水运工具的制作方法

水运工具
发明领域
1.本发明涉及一种水运工具，特别是一种舷外托架稳定式水运工具。


背景技术：

2.具有双体船布置(即具有接合在一起的两个对称的船体)的水运工具在本领域中是众所周知的。然而，当这种水运工具在风浪很大的水面条件下使用时，该水运工具可能适航性较差，并且会因波浪而产生较大的运动。为了改善适航性，可以使用小水线面双体船(swath)船舶。然而，这种水运工具通常对水运工具的装载变化很敏感，例如，当被用来运输重型设备时。这可能会导致水运工具的纵倾受到影响，并可能使这种水运工具无法承载大的有效载荷。
3.众所周知，单体船对装载变化的响应有所改善。可以通过使船体形状更细长(即相对于宽度或船宽来增加其长度)来减少单体船的阻力。这种船可以设有用于使船稳定的舷外托架。这样的船可以称为“快速三角帆船(proa)”配置船。然而，由于舷外托架的原因，这种船在水中的阻力可能很高，并且效率可能降低。
4.本发明的目的是至少部分地解决上述问题。


技术实现要素：

5.根据本公开内容，提供了一种舷外托架稳定式机动水运工具，其包括：在首尾方向上延伸的主船体；设置用于使所述主船体稳定的单个舷外托架，所述舷外托架基本上平行于所述主船体延伸，并与所述主船体横向地隔开；以及安装在所述主船体的船尾处或所述主船体的船尾附近的至少一个水翼。这可以提供良好的适航性、对装载变化的改进响应，以及低阻力，从而提高燃料效率。舷外托架还可以允许使用更细长的船体，这样还可以减少阻力，同时，即使在使用细长的船体时，舷外托架的存在也可以提供改进的静稳性。
6.可选地，所述水翼是动态可调的并且设置成向所述主船体施加可变的力。这可以提供对装载变化的改进响应，改善水运工具的适航性，并允许控制水运工具的纵倾。
7.可选地，所述舷外托架是小水线面船体。这可以减少阻力，同时保持稳定性。
8.可选地，所述舷外托架包括设置成在运行过程中淹没在吃水线以下的第一部分。这可以提供浮力，同时避免阻力的大幅增加。
9.可选地，所述舷外托架包括将所述第一部分接合到所述水运工具上的接合部分。所述接合部分的垂直于所述首尾方向的宽度可以小于所述第一部分的宽度。所述接合部分的长度也可以在所述首尾方向上小于所述第一部分的长度。这可以提供小水线面面积，这样可以减少阻力。
10.可选地，所述舷外托架还包括设置成在运行过程中漂浮的第二部分。在这种情况下，所述接合部分可以将所述第一部分接合到所述第二部分上。
11.可选地，所述水运工具还包括将所述第二部分与所述主船体连接的臂。
12.可选地，所述第一部分在所述首尾(或前后)方向上具有与所述第二部分基本相同
的长度。
13.可选地，所述舷外托架的平行于所述首尾方向的长度是在所述主船体的长度的25％至80％之间，优选在所述主船体的长度的30％至75％之间。
14.可选地，所述舷外托架在所述首尾方向的延伸范围是在所述船尾和位于所述船尾前方的延伸至所述主船体的总长度的80％的点之间。
15.可选地，所述水翼安装在所述船尾的后方。
16.可选地，安装在所述主船体的船尾处或所述主船体的船尾附近的所述动态可调的水翼设置成可调节为使得所述水翼支撑船舶总排水量的0％至30％，优选船舶总排水量的0％至20％。
17.可选地，所述水翼包括水翼主体和设置成能够相对于所述主体移动的后缘襟翼，从而能够改变施加在所述主船体上的力。这可以提供对水翼所产生的升力的改进控制。在一些布置中，可以提供一个以上的后缘襟翼。
18.可选地，所述水翼的攻角是可调的，从而能够改变施加在所述主船体上的力。这可以提供对水翼所产生的升力的改进控制。
19.可选地，所述水翼是能伸缩的。这可以防止在不使用水翼时和/或在浅水区运行期间时对水翼的损坏。
20.可选地，所述水翼的宽度大于所述主船体的船宽。
21.可选地，所述水翼还接合到所述舷外托架上。这可以增加水翼的升力并改善适航性。
22.可选地，所述水翼被设置成用于控制所述水运工具的纵倾。
23.可选地，所述水翼被设置成用于补偿所述水运工具的装载变化。
24.可选地，所述主船体包括多个水翼。
25.可选地，所述舷外托架还包括至少一个水翼。这可以提供对水运工具的横摇的改进控制。
26.可选地，位于所述舷外托架上的水翼是动态可调的并且设置成向所述舷外托架施加可变的力。这可以允许调节水运工具的横摇响应。
27.可选地，位于所述舷外托架上的水翼位于所述第一部分的船尾处或所述第一部分的船尾附近。
28.可选地，位于所述舷外托架上的水翼向所述主船体延伸。
29.可选地，位于所述舷外托架上的水翼被设置成用于控制所述水运工具的横摇。
30.可选地，所述主船体支撑所述水运工具的总静态排水量的70％以上，优选所述水运工具的总静态排水量的70％至95％。
31.可选地，所述舷外托架支撑所述水运工具的总静态排水量的30％以下，优选所述水运工具的总静态排水量的5％至30％。
32.可选地，所述水运工具还包括设置成用于动态地调节所述水翼的控制系统。所述控制系统可以可选地包括惯性测量单元。
33.可选地，所述水运工具还包括设置成用于推进所述水运工具的机动推进装置，其中所述机动推进装置在所述首尾方向上定位于所述水翼的前方。
附图说明
34.现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述本发明，其中：
35.图1示出了根据本发明的水运工具的透视图；
36.图2示出了根据本发明的水运工具的第二透视图；
37.图3示出了根据本发明的水运工具的第三(后)透视图；
38.图4示出了根据本发明的水运工具的侧视图；
39.图5示出了根据本发明的水运工具的平面图；
40.图6示出了根据本发明的水运工具的前视图；
41.图7示出了包括小水线面船体舷外托架的根据本发明的水运工具的第一透视图；
42.图8示出了包括小水线面船体舷外托架的根据本发明的水运工具的第二透视图；
43.图9示出了包括小水线面船体舷外托架的根据本发明的水运工具的第三(后)透视图；
44.图10示出了包括小水线面船体舷外托架的根据本发明的水运工具的侧视图；
45.图11示出了包括小水线面船体舷外托架的根据本发明的水运工具的平面图；
46.图12示出了包括小水线面船体舷外托架的根据本发明的水运工具的前透视图；以及
47.图13示出了图3的水运工具的修改版本，其中水翼延伸到舷外托架。
具体实施方式
48.本发明涉及一种舷外托架稳定式水运工具。如图1所示，水运工具包括主船体10和舷外托架11。主船体10在首尾方向上延伸，并且舷外托架11基本上平行于该方向延伸，并与主船体10横向地隔开(即在垂直于首尾方向的方向上分开)。舷外托架11是单个舷外托架。也就是说，该水运工具只有一个舷外托架，而不是像三体船的情况那样具有第二个舷外托架。主船体10和舷外托架11通过臂17相接合。水运工具还包括安装在主船体10的船尾处或主船体的船尾附近的至少一个水翼12，如图2所示。在运行过程中，水翼12被淹没(即在吃水线以下)，使得水翼周围的水流引起升力合力，该升力合力进而被传递到主船体10。水运工具(以及因此主船体)可以在排水航态、半滑行航态或全滑行航态下使用，并且可以根据例如船舶的速度在这些航态之间转换。
49.在图1至图6所示的配置中，将注意到，水翼被示出为安装在船尾的后方(即船尾构架或主船体10的最后部的后方)。然而，将理解的是，水翼12(可称为主船体水翼12)也可以位于靠近主船体10的最后部(即船尾)但不在主船体的最后部(即船尾)的位置处。例如，水翼可以位于主船体10的后25％的位置处。还将理解的是，水翼安装(即附接)到主船体10的点可以在前后(即首尾)方向上与水翼本身在前后方向上的位置相同，或者这两个位置可以相互偏移。例如，水翼12可以用支杆安装到主船体10上，支杆可以竖直向下地或者与竖直方向呈不同角度地延伸。
50.在图1至图6所示的布置中，舷外托架具有常规排水式船体的形式，其中舷外托架船体的下部被淹没，而舷外托架船体的上部是在吃水线以上。换句话说，舷外托架11的船体可以被视为起到比主船体10小的小型排水式船体的作用。然而，如下文所述，舷外托架11的其他布置也是可能的，例如图7至图12所示的布置。
51.在图7至图12所示的布置中，舷外托架11具有小水线面船体的形式。小水线面船体包括第一部分13，该第一部分在运行过程中被完全淹没。这一部分可称为"水下"部分。小水线面船体还可以包括将第一部分接合到水运工具的其余部分上的接合部分14。特别地，接合部分14是薄的接合部分，其在船宽方向(即垂直于首尾方向的水平方向)上的宽度小于第一部分13的宽度。也就是说，在图12所示的视图中，接合部分14的宽度小于第一部分13的宽度。接合部分的长度也可以在首尾方向上小于第一部分的长度。在一些布置中，接合部分的长度可随高度变化。在正常运行过程中，薄的接合部分是在吃水线处，这就在吃水线处提供了小的横截面积。这提供了这种船体类型的“小水线面面积”。
52.小水线面船体还可以包括第二部分15，该第二部分是在吃水线以上，并且可以漂浮(在运行过程中)。第二部分15可以与水接触，从而漂浮起来，当船处于大的横倾(即傾側)角时，产生扶正力矩。这种大的横倾角可能由于波浪运动而发生，或者在导致主船体10向舷外托架11横摇的方向上转弯的过程中发生。第二部分可以通过接合部分接合到第一部分上，并且第二部分可以通过臂17接合到水运工具的其他部分上。还将理解的是，第二部分15可以省略。当第二部分15被省略时，接合部分14可以直接接合到臂17上。
53.从图7中可以最清楚地看出，舷外托架的第一部分13和舷外托架的第二部分15可以在前后方向上具有彼此基本相同的长度。替代地，在一些布置中，第一部分13和第二部分15的长度可以彼此不同。例如，第一部分13可以比第二部分15长。这些相对长度可以根据第一部分13的所需体积而变化，而第一部分的所需体积可以根据舷外托架11与主船体10之间的距离来选择。
54.常规上，小水线面船体通常用于具有小水线面双体船(swath)配置的船舶中，其中这种类型的两个船体接合在一起。然而，在本发明提供的布置中，只有舷外托架11具有小水线面船体，而主船体10具有不同的船体形式。例如，图7至12所示的舷外托架稳定式水运工具的布置配置具有：具有小水线面船体配置的舷外托架11，以及具有常规船体的主船体10。
55.常规船体10(例如排水式船体、半排水式/半滑行式船体、或滑行式船体)与小水线面舷外托架的组合可以提供例如在风浪很大的水面条件下特别良好的稳定性和适航性，同时允许在不影响船舶纵倾或效率的情况下适应装载变化(例如来自货物)。另外，这种配置当与安装在主船体10的船尾处或主船体的船尾附近的水翼12相组合时，由于水翼的作用，可以提供特别良好的适航性，同时由于与小水线面船体舷外托架相关联的阻力减少，可以降低燃料消耗。此外，使用舷外托架可以允许主船体在给定建造区域(即建造中使用的材料量)或甲板区域比常规型双体船长，这又可以减少阻力并改善适航性。
56.将理解的是，下面列出的所有选项和变化都同样适用于图1至图6和图7至图12所示的船体和舷外托架的实施例。
57.主船体10可以有细长的船体形状。在一些布置中，舷外托架11和水翼12可以允许使用某些主船体形状，这些主船体形状要不然就会由于其细长度(可以用长度与排水量或长度与船宽的比率来测量)的原因而不稳定并且使用起来不切实际。也就是说，本发明的舷外托架11和水翼布置可以允许使这种细长的船体形状提供更小的阻力，同时提供更高的稳定性和改善的适航性。
58.在一些布置中，水翼12可以是动态可调的。换句话说，水翼淹没在水中时的位置可以变化，这样它就会对主船体10施加可变的力。这可以允许改善适航性，并且可以允许响应
于例如水面条件(例如波浪)的变化和/或由于例如所载货物而导致的船的装载变化来主动控制船的纵倾。
59.在运行过程中，主船体水翼12通常可以支撑船舶总排水量(即船舶的重量)的0％至30％，优选船舶总排水量的0％至20％。将理解的是，当使用动态可调的水翼12时，由水翼支撑的船舶排水量的比例(即由水翼12施加给主船体10的力)可以随着水翼的动态调节而变化。在某些情况下，水翼12还可以提供负升力。例如，在一些布置中，取决于水面条件，位于主船体10的船尾处的水翼12通常可以支撑总排水量的-30％至30％。
60.在一些布置中，水翼12可以包括水翼主体和设置成能够相对于主体移动的后缘襟翼。在这种布置中，水翼主体可以是固定的。后缘襟翼可以相对于主体移动，以提供由水翼12施加给主船体10的力的动态调节。另外，在一些布置中，可以在水翼12上沿其长度(即沿水翼的跨度)使用多个后缘襟翼。这可以通过允许水翼所产生的升力沿其跨度变化，来提供对水翼所施加的力以及因此对水翼12所承载的船舶排水量的改进控制。特别是这可以允许独立地控制横摇和纵倾。
61.替代地或附加地，水翼12本身的攻角可以是可变的。换句话说，水翼被淹没时的位置(或角度)可以变化，这样使得水翼12施加给主船体10的力发生改变。
62.在一些布置中，水翼12可以被设置成当船舶处在水中时，水翼可以移动到水外的位置。例如，水翼可以被设置成能围绕支点在船尾旋转，这样它就被抬出水面。水翼也可以能伸缩到主船体10中或到主船体附近的位置。在缩回的位置中，水翼可以优选地仍在吃水线以下，尽管缩回的位置在吃水线处或吃水线以上也是可能的。这可以允许船在浅水区运行，即使水深导致不能使用水翼。这还可以允许水翼在不使用时得到保护(例如，当船被停泊、系泊或以其他方式存放时)。
63.在一些布置中，水翼12的跨度(即图12中所示的宽度)可以大于主船体10的船宽(即宽度)。这可以提供对稳定性的改进控制。在图6和图12所示的布置中，水翼12在主船体的内侧向舷外托架延伸。将理解的是，水翼可以替代性地或附加地在主船体10的外侧(即在远离舷外托架11的方向上，且在图6和12所示的视图中向左)延伸。
64.另外，在一些布置中，如图13所示，水翼12可以从主船体10延伸到舷外托架，并接合到舷外托架11上。换句话说，水翼12可以横跨在主船体10与舷外托架11之间。
65.在一些布置中，多个水翼可被安装在主船体上。当主船体上有一个以上的水翼时，每个水翼均可以用于上述的任一种布置中。例如，多个水翼可以安装在主船体的船尾处或主船体的船尾附近。在这样的布置中，水翼可以沿船宽方向安装，其中每个水翼可以是单独可控的(即动态可调的)。在其他布置中，固定的水翼和动态可调的水翼可以混合设置。
66.如图6和图12所示，舷外托架也可以包括水翼16。也就是说，除了设置在主船体上的水翼12之外，还可以在舷外托架11上设置单独的水翼16(即舷外托架水翼)。舷外托架水翼16可以位于舷外托架上任何合适的位置。在一些布置中，舷外托架水翼16可以位于舷外托架11的船尾处或舷外托架的船尾附近。在其他布置中，舷外托架水翼可以位于水运工具的船中央位置处或水运工具的船中央位置附近，或水运工具的重力中心处或水运工具的重力中心附近。这可以提供对水运工具的改进横摇控制。
67.如上文有关主船体水翼12所述，舷外托架水翼16的攻角可以是可控的以改变由舷外托架水翼16施加给舷外托架的力，和/或可以在舷外托架水翼16上设置一个或多个后缘
襟翼。将理解的是，图13中水翼12还与舷外托架11相连的布置也可以视为被接合在一起的主船体水翼12和舷外托架水翼16。还将理解的是，这样的布置也是可能的：其中主船体水翼12延伸到舷外托架11，并且舷外托架水翼16延伸到主船体10，这样就有两个全宽的水翼横跨在主船体10与舷外托架11之间。另外，主船体水翼12和舷外托架水翼16中的一个可以横跨船舶的全部宽度(并因此分别与舷外托架或主船体相接合)，另一个可以只横跨船舶的部分宽度，而不与另一个部件接合。此外，还可以添加另外的水翼，这样就有三个以上的水翼。这种另外的水翼可以安装到主船体10、舷外托架11上，或横跨在主船体与舷外托架之间。
68.舷外托架水翼16可以具有任何合适的配置。在图12所示的布置中，舷外托架水翼16位于舷外托架11的内侧。也就是说，舷外托架水翼16的跨度沿着船宽方向从舷外托架15的第一部分向主船体10延伸。然而，将理解的是，舷外托架水翼16也可以设置在舷外托架11的外侧(即在远离主船体10的方向上延伸)。舷外托架水翼16可以提供对水运工具姿态，特别是水运工具的平衡(横摇)和舷外托架的垂荡幅度的改进控制。在舷外托架水翼16延伸并接合到主船体的布置中，舷外托架水翼可以承载主船体的一些重量，从而减少船舶的阻力。
69.在一些布置中，水翼12、16中的一个或两个可以具有反v形或v形布置。也就是说，水翼的跨度在使用时可以不是水平的，而是与水平面呈一角度。在v形布置的情况下，水翼可以具有两个向上倾斜的部分，而在反v形布置的情况下，水翼可以具有两个向下倾斜的部分。
70.水运工具还可以包括控制系统，该控制系统被设置成提供对水翼12以及(如果有的话)舷外托架水翼16的位置的动态控制。如上所述，水翼的攻角可由控制系统控制，和/或一个或多个水翼上的后缘襟翼的角度可由控制系统控制。该控制可以被优化，以便控制以下项中的至少一个：水运工具的纵倾、船的旋转运动(即纵摇、横摇和艏摇)、船的平移运动(垂荡、横荡和纵荡)，和/或补偿水运工具的装载变化。控制系统可以被设置成自动地和/或响应于用户的输入提供以上控制。控制系统可以使用惯性测量单元，以测量船舶的状态，并相应地操控水翼。控制系统可以使用例如以下项中的至少一个：舵角、输入的操舵角、来自惯性测量单元的艏摇角、以及速度(例如来自gps单元)，以操控水翼。
71.臂17的上表面可以被设置成形成船舶的甲板的一部分。例如，它可以与主船体的甲板相连续。这可以允许更大的可用甲板空间，提供更大的船舶容量。
72.舷外托架11可以具有任何合适的长度，但通常是在主船体10的长度的25％至80％之间，优选在主船体10的长度的30％至75％之间。舷外托架可以定位成使其位于主船体10的船尾和该船尾前方的延伸至主船体10的总长度的80％的点之间。
73.将理解的是，水运工具的静态排水量(即重量)是由主船体和舷外托架承载的。在一些布置中，主船体支撑水运工具的总静态排水量的70％以上，优选水运工具的总静态排水量的70％至95％。因此，在这种布置中，舷外托架支撑水运工具的总静态排水量的30％以下，优选水运工具的总静态排水量的5％至30％。将理解的是，主船体和舷外托架所承载的总静态排水量的比例并不是固定的，可能会由于装载条件(装载条件可能由于货物等外部负载的变化，由于燃料和仓库的使用，以及由于船员的移动而发生改变)而变化，以及当水运工具在水中行驶时动态地变化。
74.水运工具是机动水运工具(即机动船)。在这样的布置中，水运工具可以主要由任何合适的机动推进系统来推进。例如，一个或多个螺旋桨、喷水式推进器或吊舱式推进器可
以按任何合适的配置位于主船体10上。推进系统的类型及其位置的选择可以考虑到主船体水翼12的位置，这样水翼和推进装置就不会相互干扰。特别地，在一些布置中，推进系统(特别是其推进装置)在首尾方向上定位于水翼的前方，或在首尾方向上与水翼齐平。将领会到，推进装置和水翼具有不同相对位置的其他布置也是可能的。
75.另外，可以在舷外托架上设置另外的推进装置。同样，舷外托架上的推进装置可以使用任何已知的合适的推进系统。在舷外托架上设有推进装置(即另外的推进装置)的布置中，该另外的推进装置可用于提供额外的推进力来推进水运工具，和/或提供额外的操纵能力(例如以起到艏侧推器的作用)。
76.根据本发明的水运工具已被描述为由舷外托架稳定的单体船水运工具。然而，将理解的是，该水运工具也可以被视为"不对称的双体船"，其中主船体10和舷外托架11形成双体船的两个船体。将理解的是，本发明的水运工具包含了单体船水运工具(可以容易适应装载变化)和多体船水运工具(可以改善适航性能和减少阻力)两者的优点。
77.本领域的技术人员应当理解，虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但本发明不限于所披露的示例性实施例。根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和改变，只要它们是在所附权利要求或其等同技术的范围内即可。来自本公开的任何示例或实施例的特征都可以与来自本公开的任何其他示例或实施例的特征相组合。