[发明专利]底纤船舶

说明书

船是人类最早的交通工具之一；除了桨、橹、风帆，东方人还发明了篙和纤；并在长期实践中证明了后者在适当环境中的优越性。当纤绳、纤夫和纤道都成了历史，祖先的智慧却不可封存在博物馆里。

前人早已发现，在重载、逆水时拉纤比划桨更快而省力。在机动船以前的三峡上行，更是非纤莫进。原理很简单，前者脚踏实地将动力作用于固体；后者致力于流体，损失了过半能量。本发明将古代的纤绳与现代的机械相结合，在航道底部设置固定纤绳；船舶底部凹进，形成狭长空气垫；用艏艉1-2对夹轮引导缆索，中段2-5对动力夹轮拉纤行船(图1a)。

这种新型“底纤”船适用于江河湖海较为繁忙、急流的航道，如长江、运河；节能高效，便于提速、导航、编队；航线稳定、有序，避免碰撞与拥堵；保护堤岸及其他较小船只，减轻紊流、波浪影响。

底纤(图2)可采用：a)金属链索，从强度和成本考虑，首选钢铁；其优点是：对夹轮摩擦力大，不易打滑，可兼作锚链，适用于渡轮；维修更换局部环节也比较便捷；但金属在水中，尤其在海水中，易锈蚀，最好用树脂、聚脂等防水材料包裹链环；b)尼龙绳索，其优点是：耐腐蚀，成本低；夹轮的材料和造型须精心研制，否则夹力小易打滑，夹力大又加快磨损；c)以钢缆为芯，外包强力纤维加橡胶或聚酯的复合缆绳，以枣核形(两侧梯形)剖面增加与夹轮之间的摩擦力；兼有a)b)优点而经久耐用，代表了底纤的发展方向。

底纤的直径当然要标准化，既便于拉纤夹轮配套，又利于批量生产。用于不同航道和吨位的船舶，底纤的规格及强度理应同比升级。加大直径，1”、1.5”、2”...用于3、6、9千吨船舶，通常先被考虑，就像钢筋的规格。可是此案更宜采用(图2b)1、2、3...根叠加的方法；考虑有四：(1)增加缆索与夹轮的接触面和摩擦力；(2)便于分段维修、焊接、更换缆索；(3)便于更大批量生产，回收翻新，降低成本；(4)航道兼容，为特种船舶发展予留空间。

由于航道并非直线，底纤必须逐段生根，将拉力传递到各个底桩。在江河、浅海航道，底纤船的吃水深度应相对统一在河床上1-5M为宜；行船时从河床底拉起纤绳，船过又让它自然沉底。在局部深水区，可以在桩链中段加设浮筒(图3)，使纤缆下沉于航道底适当处；既不妨碍横渡船舶，又不至于沉入深沟。

船底的空气垫不仅能减少水流阻力，还提供了重要的无水作业空间。“夹纤轮”就像纤夫的双脚，位置最低却最是着力。每对夹轮只固定左侧轮，这也是动力夹轮的主动轮。“上纤”、“脱纤”及调节松紧，由液压机械控制右侧夹轮(图4a)。前后各设置一对或一只机械臂协助上纤(图1b，4b)。船底可设密封玻璃窗，便于观察操作及检视底纤(图1c)。在航道繁忙时，上纤船只不可逗留在航道上，应插空档先挂驳“在纤”航船尾部，再上纤，既省事又省时。脱纤靠港的货轮可由拖轮牵引，也可备用螺旋桨动力。两动力是指两种驱动方式；由于夹纤轮和螺旋桨都在机舱底部，只需一台发动机加离合器连接两端传动轴。渡轮的底纤若设计为环线，就不必脱纤(图5a)；而穿梭汽渡可以在泊码头时，就近换纤(图5b)。

纤绳潜底的特征，较之纤道、纤桥，对同水域其他船只(如：渡船、渔船、消防船)的航道影响甚微。即使通过船闸，也只是缩身从门缝下穿过。不仅如此，拉纤行船比起螺旋桨推进，既节能增速又波澜不惊；减少了紊流、波浪对小型船只和堤岸的冲击。

底纤连接底桩，未牵却引，相对固定了航道；如此让船舶上轨，方便了舵手，减少了水手；利于有序编队，避免追尾、碰撞或加塞。随着集装箱货运的日益普及，内河船舶的标准化势在必行。京杭大运河的拥堵已引发了广泛的争议。无论河道的标准如何，由于导航的优势，底纤船的吨位尺寸都可以大于现行船舶；安全收窄会船水域，更充分利用航道，提高运力。

水路货运的成本低，运量大，优势明显。底纤船若提高航速50-100％，便能从陆运争得大量运单。而客运主要被陆、空运垄断。伴随旅游业、文化、休闲经济的发展，江海客运必将东山再起。底纤客轮要提速至50km/h以上，还得融合新科技。图6根据底纤前下方拉力的特点，模拟风筝设计了滑升水翼船。其特征为：三体多翼三气垫，双速起伏两动力。当船中速航行(或用螺旋桨推进)时，主船体沉入水中，夹纤船底和两个空档的气垫可以减少阻力(图6a)；当夹纤轮加速时，水流托起水翼，主船体升出水面，阻力更小。