JP2007522032A - Transonic hull and transonic hydrofield (III) - Google Patents
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Abstract
遷音速船体が、船首、船尾、その間の縦長さ、船首から船尾の船外部分まで延びる側面表面、および側面表面の間に延びる下側表面を含み、この遷音速船体は、平面図において船首に隣接する頂点および船尾に隣接する底辺を有するほぼ三角形の形状を有する水中体積と、移動中の時に側面図において船首に隣接する底辺および船尾に隣接する頂点を有するほぼ三角形の形状とを有する。A transonic hull includes a bow, a stern, a longitudinal length therebetween, a side surface extending from the bow to the outboard portion of the stern, and a lower surface extending between the side surfaces. It has an underwater volume having a generally triangular shape with an adjacent apex and a base adjacent to the stern, and a substantially triangular shape with a base adjacent to the bow and an apex adjacent to the stern in a side view when moving.
Description
本発明は、商船、軍艦、潜水艦、ヨット、表面効果の中および外で動作する水上機の船体、およびボート全般など、反対の波での高速でのそのような船舶の動作を含む、水に支持された船舶に関する。 The present invention relates to water, including merchant ships, warships, submarines, yachts, surfacecraft hulls of seaplanes operating in and out of surface effects, and boats in general, including the operation of such ships at high speeds in opposite waves. Regarding supported ships.
本願に関する技術は、Jane 社の High Speed Marine Craft の技術に関するものとすることができる。さらに、本願に関する技術に、米国特許出願第08/814418号で指定される遷音速船体(TH)および遷音速ハイドロフィールド(TH)と、米国特許出願第08/814417号で指定される遷音速船体の推進、制御および形状を含めることができる。 The technology relating to the present application may be related to the technology of Jane's High Speed Marine Craft. Further, in the technology related to the present application, a transonic hull (TH) and a transonic hydrofield ( TH ) specified in US Patent Application No. 08/814418, and a transonic hull specified in US Patent Application No. 08/814417. Propulsion, control and shape.
明らかにある点でTHに似た三角形船体平面図形形状を有するある種の船舶が、過去に準備されてきた(たとえば、米国特許出願第08/814418号の審査で米国特許局によって引証されたもの)が、これらは、通常の船の設計と同様に、船首および船尾に隣接してほぼ等しい喫水を有するように設計されてきた。三菱重工業の日本国特許第61−125981A号は、そのすべての実施形態で、この近似的に三角形の船体平面図形の船尾および船首の喫水が、ほぼ等しく、ミッドボディ喫水と同一であることを教示している。この特許で、発明者は、やはり船首、船尾、およびミッドボディでの等しい喫水を示す1859年の米国特許第23626号の設計判断基準ほどに以前のものまで、以前の設計判断基準に従った。船尾における広い船幅を伴う深い船尾喫水は、極端に非効率的である。 Certain types of ships have been prepared in the past that have a triangular hull plan view shape that is apparently similar to TH in some respects (for example, those certified by the United States Patent Office in the examination of US application Ser. No. 08 / 814,418). However, they have been designed to have approximately equal drafts adjacent to the bow and stern, similar to normal ship designs. Mitsubishi Heavy Industries, Japanese Patent No. 61-125981A teaches that in all of its embodiments, the stern and bow drafts of this approximately triangular hull plan figure are approximately equal and identical to the midbody draft. is doing. In this patent, the inventor followed previous design criteria up to as much as the design criteria of 1859 US Pat. No. 23626, which also showed equal draft at the bow, stern and midbody. Deep stern draft with wide stern at the stern is extremely inefficient.
上で述べた特許の両方で、船体の浮力中心(CB)の位置、したがって重心(CG)の位置は、その平面図形および等しい喫水のゆえに、縦浮面心(longitudinal center of flotation、LCF)とも称する、平面図形面積および水線面の中心またはその非常に近くにあり、これは、船首バルブが使用されない限り、船首から船尾へ水線長の66%のところにある。CG、CB、およびLCFのこの近接は、従来の船体に通例である。さらに、そのような従来技術は、前進運動の下での抗力に対するCB位置およびCG位置の影響を考慮していない。 In both of the above-mentioned patents, the position of the hull's buoyancy center (CB), and hence the center of gravity (CG), is also referred to as a longitudinal center of flotation (LCF) because of its plan view and equal draft. , At or very close to the center of the planographic area and the waterline plane, which is 66% of the waterline length from the bow to the stern unless a bow valve is used. This proximity of CG, CB, and LCF is typical of conventional hulls. Furthermore, such prior art does not take into account the effects of CB and CG positions on drag under forward movement.
CG、CB、およびLCFの近接に関して、私は、従来の船体での近接が、THに関して実現可能でないことを発見した。というのは、この近接が、このタイプの船体を、小さいピッチ外乱にさらされる時であっても、高速運動の下でピッチにおける不安定傾向を有するようにするからである。そのような悪い挙動は、重心が中立点に近い時の航空機の自立したフゴイド振動に似ている。船では、そのような振動が、抗力を増やすだけではなく、構造、積荷、および乗客に望ましくなく、危険である場合もある。 With regard to the proximity of CG, CB, and LCF, I have found that proximity with conventional hulls is not feasible with respect to TH. This is because this proximity makes this type of hull have a tendency to be unstable in pitch under high speed motion, even when exposed to small pitch disturbances. Such bad behavior is similar to the self-supporting fugoid vibration of the aircraft when the center of gravity is close to the neutral point. In ships, such vibrations not only increase drag, but can be undesirable and dangerous to structures, loads, and passengers.
そのような基本的問題は、深刻である。三菱重工業の特許は、船首バルブによるこの問題に対する解決策を教示している。したがって、三菱重工業の特許は、幅広い低速船のために開発され、有用であるバルブ技術を、異なるタイプの船体と混合する。これは、抗力ならびに体積を設計に追加し、抗力の問題は、従来技術について優先事項でない。 Such basic problems are serious. The Mitsubishi Heavy Industries patent teaches a solution to this problem with bow valves. Therefore, the Mitsubishi Heavy Industries patent mixes valve technology that is developed and useful for a wide range of low speed ships with different types of hulls. This adds drag as well as volume to the design, and drag issues are not a priority for the prior art.
対照的に、米国特許出願第08/814418号のTHおよびTHは、完全に異なる革新的な解決策を作り、THの水中部分で、前への深い喫水と後ろへの浅い喫水を組み合わせ、これは、通常の構造船舶設計では、船首バルブが使用されない限り固有の潜水可能性を有して危険と考えられるはずである。しかし、模型試験に従えば、この作者は、潜水傾向が三角形の平面図形で測定されないという点でTH理論が正しいことを確認した。TH解決策は、LCFと浮力中心の間の固有の距離を変え、したがって、実質的にLCFの前の重心を有する。さらに、私は、一部継続出願でLCF、CB、CBの間の距離の限度および静的喫水に対する影響に関して行ったように、臨界超過領域および亜臨界領域での流体静力学的船尾条件と船尾の流体力学的条件との間の区別に関して、CB、CG、LCF、および船尾喫水の間の関係の定量的諸態様が依存することを、潜水傾向の欠如に関して発見し、有効積載量に関して確立した。さらに、これらの重要な関係は、さまざまな速度領域での出入りの流れ角の流体力学的抗力結果に関して本研究で確立される。 In contrast, TH and TH in US patent application Ser. No. 08 / 814,418 create a completely different and innovative solution that combines a deep draft forward and a shallow draft back in the underwater portion of TH. In normal structural ship design, it should be considered dangerous with inherent diving potential unless a bow valve is used. However, following the model test, the author confirmed that the TH theory was correct in that the diving tendency was not measured with a triangular plan figure. The TH solution changes the inherent distance between the LCF and the buoyancy center and thus has a substantially center of gravity in front of the LCF. In addition, as I did in part of the continuation application regarding the limits on the distance between LCF, CB, CB and the impact on static drafts, hydrostatic stern conditions and sterns in the supercritical and subcritical regions That the quantitative aspects of the relationship between CB, CG, LCF, and stern draft depend on the distinction between the hydrodynamic conditions and the lack of diving tendency was established and established with respect to the effective load capacity . In addition, these important relationships are established in this study with respect to hydrodynamic drag results of incoming and outgoing flow angles in different velocity regions.
本発明は、以前の特許出願の遷音速船体(船殻)TH発明および遷音速ハイドロフィールドTH発明を質的に改善し、その範囲を拡張する新しい独自の設計形状、特徴、および動作の方法を指定する。本発明の範囲を、下に要約する。 The present invention provides a new and unique design shape, features, and method of operation that qualitatively improves and extends the scope of previous patent applications for the transonic hull (hull) TH and transonic hydrofield TH inventions. specify. The scope of the present invention is summarized below.
1.ディスプレースメント(displacement)モードでの以前の亜臨界領域および臨界超過領域を超える新しい流体力学領域すなわち、ハイパークリティカル(hypercritical)領域、トランスプレーナ(transplanar)領域、およびx領域と新しい設計特性とによって、非常に広い速度範囲にわたるTHの動作速度エンベロープの拡張が、増加する。これらの改善を用いると、単一のTH船体が、そうでなければ異なる従来の船体を有する2つまたは3つの船を必要とする広い速度スペクトルにわたってよい効率で動作することができる。たとえば、速度のより低い範囲での従来のディスプレースメント船およびより高い速度に関するV底船体または半滑走船体である。 1. A new hydrodynamic region beyond the previous subcritical and supercritical regions in the displacement mode, ie, the hypercritical region, the transplanar region, and the x region and the new design characteristics The expansion of the operating speed envelope of TH over a very wide speed range is increased. With these improvements, a single TH hull can operate with good efficiency over a wide velocity spectrum that would otherwise require two or three ships with different conventional hulls. For example, conventional displacement ships at lower speed ranges and V-bottom or semi-planing hulls for higher speeds.
2.本発明のもう1つの重要な特徴は、静かな水の水線面の上下の船体特性および形状に関し、これらは、反対の波での、好ましくはエンジン、燃料、および武器など、船体内の重く大きい構成要素の特殊な縦分布との任意選択の組合せにおいても、広い速度範囲にわたる成功裡の動作を可能にするのにクリティカルである。 2. Another important feature of the present invention relates to the hull characteristics and shape above and below the quiet waterline, which are heavy in the hull, preferably in the opposite waves, such as engines, fuels and weapons. Even in an optional combination with a special longitudinal distribution of large components, it is critical to enable successful operation over a wide speed range.
3.本発明の第3の特徴は、静かな水および反対の波での遷音速船体の性能および操縦性を実現可能にし、機能強化し、改善するのに必要な、特殊な形状、トリム、バランス、重心位置、縦浮面心位置、ならびにさまざまな種類のフラップおよび条板に関する。 3. The third feature of the present invention is the special shape, trim, balance, necessary to enable, enhance and improve the performance and maneuverability of transonic hulls in quiet water and counter waves. It relates to the position of the center of gravity, the position of the vertical surface, and various types of flaps and strips.
4.さらに、本発明の他の重要な特徴は、レーダーおよび他のセンサによる固有の低い検出可能性ならびに低い可視性および熱内容の航跡を有する船体形状であり、これは、船体にステルス特性をもたらすが、それでも、効率的な流体力学および反対の波でのよい挙動と互換である。 4). In addition, another important feature of the present invention is the hull shape with inherent low detectability by radar and other sensors and a low visibility and thermal content wake, which provides stealth characteristics to the hull. Still, compatible with efficient hydrodynamics and good behavior in the opposite wave.
したがって、この新しい発明は、現在はハイパークリティカル領域、トランスプレーナ領域、およびx領域を含む遷音速船体の新しい高速ハイドロフィールド領域で動作することのできる全天候ステルス遷音速船体である。説明を単純にするために、本発明の船体を、ある重要な事例でTH−IIとも称し、その広げられたハイドロフィールドがTH−IIIである。本発明の他の実施形態は、THおよびTH−IIに適用可能な改善である。 Thus, the new invention is an all-weather stealth transonic hull capable of operating in a new high speed hydrofield region of a transonic hull that currently includes a hypercritical region, a transplanar region, and an x region. For simplicity of explanation, the hull of the present invention is also referred to as TH-II in one important case, and its expanded hydrofield is TH-III . Another embodiment of the invention is an improvement applicable to TH and TH-II.
本発明は、一般的で強力なので、単一の船舶に本発明の特徴および方法ならびに改善のそれぞれすべてを組み込む必要はなく、これらのそれぞれをすべての請求項に組み込む必要もない。 Because the present invention is general and powerful, it is not necessary to incorporate each and every feature and method and improvement of the present invention in a single ship, nor does each of them need to be incorporated into every claim.
本発明の性質および範囲は、静かな水および反対の波である種の深刻な固有の問題を有する従来の船体の重要な特性を再検討することと、本発明によって解決される概念的質問を設定する米国特許出願第08/814418号および米国特許出願第08/814417号の遷音速船体THおよびそのハイドロフィールドの限界および可能性をも調べることによってよりよく理解することができる。 The nature and scope of the present invention will review the important characteristics of conventional hulls with certain serious inherent problems, such as still water and the opposite waves, and the conceptual questions solved by the present invention. A better understanding can be obtained by also examining the limitations and possibilities of the transonic hull TH and its hydrofield in the US patent application Ser. No. 08 / 814,418 and US application Ser. No. 08 / 814,417.
1.従来の船体の特性および問題:
この再検討で、動作速度エンベロープに従って船体タイプによって従来の船体設計を分離することが必要である。エンベロープは、船体タイプごとに、対応する容量係数と一緒に最もよく考慮される速度対長さ比(speed-to-length ratio)の関数として重量対抗力比(weight-to-drag ratio)に関して表され、速度対長さ比および容量係数は、速度エンベロープに関する縦の表面分布および体積分布を示す。
1. Traditional hull characteristics and problems:
In this review, it is necessary to separate the conventional hull design by hull type according to the operating speed envelope. For each hull type, the envelope is expressed in terms of weight-to-drag ratio as a function of the speed-to-length ratio that is best considered along with the corresponding capacity factor. The velocity-to-length ratio and the capacity factor indicate the vertical surface distribution and volume distribution with respect to the velocity envelope.
1a.ディスプレースメント船体:
ディスプレースメント船体は、浮力の揚力によってボートの重さを支える。過去および現在の設計では、ディスプレースメント船体は、「ハルスピード(hull speed)」と称する速度上限を有し、その付近およびその上では、流体力学的抵抗(抗力)が、たとえば図1に示されているように、高い指数関数的な割合で増える。「ハルスピード」は、移動する船体によって生成され、これと共に移動する船首波と船尾波の間の長さが、船体の幾何学的長さと等しくなった時に発生する。この状況は、数値的には、ノット単位のボート速度をフィート単位のボート長の平方根で割った比が1.34と等しい時と表される。
1a. Displacement hull:
The displacement hull supports the weight of the boat by buoyancy lift. In past and present designs, the displacement hull has an upper speed limit, referred to as “hull speed”, in the vicinity of and above, hydrodynamic resistance (drag) is shown, for example, in FIG. As you can see, it increases at a high exponential rate. “Hull speed” is generated by a moving hull and occurs when the length between the bow and stern waves moving with it is equal to the geometric length of the hull. This situation is numerically represented when the ratio of boat speed in knots divided by the square root of boat length in feet is equal to 1.34.
ディスプレースメント船体は、ハルスピードの十分下では非常に効率的であり、100を超える重量対抗力比を有する。極端に低い速度では、抗力が0に達するが重量が一定のままなので、この効率比がはるかに大きい値まで増える。しかし、ハルスピード付近またはその上では、重量対抗力比が、すばやく低下し、物理的および経済的に許容できなくなる。したがって、ディスプレースメント船体のより高い速度は、主に船体長を増やすことによって達成可能である。残念ながら、長さの速度利益は、大きくはない。たとえば、50フィート船体の公称「ハルスピード」は9.5ノットであるが、300フィートハルスピードについては、23ノットに過ぎない。 The displacement hull is very efficient at full hull speed and has a weight to drag ratio of over 100. At extremely low speeds, the drag reaches zero but the weight remains constant, so this efficiency ratio increases to a much larger value. However, near or above hull speed, the weight-to-resistance ratio drops quickly and becomes physically and economically unacceptable. Therefore, higher speeds of the displacement hull can be achieved mainly by increasing the hull length. Unfortunately, the speed advantage of length is not great. For example, the nominal “hull speed” of a 50 foot hull is 9.5 knots, but for a 300 foot hull speed it is only 23 knots.
「ハルスピード」限度は、ディスプレースメント船体が水中を移動する時の波生成特性すなわち「造波」のゆえに、ディスプレースメント船体に固有である。船体によって生成される波の長さが船体の幾何学的長さを超える時に、図2に示されているように、状況がクリティカルになる。船首波の増えるサイズが、増える速度と共に、ミッドボディ付近のトラフのさらなる低下を誘導し、これが、船体の増分的な沈下および船体の迎角の増加につながる。また、局所的な水位の下での船体の曲率に起因する、速度上昇に伴う追加の沈下がある。迎角の増加は、船首波を越えて上り、滑走領域に入るために非常に高い出力が使用可能でない限り、さらなる速度増加を妨げるが、その限度については後で述べる。 The “hull speed” limit is inherent to the displacement hull because of the wave generation characteristics when the displacement hull moves underwater or “wave-making”. When the length of the waves generated by the hull exceeds the geometric length of the hull, the situation becomes critical, as shown in FIG. The increasing size of the bow wave, along with the increasing speed, induces further reduction of the trough near the midbody, leading to incremental hull sinking and increased hull angle of attack. There is also additional subsidence with increased speed due to the hull curvature under local water levels. Increasing the angle of attack prevents further speed increase unless very high power is available to climb over the bow and enter the gliding area, the limit of which will be discussed later.
造波に起因する高い抗力は、摩擦抗力に加わり、これを超える可能性があり、海運の経済での非常に深刻な問題である。したがって、これを克服するために、かなりの研究がさまざまな形で行われてきたが、残念ながら、ごくわずかな改善しか得られていない。たとえば、球状船首は、ある速度で抗力をわずかに減らすことができる。また、長く細長い船体は、幅広の船体より鈍感であるが、より少ない積荷を運び、後で再検討するように他の問題を有する。 The high drag caused by wave formation can add to and exceed the friction drag, which is a very serious problem in the shipping economy. Therefore, considerable research has been done in various ways to overcome this, but unfortunately only a few improvements have been obtained. For example, a spherical bow can reduce drag slightly at a certain speed. Also, a long and slender hull is less sensitive than a wide hull, but carries less cargo and has other problems to be reviewed later.
ディスプレースメント船体の最大動作速度エンベロープの原因となり、これを決定するディスプレースメント船体の重要な特性は、さまざまな情報源で入手可能であり(たとえば、MITの Philip Mandel 教授による「A Comparative Evaluation of Novel Ship Types」)、図3および4の左側に要約されている。動作速度エンベロープは、商船の場合に0.8から約1.0または1.1までの速度対長さ比を含み、これは、商船の1.34の「ハルスピード」の十分に下である。軍艦は、「ハルスピード」(たとえば、1.35の巡洋艦)および「ハルスピード」の上(たとえば、約1.7の速度対長さ比で動作する細長い駆逐艦)さえも含む速度エンベロープを有する。説明した速度比の上では、従来の原動所の必要なサイズおよび重量と、より低い重量対抗力比での推進の流体力学的問題とが、船の使命に関して許容できなくなる。 The important characteristics of the displacement hull that cause and determine the maximum operating speed envelope of the displacement hull are available from a variety of sources (eg, “A Comparative Evaluation of Novel Ship by MIT Prof. Philip Mandel”). Types "), summarized on the left side of FIGS. The operating speed envelope includes a speed to length ratio from 0.8 to about 1.0 or 1.1 for merchant ships, which is well below the merchant ship's 1.34 “hull speed”. . Warships have a velocity envelope that includes "Hull Speed" (eg, 1.35 cruiser) and even above "Hull Speed" (eg, an elongated destroyer operating at a speed to length ratio of about 1.7). . Above the speed ratio described, the required size and weight of conventional power plants and the propulsion hydrodynamic problems at lower weight-to-force ratios are unacceptable with respect to the ship's mission.
したがって、少なくとも現在の速度限度内で、好ましくはこれらの限度を超える記録更新で、ディスプレースメント船体の高速効率および範囲を改善する緊急の必要が残されている。特に従来の船体を制限するタイプの造波抗力をなくすことができる場合に、従来の流体力学的滑走に頼らない、実用的な解決策が必要である。 Accordingly, there remains an urgent need to improve the high speed efficiency and range of the displacement hull, at least within current speed limits, preferably with record updates exceeding these limits. There is a need for a practical solution that does not rely on conventional hydrodynamic gliding, especially when the type of wave drag that limits the conventional hull can be eliminated.
1b.滑走船体(planing hull)
滑走船体と称する異なるタイプの船体(重量が、運動量変化からの流体力学的揚力(浮力の揚力とは異なる)によって支持される)が、ディスプレースメント船体の速度限度を克服でき、さらに、これらが高速で効率的であるという広く持たれている意見がある。実際に、滑走は高いボート速度を可能にするが、比較的軽い重量を有し、高い推進推力を備えた、ほぼ平らな水線下部分を有するボートに限ってそれを行う。この船体の制限する特性は、無粘性滑走の制限的な場合に関して図5に示されている、運動量変化に起因する動的抗力の存在である。実際には、これらの船体は、3°から6°の迎角で動作する。最適平板滑走の場合の無粘性重量対抗力比は、それぞれ19および9.5である。
1b. Planing hull
A different type of hull, called a planing hull, whose weight is supported by hydrodynamic lift from momentum changes (unlike buoyancy lift), can overcome the displacement hull speed limit, and There is a widely held opinion that it is efficient. In practice, sliding allows for high boat speeds, but does so only for boats that have a relatively light weight, a high thrust, and a substantially flat underwater section. The limiting characteristic of this hull is the presence of dynamic drag due to momentum changes, as shown in FIG. 5 for the limiting case of non-viscous gliding. In practice, these hulls operate at angles of attack of 3 ° to 6 °. The viscosity-free weight-to-force ratio for optimal plate sliding is 19 and 9.5, respectively.
粘性抗力が動的抗力に追加される時に、事実は、ボート重量対抵抗の最良の比が、図3および4の右側に示されているように6から9程度なので、滑走が著しく非効率的な流体力学領域であることである。これは、約10倍高速で飛ぶ現代のジェット旅客機の重量対抵抗の最良の比の半分未満であり、ハルスピードに近いがそれ未満の「適度な」長さのディスプレースメント船体の10分の1(またはそれ未満)に過ぎない。滑走船体の動作速度エンベロープは、スキーボートおよび類似するスポーツクラフトによって最もよく例示され、これらは、その滑走速度未満(たとえば、約4の速度対長さ比未満)で、ディスプレースメントモードでの大きい造波抗力を伴うノーズハイ姿勢を必要とし、これは、図2で最も低いがより長い船体について示したものに類似する条件である。 When viscous drag is added to dynamic drag, the fact is that the best ratio of boat weight to resistance is on the order of 6 to 9 as shown on the right side of FIGS. It is a unique hydrodynamic region. This is less than half the best weight-to-resistance ratio of a modern jet airliner flying about 10 times faster, and a tenth of a “moderate” length displacement hull close to but less than hull speed. (Or less). The operating speed envelope of a planing hull is best exemplified by ski boats and similar sports craft, which are less than their planing speed (eg, less than about 4 speed to length ratio) and have a large construction in the displacement mode. It requires a nose-high attitude with wave drag, a condition similar to that shown for the lowest but longer hull in FIG.
図3での速度に伴う重力対抗力比の減少は、増加する速度対長さ比と連続しているように見えるが、図3の左側と右側は、連続しているのではなく、船体の形状およびタイプ(ディスプレースメントおよび滑走)に関して不連続であり、これらは、図4に明瞭に示されているように、不連続で大きく異なる容量係数を有する。したがって、図3および4の左側では、駆逐艦を含む場合に、ディスプレースメント船体が、約0.8から1.8までの動作速度対長さエンベロープを含み、ここで、重力対抗力比は、120超(低速タンカについてはより高い)から約25まで滑らかに減少し、これに対応する容量係数は、駆逐艦について約80(低速タンカについてはより高い)から約55まで滑らかに減少する。対照的に、図3および4の右側では、滑走船体が、3から4をかなり超える程度の動作速度対長さ比を有する(図3)が、約6〜8の重量対抗力比および約100の容量係数(図4)を有し、これは、ディスプレースメント船体の方がはるかに長いというだけの理由で、ディスプレースメント船体より明らかにはるかに高い。より高い容量係数は、滑走設計が「ハルスピード」付近またはそれ未満での持続動作を意図されていないかそれが不可能であるという事実を反映し、ハルスピードでは、滑走設計の低い重量対抗力比が、ディスプレースメント船体と比較して禁止的になるはずである。 The decrease in the gravity-to-force ratio with speed in FIG. 3 appears to be continuous with the increasing speed-to-length ratio, but the left and right sides of FIG. Discontinuous with respect to shape and type (displacement and gliding), these are discontinuous and have significantly different capacity factors, as clearly shown in FIG. Thus, on the left side of FIGS. 3 and 4, when including a destroyer, the displacement hull includes an operating speed-to-length envelope of about 0.8 to 1.8, where the gravity-to-force ratio is It smoothly decreases from over 120 (higher for low speed tankers) to about 25, and the corresponding capacity factor decreases smoothly from about 80 (higher for low speed tankers) to about 55 for destroyers. In contrast, on the right side of FIGS. 3 and 4, the planing hull has an operating speed-to-length ratio of about 3 to well over 4 (FIG. 3), but a weight to drag ratio of about 6-8 and about 100 Capacity factor (Figure 4), which is clearly much higher than the displacement hull just because the displacement hull is much longer. The higher capacity factor reflects the fact that the gliding design is not intended or impossible for sustained operation near or below “hull speed”, and at hull speed, the low weight resistance of the gliding design The ratio should be prohibitive compared to the displacement hull.
上で再検討したように、ディスプレースメント船体は、おおむね速度の2乗に伴って増加する、ほぼ一定の濡れ面積によって生成される摩擦抗力に加えて、ハルスピード付近およびその上で速度に強く伴って増加する造波抗力成分を有する。これらの抗力源が、図1に示された、「ハルスピード」付近およびそれを超える速度での高い総指数関数的抗力増加に組み合わされる。その結果、動作速度対長さ比は、商船について約1であり、軍艦については2を多少下回る。 As reviewed above, the displacement hull is strongly associated with velocity near and above hull speed, in addition to the friction drag generated by the nearly constant wetting area, which generally increases with the square of velocity. Has a wave drag component that increases. These drag sources are combined with the high total exponential drag increase near and above “Hull Speed” shown in FIG. As a result, the operating speed to length ratio is about 1 for merchant ships and slightly less than 2 for warships.
摩擦抵抗と造波抵抗のパーセント分布は、他の些細な抵抗成分を含む場合があるのでしばしば剰余抵抗と呼ばれるが、これを図6に示す。図6は、1.34の「ハルスピード」を超える速度で、抵抗の60%が剰余抵抗であり、ほとんどが造波抗力であることを示す。 The percent distribution of frictional resistance and wave resistance is often referred to as residual resistance because it may contain other minor resistance components, as shown in FIG. FIG. 6 shows that at a speed exceeding the “hull speed” of 1.34, 60% of the resistance is residual resistance and most is wave drag.
流体力学的対比で、重量とおおむね等しい動的揚力を、垂直平衡状態に必要な大きい迎角に依存する高い動的抗力成分と、望むらくは速度に伴って減少する摩擦抗力比率とを有する純滑走船体は、3.5以上程度の速度対長さで、8以下程度の低い重量対抗力比で動作し、より低い速度対長さ比での動作は、非効率的過渡条件であり、これは、非常に悪い重量対抗力比も有する。 In hydrodynamic contrast, a net lift with a dynamic drag component that is roughly equal to the weight, with a high dynamic drag component that depends on the large angle of attack required for vertical equilibrium, and a friction drag ratio that decreases with speed, if desired. A planing hull operates at a speed-to-length of about 3.5 or higher and a low weight-to-force ratio of about 8 or lower, and operation at a lower speed-to-length ratio is an inefficient transient condition. Also has a very bad weight to drag ratio.
単船体船のディスプレースメント船体特性と滑走船体特性を混合することを試みるさまざまなハイブリッド船舶が、速度エンベロープにわたって効率的に動作できる単一船タイプに達することを試みて過去に提案されてきたが、残念ながら、下で再検討するように、多くの成功はなかった。 Various hybrid ships that have attempted to mix the displacement and planing hull characteristics of a single hull ship have been proposed in the past, trying to reach a single ship type that can operate efficiently over the velocity envelope, Unfortunately, as reviewed below, there wasn't much success.
1c.半滑走船体(semi-planing hull):
前進速度に伴って重心を沈める吸込(みかけの重量を増やす)を引き起こす上に曲がった船尾と船首の曲率とを有するディスプレースメント船体と異なり、また、ほとんど平らな下面と前進速度に伴って高まる傾向があるCGとを有する滑走船体と異なって、半滑走船体は、通常、V底を有し、実用的な理由から、純滑走船体より重い。半滑走船体は、高速で「平らな」航跡の出現を生成することができるが、その揚力は、浮力と動的な力の組合せによって生成され、これは本来非効率的である。これらのハイブリッドは、滑走船体と比較して、より長く、より低い容量係数を有するが、それでも、たとえば図4の中央に示されているように、ディスプレースメント船体の容量係数よりはるかに高い。
1c. Semi-planing hull:
Unlike displacement hulls, which have a bent over stern and bow curvature, causing suction that sinks the center of gravity (increases the apparent weight) with forward speed, and also tends to increase with almost flat underside and forward speed Unlike a planing hull with a certain CG, a semi-planing hull usually has a V-bottom and is heavier than a pure planing hull for practical reasons. Semi-planing hulls can produce the appearance of “flat” wakes at high speeds, but their lift is generated by a combination of buoyancy and dynamic forces, which is inherently inefficient. These hybrids are longer and have a lower capacity factor compared to the planing hull, but are still much higher than the capacity factor of the displacement hull, for example as shown in the middle of FIG.
半滑走船体の航跡の境界は、俯瞰図から見た時に、平らで、船尾からある距離で一緒につながるように見え、水の表面上の、後に続く「へこみ」を生成し、これは、流体力学を学んだ魚の観点から、動作する半滑走船体の動的水線面の長さより長い長さの仮想ディスプレースメント船体として解釈することができる。従来の半滑走船体は、非効率的なハイブリッドであり、低速で、よいディスプレースメント船体と比較して、過度の抗力を有する。従来の半滑走船体は、半滑走速度に達するのに非常に大きい出力を必要とし、その領域では、純滑走船体ほど高速ではなく、純滑走船体より非効率的である。その一方で、深V半滑走船体は、荒れた海でのより多い有効積載量でのより滑らかな乗り心地をもたらし、滑走船体より耐航性がある。しかし、深V半滑走船体は、ディスプレースメント船体より荒い乗り心地を有し、より望ましくない凌波特性を有し、ほとんどの大規模海運応用例について商業的に実現不能である。 The wake boundary of a semi-planing hull appears flat from a bird's-eye view and appears to connect together at a distance from the stern, creating a subsequent “dent” on the surface of the water, From the perspective of a fish that has learned mechanics, it can be interpreted as a virtual displacement hull that is longer than the length of the dynamic waterline of the moving semi-planing hull. Conventional semi-planing hulls are inefficient hybrids, which are slow and have excessive drag compared to good displacement hulls. Conventional semi-planing hulls require very high power to reach half-sliding speed and in that area are not as fast as pure planing hulls and are less efficient than pure planing hulls. On the other hand, a deep V semi-planing hull provides a smoother ride with more effective load capacity in rough seas and is more seaworthy than a planing hull. However, deep V semi-planing hulls have a rougher ride than displacement hulls, have less desirable wave surpassing characteristics, and are not commercially feasible for most large shipping applications.
1d.半ディスプレースメント船体:
長さ対船幅比が細長い船体で増やされる時に、造波抗力が減る。Saundersによれば、細長いディスプレースメントパワーボートが、1910年代に一般的であった。その後、丸底船体を有するドイツ魚雷艇(German Schnell Boote)(高速ボート)が、第2次大戦用のS−boatとして成功裡に開発され、荒れた北海で高速で良好に動作した。しかし、半ディスプレースメントボートの長さ−船幅細長比がさらに増やされる時に、横安定性および有効積載容量が、さらに減る。極端では、8人ローイングシェル(rowing shell)は、横安定性に関してオールに頼る。約30の長さ対船幅比では、造波抵抗が、10ノットでの総抵抗の5%に過ぎないが、重量対抗力比は、約20に過ぎない。航空機での適当な比較が、25の翼幅対翼弦比を有する現代のグライダである。これは、6倍の速度で40の重量対抗力比で動作することができる。
1d. Semi-displacement hull:
When the length-to-ship ratio is increased in a narrow hull, the wave drag is reduced. According to Saunders, elongated displacement powerboats were common in the 1910s. Later, the German Schnell Boote (high-speed boat) with a round bottom hull was successfully developed as an S-boat for the Second World War and operated well at high speed in the rough North Sea. However, when the length of the half-displacement boat is further increased, the lateral stability and effective loading capacity are further reduced. At the extreme, an 8-person rowing shell relies on all in terms of lateral stability. At a length to ship width ratio of about 30, the wave resistance is only 5% of the total resistance at 10 knots, but the weight to drag ratio is only about 20. A suitable comparison on an aircraft is a modern glider with a span to chord ratio of 25. It can operate with a weight to drag ratio of 40 at 6 times the speed.
限度内で、細長い船体の船幅が0に近付く時に、造波抗力は0に向かう傾向があるが、粘性抗力は存在し、有効積載容量はなくなる。したがって、高速半ディスプレースメントボートの最近の開発は、より高い速度で流体力学的揚力成分を生成し、浮力の揚力成分およびその造波抵抗を減らし、たとえば横不安定性および/または揚力に起因するノーズハイ姿勢および高い抗力の傾向などの高速での細長い船体の他の短所を補正するために、細長い船体への複雑な横のまたは他の追加を使用して、混合揚力モードを提案してきた。半滑走船体の場合と同様に、その速度潜在能力は、滑走船体より低く、その重量対抗力の比は、非常に満足ではなく、また、結果として、有効積載量は多くない。これらは、「ハルスピード」の付近およびそれを超える速度で半滑走を上回る性能利益を有するように見え、ピッチにより鈍感であるが、その複雑な形状は、固有のサイズ限界ならびにより低い速度潜在能力を有するように見える。 Within the limits, when the width of the elongated hull approaches zero, the wave drag tends to zero, but there is viscous drag and the effective load capacity is lost. Thus, recent developments of high speed semi-displacement boats have generated hydrodynamic lift components at higher speeds, reducing buoyancy lift components and their wave resistance, e.g. nose high due to lateral instability and / or lift In order to compensate for other shortcomings of elongated hulls at high speeds, such as attitude and high drag tendencies, mixed lateral or other additions to the elongated hulls have been used to propose mixed lift modes. As with the semi-planing hull, its speed potential is lower than that of the planing hull, its weight to drag ratio is not very satisfactory, and as a result, the effective payload is not high. These appear to have performance benefits over half-slide at speeds near and above "Hull Speed" and are less sensitive to pitch, but their complex shape has inherent size limitations as well as lower speed potential Seems to have.
1e.悪い海面状態に起因する単船体船の追加の抵抗:
上で再検討したさまざまなタイプの単船体船は、海面状態に対する異なる応答を有し、この応答が、ほとんどの実用的動作での効率に対する重大な追加の制限を設定する。これは重要な問題である。というのは、これが、動作速度エンベロープの重要な限度を設定し、構造的な重量および出力のペナルティを課すことができ、実際にそれを行い、これらのペナルティが、静かな水についてのみ動作する同一の船体の設計の場合と異なり、それより悪いからである。
1e. Additional resistance of single hulls due to bad sea conditions:
The various types of single hull ships reviewed above have different responses to sea level conditions, which set a significant additional limit on efficiency in most practical operations. This is an important issue. This is because it sets important limits on the operating speed envelope and can impose structural weight and power penalties, do it in practice, and these penalties only work for quiet water This is because it is worse than the hull design.
この作者の観点では、ディスプレースメント船体および半ディスプレースメント船体の反対の波での抗力ペナルティおよび構造ペナルティは、体積および浮力の予備のその固有の望ましくない縦分布から生じ、これは、伝統的であり、多分、波を登るように設計された船(海洋波の伝搬速度に関して不適切な速度マージンを有する)のより低速の速度エンベロープに適用可能である。さらに、従来の船の慣性値は、より高い速度が他の形で従来のディスプレースメント船体および半ディスプレースメント船体を用いて達成可能である場合に、そのようなより高い速度エンベロープに関してその性能にペナルティを与えるはずである。明らかに、波中のディスプレースメント関連船体の追加の抗力ペナルティおよび重量ペナルティを減らすためのブレークスルーが、特に対抗する波での周知の「船首底衝撃」など、滑走関連船体が反対の波で出会うさらに悪いペナルティをこうむらない場合に、非常に望ましい。船首底衝撃は、やってくる波に関する迎角の準瞬間的な大きい増加に出会い、設計範囲外の非常に大きい過渡的角度に達する時に発生し、この過渡的角度は、速度を鈍らせ、船体の構造的負荷および重量を非常に大きく増加させる。 From this author's point of view, drag and structural penalties on the opposite waves of the displacement and semi-displacement hulls stem from their inherent undesirable longitudinal distribution of volume and buoyancy reserves, which is traditional Applicable to the slower velocity envelope of a ship (possibly with an improper velocity margin for ocean wave propagation velocity) designed to climb waves. Furthermore, the inertia value of a conventional ship penalizes its performance with respect to such higher speed envelopes, where higher speeds are otherwise achievable with conventional displacement and half displacement hulls. Should give. Obviously, breakthroughs to reduce additional drag penalties and weight penalties for displacement-related hulls in the waves, especially the well-known “bottom-bottom impact” in the opposing waves, the gliding-related hulls meet in the opposite wave It is highly desirable if you do not incur a worse penalty. The bow impact occurs when it encounters a quasi-instantaneous increase in angle of attack with respect to incoming waves and reaches a very large transient angle outside the design range, which slows down the speed and reduces the structure of the hull. Increase the mechanical load and weight significantly.
1f.多胴船:
上で再検討したさまざまなタイプの単船体船の造波抗力および他の悪い抗力の問題(波中の追加の抵抗を含む)は、非常に深刻なので、かなりの最近の努力が、新しい多胴船の開発に振り向けられてきた。この分野は、単船体船に関する本文書の範囲外であるが、多少の所見がふさわしい。安定性のために横に広く離隔された、カタマランの非常に狭く細長いディスプレースメント船体の対が、成功裡に開発され、さまざまな商業応用例について、特にアジアで、高速で使用されている。その容量係数の計算は、2つの船体があり、そのそれぞれが半分の重量を有するが全長を有するので、あてにならないものである可能性がある。したがって、各船体は、単船体船より望ましい容量係数を有するが、そのような船体を2つ有する。現代のカタマランの揚抗比に関する公表された情報は、たやすく入手可能ではない。それでも、据え付けられた出力および動作重量に基づく抗力推定値は、10程度の重量/抗力比が、50ノットの速度で大型半滑走軽量カタマランについて実現可能であり、25ノットで16の比が実現可能であるが、その全長および総重量に関して非常に少ない有効積載量を有することが示される。これらの重量/抗力比は、高くはなく、滑走船体の重量/抗力比に近いが、従来の単船体船ディスプレースメント船体より高い速度で達成される。
1f. Multi-hull ship:
The wave drag and other bad drag problems (including additional resistance in the waves) of the various types of single hulls reviewed above are so serious that considerable recent efforts have led to the new multihull Has been devoted to ship development. This area is outside the scope of this document on single-hull ships, but some observations are appropriate. Catamaran's very narrow and elongated displacement hull pairs, widely separated laterally for stability, have been successfully developed and used at high speeds for various commercial applications, especially in Asia. The calculation of the capacity factor may be unreliable because there are two hulls, each having half the weight but full length. Thus, each hull has a capacity factor that is more desirable than a single hull, but has two such hulls. Published information on the lift-drag ratio of modern catamaran is not readily available. Still, drag estimates based on installed power and operating weights can achieve a weight / drag ratio on the order of 10 for a large semi-sliding lightweight catamaran at a speed of 50 knots and a ratio of 16 at 25 knots. However, it is shown to have a very low effective load capacity with respect to its overall length and total weight. These weight / drag ratios are not high and are close to the weight / drag ratio of a planing hull, but are achieved at higher speeds than conventional single hull displacement hulls.
トライマランは、ある構造的利益と共に類似する特性を有する場合があり、大きい伝統的な前向きの浮力予備をも有するが、これは中央船体だけに関する。最近の多胴船の傾向は、中央船体の低い速度対長さ比を維持するための非常に長いディスプレースメント中央船体と、ロール安定性のためおよび幅広い甲板を支持するための高い速度対長さ比の小さく狭い横船体とを有するトリマランを探査している。波浪貫通型(wave-piercing)多胴船は、うねりの中でのみ水との接触を有する中央本体を有する場合があり、これは、反対の波での通常の大きい浮力予備をもたらすが、中間の波での波浪貫通を可能にする。SWATHSも、滑らかな乗り心地に関して完全水没主ディスプレースメントに頼り、濡れ面積および速度のペナルティを有する多胴船である。 Trimarans may have similar characteristics with certain structural benefits and also have a large traditional forward buoyancy reserve, but this relates only to the central hull. Recent multihull trends include a very long displacement central hull to maintain the low speed-to-length ratio of the central hull, and high speed-to-length for roll stability and to support a wide deck. Exploring a trimaran with a narrow hull with a small ratio. A wave-piercing multihull may have a central body with water contact only in undulations, which results in a normal large buoyancy reserve in the opposite wave, but in the middle Wave penetration is possible. SWATHS is also a multihull with a wet area and speed penalty that relies on a fully submerged main displacement for a smooth ride.
これらの多胴船開発および他の高速船体開発(たとえば、Jane社のHigh Speed Marine Craft を参照)は、これまでに、特殊な商用応用または軍事応用に制限され、新しい単船体船設計に関する船製造業者の必要を強調してきた。そのような設計は、静かな条件での水位が示された図面と共に、米国特許出願第08/814418号および米国特許出願第08/814417号の、その出願書で定義された亜臨界速度および臨界超加速度での効率的な動作が可能である私の遷音速ハイドロフィールドTHおよび遷音速船体THで指定されている。 These multihull developments and other high-speed hull developments (see, for example, Jane's High Speed Marine Craft) have so far been limited to special commercial or military applications, and ship manufacturing for new single hull ship designs. Emphasizing the needs of suppliers. Such a design, together with a drawing showing the water level in quiet conditions, is the subcritical velocity and criticality defined in that application of US patent application Ser. No. 08 / 814,418 and US application Ser. No. 08 / 814,417. It is specified in my transonic hydrofield TH and transonic hull TH, which allow efficient operation at super acceleration.
2.遷音速船体の特性、米国特許出願第814418号および米国特許出願第814417号:
前に述べたように、本発明の性質および範囲を理解するためには、従来の船体の問題のほかに、出願日において本願に先行する、曳航水槽試験の結果の再検討を含む、米国特許出願第08/814418号および米国特許出願第08/814417号の遷音速船体THおよびそのハイドロフィールドTHの限度および潜在能力の再検討も必要である。
2. Transonic hull characteristics, US Patent Application No. 814418 and US Patent Application No. 814417:
As previously stated, in order to understand the nature and scope of the present invention, in addition to the conventional hull problem, a U.S. Reexamination of limits and potential of application No. 08/814418 and U.S. Patent application No. 08/814417 No. transonic hull TH and its hydro field TH is also required.
2a.THおよびTHの特性および特徴:
THは、静的条件および動的条件で頂点が前の三角形の水線面形状、最大喫水が前にあり最小喫水が後にある、側面図で三角形の縦断面または変更された三角形の縦断面、および水に対して大きい傾きまたは垂直の平らな横表面を有する水中部分を有することを特徴とする。したがって、水中部分は、平面図で細く狭い入口角および側面図で後ろの細い出口角を有する二重くさび体積配分を有する。したがって、THおよびそれに関連するハイドロフィールドTHの形状は、平面図での肩、ミッドボディ、またはクォーター曲率などの表面造波源がないことを特徴とし、これらは、狭い前の入口を有し、この入口は、単位時間あたりに移動される水の体積を最小にし、特殊な船内水線下部分流れを誘導し、ディスプレースメント船体の従来の造波パターンを除去する流れサブダクション(subduction)に味方し、非常に減らされたサイズおよびミッドボディトラフの不在という新しいタイプの流体力学的レイ現象(hydrodynamic ray phenomenon)を可能にする。THは、その下面の望ましい滑走防止推進圧力構成要素と、側面の望ましい収縮する流線と、船体の下側表面の望ましい重力圧力傾度と、ピッチアップを防ぎ、船尾波を除去する幅広い船尾潜流とを有し、水線下部分エネルギの回復ならびに追い波からのエネルギの回復に味方する。
2a. Properties and characteristics of TH and TH :
TH is a triangular waterline shape with a vertex at the front in static and dynamic conditions, a triangular longitudinal section or a modified triangular longitudinal section in a side view, with a maximum draft in front and a minimum draft after, And having an underwater portion having a flat lateral surface with a large inclination or perpendicular to the water. Thus, the underwater portion has a double wedge volume distribution with a narrow narrow entrance angle in plan view and a narrow narrow exit angle in side view. Therefore, the shape of TH and its associated hydrofield TH is characterized by the absence of surface wave sources such as shoulder, midbody, or quarter curvature in plan view, which have a narrow front entrance and this The inlet is on the side of the flow subduction that minimizes the volume of water transferred per unit time, induces a special sub-floor subflow, and eliminates the conventional wave pattern of the displacement hull. Enables a new type of hydrodynamic ray phenomenon, greatly reduced size and absence of midbody troughs. TH has a desirable anti-skid propulsion component on its underside, a desirable shrinking streamline on the side, a desirable gravitational pressure gradient on the lower surface of the hull, and a wide stern submersible that prevents pitch up and eliminates stern waves And is on the side of the recovery of the energy below the water line as well as the recovery of energy from the trailing wave.
したがって、私の以前の米国特許出願第08/814418号で指定されるTHおよびTHの非常に重要な特徴は、そのディスプレースメントモード内の静かな水での高速動作のために水の下の造波源を除去し、したがって、「ハルスピード」付近およびそれを超える速度での従来の船体を特徴付ける造波抗力の高い指数関数的増加を防ぐか減らすことである。前に説明したように、公称「ハルスピード」は、ノット単位の速度をフィート単位のボート長の2乗で割ったものを用いて表される時に、1.34である。この速度範囲で、たとえば図1に示されているように、従来の船体の総抗力の造波抗力成分は、大きく増え、したがって、総抗力が、船体形状、ビームローディング(beam loading)、およびフルード数範囲(フルード数は、フィート/秒単位の速度を重力加速度とフィート単位の水に引き込まれた水線長との積の平方根で割ったものと定義される)に依存して、通常は3以上程度のべきによって、大きい指数関数的な形で増える。 Therefore, a very important feature of TH and TH , as specified in my earlier US patent application Ser. No. 08 / 814,418, is the construction under water for high speed operation in quiet water within its displacement mode. It is to eliminate the wave source and thus prevent or reduce the high exponential increase in wave drag that characterizes conventional hulls near and above “hull speed”. As explained previously, the nominal “hull speed” is 1.34 when expressed in terms of knot speed divided by the boat length squared in feet. In this speed range, for example, as shown in FIG. 1, the wave drag component of the total hull drag of the conventional hull is greatly increased so that the total drag is the hull shape, beam loading, and fluid. Depending on the number range (fluid number is defined as the velocity in feet per second divided by the square root of the product of gravitational acceleration and the length of the water line drawn into feet of water), it is usually 3 By the above power, it increases in a large exponential form.
したがって、私の以前の米国特許出願第08/814418号のTHおよびTHの原型形状の場合のように、速度に伴う造波抗力増加の主要な源が除去される場合に、THの、速度に伴う抗力増加の主要な残りの源は、摩擦に起因し、(a)THが、きれいなウォーターエグジット(water exit)を有するので船尾での圧力抗力問題を有しておらず、(b)THが、その浸水表面に沿った局所的動圧を、したがって平均動圧を大きく増やす曲がった表面を有しないので多く減らされた形状抗力を有することに留意されたい。 Therefore, as in the case of my earlier US patent application Ser. No. 08 / 814,418, the original source of TH and TH, when the main source of wave drag increase with speed is removed, The main remaining source of drag increase is due to friction: (a) TH has a clean water exit, so it does not have pressure drag problems at the stern; (b) TH Note that it has a much reduced shape drag because it does not have a curved surface that greatly increases the local dynamic pressure along its submerged surface, and thus the average dynamic pressure.
要約すると、THの原型の目的および特徴は、ディスプレースメントモードである間のその「ハルスピード」付近およびそれを超える速度で、その総抗力が速度の2乗べきのみに伴って増えることである。ディスプレースメント動作モードは、米国特許出願第08/814418号および米国特許出願第08/814417号で、臨界超過速度および亜臨界速度に関連する図面で特徴を表されている。たとえば、THでは、
・浸水表面が、所与の重量についてほぼ一定のままになり、
・原出願第08/814418号の図13および14に示されているように、船体の側面での水流が、小さいレイとして継続し、横の浸水表面が、ほぼ一定のままになり、
・船体の下面が、水面に対するほぼ一定の負の迎角を有し、前向きの推進圧力成分に実際に寄与し、この前向きの推進圧力成分は、原出願第08/814418号の図13および本願の図7に示されているように、THの水中側面に作用する水の阻止する圧力成分に対向する。
In summary, the purpose and characteristics of the TH prototype is that its total drag only increases with the square of the speed at speeds near and beyond its “hull speed” while in displacement mode. The displacement mode of operation is featured in US patent application Ser. No. 08 / 814,418 and US patent application Ser. No. 08 / 814,417 in drawings relating to supercritical and subcritical speeds. For example, in TH,
The flooded surface remains nearly constant for a given weight,
As shown in FIGS. 13 and 14 of the original application 08/814418, the water flow at the side of the hull continues as a small ray and the lateral flooded surface remains nearly constant,
The underside of the hull has a substantially constant negative angle of attack with respect to the water surface and actually contributes to the forward propulsion pressure component, which is shown in FIG. 13 of the original application 08/814418 and this application As shown in FIG. 7 of FIG. 7, it opposes the water blocking pressure component acting on the underwater side surface of TH.
2b.THおよびTHの水槽試験データ:
TH原型模型(付加物なし)の曳航水槽試験からの曲線を、本願の図8に示すが、これは、従来のディスプレースメント船体の臨界ハルスピードに対応する速度で始まる臨界超過領域で、THの総抗力が、試験の速度限界内で「ハルスピード」を超える速度の2乗べきに実質的に伴って増加することを示し、その間に、船体のピッチ角は大きくは変化せず、底面および側面の浸水表面が実質的に変化しないことが観察された。2乗べきまでの抗力増加は、その速度範囲内で造波抗力の増加がない場合に限って発生し得る。従来の船体の臨界速度は、船首波とそれに対応する船尾波との間の長さが船体の水線長と等しい時に発生し、これは、フィート単位の長さの平方根に対するノット単位の速度の比が1.35の時に発生する。
2b. TH and TH tank test data:
The curve from the towing tank test of the TH prototype model (without adjuncts) is shown in Figure 8 of this application, which is the supercritical region starting at a speed corresponding to the critical hull speed of the conventional displacement hull, Shows that the total drag increases substantially with the square of the speed exceeding the “hull speed” within the speed limit of the test, during which the pitch angle of the hull does not change significantly, the bottom and sides It was observed that the submerged surface was substantially unchanged. The drag increase up to the power of 2 can occur only when there is no increase in wave drag within that speed range. The conventional critical speed of a hull occurs when the length between the bow wave and the corresponding stern wave is equal to the hull line length, which is the knot of the speed in knots relative to the square root of the length in feet. Occurs when the ratio is 1.35.
比較として、同一の水槽でTHと等しい長さ、船幅および重量で試験された、洗練された International America's Cup Class 船体(カヌーのみ、付加物なし)の抗力挙動も図8に示されており、従来の船体の臨界「ハルスピード」でTHと実質的に等しい抗力が示されているが、その「ハルスピード」を超える速度で、2乗べきより大きく、THよりはるかに大きい抗力増加が示され、IACC船体は、速度に伴う迎角のかなりの増加も経験した。 For comparison, the drag behavior of a refined International America's Cup Class hull (canoe only, no add-on) tested in the same tank with a length, width and weight equal to TH is also shown in FIG. The critical hull speed of a conventional hull shows a drag that is substantially equal to TH, but at a speed that exceeds the hull speed, a drag increase that is greater than the power of 2 and much greater than TH is shown. The IACC hull also experienced a significant increase in angle of attack with speed.
図8の試験データは、IACC船体が約1.55の速度対長さ比でTH原型より40%高い抗力を有し、約1.75の速度対長さ比で28%高い抗力を有することを示す。台車の速度限度に起因して、TH模型の試験では、約1.8を超える速度/長さ比でのハイドロフィールドを調査することができなかった。 The test data in FIG. 8 shows that the IACC hull has a drag of 40% higher than the TH prototype at a speed to length ratio of about 1.55 and a 28% higher drag at a speed to length ratio of about 1.75. Indicates. Due to the speed limit of the trolley, the TH model test failed to investigate hydrofields at speed / length ratios greater than about 1.8.
THの総抗力の2乗速度増加について選択される初期設計速度は、THの形状と、船体長の3乗に対するボート重量の比とに依存し、たとえばTHの側面の平面図で角度を変更するかまたは重量を変更することによって、図7に示された1.35より少なくすることができる。たとえば、20%の重量削減が、THの臨界超過速度領域の開始速度/長さ比を1.1まで下げ、この上では、抗力増加が、速度の2乗べきのみに従う。 The initial design speed selected for the squared increase in the TH total drag depends on the shape of the TH and the ratio of the boat weight to the cube of the hull length, eg changing the angle in a plan view on the side of the TH Or by changing the weight, it can be less than 1.35 shown in FIG. For example, a 20% weight reduction reduces the starting speed / length ratio of the TH supercritical speed region to 1.1, where the drag increase only follows the square of the speed.
2c.形状および推進に関するTHの特性:
最初の出願時の米国特許出願第08/814417号に、米国特許出願第08/814418号に示されなかった、THの水面下の下側表面のクリティカルな代替形状およびTHの水面上の形状の複数の図面が含まれ、これらは、本発明のステルス特性に関して重要であり、反対の波を乗り越え、その中で成功裡に動作するTHの能力に関する本発明の船体形状について重要である。これらの以前の特徴と本発明の下でのその拡張および改善の再検討を、本明細書の後の部分で行う。
2c. TH characteristics regarding shape and propulsion:
US patent application Ser. No. 08 / 814,417, as originally filed, includes critical alternative shapes for the lower surface of TH below the surface of TH and shapes on the surface of TH that were not shown in US Patent Application No. 08 / 814,418. Multiple drawings are included, which are important with respect to the stealth characteristics of the present invention and important with respect to the hull shape of the present invention regarding the ability of TH to overcome the opposite wave and operate successfully therein. A review of these previous features and their extensions and improvements under the present invention will be made later in this document.
3.本発明につながる従来の船体に関する概念的質問:
本願のセクション1〜6に含まれるさまざまなタイプの従来の船体およびセクション7に含まれる遷音速船体の速度エンベロープ特性および速度限度特性に関する上の再検討は、次の概念的質問につながり、本発明はこれに答えるものである。
3. Conceptual questions about conventional hulls leading to the present invention:
The above review of the speed envelope characteristics and speed limit characteristics of the various types of conventional hulls included in Sections 1-6 of this application and the transonic hull included in Section 7 leads to the following conceptual questions and the present invention: Answers this.
3a.図3および4を検討すると、これらの図は、ディスプレースメント、半ディスプレースメント、および滑走などの周知の流体力学的領域を有する最適化された従来の船体の3つの異なるタイプが、1未満から5を超える速度対長さエンベロープで静かな水で動作することを要求されることを示すが、その広い速度エンベロープで動作できる単一の船体を設計することは可能であるか?
3b.3aへの回答が肯定である場合に、別々に効率的に最適化され、図3の速度対長さ比の広さ全体をセグメントによってカバーする3つのタイプの船体タイプの重量対抗力比を、同一の広い速度範囲全体をカバーする単一の船体タイプを用いて等しいものを作ることができるか、または少なくとも速度範囲全体の主要なセグメントにわたって達することができるか、あるいは、少なくとも広い速度範囲の一部で、新しい船体の重量対抗力比を減らすか改善することができるか?
3c.たとえば本願のTH−IIIおよびTH−III発明のように、それぞれが100年にわたる開発で最適化された2つまたは3つの異なる船体タイプを現在は必要とする広い速度範囲にわたって動作できる単一の新しい船体タイプが確立される場合に、その新しい船体タイプが、めいめいの速度エンベロープで反対の波についても最適化された船体の3つのタイプがこうむるペナルティより大きい、反対の波での速度および重量におけるペナルティを有することができるか、あるいは、新しい船体のペナルティをより深刻でなくし、または多分ほとんど除去することができるか?
3d.革新的な新しい船体タイプが上の3aおよび/または3bあるいは3cまでで説明した望ましい特性を達成すると仮定して、これをどのようにトリムし、制御しなければならず、静かな海および反対の波でどの方法によって駆動し、操舵しなければならないのか?
上の概念的質問は、曖昧であり、下で再検討するように、開始の基準点として米国特許出願第08/814418号の遷音速船体THを用いて焦点を合わせ、調査された。
3a. Considering FIGS. 3 and 4, these figures show that three different types of optimized conventional hulls with known hydrodynamic domains such as displacement, semi-displacement, and planing are less than 1 to 5 Shows that it is required to operate in quiet water with a speed-to-length envelope that exceeds, but is it possible to design a single hull that can operate with that wide speed envelope?
3b. If the answer to 3a is affirmative, the weight-to-force ratios of the three types of hull types that are efficiently optimized separately and cover the entire breadth of the speed-to-length ratio of FIG. A single hull type covering the same wide speed range can be used to make equals, or can be reached over at least the major segments of the entire speed range, or at least one of the wide speed ranges can be reached. Can reduce or improve the weight-to-force ratio of the new hull in the area?
3c. A single new one that can operate over the wide speed range that currently requires two or three different hull types, each optimized over 100 years of development, such as the present TH-III and TH-III inventions When a hull type is established, the new hull type has a penalty in speed and weight on the opposite wave that is larger than the penalty that the three types of hulls optimized for the opposite wave in the respective speed envelopes suffer. Or can the new hull penalty be made less severe, or perhaps almost eliminated?
3d. Assuming that the innovative new hull type achieves the desirable characteristics described above 3a and / or 3b or up to 3c, how this should be trimmed and controlled, the quiet sea and the opposite Which method must be driven and steered by the waves?
The above conceptual questions were ambiguous and were investigated, focusing on the transonic hull TH of US patent application Ser. No. 08 / 814,418 as a starting point of reference, as reviewed below.
3aから3cまでの概念的質問の再定式化に、より具体的な言葉で下で焦点を合わせる。 Focus on the reformulation of the conceptual questions from 3a to 3c in more specific terms below.
3e.ディスプレースメントモードでのTH米国特許出願第08/814418号の実用動作が減少する効率回復に出会う上側速度範囲があるか?
3f.3eが成り立つ場合に、米国特許出願第08/814418号のTHおよびTHについて、必要であり、実現可能な質的変更、改善、方法、または発見。
3e. Is there an upper speed range that meets efficiency recovery with reduced practical operation of TH US patent application Ser. No. 08 / 814,418 in displacement mode?
3f. If the 3e holds for TH and TH of U.S. Patent Application No. 08/814418, it is required, feasible qualitative changes, improvements, methods or discoveries.
3eに関して、作者は、まず、速度に伴う造波抗力増加なしの臨界超過領域を検討する。不完全に摩擦抗力と呼ばれる、粘性に由来する速度に伴う抗力増加が残らなければならないが、これは、所与の船体サイズに関して、必ず速度の2乗べきに伴って増える。したがって、原動所サイズ要件、重量、およびコストに起因する実用的限度に出会う可能性があり、これが発生するのは、THの抗力増加が速度の2乗べきの場合であっても、出力が抗力と速度の積と等しくなければならないので、出力が速度増加の3次関数であるからである。 For 3e, the author first considers the supercritical region without the wave drag increase with speed. There must remain an increase in drag with velocity derived from viscosity, called incomplete friction drag, but this always increases with the square of the velocity for a given hull size. Therefore, it is possible to encounter practical limits due to power plant size requirements, weight, and cost, which occurs when the output is drag, even if the TH drag increase should be the square of the speed. This is because the output is a cubic function of the speed increase.
さらに、船体の重量が実質的に一定なので、図7aに示されたTH原型のその下側表面の推進圧力成分が実質的に一定なので、速度が高まる際に性能限度がある可能性がある。したがって、速度の2乗べきに応答する摩擦抗力増加に対向しなければならない全体的な推進の必要と比較して、図7aに示された推進圧力の減少するパーセンテージ寄与−Nsinβがある。 Further, since the weight of the hull is substantially constant, the propulsive pressure component on its lower surface of the TH prototype shown in FIG. 7a is substantially constant, so there may be a performance limit as speed increases. Thus, there is a decreasing percentage contribution of propulsion pressure—N sin β shown in FIG.
3g.速度増加に伴うTHの推進圧力の減少する利益:
THの推進圧力成分の準一定の大きさは、THの全体的な出力要件の大きさに関して重要な問題であり、これを、具体的な例を用いて下で示す。
3g. Decreasing benefit of TH propulsion pressure with increasing speed:
The quasi-constant magnitude of the propulsive pressure component of TH is an important issue with respect to the magnitude of the overall TH power requirement, which is shown below with a specific example.
・ディスプレースメントモードで1.2の速度対長さ比で30000トンの重量を有する700フィート長TH船について適度な100の重量対抗力比を仮定する。図72によれば、米国特許出願第08/814418号のTH船体は、この領域で、その下面の推進圧力成分−Nsinβを経験する。高い重量対抗力比は、低い総出力が必要であることを示す。 Assuming a reasonable weight-to-resistance ratio of 100 for a 700 foot TH ship having a weight of 30000 tons with a speed to length ratio of 1.2 in displacement mode. According to FIG. 72, the TH hull of US patent application Ser. No. 08 / 814,418 experiences a propulsive pressure component -Nsin β on its lower surface in this region. A high weight to drag ratio indicates that a low total power is required.
・上の例の総抗力は、明らかに、1.2 ルート700=31.75ノットの基準速度で30000/100=300トンである。リモートスピード(remote speed)に基づく動圧は、2879lb/ft2である。下面の正味推進圧力GPFは、図7aによれば−Nsinβであり、ここで、βは、離れた水への下面の負数である。βが−4°の場合に、GPF=2097トンであり、図7bに示されたTHの側面の圧力の対向する後ろ向き成分によって大部分が打ち消される。したがって、下面の正味の推進力NPFは、定義により、GPFよりはるかに少なく、300トンの総抗力よりはるかに小さい。NPFが、総抗力の20%すなわち60トンに対向すると仮定する。 • The total drag in the above example is clearly 30000/100 = 300 tons at a reference speed of 1.2 route 700 = 31.75 knots. The dynamic pressure based on remote speed is 2879 lb / ft 2 . The net propulsion pressure GPF on the lower surface is −Nsin β according to FIG. 7a, where β is the negative value of the lower surface to the remote water. When β is −4 °, GPF = 2097 tons, which is largely canceled out by the opposing backward components of the TH side pressure shown in FIG. 7b. Thus, the net propulsion NPF at the bottom is, by definition, much less than GPF and much less than 300 tonnes total drag. Assume that the NPF faces 20% of the total drag, or 60 tons.
・この例では、TH原型の速度に伴う総抗力増加が、最適THハイドロフィールドの総抗力増加に対応する、すなわち、抗力増加が、「ハルスピード」を超える摩擦に起因する抗力増加だけであり、速度の2乗に伴ってのみ増加すると仮定する。この仮定は、2の速度対長さ比まで図8に示されている試験データによって検証され、THの重量対摩擦抗力比に対する推進圧力の相対的無力における速度の増加の影響を判定するために、この例ではその比を超えて外挿される。
・初期速度を63.5ノットに倍増した場合に、抗力は4倍すなわち1200トンになり、推進圧力の変化を考慮に入れなければ重量−抗力比は50に減り、速度対長さ比は63.5 ルート700=63.5/26.45=2.40に増える。対応する動圧は、11516lb/ft2である。しかし、船体の一定の迎角で重量の定数関数のままであるNPFは、総抗力の20%から5%に減る。
・速度を3倍の92.25ノットにした場合に、抗力は、(92.25/31.75)2=9倍だけ増え、2700トンに達し、重量−抗力比は、実質的に11.1まで下がり、速度対長さ比は92.25/26.45=3.48になる。対応するリモート動圧は、25911lb/ft2であり、NPFの寄与は、必要な総推進力のうちの無視できる比率になる。
・速度を4倍の127ノットにした場合に、抗力は(127/31.75)2倍すなわち16倍大きくなり、4800トンをもたらし、重量対抗力比は、127/ ルート700=4.80の速度対長さ比で30000/4800=6.25に減る。リモート動圧は、46064lb/ft2であり、パーセンタイルNPF寄与は、事実上0である。
In this example, the total drag increase with the speed of the TH prototype corresponds to the total drag increase of the optimal TH hydrofield, ie the drag increase is only the drag increase due to friction exceeding “Hull Speed”, Assume that it only increases with the square of the velocity. This assumption is verified by the test data shown in FIG. 8 up to a speed-to-length ratio of 2 to determine the effect of increasing speed in the relative helplessness of propulsion pressure on the TH weight-to-friction drag ratio. In this example, it is extrapolated beyond that ratio.
If the initial speed is doubled to 63.5 knots, the drag will be four times or 1200 tons, and if the change in propulsion pressure is not taken into account, the weight-drag ratio will be reduced to 50 and the speed to length ratio will be 63 .5 Route 700 = 63.5 / 26.45 = 2.40. The corresponding dynamic pressure is 11516 lb / ft 2 . However, NPF, which remains a constant function of weight at a constant angle of attack of the hull, decreases from 20% to 5% of the total drag.
When the speed is tripled to 92.25 knots, the drag increases by (92.25 / 31.75) 2 = 9 times to reach 2700 tons and the weight-drag ratio is substantially 11. The speed to length ratio is 92.25 / 26.45 = 3.48. The corresponding remote dynamic pressure is 25911 lb / ft 2 and the NPF contribution is a negligible proportion of the total propulsion required.
• When the speed is increased to 127 knots, the drag is (127 / 31.75) 2 times or 16 times larger, resulting in 4800 tons, and the weight to drag ratio is 127 / route 700 = 4.80 The speed to length ratio is reduced to 30000/4800 = 6.25. The remote dynamic pressure is 46064 lb / ft 2 and the percentile NPF contribution is virtually zero.
上の分析は、米国特許出願第08/814418号のTH原型の次の制限する特性の判定を可能にし、本願の3aおよび3eの概念的質問の一部に答える。 The above analysis allows determination of the following limiting properties of the TH prototype of US patent application Ser. No. 08 / 814,418 and answers some of the conceptual questions of 3a and 3e of the present application.
3h.より高い速度対長さ比での重量対総抗力比の摩擦抗力項Dは、膨大なリモート動圧qの下で非常に大きい値に達する。粘性抗力Dfは、式Df=KCfqAによって支配され、ここで、Aは、濡れ面積であり、Cfは、レイノルズ数に依存する粘性の係数(viscous coefficient)であり、Kは、形状抗力および圧力抗力を考慮に入れるための係数である。「ハルスピード」の2倍から4倍程度高い速度対長さ比で、仮定されたTH原型の重量対抗力比は、減り、滑走船体程度の低さ、分析された例では約8以下とすることができる。 3h. The friction drag term D of the weight to total drag ratio at a higher speed to length ratio reaches a very large value under a huge remote dynamic pressure q. The viscous drag D f is governed by the equation D f = KC f qA, where A is the wetting area, C f is the coefficient of viscosity depending on the Reynolds number, and K is A factor to take into account shape drag and pressure drag. At a speed-to-length ratio that is about two to four times higher than “Hull Speed”, the assumed weight-to-force ratio of the TH prototype is reduced, and is as low as a planing hull. In the analyzed example, it is about 8 or less. be able to.
3i.THの下面の推進圧力は、「ハルスピード」付近のディスプレースメントモードで重要であり、必ずTHの見掛け重量およびTHの下面の負角βの正弦の関数であるが、速度が増えるにつれて抗力に打ち勝つのに必要な総推進推力のパーセンテージとしてますます重要でなくなる。というのは、総推力が打ち勝たなければならない粘性抗力が、一定の濡れ面積で速度の二乗に伴って増加し続けるが、速度に伴う重量の変化は、高い動圧でのサブダクション流れの下での見掛け重量増加を考慮に入れても、明らかにそれほど大きくはなく、したがって正味推進水線下部分圧力の変化も、明らかにそれほど大きくはない。 3i. The propulsive pressure on the lower surface of TH is important in the displacement mode near “hull speed” and is always a function of the apparent weight of TH and the sine of the negative angle β on the lower surface of TH, but overcomes the drag as the speed increases. Becomes less important as a percentage of the total propulsion thrust required. This is because the viscous drag that must be overcome by the total thrust continues to increase with the square of speed at a constant wetting area, but the change in weight with speed is under subduction flow at high dynamic pressure. Taking into account the apparent weight increase in the case, it is clearly not so large, so the change in the partial pressure under the net propulsion water line is obviously not so large.
3j.船体の下面の負迎角の結果のサブダクション流れ(たとえば、米国特許出願第08/814418号の図14cの流れf)は、船体の見掛け重量を増やし、推進圧力成分を増やす可能性があるが、船体の側面の濡れ面積を増やすはずであり、これは望ましくない。 3j. The subduction flow resulting from the negative angle of attack at the bottom of the hull (eg, flow f in FIG. 14c of US patent application Ser. No. 08 / 814,418) may increase the apparent weight of the hull and increase the propulsion pressure component. , Should increase the wetted area of the sides of the hull, which is undesirable.
3k.減少するパーセンタイル推進圧力を有するTHの利益:
上のセクション3Gで再検討したように、増加する速度に伴って減る推進圧力のパーセントにもかかわらず、適度な原動所コストおよび重量を用いてディスプレースメントモードの下でTHに関する高い速度に達することが可能である場合に、THは、THの重量対抗力が高速で滑走船体の重量対抗力比ほど望ましくない場合であっても、THが、滑走船体と異なって、「ハルスピード」範囲を含むより低い速度で非常に望ましい重量対抗力比を有し、
・トリムおよび制御がTHの場合について適当であり、反対の波での挙動が許容できるならば、2つまたは3つのタイプの従来の船体ではなく、単一のTH船体を用いて、匹敵する効率を有する広い速度エンベロープを達成することもできる
という非常に重要な利益を有するはずである。
3k. Benefits of TH with decreasing percentile propulsion pressure:
Reaching high speeds for TH under displacement mode with reasonable power plant cost and weight, despite the percentage of propulsion pressure decreasing with increasing speed, as reviewed in section 3G above TH is different from a planing hull and includes a “hull speed” range, even if TH's weight resistance is not as high as the weight and drag ratio of the planing hull. Have a very desirable weight to drag ratio at a lower speed,
• If the trim and control are appropriate for TH and the behavior on the opposite wave is acceptable, use a single TH hull rather than two or three types of conventional hulls to achieve comparable efficiency It should have a very important benefit that a wide speed envelope with can also be achieved.
3l.上の概念的質問の結果の要約:
セクション3eの概念的質問に対する回答は、イエスであり、速度に伴って増える粘性抗力(推進圧力成分の減少する結果を引き起こす)の問題を克服するために、米国特許出願第08/814418号のTHおよびTHに必要な改善がある。また、質問3dに関して、トリム、制御、および反対の波の影響に関して、回答はやはりイエスである。これらの問題に対する解決策は、極端にむずかしいが、理論的および経験的に達成されており、次のセクションで説明する本発明の教示および実施形態に含まれる。
3l. Summary of the results of the above conceptual question:
The answer to the conceptual question in Section 3e is yes, in order to overcome the problem of viscous drag that increases with speed (causing a reduced result of the propulsion pressure component), TH of US patent application Ser. No. 08 / 814,418. And there is a necessary improvement in TH . Also, regarding question 3d, the answer is still yes regarding the effects of trim, control, and the opposite wave. Solutions to these problems, although extremely difficult, have been achieved theoretically and empirically and are included in the teachings and embodiments of the present invention described in the next section.
4.本発明の目的:
TH−IIIおよびTH−III発明の目的は、概念的質問の解決の必要から生じる、すなわち、
4a.2を超える増える速度対長さ比に関する重量対抗力比が改善された効率を有する、THの新しい流体力学的条件および速度領域を確立すること。
4). Objects of the invention:
The purpose of the TH-III and TH-III invention arises from the need to solve conceptual questions, ie
4a. Establishing new hydrodynamic conditions and velocity regions for TH, with weight to drag ratios for increasing speed to length ratios greater than 2 with improved efficiency.
4b.2未満の速度対長さ比で米国特許出願第08/814418号の下のTHに関して既に達成されている望ましい結果を劣化させない形で目的5aを達成すること。 4b. Achieving objective 5a in a manner that does not degrade the desired results already achieved for TH under US patent application Ser. No. 08 / 814,418 at a speed to length ratio of less than 2.
4c.5aおよび5bの結果として、特殊な形状、特徴、動力付き推進手段、およびさまざまな設計デバイスと共に必要になる可能性がある単一の遷音速船体TH−IIIの動作の速度領域を拡張して、許容できる効率と共に、通常は複数のタイプの従来の船体を必要とする広い速度範囲を含めること。たとえば、1.35未満の従来の効率的なディスプレースメント船体の速度対長さ範囲と、3を超える従来の滑走船体の速度対長さ範囲。 4c. As a result of 5a and 5b, expanding the speed range of operation of a single transonic hull TH-III that may be required with special shapes, features, powered propulsion means, and various design devices, Include a wide speed range that usually requires multiple types of conventional hulls with acceptable efficiency. For example, a conventional efficient displacement hull speed-to-length range of less than 1.35 and a conventional planing hull speed-to-length range of more than 3.
4d.従来の船体を超えず、好ましくはそれ未満の、反対の波の存在で劣化しない形でそのような設計特性を伴って、望ましい目的5a、5b、および5cを達成すること。 4d. Achieving the desired objectives 5a, 5b, and 5c with such design characteristics in a manner that does not exceed, preferably less than, the conventional hull and does not degrade in the presence of the opposite waves.
4e.レーダーおよび他の感知方法に関してステルスであるTH−III構成で上の目的のほとんどまたはすべてを達成すること。 4e. Achieving most or all of the above objectives with a TH-III configuration that is stealth with respect to radar and other sensing methods.
4f.全天候動作能力を達成するために、反対の波および風を含むさまざまな海面状態の下でのTH−IIIの好ましい動作および操縦を可能にする船体形状、トリム特徴、制御デバイス、および出力配置を用いて上の目的またはこれらの目的の組合せを達成すること。 4f. Using hull shape, trim features, control devices, and output arrangements that allow for favorable operation and maneuvering of TH-III under various sea conditions including opposite waves and winds to achieve all-weather operating capability Achieve the above objectives or a combination of these objectives.
5.本発明の実質および詳細:
この作者のR&D作業によって開発された、THハイドロフィールドをTH−IIIに拡張する新しい速度領域と、革新的改善、洗練、およびTH−IIIのある種の非常に重要な特性を指定するために、まず、米国特許出願第08/814418号の範囲内の、本願の図10および11に示された米国特許出願第08/814418号のTHの流体力学的領域および速度領域を再検討する。
5). The substance and details of the invention:
In order to specify a new range of speeds developed by this author's R & D work to extend TH hydrofield to TH-III , as well as innovative improvements, refinements, and certain very important properties of TH-III. First, the TH hydrodynamic and velocity regions of US patent application Ser. No. 08 / 814,418 shown in FIGS. 10 and 11 of this application within the scope of US patent application Ser. No. 08 / 814,418 are reviewed.
5a.TH米国特許出願第08/814418号内の臨界超過領域の再検討:
これは、米国特許出願第08/814418号の下のハルスピード付近およびその上の速度対長さ比に関する水中遷音速ハイドロフィールドの好ましい流体力学的設計条件である。その表面の外見を、図10に示す。航跡領域の表面流れは、ほぼ平らであり、船尾の後の領域で重力的な意味で等ポテンシャルになる傾向があるが、船尾の後で生じるTHの下面の下の摩擦のゆえに、分子攪拌(molecular agitation)を含む。それでも、領域1は、THの最適性能に関する成功裡のアンチウェーブ(anti-wave)サブダクションを示す、非常に方向的に安定した運動量のゆえに、独自の形で広がり続ける。移動するTHによって排除される主要な体積に起因する流れは、主に領域1で発生し、最小限の表面変更が、下流の航跡カット(wake cut)9のハンプ7によって示される最小限の高さを有する左右の3次元レイ3および5として現れる。これは、水槽速度限度である2の速度対長さ比までの曳航水槽試験で観察された。
5a. Review of the supercritical region in TH US patent application Ser. No. 08 / 814,418:
This is the preferred hydrodynamic design condition for an underwater transonic hydrofield with respect to near and above the hull speed under US patent application Ser. No. 08 / 814,418. The appearance of the surface is shown in FIG. The surface flow in the wake area is almost flat and tends to be equipotential in the gravitational sense in the area behind the stern, but due to the friction below the lower surface of TH that occurs after the stern, molecular agitation ( molecular agitation). Nevertheless,
5b.米国特許出願第08/814418号の範囲内の亜臨界領域の再検討:
この速度領域を、図11に示すが、図11では、THの表面流れの場が、領域11でほぼ平らである。しかし、亜臨界速度での流れの運動量内容に関する下面粘性力が、11での航跡の形状および区域を、船尾境界11を有するゴシックアーチタイプに制限する。レイ13および15は、より大きいハンプを有する。平らな航跡11の下流に、多少の渦およびハンプ形成17と中央ハンプ21がある。この亜臨界領域には、たとえTHについて従来のディスプレースメント船体のタイプのトラバース船尾波および船首波がないにせよ、渦および高さのゆえに、いくつかの場合に、速度の2乗べきより高い、速度に伴う抗力増加がある場合がある。
5b. Review of the subcritical region within the scope of US patent application Ser. No. 08 / 814,418:
This velocity region is shown in FIG. 11 where the TH surface flow field is substantially flat in
臨界超過速度と亜臨界速度の両方で、米国特許出願第08/814418号のTHの下面は、リモート流れに対して実質的に負の角度であり、かなりの推進力を経験する。 At both supercritical and subcritical speeds, the underside of TH in US patent application Ser. No. 08 / 814,418 is at a substantially negative angle to the remote flow and experiences significant thrust.
5c.TH−IIIおよびTH−IIIのハイパークリティカル領域の開発:
試験された臨界超過範囲を超えるTHの動作能力を達成するために、新しい流体力学的特性を生成するために表面に対する最初の大きい負の角度をはるかに小さい負の角度に向かって変更するようにTHの水線下部分角度を調整しなければならないという理論的考察を検証するために、2の速度/長さ比を超える新しい試験が必要であったが、ここで、一定の重量で、それでも、THの横浸水面積を、減らされた流れサブダクションの存在の下で大幅に減らさなければならないことが推定された。これは、減らされた横濡れ面積と共に、
・肩、ミッドボディ、またはクォーター曲率なしのハイドロフィールドおよび船体と、
・横の外向きの流れおよびしぶきの欠如と
が維持されたので、増える速度および動圧に伴うより効率的で異なる3D流れ挙動につながる。
5c. Development of hypercritical regions of TH-III and TH-III :
To achieve a TH operating capability beyond the tested supercritical range, change the initial large negative angle to the surface towards a much smaller negative angle to generate new hydrodynamic properties A new test exceeding the speed / length ratio of 2 was required to verify the theoretical consideration that the TH subline angle had to be adjusted, but now with constant weight, It was estimated that the lateral flooding area of TH must be significantly reduced in the presence of reduced flow subduction. This, along with reduced lateral wetting area,
・ Hydrofield and hull without shoulders, midbody, or quarter curvature,
• The lateral outward flow and lack of splash are maintained, leading to more efficient and different 3D flow behavior with increasing speed and dynamic pressure.
これらの特性は、減らされた横浸水表面からの大きく減らされた抗力に関して推進水線下部分圧力の減るパーセンテージをトレードオフし、2を超え3程度の速度対長さ比に関するものより高い重量対抗力比をもたらす、曳航水槽での新しい改善された流体力学的特性を用いて達成された。この特殊な異なる領域は、(a)THの下面が大きく減らされているがまだ負の角度のままであるので動的揚力が可能でなく、(b)それでも横浸水表面の減少が発生するという事実を示すために、ハイパークリティカルと呼ばれる。この領域は、独自に効率的であり、図13の助けを得て後で詳細に説明するように、ハイパークリティカル領域でのより高い動圧を達成するためのより高いレベルの効果の下で、クリティカルな程度までTHの特殊な三角形平面図形およびその縦断面図の独自の特性である。 These properties trade off the decreasing percentage of propulsion sub-section pressure for greatly reduced drag from a reduced laterally submerged surface, with higher weight resistance than for speed-to-length ratios greater than 2 and 3 Achieved with new and improved hydrodynamic properties in towed tanks that yield force ratios. This special different area is that (a) the lower surface of TH is greatly reduced, but still remains at a negative angle, so dynamic lift is not possible, and (b) a reduction in laterally submerged surfaces still occurs. To show the fact, it is called hypercritical. This region is uniquely efficient and, as explained in detail later with the help of FIG. 13, under a higher level of effect to achieve higher dynamic pressure in the hypercritical region, It is a unique characteristic of TH's special triangular plan figure and its longitudinal section to a critical degree.
5d.TH−IIIおよびTH−IIIのトランスプレーナ領域の開発:
新しい模型試験で、速度がハイパークリティカルを超えてさらに増やされ、非常に大きい濡れた平面図形に作用する非常に高い動圧に起因する大きい動的揚力をそれでももたらす非常に小さくクリティカルな正の角度すなわち低い平面図形負荷を達成するために水線下部分が制御される時に、第4の流体力学的条件および速度領域がもたらされ、これは、それでも、ハイパークリティカルの場合と比較してTH−III船体の下側表面の濡れた長さの実質的な減少を有する。この領域が遷音速船体の臨界超過領域のある横インフロー(in-flow)特性を保つすなわち、流れの方向が、図14fに示されている滑走に通常の主に外向きの流れを生成しないという点で、私は、この領域を「トランスプレーナ」と呼ぶ。
5d. Development of TH-III and TH-III transplanar regions:
In a new model test, the speed is further increased beyond hypercritical and a very small critical positive angle that still results in large dynamic lift due to very high dynamic pressure acting on a very large wet plane figure When the underwater part is controlled to achieve a low planographic load, a fourth hydrodynamic condition and velocity region results, which is still TH-III compared to the hypercritical case. Has a substantial reduction in the wet length of the lower surface of the hull. This region retains the in-flow characteristics with the supercritical region of the transonic hull, ie the direction of flow does not produce a normal mainly outward flow for the run shown in FIG. 14f. In this regard, I call this area “transplanar”.
要約すると、この作者の遷音速船体に関するR&Dで、亜臨界の場合および臨界超過の場合を含めるために米国特許出願第08/814418号で確立された動作領域が、ハイパークリティカルおよびトランスプレーナと命名されたより高い速度範囲まで拡張され、指定され、ハイパークリティカルおよびトランスプレーナは、米国特許出願第08/814418号のTHが、ディスプレースメントモードで同一の速度/長さ比範囲を達成するために動力を与えられた場合より実質的に好ましい重量対抗力比を有し、それより低い出力を必要とする。 In summary, in the R & D for this author's transonic hull, the operating area established in US patent application Ser. No. 08 / 814,418 to include subcritical and supercritical cases is named hypercritical and transplanar. Extended and specified to higher speed ranges, Hypercritical and Transplanar are powered by TH in US patent application Ser. No. 08 / 814,418 to achieve the same speed / length ratio range in displacement mode. It has a substantially preferred weight to drag ratio than would be required and requires a lower power.
5e.ハイパークリティカルの場合に対する序文としての臨界超過領域:
図12aに、紹介として、流体静力学(V/ ルートL=O)、4.25の長さ/船幅比(船幅は図示せず)を有するTHを表す水線面24、および60程度の重量/長さ比(トン/[フィート単位の長さ/100]3について約0.015の喫水対船幅比を有する船尾喫水23を示す。下面は、船尾よりはるかに大きい船首の喫水を確立する負の角度βを有する。
5e. Supercritical region as an introduction to the hypercritical case:
In FIG. 12a, as an introduction, a hydrostatic surface (V / route L = O), a
「ハルスピード」を超える動的条件で、臨界超過領域のTHのリモート水線面に関する側面図は、図12bに示されたものに変化する。動的船尾喫水25が0であるが、下面角度βおよび船尾での喫水ならびに甲板角度が実質的に変化しないままであり、しかし推進圧27が大きいことに留意されたい。ハイドロフィールドの対応する表面は、既に図10に示した。
With dynamic conditions exceeding “hull speed”, the side view for the TH remote waterline in the supercritical region changes to that shown in FIG. 12b. Note that the dynamic
5f.ハイパークリティカル領域でのTH−III本体およびTH−III流れの指定:
2の速度/長さ比を超えて速度を高めるために、この作者は、TH−IIIの航跡のより高い運動量内容が、図13aに示された、約0.02の喫水対船幅比を有する流体静力学(V/ ルートL=O)喫水29の増加としての重心の後ろ向きのシフトを許容し、正当化し、なおかつ船首での深い喫水を維持したと理論付けた。しかし、動的条件では、船尾の航跡に関する流体力学的喫水が、図12bと同様に、図13bで実質的に0になり、下面角度は、図13bでは、図12bのβより実質的に小さいβ1に減る。β1は、負ではあるが、0に達する可能性がある。迎角のこの変更は、TH−IIIにショルダウェーブ(shoulder wave)がなく、その船首波が最小限なので、従来の船体の船首波およびショルダウェーブを用いて予測可能ではない(図2を参照されたい)。小さい角度βは、総推進力を減らすが、新しい模型試験で、この小さい角度βが、THの側面の粘性抗力または摩擦抗力も減らすことが確認された。対応する流れの表面の外見は、図10に示されたように現れるが、滑走に関係することのできない異なる3次元流れの場の成分を有する。というのは、船体の表面成分が、リモート流れに関して正の迎角を有しておらず、それでも、THの側面の濡れ面積を減らすからである。この条件(流体力学的重量を排除される水と実質的に等しくしなければならない)の達成は、大きく減らされたサブダクションと、ハイドロフィールドの表面または航跡内の大きい劣化なしの推進圧力の減少とに起因する見掛け重量の減少によって、図12bに関して変更される。この新しい領域は、「ハイパークリティカル」と命名され、約0.5単位(0.007% LOA)の腕37を用いてTH−IIIの抗力に関してノーズアップピッチアップカップル(nose up pitch up couple)をもたらすためにプロペラ軸33内として置かれた、下面にほぼ平行で下面の下の推進推力を用いて達成された。代替案では、スラスト線がプロペラ軸35内として上向きに傾けられる場合に、推力と角度39の正弦との積と等しい持ち上げる力をもたらすことができる。たとえば、重量対抗力比が75の場合に、抗力はW/75になり、39での10°の角度が0.0024Wの持ち上げる力をもたらすはずである。
5f. Specification of TH-III body and TH-III flow in the hypercritical region:
In order to increase speed over a speed / length ratio of 2, the authors found that the higher momentum content of the TH-III wake would have a draft to ship width ratio of about 0.02, as shown in FIG. 13a. It was theorized that a backward shift in the center of gravity as an increase in the hydrostatic (V / root L = O)
図13bの仕様は、次のように図12bと異なり、図12bに関して改善されている。βからβ1への下面の角度の大きい変更と、ほぼ長さ26からはるかに小さい値38への船首喫水の大きい減少と、この場合にはプロペラからであるがウォータージェットとすることもできるスラスト線のある効果と組み合わされた、横濡れ面積および下面の推進圧の実質的な減少、航跡での動圧および運動量内容の増加、および重心の船尾シフトと。上の変更の複雑な組み合わされた作用が、ハイパークリティカル領域を作り、3程度またはそれ以上の速度/長さ比に関する、すなわち、通常はより大きいV底半滑走ボートに割り当てられる範囲での、大きく改善された重量対抗力比をもたらす。しかし、ハイパークリティカル領域での性能が、図10の航跡の表面外見を損なっておらず、TH−IIIが、3つの領域すなわち、亜臨界、臨界超過、およびハイパークリティカルで動作し、大きく押し下げられた表面を有する航跡を防ぐことに留意されたい。
The specification of FIG. 13b differs from FIG. 12b as follows and is improved with respect to FIG. 12b. A large change in the angle of the bottom surface from β to β 1 , a large reduction in bow draft from approximately
図13bの上の説明がTH構成に関して実現可能であり、TH構成に独自なのは、その平らな側面に、通常は造波源である肩、ミッドボディ、およびクォーター曲率がないからであり、また、THの最大船幅が、船尾に隣接し、したがって、水線下部分運動量流れ全体を集め、トラバース船尾波形成を防ぐために継続する高い運動量内容を有する平らな出る航跡に排出するからである。 The above description of FIG. 13b is feasible with respect to the TH configuration, and is unique to the TH configuration because its flat sides do not have the shoulder, midbody, and quarter curvature, which are normally wave sources, and TH Because the maximum stern width is adjacent to the stern and therefore collects the entire underwater partial momentum flow and discharges it to a flat exit wake with a high momentum content that continues to prevent traverse stern wave formation.
図13bに関する注意は、後ろへの重心シフトが、臨界超過領域とハイパークリティカル領域の両方を満足しなければならないので、後ろへの重心シフトの限度である。誤った選択は、不安定で発散性になる可能性がある、航空機の「フゴイド振動」モードに似た自立したピッチ振動の傾向を作る可能性がある。図13bのCG位置は、後で再検討する、ある限度を必要とする。 The caveat with respect to FIG. 13b is the limit of the back center of gravity shift because the back center of gravity shift must satisfy both the supercritical and hypercritical regions. Incorrect selection can create a tendency for free-standing pitch vibration similar to the “fugoid vibration” mode of an aircraft, which can be unstable and divergent. The CG location in FIG. 13b requires a certain limit that will be reviewed later.
5g.TH−IIIおよびTH−IIIのトランスプレーナ領域でのTH本体および流れの指定。 5g. Specification of TH body and flow in the TH-III and TH-III transplanar regions.
THの速度が、図13bのハイパークリティカル領域を超えてさらに高められる時に、完全に新しい流体力学が理論付けられ、これが、従来の半滑走または滑走にペナルティを与えるタイプの外向きの横の流れなしで独自に効率的な部分的動的揚力状態を可能にすると同時に、臨界超過領域およびハイパークリティカル領域をも作り、可能にする遷音速船体特徴を維持するという点で、本明細書で「トランスプレーナ」と命名される。この流体力学および船体の条件を、図14の助けを得て説明する。しかし、図14を説明する前に、たとえば図14fの、進歩した設計の従来の滑走ボート設計について再検討を行い、その結果、トランスプレーナ領域の質的相違を諒解できるようにする。従来の滑走は、次のように特徴を表される。
・滑走速度未満の滑走船体は、船尾で沈み、図2の最下部に示されているように、大きい船首波およびショルダウェーブに起因して迎角が増える。
・ボートの水線下部分が適当な表面を有し、十分な出力がある場合に、滑走ボートは、その船首波およびショルダウェーブを越えて上り、図14fの滑走領域に入る。
・図14fの横しぶきを伴う外向きの流れ41は、従来の滑走形状の運動量変化による揚力要件の結果である。
・水との接触の、図14fで43として図示された最小滑走面積Apは、最小限の濡れ面積を用いて揚力をもたらし、高い面積負荷すなわち、ボート重量Wを滑走面積Apで割ることによる商をもたらす。
・小さい面積Apによって引き起こされる比較的大きい滑走迎角は、図5の助けを得て既に説明したように、揚力に起因する大きい運動量抗力成分をもたらす。
・船体の平面図形の全体的な面積43+45と比較して小さい滑走面積Ap、43は、反対の波の中で区域45で大きい船首底衝撃負荷をもたらし、区域45の上の大きい船体体積によって増幅される大きいピッチ振動を引き起こす。
・船尾での大きいビームローディングすなわち、重量Wを船幅47で割ることによって得られる商が、深い航跡および大きい迎角をもたらす。
・断面図でへこみ49および突起51を含む乱された航跡は、横流れ損失に加えて大きい運動量抗力の現れである。
・プロペラ後流によって乱されない限り、抗力の現れである大きいハンプ53と共に船尾の下流で通常は閉じるへこみを有する航跡平面図形。
・前に説明したように、静かな水の中でのみ乾いており、波の中では繰り返して引き込まれる、大面積の部分45およびその上の関連する体積は、大きい船首底衝撃負荷と浮力の大きい変化を引き起こし、過度の周期的構造的負荷、激しいピッチ、および上下加速度につながり、これらは、乗員および積荷が耐えられないものになり、反対の波の中での従来の滑走船体の動作速度を下げることを必要とする可能性がある。
When the speed of TH is further increased beyond the hypercritical region of FIG. 13b, a completely new hydrodynamic is theorized, which is the type of outward sideways flow that does not penalize traditional semi-sliding or sliding In this specification, “transplanar” is used in that it allows for independent and efficient partial dynamic lift conditions while at the same time creating supercritical and hypercritical regions and maintaining the transonic hull characteristics that enable them. ". The hydrodynamics and hull conditions will be described with the help of FIG. However, prior to describing FIG. 14, a review of the conventional planing boat design of the advanced design, for example, FIG. 14f, will result in an understanding of the qualitative differences in the transplanar area. Conventional sliding is characterized as follows.
A gliding hull below the gliding speed sinks at the stern and increases the angle of attack due to large bow and shoulder waves, as shown at the bottom of FIG.
• If the lower part of the waterline of the boat has a suitable surface and there is sufficient power, the planing boat will climb over its bow and shoulder waves and enter the planing region of FIG. 14f.
• The
The minimum sliding area Ap, shown as 43 in FIG. 14f, in contact with water results in lift using a minimum wet area and is a quotient by dividing the high area load, ie the boat weight W by the sliding area Ap. Bring.
The relatively large gliding angle caused by the small area Ap results in a large momentum drag component due to lift, as already explained with the help of FIG.
A small sliding area Ap, 43 compared to the
• Large beam loading at the stern, ie the quotient obtained by dividing the weight W by the
A disturbed wake that includes
A wake plan with a dent normally closed downstream of the stern with a large hump 53 that is a manifestation of drag unless disturbed by the wake of the propeller.
As previously explained, the
従来の滑走船体の上記の問題のすべてを克服する、図14のTH−IIIが、図14bで側面図で、図14aで平面図で、そのトランスプレーナ領域で図示されている。TH−IIIのトランスプレーナ領域の相違および大きな利益は、次の説明で明白である。
・THがトランスプレーナ領域に入るために上らなければならない、THのショルダウェーブがない。
・小さい乾いた平面図形面積63と比較して大きい滑走面積Ap 61が、小さい正の角度αを用いる適当な運動量揚力の生成を可能にし、このαは、TH−IIIの船尾での最大船幅の位置のゆえに大きくなることができない。
・Ap 61が大きいので、小さいトランスプレーナ面積負荷W/Ap。
・低い面積負荷W/Apを伴う適度な揚力を実現可能にする、船体の固有の小さい迎角α。
・αの固有の小さい値に起因する、適度な運動量揚力を伴う小さい運動量抗力。
・トランスプレーナ流れでのTH−III平面図形の独自の利益である、適度な運動量揚力に抵抗しえない、通常のTHの側面レイに味方する、トランスプレーナ領域でのTH−IIIからの横へのエネルギを散逸する流れの欠如。
・船尾に大きい最大船幅を置くことによって達成される、低い面積負荷をも可能にする、船尾での小さいビームローディング。
・関係するトランスプレーナ請求項で指摘されるように、小さいαおよび小さいW/Apと、小さいW/B1、外向き流れの欠如、その代わりの低エネルギレイ、および外向き横しぶき流れの不在を用いて達成される優れた低エネルギ航跡。
・関係するトランスプレーナ請求項で指摘されるように、濡れた滑走面積61に対するおよび総面積63+61に対する乾いた平面図形面積63の比率が滑らかな波で小さく、それゆえに面積61に対応する乾いた体積も小さく、これによって、反対の波での船首底衝撃負荷および追加の浮力の揚力がピッチに対する最小限の影響を生じ、これによって高い構造的負荷および加速度が回避されるので、反対の波での優れた挙動。
The TH-III of FIG. 14, which overcomes all of the above problems of a conventional planing hull, is illustrated in side view in FIG. 14b and in plan view in FIG. 14a in its transplanar region. Differences and significant benefits of the TH-III transplanar region are evident in the following description.
There is no TH shoulder wave that must be climbed in order for TH to enter the transplanar area.
The large sliding
-Since
The inherently small angle of attack α of the hull that makes it possible to achieve moderate lift with a low area load W / Ap.
• Small momentum drag with moderate momentum lift due to the inherently small value of α.
-Sideways from TH-III in the transplanar region, sideways to normal TH side rays, which cannot resist moderate momentum lift, which is the unique benefit of TH-III plane figures in transplanar flow Lack of flow to dissipate energy.
• Small beam loading at the stern, which also allows for low area loads, achieved by placing a large maximum width at the stern.
As noted in the relevant transplanar claims, small α and small W / Ap and small W / B 1 , lack of outward flow, alternative low energy ray, and absence of outward lateral splash flow Excellent low energy wake achieved using
The ratio of the dry
具体的に言うと、図14aに、図10および11に似た、その原型の三角形形状を有する遷音速船体が平面図形で示されている。しかし、図14aの流体力学的領域は、図12と完全に異なり、従来の滑走船体とも異なる。図14bでは、トランスプレーナ領域で、船体が、符号65に示されている非常に小さい正の角度β11であり、濡れた長さ61および乾いた長さ69を有する。従来の高速滑走船体と反対に、乾いた面積63が、面積61よりかなり小さく、これによって、反対の波での船首底衝撃負荷が大きく減ることは明白である。また、長さ69の上の体積は、長さ67の上の体積よりはるかに小さく、反対の波での追加の浮力が減る。静かな波では、航跡の表面が、横しぶきの独自の欠如を示し、実際に、図10のタイプの横レイが保たれ、これは、従来の滑走船体と反対であり、従来の滑走船体では不可能である。TH−IIIのこれらの独自の特徴が、関連するトランスプレーナ請求項の対象である。
Specifically, in FIG. 14a, a transonic hull with its original triangular shape, similar to FIGS. 10 and 11, is shown in plan view. However, the hydrodynamic region of FIG. 14a is completely different from FIG. 12 and is different from the conventional planing hull. In FIG. 14 b, in the transplanar region, the hull has a very small positive angle β 11 , indicated by
ハイパークリティカル領域、トランスプレーナ領域、およびx領域(後を参照されたい)に適用される、TH−IIIの独自の流体力学および優れた凌波性につながるあるクリティカルな幾何学的関係を、限定として指定されるのではない次の例で示す。この例では、符号が、図14に関係し、単位として識別される数は、フィート、10フィート、メートル、または他の単位とすることができる。 Limited to some critical geometric relationships that lead to TH-III's unique hydrodynamics and superior surpassability applied to the hypercritical, transplanar, and x regions (see below) The following example is not specified. In this example, the number associated with FIG. 14 and the number identified as a unit may be feet, 10 feet, meters, or other units.
・LWL=LOA=符号67+69=70単位
・B、船幅、符号62=16単位
・LWL/B=4.375
・入口平面図形角度60=13°
・滑走長さ、符号67=35単位
・図14の乾いた長さ、符号69=35単位
・船体の総平面図形面積=560単位の2乗
・濡れ水線面面積、亜臨界、臨界超過、ハイパークリティカル=560単位の2乗
・乾いた平面図形前トランスプレーナ、静かな水=140単位の2乗
・濡れた平面図形トランスプレーナ、静かな水、560−140=420単位の2乗
・%水線面面積、負荷ありハイパークリティカル=100%
・反対の波での追加負荷を有する%水線面面積=0%
・%水線面面積、負荷あり、静かな水、トランスプレーナ、420/560=75%、トランスプレーナ
・反対の波でトランスプレーナの過渡追加負荷を有する%面積=140/560=25%
・ボートの重量=W
・平面図形負荷=W/420、静かな水、トランスプレーナ
・平面図形負荷=W/560、ハイパークリティカル
・ビームローディング、全条件、W/16
・平均自由ボート高さ、符号64=5単位
・水線面の上の体積、トランスプレーナ=2100単位の3乗
・前向きの乾いた平面図形の上の体積、トランスプレーナ=700単位の3乗、荒れた水でのみ部分的に引き込まれる
・水線面の上の体積に対する前の体積の比率700/2100=0.33。
・ LWL = LOA =
-Entrance
・ Sliding length,
•% waterline area with additional load on opposite wave = 0%
•% waterline surface area, loaded, quiet water, transplanar, 420/560 = 75%, transplanar •% area with transplanar transient additional load on opposite waves = 140/560 = 25%
・ Boat weight = W
Plane graphic load = W / 420, quiet water, transplanar Plane graphic load = W / 560, hypercritical Beam loading, all conditions, W / 16
-Mean free boat height, sign 64 = 5 units-Volume above the waterline surface, transplanar = cubed 2100 units-Volume above the forward-facing dry plane figure, transplanar = cubed 700 units, Partially drawn only with rough water. Ratio of previous volume to volume above waterline surface 700/2100 = 0.33.
THの上の設計判断基準および特性は、限定的ではないが、独自である。さらに、これらは、安全なトランスプレーナ動作のために、静かな波および反対の波での挙動が適当になるように重心(GC)、縦浮面心(LCF)、およびスラスト線の正しい位置を必要とする。トランスプレーナ流れで必要な条件を満足するのに必要な重心は、縦断面図での平面図形における船体形状およびスラスト線位置に依存する。上の例でのCG位置のよい値は、船尾から前向きに測定して28単位すなわち、LWLの40%であり、スラスト線は、下面にほぼ平行でその下に1.25単位すなわちその下に1.78% LOAである。上の独自の特徴は、請求項に関する特性である。 The design criteria and characteristics above TH are unique but not limiting. In addition, they require the correct location of the center of gravity (GC), longitudinal float center (LCF), and thrust lines so that quiet and opposite wave behavior is appropriate for safe transplanar operation. And The center of gravity required to satisfy the necessary conditions in the transplanar flow depends on the hull shape and the thrust line position in the plan view in the longitudinal section. A good value for the CG position in the above example is 28 units measured forward from the stern, ie 40% of LWL, and the thrust line is approximately parallel to the bottom surface and 1.25 units below it, ie below it. 1.78% LOA. The unique features above are the properties related to the claims.
さらに、安定したCGを有するTH−IIIでハイパークリティカル領域からトランスプレーナ領域への遷移を達成するために、対応する船尾縦断面形状を、角度−αによって示される約−5°で上に傾けなければならないLWLの2.5〜3.5%の長さを有する、73として示された下面の長さの最後の約2.0単位について、図14cに71として示す。これは、高速滑走ボートの縦断面形状と質的に異なり、これと反対の実践であり、高速滑走ボートでは、過度の迎角なしでの滑走を容易にし、たとえば図2の最下部でのノーズアップ傾向を軽減するために、滑走前のハンプ抗力をも減らすために、船尾で反対の下向きの反りが推奨される。 Furthermore, in order to achieve a transition from the hypercritical region to the transplanar region in TH-III with stable CG, the corresponding stern profile must be tilted up at about -5 ° as indicated by the angle -α. The last approximately 2.0 units of the length of the bottom surface, shown as 73, having a length of 2.5-3.5% of the LWL that must be shown as 71 in FIG. 14c. This is qualitatively different from the longitudinal profile of a high-speed planing boat and is the opposite practice, which facilitates sliding without excessive angles of attack, such as the nose at the bottom of FIG. In order to reduce the up tendency, an opposite downward warp at the stern is recommended to reduce the hump drag before the run.
次のセクションで指定される船体形状、CG、および制御フラップのクリティカルな重要性は、0速度から静かな水および波の中でのトランスプレーナへ流体力学領域が変化する時のピッチ平衡に含まれる変数を認識することによって、よりよく理解することができる。流体静力学的浮力中心、船体移動中の流体力学的浮力中心、トランスプレーナ領域で劇的に変化する縦浮面心(LCF、水線面の面積図心)、運動量変化に起因する動圧力の中心、流体力学的サブダクションに対する船体の迎角変化の影響、静かな水および反対の波での上記のすべてのめいめいの相互作用を考慮しなければならない。 The critical importance of the hull shape, CG, and control flaps specified in the next section is included in the pitch balance as the hydrodynamic region changes from zero speed to the transplanar in quiet water and waves. You can better understand by recognizing variables. Hydrostatic buoyancy center, hydrodynamic buoyancy center during hull movement, longitudinal buoyancy center (LCF, waterline surface area centroid) that changes dramatically in the transplanar region, dynamic pressure center due to momentum change The effects of hull angle-of-attack changes on hydrodynamic subduction, quiet water and all the above-mentioned interactions with opposite waves must be considered.
たとえば、CGが船尾から28単位すなわち40% LWLである、上で再検討した例では、縦浮面心(水線面面積図心)が、臨界超過領域での船尾から23.3単位(LWLの33%)から、トランスプレーナ領域での船尾から約15単位(LWLの21%)まで変化する。したがって、CGとLCFの間の臨界距離は、臨界超過領域およびハイパークリティカル領域について(28−23.3)単位=4.7単位(6.7% LOA)からトランスプレーナ領域での(28−15)単位=13単位(LOAの18.5%)まで変化する。近似位置を、図14aの符号70として示す。
For example, in the example reviewed above where the CG is 28 units from the stern, or 40% LWL, the vertical buoyancy center (waterline surface centroid) is 23.3 units from the stern in the supercritical region (
縦トリム、安定性、および制御に関連するこれらの重要なパラメータおよび関係は、後で説明する図14dに示されたタイプのトレーリングフラップを備え、船尾の船幅の6.25%である半径1単位の側面表面と底表面との間の丸められた角を有する船体を有する、再検討されたプロポーションの遷音速船体について例証された。 These important parameters and relationships related to longitudinal trim, stability, and control include a trailing flap of the type shown in FIG. 14d, described below, and a radius that is 6.25% of the stern width. A review of a proportioned transonic hull with a hull having a rounded angle between the side and bottom surfaces of one unit was illustrated.
上の例の船体の幾何形状の変形形態は、縦トリム、安定性、および制御のパラメータおよび関係を多少変更する。これらは、体積に対する重量の比、たとえば、フィート/100単位の長さの3乗に対するトン単位の重量にも依存する。与えられる例は、50から85程度の比に関するガイドである。参照として、30000トンで750フィートLWLの船は、71.1の重量対体積比を有する。これに関して、船尾よりはるかに大きい船首での流体静力学的喫水を引き起こすように遷音速船体の負荷を分配することが重要である。 The hull geometry variations in the above example slightly alter the longitudinal trim, stability, and control parameters and relationships. These also depend on the weight to volume ratio, for example, the weight in tons to the cube of the length in feet / 100 units. An example given is a guide for ratios on the order of 50 to 85. As a reference, a 30000 ton 750 ft LWL ship has a weight to volume ratio of 71.1. In this regard, it is important to distribute the transonic hull load so as to cause hydrostatic drafting at the bow much larger than the stern.
静的水線面での浮上が、従来の船で通常そうであるようにTHの下面が水線面と平行になるようにされる場合のTHおよびTH−IIIの普通でない特徴を実現するために、浮力中心は、約33% LOAに含まれ、同一位置のCGを必要とし、これはディスプレースメント臨界超過領域での過度の抗力を引き起こし、さまざまな領域での遷音速船体のCGとLCFの間の大きい距離を無効にし、高速での不安定なピッチ挙動を引き起こすはずである。また、臨界超過領域でのTHの船尾の航跡が、破壊されるはずである。そのような平行浮上では、ピッチ安定性のためにCGを前に移動する救済策が、遷音速船体の水中ノーズバルブを必要とし、これは、抗力を損ない、反対の波で望ましくなく、船首底衝撃負荷およびミッドボディでの構造的曲げモーメントの大きい変動をもたらすはずである。 In order to realize the unusual characteristics of TH and TH-III, where the levitation on the static waterline surface is made so that the lower surface of TH is parallel to the waterline surface, as is usual in conventional ships In addition, the buoyancy center is contained in about 33% LOA and requires CG in the same position, which causes excessive drag in the displacement supercritical region and the transonic hull CG and LCF in various regions. It should invalidate large distances between them and cause unstable pitch behavior at high speeds. Also, the stern wake of TH in the supercritical region should be destroyed. In such parallel ascents, a remedy that moves the CG forward for pitch stability requires a transonic hull underwater nose valve, which impairs drag and is undesirable in the opposite wave, It should result in large fluctuations in impact load and structural bending moments in the midbody.
5h.単一THをさまざまな速度領域で動作させるための船尾デバイス。 5h. A stern device for operating a single TH in various speed ranges.
広い速度範囲全体すなわち、亜臨界領域、臨界超過領域、ハイパークリティカル領域、およびトランスプレーナ領域での単一の遷音速船体THの柔軟で効率的な使用を実現可能にするために、たとえば、従来の滑走ボートまたは半滑走ボートの船尾タブと質的に異なるクリティカルで反対の形で使用される船尾のトレーリングエッジフラップを有するなど、さまざまな幾何形状の船尾縦断面が、重要であり、最適の結果である。 To enable flexible and efficient use of a single transonic hull TH over a wide speed range, i.e. subcritical, supercritical, hypercritical and transplanar areas, for example, conventional Stern longitudinal sections of various geometries are important and optimal results, such as having stern trailing edge flaps used in a critical and opposite form qualitatively different from the stern tab of a planing or semi-sliding boat It is.
図14dに、表面77および75の角に滑らかに取り付けられた、約−6°の上向きフラップ角度Sfと2.5% LWLの船尾フラップ弦とを有する船尾フラップ76を有する、船尾77に隣接する平らな船尾縦断面75を有するTHの下面を示す。この負の角度は、安定した40% CGを有するトランスプレーナ領域と、亜臨界領域のいくつかの場合とで図14bのクリティカルな小さい角度65を生成し、制御するのに必要であるが、臨界超過領域およびハイパークリティカル領域では望まれない。
FIG. 14d is adjacent to stern 77 with
図14eに、最適化された船体船尾縦断面を受け入れるように変更されたタイプの図14cの船尾に据え付けられた図14dの船尾フラップを示す。具体的に言うと、4.2% LOAのセクタ79で後部にゆるやかに曲がる船体の平らな縦断面船尾78があり、この屈曲によって、船尾の喫水が約0.18に減り、これによって、過度の局所船尾喫水なしで、TH−IIIの後部の浸水体積寄与が増える。角83に、腕85とブラケット84の間の接続ロッドによってトルクチューブ86から操作される約2.1%弦の船尾フラップ82がヒンジで固定されている。このフラップは、トランスプレーナ流れ用の約−5°の角度と、任意選択として約−8°までの亜臨界流れ用の角度を有する。しかし、このフラップは、臨界超過領域およびハイパークリティカル領域について船尾フラップ位置88で約0の出口角まで上向き曲率79の効果を逆転し、特殊なブレーキ位置89を有し、このブレーキ位置は、船首と船尾の両方のソースからの抗力増分のためにTHの船首を沈め、船尾を持ち上げ、ハイパークリティカル速度領域およびトランスプレーナ速度領域での制動に特に有益である。
FIG. 14e shows the stern flap of FIG. 14d installed on the stern of FIG. 14c of a type modified to accept an optimized hull stern profile. Specifically, there is a hull flat longitudinal stern 78 that gently bends to the rear at a
私は、図12、13、および14の助けを得て、形状、臨界超過領域、ハイパークリティカル領域、およびトランスプレーナ領域でのTHの流体静力学および流体力学、重心位置、LCF位置、スラスト線位置、平面図形、ビームローディング、THの後部縦断面形状、THの船尾フラップおよびその組合せ、乾いたおよび濡れた下面面積および対応する体積の分布に関する仕様と、反対の波での船体挙動に対するそれらの影響とを再検討した。後者の場合に、重量の増加が、より船尾寄りのCG位置を可能にし、たとえば、76の重量対長さ比について、CGを0.40から0.39まで後ろに移動することができ、より軽い重量対長さ比でも、トランスプレーナ領域へのより簡単な進入を可能にするためにこれを行うことができる。 With the help of FIGS. 12, 13, and 14, the hydrostatic and hydrodynamics of TH in the shape, supercritical region, hypercritical region, and transplanar region, centroid position, LCF position, thrust line position , Specifications for plane geometry, beam loading, TH rear profile, TH stern flaps and combinations, dry and wet bottom area and corresponding volume distribution and their impact on hull behavior in opposite waves And reviewed. In the latter case, the increase in weight allows a more stern CG position, for example, for a weight to length ratio of 76, the CG can be moved back from 0.40 to 0.39, and more This can be done with a light weight-to-length ratio to allow easier entry into the transplanar region.
5i.THの追加のX速度領域:
図15に、この作者の遷音速船体に関するR&Dによって開発された新しい領域を示す。これは非常に独特の性質を有するので、遷音速ハイドロフィールドの前提および理解に対する関係さえ完全に探査されてはいないが、THの肩、ミッドボディ、およびクォーター曲率の不在は、クリティカルであり、最も有益なままである。しかし、この水面条件は、完全な理解を拒むように思われ、したがって、速度のより高い範囲で出会う、X領域として識別され、その証拠は、TH本体90の船尾91、その周囲、およびその後ろの、図15で指定された表面条件を示す写真である。航跡は、本体90の平らな側面の水延長として後ろに突き出す滑らかな左縁93および滑らかな右縁97を有する平らで均等なくぼみを有する。96および95での航跡断面は、97のくぼみの船外の乱されていない平らな水面区域92およびくぼみ95の船外の乱されていない平らな水面区域94の水準の下の航跡の平らな表面を示す。押し下げられた航跡ゾーンの境界を除いて、トランサム91の後ろに突き出すレイの航跡の証拠はない。このx領域について、THが、図15に破線で輪郭を示されているように、前側でより深い喫水を有することに留意されたい。航跡の範囲の外側ならびに航跡の内部の流れの場の全面的に平らな表面は、特別な流体力学的領域の証拠であり、ここで、V sin 4の航跡内の完全に横向きの流れ成分を仮定することが可能であり、Vはボート速度、4は平面図形の船首角度の半分である。
5i. Additional X velocity range for TH:
FIG. 15 shows a new area developed by R & D for this author's transonic hull. Although this is a very unique property, even the relationship to the assumption and understanding of transonic hydrofields has not been fully explored, but the absence of TH shoulder, midbody, and quarter curvature is critical and most It remains useful. However, this water surface condition seems to refuse full understanding and is therefore identified as the X region, which meets in a higher range of speed, and the evidence is that the stern 91 of the
5j.船尾フラップ、横フラップ、および底条板を有するTHのロール制御:
図16に、ハイパークリティカルモードおよびトランスプレーナモードでのTHの旋回に関する特殊な値のTHのトリムデバイスおよび制御デバイスを示す。TH 13に、同一直線上の軸107にヒンジで固定された3つの船尾フラップセグメントをその下縁に有する幅広の船尾100がある。中央フラップセグメント103は、主に旋回中のノーズアップトリムをもたらすように働き、したがって、平らな下側TH表面112の突出に関して角度102だけ持ち上げられる。これらのフラップは、右旋回に関して図示されている。右フラップ101は、102より大きい角度104だけ持ち上げられて、船体113の右側を沈め、左フラップ105は、角度104と反対の方向に角度106だけ下げられて、TH113の左側を持ち上げる。したがって、THは、右に傾き、THの底表面は、従来の舵の作用の下で右に船首を振られた時に、右への求心力成分を経験し、これが、ニュートンの第2法則の下で右に曲がった経路を生成する(舵は図16に図示されていない)。
5j. TH roll control with stern flaps, side flaps, and bottom strip:
FIG. 16 shows a special value TH trim and control device for TH turning in hypercritical and transplanar modes.
代替の旋回方法が図16に示されており、これには、THの側面の流れに対する正の迎角αを有するように側面図で傾いた軸109にヒンジで固定された格納式の横フラップ108が含まれる。図16に示された、フラップ108の展開された位置は、TH 113の右側に追加の揚力を生じ、左フラップ114が引っ込まれたままなので、THの右側が持ち上げられ、左への旋回を引き起こす。直線運動に関して、右フラップ108が、そのアクチュエーションピストン111によって引っ込められ、THの側面のくぼみ109に滑らかにおさめられる。
An alternative pivoting method is shown in FIG. 16, which includes a retractable lateral flap that is hinged to a
図16のもう1つの詳細は、船体の横下角で使用される横断面曲率である。右側曲率は、サブダクションの沈める効果を最小にするために図14aのある速度領域で使用される垂直の主軸および2:1の比を有する局所楕円セクタに対応する。図15のx領域に最もよく使用される、ほぼ鋭い角116を有する異なる実施形態が、左側に図示されている。その結果、左横フラップ114を、TH 113の側面でより低い位置に置くことができ、より強力な効果を有する。
Another detail of FIG. 16 is the cross-sectional curvature used at the lower horizontal corner of the hull. The right curvature corresponds to a local elliptical sector with a vertical main axis and a 2: 1 ratio used in the velocity region of FIG. 14a to minimize the subduction sinking effect. A different embodiment with a substantially
図16の船尾フラップの使用のモードを、下で表形式で説明するが、この表では、βが、度単位の、船体の下面112の後ろ向きの突出に関する角度を表す。
The mode of use of the stern flap of FIG. 16 is described below in tabular form, where β represents the angle with respect to the rearward protrusion of the hull
図16の横フラップの使用の領域は、臨界超過領域、ハイパークリティカル領域、およびトランスプレーナ領域であり、たとえば下で概要を示すように、好ましい速度領域について、望まれる場合に最適化できる縦長さを有する。 The areas of use of lateral flaps in FIG. 16 are supercritical, hypercritical, and transplanar areas, for example, as outlined below, for a preferred speed region, the length that can be optimized if desired. Have.
5k.流体力学的機能に関する横フラップ:
図17に、次のようなさまざまな応用例を有する横デバイスを示す。
5k. Transverse flaps for hydrodynamic functions:
FIG. 17 shows a lateral device having various applications as follows.
a.ドライデッキ機能。TH 120の横フラップは、静かな水位121と比較して悪い水面で動作する時、たとえば波122が存在する時に展開される。これらの条件の下で、正しく設計されたTHは、最小限の速度損失でうねりを貫通するが、うねりからの水の一部が貫通中に乾舷の上に達する場合がある。この状況は、前123、ミッドボディ124、および船尾125の左右の横フラップによって最小にされる。これらのフラップは、図16のフラップ18に似たものとすることができる。
a. Dry deck function. The lateral flap of
b.ピッチ制御機能。高速領域で、チョップドウォーター(chopped water)またはうねりの中あるいは静かな水の中であっても、横フラップの選択的使用を、ピッチ制御に使用することができ、たとえば、ピッチアップの場合に限って前の横フラップ対123を、船体のノーズダウンピッチのために船尾横フラップ対125を展開する。
b. Pitch control function. Selective use of lateral flaps can be used for pitch control, even in chopped water or swells or in quiet water, at high speeds, for example only in the case of pitch up. The front
c.横制御機能。ミッドボディフラップ対124の1つのフラップだけを、ピッチ効果なしの船体のロールに使用することができ、あるいは、対125の1つのフラップだけを、フラップを展開されない反対側に向かうロールと、ノーズダウンピッチのために展開することができる。
c. Horizontal control function. Only one flap of the
d.上下浮動制御。高速範囲で、フラップセット全体の展開が、ある上下浮動を生成し、あるいは、ミッドボディフラップ対124の展開が、最小限のピッチ効果を伴うCGに隣接するミッドボディ上下浮動を生成する。
d. Vertical floating control. In the high speed range, deployment of the entire flap set produces some vertical float, or deployment of the
e.歩行経路としての固定された横フラップ。代替案(より低いコストの)として、静かな水での性能の多少の損失を伴って、永久的な横フラップを、通常の波および反対の波での動作に使用することができ、前錨操作前(forward anchor manipulations forward)などのためのウィンドウシールの検査のために船首方向および船尾方向に乗組員を歩かせる経路としても働かせることができる。 e. Fixed lateral flap as a walking path. As an alternative (lower cost), permanent lateral flaps can be used for normal and opposite wave operation, with some loss of performance in still water, It can also be used as a route for the crew to walk in the bow and stern directions for inspection of window seals, such as before forward anchor manipulations forward.
5l.垂直下面フェンスを用いるロール制御:
図17には、垂直のフェンスに似た表面127も示されており、これは、直進運動での最小の抗力のための格納式底フラップに適合させることができる。舵126が回転された時に、舵は、船尾で、たとえば紙の外向きの、遠心力を生成する。これが、船尾を右に振る。外向きの動きが展開される時に、フェンス127に向かう内向きの横水流成分が展開され、これが、フェンス127の右側の圧力を高め、したがって、右側が上になるようにTHをロールさせる。舵によるヨーとフェンス127によるロールの組み合わされた作用が、左に向かう船体の求心力の生成を引き起こし、ニュートンの第2法則に従う左旋回経路を引き起こす。求心力は、2つの部分を有し、一方は、船体の下の内向き成分、他方は、船体の右側の内向きの力である。組み合わされて、この2つの力が、旋回の非常に小さい半径を生成することができる。
5l. Roll control using vertical bottom fence:
Also shown in FIG. 17 is a
5m.フルサイズTH船舶の効率に対する独自のサイズ効果:
私のテストの私の分析で、私は、さらに、模型試験で判定された、THのある流体力学的領域に適用可能なTH船の重量対抗力比の推定における非常に微妙だが非常に重要な利益を発見した。この利益は、従来の船体のサイズの増加に存在しない、THの船体のサイズ増加の独自の関数である。ディスプレースメント臨界超過領域、ハイパークリティカル領域、およびハイドロフィールド領域でのTHの速度に伴う抗力増加は、主に粘性に由来し、運動量変化の造波現象または造波抗力は、同一の速度範囲での従来のディスプレースメント船体または滑走船体と比較してこれらの速度範囲ではるかに重要でないので、THの重量対抗力比は、さまざまな理由から、増加するサイズに伴って向上する。1つの重要な理由は、サイズが一定のフルード数で増えるので、粘性抗力がレイノルズ数に強く伴って減少することである。たとえば、模型から船への増加するスケールに伴う抗力係数が50%減り、説明を単純にするために、粘性抗力がスケールの3乗を用いて推定される場合に、粘性抗力は、50%だけ減るが、造波抗力および重量は、スケールの3乗を用いて計算されるはずである。さらに、濡れ面積はスケールの2乗に伴って増加するので、粘性抗力のさらなる減少があるはずである。模型試験でのディスプレースメントモードでの造波抗力のTHの減少の実用的な結果は、模型試験から予測されたTH船の重量対船幅比を、同一の速度、サイズ、および重量の従来のディスプレースメント船の模型試験から予測される値の20%以上になると推定できることである。
5 m. Unique size effect on the efficiency of full size TH vessels:
In my analysis of my test, I also found a very subtle but very important in the estimation of the TH ship weight-to-force ratio applicable to certain hydrodynamic regions as determined by model tests. I found a profit. This benefit is a unique function of TH hull size increase that does not exist in conventional hull size increase. The increase in drag with the TH velocity in the displacement supercritical region, hypercritical region, and hydrofield region is mainly due to the viscosity, and the wave-making phenomenon or wave-induced drag of momentum change is in the same velocity range. Since it is much less important in these speed ranges compared to conventional displacement or planing hulls, the TH weight to drag ratio improves with increasing size for a variety of reasons. One important reason is that as the size increases with a constant Froude number, the viscous drag decreases with a strong Reynolds number. For example, if the drag coefficient associated with an increasing scale from model to ship is reduced by 50%, and the viscous drag is estimated using the cube of the scale for simplicity, the viscous drag is only 50%. Although reduced, wave drag and weight should be calculated using the cube of the scale. Furthermore, there should be a further decrease in viscous drag as the wetting area increases with the square of the scale. The practical result of the wave drag TH reduction in the displacement mode in the model test is that the weight-to-ship ratio of the TH ship predicted from the model test is the same as the conventional speed of the same speed, size and weight. It can be estimated that it will be 20% or more of the value predicted from the model test of the displacement ship.
5n.反対の波での全般的な問題を解決するためのTH形状:
船およびディスプレースメントボートは、過去および現在に実質的な浮力予備を備えて設計され、この浮力予備は、ミッドボディ付近から船首までにかけてより大きく、この予備は、反対の波に一時的に引き込まれて、波に出会った時に船の船首を持ち上げる。水線面水準での船首での鋭い入口および狭い水線面を有する駆逐艦などのディスプレースメント船であっても、水線面の上で外向きおよび前向きにフレアされて、浮力予備を提供すると同時に、甲板水準の上のフェンスによって反対の波から保護される前方のオープンデッキを可能にする。
5n. TH shape to solve the general problem with the opposite wave:
Ships and displacement boats were designed with substantial buoyancy reserves in the past and present, which is larger from near the midbody to the bow, and this reserve is temporarily pulled into the opposite wave And lift the bow of the ship when the waves are encountered. Displacement ships, such as destroyers with sharp entrances at the waterline level and narrow waterlines, are flared outward and forward on the waterline to provide buoyancy reserves. At the same time, it enables a forward open deck that is protected from counter waves by a fence above the deck level.
V底を有する単船体船および滑走ボートも、同一の理由から、実質的な浮力予備と、ミッドボディから船首までの滑走タイプ表面予備を有する。 Single hulls and planing boats with V-bottoms also have substantial buoyancy reserves and planing type surface reserves from midbody to bow for the same reason.
ピッチ慣性を減らすために、重い構成要素を船の中央に置くことも、従来の船およびボートの実践であった。 It has also been the practice of conventional ships and boats to place heavy components in the middle of the ship to reduce pitch inertia.
TH設計は、反対の波のための形状および体積に関するこれらの伝統的な単船体船手法から逸脱し、これらと反対であり、図18a〜18gに例示された複数の重要な逸脱するTH設計特徴を有する。 The TH design deviates from, and is contrary to, these traditional single hull ship approaches for shape and volume for opposite waves, and a number of important deviating TH design features illustrated in FIGS. Have
図18aに、70単位の長さおよび16単位の最大船幅船尾を有するTHの平面図130を示す。図18bに、静止した水134の上の側面輪郭線132と、水中縦断面図136を示す。図18cから18gにTHの断面を示す。次の独自の特徴に留意されたい。
−−図18aに示され、断面図18c、18d、および18eによって確認されるように、水線面の上下のすべての水準での平面図形における波への非常に鋭い総入口角。
−−図18bに示されているように、船体の前1/3での静的水線面の上の減らされた乾舷および側面図高さ。
−−トラバース断面図18cから18fで明白な、静的水線面の上の船体の前領域での大きく減らされた体積。
−−図18cから18fに示されているように、貫通される波からの垂直負荷を散逸するための落ちる肩または逆V形状を有する船体の前領域での静的水線面の上のトラバース断面形状分布。
−−オープンフォワードデッキの上に水を入れる従来の設計ではなく、図18cから18fに示されているように、波の貫通を可能にするための船体の前部分での閉じた居住可能体積。
FIG. 18a shows a plan view 130 of TH with a length of 70 units and a maximum stern of 16 units. FIG. 18 b shows a
--A very sharp total entrance angle to the wave in the plan view at all levels above and below the waterline plane, as shown in FIG. 18a and confirmed by cross-sectional views 18c, 18d, and 18e.
-Reduced psoriasis and side view height above the static waterline in the
-A greatly reduced volume in the front region of the hull above the static waterline surface, evident in the cross-sectional views 18c to 18f.
-Traversing above the static waterline in the front region of the hull with a falling shoulder or inverted V shape to dissipate the vertical load from the penetrated wave, as shown in Figures 18c to 18f Cross-sectional shape distribution.
-Closed habitable volume at the front of the hull to allow wave penetration, as shown in Figures 18c to 18f, rather than the conventional design of putting water on the open forward deck.
反対の波で成功裡に試験されたTHの特定の形状は、上で再検討した図18に示されており、さらに、次の特徴を有する。
−−図18aで、船体の全長にわたって、約13°の総角度138での水線面の上下の船体の側面に延びる入口角。
−−図18bおよび18dの、船尾から80%断面での船体の長さの約4.2%の前方垂直乾舷を有する低い断面。
−−全長の約7%の水線面の上の最大高さを有する滑らかな低い全体的な縦断面を有する、図18dおよびeの逆Vまたは図18fの逆Uを有する水線面の上の船体の断面。
The particular shape of TH that has been successfully tested on the opposite wave is shown in FIG. 18, reviewed above, and has the following features:
-In FIG. 18a, the inlet angle that extends across the length of the hull to the sides of the hull above and below the waterline at a
-Low profile with forward vertical drought of about 4.2% of hull length at 80% profile from stern, in Figures 18b and 18d.
--On a waterline surface with a reverse low V in FIGS. 18d and e or a reverse U in FIG. 18f having a smooth low overall longitudinal section with a maximum height above the waterline surface of about 7% of the total length Cross section of the hull.
クリティカルなパラメータは、過渡条件、たとえば図18bの波131などの大きい波への過渡ダイビング遭遇中に排除することができる静かな水線面134の上の船体の前領域の浮力予備の結果の体積である。この追加体積は、静かな水で船の重量によって排除される水体積に関係しなければならない。THの成功裡の試験が、図18bの80%断面と船首との間の追加体積に関する13%程度の体積比および断面57%と断面80%との間の追加体積に関する32%程度の体積比と、約40%断面での船体の重心を用いて行われた。これらの比は、性質において必ず粗いグラフ推定によって得られたものであり、波シミュレーションを有するソフトウェアを用いるコンピュータ化された計算によって洗練することができるが、後者の判断基準は、水線面の前向き船尾区域の非対称性の故に不完全である。これらの比は、最小限の上下浮動攪乱およびピッチ攪乱をもたらす。
The critical parameter is the resulting volume of buoyancy reserve in the front region of the hull above the
図18のTH−III平面図形および縦断面を参照すると、たとえば波131の作用の下での、船体の高速での動的負荷が、次の理由から、1994年11月のSea Horse 刊行物で示されたものなどの従来の非常に細長いボートよりかなり小さいことを明らかにすることが非常に重要であり、クリティカルである。
・高速で、THは、図13および14に示されたものなどの0に近いか非常に小さい迎角を有し、したがって、THの垂直運動量変化は、動的揚力支援を有する非常に細長い船体よりはるかに小さく、これは、高速で船体のドライエリアおよび波の衝撃にさらされる体積の大きい部分を有してノーズハイになる傾向があり、したがって、非常に大きい負荷を生成することができる。
・さらに、THの平面図は、他の米国特許に示されているように船体中央付近で最大船幅を有するレンズ状の側面を有するのではなく、船尾で最大船幅を有する三角形なので、所与の船体船幅についてはるかに鋭い。したがって、所与の縦断面について、THの浮力予備の体積は、前領域でより少ない。
・前横断面は、逆Vを有するのではなく逆カップである場合にそうなるように波を貫通する時の動的な水の衝撃の下での極端に高い局所負荷または船体の上で波がくだけることを防ぐために逆V形状を有する。
Referring to the TH-III plan view and longitudinal section of FIG. 18, the dynamic loading of the hull at high speed, for example under the action of
• At high speeds, TH has an angle of attack close to or very small, such as that shown in FIGS. 13 and 14, so that the vertical momentum change of TH is a very elongated hull with dynamic lift assistance. Much smaller, this tends to be nose-high with a high volume of the hull dry area and high volume exposed to wave impact, and can therefore produce very large loads.
・ In addition, the plan view of TH is not a lenticular side with a maximum hull width near the center of the hull as shown in other US patents, but a triangle with a maximum hull width at the stern. Much sharper about a given hull width. Thus, for a given longitudinal section, the TH buoyancy reserve volume is less in the front region.
-The front cross-section is an extremely high local load under dynamic water impact or wave on the hull when penetrating the wave to do so if it is a reverse cup rather than having a reverse V It has an inverted V shape to prevent it from being rubbed.
TH幾何形状特性を用いると、縦慣性モーメントすなわち、図18bの40%断面での重心を通るトラバース軸と図18aおよびbの断面の33%での縦浮面心を通る代替軸との回りの慣性モーメントを最大にするために船の重い構成要素を分配することが特に有利になるが、後者の判断基準は、水線面の船首区域および船尾区域の非対称性のゆえに不完全である。原動所、重い武器、燃料タンク、および他の重い区域を船首および船尾に隣接して置くことが、重要である。模型試験は、総ボート重量の40%程度を船体の端の付近に割り当てることによって非常に望ましい結果を示した。これは、ある場合に、図19に示された普通でない原動所配置を必要とする場合がある。 Using the TH geometry property, the longitudinal moment of inertia, ie the inertia about the traverse axis through the center of gravity in the 40% cross section of FIG. 18b and the alternative axis through the vertical float center at 33% of the cross section of FIGS. 18a and b. While it is particularly advantageous to distribute the heavy components of the ship to maximize the moment, the latter criterion is incomplete due to the asymmetry of the waterfront bow and stern areas. It is important to place power stations, heavy weapons, fuel tanks, and other heavy areas adjacent to the bow and stern. Model tests have shown very desirable results by assigning around 40% of the total boat weight near the edge of the hull. This may in some cases require the unusual power plant arrangement shown in FIG.
5o.THの重量分布。 5o.TH weight distribution.
図19aに、従来のシャフトを介して駆動されるミッドボディプロペラ154を駆動する、前に置かれたエンジン152を有するTH 150を側面図で示すが、このシャフトおよびプロペラの両方が、ヨーでのよい追従および求心力をももたらすことのできる垂直フィン156によって保護される。後部に、1対の左右のエンジンがあり、そのうちの1つだけが、エンジン156として図示されている。このエンジンは、垂直シャフト158を駆動し、垂直シャフト158は、舵に取り付けられるか舵と別々で舵の前にあるプロペラ168を駆動するために舵160内で水没する。したがって、原動所システムに3つのエンジンを含めることができる。燃料タンク151および153も、船体の両端に置かれ、その結果、重い構成要素が、船体のピッチ慣性を最大化するようになる。船体150の上部161は、前半分は図18の上部に似ているが、船尾半分に、幅広い船尾船幅と独自に組み合わされる2つの追加の特徴を有するオープンデッキがあり、この特徴のうちの1つは、甲板の上のヘリコプタ着陸パッド164である。もう1つの特徴は、TH船の移動中に補助パワーボート172を発進させ、回収する、図19bの船尾ガレージ170である。図19bには、右エンジン156およびガレージの右側のタンク151を、ガレージの左側の左タンク176を伴う左エンジン174およびガレージから出る階段178と共にどのようにおさめるかも示されている。これらのすべてが、おそらくは船尾の最大船幅によって独自に可能である。
FIG. 19a shows in side view a
5p.THのステルス特性および低観察可能特性:
図18を参照して、これから、水線面134の上のThのステルスアンチレーダー表面配置を説明する。具体的には、船体のエンベロープは、低いレーダーシグネチャの小面を刻まれた判断基準に従い、この判断基準は、船体の右側で再検討するが、断面図18cから18gに示された平らなパネルを有し、このパネルには、水線面に対して約45°傾いた平らなパネル138、水線面に対して約90°傾いた平らなパネル139、および最上部の平らなパネル140が含まれる。したがって、船体の上から直接に、3つのパネルすなわち、両方が45°傾いた左の138および右の138と、ほぼ水平の平らなパネル140だけが存在する。右側の上からの斜めの側面図では、3つの大きいパネルすなわち右の138、139、および140だけがある。正面図からは、その性質により、TH形状は極端にステルス的である。後ろからは、その検出可能性は、4つの散乱する斜めの面すなわち、右側の141および142と、符号なしの左側の対応する対に制限される。
5p. TH stealth and low observability properties:
With reference to FIG. 18, the Th stealth anti-radar surface arrangement on the
5q.THの重心および水線面図心:
図18の他の重要な詳細は、船尾から船体長の40%にある重心145 CG位置および船尾から長さの33%にある縦浮面心143 LCF、実際には水線面図示であり、これらは、他の図について既に述べたように、ディスプレースメントモードでのボート長の40%−33%=7%のCGとLCFの間の動的安定化腕をもたらし、これは、従来のディスプレースメント船で可能なものより根本的に大きい数字であり、THを用いて独自に実現可能であり、THに有利である。トランスプレーナモードでは、このマージンが、実質的に7%超に増え、トランスプレーナLCF 143TPに関して14%程度に達する可能性がある。
5q. TH center of gravity and waterline centroid:
Other important details of FIG. 18 are the center of
5r.THの下面形状および構成方法:
原出願である米国特許出願第08/814417号で指定されているように、複合材料あるいはプレス加工された金属シートおよび/または溶接された板を使用する現代の構成方法をTHに使用することができ、木を利用することもできる。
5r. TH bottom surface shape and configuration method:
As specified in the original application US patent application Ser. No. 08 / 814,417, modern construction methods using composite materials or pressed metal sheets and / or welded plates may be used for TH. Yes, you can use wood.
しかし、THは、その形状の独自の単純さを利用し、特に事前に製造された複合材料シート、マリンベニヤ板(marine plywood)、または薄板(平らな要素に使用することができる)の使用を用いる、および/または流体力学的に滑らかな表面を得るためのゆるやかな単一曲率パネルを用いる、低コスト製造方法用に設計することができる。 However, TH takes advantage of the unique simplicity of its shape, particularly using the use of pre-fabricated composite sheets, marine plywood, or thin plates (which can be used for flat elements). And / or can be designed for low cost manufacturing methods that use loose single curvature panels to obtain a hydrodynamically smooth surface.
原出願である米国特許出願第08/814417号で、変更なしで(連続した符号および些細な文法的訂正を除く)図20a、20b、21、22、23、24、25、26、および27も指定された。 In the original US patent application Ser. No. 08 / 814,417, without modification (except for continuous signs and minor grammatical corrections), FIGS. 20a, 20b, 21, 22, 23, 24, 25, 26, and 27 are also shown. Designated.
図20aは、三角形の平面図形で船首204で収束する平らな長方形の横側面200および203と、中心線202を有する平らな三角形の底205と、平らな船尾領域206とを含むTHの等角底面図が示されている。この形状は、以前に再検討した濡れた三角形縦断面と共に、従来の船体の造波抵抗を超越するが、過度な濡れ面積および粘性抗力を有する可能性がある。
FIG. 20a is an isometric view of TH that includes a flat
図20bに、船体の下面に追加の三角形の平らなパネルを導入し、船首224で収束する平らな不等辺四角形の側面221および223を有する船体を有するように変更することによって粘性抗力を減らすための単純な構成方法を用いて洗練されたTHを示す。下面は、3つの三角形の左側の平坦部229、中心線222を有する中央の三角形の平坦部225、および右側の三角形の平坦部227を含む。これらの三角形は、平らな船尾領域226で終わる。
To reduce viscous drag by introducing an additional triangular flat panel on the underside of the hull in FIG. 20b and having a hull with flat unequal
図21に、船体の側面および下面が、船首237で収束し船尾領域238で終わる三角形の平らな平面要素231、232、233、234、235、および236によって定義される、THの純三角形表面展開を示す。
FIG. 21 shows a pure triangular surface development of TH, where the hull sides and bottom are defined by triangular flat
図22に、図21から開発されたが、粘性抗力をさらに減らすようにより洗練された形状を示す。その下面および側面表面に、主準三角形表面241、243、245、および247が含まれ、これらの一部の間に、不等辺四角形または三角形のフェアリングストリップ242、244、および246があり、これらのすべてが、船首248で融合し、船首248は、喫水の関数としての単位時間あたりのボリュームエンゲージメント(volume engagement)の割合を減らすために、垂直に対して角度250で延びる。表面242、243、244、245、および246は、図を明瞭にするだけのために垂直に図示されている小さい深さの平らなトランサム249に向かって後ろに延びる。トランサムに隣接する上甲板表面は、前甲板表面に対して角度240であり、側面表面241に対する後ろ向きの部分的に三角形の終端を画定する。構成を簡単にするために、図22では、要素242〜246を、および244さえも、非常に高い縦横比の長方形とすることができ、主な利益は、製造のより低いコストである。
FIG. 22 shows a shape developed from FIG. 21 but refined to further reduce the viscous drag. Its lower and side surfaces include main
図23に、船体長および/または船体船幅に対する実用的制約(設計ルール、ドック入れに使用可能なドック長、またはトレーラ運搬のための最大船幅など。これらのすべてが、所与の排水量に関するウォーターレングス(water length)および/または復原モーメントに影響する可能性がある)がある時のTHの変形形態を示す。図19のTH原型を変更する必要がある場合がある。たとえば、図20に示された船体形状は、所与の最大船幅に関する変更された準三角形配置を用いて、所与の最大船幅に関するより大きい排水量を満足する。 FIG. 23 shows practical constraints on hull length and / or hull hull width (design rules, dock lengths available for docking, or maximum hull width for trailer transport, all of which relate to a given amount of drainage. Fig. 6 shows a variation of TH when there is a water length and / or a moment that can affect the restoring moment. It may be necessary to change the TH prototype of FIG. For example, the hull shape shown in FIG. 20 satisfies a greater drainage for a given maximum hull width using a modified quasi-triangular arrangement for a given maximum hull width.
具体的に言うと、図23では、船体の主要な構成要素に、前の図に示した形で船首251と三角形の底辺断面252の間に延びる長さ254の主三角形本体が含まれる。しかし、図23では、船体が、三角形の底辺断面252と船尾領域253の間に延びる長さ255の船尾本体を用いて船尾に延長されている。この延長は、255に沿って甲板水準の平面図形で準長方形であり、水中の下面が平らなままであり、主三角形表面構成要素256および257と、平らなほぼ三角形の表面構成要素258および259がトランサム260まで延びることに留意されたい。
Specifically, in FIG. 23, the main components of the hull include a main triangular body of
図23に示されたTHの特殊な特徴は、表面258および259に沿ったファン様の水中流れの場からエネルギを抽出し、これによって、垂直ウイングレットの場合の船体の幾何学的にトレーラで移動できる船幅を増やさずにトランサム260での船体の有効船幅を増やす、船体の後ろのおよび船体の垂直のまたは下反角を有するウイングレット261および262の使用である。これらのウイングレットは、図23の左側のように下反角によって傾けられる場合に、そうでなければ船体延長255によって支持される重量の後部ハイドロフォイル支持部分として働き始めることができ、方向制御としても働くことができる。
The special feature of TH shown in FIG. 23 is that it extracts energy from the fan-like underwater flow field along
図20から23で、水中の下面が、平らまたはほぼ平らであり、三角形の特徴を有する表面要素および流体力学的水線面によって案内され、水が後ろに向かって移動する際に減る喫水および増える船幅を有し、流体力学的条件でアクティブなままになる流れに関する好ましい重力流体静力学圧力勾配がセットされることに留意されたい。 In FIGS. 20 to 23, the underwater surface is flat or nearly flat, guided by surface elements having a triangular feature and hydrodynamic waterline surface, and a draft and increase that decreases as the water moves backwards Note that the preferred gravitational hydrostatic pressure gradient is set for flows that have ship width and remain active at hydrodynamic conditions.
平らな表面構成要素を使用する形状の開発は、製造コストを減らし、設計特徴を明らかにするのを助ける。ペナルティは、適度に滑らかな二重くさびTH本体を得るための平らなおよび/または単一曲率の要素の使用を可能にするTH原型の単純な形状の間の独自の協力のゆえに小さい。 The development of geometries using flat surface components helps reduce manufacturing costs and reveal design features. The penalty is small because of the unique cooperation between the simple shape of the TH prototype that allows the use of flat and / or single curvature elements to obtain a moderately smooth double wedge TH body.
図28Aに、船内レイパターン309および311からわかるように、臨界超過速度以上で船舶の付近の伴流干渉を有しない2つの平行TH船体301および303を使用する多胴船を示す。船外レイは、313および315である。この船体は、プロペラ305および307によって駆動される。したがって、流体力学的TH利益が、十分に保たれる。
FIG. 28A shows a multihull ship using two
図28Bに、TH船体を用いて例示されるが他の船体に適用される根本的に異なる多胴船手法を示す。具体的に言うと、左右の船体310および312は、対称の全体的な軸に関してトーアウト角度で外に向けられた縦対称軸を有する。その結果、船外レイ320および322は、減らされたサイズおよび抗力効果を、より少ない濡れ側面表面と共に有するが、船内レイ324および326は、干渉する傾向があり、水位および抗力を高め、船内の浸水表面を増やす傾向がある。これは、船体310および312の後端での望ましい干渉によって回復することができる。しかし、図28の多胴船は、船体の間の一連の5つのウォータージェットとして図示された水を加速する推進手段330を備え、推進手段330は、動作時にレイ324および326のあるエネルギ内容を回復し、水位を増やす傾向を減らし、抗力寄与を減らし、船内横浸水表面を減らし、さらに、船体からの境界層が原動所に入らないという点で推力生成の効率を高める。このきれいな加速流れは、332として示されている。
FIG. 28B illustrates a radically different multihull technique that is illustrated using a TH hull but applied to other hulls. Specifically, the left and
図28Cは、3つのTH船体340、342、および344を有するトリマランであるが、トーアウトなしの従来の船体とすることもできる。というのは、どちらの場合でも、それぞれ図28Bのタイプの2つの推進セット346および348が、抗力を減らし、推力を増やすという独自の相互作用的利益をもたらすからである。より小さい多胴船の場合に、動力グループを、船外舶用機関の組を用いて作ることができる。
FIG. 28C is a trimaran with three
上で述べた設計判断基準の数値は、再検討された船体特性に関する代表的な数値であり、フルサイズ重量、対応するスラスト線位置、ならびに本発明の趣旨および本発明の特許請求の範囲に含まれる他の設計特徴を有する特定のTH船体形状について調整することができる。 The design criteria described above are representative values for the hull characteristics that have been reviewed and are included in the full-size weight, corresponding thrust line position, and the spirit and scope of the present invention. Can be adjusted for specific TH hull shapes with other design features.
本明細書および図面は、流体力学およびTH形状に関係し、機構の構造的詳細を含まず、模型試験は未知の重量のフルサイズ有人THの安定性または他の安全関連問題を判定するのに不十分なので、これらの問題は、そのような問題に関する全責任を有する、実施許諾を与えられた製造業者のみによって調査され、判定されなければならない。 The specification and drawings relate to hydrodynamics and TH geometry, do not include structural details of the mechanism, and model testing is used to determine the stability or other safety-related issues of full-sized manned TH of unknown weight. As inadequate, these issues must be investigated and determined only by a licensed manufacturer who has full responsibility for such issues.
本発明の特許請求の範囲に含まれるものとして、この教示から逸脱せずに、図面および本明細書に対して変更を行うことができる。 Changes may be made to the drawings and the specification without departing from the teachings as included within the scope of the claims of the present invention.
Claims (22)
前記推進手段が、前記船体がそれによって臨界超過速度に達する第1推進力を与え、
前記速度によって、前記船尾の下の臨界超過動的水位に関する前記船尾での前記喫水が、実質的に除去され、
隣接する臨界超過動的水位に関する前記船首の深い喫水が、前記静的条件での前記深い喫水とほぼ同一であり、
前記船体の臨界超過動的水線面が、ほぼ三角形の形状を有するままであり、
前記臨界超過領域での濡れた側面表面面積および下側の浸水表面面積が、前記静的条件とほぼ同一のままであり、
前記下側表面の実質的な部分が、前記静的条件での前記臨界超過動的水位に関してほぼ同一の負の角度に保たれ、
前記下側表面の前記実質的な部分が、前記動的条件で、第1レベルの流体力学的効率をもたらす前記臨界超過領域での前記前進運動を与える上で前記推進手段と協力して前記船体を前に押す前に向けられた力成分を有する実質的に上向きの圧力を経験する請求項1に記載の遷音速船体。 Different types of hydrodynamics having a shallow stern draft in static conditions and generating forward motion in the hull in at least two velocity regions, thereby having correspondingly different levels of hydrodynamic efficiency, including supercritical regions In order to expand the field in dynamic conditions, it has a propulsion means that can give propulsion,
The propulsion means provides a first propulsive force by which the hull thereby reaches a supercritical speed;
The speed substantially eliminates the draft at the stern with respect to the supercritical dynamic water level below the stern,
The deep draft of the bow with respect to the adjacent supercritical dynamic water level is substantially the same as the deep draft in the static condition;
The supercritical dynamic waterline surface of the hull remains in a substantially triangular shape;
The wet side surface area and the lower submerged surface area in the supercritical region remain substantially the same as the static conditions;
A substantial portion of the lower surface is maintained at approximately the same negative angle with respect to the supercritical dynamic water level at the static condition;
The hull in cooperation with the propulsion means in the substantial portion of the lower surface provides the forward movement in the supercritical region that provides a first level of hydrodynamic efficiency in the dynamic conditions. The transonic hull of claim 1 experiencing a substantially upward pressure with a force component directed before pushing forward.
前記推進手段が、前記第1推進力より高い第2推進力を与え、
前記船首に隣接する前記ハイパークリティカル領域での前記船体の喫水および前記船体の前記側面表面の濡れ面積が、前記臨界超過領域のそれらに関して実質的に減らされ、
前記ハイパークリティカル領域での前記船体の動的水線面形状が、前記臨界超過領域と実質的に同一のままであり、
前記ハイパークリティカル領域での前記下側表面の前記船尾喫水が、前記臨界超過領域の時と実質的に変更されないままであり、
前記ハイパークリティカル領域での前記下側表面の前記実質的な部分と前記動的水線面との間の角度が、負のままであるが、前記臨界超過条件での前記負の角度に関して実質的に減らされ、
前記底表面での前向きの圧力成分が、実質的に減らされ、
上で指定された条件の組み合わされた効果が、前記臨界超過領域より高速の効率的なハイパークリティカル領域を作る請求項11に記載の遷音速船体。 The hydrofield further comprises a hypercritical region that is faster than the supercritical region,
The propulsion means provides a second propulsive force higher than the first propulsive force;
The draft of the hull in the hypercritical region adjacent to the bow and the wetted area of the side surface of the hull are substantially reduced with respect to those in the supercritical region;
The dynamic waterline shape of the hull in the hypercritical region remains substantially the same as the supercritical region;
The stern draft of the lower surface in the hypercritical region remains substantially unchanged from that in the supercritical region;
The angle between the substantial portion of the lower surface in the hypercritical region and the dynamic waterline surface remains negative, but substantially with respect to the negative angle in the supercritical condition Reduced to
The forward pressure component at the bottom surface is substantially reduced;
The transonic hull of claim 11, wherein the combined effect of the conditions specified above creates an efficient hypercritical region that is faster than the supercritical region.
前記推進手段が、前記第2推進力より高い第3推進力を与え、
前記トランスプレーナ領域で、前記船首に隣接する前記船体の喫水が、除去され、前記船首の下側部分が、前記動的水位より上に持ち上げられ、
前記船体の動的水線面が、前記トランスプレーナ領域で、実質的に対称の左右の側面と、前記船尾に隣接して置かれるアスワーシップ側面と、前記船首に隣接するより短い側面とを有する少なくとも4つの側面を有するほぼ多角形の形状に変更され、
前記下側表面の前記後部の船尾喫水が、前記トランスプレーナ領域で、前記ハイパークリティカル領域と実質的に同一のままになり、
前記濡れ側面表面が、前記トランスプレーナ領域で、前記ハイパークリティカル領域に関して減らされ、
前記船体の前記下側表面の前記濡れ面積が、前記トランスプレーナ領域で、前記ハイパークリティカル領域でのそれに関して実質的に減らされ、
前記下側表面の主要部分と前記動的水位との間の角度が、前記トランスプレーナ領域で、前記負の角度より小さい、小さい正の角度であり、
前記濡れた下側表面の圧力成分が、後ろ向きであり、
上で指定された組み合わされた効果が、前記ハイパークリティカル領域より高速のトランスプレーナ領域を作る請求項12に記載の遷音速船体。 Further characterized in that the hull achieves an efficient transplanar area;
The propulsion means provides a third propulsion force higher than the second propulsion force;
In the transplanar region, the draft of the hull adjacent to the bow is removed and the lower portion of the bow is raised above the dynamic water level;
A dynamic waterline surface of the hull has left and right side surfaces that are substantially symmetrical in the transplanar region, an assorship side surface located adjacent to the stern, and a shorter side surface adjacent to the bow. Changed to a substantially polygonal shape with at least four sides,
The rear stern draft of the lower surface remains substantially the same as the hypercritical region in the transplanar region;
The wetted side surface is reduced in the transplanar region with respect to the hypercritical region;
The wetting area of the lower surface of the hull is substantially reduced in the transplanar region with respect to that in the hypercritical region;
The angle between the main portion of the lower surface and the dynamic water level is a small positive angle less than the negative angle in the transplanar region;
The pressure component of the wet lower surface is facing backwards;
13. The transonic hull of claim 12, wherein the combined effect specified above creates a transplanar region that is faster than the hypercritical region.
前記船首に隣接する頂点および前記船尾に隣接する底辺を有する水位でのほぼ三角形の水線面と、
前記船尾に隣接する頂点および前記船首に隣接する深い喫水を有する、移動中の時の側面側の面でのほぼ三角形の縦断面と、
底辺が前記船尾に隣接し、頂点が前記船首に隣接する、左右の三角形縦表面要素を有する下に面する表面と
を有することを特徴とする遷音速船体。 A transonic hull having a bow, stern, and an underwater portion having a length therebetween, wherein the underwater portion comprises:
A generally triangular waterline surface at a water level having a vertex adjacent to the bow and a base adjacent to the stern;
A generally triangular longitudinal section on the side surface when moving, having a vertex adjacent to the stern and a deep draft adjacent to the bow;
A transonic hull comprising: a bottom surface adjacent to the stern; and a vertex facing the bow; a downward facing surface having left and right triangular longitudinal surface elements.
前記船首に隣接する頂点および前記船尾に隣接する底辺を有する前記静的水線面内のほぼ三角形の形状と、
前記船首から前記船尾の外側部分まで延びる側面表面と、
前記側面表面の下側領域の間に延びる下側表面と、
前記側面表面の上側領域の少なくとも前部分の間に延びる上側表面部分と
を有し、前記上側表面部分、前記底表面のうちで前記上側表面部分の下の部分、および前記側面表面のその間の部分が、前船体体積をその中に囲い込み、
前記前体積が、前記静的水線面の上の上側体積部分と、前記静的水線面の下の下側体積部分とを有し、
前記船首に隣接する前記静的水線面の入口角が、約13°であり、乾舷が、前記船尾から測定して船体の80%断面の前の船体の長さの約4.2%を超えない全天候遷音速船体。 An all-weather transonic hull having a bow, stern, length between, and static waterline at the water level when floating in quiet water without movement, said hull comprising:
A generally triangular shape in the static water surface having a vertex adjacent to the bow and a base adjacent to the stern;
A side surface extending from the bow to the outer portion of the stern;
A lower surface extending between lower regions of the side surface;
An upper surface portion extending between at least a front portion of an upper region of the side surface, and the upper surface portion, a portion of the bottom surface below the upper surface portion, and a portion between the side surface Enclose the front hull volume in it,
The front volume has an upper volume portion above the static water surface and a lower volume portion below the static water surface;
The entrance angle of the static waterline adjacent to the bow is about 13 °, and the freeboard is about 4.2% of the length of the hull in front of the 80% cross section of the hull as measured from the stern. All-weather transonic hull that does not exceed.
前記船首に隣接する頂点および前記船尾に隣接する底辺を有する前記静的水線面内のほぼ三角形の形状と、
前記船首から前記船尾の外側部分まで延びる側面表面と、
前記側面表面の下側領域の間に延びる下側表面と、
前記側面表面の上側領域の少なくとも前部分の間に延びる上側表面部分と
を有し、前記上側表面部分、前記底表面のうちで前記上側表面部分の下の部分、および前記側面表面のその間の部分が、前船体体積をその中に囲い込み、
前記前体積が、前記静的水線面の上の上側体積部分と、前記静的水線面の下の下側体積部分とを有し、
前記下側体積部分に対する前記上側体積部分の体積の比が、約2.8を超えない全天候遷音速船体。 An all-weather transonic hull having a bow, stern, length between, and static waterline of water level when floating in quiet water without movement, said hull comprising:
A generally triangular shape in the static water surface having a vertex adjacent to the bow and a base adjacent to the stern;
A side surface extending from the bow to the outer portion of the stern;
A lower surface extending between lower regions of the side surface;
An upper surface portion extending between at least a front portion of an upper region of the side surface, and the upper surface portion, a portion of the bottom surface below the upper surface portion, and a portion between the side surface Enclose the front hull volume in it,
The front volume has an upper volume portion above the static water surface and a lower volume portion below the static water surface;
All-weather transonic hull, wherein the ratio of the volume of the upper volume to the lower volume does not exceed about 2.8.
前記船尾から前に測定して80%縦断面の前の前記水線面の上の前記船体によって囲まれる体積が、前記第1体積の約20%を超えず、これによって、海波に対する貫通および反対の波での前記船体のピッチ特性が好ましいことと
をさらに特徴とする請求項17に記載の船体。 A portion of the hull below the static waterline surface includes a first volume of water to be excluded;
The volume enclosed by the hull above the waterline in front of the 80% longitudinal section as measured from the stern forward does not exceed about 20% of the first volume, thereby penetrating sea waves and 18. The hull of claim 17, further characterized in that the pitch characteristics of the hull at opposite waves are preferred.
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