[发明专利]跨声速船体和流体场

说明书

技术领域

本发明涉及由水支撑的船只，例如商用和军用船舶、潜水艇、快艇、用于利用表面效应及脱离表面效应航行的水翼船、以及小船，通常包括这些船只在恶劣海况下高速航行时的操作方法。

背景技术

和本申请有关的技术可以涉及Jane的高速航海艇(High Speed Marine Craft)中的技术。此外，与本申请有关的技术可以包括对美国专利申请08/814,418中所明确说明的跨声速船体(TH)和跨声速流体场(TH)的参考、以及美国专利申请08/814,417中所明确说明的跨声速船体的推进、控制和船型，但是相对于这些现有申请而表现出显著且新颖的改进。

尽管过去已制备了在某些方面明显类似于TH的具有三角形船体平面形状的特定船只(例如，所述船只在申请08/814,418的审查过程中被专利局引用)，然而如传统船舶的设计，这些已被设计成在邻近船尾和船首处具有近似于相等的吃水量。三菱重工的日本专利61-125981A在其所有的实施例中教导了这个近似于三角形船体平面形状的船尾和船首处的吃水近似于相等、并且与船体中部的吃水相等。在以下较早的设计标准中，甚至早在1859年的美国专利23626的设计标准中，在船首、船尾和船体中部处也显示出相等的吃水。船尾处具有宽波束的较深的船尾吃水效率非常低。

在上述的两个专利中，由于它们的平面形状和相等的吃水，它们的船体的浮心(CB)的位置以及它们的重心(CG)的位置将位于它们的平面形状的区域中心和水线面的中心、或者非常靠近该处，除非采用船首球缘，否则通常所说的纵向漂心(LCF)位于船首至船尾的水线长度的66％处。CG、CB和LCF的这种接近性常见于传统船体中。此外，这种现有技术无法考虑到CB和CG的位置对向前运动下的阻力的影响。

关于CG、CB和LCF的接近性，我已发现如在传统船体中的它们的接近性对于TH是不可行的，这是因为所述接近性使得这种的船体即使在受到较小的纵摇扰动时在快速运动下的纵摇也具有不稳定的倾向。这种不利的行为在所述船体的重心靠近其中间点时类似于航空器的长周期振动的自持续振动。在船舶中，这种振动不仅会增加阻力，而且对于结构是不受欢迎的，并且对货物和乘客可能会造成危险。

这种根本问题是严重的。三菱的专利教导了利用船首球缘对这种问题的解决方案。因此，所述三菱专利将已开发并用于肥线型船舶的慢船球缘技术与不同类型的船体相混合。这对于船体的设计会增加阻力和体积，并且阻力问题不是现有技术的优先考虑。

相反，申请08/814,418中的TH和TH提出完全不同且创新的解决方案：在TH的淹没部分中结合向前的深吃水和向后的潜吃水，使得除非采用船首球缘，否则正常的建筑学上的船舶设计对于固有的潜水能力将是危险的。然而，随着模型测试，本作者确认TH理论的正确性在于潜水倾向不是由三角形平面形状决定的。TH的解决方案提出LCF与漂心之间的固有距离，并因此而具有实质在LCF前面的重心。此外，在CB、CG、LCF之间的关系中的定量方面，并且船尾吃水是相关联的，我通过参考超临界和亚临界状态下的流体静力的船尾条件与船尾的流体动力条件之间的区别已经发现没有涉及潜水倾向并针对有效负载来进行设置，正如在本CIP专利申请中关于LCF、CB、CG之间的距离极限以及对静态吃水量的影响。另外，在涉及处于各种速度状态下进入和退出流动角度的流体动力阻力结果的当前工作中来建立这些关键的关系。

发明内容

本发明明确说明新的独特的设计形状、特征和操作方法，从而在本质上改进并延伸了申请08/814,418和08/814,017的跨声速船体TH和跨声速流体场TH发明的范围。本发明的范围概括如下：

1.通过新的设计特性以及超越排水模式下的前述亚临界和超临界状态的新的流体动力状态(即：高超临界状态、跨空间状态以及x-状态)而增加TH的航速包迹线在整个非常宽的速度范围内的延伸。通过这些改进，单体式TH船体可以在较大的速度频谱范围内以良好的效率航行，否则将需要具有不同传统船体的两个或三个船；举例而言，传统的排水型船舶处于较低的速度范围，而V形底部或半滑行式船体用于较高速度。

2.本发明的另一重要特征关涉及静水上方和下方的船体特性和形状，所述船体特性和形状对于这样的航行很关键，即在不利的海浪中可以在较广的速度状态范围内成功的航行，优选地，航行与船体内部的质量较重的部件(例如发动机、燃料和武器)的特定纵向分布相结合。