(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面効果船体であって；
１個の甲板１４で接合された２個のカタマラン船体１２、１２を包含し、各カタマラン船体１２は長手方向寸法Ａを限定しており；
上記各カタマラン船体１２は外面１８を有する１個の底部１６と、上記底部１６に固着され且つ底部１６から上方へ延びる対向側面２０と、上方両側面２０をつなぎ且つ上記底部１６に固着されて底部から上方へ延びる１個の船尾肋板３０と、上記底部１６から内方へ上記長手寸法に対して概ね垂直に延びる１個の段部３２とを包含し、上記段部３２は上記船体を上記長手寸法Ａ対して概ね横に通る１個の面内にあり上記面より前方へ延びる１個の船首部３４と上記面より後方へ延びる１個のエアクッション部分３６とを区画しており；
上記各カタマラン船体底部１６の上記船首部３４は１個の第１面３８と１個の第２面４０を包含し両面は接合してＶ形を形成しこのＶ形は船首２６近傍から上記段部３２へ延び、上記交叉する両面で形成される線は上記船首部３４の竜骨４２を区画し、上記第１及び第２の各面３８、４０は上記竜骨４２上の各点を通る水平面に対して上記各点に対応する角度Ｃをなし、上記角度Ｃは上記船首２６近傍の断面で少なくとも４５度であり、上記角度Ｃは上記段部３２において２５度より少なく；
上記各カタマラン船体底部１６の上記エアクッション部分３６はその中に形成された１個の凹部４４を備え、上記凹部４４は上記段部３２から上記船尾肋板３０近傍へ後方へ延びており、上記カタマラン船体１２内に二次的に二次カタマラン船体部分５０を形成している上記の凹部４４はその頂部４８が上記段部３２から上記船尾肋板３０へ次第に低下するように延びており；
加圧空気発生手段５８の出口ダクト６０が上記エアクッション凹部４４の前端の後向き出口６２に接続されており、
上記各二次カタマラン船体部分５０の両側縁部から下方へ延びるフィン５２を包含し、上記フィン５２は上記船尾肋板３０近傍から上記段部３２の前方の点へと延び、上記段部３２の前方の点は上記段部３２から上記船の全長Ａの２．９％から７．１％の範囲にあり；
上記の各フィン５２は１個の竜骨部分５４を包含し、上記各二次カタマラン船体部分５０の上記フィン竜骨部分５４は互いに概ね同じ水平面内に有り且つ上記段部３２近傍の上記船体１２の上記船首部３４の竜骨４２と互いに概ね同じ水平面内に有り、上記各二次カタマラン船体部分５０のエアクッション部分４４の横断面積が段部３２から船尾肋板３０側へ行くに通れて減少していることを特徴とする、表面効果船体。
【請求項２】
請求項１に記載の表面効果船体１０において、各カタマラン船体１２の上記船首部３４は上記船首２６から上記段部３２に至る長手方向寸法を備え、この寸法は上記カタマラン船体の上記船首２６から上記船尾肋板３０に至る長手方向寸法Ａの３５％から８０％の範囲内にある、表面効果船体。
【請求項３】
請求項１に記載の表面効果船体１０において、上記角度Ｃが上記船首２６近傍の少なくとも５５度から上記段部３２での２０度又はそれ未満へと減少している、表面効果船体。
【請求項４】
請求項１に記載の表面効果船体１０において、互いに概ね平行な長手軸を有するカタマラン船体１２を包含し、且つ上記両カタマラン船体１２は互いに離れている、表面効果船体。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は船体に関するものであり、その船体は船体の底部の凹部内に保持された加圧ガスクッションを利用して船体に作用する抵抗を減し、これにより船の速度と燃料効率を向上させている。特に本発明はカタマラン（２連小船）構造の船に関し、各カタマラン側部船体は加圧ガスクッションを有する。
２．従来技術の記載
船の設計における主たる目的の一つは船体が水面に漬かることにより起こる抵抗の量を減すことである。初期に設計された船体では船体の前進により船体を持ち上げて船体のより小さい面積部分で滑走し、船体と水との抵抗を減していた。水中翼船の構造では船体に取りつけた翼により船体と水との接触は更に減少し、高速では船は翼の上に乗る。或る種の船では船体と水との間に空気膜を介在させて船体と水との間の抵抗を減している。一例がＨ．Ａ．Ｗｉｌｓｏｎに対して与えられた米国特許第３１９１５７２号内に図示されており、その中では３連船体の各船体の底部に沿い空気が導入されている。この空気は船の船尾から自由に流出可能となっている。Ｂｒｅｄｔに対して与えられた米国特許第４０３１８４１号も空気膜船体の為の技術を開示している。ＢｒｅｄｔとＷｉｌｓｏｎの船体は水中に比較的に深く沈んでいるので船体の多くの部分が水と接触状態を保つが、底部と水との間の抵抗は空気と水との混合した膜により或る程度減される。
表面効果船は空気膜船体の１つの改良であった、と言うのも、表面効果船の船体は船の船体内に部分的に捕獲された加圧エアクッションにより水の上に押し上げられるからである。エアクッション船体設計の従来技術は可撓性シールによるエアクッションを包含し、このシールはゴムカーテンであり、水中翼エアクッション船の場合は船の全周にあり、又は表面効果船の場合は船の前と後に横向きにあり且つエアクッションの為に側部シールを提供する薄い平行な側部船体を備えている。この可撓性シールはエアクッションからの空気損失量を減すが水面がスムーズであってもラフな乗り心地“玉石乗り心地”を起こす。水面がよりラフに成るに連れてこの可撓性シールは互いに分離され、乗り心地性能の一層の低下を来たす。又、ラフな水中では可撓性シールはしばしばエアクッションを維持できなくなり、シールが回復され且つエアクッションが構成されるまで船体が水中に低く入り込む。エアクッションが無くなると船体の水との接触が増して船体と水との間の抵抗が増し且つ船速が顕著に低下する。シールは頻繁な破損を伴う大きい保守上の問題であり、破損するとエアクッションが永久的に無くなり且つ修理場への到着が遅れる。このような表面効果船はＤｏｎａｌｄ  Ｅ．Ｂｕｒｇに対して与えられた米国特許第５４１５１２０号、第４３９２４４５号及びＭａｒｋ  Ｈ．Ｓｍｏｏｔに対して与えられた米国特許第４５２３５３６号に開示されている。
表面効果船に対するそのような従来技術があるにも関わらず、可撓性シールを使用することなく比較的にスムーズな乗り心地を維持し且つ水がスムーズかラフかに関わらずエアクッションを維持する船に対する必要性があることは明らかに残されている。又、ラフな水上では不安定であると周知な表面効果船の安定性改良の要求もある。
発明の概要
本発明は１対のＶ形船体を有する表面効果船に関し、その船体は加圧空気を受け入れるエアクッション凹部を備えて効率的で、安定性があり、スムーズで、高速な乗り心地を提供する。この表面効果船体は１個の甲板で接合された２個のカタマラン（２連小船）船体を包含し、各カタマラン船体は１個の底部を包含し、この底部は１個の外面と、対向側面を備え、両側面は第１、第２端部を持ち底部に固着され且つ底部から上方へ延び、両側面は内方へ湾曲して第１端部で接合し船首を形成し且つ第２端部で１個の横に延びる船尾肋板により接続されている。概ね平坦な面である１個の段部が底部から内方へ長手寸法に対して概ね垂直に延びており従って段部で限定される１個の面が各カタマラン船体を２部分、即ち上記面から前方へ延びる１個の船首部と上記面の後方へ延びる１個のエアクッション部分とに分割している。
底部の船首部は１個の第１面と１個の第２面とを包含し、両面は共に接合されて船首近傍から段部へ延びるＶ形を形成している。Ｖ形の頂点は船首部の竜骨を限定している。第１面と第２面は夫々水平面に対して角度を持ち、この角度は船体の直線状の上昇角度を限定している。船体の長手寸法に対して概ね垂直な断面は直線状上昇角度を限定し、この角度は４５度から６５度の範囲内にある。この直線状上昇角度は段部と船首部の底部との交叉部分で２５度よりも小さい値まで減少している。
底部のエアクッション部分はその中に形成された１個の凹部を持ち、この凹部は底部の外面から内方へ延びて段部を凹部の１側面として合体し且つ凹部は段部から船尾肋板へと後方へ延びている。この凹部は二次カタマラン船体部分を限定し、この船体部分は段部から船尾肋板近傍の点へ延びている。この分野でよく知られている１個の加圧空気発生手段がエアクッション凹部に流通可能に連結されている。
従って本発明は特徴と、特性と、要素の関係を有する製造物を包含し、この製造物は以下の説明により例証され且つ発明の範囲は請求項に示されるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明の性質と目的の充分な理解のために、添付図面に関連した以下の詳細な記述が参照されるべきであり、添付図面内では；
図１は本発明の表面効果船体の斜視図である。
図２は図１の発明の底面図である。
図３は表面効果船体の右側面図である。
図４は図２の４−４線断面図である。
図５は図２の５−５線断面図である。
図６は図２の６−６線断面図である。
図７は図２の７−７線断面図である。
図８は図２の８−８線断面図である。
図９は図２の９−９線断面図である。
図１０は図２の１０−１０線断面図である。
各図面を通して同一符号は同一部分を示している。
詳細な記載
表面効果船体の為の好ましい実施例が図１−１０に示されており、その中で表面効果船体は全体として１０で示されている。まず図１において、船体１０は１対のカタマラン（２連小船）船体１２を包含し、このカタマラン船体はデッキ１４により互いに接続されている。
図２に示されているように、各カタマラン船体は長手寸法Ａを持ち、１個の底部１６を包含し、この底部は１個の外面１８と、Ｉ対の対向側面２０とを持ち、対向側面は底部１６に接続し且つ底部から上方へ延びている。この明細書の目的の為に、尾根２２が側面２０と底部１６の接合線を限定している。各側面２０の第１端部２４は合されて船首２６を形成し、第２端部２８はその間に横に延びる船尾肋板３０により互いに接続されている。図３と図８に最も明瞭に見える段部３２が底部１６から内側へ、且つ長手寸法Ａに対して概ね垂直に延びている。図２に示されているように、段部３２は面Ｂ内にあり、この面は船首２６を含み且つ前方へ延びる船首部３４と、船尾肋板３０を含み且つ後方へ延びるエアクッション部分３６とを区画している。好ましい実施例においては、船首部３４は船首２４から船尾肋板３０に至る船体の全長の５０％を包含し、これは段部３２が船首２６と船尾肋板３０との間の概ね中間点にあることを意味している。別の実施例においては、段部３２は船首２６から計って船体１０の長手方向寸法の４２％と８０％の間に配置することができてなお船体に受け入れ得る特性を提供可能である．底部１６の船首部３４は第１面３８と第２面４０とを包含しこれらの面は竜骨４２に沿い接合してＶ形を形成している。各面３８，４０は水平面に対して角度Ｃを形成し、この角度Ｃは船体の直線状の登りを限定している。図５に示されているように、船首２６に近い底部１６の断面において、角度Ｃは好ましくは５５度であるが、別の実施例では船首２６に近い部分の角度Ｃは３０度と６５度の範囲内にあり、その場合にも満足に作用する。好ましい実施例においては、角度Ｃは図８に示されている角度Ｃ’のように、船尾肋板３０の部分の１６−２０度へと次第に減少する。別の実施例においては、角度Ｃ’は２５度から０度の範囲にあり且つ満足に作用する。
底部１６のエアクッション部分３６はその中に１個のエアクッション凹部４４を備え、その凹部は底部１６の外面１８から内側に延び且つ船尾肋板３０の近傍まで後方へ延びている。この凹部４４は前端の段部３２と、船尾肋板３０まで後方へ延びる傾斜凹側面４６と、下方湾曲頂部４８とにより区画され、下方湾曲頂部は開示された実施例では、図９及び図１０に示されているように、０度まで傾斜している。別の実施例においては、このエアクッション凹部４４は当業者に知られている多くの異なる形状を包含することができ、図示された形状は効果的に作用する形状の一例に過ぎない。カタマラン船体１２の両凹側面４６と両側面２０は段部３２から船尾肋板３０に延びる１対の二次カタマラン船体部分５０を形成する．各二次カタマラン船体部分５０はその上に形成されたフィン５２を備え、このフィンは概ね二次カタマラン船体部分５０の長さだけ延びている、好ましい実施例においては、凹部４４の長さ（凹側面４６の長手方向の長さ）は長手寸法Ａに対して直角に両フィン５２間を測定した凹部４４の横幅（横寸法）より大きい。
好ましい実施例において、フィン５２は船尾肋板３０の近傍から段部３２の前方の船首部３４の底面１８上の点に延びており、段部の前方の点は船体１０の全長の２．９％から７．１％の範囲内にある。好ましい実施例においては、フィン５２は船体１０の全長の５％、例えば、１００フィートの船体上ではフィン５２は段部３２を越えて５フィート延びるであろう。フィン５２を５％を超えて延ばすとエアクッション凹部４４の増加した効果を得ることなく乗り心地が低下する。船体に対して概ね直角方向に測定したフィン５２の垂直寸法は、好ましくは船体１０の全長寸法の２分の１から１％、例えば全長１００フィートの船体１０に対しては約９から１２インチ延びている。
各フィン５２のボート１０から離れた部分はフィン竜骨部分５４を包含している。各フィン５２のフィン竜骨部分５４は互いに概ね同一面内にあり且つ段部３２に近い船体１０の船首部３４の竜骨４２と概ね同一面内にある。
全体的に５８で示されている加圧空気発生手段が好ましくは船体１０内に搭載されており且つダクト６０により凹部４４の頂部４８に形成されている出口６２に接続されている。空気を加圧状態で供給する為の装置５８は当業者間でよく知られており且つ図３に示されているような個々のユニットとして提供することができ、又は延長ダクト６０により各出口６２に接続された１個のユニットを使用することもできる。これらの装置はそれらの個々のモーターにより動作され又は船内のモーターからの動力取出装置により駆動される。
表面効果船体１０はガラス繊維、合成樹脂、複合材、アルミニウム、スチール、又は目的に適したあらゆる他の材料により構成可能である。開示された表面効果船体を使用して構成されたボート又は船は、より小さいボートの為の標準的な船外機及び大きい船の為のより大きい船内ガス又はデイーゼルエンジン又はタービンエンジンを含む各種の駆動方法を使用することができる。このような船体を動作させるに必要なパワーの量は従来のボート又は船が必要とする量よりも遥かに少ないであろう。
本発明の表面効果船体の為の好ましい構造を述べてきたが、これは単なる好ましい実施例に過ぎないことを記憶すべきである。表面効果船体１０の使用方法に関する記載はなされていない。確かに多くの異なる超構造が船体１０上に使用方法により構成可能であり、その為に船体は、制限的ではなく、レース船、プレジャーヨット、及び貨物又は、及び客輸送の為の船体に使用され得る。
以下に述べられる表面効果船体１０は１００フィートの船体に関するものである。各種サイズの船体１０を概ね比例した寸法で製造可能であるが、しかしながら、これらの寸法は当業者により表面効果船体１０を使用した船を意図した特殊な用途により調整可能である。この表面効果船体１０はどのような可撓性シールとも合体せず、可撓性シールに伴う問題、、乗り心地不良、高い保守コスト、制御問題、高いこぶに対する抵抗（可撓性シールを有する船はクッション上に乗り、こぶを乗り越えることが困難であり、その時船がクッションの上にある時には必要としない多くの馬力を要する）を減少する。この表面効果船体１０は２個の船体を有するカタマランであり、各船体はその長さの約５０％を超える加圧エアクッションを備えている。各船体１２は１個の船首部３４を備え、この船首部は長手寸法の残りの５０％を包含する。各カタマラン船体１２の船首部３４は船首２６近傍のＶ形底部１６を備え、真っ直ぐな約５５度の登り角度を備え、この登り角度は段部３２の近傍で２５度より少ない角度へ減少し、船の速度が増加すると動的なリフトが容易に得られ、従って、エアクッションを持たないボートが何年も操作されてきたように、船体は容易に滑空し始める。鋭利な入口船首部分３４は船の長さの実質的な部分で継続的に接近する波を下方及び側方へそらせるように設計されている。エアクッションの下側を通過する水は、例え表面効果船体１０が荒い海で運行されていても、結果的にほぼ水平に変えられる。接近する波の流れをそれらが船体１２のエアクッション部分３６へ達する前に変えるこの設計による利点は注目されるべきものである。従来の表面効果船により使用されていた可撓性シールは不必要になり、高い保守コストを減し且つ可撓性シールの修理に要する時間を下げた。波を実質的に水平形状に変えなければ、波は従来の表面効果船の可撓性シールに衝突し、クッション容積の減少をきたし且つクッション圧力の変化をきたして追加の揚力馬力が必要になり、且つ船首の波との衝突が乗り心地の悪化の主な要因になる。２個のカタマラン船体１２の船首部３４の鋭利な入口は従来の表面効果船に比べてピッチング、波立ち及びスプレーを大幅に減少させる。
しかしながら、ひとたび滑空状態になっても船体底部１２の大きい部分が水に接してウエットな状態で残ると、抵抗が生ずる。船体のこの部分の下に加圧空気クッションを配置することにより、表面効果船体１０のエアクッション部分３６が空気中に持ちあがるので抵抗は大幅に減少する。従って表面効果船体１０は動力学的揚力に加圧空気クッションからの揚力が組み合わされて、船体が容易に滑空状態に達し且つ船体１２上に作用する抵抗が顕著に減少する。船体１２の船首部３４は抵抗を生ずる小さいウエットな領域のみを備え、これは船首部３４による高い効率の動力学的揚力に起因している。エアプラットフォーム揚力を生ずる加圧エアクッションは、船体１２のエアクッション部分３６の船体表面の大部分を占め、その部分は水に直接接して抵抗を減す。この動力学的都揚力とエアプラットフォーム揚力の組合せによる利点は高い効率の船体設計を形成し、これは従来の成功したボート及び船の設計では得られなかったものである。
夫々が分離した加圧エアクッションを有する２個の船体１２を使用することにより、少しも抵抗を増すことなく安定性が増大する。分離された船体と分離されたエアクッションは大きい復元力をもたらし、この復元力は重力中心周りに敏感過ぎない表面効果船の製造を可能にする。ロールに対する剛性と減衰が大幅に増加し、これは各エアクッションがクッション分離アーム上に作用してロール安定性を提供するからである。２個の船体１２間の船橋の長さは同一船体幅の従来の表面効果船の船橋の長さより大幅に小さい。このような従来の表面効果船の広い間隔は船体を重くし、これは両船体間の広い幅が顕著な構造上の補強を要するからである。２個の船体１２は又或一定の速度での効率の為に設計された１個のクッション表面船に比べて、全ての速度における性能効率が向上する。性能の改良は又エアクッション凹部に起因しており、この凹部は横寸法よりも顕著に大きい長手方向寸法を備えている。
エアクッション凹部４４をあまり前に置きすぎると、動力学的揚力が減少し且つエアクッション凹部４４が露出し、従来の表面効果船のような可撓性カーテンの使用が必要になる。エアクッション凹部４４を船首２６から離し過ぎて始めると抵抗が顕著に増加する。５０％の船首部３４と５０％のエアクッション部分３６との組合せが表面効果船体１０の為に好ましい実施例であることが見出された。
このエアクッション凹部４４は水が凹部４４に入らず又は許容されない量の空気が前方へ逃げないように保護されなければならない。２５度より低い直線的上昇へと次第に減少する鋭利な入口は接近する波を下方と側方へ反らせ且つ水をエアクッション凹部４４へ近づくと実質的に水平な流れに変える。エアクッション凹部４４の前方へ延びるフィン５２はエアクッション凹部４４を遮蔽して空気の逃げと水の進入を防ぎ、従ってエアクッションが保持される。
前述の記載で明らかにされたものの内、前述の目的は、効果的に達成され、且つ、本発明の範囲から離れることなく上述の事項に一定の変更を加え得るので、上の記載に含まれ又は添付図面に示されている全ての事項は図示されたものであり且つ限定されたものでないと解釈されることが意図されている。
又理解されるべきことは、以下の請求項がこれまでに記載されてきた本発明の包括的且つ特殊な特徴の全てを包含することを意図しており、且つ本発明の範囲に関する全ての文言上の記載は、全て包含される。
以上のように本発明は記載されている。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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