專利名稱：一種水面交通運輸工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種水面交通運輸工具，用于水路運輸的技術領域。
背景技術：
目前用于水路運輸的交通工具，即各種船艇有:一般排水型船艇，其穩定性較好，能滿足大、中、小型噸位的需求，但是吃水較深，水阻カ大，噸位越大，吃水越深，于是導致能耗大，難以提高其船速。水翼艇，因吃水淺而減小了水的阻力，航速提高，但機動性、適航性、操縱性較差。難以在水流湍急,淺水的河道中航行,難以在大風大浪中平穩航行。氣墊船，因其擺脫了水的阻力，提高了船速，但需要大功率來生成氣墊，能耗大，用于客、貨運輸不經濟。另外，氣墊船抗風浪性能差，特別是，在側風襲擊下其優勢消失。一般滑行艇，其滑行時吃 水較淺，提高了船速。但是為了改善自身的航向、橫向穩定和操縱性能而采用V型橫剖面船底，導致浸濕面増大而增大了摩擦阻力；并且艏部升力大而艉部升力偏小，造成艇首處水面涌高增大而加大阻力，對波浪響應敏感，抗風浪性能差。上述各類船艇，除排水型船艇外，噸位的局限性較大是其又ー個共同弱點。另外，現有技術中一般的水面交通運輸工具因為其結構形式的原因而在航速上存在限制，當航速大于50節時會產生穩定性變差的現象，如果再加大推進功率，不但航速上不去，還會導致失去穩定性出現傾覆的危險。
發明內容
本發明提供的水面運輸交通工具，目的在于克服上述各類船艇存在的諸多缺陷和弱點，提供ー種能最大限度地擺脫水的大阻カ以提高其航速，同時又能充分運用自身運動所激起的水動浮力來負荷自重和載重，達到滿足各種噸位的需求，運用由水流波浪運動所耗散的無用能量轉化為水動推進力做有用功，從而大幅度提高航速和航向穩定，運用水動升力提高縱向、橫向穩定性。運用涌浪導流槽頂線的前低后高布局使轉彎時的水動離心力主要集中在艉部，從而相對船艇重心形成水動助回轉カ矩，造成水動升力，對船艇重心形成抗船體向心傾覆扶正カ矩。在這些カ和相應的扶正カ矩作用下迫使船艇以很小的回轉半徑平穩且迅速地轉彎而不會出現傾覆危險，也就是說，其操縱性、機動靈活性大幅地提高。在風浪中運行時激起足夠強大的水動反沖擊力、水動離心力、水動升カ和相應的水動カ矩，從而大幅度提高船艇的耐波性能和抗風浪性能。根據本發明的水面交通運輸工具，包括船底、船舷、甲板、涌浪導流槽和壓浪導流擋板，涌浪導流槽設置在垂向凹進船底的底面和甲板之間的空間中，涌浪導流槽從艏部一直延伸到艉部，橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后高；壓浪導流擋板的頂部橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后高。水面交通運輸工具可以為單體形式，壓浪導流擋板和涌浪導流槽的頂線曲線從艏部始點開始以0°向后延伸到第一點，從第一點開始以第一傾角延伸至第二點，從第二點開始以第二傾角延伸至第三點，從第三點開始以第三傾角延伸至第四點，從第四點開始以第四傾角向上向后延伸到第五點，其中第一傾角、第二傾角、第三傾角和第四傾角以大于0°小于5°的角度遞增；從第五點開始的第五傾角陡增8° -13°，而從第六點開始第六傾角開始從5°遞減，到第七傾角時減至1° -0°，第八點與艉部相交。水面交通運輸工具還可以為雙體形式，包括左側體和右側體，左側體和右側體用連接橋連接，壓浪導流擋板分別設置在左側體和右側體的內側船舷上，壓浪導流擋板在靠近船舯的拐點向前向下以第一傾斜角度延伸第一長度，向后向上以第九傾角延伸第二長度，再以第十傾角向后向上延伸第三長度相交于水線，其中第九傾角遠大于第一傾斜角度和第十傾角。優選地，壓浪導流擋板的寬度為在前端從零開始加寬到第一長度的四分之一長度處，之后寬度保持不變，向后延伸到終端。水面交通運輸工具還可以為三體形式，包括左側體、右側體和中體，左側體、右側體和中體用連接橋連接，中體的兩個船舷上以及左側體和右側體的內側船舷上分別設置壓浪導流擋板。優選地，左側體和右側體的壓浪導流擋板在靠近中點的拐點開始向前向下以第三傾斜角度延伸至壓浪導流擋板的起點，并在拐點開始向后向上以第十三傾角延伸至靠近壓浪導流擋板的三分之一長度點的位置，然后再以第十四傾角向上向后延伸至壓浪導流擋板的終點；第十三傾角遠大于第三傾斜角度和第十四傾角。中體的壓浪導流擋板在靠近中點的拐點開始向前向下以第二傾斜角度延伸至壓浪導流擋板的起點，并在拐點開始向后向上以第十一傾角延伸至靠近壓浪導流擋板的三分之一長度點的位置，然后再以第十二傾角向上向后延伸至壓浪導流擋板的終點；第十一傾角遠大于第二傾斜角度和第十二傾角。
下面結合附圖詳細描述本發明的水面運輸交通工具的實施例。圖1是本發明的單體水面運輸工具的側視圖。圖2是本發明的單體水面運輸工具的仰視圖。圖3是本發明的單體水面運輸工具的后視圖。圖4是單體水面運輸工具的壓浪導流擋板的頂線結構示意圖。圖5是本發明的雙體水面運輸工具的后視圖。圖6是本發明的雙體水面運輸工具的前視圖。圖7是本發明的雙體水面運輸工具的側視圖。圖8為壓浪導流擋板的側視圖。圖9是本發明的雙體水面運輸工具的仰視圖。圖10是本發明的三體水面運輸工具的前視圖。圖11是本發明的三體水面運輸工具的后視圖。圖12是本發明的三體水面運輸工具的仰視圖。圖13是兩個側體的壓浪導流擋板的側視圖。圖14是中體的壓浪導流擋板的側視圖。圖15是本發明三體水面運輸工具的側視圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。圖1-4顯示了本發明單體水面交通運輸工具的結構示意圖，圖1為側視圖，圖2為仰視圖，圖3為后視圖，圖4為涌浪導流槽和壓浪導流擋板的頂線結構示意圖。附圖標記I表示船底、2表示船舷、3表示甲板、4表示涌浪導流槽、5表示壓浪導流擋板、表示頂線傾角變化節點在船底基線上的投影、a「a 8表示各該段頂線對船底投影面的傾角。本發明的単體水面交通運輸工具，包括船底1、船舷2、甲板3、涌浪導流槽4和壓浪導流擋板5，其中船底I的橫剖面為淺V型或深V型或圓舭型，垂向凹進船底I的底面和甲板3之間的空間中設置涌浪導流槽4。涌浪導流槽4從艏部一直延伸到艉部，橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后高。涌浪導流槽4和壓浪導流擋板5的橫剖面為圓弧形，頂線是一條前低后高的曲線，該曲線從艏部始點％開始以a =0°向后延伸到第一點^，從第一點4開始以第一傾角a !延伸至第二點a2、從第二點a2開始以第二傾角a 2延伸至第三點a3、從第三點a3開始以第三傾角Ci3延伸至第四點a4、從第四點a4開始以第四傾角a 4向上向后延伸到a5點，其中Ci1-Ci4以大于0°小于5°的角度遞增。從第五點a5開始第五傾角a5陡增8° -13°，而從第六點a6開始第六傾角Ci6開始從5°遞減，到第七傾角Ci7時減至1° -0°。第八點a8與艉部相交。壓浪導流擋板5的頂部橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后高，在側向順著船舷彎曲到艏部與船舷相交，壓浪導流擋板5的尾端寬度假設為I。涌浪導流槽4的尾端寬度為21,向前遞減；涌浪導流槽4的尾端高度為h,向前遞減至第一點B1處時為h = O。當船艇前進時， 艏部附近的水面涌高因為水流部分進入涌浪導流槽4和壓浪導流擋板5而降低，同時兩個船舷2外側的水流也部分進入涌浪導流槽4和壓浪導流擋板5，從而降低了側邊的涌高，導致水阻カ減小。船底下面的水流受前進船底的推壓而從側面擠入涌浪導流槽4和壓浪導流擋板5，會合從前方涌入的水流并被導向艉部，順暢地流出船尾。因為涌浪導流槽4和壓浪導流擋板5頂部曲面前低后高的結構布局，使得進入槽或擋板的水流能夠對頂部曲面造成強大的法向壓カN，見圖4。該法向壓カN水平方向的分量與航行方向一致，即為水動推進力P，與另ー側槽或擋板上的P形成一對對稱平行于船艇縱向中軸線的水動推進力。從而對船艇中心構成強大的航向穩定扶正カ矩，確保船艇航向的穩定而不偏離預定目標。法向壓カN的垂直方向分量L，即為水動升力，它們對船艇重心形成縱向穩定扶正カ矩而克服縱搖拍擊，同時形成船體橫向穩定扶正カ矩而克服橫搖擺動。于是船艇前進時的航速和航向穩定，縱向穩定性以及橫向穩定性大幅度地提高。同時，航速越高水動推進力和水動升カ相應地越大，于是航向穩定性、縱向穩定性以及橫向穩定性也就相應地越大，直接導致船艇出現速度越快、穩定性和安全性也就越高的特殊優勢。如果在航速大于50節之后再加大推進功率,就能使航速突破速度障而達到大于60節、70節甚至更高的境界，而不會出現傾覆的危險，其原因就在于本發明的単體水面交通運輸工具有前述強大的水動カ和相應的水動カ矩的保障。正是基于本發明的水面交通運輸工具的浸濕面結構特征，在水動カ流場中出現了特有的水動推進カ、水動升カ和相應的水動力矩，從而在航速提聞時提聞了穩定性。
當船艇轉彎吋，因為涌浪導流槽4的縱剖面在艉部的垂向面積遠大于艏部的垂向面積，可參見附圖4中艉部從第五點a5、第六點a6、第七點a7到第八點a8與艏部的從第四點a4、第三點a3、第二點a2到第一點&1。從中可知，在艉部作用于垂向壁面上的離心壓カ遠大于艏部壁面上的離心壓力。于是對船艇重心構成水動回轉カ矩，其方向與舵造成的回轉カ矩的方向完全一致，助船回轉，因此稱為水動助回轉カ矩。此外，轉彎時的角速度只有ー個，但是各涌浪導流槽離回轉中心的距離不同，導致線速度差異。因此，各導流槽中出現的水動推進力不同，離中心遠的水動推進力大于離中心近的水動推進力，于是構成另ー組水動助回轉カ矩。同理，各槽中的水動升カ也是方向相同位置不同，數值各異，這就造成水動抗船體向心傾覆扶正カ矩。在這些カ和カ矩的同時作用下，迫使船艇自動保持約12°的船體橫向傾側，迅速平穩地完成轉彎，其回轉半徑很小，約為常規船艇的四分之一。而一般的常規船艇在轉彎時的水動カ流場中不可能出現水動助回轉カ矩和水動抗船體向心傾覆扶正カ矩，因此轉彎時必須降速，控制舵角，使船體橫向傾側小于12°時才允許做拐彎操作，否則船艇將出現向心傾覆。因此，常規船艇的轉彎慢，回轉半徑比本船艇大四倍。當船艇迎浪前進時,進入導流槽的水流速度是航速和風浪沖擊速度的疊加而增強，從而激起強大的水動反沖擊力，它們對船艇重心構成航向穩定扶正カ矩，保障船艇的航向穩定；與水動反沖擊カー起出現的水動升カ構成縱向穩定，船艇橫向穩定扶正力矩能夠抵抗船舶顛簸失速、橫擺擺動、縱搖拍擊，迫使船艇乘風破浪、高速平穩前迸。而一般的船艇，迎浪前進時不可能出現水動反沖擊カ和相應的水動升カ以及相應的扶正カ矩，因此在迎浪的沖擊下，出現顛簸失速、縱搖拍擊、橫搖搖動、航速大減而且很不穩定、安全。當船艇在迎浪中轉彎時，本發明的船艇流場中出現水動反沖擊力、水動離心力造成的水動助回轉カ矩，相應于水動反沖擊カ出現的水動升力，構成足夠強大的水動抗船體向心傾覆扶正カ矩。它們的聯合作用迫使船艇能在風浪中平穩、高速、安全地完成轉彎而不會出現向心傾覆的危險。而一般的船艇不存在這些カ和カ矩，因此其在風浪中不容易轉彎、向心傾覆的危險更大、更不穩定、不安全。圖5-9顯示了雙體水面交通運輸工具的結構示意圖，圖5為后視圖，圖6為前視圖，圖7為側視圖，圖8為壓浪導流擋板的側視圖，圖9為雙體船的仰視圖。附圖標記6和7分別表示組成雙體船的左側體和右側體、8表示連接橋、9表示兩個側體的內側船舷、10表示船底、11表示壓浪導流擋板。其中，J為壓浪導流擋板的拐點，Q1為從J點開始壓浪導流擋板向下向前的傾角，a9為從J點開始擋板向后向上的傾角，Ciltl為從Id1點開始擋板向后向上的傾角，b為壓浪導流擋板的起始點，ei為壓浪導流擋板的橫向寬度。如圖7-8中所示，頂線bj對水平面的傾角為0 i，頂線Jb1對水平面的傾角為a Mhb2對水平面的傾角為 a 10，a 9 >> 0 17 a 9 >> a 10。如圖5-6所示，船體包括左側體6和右側體7，連接橋8將左側體6和右側體7連接在一起，側體包括船舷9和船底10。在左側體6和右側體7的內側船舷分別設置壓浪導流擋板11。壓浪導流擋板11在靠近船舯的J點向前向下以傾角0 I延伸長度為A8,向后向上以傾角a 9延伸長度為A9，再以傾角Ciltl向后向上延伸長度為Altl相交于水線，其中a9>> B1, a9>> a10O壓浪導流擋板的寬度為在前端從零開始加寬到A8的四分之ー長度處，寬度為A，之后不再加寬，向后延伸到終端，寬度A不變。壓浪導流擋板的頂部橫剖面為圓弧形，其頂線與船舷的輪廓線平行。當雙體船前進時，在壓浪導流擋板頂部曲面上會產生足夠強大的法向壓カN，其水平方向的分量與航行方向一致，即水動推進カP。P = PfP2，其中
權利要求
1.ー種水面交通運輸工具，包括船底(I)、船舷(2)、甲板(3)、涌浪導流槽(4)和壓浪導流擋板(5)，其特征在于，所述涌浪導流槽(4)設置在垂向凹進所述船底(I)的底面和所述甲板(3)之間的空間中，所述涌浪導流槽(4)從艏部一直延伸到艉部，橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后高；所述壓浪導流擋板(5)的頂部橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后尚。
2.根據權利要求1所述的水面交通運輸工具，其特征在于，所述水面交通運輸工具為単體形式，所述壓浪導流擋板(5)和所述涌浪導流槽(4)的頂線曲線從艏部始點( )開始以0°向后延伸到第一點(al)，從所述第一點(&1)開始以第一傾角(Ci1)延伸至第二點(a2)，從第二點(a2)開始以第二傾角(Ci2)延伸至第三點(a3)，從第三點(a3)開始以第三傾角(a3)延伸至第四點(a4)，從第四點(a4)開始以第四傾角(a 4)向上向后延伸到第五點(a5)，其中所述第一傾角、第二傾角、第三傾角和第四傾角以大于0°小于5°的角度遞增；從所述第五點(a5)開始的第五傾角(Ci5)陡增8° -13°，而從第六點(a6)開始第六傾角(a6)開始從5°遞減，到第七傾角(Ci7)時減至1° -0°，第八點(a8)與艉部相交。
3.根據權利要求1所述的水面交通運輸工具，其特征在于，所述水面交通運輸工具為雙體形式，包括左側體(6)和右側體(7)，所述左側體(6)和右側體(7)用連接橋連接，壓浪導流擋板(11)分別設置在所述左側體(6)和所述右側體(7)的內側船舷上，所述壓浪導流擋板(11)在靠近船舯的拐點(J)向前向下以第一傾斜角度(G1)延伸第一長度，向后向上以第九傾角(a9)延伸第二長度，再以第十傾角(Ciltl)向后向上延伸第三長度相交于水線，其中所述第九傾角(a 9)遠大于所述第一傾斜角度(9:)和所述第十傾角(a 1Q)。
4.根據權利要求3所述的水面交通運輸工具，其特征在于，所述壓浪導流擋板(11)的寬度為在前端從零開始加寬到所述第一長度的四分之一長度處，之后寬度(ei)保持不變，向后延伸到終端。
5.根據權利要求1所述的水面交通運輸工具，其特征在于，所述水面交通運輸工具為三體形式，包括左側體(13)、右側體(14)和中體(12)，所述左側體(13)、所述右側體(14)和所述中體(12)用連接 橋連接，所述中體(12)的兩個船舷上以及所述左側體(13)和所述右側體(14)的內側船舷上分別設置壓浪導流擋板。
6.根據權利要求5所述的水面交通運輸工具，其特征在于，所述左側體(13)和所述右側體(14)的壓浪導流擋板在靠近中點的拐點(R)開始向前向下以第三傾斜角度(03)延伸至所述壓浪導流擋板的起點，并在拐點(R)開始向后向上以第十三傾角(a13)延伸至靠近所述壓浪導流擋板的三分之一長度點的位置(b4)，然后再以第十四傾角(Ci14)向上向后延伸至所述壓浪導流擋板的終點(b5);所述第十三傾角(Ci13)遠大于所述第三傾斜角度(O3)和所述第十四傾角(《14)。
7.根據權利要求5所述的水面交通運輸工具，其特征在于，所述中體(12)的壓浪導流擋板在靠近中點的拐點(Q)開始向前向下以第二傾斜角度(Q2)延伸至所述壓浪導流擋板的起點，并在拐點(Q)開始向后向上以第十一傾角(an)延伸至靠近所述壓浪導流擋板的三分之一長度點的位置(b7)，然后再以第十二傾角(CI12)向上向后延伸至所述壓浪導流擋板的終點(b8);所述第十一傾角(Ci11)遠大于所述第二傾斜角度(02)和所述第十二傾角(a 12)。
全文摘要
本發明涉及一種水面交通運輸工具，包括船底(1)、船舷(2)、甲板(3)、涌浪導流槽(4)和壓浪導流擋板(5)，涌浪導流槽設置在垂向凹進所述船底的底面和甲板之間的空間中，從艏部一直延伸到艉部，橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后高，壓浪導流擋板的頂部橫剖面為圓弧形，縱剖面的頂線前低后高。水面交通運輸工具可以設置為單體、雙體和三體的形式。根據本發明的水面交通運輸工具，具有良好的水動力學性能，能夠最大限度地擺脫水的大阻力以提高其航速和航向穩定，并且能使船艇以很小的回轉半徑平穩且迅速地轉彎而不會出現傾覆危險，使其操縱性、機動靈活性和耐波性大幅地提高。
文檔編號B63B3/00GK103121495SQ20131005431
公開日2013年5月29日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者陳振誠 申請人:陳振誠