TW201808724A - 使用變窄的凹狀通道的船舶 - Google Patents

Abstract

本發明是一種具有至少一船體的船舶，其藉由在設置有推進器(3)的該至少一船體的底側運用變窄的數個凹狀通道(1)而產生流體升力。如此使得推進器(3)拖曳水流經過該變窄的數個凹狀通道(1)。

Description

使用變窄的凹狀通道的船舶

本發明涉及一種具有至少一船體的船舶，其利用具有水推進器的變窄的數個凹狀通道。

達成更快的速度以及更佳的燃料效率是造船工程的一個目標。通常地，此目標可以藉由減少水中的流體拖曳力達成，並且，已知的最佳方式之一為減少船體的浸濕面，其暗示了流體升力的需要。

當船體往前穿越水體時，習知的滑航式船體提供相比於水平面略微向上的一傾斜表面而迫使水體向下行，因而產生流體升力。流體升力的觀念被證實僅對相對小型且具有較低排水量船體的船舶有效。當船體往前穿越水體時提供一傾斜表面具有二個力分量：第一力分量推動水體向下並導致一作用於船體的向上的反作用力；第二力分量推動水體向前而導致一「艏波」（bow wave），而較大型的的滑航船隻在不具有足夠的推進力時，是無法爬過艏波的。事實上，滑航所需的推進力隨著船體排水量增加而呈指數地增加。

大型的滑航船舶可以攜帶大型有效酬載以及具有相較於任何排水型船舶更快的速度，其具有優良的經濟效益。然而，為了要能夠進行滑航，習知的大型的滑航船舶需要達到高速以克服船體所產生的艏波。無奈的是，除非這些滑航船舶已經處於滑航的狀態，否則這些習知的滑航船舶無法達成所需的高速。此困境的解答一開始是水翼船。

雖然，對於大型船舶而言，水翼船曾經被用來產生流體升力而一度受到喜愛，然而，使用水翼船的缺點導致這些年來水翼船的使用減少。

本發明為用一新穎方法達成流體升力的船舶，其利用凹狀的數個水通道使大型船舶可以安全地、有效率地並且以一相對低速滑航，而且此船舶使用相對於習知滑航船舶較少的動力進行滑航。

相較於傳統的V型滑航船體，使用具有凹狀通道的船體的習知船舶，可以以滑航效率的形式提供特定的優點。其中，凹狀通道導引船體下的水體，使其排向船體的邊緣。然而，習知的具有凹狀通道的船體，在船體經過水體時仍會提供一傾斜表面以產生流體升力，因此仍會如同V型船體般產生艏波。

本發明以完全不同的方式產生流體升力，其不需要傾斜表面產生流體升力。本發明使用與水翼船提供流體升力相類似的原理但不具有水翼船使用時通常具有的缺點。

相較於習知船舶，本發明的一個重要優點是，先前技術需要處於滑航狀態的船體以達成相對高速進行滑航，然而卻會受其所產生的艏波阻礙；相比而言，本發明僅需要通道內的水流來產生所需的流體升力供船體滑航。

本發明是底側具有數個通道的船體，而藉由有策略地設置的水推進器使得動壓在船體底側產生而將船舶快速且有效地升高至滑航狀態。除了用以推進本發明的船舶以外，推進器也拖曳水體穿過朝向船尾逐漸變窄的數個通道，藉此在數個通道內產生流體壓力而不是如先前技術般將傾斜表面推向一水體。

本發明被預見是使大型船舶有效地達到滑航狀態並持續於滑航狀態安全操作的唯一商業可行方法，也是現階段以先前技術無法達成的技藝。

如圖1所示，通道隨著其通過所設計的縱向重心CG時而變窄。藉由增加在船體底側的通道內的動壓，通道的變窄造成了流體升力。於一較佳實施例中，凹狀通道朝船尾逐漸變窄，使得流體阻力被維持在最小值時亦可提供所需的流體升力。

對於多數熟習本技術領域通常技藝的通常知識者，利用使位於船體底側的水通道逐漸變窄來達成船體下的動壓似乎十分簡單。然而，大部分習知的呈V形的滑航型船體並未於船體下運用任何的水通道。此外，大部分習知的具有位於船體底側的水通道的船舶，其通道寬度係特定地維持於定值而藉由改變船頭至船尾的通道深度以提供習知的傾斜表面，而傾斜表面已知會導致艏波。再者，習知的具有凹狀水通道的船體並未聲明或揭示推進力對動壓在變窄的凹狀通道中的影響。因此，由於本發明使用了非屬此技術領域中具有通常知識者所熟知的原理與方法，實有其獨特之處。

變窄的通道的運作原理可以由白努利定律（Bernoulli principle）來解釋。假設對於整個通道而言流率是固定的，流體（如水）的速度在通道最窄處最高而在通道最寬處最低。根據白努利定律，由流體所施加的壓力在通道最寬處最高而於通道最窄處最低。藉由使通道的最寬處位於船舶的縱向重心（CG）或者位於縱向重心的前方以及伴隨使通道自此點朝船體的船尾變窄，可以產生正壓而有效地將船體升高至滑航狀態，而不用如傳統滑航式船體需要克服艏波。有可能在船體底側提供沿長度方向的寬通道且該寬通道僅在接近船尾處變窄，如此可以使動壓作用於幾乎全部長度的船體。然而，於較佳實施例中，此為不實際的，因為縱向的不穩定性會導致沒有足夠的水流流過通道的情況。就實際用途而言，縱向重心最好是介於數個通道的最窄點與最寬點之間。

本發明的較佳實施例使用變窄的雙凹狀通道1，位於船體的底側。各通道的水流中具有一入口1a、一出口1b以及一推進器3。這些通道1被以縱向地並排設置，使得船體左舷與船體右舷的流體升力可以分別被操控。因為左舷與右舷之間的流率差異會導致本發明的船舶轉向以及左右橫搖而轉向（亦即左右橫搖與偏航），本發明的此一特別設計也被期望可以使船舶在不使用舵的情況下達成良好的轉向。可以藉由鉸接板6a、6b、6c的使用更進一步控制各通道內的水流。鉸接板6c作用於跟舵相同的平面，但用於控制二通道1的流率差異。當鉸接板6c位於關閉位置時，其不會對二通道1的流率造成任何變化。

如圖2所示，通道1的高度由其入口1a至縱向重心（CG）稍前處的一點緩慢地減少。雖然此處的實施例亦具有傳統的滑航表面，但其並非主要的動力。此處的設計是為了在船體已經滑航時減少浸濕表面。因此，所示的傾斜角度相較於先前技術中所需的傾斜角度較不那麼傾斜。

一旦本發明處於滑航狀態時，驚濤駭浪中所有滑航船體之間的碰撞便成了問題。本發明於本質上即解決了這個問題。鉸接板6a、6b為常態開啟狀態而允許水體能夠通暢地流經通道1。然而，當船體離開水面時，鉸接板6a、6b關閉而凹狀通道1成了滯留空氣的通道。滯留空氣的凹狀通道1提供了空氣緩衝效應而減緩碰撞的影響。通道1中的凹狀形狀則使得滯留空氣進一步的壓縮而更加增進了緩衝效應。圖2繪示鉸接板6a、6b處於關閉狀態。鉸接板6b處於一角度，使得碎屑在鉸接板6b的關閉狀態下向下及向外偏斜，因而避免碎屑進入推進器3。

在圖1中，形成於通道1間的滑航板4在船舶於滑航狀態時支撐本發明的船舶。滑航板4兩側的變窄的通道1使得本發明的船舶可以快速進入滑航狀態。然而，當本發明的船舶開始滑航，由於大部分的通道1已經離開水體，凹狀通道1不再能夠提供相同的流體升力。此處是利用滑航板4動態地支撐本發明之船舶，使得船舶可以在滑航狀態處於高速。為了縱向的穩定性，重心（CG）的設計位於滑航板上4且相接於通道1最寬點的後端。滑航板4的側邊形成通道1的凹壁的一部分。

船頭2的穿浪艏桿用以穿過將到來的浪，使得艏桿迎向波前的一點。由於凹狀通道1提供了船舶所需的所有流體升力，因此船頭2的艏桿並不需要產生任何向上的力分量，因而船頭2的艏桿可以是垂直或傾斜的。於此較佳實施例中，船頭2的艏桿引水進入通道。

操控面7a、7b的功能在於控制本發明，的，特別是其前後縱搖與左右橫搖，且操控面7a、7b可以設置於水平面下或水平面上。操控面7a是基於空氣控制的操控面，其大於基於水控制的操控面7b。

凹狀通道1讓本發明的船體具有獨特的能力而可以相較於習知的船體有效地滑航，而操控面7a、7b與穿浪艏桿則確保船體可以在高波浪等級下以具有相同排水量的習知船體無法達到的速度安全並舒適地運行。

圖3繪示較佳實施例的前視圖，其中上層結構5較佳地為符合空氣動力學的。通道1的入口1a描繪了位於本發明較佳實施例的船體底側的通道1的凹狀截面。基於空氣控制的操控面7a與基於水控制的操控面7b的位置也同樣被繪示出。

推進器3可以是以噴水器、表面驅動螺旋槳、機槳一體推進器（podded propulsion）或是任何其他類型的水推進器。推進器3具有導引推力的手段，其中推進力的導引可以使用舵、鉸接板以及任何其他方法達成。

本發明對於如潛水艇的非滑航式船舶也可提供流體升力。

對於熟知相關技藝者，對本說明書所揭示的實施例進行各種改變，而不違背本發明之精神與範圍如所附之專利範圍，是顯而易見的。因此，本發明所包括所附專利範圍之概念所涵蓋之變化與改變以及同等之概念。

1‧‧‧通道
1a‧‧‧入口
1b‧‧‧出口
2‧‧‧船頭
3‧‧‧推進器
4‧‧‧滑航板
5‧‧‧上層結構
6a、6b、6c‧‧‧鉸接板
7a、7b‧‧‧操控面

為了使本發明更容易被理解，以下將提供一較佳實施例並伴隨附圖說明。當中： 圖1為本發明的仰視圖，其繪示變窄的通道、滑航板以及其相對於重心（CG）的位置關係。 圖2為通道1的側視圖，其繪示相較於重心（CG）略微傾斜的表面。 圖3為本發明的前視圖，其繪示通道呈凹狀。

Claims (10)

1. 一種船舶，包括： 至少一船體；以及 至少一凹部 位於該至少一船體之底側； 其中，該至少一凹部完全地位於靜浮水線下； 該船舶的重心（CG）縱向地位於該凹部的最寬側點或是介於該凹部的該最寬側點與同一凹部的最窄側點之間； 該凹部接近該船舶的船尾的任一點的側寬小於該凹部的該最寬側點。
2. 如請求項1所述的船舶，其中，對每一該至少一船體而言，最靠近各該船體的左舷的該凹部的縱邊與最靠近同一船體的右舷的該凹部的縱邊於深度上對稱。
3. 如請求項1或2所述的船舶，其中該至少一凹部具有至少一入口（1a），位於該凹部的前段，而使得水體可以水平地流入該凹部。
4. 如請求項1至3中任一項所述的船舶，其中該至少一凹部具有至少一出口（1b），位於該凹部的後段，而使得水體可以水平地自該至少一出口（1b）流出該凹部，並於該船體的底側形成至少一通道（1）供水自由流通。
5. 如請求項1至4中任一項所述的船舶，其中該至少一通道（1）的該至少一入口（1a）的橫截面的總寬度大於該至少一通道（1）的該至少一出口（1b）的橫截面的總寬度。
6. 如請求項1至5中任一項所述的船舶，其中該船舶設有至少一水力推進器（3），使得該至少一水力推進器（3）迫使水體經過該至少一通道（1）。
7. 如請求項1至6中任一項所述的船舶，其中該至少一通道（1）的至少一區域的橫截面形狀為凹狀。
8. 如請求項1至6中任一項所述的船舶，其中該至少一通道（1）的至少一區域深度改變。
9. 如請求項1至6中任一項所述的船舶，其中至少一可移動的控制面（7a、7b）附著於該至少一船體。
10. 如請求項1至6中任一項所述的船舶，其中至少一鉸接板（6a、6b、6c）位於該至少一通道（1）內。