(57)【要約】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。
2007522032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船首、船尾、その間の縦長さ、前記船首から前記船尾の船外部分まで延びる側面表面、および前記側面表面の間に延びる下側表面を有する遷音速船体であって、前記遷音速船体は、平面側の面において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、移動中の時に側面側の面において前記船首に隣接する底辺および前記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遷音速船体。
【請求項２】
前記移動中の流体力学的領域が、約１.３５を超える速度対長さ比を有する臨界超過領域と、約２.０を超える速度対長さ比を有するハイパークリティカル領域と、約３.０を超える速度対長さ比を有するトランスプレーナ領域とを含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の遷音速船体。
【請求項３】
重量対排水量比が、約１００の上側値および約５０の下側値を有する範囲内である請求項１に記載の遷音速船体。
【請求項４】
前記下側表面が、側面側の面において、前記船首に隣接する第１断面から前記船尾の上流の第２断面まで延びる主長さと、前記第２断面から後ろに前記船尾の底に向かって延びるトリム誘導セグメント長とを有し、前記セグメント長が、前記船尾に隣接する基部の船幅とほぼ等しい局所船幅を有し、前記トリム誘導セグメント長の下側表面が、小さい負の角度だけ上に前記主長さの後部に対して傾けられ、これによって、前記船尾に隣接する下向きの力が、ハイパークリティカル流体力学領域およびトランスプレーナ流体力学領域での移動時に前記船体の船首を持ち上げる傾向を有することをさらに特徴とする請求項１に記載の遷音速船体。
【請求項５】
前記小さい角度が、約５°である請求項４に記載の遷音速船体。
【請求項６】
前記主長さと水面との間の角度が、約２°であり、前記ハイパークリティカル流体力学領域で動作する時に前記船首が前記船尾より深く、前記セグメント長の前記小さい負の角度が、前記主長さに関して約４°である請求項４に記載の遷音速船体。
【請求項７】
前記船尾に隣接する前記基部の前記船幅とほぼ等しい総アスワーシップ（athwarship）フラップ船幅および前記船体の前記縦長さの２.５％とほぼ等しいフラップ舷を有するトレーリングフラップが、前記船尾の底に設けられる請求項１に記載の遷音速船体。
【請求項８】
前記トレーリングフラップが、前記臨界超過領域で前記下側表面とほぼ平行の第１角度にセットされ、前記ハイパークリティカル領域である時に前記第１角度に関して上に傾けられた第２角度にリセットされ、前記トランスプレーナ領域で前記第２角度に関して上に傾けられた第３角度にリセットされる請求項７に記載の遷音速船体。
【請求項９】
前記船体が、移動なしで水に浮いている時に、前記船尾から測定して水線面の長さの約４０％の位置に置かれた重心を有する水線面面積を有し、水線面面積の中心が、前記船尾から測定して前記水線面の前記長さの約３３％の位置に置かれている請求項１に記載の遷音速船体。
【請求項１０】
トレーリングフラップが、前記トランサムの下側縁に設けられ、前記臨界超過速度で前記トリム誘導セグメント長に関して少ない量だけ下向きに傾けられた第１角度にセットされ、前記ハイパークリティカル領域で前記セグメントにほぼ平行にリセットされ、前記トランスプレーナ領域で前記セグメントに関して小さい負の角度に傾けられるようにリセットされる請求項６に記載の遷音速船体。
【請求項１１】
静的条件で浅い船尾喫水を有し、少なくとも２つの速度領域で前記船体に前進運動を生成し、これによって、臨界超過領域を含む、流体力学的効率の対応する異なるレベルを有する異なるタイプのハイドロフィールドを動的条件で展開するために、推進力を与えることのできる推進手段を有することを特徴とし、
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。
【請求項１２】
前記ハイドロフィールドが、前記臨界超過領域より高速のハイパークリティカル領域を含むことをさらに特徴とし、
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。
【請求項１３】
前記船体が、効率的なトランスプレーナ領域を達成することをさらに特徴とし、
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。
【請求項１４】
船首、船尾、およびその間の長さを有する水中部分を有する遷音速船体であって、前記水中部分が、
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。
【請求項１５】
前記船尾に隣接する底辺を有する第３中央三角形縦表面要素を有することをさらに特徴とし、前記第３要素が、前記右要素と前記左要素との間に置かれる請求項１４に記載の遷音速船体。
【請求項１６】
縦の左右の側面表面要素を有することと、前記側面表面要素と前記船体の前記水中部分の前記下に面する表面の対応する左右の全般的に三角形の要素との間に延び、これらを接続する左右の細長い多角形縦要素を有することとをさらに特徴とする請求項１５に記載の遷音速船体。
【請求項１７】
船首、船尾、その間の長さ、および静かな水で移動なしで浮いている時の水位での静的水線面を有する全天候遷音速船体であって、前記船体が、
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。
【請求項１８】
船首、船尾、その間の長さ、および静かな水で移動なしで浮いている時の水位の静的水線面を有する全天候遷音速船体であって、前記船体が、
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。
【請求項１９】
前記下側体積部分に対する前記上側体積部分の比が、前記船尾から測定した８０％断面の前で減少することをさらに特徴とする請求項１８に記載の構造。
【請求項２０】
前記船尾から前に測定した５０％縦断面と８０％縦断面との間の前記水線面の上の前記船体によって囲まれる体積が、静的水線面の下の前記船体の体積の約４０％を超えず、これによって、反対の波での前記船体のピッチ特性および上下浮動特性が、さらに高められることをさらに特徴とする請求項１７に記載の船体。
【請求項２１】
前記船体のうちで前記静的水線面の下の部分が、排除される水の第１体積を含むことと、
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。
【請求項２２】
前記船体を移動させる動力付き推進エンジン手段と燃料タンク手段とを含む前記船体の重い構成要素が、前記船尾および前記船首のうちの１つに隣接して前記船体のミッドボディ領域から離れて置かれ、これによって、前記船体のピッチ慣性およびヨー慣性が増やされ、反対の波での前記船体のピッチ特性および制御特性が高められることをさらに特徴とする請求項１７に記載の船体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明の開示】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
「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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
・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。
【００５７】
・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。
【００５８】
・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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
「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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
・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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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）。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
【表１】
2007522032.tif 000003
右旋回に関する船尾フラップのトランスプレーナ使用および臨界超過使用は、ハイパークリティカルに似ている。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
５ｏ.ＴＨの重量分布。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明に関する従来技術の例、ＴＨおよび本発明のＴＨの平面図である。
【図２】本発明に関する従来技術の例、ＴＨおよび本発明のＴＨの平面図である。
【図３】本発明に関する従来技術の例、ＴＨおよび本発明のＴＨの平面図である。
【図４】本発明に関する従来技術の例、ＴＨおよび本発明のＴＨの平面図である。
【図５】追加の例を含む図である。
【図６】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。
【図７ａ】追加の例を含む図である。
【図７ｂ】追加の例を含む図である。
【図８】ＴＨおよびＩＡＣＣ船体の抗力とＶ／ルートＬの間の関係を指定する図である。
【図９】追加の例を含む図である。
【図１０】追加の例を含む図である。
【図１１】追加の例を含む図である。
【図１２ａ】追加の例を含む図である。
【図１２ｂ】追加の例を含む図である。
【図１３ａ】ハイパークリティカル領域でのＴＨ−IIIおよびＴＨ−IIIを開示する図である。
【図１３ｂ】ハイパークリティカル領域でのＴＨ−IIIおよびＴＨ−IIIを開示する図である。
【図１４ａ】トランスプレーナ領域でのＴＨ−IIIおよびＴＨ−IIIを開示する図である。
【図１４ｂ】トランスプレーナ領域でのＴＨ−IIIよびＴＨ−IIIを開示する図である。
【図１４ｃ】船尾縦断面図およびフラップを開示する図である。
【図１４ｄ】船尾縦断面図およびフラップを開示する図である。
【図１４ｅ】船尾フラップおよびその側面図の組合せを開示する図である。
【図１４ｆ】追加の例を含む図である。
【図１５】Ｘ領域でのＴＨ−ＩＩＩおよびＴＨ−IIIを開示する図である。
【図１６】制御用の船尾および側面のフラップを開示する図である。
【図１７】制御用の横フラップと共に海波中のＴＨおよびＴＨを開示する図である。
【図１８】ａ〜ｇは、反対の波での動作およびステルス動作に関するＴＨ  ３−Ｄ形状を開示する図である。
【図１９】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２０】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２１】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２２】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２３】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２４】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２５】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２６】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２７】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図２８】本発明のＴＨおよびＴＨに関連するさらなる実施形態および構造を開示する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１４ｅ】
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【図１４ｆ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１８ｄ】
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【図１８ｅ】
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【図１８ｆ】
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【図１９】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２８ｃ】
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【国際調査報告】
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