[发明专利]具有船首控制表面的船

说明书

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的船。对于具有这种设计的绝大多数船而言，由于在相对较大的船尾艉侧波浪或尾随波浪中出现了“横甩”现象，因此在这种波浪中航行的航行条件可能变得比较危险。横甩是船的一种特殊行为，该行为由偏航、摇摆和横摇运动组合而成。船可能在所述的波浪条件中经历这种横甩运动且一旦出现该横甩现象则会导致出现严重的较大的横摇角且最终导致“船的倾覆”。 

横甩现象可被大略地解释如下：在船尾艉侧波浪和尾随波浪中，进入的波浪使船尾以不对称方式被升起且其使船开始倾斜(且还产生了颠簸)。横甩特别地易于出现在波长与船长相接近的这种波浪中。如此使得船同时将其船首置于(接下来的)波浪的波浪面中。在由于引入的倾斜角度而使得船体出现的不对称现象以及现在深深地浸没在水中的船首部段所带来的定向失稳效应的作用下，船开始出现了偏航。这一点与向前的速度结合在一起会导致倾斜角度的增加，这种倾斜角度的增加进一步加剧了船体的不对称且与所述不对称一起导致出现了进一步的航程不稳定性。这可导致船的迎着波浪的船舷侧原则上处于存在潜在危险性的情况中，这会导致倾斜的进一步加剧。 

快船可能会比普通的船更为频繁地遇到这种横甩现象且这种横甩现象也会带来更为严重的效应，这是因为快船通常更小且因此在相对更大的波浪中航行。此外，高速的向前行进加剧了由一旦船转向时出现的离心力而诱发的倾斜影响且加快了船与尾随波浪之间的遭遇频率。特别是，更长且更高的波浪可能具有更低的频率，这种更低的频率使它们的冲击变得更为严重。 

船通常受到舵手或自动驾驶仪的定向控制，一般说来，所施加的控制旨在保持船的预定航程。从经验性测量值、真实尺寸测量值和模拟尺寸测量值中已知的是：这种施加在尾随波浪上的定向控制加剧了船的横甩行为，这是因为在所施加的转向操纵力与由其诱发的倾斜力矩之间存在不希望的相位。 

为了克服这些缺点，根据本发明，提供了根据权利要求1所述的船。通过这种方式，通过使用附加的控制表面进行定向控制并适宜地利用由该表面产生的力来控制横摇和摆动运动，而使得增加了对横甩的抵抗力。通过在大多数向前的位置处设置可行的控制表面，该控制表面可被视作用于同时控制偏航和倾斜的附加控制表面。因而带来了以下改进：在船在船尾艉侧波浪中航行的情况下，船尾可从右舷被波浪升起，其后船开始向左舷倾斜。船体在水下的不对称形状使得诱发了偏航力矩，所述偏航力矩试图使船转向右舷。校正作用被施加在船首附近的控制表面上从而对这种航程的变化进行校正且所需的力是指向左舷的横向力。该力将横摇运动施加在右舷上且因此降低了倾斜角度。 

根据本发明的一个实施例，提供了根据权利要求2所述的船。具有这种设计的船尤其适用于本发明的应用场合。在公开文献Keuning，J.A；Toxopeus，S.；Pinks ter，J.；The effect of bow shape on the seakeeping performance of a fast monohull；Proceedings of FAST2001conference，September 2001；第197-206页；ISBN 0903055708，The Royal Institute of Naval Architects出版社，中已公知地披露了这样的船。在该公开文献中，这种船被描述为具有AXE BOW设计的船。增加的吃水深度和增加的出水高度使得该船适用于航行穿过波涛汹涌的海域，同时还确保了控制表面在这样的海域中仍能保持充分程度的浸没。 

根据本发明的一个实施例，提出了：船首具有大致垂直的艏柱。该大致垂直的船首特别适用于包括根据本发明的控制表面。 

根据本发明的一个实施例，提出了：在水平剖面中观察到的位于所述船首(4)附近的侧部(8)形成了尖锐角度(α)、且制成圆形并具备半径(R)为船幅的至少1％。该圆角半径使得可能减少船的长度且因此减小润湿表面和流阻，而不会对船在波浪中的行为产生不利影响。 

根据本发明的一个实施例，提出了：位于所述船首(4)附近的所述侧部(8)的所述尖锐角度(α)小于40度。这改进了船在波涛汹涌的海域中的行为，原因在于这降低了波浪中增加的阻力。 

根据本发明的一个实施例，提出了：控制表面包括船首方向舵(5)。该实施例提供了一种具有有效的转向操纵和控制性能的简单构造。 

根据本发明的一个实施例，提出了：所述控制表面包括位于所述船首(4)的每一侧上的可调节翼片(16)。该实施例使得易于实现沿船体获得良好的水流的构造，由此使未启动时的附加拖曳最小化。