专利名称：一种水面交通运输工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种水面交通运输工具，用于水路运输的技术领域。
背景技术：
目前用于水路运输的交通工具，即各种船艇有:一般排水型船艇，其稳定性较好，能满足大、中、小型吨位的需求，但是吃水较深，水阻カ大，吨位越大，吃水越深，于是导致能耗大，难以提高其船速。水翼艇，因吃水浅而减小了水的阻力，航速提高，但机动性、适航性、操纵性较差。难以在水流湍急,浅水的河道中航行,难以在大风大浪中平稳航行。气垫船，因其摆脱了水的阻力，提高了船速，但需要大功率来生成气垫，能耗大，用于客、货运输不经济。另外，气垫船抗风浪性能差，特别是，在侧风袭击下其优势消失。一般滑行艇，其滑行时吃 水较浅，提高了船速。但是为了改善自身的航向、横向稳定和操纵性能而采用V型横剖面船底，导致浸湿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，造成艇首处水面涌高增大而加大阻力，对波浪响应敏感，抗风浪性能差。上述各类船艇，除排水型船艇外，吨位的局限性较大是其又ー个共同弱点。另外，现有技术中一般的水面交通运输工具因为其结构形式的原因而在航速上存在限制，当航速大于50节时会产生稳定性变差的现象，如果再加大推进功率，不但航速上不去，还会导致失去稳定性出现倾覆的危险。
发明内容
本发明提供的水面运输交通工具，目的在于克服上述各类船艇存在的诸多缺陷和弱点，提供ー种能最大限度地摆脱水的大阻カ以提高其航速，同时又能充分运用自身运动所激起的水动浮力来负荷自重和载重，达到满足各种吨位的需求，运用由水流波浪运动所耗散的无用能量转化为水动推进力做有用功，从而大幅度提高航速和航向稳定，运用水动升力提高纵向、横向稳定性。运用涌浪导流槽顶线的前低后高布局使转弯时的水动离心力主要集中在艉部，从而相对船艇重心形成水动助回转カ矩，造成水动升力，对船艇重心形成抗船体向心倾覆扶正カ矩。在这些カ和相应的扶正カ矩作用下迫使船艇以很小的回转半径平稳且迅速地转弯而不会出现倾覆危险，也就是说，其操纵性、机动灵活性大幅地提高。在风浪中运行时激起足够强大的水动反冲击力、水动离心力、水动升カ和相应的水动カ矩，从而大幅度提高船艇的耐波性能和抗风浪性能。根据本发明的水面交通运输工具，包括船底、船舷、甲板、涌浪导流槽和压浪导流挡板，涌浪导流槽设置在垂向凹进船底的底面和甲板之间的空间中，涌浪导流槽从艏部一直延伸到艉部，横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后高；压浪导流挡板的顶部横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后高。水面交通运输工具可以为单体形式，压浪导流挡板和涌浪导流槽的顶线曲线从艏部始点开始以0°向后延伸到第一点，从第一点开始以第一倾角延伸至第二点，从第二点开始以第二倾角延伸至第三点，从第三点开始以第三倾角延伸至第四点，从第四点开始以第四倾角向上向后延伸到第五点，其中第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角以大于0°小于5°的角度递增；从第五点开始的第五倾角陡增8° -13°，而从第六点开始第六倾角开始从5°递减，到第七倾角时减至1° -0°，第八点与艉部相交。水面交通运输工具还可以为双体形式，包括左侧体和右侧体，左侧体和右侧体用连接桥连接，压浪导流挡板分别设置在左侧体和右侧体的内侧船舷上，压浪导流挡板在靠近船舯的拐点向前向下以第一倾斜角度延伸第一长度，向后向上以第九倾角延伸第二长度，再以第十倾角向后向上延伸第三长度相交于水线，其中第九倾角远大于第一倾斜角度和第十倾角。优选地，压浪导流挡板的宽度为在前端从零开始加宽到第一长度的四分之一长度处，之后宽度保持不变，向后延伸到終端。水面交通运输工具还可以为三体形式，包括左侧体、右侧体和中体，左侧体、右侧体和中体用连接桥连接，中体的两个船舷上以及左侧体和右侧体的内侧船舷上分別设置压浪导流挡板。优选地，左侧体和右侧体的压浪导流挡板在靠近中点的拐点开始向前向下以第三倾斜角度延伸至压浪导流挡板的起点，并在拐点开始向后向上以第十三倾角延伸至靠近压浪导流挡板的三分之一长度点的位置，然后再以第十四倾角向上向后延伸至压浪导流挡板的终点；第十三倾角远大于第三倾斜角度和第十四倾角。中体的压浪导流挡板在靠近中点的拐点开始向前向下以第二倾斜角度延伸至压浪导流挡板的起点，并在拐点开始向后向上以第十一倾角延伸至靠近压浪导流挡板的三分之一长度点的位置，然后再以第十二倾角向上向后延伸至压浪导流挡板的終点；第十一倾角远大于第二倾斜角度和第十二倾角。
下面结合附图详细描述本发明的水面运输交通工具的实施例。图1是本发明的单体水面运输工具的侧视图。图2是本发明的单体水面运输工具的仰视图。图3是本发明的单体水面运输工具的后视图。图4是单体水面运输工具的压浪导流挡板的顶线结构示意图。图5是本发明的双体水面运输工具的后视图。图6是本发明的双体水面运输工具的前视图。图7是本发明的双体水面运输工具的侧视图。图8为压浪导流挡板的侧视图。图9是本发明的双体水面运输工具的仰视图。图10是本发明的三体水面运输工具的前视图。图11是本发明的三体水面运输工具的后视图。图12是本发明的三体水面运输工具的仰视图。图13是两个侧体的压浪导流挡板的侧视图。图14是中体的压浪导流挡板的侧视图。图15是本发明三体水面运输工具的侧视图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意組合。图1-4显示了本发明单体水面交通运输工具的结构示意图，图1为侧视图，图2为仰视图，图3为后视图，图4为涌浪导流槽和压浪导流挡板的顶线结构示意图。附图标记I表示船底、2表示船舷、3表示甲板、4表示涌浪导流槽、5表示压浪导流挡板、表示顶线倾角变化节点在船底基线上的投影、a「a 8表示各该段顶线对船底投影面的倾角。本发明的単体水面交通运输工具，包括船底1、船舷2、甲板3、涌浪导流槽4和压浪导流挡板5，其中船底I的横剖面为浅V型或深V型或圆舭型，垂向凹进船底I的底面和甲板3之间的空间中设置涌浪导流槽4。涌浪导流槽4从艏部一直延伸到艉部，横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后高。涌浪导流槽4和压浪导流挡板5的横剖面为圆弧形，顶线是一条前低后高的曲线，该曲线从艏部始点％开始以a =0°向后延伸到第一点^，从第一点4开始以第一倾角a !延伸至第二点a2、从第二点a2开始以第二倾角a 2延伸至第三点a3、从第三点a3开始以第三倾角Ci3延伸至第四点a4、从第四点a4开始以第四倾角a 4向上向后延伸到a5点，其中Ci1-Ci4以大于0°小于5°的角度递增。从第五点a5开始第五倾角a5陡增8° -13°，而从第六点a6开始第六倾角Ci6开始从5°递减，到第七倾角Ci7时减至1° -0°。第八点a8与艉部相交。压浪导流挡板5的顶部横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后高，在侧向顺着船舷弯曲到艏部与船舷相交，压浪导流挡板5的尾端宽度假设为I。涌浪导流槽4的尾端宽度为21,向前递减；涌浪导流槽4的尾端高度为h,向前递减至第一点B1处时为h = O。当船艇前进时， 艏部附近的水面涌高因为水流部分进入涌浪导流槽4和压浪导流挡板5而降低，同时两个船舷2外侧的水流也部分进入涌浪导流槽4和压浪导流挡板5，从而降低了侧边的涌高，导致水阻カ减小。船底下面的水流受前进船底的推压而从侧面挤入涌浪导流槽4和压浪导流挡板5，会合从前方涌入的水流并被导向艉部，顺畅地流出船尾。因为涌浪导流槽4和压浪导流挡板5顶部曲面前低后高的结构布局，使得进入槽或挡板的水流能够对顶部曲面造成強大的法向压カN，见图4。该法向压カN水平方向的分量与航行方向一致，即为水动推进力P，与另ー侧槽或挡板上的P形成一对对称平行于船艇纵向中轴线的水动推进力。从而对船艇中心构成强大的航向稳定扶正カ矩，确保船艇航向的稳定而不偏离预定目标。法向压カN的垂直方向分量L，即为水动升力，它们对船艇重心形成纵向稳定扶正カ矩而克服纵摇拍击，同时形成船体横向稳定扶正カ矩而克服横摇摆动。于是船艇前进时的航速和航向稳定，纵向稳定性以及横向稳定性大幅度地提高。同时，航速越高水动推进力和水动升カ相应地越大，于是航向稳定性、纵向稳定性以及横向稳定性也就相应地越大，直接导致船艇出现速度越快、稳定性和安全性也就越高的特殊优势。如果在航速大于50节之后再加大推进功率,就能使航速突破速度障而达到大于60节、70节甚至更高的境界，而不会出现倾覆的危险，其原因就在于本发明的単体水面交通运输工具有前述強大的水动カ和相应的水动カ矩的保障。正是基于本发明的水面交通运输工具的浸湿面结构特征，在水动カ流场中出现了特有的水动推进カ、水动升カ和相应的水动力矩，从而在航速提闻时提闻了稳定性。
当船艇转弯吋，因为涌浪导流槽4的纵剖面在艉部的垂向面积远大于艏部的垂向面积，可參见附图4中艉部从第五点a5、第六点a6、第七点a7到第八点a8与艏部的从第四点a4、第三点a3、第二点a2到第一点&1。从中可知，在艉部作用于垂向壁面上的离心压カ远大于艏部壁面上的离心压力。于是对船艇重心构成水动回转カ矩，其方向与舵造成的回转カ矩的方向完全一致，助船回转，因此称为水动助回转カ矩。此外，转弯时的角速度只有ー个，但是各涌浪导流槽离回转中心的距离不同，导致线速度差异。因此，各导流槽中出现的水动推进力不同，离中心远的水动推进力大于离中心近的水动推进力，于是构成另ー组水动助回转カ矩。同理，各槽中的水动升カ也是方向相同位置不同，数值各异，这就造成水动抗船体向心倾覆扶正カ矩。在这些カ和カ矩的同时作用下，迫使船艇自动保持约12°的船体横向倾侧，迅速平稳地完成转弯，其回转半径很小，约为常规船艇的四分之一。而一般的常规船艇在转弯时的水动カ流场中不可能出现水动助回转カ矩和水动抗船体向心倾覆扶正カ矩，因此转弯时必须降速，控制舵角，使船体横向倾侧小于12°时才允许做拐弯操作，否则船艇将出现向心倾覆。因此，常规船艇的转弯慢，回转半径比本船艇大四倍。当船艇迎浪前进时,进入导流槽的水流速度是航速和风浪冲击速度的叠加而增強，从而激起強大的水动反冲击力，它们对船艇重心构成航向稳定扶正カ矩，保障船艇的航向稳定；与水动反冲击カー起出现的水动升カ构成纵向稳定，船艇横向稳定扶正力矩能够抵抗船舶颠簸失速、横摆摆动、纵摇拍击，迫使船艇乘风破浪、高速平稳前迸。而一般的船艇，迎浪前进时不可能出现水动反冲击カ和相应的水动升カ以及相应的扶正カ矩，因此在迎浪的冲击下，出现颠簸失速、纵摇拍击、横摇摇动、航速大减而且很不稳定、安全。当船艇在迎浪中转弯时，本发明的船艇流场中出现水动反冲击力、水动离心力造成的水动助回转カ矩，相应于水动反冲击カ出现的水动升力，构成足够强大的水动抗船体向心倾覆扶正カ矩。它们的联合作用迫使船艇能在风浪中平稳、高速、安全地完成转弯而不会出现向心倾覆的危险。而一般的船艇不存在这些カ和カ矩，因此其在风浪中不容易转弯、向心倾覆的危险更大、更不稳定、不安全。图5-9显示了双体水面交通运输工具的结构示意图，图5为后视图，图6为前视图，图7为侧视图，图8为压浪导流挡板的侧视图，图9为双体船的仰视图。附图标记6和7分别表示组成双体船的左侧体和右侧体、8表示连接桥、9表示两个侧体的内侧船舷、10表示船底、11表示压浪导流挡板。其中，J为压浪导流挡板的拐点，Q1为从J点开始压浪导流挡板向下向前的倾角，a9为从J点开始挡板向后向上的倾角，Ciltl为从Id1点开始挡板向后向上的倾角，b为压浪导流挡板的起始点，ei为压浪导流挡板的横向宽度。如图7-8中所示，顶线bj对水平面的倾角为0 i，顶线Jb1对水平面的倾角为a Mhb2对水平面的倾角为 a 10，a 9 >> 0 17 a 9 >> a 10。如图5-6所示，船体包括左侧体6和右侧体7，连接桥8将左侧体6和右侧体7连接在一起，侧体包括船舷9和船底10。在左侧体6和右侧体7的内侧船舷分别设置压浪导流挡板11。压浪导流挡板11在靠近船舯的J点向前向下以倾角0 I延伸长度为A8,向后向上以倾角a 9延伸长度为A9，再以倾角Ciltl向后向上延伸长度为Altl相交于水线，其中a9>> B1, a9>> a10O压浪导流挡板的宽度为在前端从零开始加宽到A8的四分之ー长度处，宽度为A，之后不再加宽，向后延伸到終端，宽度A不变。压浪导流挡板的顶部横剖面为圆弧形，其顶线与船舷的轮廓线平行。当双体船前进时，在压浪导流挡板顶部曲面上会产生足够强大的法向压カN，其水平方向的分量与航行方向一致，即水动推进カP。P = PfP2，其中
权利要求
1.ー种水面交通运输工具，包括船底(I)、船舷(2)、甲板(3)、涌浪导流槽(4)和压浪导流挡板(5)，其特征在于，所述涌浪导流槽(4)设置在垂向凹进所述船底(I)的底面和所述甲板(3)之间的空间中，所述涌浪导流槽(4)从艏部一直延伸到艉部，横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后高；所述压浪导流挡板(5)的顶部横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后尚。
2.根据权利要求1所述的水面交通运输工具，其特征在于，所述水面交通运输工具为単体形式，所述压浪导流挡板(5)和所述涌浪导流槽(4)的顶线曲线从艏部始点( )开始以0°向后延伸到第一点(al)，从所述第一点(&1)开始以第一倾角(Ci1)延伸至第二点(a2)，从第二点(a2)开始以第二倾角(Ci2)延伸至第三点(a3)，从第三点(a3)开始以第三倾角(a3)延伸至第四点(a4)，从第四点(a4)开始以第四倾角(a 4)向上向后延伸到第五点(a5)，其中所述第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角以大于0°小于5°的角度递增；从所述第五点(a5)开始的第五倾角(Ci5)陡增8° -13°，而从第六点(a6)开始第六倾角(a6)开始从5°递减，到第七倾角(Ci7)时减至1° -0°，第八点(a8)与艉部相交。
3.根据权利要求1所述的水面交通运输工具，其特征在于，所述水面交通运输工具为双体形式，包括左侧体(6)和右侧体(7)，所述左侧体(6)和右侧体(7)用连接桥连接，压浪导流挡板(11)分别设置在所述左侧体(6)和所述右侧体(7)的内侧船舷上，所述压浪导流挡板(11)在靠近船舯的拐点(J)向前向下以第一倾斜角度(G1)延伸第一长度，向后向上以第九倾角(a9)延伸第二长度，再以第十倾角(Ciltl)向后向上延伸第三长度相交于水线，其中所述第九倾角(a 9)远大于所述第一倾斜角度(9:)和所述第十倾角(a 1Q)。
4.根据权利要求3所述的水面交通运输工具，其特征在于，所述压浪导流挡板(11)的宽度为在前端从零开始加宽到所述第一长度的四分之一长度处，之后宽度(ei)保持不变，向后延伸到终端。
5.根据权利要求1所述的水面交通运输工具，其特征在于，所述水面交通运输工具为三体形式，包括左侧体(13)、右侧体(14)和中体(12)，所述左侧体(13)、所述右侧体(14)和所述中体(12)用连接 桥连接，所述中体(12)的两个船舷上以及所述左侧体(13)和所述右侧体(14)的内侧船舷上分别设置压浪导流挡板。
6.根据权利要求5所述的水面交通运输工具，其特征在于，所述左侧体(13)和所述右侧体(14)的压浪导流挡板在靠近中点的拐点(R)开始向前向下以第三倾斜角度(03)延伸至所述压浪导流挡板的起点，并在拐点(R)开始向后向上以第十三倾角(a13)延伸至靠近所述压浪导流挡板的三分之一长度点的位置(b4)，然后再以第十四倾角(Ci14)向上向后延伸至所述压浪导流挡板的終点(b5);所述第十三倾角(Ci13)远大于所述第三倾斜角度(O3)和所述第十四倾角(《14)。
7.根据权利要求5所述的水面交通运输工具，其特征在于，所述中体(12)的压浪导流挡板在靠近中点的拐点(Q)开始向前向下以第二倾斜角度(Q2)延伸至所述压浪导流挡板的起点，并在拐点(Q)开始向后向上以第十一倾角(an)延伸至靠近所述压浪导流挡板的三分之一长度点的位置(b7)，然后再以第十二倾角(CI12)向上向后延伸至所述压浪导流挡板的終点(b8);所述第十一倾角(Ci11)远大于所述第二倾斜角度(02)和所述第十二倾角(a 12)。
全文摘要
本发明涉及一种水面交通运输工具，包括船底(1)、船舷(2)、甲板(3)、涌浪导流槽(4)和压浪导流挡板(5)，涌浪导流槽设置在垂向凹进所述船底的底面和甲板之间的空间中，从艏部一直延伸到艉部，横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后高，压浪导流挡板的顶部横剖面为圆弧形，纵剖面的顶线前低后高。水面交通运输工具可以设置为单体、双体和三体的形式。根据本发明的水面交通运输工具，具有良好的水动力学性能，能够最大限度地摆脱水的大阻力以提高其航速和航向稳定，并且能使船艇以很小的回转半径平稳且迅速地转弯而不会出现倾覆危险，使其操纵性、机动灵活性和耐波性大幅地提高。
文档编号B63B3/00GK103121495SQ20131005431
公开日2013年5月29日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者陈振诚 申请人:陈振诚