推力提供的；

4、轴承叶片的排水量在满载船的重量的30-50％的范围内，其中施加到冲浪表面的船的重量不超过船的重量的70％，这有助于获得冲浪模式，并且还确保保持稳定的冲浪模式；轴承叶片通过其排水量的推力提供纵向平衡和船体相对于吃水线的所需位置，在吃水线上形成确保通过波浪的高穿波杆，将底表面的艏端置于波浪扰动水平之上的可能性；通过其排水量的推力，其提供了将[水]流量挤压到水垫中所需的底表面的必要下降角；以及冲浪表面的工作攻角，以及在水垫上滑行时冲浪表面的必要浸没，这确保了稳定的冲浪而不破坏穿过船体底表面下方的空气；通过其在前部中的排水量的推力(其平衡水垫的推力)，当在水垫上滑行时，其通过产生冲浪船体的纵向支撑的两个广泛分离的点而提供船体的纵向稳定，因此确保不存在纵倾。

这允许实现改进的技术结果，包括：

在海浪条件下，高速单体式海船以冲浪滑行模式在水垫上以20节和以上的速度稳定受控地移动；

仅由于冲浪表面的摩擦而导致的对移动的极低阻力；其中，不像在滑航式船体中，该推进的能量仅花费在该向前移动上；

船的大运量，假设重量分布在平底表面的单位面积上；

水垫与入射波的变化无关，因为水垫由稳定的进水流量动态地馈送，并且其速度远高于任何周围波干扰之一；

确保横波的稳定运行，该横波被该轴承叶片自由切割，并且然后被该船体的底表面压入该左右水垫中；

确保由于深度浸没的叶片的侧面推力和船体的侧面部分抵靠水垫的推力而产生的穿过纵向波的稳定运行；

与滑航式船体相比，速度增加30％-50％或节省30％-50％的燃料，因为不需要推进能量来产生/推动滑航式波浪；

使用包括舷外马达的常规推进单元的设计和操作的简单性。

因此，与现有技术水平(滑航式单体船)相比，如果船体的宽度不大于其长度的50％，则所要求保护的单体式机动船的船体(其使用水垫上的冲浪，具有应用于高速单体式海船的深度浸没轴承叶片)确保：

由冲浪滑行的益处组成的新的流体动力特性“重排水量型船体在高速下的移动，没有滑航模式，具有低流体动力阻力，没有由船体形成的船尾波浪，没有侧倾和纵倾，与周围波浪无关，具有几乎任何尺寸和重量的船体，并且具有低功率消耗”；

船体移动的稳定性和横向和纵向海浪的稳定通过的基本改进，而没有侧倾、没有纵倾和没有偏航；

在相对于波浪的所有航向上抵消侧倾和纵倾的更有效的系统；

新属性“波浪移动的动态稳定”-速度越高，水垫填充越多，船越稳定；

没有船尾波和对移动的低阻力，这导致在船的相同尺寸和速度下节约30％-50％的燃料；

设计和操作的类似简单性；

可居住隔间的体积相似且操作良好。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (2)

1.一种单体式机动船的稳定船体，其是使用在水垫上的冲浪滑行装置，具有深度浸没排水量轴承叶片，其特征在于，所述稳定船体的宽度小于等于长度的50％，且所述稳定船体的长度在其下部：

在其整个长度上的底表面具有从船首到船尾的方向上的下降形状；

其中，所述底表面的艏端升高到离吃水线的距离，对应于所述稳定船体的宽度的至少25％，且在所述底表面的艏端下方设有高穿波杆；

其中，在所述稳定船体长度的至少前三分之一处，所述底表面具有下降形状，平滑地流入所述稳定船体的船尾部分的底表面中，并且在零速度下相对于所述吃水线具有至少5度的下降角；

其中，在所述稳定船体长度的至少后三分之一处，所述底表面包括浸没部分，所述浸没部分是平坦的并且限定了矩形区域，且所述矩形区域成为在所述稳定船体的运行过程中在所述水垫上滑行并且承载高达所述稳定船体的满载重量的70％的冲浪表面；

其中，所述稳定船体被制成具有位于其底表面下方的纵向定位的，相对于所述稳定船体的中心线对称的并且与其长度相称的，竖直定向的深度浸没排水量轴承叶片，所述深度浸没排水量轴承叶片具有窄的形状并且具有低的波浪/流体动力阻力；

其中，所述深度浸没排水量轴承叶片的长度与宽度的比是至少20倍，所述深度浸没排水量轴承叶片的排水量对应于所述稳定船体的满载重量的30％至50％，并且高度大于等于所述稳定船体的最大宽度的20％，从而确保了所述深度浸没排水量轴承叶片的底边缘相对于所述吃水线的深度浸没；

其中，所述深度浸没排水量轴承叶片由穿波浪线、高穿波杆制成，其通过其高度到达所述稳定船体的底表面的艏端，具有尖锐的后线和前线，以及在中间的平滑线；

其中，所述深度浸没排水量轴承叶片在其整个长度上在其截面中具有三角形形状，在其底部处具有锐角，并且所述深度浸没排水量轴承叶片的最大宽度位于其长度的40％至60％内，从而确定了所述深度浸没排水量轴承叶片在其长度的40％至60％内的排水量中心，在其上三分之一处。

2.如权利要求1所述的单体式机动船的稳定船体，其特征在于，在所述稳定船体长度的至少30％或以上，从船尾算起，在所述稳定船体的最大宽度处，有垂直定向和对称的船的中心线，薄纵向板限制了水流量，浸没在吃水线以下的距离对应于至少2.5％的船体的宽度。