具有高速水面性能的通用潜艇

摘要

本发明提供了一种能够在其乘员舱完全或大部分位于吃水线之上的状态下进行水面工作的潜艇。船舶能够进行高速、远距离的水面航行并且具有适航力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够进行高速、长距离的水面航行的潜艇。

背景技术

存在可被归类为潜艇或潜水器的许多不同类型的船舶。潜艇通常被认为是能够在水下前进和改变方向、能够在远海航行、具有适航(seakeeping，能够经得起风浪)性能、并且能够在水下安全作业的自给式船舶。潜水器通常被认为是能够潜入水下并且在水下作业的任何船舶，但是其仅具有有限的或者根本不具有独立地在海上航行的能力。潜艇和潜水器两者都在水面之下携带乘员。因此，任何潜艇或潜水器必须至少能够达到负浮力或中性浮力，并且为乘员提供推进力。大多数潜艇和潜水器还为乘员提供了某些类型的生命保障，但一些潜水器可能会要求乘员佩戴自携式水下呼吸器(SCUBA)设备。所有潜艇以及许多潜水器使乘员在深水压力下是安全的。

浮力是水施加在浸没或者部分浸入水中的物体上的向上的力。船舶将在向上推的浮力等于向下拉船舶的重力时浮在水中。向上推水中物体的浮力被称为液体静升力。浮力或者液体静升力的大小取决于由特定物体排出的水的量。当物体在水面上时，重力向下拉物体，并且如果如同船舶的情况一样底部被密封，则其将水推向侧方。排出的水的体积将等于在吃水线下方的物体的体积，其已知为水面排水量。作用在物体上的浮力等于排出的水的重量。

由于船舶的水面排水量取决于其重量，所以其可通过使用压载(压舱物，ballast)来控制。压载通常是允许进入船舶的密封船体室内的水。

在水面船只中，水通常被添加到压载舱中，以向船只的下部增加额外的质量。这降低了船只的重心，从而增加了其在水面上的稳定性。潜艇和潜水器在历史上不需要用于水面稳定性的压舱水，这是因为它们通常已经具有低的重心以及很小的货物变化。它们即使在水面时通常也在水中非常低，仅船舶整体非常小的体积在吃水线之上。

在潜艇和潜水器中，水被添加到压载舱中以帮助它们下沉到水面下方。这可被看作减小船舶的排水量或者增加其重量；这两者具有相同的数学效果。在潜艇术语中，添加压舱水通常被视作减小船舶的浮力。当压载舱满时，它们被看作处于基本中性的浮力，从而导致船舶上没有浮力。在水下推进船舶所需的能量中仍必须考虑这些压载舱的质量。这些压载舱常常被称为可变排水量，因为它们允许水进入，并且通过减小其排水量来减小船舶的浮力。

对于能够在水下作业的船舶例如潜艇和潜水器，它们必须通过调节压舱水的量来获得中性浮力。中性浮力指的是向上的浮力等于向下的重力的状态。在此状态下，船舶使用其推进系统来上浮、下沉或者在水中移动。

在典型的潜艇中，船舶的重量被设定为其足以克服由于船舶的固定排水量所导致的浮力。固定排水量是潜艇的水密的并且不会被浸没的部分的体积，其确定了最小浮力。此重量设定是即使在船舶不具有通过完全浸没可控压载得到的额外重量时仍允许船舶下潜并且获得中性浮力所必需的。因而，可变排水量对于其有效负载容量是决定性的。大多数潜艇中的固定排水量主要包含在抵抗所处深度的极端水压的耐压船体、加强乘员舱中。

典型的小潜水器用于深潜水科研或工业任务，或者浅潜水娱乐旅行。这两种类型都具有实现仅仅升高到正好足以使乘员进入和离开船舶的平面之上所需的浮力所必需的最小可控压载。在这些船舶中，可变排水量与固定排水量相比是非常小的。由于此事实，这些小的潜水器不能升高到足以允许其大部分体积停留在吃水线之上的平面之上的高度。它们不能获得这样做所必需的正浮力的量。当在水面上时保持船舶的大部分体积在水下简化了船舶的设计，并且保持其在水下以及在水面时都是稳定的。但是，此设计方法使得在水面上行进的能力非常受限，并且使得有效负载的可变程度非常低。

尽管最初是针对军事应用开发的，但是能够进行水下作业的船舶如今已广泛用于多种用途。现代化的潜艇和潜水器非常专门化，从用作军事武器平台的船舶到用于深海科学研究的船舶再到用于娱乐性浅潜水的船舶。尽管存在用于许多专门任务的大量潜艇和潜水器，但是不存在可用于多种应用的真正通用的能够进行水下作业的船舶。目前还不存在小的、成本高效的并且具有非常高的自给性、航行能力和距离的水下船舶。如今使用的能够在远海航行的潜艇仅是巨大的、船只大小的军用潜艇。具有真正的航行能力和适航能力的能够进行水下作业的小船舶将在私营工业和军用两方面都是非常有用的。

从潜水者所用的简单的水下滑行船到美国海军的装备有核导弹的巨型核潜艇，现有潜艇和潜水器的设计和能力是各种各样的。但是，所有现有的潜艇和潜水器具有共同的特性，即它们均是针对非常特定的用途设计的，并且在预期用途之外的应用中的效用是有限的。

几乎所有的世界上的真正潜艇目前都是大的、船只大小的军用船舶。实际上，当前使用的唯一真正的潜艇是美国海军及其他工业化国家使用的洲际军用船舶。它们是迄今为止建造的能够进行水下作业的最复杂的船舶。

一些国家仍使用在第二次世界大战期间广泛使用的柴电动力军用潜艇。现代化的柴电动力潜艇表现出更好的潜水时间、速度、隐秘性和武器装备，但是基本功能是相似的。它们使用水面发动机来给下潜用的蓄电池充电。在美国海军和一些其他外国海军中，可在水下度过数月的核动力设计已经替代了许多柴电动力潜艇。用于给这些船舶提供动力的原子反应炉可工作数年而无需添加燃料，并且它们通常仅需要每隔几个月才浮到水面上以添加补给和轮换人员。

洲际军用潜艇用于许多不同的任务，并且每种任务通常是由特定级别的潜艇来完成的。美国海军目前具有俄亥俄级弹道导弹核潜艇(SSBN)、巡航导弹核潜艇(SSGN)级、洛杉机和海狼攻击型核潜艇(SSN)级以及弗吉尼亚SSN级。还被称为boomer的俄亥俄级SSBN用作弹道导弹的秘密移动发射平台。SSGN级是被转换成运送巡航导弹并且用作特种部队作业所用平台的核潜艇。洛杉机和海狼SSN级是快速攻击潜艇，弗吉尼亚SSN级是快速攻击潜艇、巡航导弹发射平台和特种部队平台。所有美国海军潜艇都是核动力的，并且能够下潜到海面下至少800英尺的深度。

洲际军用潜艇是针对以与水面船舶相比相对高的速度进行长距离巡航和隐秘性而设计的。这些船舶典型地与大型水面船只一样大。这些军用潜艇都不具有任何非军事用途。对于运送货物，它们非常昂贵并且是不切实际的。通过其他方式，乘员旅行更便宜、更快速、更实际且更舒适。工业应用对于这些潜艇是不切实际的，因为它们的大小使得它们不能在其他船舶或近海平台周围或下方工作。缺少窗口、需要大量人员来操作以及昂贵的制造成本，使得它们不能用于任何旅游或娱乐应用。因此，这些大型的军用潜艇除了它们目前的战争平台之外不具有其他用途。

许多现有的潜水器能够共同用于各种不同用途，但是每种潜水器只能用于特定任务。较小的潜水器被军事和私营部门两方面使用，并且通常其特征在于以下事实，即它们不能用于在远海航行，而是作为用于到达较大垂直范围内的海洋深度的运载器。

最基本的潜水器是使用支持线缆由水面船舶在水中下降和上升的分离舱(pod)。潜水钟和海潜球是这些简单的分离舱的示例。

潜水钟基本是在底部局部开口的气密舱室中的浸没在水中的气袋。该底部具有在中央的孔，或者在潜水钟下潜一定深度时打开的舱口。潜水钟用作使潜水者到达水面下的深处的升降器，以及用作使潜水者缓慢地返回水面的减压室。潜水钟通过使用环境压力补偿来抵抗所处深度的极大压力。随着潜水钟在水下下降，潜水钟外侧的水压增加。如果没有空气添加到潜水钟内，则水通过开口进入，并且开始填充潜水钟。潜水钟内捕获的空气在顶部压缩，直到其达到外部水的环境压力。当潜水钟内部和外部的压力相等时，水停止进入潜水钟。随着潜水钟继续下降，压力变得更大，空气进一步压缩，并且气袋变得更小。由于潜水钟内部和外部的压力相等，只要潜水钟保持打开，则水不会在壁上产生任何应力。这意味着可使用低强度的常用材料来构建潜水钟，只要这些材料具有适当的气密性。

典型的现代潜水钟被设计成在内部保持干燥。压缩空气在深水处被释放到潜水钟内以防止水在深水处进入。空气通常由水面支持船舶经由脐带式连接来提供。空气被以正好高于在潜水钟外部的水压的压力来提供。这使得空气缓慢地通过潜水钟开口涌出，并且保持空气供给对于乘员是新鲜的。当潜水钟上升到水面时，水压降低，内部的空气膨胀并涌出。

包括潜水钟在内的任何环境压力潜水器的主要局限性是由乘员的局限性导致的。身体由于环境压力的增加而受到应力，但是通过将更多空气吸入肺部增加血液中的气体量来进行补偿。如果过多氮进入血液，则会造成昏迷。此威胁可通过在呼吸混合气体中混合其他惰性气体例如氦气来稍微缓解。由于压缩导致额外的氧进入血液，呼吸混合气体通常还具有比正常水面空气低的氧百分比。随着当环境压力潜水器升高时压力下降，身体必须通过呼气排出在压缩潜水期间积聚的过量气体。这是一个缓慢的过程；在深水下呆的时间越长，深度越深，则过量气体的呼出所花费时间就越长。如果环境压力潜水器上升过快，则血液中的气体会起泡并且引发“潜函病”，这非常疼痛并且会导致致命的栓塞。

因此，如同SCUBA潜水员所必需做的，环境压力潜水器的乘员在浮到水面时必须减压。这将环境压力潜水器的效用局限于与SCUBA潜水员可到达的深度相同的深度。该深度最大为大约200英尺；而对于非专业潜水员的乘员，大约33英尺是更为实际的。

为了允许长时间的潜水以及快速上升，以及为了保护乘员免受环境压力潜水器所共有的危险的高压状况影响，乘员舱必须保持为正常空气压力、一个大气压。但是，随着深度增加，水的压力趋向于越来越多地挤压乘员舱。乘员舱必须以坚固的、耐压的方式来构建。

耐压船体是由非常坚固的和耐久的材料制成的载人舱，所述材料能够在没有环境压力补偿的情况下抵抗深水的压毁力并且保护乘员。耐压船体的形状通常是球形的或圆筒形的，这是因为这些形状趋于固有地耐受压缩力。从这些形状的任何背离大大降低了压力容限，从而降低了船体可到达的最大深度。耐压船体因此被以高的形状精度来构建。这些精确公差增加了构建该耐压船体的时间和费用。

海潜球是从线缆悬吊下来的简单的耐压船体。其通常具有内部船员所用的舱室和观察窗。存储的氧和二氧化碳洗涤器一般地用于生命保障。海潜球是第一个将人类运载到水面之下超过3000英尺的深度的潜水器，并且最初用于科学研究。它们不再被非常多地使用。

潜水钟和海潜球都受限于将它们连接到水面或者水面船舶的沉重的钢缆，以及它们在水面上以及水面下的完全无自给性。需要具有自己的船员和成本的大的水面船舶来提供支持线缆或脐带。自推进、动力存储和浮力控制的缺乏以及大线缆的妨碍，防止了它们中的任一个成为潜水运载器。相反，它们仅用于作业或观测。海潜球受限于大约3500英尺的深度，而潜水钟在深于大约300英尺时变得危险。

深潜器(DSV)被设计成到达海洋的最深位置。较少数量的DSV存在并且已用于科学和军事研究用途。DSV通常需要支持船舶，并且不能航行。DSV具有两种类型：深海潜艇和深潜潜水器。

深海潜艇是不再生产的旧船舶，并且已建造成的深海潜艇也非常少，少于10台。深海潜艇是用于到达地球上的最深点、南太平洋处的马里亚纳海沟的挑战者深渊部分的船舶。深海潜艇是从填充有石油燃料的漂浮上层结构悬吊下来的球形耐压船体。燃料不是用于提供动力，而是为了抵抗深水处的压缩。燃料还提供浮力控制。为了下降，燃料被释放以减小浮力。为了升高，从船舶释放金属弹丸以减轻重量。所述弹丸由电磁体保持在储料器中的合适位置处，这意味着电气故障可能导致船舶朝水面立即上升。蓄电池供电的电推进器提供在水下的推进和转向，但是此性能由于大的上层结构而非常受限。

尽管能够下潜到很大的深度，但是深海潜艇由于其大小以及在水下的低机动性而非常受限。深海潜艇还难以发射和回收。目前已知没有深海潜艇还在工作。

深潜潜水器是具有球形的钢制耐压船体的小型蓄电池供电潜水器。它们类似于深海潜艇，但是更小而且不具有填充有燃料的上层结构。其耐压船体典型地比深海潜艇的耐压船体薄，导致较小的最大深度。较轻的重量使得可在没有深海潜艇的燃料上层结构的情况下实现到水面的上升。深潜潜水器使用耐压船体连同高压空气吹制的浮箱以及填充有油的设备室或高强度玻璃珠泡沫块一起的浮力而上升。

深潜潜水器在水面上具有填充空气的小的压载箱，以允许船舶的小部分体积位于吃水线之上。压载箱进水以使船舶下潜，且压载箱在底部保持打开，保持所处深度的环境压力。这些船舶在潜水时典型地有负浮力，使用重力下沉直至达到希望的深度。然后，船舶可减轻重量并且向压载箱添加高压空气以实现中性浮力。为了上升返回水面，深潜潜水器投放可丢弃的金属弹丸且通常不需要电推进。蓄电池供电的电动机用于有限的水下推进和转向。深潜潜水器由于其尺寸较小而比深海潜艇具有更好的操纵性。

对深潜潜水器而言，返回水面对于投放重量的依赖性可能是个问题。如果在潜水期间希望改变结构或者需要提升重物，这难以实现。深潜潜水器具有小的上升重量预算，这是因为其浮力和最小投放重量具有很小的可变性。空气吹制的压载箱仅包含乘员舱的排水量的一小部分，并且提供非常小的可调浮力。

对于深潜潜水器，极其安全的预防措施和精确的工程工艺是必要的。由于耐压船体的排水量是升高到水面所需要的，所以耐压船体的任何进水将导致船舶沉底。帮助避免此危险所必需的精确工程工艺增加了生产成本。

DSV具有很小的或者不具有航行能力或航行距离，这是因为它们使用蓄电池供电的推进器并且当在水面上时它们的大部分体积在水下。需要水面船舶来将它们运送到潜水点并且从潜水点回收。常常需要巨型的吊架来将DSV放到水中。

另外，DSV具有非常小的乘员舱。球形耐压船体通常被设计具有容纳船员和至关重要的设备所必需的最小半径。美国海军具有一个比最典型的DSV大的DSV，但是其过于昂贵而不能用于非军事用途。总的来说，DSV可用于非常小范围的任务，但是由于其距离、适航能力、自给性和速度的缺乏而非常受限。

另一种现有的常用潜水器是旅游潜水器。旅游潜水器是一些最大的私人潜水器，通常容纳16名或更多乘员。它们通常具有耐压船体并且可在水面下1-300英尺的深度下工作。该耐压船体通常是大的、细长的，并且由钢制成，并且具有一些尺寸过大的、半球形的丙烯酸树脂观察窗。旅游潜水器被位于龙骨内的大蓄电池组供电，并且被电推进器推进。

旅游潜水器不可用于除了观光游览之外的其他用途。它们缺乏速度、自给性和航行能力。当它们在水面上时，仅其体积的一小部分在吃水线之上。它们依赖于蓄电池供电以及空气储备，这需要支持船舶或码头来进行再装载。旅游潜水器必须具有大的尺寸以实现成本高效，但是由于施加在耐压船体上的大的力，它们的尺寸使得其下潜深度受限。

类似于DSV，旅游潜水器使用乘员舱的浮力来升高到水面。因而，耐压船体穿透部的任何故障都可能导致潜水器沉底。这增加了工程成本。

一些旅游潜水器已制造具有小的柴油发动机，这使得它们可自给地到达潜水点并从潜水点返回而无需支持船舶。但是，这些船舶仍缺乏开放海域的航行能力，并且它们的航行距离非常有限。它们即使在中度狂暴的海面上也是不安全的，并且仍存在其他旅游潜水器在深度、速度、尺寸和成本方面的问题。

如同潜水钟那样，环境压力个人潜水器使用环境压力补偿来抵抗深水压力。这将它们的使用局限于SCUBA潜水员可到达的深度。最简单的环境压力个人潜水器是湿式船体潜水器。

湿式船体潜水器是这样的水下船舶，其中在船舶推动乘员通过水下时乘员暴露于水中。它们典型地具有帮助维持中性浮力的小的压载舱以及用于推进的电动机。乘员经由填充有空气的头盔或呼吸装置例如SCUBA装备而被供给空气。

湿式船体潜水器的使用很明显非常受限。乘员暴露于水温中，这在寒冷的气候中会成问题。乘员还暴露在深水压力下，这意味着，湿式船体潜水器即使在由使用混合气体进行呼吸的专业潜水者操纵时仍局限于大约200英尺的深度。对于体育潜水者而言，33英尺的深度极限是更切合实际的。

军事上使用被称为海豹输送艇(SDV)的湿式船体潜水器。乘员舱被完全封闭，但是仍会进水。因此，SDV存在与其他湿式船体潜水器相同的缺陷。

环境压力干式船体潜水器是船体被密封从而内部是干燥的潜水器。使用计量器来确定外部水的环境温度。通过阀向乘员舱中添加空气，直到内部压力等于外部的水压。随着潜水器浮到水面并且水压下降，使用止回阀来释放空气。船体可被以任何合适的形状以及任何具有合适气密性的材料来构造。

环境压力干式船体潜水器的深度受许多因素限制。首先，它们携带的空气量以及蓄电池电力储备阻止了它们到达过深的地方。但更重要的是，它们受限于人体。受过严格训练的潜水者可到达大约200英尺的深度，但是更实际的深度极限是水面下33英尺。

环境压力个人潜水器通常是蓄电池供电的。它们具有很小的水面距离、航海能力或自给性。它们依赖于水面船舶来到达潜水点以及再装载其蓄电池和空气供给。一些环境压力个人潜水器已经构建有柴油水面发动机，但是它们仍面对与所有其他环境压力设计相同的深度限制。

先进海豹输送系统(ASDS)是海军海豹特种部队的使用耐压船体的潜水器。其对于潜水器而言是比较大的，为62英尺长。ASDS是特种用途的船舶，是为秘密行动用途设计的。其仅使用蓄电池电力来推进，这严格限制了其范围和航海能力。ASDS具有少量的用于上浮到水面的浮力，而相反通常通过主潜艇而停靠在水下。这些潜水器的成本非常高，这意味着它们不具有非军事用途。

每种现有的潜艇和潜水器针对特定任务而设计、建造和使用。因而，需要通用的潜艇。这种潜艇将能够执行多种水下任务，并且能够在水面上航行，具有强的适航能力、长距离、高速度和自给性。这种船舶将可用于私营部门和军事用途。通用潜艇应具有多种特性和能力。

通用潜艇需要具有相对小的尺寸，但是仍应能够容纳乘员。潜艇在历史上对于长距离的货物或乘员运输是不实用的。观光游览、工业和警卫用途是潜艇的所有合适的使用，但是这些都需要与巨大的核动力军用潜艇相比较小的潜艇。小的尺寸还是降低生产、操作和维护潜艇的成本的关键。较小的耐压船体允许潜艇在比其大的对手更深的深度下工作，这是因为水压分散在船体的较小表面积上。在潜水期间，良好的通用潜艇应能够容纳少则1人多则12人的船员或乘员小分队。在大多数情况下，这应通过使用提供安全性和快速上升性的各种大小的一个大气压的船体来实现。此能力对于科学、军事、娱乐、工业和其他用途都是有用的。

通用潜艇应是具有长工作距离和强适航能力的航行器。其还应当是自给式的并且能够产生自己的动力和空气供给并且进行存储以用于潜水。这种船舶可比需要水面支持船舶的船舶更加高效且更便宜。在风浪大的海上的安全系数也更高，因为其可安全度过风暴而无需表面支持船舶的帮助。进行长距离航行的能力第一次使得私营工业能够免除水面支持船舶的成本。潜艇应从常规的码头部署，并且独自行驶到其目的地。

良好的通用潜艇应能够达到足够的速度，因为高速行进在许多情况下是有用的。速度允许旅游潜艇运送更多的乘员而无需水面支持船舶。速度在军事和警卫作业中也是有用的。此外，速度缩短了任务执行时间，这降低了成本，并且允许船舶避过逼近的风暴。

通用潜艇应当可配置，具有采用多种不同类型的任务所需的设备的能力。可配置性是通用潜艇的关键特征。这种船舶应在用于娱乐或旅游任务时能够增加乘员舱的舒适性；在军事任务中可添加武器或装甲；以及在科学或工业任务中可配备照相机、操作器、存储器和工具。这些重新配置应不需要船舶的本质上的重新设计；理想地，这些重新配置不应显著增加布置通用潜艇的这些变型所需的成本和时间。

通用潜艇应能够潜水，并且在涵盖对于工业和旅游有用的大部分水域的深度下保证乘员的安全。尽管对于诸如旅游的一些用途，33英尺的深度可能是足够的，但是在许多实施例中，这种船舶应能够下潜到至少500英尺的深度，覆盖了大约90％的有用水域。这些深度足以为军事提供隐秘性，因为该深度超过了在大多数地方光穿透水的深度，即使是长距离的军事潜艇也很少在1000英尺的深度之下行动。对于工业作业，大部分输油管和基础设施位于最初300英尺的水中。

通用潜艇应能够持续潜水的时间量应允许在水下维持至少一整个工作日。这将允许工业或科学作业完成整整一天的工作，并且将使军事用户能够在所有白天的时间保持潜水以保持隐蔽。较长的潜水时间性能也增加了安全性，因为其允许有额外的时间来营救被击中的潜艇。

任何通用潜艇应具有高度的安全性。由于其将是自给式的并且能够独自在远海航行，安全性变得尤其重要。这种船舶应能够应对恶劣天气状况以及海面上的不可预知的情形，以及在潜水期间的多种系统故障。

通用潜艇应能够被低成本地建造。生产和操作成本应不超过水面船只和潜水器的成本之和，或者水面船只与水下机器人(ROV)的成本之和。

在设计和建造具有如上列出的那些特性和能力的通用潜艇时必须克服许多挑战。首先，小的尺寸必须与高速度、航海、适航能力和长距离相互协调。

历史上已证明设计能够以高速进行长距离航行和适航的相对小的潜艇是困难的。典型的具有所列出的能力的潜艇非常大、体积庞大且昂贵。这些潜艇仅用于军事用途。私营工业已通过使用水面船舶运输小的潜水器解决了航行问题，这样成本高且浪费。但是，对进行高速的长距离航行和适航的希望指示通用潜艇应是真正的潜艇，而不是简单的潜水器，从而使其更难以设计。船舶必须能够在水下进行长距离航行，或者除了能够在水下作业之外，还必须能够作为真正的水面舰艇工作。迄今为止，长距离水下航行仅仅通过使用核动力或者在水面上被柴油发电机充电的巨大蓄电池组成功地实现。这些方法在大的、洲际军用潜艇中是可行的，但是在较小的潜艇中是不可行的。

现有的小型潜水器的设计不能用作真正的水面舰艇。小型潜水器设计依赖于蓄电池和推进用电动机。蓄电池所存储的能量是非常有限的，因此为了作为真正的水面舰艇工作，船舶应携带大的、沉重的燃料负荷。对于能够在水面上工作的潜艇，还应存在大的、大功率的发动机。大的、大功率的发动机以及大的燃料储量的使用允许水面船只具有高速度、长距离和大有效负载容量。但是，将这种发动机添加到现有的潜水器设计中并不是一项简单的工作。已进行的将柴油发动机添加到旅游潜水器或较小的工业潜水器中的尝试是无效的，因为它们的功能受到潜水器设计的限制。

在现有设计中添加大型发动机和燃料存储器的尝试失败的第一个原因是这些添加所导致的重量增加。小型潜水器通常具有少量的浮力，并且当添加很大的重量时需要进行重大修改。添加大型发动机和燃料将导致船舶不能浮到水面。这种船舶很明显不具有实用性。因此，必须给船舶增加额外的排水量以提供额外的浮力。

小型潜水器设计已经增加了它们的耐压船体的尺寸以提供增加的排水量。这样保护发动机免受深水处的压力和水的影响，并且增加必要的排水量以允许船舶浮到水面。但是，容纳大的发动机需要显著增加耐压船体。这种增加显著增大了船舶的重量和固定排水量(增加了潜水重量)。这种布置的最终结果是减小或者最小化船舶的动力-重量比的增益。使用此方法为小型潜水器增加动力所必需的重量的大规模增加造成了这样的悖论，即动力由于重量而自我挫败。因此，小型潜水器设计者只能包括小型发动机和燃料箱。所提供的少量动力严重限制了航行、适航力、速度和距离。

为现有潜水器设计添加大型发动机和燃料存储器的尝试失败的第二个原因是船体的形状和吃水深度。潜水器的典型船体形状是圆筒形的，其对于较低速度下的水下作业和操纵是最优的。当在水面上工作时，由于它们的大部分体积在吃水线之下，这些船舶的操纵性非常差，导致严重的阻力。由于缺少披开波浪和应对大浪所必需的尖锐的船头，它们的适航能力也差。因此，增加动力仅最少地增加速度，这是因为深吃水和具有不合适的形状的船体导致严重的阻力和极差的在大浪中的操纵性。

设计和建造通用潜艇必须克服的另一个挑战是协调小尺寸与可配置性。已证明现有的小型潜水器非常难以具有可配置性。此困难的一个主要原因是潜水器设计处理浮力的方式。大多数潜水器可被设计成在位于水面上时具有最小的浮力，导致几乎不能承载额外的重量且仍保持它们浮到水面的能力。乘员舱必须也被非常仔细地设计和详查，这是因为几乎所有的潜水器的浮力来自该乘员舱。乘员舱中的任何水侵入会导致潜水器下沉并且杀死乘员。在船体中添加设备通常需要重新设计整个船舶。因此，潜水器被设计具有最大负荷，并且任何重新配置需要大量的重新设计。一旦船舶被建成，则针对可选择的用途来重新配置该船舶会具有过高的成本，费时且不切实际。

设计和建造通用潜艇时要克服的另一个挑战是协调设计简易性和低成本与潜水深度和持续时间。私人用户可负担的起的典型潜水器是环境压力潜水器。它们不需要重负载的耐压船体以及伴随耐压船体一起的工程挑战。但是，环境压力潜水器仅在大约33英尺的深度是安全的，而只有对于使用混合呼吸气体的有经验的潜水者才能深达大约200英尺。

另一方面，耐压船体是允许船舶实现大深度以及长持续时间潜水所需要的。现有的结合了耐压船体的潜水器设计在发生覆没和泄漏时会受到灾难性的威胁，从而它们需要高成本的、复杂的安全性设计。因而，使用现有设计，不能在保持低成本和相对简单的设计的同时实现深的和长持续时间的潜水。

设计和建造通用潜艇时的下一个挑战是协调设计简易性和低成本与安全性。设计简单的、低成本的潜艇的关键问题之一在历史上是实现典型潜水器中的工程安全性的高额花费。尽管环境压力潜水器具有相对低的成本和简单的设计，但是它们本质上是危险的，并且必须由懂得减压过程的受过训练的人员操作。耐压船体设计本质上比环境压力设计安全，这是因为它们没有使乘员暴露于深水压力的增加。尽管更安全，但是由于深水下存在的压差，耐压船体设计需要大量的高成本的工程以保持安全。另外，由于除了耐压船体之外通常存在的小的浮力，在典型设计中，耐压船体中的故障将导致潜水器沉底。因此，必须使用复杂的工程技术和维护预防措施来确保安全性。这增加了成本。再一次，使用当前的设计，看上去不能设计简单的、低成本的且具有高度安全性的潜艇。

设计和建造通用潜艇所要克服的另一个挑战是协调航行、高速、适航力和长距离与可配置性。能够针对多种任务进行配置的潜艇必须具有小的尺寸。但是，小尺寸与实现高速下的长距离航行和适航能力所必需的传统观念相冲突。另外，可配置的潜艇必须能够承载可变有效负载。

速度、距离、航行和适航能力需要大的发动机和大的燃料存储器。潜艇必须能够承载此重量。另外，可配置性增加了有效负载需求，这是因为船舶必须能够承载多种沉重物品例如操纵臂、武器、装甲、舱室设备、甲板空间附属物或添加的仪器。典型设计中的有限的排水量、从而有限的浮力使得此额外的重量变得不可能，这是因为如果添加该重量，则潜水器将不能浮到水面上。

发明内容

本发明提供了一种能够与诸如快艇之类的水面船舶类似地进行高速、长距离水面航行和适航的潜艇。本发明采用非常独特的方法来克服提供通用潜艇所面临的挑战。这还是第一个能够批量生产的潜艇。

本发明的潜艇包括主组件，该主组件包括水面船体、乘员舱、主压载舱、水面发动机舱以及许多任选的组件和部件。使得部件容易交换的可互换性主组件和部件连接网路的使用带来了可针对用途配置的船舶。船舶上可包括的主组件包括乘员舱、水面船体、上体部结构、水面发动机舱、中央框架、边舱和主内部压载。

潜艇通常包括由分级式压载调整系统实现的非常大的可变排水量。独特的压载系统包括主内部压载舱、主外部压载舱、纵倾(trim)压载系统和半可控压载区域。完全可控压载的总体积通常大约是乘员舱中的固定排水量体积的两倍，并且大约等于整个船舶的水面排水量的体积，但是实际的完全可控压载体积可多于或少于这些估计值。

在一些实施例中，在船舶潜入水下时，主内部压载舱被完全浸没，并且对环境开放。由于它们对水开放，如同湿式船体那样工作，所以不需要环境压力空气补偿。主外部压载舱仅填充到潜艇获得中性浮力所必需的程度。在下潜开始时它们被阀密封以与主内部压载舱和外部环境隔开。在深水处对于主外部压载舱提供环境压力空气补偿。在一些实施例中，每个主内部压载舱经由存水弯式连接装置(pea trap connection)而连接到主外部压载舱。

在包含纵倾压载系统的实施例中，纵倾压载系统包括一连串较小的压载舱，并且被用于调整船舶的纵倾。纵倾压载舱常常位于边舱的前部部分，并且稳定舱用作后部纵倾舱。在需要时还可添加其他任选的纵倾舱。

半可控压载区域是当潜艇浮到水面时在重力作用下排空的、并且在水面工作期间相对于水基本封闭的自由浸水区域。在浮到水面过程期间，主内部和外部压载舱通常使船舶提升，直到自由浸水的半可控压载区域正好在吃水线之上。然后，这些区域在重力作用下通过大的单向阀、船体闸门或它们的组合而排水，直到排空。最终效果是，半可控压载在船舶潜入水中时为中性浮力，但是在船舶浮到水面时提供额外的排水量。另外，半可控压载在当位于水面时刚好停留在吃水线之上的部分中提供干舷排水量。此干舷排水量帮助阻止船舶在水面时左右摇晃。

本发明的潜艇通常包括乘员舱，该乘员舱通常为耐压船体。耐压船体乘员舱由能够抵抗深水处的压力的非常坚固的材料制成，并且通常为圆筒形或球形。乘员舱理想地在船舶中的高处，在水面工作期间通过水面船体与水隔开。当潜艇浮到水面时，乘员舱被完全从水中提升出来，或者通过水面船体与水隔离，从而其所有部分都不与水直接接触。导航员控制设备位于乘员舱内，并且任何贯穿船体穿透部通常仅在乘员舱的下部三分之一部分中。

潜艇包括水面船体，根据最终用户所希望的性能特性，该水面船体可以是任何类型的船体，例如排水型船体或滑行船体。水面船体包含主内部压载舱，并且可包含数个其他部件。水面船体的使用有助于为船舶提供相当大的排水量以及在水面上的升力。这降低了阻力，并且使得船舶可在水面上高速行进。

船舶通常包括上体部结构，该上体部结构包围乘员舱的从其任一侧横向延伸的部分，并且还常常在后部位于乘员舱上方。外部包括甲板铺板；可能存在的扰流板；以及稳定舱安装座。如果存在的话，可缩回的水平舵通常可位于上体部结构中。半可控压载区域位于上体部结构的内部，并且额外的部件也可被容纳于其中。

船舶常常包括燃料和水面发动机系统。燃料和水面发动机系统优选地包括至少一个可变排水量燃料室(fuel cell)、至少一个燃料网路、至少一个水面发动机、至少一个传动装置系统、至少一个输出驱动器、以及至少一个水面发动机舱。

船舶从可变排水量燃料室中将燃料抽真空，使得当燃料被使用时它们减小体积。燃料网路向船舶各处提供燃料，并且水面发动机向船舶提供动力。输出驱动器连接到水面发动机并且提供推进力。

水面发动机舱是耐压船体，或者在深水处被环境压力空气补偿。其容纳包括水面发动机在内的许多部件。如果其被环境压力空气补偿，则其可由轻质材料制成。

船舶通常具有至少一个空气网路，该空气网路向船舶的不同部分和系统提供空气。在空气系统中通常存在四个或五个空气网路，包括高压空气存储网路、紧急空气网路、环境压力空气补偿网路、氧气网路，以及在一些实施例中的低压主空气网路。每个系统用于不同用途，但是它们共用许多公共的连接和资源。

空气系统满足船舶上的许多用途。其用于排空压载舱，为部件和组件提供环境压力空气补偿，为乘员舱提供生命保障，以及使可能存在的蓄电池管通风。空气系统还能够用于为潜水员提供脐带支持，以及在需要的情况下，将耐压船体乘员舱转换成环境压力舱。

空气系统还常常包括二氧化碳洗涤器。它们与氧存储器一起提供了稳健的生命保障系统，以有助于潜艇能够维持长持续时间的潜水。

空气系统能够自己再充气，有助于船舶的自给特性。高压空气存储网路使用水面空气并对其进行压缩，并且其他空气网路(除了紧急网路之外)使用降压调节器以从此网路中抽出空气。

船舶通常包括用于为电气部件供电的电气系统。此系统包括至少一个交流发电机、至少一个蓄电池和至少一个电气网路。

交流发电机在船舶在水面时从水面发动机汲取动力，并且给储存电能的蓄电池充电。电气网路包括电线、继电器和开关，并且将许多不同的部件连接到蓄电池中储存的电力。船舶具有三个不同的电气系统，包括主要电气系统、次要电气系统、和补充电气系统。主要系统用于给次要系统充电，并且补充系统经由逆变器从次要系统汲取电力。

本发明的船舶通常具有作为向船舶各处传递动力的装置的液压系统。此系统为操作水平舵、乘员舱入口、水面发动机舱盖以及输出驱动器的转向和纵倾的压头(ram)提供动力。液压系统还致动在船舶各处的阀并且向推进器传递动力。

液压系统可被分成推进液压系统、辅助液压系统以及控制液压系统。推进系统使用由主要电气系统供电的两个电动机。辅助系统被由水面发动机驱动的液压泵提供动力。控制系统使用由次要电气系统驱动的液压动力单元，并且利用液压蓄存器。

潜艇还常常包括潜水分离舱，该潜水分离舱是在乘员舱外侧的基于耐压船体的或被环境应力补偿的舱。这些潜水分离舱可被用于容纳包括蓄电池和宽范围的任选设备的许多不同的部件。

船舶整体上可非常容易地针对特定用途配置。每个主组件被制成具有安装到其他组件或中央框架组件的连接点，以及具有网路连接。因而，这些组件可被容易地换出或者被移除以便进行快速修理。

下文将参照附图更详细地描述本发明。

附图说明

图1是本发明的实施例的正视图。

图2是本发明的实施例的侧面外视图。

图3是本发明的实施例的侧视剖视图。

图4是本发明的实施例的正面剖视图。

图5是本发明的实施例的自上而下的视图。

图6是本发明的实施例的自下向上的视图。

图7是本发明的实施例的侧视图。

图8是本发明的实施例的空气网路和主水网路。

具体实施方式

本发明的船舶将高水面速度和长距离航行以及适航能力与在潜水深度处保护乘员的能力组合在一起。其还提供了高可变度的有效负载以及可针对用途进行配置的模块化设计，这使得其非常适合于在工业、旅游、政府、军事和娱乐等中应用。该船舶具有比较简单的、但仍非常新颖的设计，该设计非常安全而无需成本极高的工程。本发明的船舶是第一个通用潜艇。

为了克服所有挑战并提供真正的通用潜艇，本发明是采用与典型潜水器设计完全不同的观点进行设计的。通过使用真正的耐压船体、大浮力的包壳、高的动力-重量比、高的燃料储量以及大的在水面巡航期间在吃水线之上的体积，在大多数实施例中，将多用途的潜水性能与强健的水面操纵特性相结合。

本发明的船舶的大小与其跨产业有用性相关。尽管远小于巨大的核动力军用潜艇，本发明的船舶仍具有被证明能够进行水面上的适航和航行的比例。其还大得足以携带重要补给以允许进行持续时间长达数天的任务。相对小的尺寸使得容易运输，公路运输、空中运输、从船用斜坡下水、公共入坞滑道使用以及在更大船舶上的运输都是可能的。相对小的尺寸还能够实现较高速度和较大的隐秘性。收购、船员、燃料、维护、操作和修理的成本都远低于非常大的潜艇。将潜艇的大量功能结合到其相对小的尺寸中是本发明所克服的最大挑战之一。

本发明的船舶的关键特征之一是其独特的压载调整方法。与典型潜水器相比存在更高比例的可控可变排水量。除了数量之外，压载调整方法的另一个方面是船舶的完全可控压载形式及其半可控压载形式的分级和分离。因此，该船舶利用了高比例的可变压载以及分级式压载设计，其在许多实施例中被分成主内部部分、主外部部分和半可控部分。压载的各个部分不同地工作，以实现以往在这样的小船舶上从未出现过的性能。

大多数典型的潜水器和潜艇以相同方式处理压载调整。每一种均使压载正好多于获得足以使其一小部分体积位于水面上并且在下潜操作期间使船舶平稳的浮力所需的最小可控压载。存在的固定排水量相对于存在的可变排水量是巨大的。这使得可控制的浮力总是小于船舶所固有的浮力。此方法对于大型军事船舶是有意义的，因为它们几乎专门在水下工作。在较小的潜水器中，设计者提供正好足以穿透水面以补充补给和动力以及调换乘员或船员的压载。水下性能被最大化，而水面性能受到很少的关注。

由于关于压载调整的传统思想，现有的潜艇和潜水器具有非常深的吃水深度，并且在水面工作期间，它们的大部分体积位于吃水线之下。这有助于保持船舶稳定，但是具有如下缺陷：提供非常小的水面巡航能力、非常小的有效负载可变性、以及必须通过复杂的、高成本的安全预防措施的工程来解决的持续的覆没威胁。

本发明的潜艇与传统思想不同，其采用不同的方法以及使用潜艇体积的大部分来进行压载调整。此大的压载调整量对于允许潜艇能够作为高速、远距离水面船舶在水面上操作是必需的。大的可控压载量还使得潜艇可具有高的有效负载可变程度，可针对多种用途进行配置，以及具有水下上升能力。通过降低由于耐压船体穿透部泄漏导致的覆没或沉没的危险，此设计本质上增加了安全性。

在本发明中完全可控压载的总体积大约是乘员舱的固定排水量的两倍，并且典型地大约等于整个船舶的水面排水量的体积，但是实际压载体积可多于或少于这些值。因此，可控压载典型地被设计成，如果被完全排空，则总能够提供比乘员舱多的浮力。此特征使得本发明区别于其他基于耐压船体的设计，这是因为不必依赖乘员舱的浮力来返回水面。

如果在本发明中发生贯穿船体穿透部故障，导致泄漏，则能够防止潜艇沉底。如果可使用给定的空气存储器使乘员舱为大气压力，泄漏将通常被限于填充乘员舱体积的下三分之一。如果然后可通过在主压载中注入空气来获得任意程度的正浮力，则船舶将返回水面，由于捕集的空气的膨胀而加速上升。从一个完全充满的空气存储箱，每200英尺的深度可获得补偿乘员舱排水量的大约三分之一的损失的主压载的充分排空。

在本发明的实施例中，大的可控压载允许在船舶将完全丧失返回水面的能力之前，浮力的最大负变幅(negative swing)高达大约24000磅。相反，深潜潜水器允许在阻止其能够浮到水面之前，浮力的负变幅仅为大约1000-2500磅。当在适合的浅深度操作时，本发明的潜艇可基本保证返回水面。

另外，安全性还由于以下事实而被提高，即独特的压载系统允许当潜艇在水面上时乘员舱完全或者绝大部分升高到吃水线之上。因此，当浮到水面时，贯穿船体穿透部不再位于水下并且不再是泄漏的威胁。当浮到水面时，结合到潜艇的表面船体在乘员舱和水之间提供了额外的屏障。由于使用适合的升高量和流体静力支持，乘员舱能够完全或绝大部分位于吃水线之上。这还省去了对用于每个贯穿船体穿透部的复杂且高成本的工程的需要，而典型潜艇上为了实现相同的安全度需要该工程。在本发明中，简单且成本高效的设计中存在强的安全预防措施。

此外，大比例的可控压载大大改进了船舶的水面性能和承载量。可在船舶中添加相当大的有效负载和重的部件例如水面马达、燃料和蓄电池，而在典型潜水器中这是不可能的。

很大部分上由于大量的可控压载，还可实现非常浅的吃水量。这导致小的阻力，从而允许结合滑行式船体，由此使得潜艇具有空前的水面速度。因此，独特的压载系统允许具有可容易地针对多种用途配置的有效负载容量的小潜水器以高速进行长距离航行和适航。

本发明的压载系统使用了在下潜期间的自由浸水区以及密封的和局部打开的压载舱的组合，以实现有效负载的高可变性和大的安全性利益。在许多实施例中，压载系统可分成三个区域，每个区域不同地工作。主内部区域、主外部区域的和半可控区域一起工作以使船舶潜入水中和浮到水面。

当船舶潜入水下时，主内部压载舱保持被完全浸没并打开。这些压载舱不需要环境压力空气补偿来抵抗深水处的变形，这是因为它们在海中仍保持打开，与湿式船体类似地起作用。

另一方面，主外部压载舱仅填充到获得中性浮力所必需的程度。这些压载舱的大尺寸允许有效负载可具有很大程度的可变性，其可借助于可移除重量的标准增加而进一步增加。在下潜开始时，主外部压载舱被重型阀密封以与主内部压载舱和外部环境隔开。它们的排水量被锁定，并且从而它们可提供的浮力量被确定。主外部压载舱在深水处被空气补偿以避免变形。这允许实现低重量的构造，继而保持船舶的重量低并且增加了水面性能。

通过在深水处完全充满，主内部压载舱是中性浮力。但是在紧急情况下，空气可被直接注入主内部压载舱中并被捕集在这些压载舱内，这是因为它们在顶部被密封。在此情况下，每个主内部压载舱与正浮力潜水钟类似地工作。另外，主内部压载舱和主外部压载舱之间的存水弯式连接装置确保即使所有阀都未能打开，内部室仍被完全排空。这种安全等级是本发明所仅有的，并且允许潜艇几乎在任何情况下都可浮到水面。

由于主压载系统的密封特性，水面上的安全性也增加。水面船体的裂口将仅允许水进入，直到被捕集的空气达到环境压力。这用作有效的双船体。此外，如果船舶将由于恶劣天气而倾覆，其能够潜入水中并且自己变正，增加了更多的安全性。

半可控压载包括自由浸水区域，该自由浸水区域随着船舶浮到水面而在重力作用下被排空，并且在水面工作期间相对于水密封。主内部压载和主外部压载典型地提升潜艇，直到自由浸水的半可控压载区域正好在吃水线之上。然后，这些区域通过大的单向阀或者通过船体闸门在重力作用下排水，直到被排空。实际效果是半可控压载在船舶潜入水中时为中性浮力，而在船舶浮到水面时提供额外的排水量。另外，半可控压载在浮到水面上时正好在吃水线上方的部分提供干舷排水量。此干舷排水量有助于抑制船舶在浮到水面时左右摇摆。

船舶的总压载系统的功能性允许提高水面性能，以及下潜和浮到水面，而无需复杂的机械操作。独特的压载系统的结果是有效负载容量的大大增加，而仅具有最小的额外重量。这允许添加高的动力和燃料储备，提高船舶的可配置性。所实现的安全性等级是任何典型潜水器所不能比肩的，因为本发明的船舶可几乎在任何情况下浮到水面。

本发明的实施例的另一个特征是其能够携带允许其在下潜之后再填充其自身的空气存储器的系统，和给其大功率的潜水蓄电池再充电的附加系统。部分地由于独特的压载调整系统所提供的有效负载容量和可变性，船舶能够携带这些附加系统，从而自给。空气存储器典型地是将用作生命保障和用于压载调整操作的呼吸空气的SCBA。独特的压载系统所提供的重大有效负载容量还允许船舶携带大量的更常规的氧和二氧化碳洗涤器储量。这带来了提高的生命保障能力，并且还提供了增加生命保障系统的强健性的冗余性。潜艇不需要海岸或水面船舶支持来进行多次潜水，这使得它比典型的小潜水器更加方便。自己再填充的能力允许潜艇进行多次潜水，并且存在的燃料量是其再填充能力的主要限制因素。此能力使船舶具有比典型潜水器更长的距离和更长的潜水时间。

船舶的独特特征是其稳定性问题的处理。由于在浮到水面时潜艇的大部分体积位于吃水线之上这一事实，在其潜入水中时，船舶的重心与其浮力中心相交。在它们的交点处，大多数传统的潜艇是不稳定的，并且存在倾翻的危险。但是，在本发明的一些实施例中，通过使用仔细平衡的重量分布、安装在上侧的稳定舱，以及当点相交时保持在吃水线之上的干舷排水量，这些实施例能够保持稳定并且禁止倾翻。

本发明的实施例区别于典型潜水器的另一个重要特性是其可针对用途配置的基于部件和组件的模块化结构。此模块化允许高度的可配置性。尽管大多数潜水器针对特定用途被预先配置并且被建造成单个单元，但是本发明的实施例针对多用途应用和大规模生产被设计，并且能够定制每个单独的潜艇。

在一个实施例中，船舶包括一个或多个主组件，该主组件是船舶的大的、预先制成的部分。诸如乘员舱、上体部结构、水面船体、水面发动机舱、边舱、主内部压载和中央框架的主组件可被容易地置换、添加或者移除，以进行维修或者改变船舶的性能。每个主组件典型地由预先连接的部件预先制造。船舶典型地包括至少一个乘员舱、至少一个水面船体、至少一个主内部压载和至少一个水面发动机舱。

其他主组件和许多常用舰艇部件或潜艇部件也可结合到该船舶中，并且可容易地连接到提供电力、空气、水和/或液力的网路。典型的潜水器具有乘员舱作为主体部，从而每次改变将会大大影响该乘员舱。另一方面，在本发明中，乘员舱仅是一个组件，并且不会受到大多数对船舶的改变的影响。

主组件的使用允许采用不同的组装船舶的方法。在一个实施例中，使用中央框架主组件，在其上可安装其他主组件。中央框架典型地是刚性箱或I梁框架，其可由钢、合成材料、铝或其他刚性材料制成，具有用于连接其他主组件和部件的预先钻出的安装孔或托架。

在一个实施例中，刚性加固构件结合到主组件本身中。加固构件可包括钢、合成材料、铝或其他刚性材料，具有用于连接位于该组件自身上的其他主组件和部件的预先钻出的安装孔或支架。

在另一个实施例中，既没有使用框架也没有使用加固构件。相反，通过使用本领域公知为单壳或单体构造的方法或者结构蒙皮的构造的主组件来提供刚性和强度。此方法常用于汽车或水面船只的制造。使用单体构造方法，主组件经由波纹加工、内部焊接、或者其他手段被设计具有足够的结构强度，它们将集成为单个底架，而不需要分体式结构。

其他实施例可使用单体式结构和分体式结构的组合。这些组装方法中的任一个在被用于接合主组件时提供了装配线的使用，而装配线以前从未用于潜艇建造。通过使用可被容易置换的主组件和部件，也大大提高了船舶的可配置性。

本发明的实施例的另一个独特特征是除乘员舱外还包括耐压分离舱。船舶典型地包括真正一个大气压的船体乘员舱，其也容纳控制器、设备、和乘员舒适部件。但是，其他部件与乘员舱隔离开并且被封闭在它们自己的耐压潜水分离舱中。

乘员舱具有与空气网路的连接，空气网路允许乘员舱可替换地用作环境压力室。船舶可用作潜水钟，为潜函症的潜水员提供减压，并且可包括出口轴环以帮助潜水者在饱和潜水时的操作。另外，在紧急状况下可使用环境压力模式以防止乘员舱进水，提供增强的安全性。与仅在乘员舱的下部三分之一存在贯穿船体穿透部这一事实相组合的乘员舱环境压力补偿的能力确保任何贯穿船体穿透部故障都不会使乘员舱完全充满水。

潜水分离舱是位于乘员舱之外的耐压船体或环境压力补偿舱。蓄电池组管是典型的耐压船体潜水分离舱，并且水面发动机舱典型地是被环境压力补偿的潜水分离舱。这些潜水分离舱提高了船舶的可配置性，这是因为部件通过不被容纳在乘员舱内而更容易地调换。这还使得固定排水量低，减轻了使潜艇潜水所必需的重量并且提高了水面性能。通过将潜在的危险部件例如高压电线或燃料存储器与乘员舱隔离，还提高了安全性。

本发明的包括环境压力空气补偿网路的实施例有助于环境压力潜水分离舱、隔间和舱室避免在深水下变形和渗水。

环境压力空气补偿网路包括读出深水处的水的环境压力的环境芯部读出器。环境芯部读出器使网路两端的压力相等，并且空气被分配到环境芯部歧管中，该歧管经由通风软管或管道连接到与环境压力空气补偿网路连接的潜水分离舱、隔间以及部件。由于此空气补偿系统，只要这些部件适当地气密，这些部件可由重量轻的材料构成并且具有各种形状。另外，该系统有助于减小船舶的固定排水量以及总重量，因此允许有更高的动力-重量比。

环境压力空气补偿网路所提供的另一个优点是，未被设计成在水下的高压深度处在潜艇上使用的成品部件可在这样的深度用于潜艇上。补偿这些部件的空气使得不需要专门的开发或测试，并且允许任何密封的、抗水的部件可被修改和连接到环境压力空气补偿网路，以防止变形和/或渗水。例如诸如潜艇雷达天线罩之类的部件可典型地经由通风软管连接到环境压力空气补偿网路。这提高了船舶的可配置性并且简化了其设计。

本发明的一个重要特征是其包括水面船体以及其能够实现高的动力-重量比。

典型的潜艇和潜水器使用排水型船体，其具有非常深的吃水量，这降低了水面能见度并且在水面工作期间产生大的阻力。阻力降低了速度并且增加了水面工作所需的能量。

排水型船体船舶的前进速度受阻力和船舶长度的限制。给定长度的船只由于在前进时产生的波浪作用而不会走得比它的船体速度快，并且该波浪作用由船舶长度确定。试图超过其船体速度的排水型船体船舶增加船头波。

为了实现高于船体速度的速度，必须使用其他力。由船舶的运动产生的水动升力可被用于超越船体速度。水动升力来自于当船舶前进时水聚集于船首前部时船舶的前部升高的趋势。通过来自发动机的足够的推力以及合适的船体设计，船舶可实现非常充足的水动升力以骑到它自己的船头波和水面之上。与排水型船体穿过水面相反，滑行类似于像石头似的跳跃过水面。滑行使得船舶的速度大大增加，这是因为船舶不再被其船体速度限制。由于与排水型船体相比船舶的更多部分从水面升起来，阻力也被最小化。

本发明的独特的压载调整允许有浅吃水量。当组合了被环境压力补偿的发动机舱和潜水分离舱的重量和空间节省时，潜艇能够在水面工作期间获得足够高的动力-重量比以实现滑行。船舶包括滑行水面船体，从而能够在水面工作期间具有高的速度。

此船舶的一个实施例是具有耐压船体和滑行船体的第一潜艇。被环境压力补偿的水面发动机舱中容纳的大的马力和大的燃料储量使得这成为可能。滑行在历史上被认为在具有耐压船体的潜艇中几乎是不可能的。真正的潜艇先前从未实现任何显著程度的滑行。根据本发明的潜艇的滑行能力解决了协调可配置性和小尺寸与高速的长距离水面航行和适航的挑战。

本发明的实施例的另一方面是其可变排水量燃料系统。

存储燃料由于若干原因而对于潜艇和潜水器成问题。尽管柴油燃料仅最少地压缩从而无需保护其不受深水压力影响，但是随着燃料使用，会在燃料箱中留出间隙。该间隙必须被解决，否则燃料箱壁将变形。任何携带燃料的潜艇需要补偿在任务期间的燃料的变化。因此，燃料箱必须被进行环境压力补偿，或者可选择地构建在耐压船体中。

如果燃料位于耐压船体内，排水量将是固定的，但是燃料重量将随着使用而改变。降低效率的补偿重量必须被添加以允许潜艇在燃料低时潜水。被环境压力补偿的燃料箱或者在被添加空气时存在起火的危险，或者在该箱被海水补偿时存在工程挑战。一些军事潜艇在第二次世界大战期间使用海水补偿系统，但是其非常复杂并且对于非军事船舶是不实用的。实际上，许多典型的潜水器简单地不携带任何燃料，而相反仅使用用于储能的蓄电池。这导致非常有限的距离和航行能力。

在一些实施例中，本发明的潜艇使用可变排水量燃料室，以能够在小尺寸的船舶中携带大于500加仑的燃料储量，并具有小于典型设计的重量。可变排水量燃料室包括位于船舶内的主压载箱或自由浸水区域内的柔性材料燃料袋。燃料在通过燃料泵使用时被从燃料室中除去，从而减小了燃料室的排水量。随着燃料室的排水量减小，更多的水进入船舶，导致这样的最终结果，即在开始潜水时仅需很少的额外重量来获得中性浮力。

在船舶中还可使用一些补偿重量以抵消具有满燃料负荷的潜水。由于柴油燃料比水轻约1-1.5磅/加仑，船舶实际上随着燃料更多而具有更大的浮力。这意味着当燃料被使用时并且水替换其体积时，船舶在水下变得更重。潜艇被设计具有足以能够以超过500加仑的满燃料负荷进行潜水的重量，但是实际的满燃料负荷在特定模式下可较小。为了说明可变排水量燃料室的优点，用于具有525加仑柴油燃料的在海水中航行的船舶的补偿重量仅大约804磅，而如果燃料位于耐压船体内，将需要至少3728磅的补偿重量。船舶的重量的大大减少有助于允许有浅的吃水量，这继而有助于船舶滑行并且实现高速的能力。

现在参照附图，如图1-8所示，本发明的船舶可包括中央框架8，乘员舱1、水面船体42、上体部结构37、水面发动机舱20、主内部压载舱2以及边舱15连接到该中央框架8。边舱15可进一步分成主外部压载舱和纵倾压载舱3。

乘员舱1容纳乘员并且包含用于船舶操作的控制器。在许多实施例中，乘员舱1是耐压船体。在可选择实施例中，乘员舱1可以是环境压力船体。在另外的可选择实施例中，如图7所示，乘员舱包括半球形头部36。在一些实施例中，乘员舱1包括空调装置56。

水面船体42用于在水面工作期间将乘员舱1与水分离，并且还帮助船舶在水面航行期间获得高速。在许多实施例中，水面船体42是滑行船体。在可选择实施例中，水面船体42是排水型船体。在另外的可选择实施例中，如图7所示，水面船体42是刺穿波浪的滑行式船体38。在一些实施例中，水面船体42包括船体闸门18。

上体部结构37围绕乘员舱1的下部，并且从任一侧以及在后部在乘员舱1的上方横向延伸出。在许多实施例中，上体部结构37包括半可控压载区域9，其可具有半可控压载单向挡板阀41，和稳定舱4。在一些实施例中，上体部结构37还包括可在下潜操作期间展开的水平舵5(在图5中的展开位置示出)。在一些实施例中，后部甲板和侧部甲板区域16可用于容纳额外的蓄电池(在潜水分离舱49中)或者额外的燃料负荷(在潜水分离舱50中)的潜水分离舱(49，50)。在一些实施例中，上体部结构37可包括扰流板10。该扰流板10可包括可在水下通气管应用场合下使用的管道39。在可选择实施例中，可使用较大的稳定舱48。在一些实施例中，上体部结构可包括武器安装座53、舱井(well)54或操纵臂55。

在许多实施例中，水面发动机舱20借助于环境压力输入止回阀45和环境芯部读出器22而被环境压力补偿。水面发动机舱20常常容纳水面发动机31，其使用水面发动机工具32来操作容纳在输出驱动器外壳23中的输出驱动器。在许多实施例中，输出驱动器外壳23被环境压力补偿。输出驱动器密封件24有助于保持水面发动机舱20在输出驱动器所处的位置处被密封。水面发动机31经由燃料管路30和燃料止回阀29从燃料室17中抽取燃料，燃料室17常常是可变排水量燃料室。水面发动机舱20典型地包括发动机舱盖11以使其相对于其他元件密封。在一些实施例中，船舶可包括容纳在船尾推进器管组件51中的船尾推进器和容纳在船头推进器管组件52中的船头推进器。

在许多实施例中，本发明的独特压载系统包括主内部压载舱2、主外部压载舱7、纵倾压载舱3和半可控压载区域9。每个主内部压载舱2典型地经由主内部压载输入43通到外部环境，并且经由存水弯式连接装置44和主压载阀27通到主外部压载舱7。主内部压载舱2常常包括压载衬套28。在许多实施例中，主外部压载舱7可经由压载排出口21并使用排出阀26通到外部环境。在一些实施例中，水泵19可用于帮助向压载系统注水或者从压载系统排水。

在许多实施例中，船舶包括电气系统和空气系统。电气系统使用蓄电池组12储存电力，该蓄电池组可被储存在潜水分离舱内。在许多实施例中，空气系统包括氧气箱13、SCBA存储箱14、紧急空气箱33、高压压缩机34以及空气网路。空气网路可包括低压空气输送管路40、低压空气输送及补偿管路46、高压空气输送管路47和空气网路止回阀25。

下文将进一步描述船舶的主组件和其他部件。

文中使用的术语“环境芯部歧管”指的是向船舶的其他部件分配环境压力补偿空气的、被保持为环境压力的中枢。

文中使用的术语“环境芯部读出器”指的是读出环境压力和/或对环境压力起反应的装置。

文中使用的术语“环境压力”指的是在给定时间在船舶外部的环境的压力。

文中使用的术语“浮力”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是水在船舶上施加的向上力，并且等于船舶排出的水的体积的重量。

文中使用的术语“二氧化碳洗涤器”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是用于从空气样品中除去-如非全部的话-大部分二氧化碳的装置或物质。

文中使用的术语船舶的“浮力中心”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是作用在船舶上的浮力的几何中心。

文中使用的术语船舶的“重心”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是船舶质量的几何中心。

文中使用的术语“部件”指的是可合适地被包含在任何潜艇、潜水器或水面船舶上的任何装置或物质。

文中使用的术语“完全可控压载舱”指的是这样的压载舱，其被设计成接收在压力下被有意注入的空气，并且具有与空气网路的直接、可控连接，或者连接到具有与空气网路的直接、可控连接的压载舱；而且包括主内部压载舱和任何主外部压载舱，但是不包括纵倾压载舱。

文中使用的术语“燃料室”指的是适合地能够保持燃料的任何容器。

文中使用的术语“液压蓄存器”指的是任何这样的容器，该容器保持流体并且向液压系统提供流体，但是直到液压系统的压力降低到低于一定阈值之前不接收额外的流体，在该阈值下向液压蓄存器提供额外的流体。

文中使用的术语“液体静升力”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是在船舶静止时向上推船舶的水的浮力。

文中使用的术语“主压载系统”指的是主内部压载舱和主外部压载舱，如果有的话。

文中使用的术语“中性浮力”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是作用在船舶上的重力与浮力相等的条件，意味着船舶在水中既不上升也不下沉。

文中使用的术语“乘员舱”指的是在船舶操作期间乘员所占据的对于乘员是安全的船舶部件。

文中使用的术语“可针对用途配置”指的是能够例如通过从潜艇上取下部件并且将其他部件连接到潜艇，例如通过移除和替换可移除部件，来针对特定任务或用途被修改、布置或者重新配置，而无需船舶的重大重新设计，并且还包括能够进行开放式设计。

文中使用的术语“适航”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是船舶经受海上的恶劣状况例如狂风、巨浪和暴雨的能力；以及在暴风雨天气中在海上安全航行较长时间的能力。

文中使用的术语“半可控压载区域”指的是船舶的任何这样的区域或舱室，其至少部分地朝环境打开，当船舶潜入水中时完全充满水，并且当船舶在水面上时水无需机械注入空气的帮助在重力作用下自由地排出。

文中使用的术语“潜艇”指的是这样的自给式船舶，其能够在水下前进和改变方向，能够在远海航行，具有适航能力，并且能够在带有乘员的情况下在水下安全地工作。

文中使用的术语“潜水器”指的是这样的船舶或运载器，其能够安全地将乘员带到水面之下并且使乘员安全地返回水面。所有潜艇都是潜水器，但并不是所有潜水器都是潜艇。

文中使用的术语“水面排水量”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是船舶在水面工作期间所排出的水的体积。

文中使用的术语“水面航行”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是在水面工作期间移动和/或改变方向。

文中使用的术语“水面工作”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是船舶在吃水线之上的体积与其合理地能够具有的体积大致相等的时候。例如，对于典型的大型潜艇，水面工作指的是其在吃水线之上的体积足够大，以使得在顶部的舱口可被打开并且乘员和/或补给可进入或离开的时候。

文中使用的术语“水面船舶”与其在本领域中的惯常含义一致，指的是任何这样的船舶，其通常意图用于水面工作而通常不意图用于水下作业，并且包括但不限于诸如快艇、油轮、游艇、巡航舰和拖船之类的船舶。

文中使用的术语“上体部结构”指的是船舶的甲板区域和侧面区域，并且包含能够连接到甲板区域的任何部件。术语“上体部结构”还可包含位于甲板区域和侧面区域上或被包含在其中的任何半可控压载区域。

文中使用的术语船舶的“可变排水量”指的是可被安全地和适当地被水浸没而不会对船舶乘员带来任何危险的船舶体积。

文中使用的术语“可变排水量燃料室”指的是这样的燃料室，即在从该燃料室中利用燃料时其能够具有改变的体积。

文中使用的术语“船舶”指的是被设计用于在水上或者在水下航行的船。

文中使用的“能够进行水下作业的船舶”指的是潜艇和潜水器。

船舶概述

典型的能够进行水下作业的小型船舶被预先配置和建造为单个单元。乘员舱通常是该船舶的主体部，从而对船舶的任何改动都会影响到乘员舱。因此，必须分析每次改动对非常重要的乘员容纳功能的可能影响。

本发明的船舶被设计成容易重新配置，使得可适当地进行批量生产。许多预先制造的、常用的成品部件被结合到船舶中，提供了一个模块化的、可针对用途配置的、开放式设计。这使得每个生产的船舶都可被定制以更好地适合于希望的用途。船舶可应用于几乎任何航海用途，例如娱乐应用、军事应用或例如石油公司的工业应用。

在许多实施例中，本发明包括主组件、部件网路和潜水分离舱。

在许多实施例中，船舶包括中央框架8作为主组件，其包括具有预先形成的硬连接点的材料骨架。在一些实施例中，该骨架可由金属、合成材料或两者的组合制成。在一些实施例中，预先形成的硬连接点是用于螺栓的加固孔。该骨架可由I梁或箱形管形成。不同的船舶可使用不同的骨架形状。在一个实施例中，骨架为如承受水面航行和波浪作用的应力所需的具有三角形支柱的矩形箱的形状。在一些实施例中，中央框架8包括向下延伸到龙骨中的额外的结构支撑。

在许多实施例中，乘员舱1是被连接组件，其连接到中央框架8、水面船体42或上体部结构37。这提供了优于典型的能够进行水下作业的小型船舶的优点，使船舶的改动对乘员舱1的影响最小。在许多情况下，其允许在不影响乘员舱1的情况下来改动船舶。

本发明的船舶的主组件是可互换的并且具有不同的设计，其可根据所希望的情况被选用。在许多实施例中，主组件是为本发明的船舶的结构专门制造的大的船舶部分。主组件相互安装到一起，或者在预先设定的连接点安装到中央框架8——如果存在的话。

在本发明的船舶上可使用的主组件之中，有乘员舱1、上体部结构37、水面船体42、水面发动机舱20、边舱15和主内部压载2。这些主组件中的每一个相互连接或者连接到任选的中央框架8主组件。本发明的优点之一是任何主组件可被替换，而不会显著影响其他组件或者必须重新构建其他组件。在此方面，本发明是模块化潜艇。在一些实施例中，船舶包括滑行式快艇船体以允许有更高的速度。此水面船体42可被改变为在其他实施例中使用的较慢但是更高效的排水型船体。

船舶包括容纳乘员和导航员的乘员舱1。在许多实施例中，乘员舱1经由一组侧环连接到中央框架8主组件，每个侧环螺栓连接到中央框架8上的预先设定的硬点。在其他实施例中，乘员舱1直接连接到水面船体主组件42或上体部结构主组件37或者连接到这两者。由于在大多数实施例中，乘员舱1是当船舶在水下时船舶的最大浮力部分，船舶重量的大部分通常从乘员舱1悬吊。在一些实施例中，乘员舱1包括空调装置56。

在许多实施例中，上体部结构37围绕乘员舱1的下半部的至少大部分。上体部结构37的设计是可变的，并且可包括诸如娱乐甲板、有效负载空间、武器安装座53、舱井54和操纵臂55之类的部件。在许多实施例中，上体部结构37容纳包括稳定舱4和半可控压载区域的压载系统部件。

在许多实施例中，水面发动机舱20在乘员舱1后部。当船舶潜入深水处的水中时，水面发动机舱20保护水面发动机31和其他部件。

在许多实施例中，水面船体42连接到中央框架8的下半部并且连接到龙骨延伸部。水面船体42允许船舶在水面上时用作常规的水面运输船。水面船体42常常容纳主内部压载组件2。在一个实施例中，燃料室17和/或空气箱(13，14，33)也被容纳在水面船体42中。

主内部压载组件2典型地包括一组压载水舱。在许多实施例中，这些压载水舱被容纳在水面船体42中。边舱15典型地延伸到水面船体42的任一侧。在许多实施例中，边舱15容纳主外部压载舱7和纵倾压载舱3。边舱15可用于在水面上时以及在潜入水下时为船舶增加浮力。

在许多实施例中，主组件容纳机械设备、空气存储器、电存储器、燃料存储器以及帮助船舶作用的其他部件。许多不同的部件可被包含在本发明的船舶内。在许多实施例中，船舶包括至少一个压载舱、至少一个水面发动机、至少一个燃料室、至少一个交流发电机、至少一个蓄电池、至少一个水面马达和推进器、至少一个空气压缩机、至少一个空气存储箱、以及导航员操作船舶所使用的控制器。在一些实施例中，船舶另外包括用于动力分配的液压系统以及电力系统。船舶的大多数部件是现成的库存船用部件或者标准的潜艇部件。一些部件例如压载舱是被定制的。

在许多实施例中，船舶的部件被布置到通过网路连接的系统中。网路系统可包括高压空气存储网路、紧急空气网路、低压主空气网路、环境压力空气补偿网路、氧气网路、主压载水网路、纵倾压载水网路、电气网路、液压网路和燃料网路。每个网路系统包括允许容易地向船舶添加或者从船舶中除去部件和部件分离舱的连接器。所述连接器连接到每个部件或部件分离舱，并且它们使得船舶的修理和改良更加容易。

任何在水下工作的船舶必须解决部件可能被深水的压力或渗水损坏的事实。在本发明的许多实施例中，乘员舱1和水面发动机舱20为被封闭在其中的部件提供内在的保护。其他船舶部件或者固有地能够承受深水下的压力和渗水，例如空气箱(13，14，33)和燃料室17，或者它们必须被保护。

在许多实施例中，使用直接空气补偿来在深水处保护船舶的部件。内部空气压力被直接添加到部件中以在部件的内部和外部之间产生几乎为0psi(磅/平方英寸)的压差。在另外的实施例中，使用潜水分离舱在深水处保护船舶的部件。潜水分离舱是容纳部件并且抵抗外部压力的单独的封壳。连接到环境压力空气补偿网路的环境压力分离舱是可使用的潜水分离舱的示例。耐压船体分离舱是可使用的潜水分离舱的另一个示例。耐压船体分离舱被建造成不透气的，并且通过其构造抵抗水下很大深度处的压力，而无需空气补偿。在各种实施例中，潜水分离舱可用作保持多组部件或者消费品存储器的可互换的模块。许多实施例包括蓄电池组分离舱，其容纳串联连接的蓄电池，并且可通过断开电气网路连接来被其他的电池组分离舱更换。

在许多实施例中，本发明的船舶的尺寸较小，其长度往往小于50英尺。在一些实施例中，船舶的长度小于35英尺。在另一实施例中，船舶的长度小于20英尺。在又一实施例中，船舶的长度小于10英尺。

在许多实施例中，船舶的宽度小于20英尺。在另一实施例中，船舶的宽度小于10英尺。

在许多实施例中，船舶的高度小于10英尺。在另一实施例中，船舶的高度小于6英尺。

在许多实施例中，船舶具有在约2500磅和约60000磅之间的干重。在一个实施例中，船舶具有在约2500磅和约30000磅之间的干重。在另一实施例中，船舶具有在约2500磅和约15000磅之间的干重。

乘员舱

潜艇中的乘员舱范围从在暴露在水中时仅仅提供就座位置的乘员舱，到将乘员完全封闭在保护性的一个大气压的干燥环境中的乘员舱。随着船舶在水下下潜，水的环境压力升高并且开始挤压船舶。与此相对地，乘员舱可被维持接近水的环境压力，或者乘员舱可坚固得足以抵抗深水压力。

船舶可通过允许乘员舱充满水来维持环境压力。湿式船体潜艇具有充满水的乘员舱。它们常常不是非常有用，这是因为这对于在深水处暴露在水中的乘员是危险的。冷气候和高压力阻止了湿式船体潜艇到达水下很深处。另外，氧气需要被直接输送给乘员而不是仅仅输送到乘员舱。

船舶还可通过在船舱内使用压缩气体来维持环境压力。一种利用这种乘员舱的方式是在乘员舱的底部处或附近具有开口。当船舶到达水下更深处时，水通过该开口进入，并且在乘员舱的上部中空气压缩。

环境压力干式船体是一种在深水处维持环境压力的乘员舱。乘员舱被密封为具有干燥的内部，并且使用量规来确定水的环境压力。向干燥的乘员舱添加空气直至压力等于外部水的压力。使用止回阀以在船舶朝水面上升且环境压力下降时释放空气。由于乘员舱的内部和外部的压力保持基本相等，因此可使用任何形状和适当的气密性材料。环境压力干式船体的深度被它们可携带的空气量以及它们的蓄电池电力储备限制。它们还具有这样的固有限制，即它们在从潜至深水处返回水面时必须缓慢上升，以避兔导致任何乘员发生栓塞或潜函病。

耐压船体由坚固材料制成并且具有适当的形状以承受大的力而不会压缩。耐压船体的内部即使在深水处仍被维持为一个大气压。耐压船体通常是圆筒形或球形，并且使用耐压船体的船舶的建造时间和成本通常高于使用其他类型的乘员舱的船舶。

本发明具有容纳用于导航的控制器并且提供在潜水期间乘员所占据的空间的乘员舱1。乘员舱1可任选地容纳其他供给，例如洗涤器材料和纯氧气瓶。

在本发明的实施例中，乘员舱1沿船舶的顶部纵向延伸，并且连接到中央框架8、水面船体42或上体部结构37组件或者它们的组合上的一组硬点。在不同的实施例中，乘员舱1可安装在不同的点，以允许其升高、降低、向前移动或向后移动。这还允许对有效负载承载能力进行额外调整以超出边舱或水面船体装备所获得的有效负载承载能力。可利用这些改动以便为浮到水面的和潜入水中的船舶提供或多或少的稳定性。为了实现这一点，乘员舱1的高度可被调整，以根据希望移动船舶的重心或船舶的浮力中心以使船舶变硬或变松。

在船舶的许多实施例中，乘员舱1经由乘员舱1外侧的一组条带安装到另一个组件上。在一实施例中，该条带是金属制成的。在可选择实施例中，该条带是合成材料例如碳纤维制成的。在另一可选择实施例中，一些条带是金属的而另一些条带是合成材料的。

在许多实施例中，乘员舱1包含船舶的固定排水量的最大部分。乘员舱1包括船舶的水下固定排水量总体积的大约40％到大约60％。在一实施例中，乘员舱1提供水下固定排水量总体积的大约50％。

在本发明的实施例中，乘员舱1位于水面发动机舱20前方。此前方位置帮助在潜水期间抵消水面发动机舱的浮力，以便维持船舶的纵倾稳定性。在潜水期间水面发动机舱20排出的水的体积与乘员舱1的固定排水量的总体积相比相当大。在一实施例中，在潜水期间水面发动机舱20排出的水的总体积是乘员舱1的固定排水量总体积的大约75％。

任何适当形式的乘员舱可与本发明的船舶一起使用。在一实施例中，使用湿式船体。在可选择实施例中，使用环境压力干式船体。在另一可选择实施例中，使用耐压船体，以使得该船体被构造成在船舶下潜到水下深处时在船体内维持一个大气压。不同于现有的耐压船体潜艇，本发明的耐压船体在许多实施例中不是船舶的主体部。相反，该耐压船体是连接到中央框架8或另一个组件上的部件或模块，使得在相对于船舶的其他部件改变其位置方面具有更高的灵活度。

船舶的耐压船体乘员舱可具有任何适合的尺寸和形状，其中的许多尺寸和形状是本领域普通技术人员已知的。在一实施例中，耐压船体是球形的。在可选择实施例中，耐压船体的形状为具有弯曲端部的圆筒。

在许多实施例中，耐压船体乘员舱的形状为具有半球形端部的圆筒。在一些实施例中，外径可在约3英尺到约10英尺的范围内。在一实施例中，耐压船体的外径为约4英尺。在一些实施例中，耐压船体的长度可在约6英尺到约24英尺的范围内。在一些实施例中，耐压船体乘员舱的长度在约12英尺到约18英尺的范围内。船舶的耐压船体可缩放，并且当建造更大或更小规模的船舶时，该耐压船体可更大或更小。

耐压船体乘员舱可由钢、铝、钛、碳纤维、丙烯酸树脂或已知能够抵抗深水处的压缩力的其他坚固材料或这些材料的任意组合制成。在一些实施例中，耐压船体包括由透明材料制成的观察窗口。在许多实施例中，观察窗口由丙烯酸树脂制成。在一实施例中，耐压船体的一个半球形端部是丙烯酸树脂的。在另一实施例中，耐压船体的两个半球形端部都是丙烯酸树脂的。在可选择实施例中，耐压船体的圆筒形部分的一部分或全部是丙烯酸树脂的。在另一实施例中，整个耐压船体由丙烯酸树脂制成。

在本发明的一些实施例中，耐压船体乘员舱被分成通过轴环紧密配合到一起的子部分。在一实施例中，一连串的丙烯酸树脂圆筒通过由金属或碳纤维制成的圆形I梁接合到一起，并且在接合部具有O型垫圈以提供气密密封。用于将耐压船体乘员舱连接到中央框架组件的条带位于轴环上。

在本发明的一些实施例中，耐压船体乘员舱使用内部骨架结构。在一实施例中，耐压船体包括由环形金属或碳纤维I梁和纵向支承梁制成的一连串的直立加固环。耐压船体覆盖有金属和丙烯酸树脂部分。

在许多实施例中，耐压船体乘员舱可适用于至少50英尺的深度。在一些实施例中，耐压船体乘员舱可适用于至少200英尺的深度。在另一实施例中，耐压船体乘员舱可适用于至少600英尺的深度。在另一实施例中，耐压船体乘员舱可适用于至少1200英尺的深度。在另一实施例中，耐压船体乘员舱可适用于至少1500英尺的深度。

在许多实施例中，乘员舱1包括用于乘员进入和离开该乘员舱的舱口。该舱口还可具有锁定机构。可使用任何合适的舱口和舱口锁定机构。在一个实施例中，该舱口被液力地操作。

在本发明的实施例中，乘员舱1在内部包括金属框架，其用于安装乘员舱1的内部部件。该框架包括用于导航控制器和仪器、导航员和乘员座位以及其他内部部件的安装点和导管。在一实施例中，导航员座位和控制面板位于乘员舱1的前部。

在一实施例中，乘员舱1包括豪华汽车式的内部。在一些实施例中，乘员舱1内还包括用于卫生间使用的船用盥洗设备。乘员舱1还可包括氧气箱和二氧化碳洗涤器材料。

乘员舱1通过船体穿透部连接到船舶的其他系统。在一些实施例中，船体穿透部位于乘员舱1的下三分之一。本领域中公知的标准潜艇贯穿船体连接器被用于电气、液压和空气连接器。乘员舱1经由电气连接器从船舶的电气系统接收电力。乘员舱1连接到船舶的氧气网路。乘员舱1还连接到用于引入加压空气的空气网路。这允许对乘员舱加压并且还用作可选择的生命保障源。在一个实施例中，乘员舱1连接到低压主空气网路。

在本发明的一些实施例中，乘员舱1经由内部的空气调节系统被进行气候控制。

在一些实施例中，乘员舱1包括可朝外部环境开放的待用(dormant)安全阀。在一实施例中，待用安全阀在导航员座位附近位于乘员舱1的底部，并且朝在上体部结构37中的自由浸水区域开放。待用安全阀将通常在船舶在水面上工作时打开，并且将通常在潜水期间关闭。该阀可在潜水期间针对一些紧急情况打开，或者当乘员舱1作为环境压力船体工作时在一些正常情况期间打开。在一实施例中，排出阀位于乘员舱1的底部下方在水面船体42的区域内。待用安全阀可用于释放在密封的乘员舱内产生的任何局部真空，确保舱门容易打开。待用安全阀还可用作来自空气调节系统或其他源的可在乘员舱1中积聚的冷凝水的排放装置。另外，其允许当船舶在水面上工作时，舱门关闭而不会产生完全的密封。最后，待用安全阀还允许来自空气网路例如-如果存在的话-低压主空气网路或高压空气存储网路的空气在潜水期间针对一些环境压力操作被引入乘员舱1。

在一些实施例中，与待用安全阀相组合的、乘员舱的从低压主空气网路或高压空气存储网路加压的能力允许船舶有数种不同的生命保障模式和环境压力操作。在船舶潜水时，在环境压力或一个大气压下可使用半闭路式或开路式呼吸系统。在允许水渗入的贯穿船体穿透部或其他船体故障的情况下，环境加压可减缓泄漏，并且防止水升到超过乘员舱1内的穿透部的高度。另外，船舶可被用于给受到潜函病的潜水员减压。这通过如下操作实现：将潜水员置于耐压船体乘员舱内并且使船舶到达水中合适的深度，在该深度乘员舱然后被加压到环境压力。船舶然后在经过适合于适当减压的时间段后浮到水面。

在一实施例中，乘员舱1被设计成与潜水钟类似地使用。乘员舱在其下部包括舱口。

在本发明的许多实施例中，压载排出阀26位于耐压船体乘员舱内。这使得压载排出阀26可在当排空压载时发生液压故障的情况下被手动闭合。

在许多实施例中，所有高安培的电路以及可能对乘员的安全有害的其他系统部件位于乘员舱1外，或者可被隔离以在乘员舱1之外。

在一实施例中，乘员舱1包括可用于在水面时排出乘员舱中的任何水的舱底泵。通过打开阀来抽出水，该阀通常关闭以在潜水期间保护舱底电路和乘员舱1免受压力或水渗入。

在本发明的一实施例中，可在乘员舱外部添加装甲以提供抵抗子弹或其他武器的增强保护。在大多数实施例中，耐压船体乘员舱由于其沉重的构造和形状已经可抵抗小型武器火力。

文中所描述的乘员舱1的许多实施例提供了优于现有的船只和潜艇的安全性优点。建造精良的耐压船体乘员舱在船舶在水面上时为乘员提供了更大的抵抗波浪作用的保护。乘员舱1在浮到水面时可被完全密封并且可利用现有的生命保障系统，这使得其在恶劣天气下更安全。这些生命保障系统还在船舶沉没时提供了额外的安全性。如果在潜水期间由于贯穿船体穿透部的局部故障导致水进入乘员舱1，则在重新浮到水面之前可一直在乘员舱1中存在足够大的气泡以便乘员逃生，这是因为穿透部可位于乘员舱1的下三分之一。另外，乘员舱1在船舶在水面时通常与水不接触，这有助于防止在舱口打开时由于波浪作用而导致淹没。

水面船体

典型的能够进行水下作业的小型船舶具有不足的或者不存在的在水面上的航行能力。它们通常依赖于母船或驳船来将它们携带至潜水位置。利用耐压船体的这种船舶通常在水面上时具有非常深的吃水量。一般来说，只有舱口和上部甲板突出到水面之上。由于深吃水量以及缺乏足够的动力，水面航行几乎是不存在的。在位于水面时的深吃水量降低了在水面上的可见度，并且产生了巨大的阻力，这导致船舶的速度降低并且需要巨大能量来使其前进。本发明的船舶是第一个完全能够进行水下作业和稳健的水面航行的具有相对小尺寸的船舶。

本发明包括水面船体42，其在船舶在水面上操作时与水接触。水面船体42在水面上时提供了很大的排水量，使得船舶与典型的现有水面船只相类似地具有浅吃水量。在许多实施例中，水面船体42安装到中央框架8的下半部。在另外的实施例中，水面船体直接连接到乘员舱1或上体部结构37或者连接到这两者。

在本发明的实施例中，水面船体42包括主内部压载组件2，并且还可容纳诸如空气箱(13，14，33)或燃料室17之类的船舶部件。在一些实施例中，水面船体42容纳额外的有效负载或货物。在许多实施例中，水面船体42包围水面发动机舱组件20。

在一些实施例中，水面船体42具有一连串船体闸门18，该船体闸门可打开以便在导航员希望时减少船体产生的排水量。

水面船体42的使用有助于在船舶位于水面上时产生很大的排水量。这提供了升力，并且允许船舶与典型的水面船只类似地具有非常浅的排水量。另外，水面船体42是抵抗船舶沉没的第一道防线，具有与双船体水面船舶相类似的一些特性。

在许多实施例中，水面船体42保护船舶内的部件免受当该船舶位于水面上时的最合理的水上威胁。在一些实施例中，水面船体42中可容纳额外的有效负载或货物。

任何现有的水面船只船体设计可被用作本发明的水面船体42。不同的船体形式使得可允许总的水面浮力、水下提升能力、水面速度、适航性能、稳定性和燃料效率的改变。包括铝、玻璃纤维和合成材料在内的任何适合的材料可被用于构建水面船体。

典型的能够进行水下作业的船舶通常使用排水型船体。另外，许多水面船舶使用排水型船体的形式。在船舶移动时，排水型船体排开水。排水型船体要求相对小的动力-重量比，并实现高的燃料经济。

在一些实施例中，排水型船体被用作水面船体42。可使用任何现有的排水型船体。在本发明的一些实施例中，使用具有尖的船头、基本弯曲的下侧和船尾以及相当浅的吃水量的排水型船体。可使用的排水型船体的示例包括标准船只样式的单体船体、双体船式船体和三体船式船体。在一个实施例中，使用小水线面双体船(SWATH)排水型船体。

使用排水型船体作为水面船体42的实施例由于较小的马力需求而可具有较小的水面发动机31和较小的水面发动机舱20。

排水型船体船舶的前进速度受阻力和船舶长度的限制。给定长度的船只由于在前进时产生的波浪作用而不会走得比其船体速度快，并且波浪作用由船舶的长度确定。试图超过其船体速度的排水型船体船舶将增加船头波。

为了实现高于船体速度的速度，必须使用其他力。由船舶的运动产生的水动升力可被用于超越船体速度。水动升力来自于当船舶前进时水相对于船头前部聚集时船舶的前部升高的趋势。通过来自发动机的足够的推力以及合适的船体设计，船舶可实现非常充足的水动升力以骑到它自己的船头波和水面之上。与排水型船体穿过水面相反，滑行类似于像石头似的跳跃过水面。滑行使得船舶的速度大大增加，这是因为船舶不再受其船体速度限制。由于与排水型船体相比船舶的更多部分从水面升起来，阻力也被最小化。

滑行船体使得船舶可实现高得多的速度，同时降低有效负载容量和燃料效率。

在许多实施例中，滑行船体被用作水面船体42。可使用任何现有的滑行船体设计。在本发明的一些实施例中，使用具有基本平的下侧、弯曲的船头和平的船尾板的滑行船体。此滑行船体需要高的动力-重量比以通过水动升力来实现滑行。在许多实施例中，船舶能够实现以每小时20超过英里的高速水面工作。在一些实施例中，船舶能够在水面工作期间实现每小时至少30英里的速度。在另一些实施例中，船舶能够在水面工作期间实现每小时至少40英里的速度。在又一些实施例中，船舶能够在水面工作期间实现每小时至少60英里的速度。

典型的能够进行水下作业的船舶具有错误的形状，过重、过大，当浮到水面时位于水下极低处，和/或当在水面上时具有过少的动力以致于不能实现任何显著的水动升力。本发明是第一个还能够使用滑行船体的、结合有能够进行水下作业的耐压船体的船舶。

压载系统

本发明的船舶具有使得其在潜入水中时和位于水面上时都可工作的压载系统。压载系统包括主压载系统、纵倾压载系统以及当船舶位于水面上时可被部分地控制的半可控压载区域。

主压载系统

主压载系统通常是完全可控压载舱或压载箱的分级系统，其在正常条件下用于使出船舶浮到水面并升高到吃水线之上、潜入水中、以及在水面下获得近乎中性的浮力。主压载系统在船舶底面包括至少一个、但优选地为多个船体闸门18。船体闸门18是这样的端口，其可打开以允许水进入或离开该系统，并且可不透水地闭合以密封该系统从而阻止水进入。水在重力或水压的作用下流过船体闸门18。船舶可任选地包括泵19或泵系统以使通过船体闸门18的水流加速。这种泵及泵系统对于本领域普通技术人员是公知的。

在本发明的许多实施例中，每个船体闸门18通过泵连接到主内部压载2。主内部压载2常常全部位于船舶的水面船体42内，并且包括一个或多个压载舱。在一实施例中，主内部压载2包括四个压载舱：两个在前部并且两个在船尾，在正常条件下这四个压载舱同时填充。压载舱在主内部压载区域内被侧壁分隔开并且被压载衬套28密封。压载衬套28提供了气密密封，并且可由耐用的塑料材料制成。每个主内部压载舱通过气密连接被连接到紧急空气网路，空气可通过该紧急空气网路被引入主内部压载舱。在一实施例中，每个主内部压载舱仅在顶部和侧面被密封，并且在底部朝在水面船体42的内部的下部中的自由浸水的半可控压载区域开口，该半可控压载区域经由公共船体闸门18填充。在一可选择实施例中，每个主内部压载舱在底部完全密封，并且经由其自身的船体闸门18或多个船体闸门18被填充。泵19可任选地用于加速压载舱的充水。

在本发明的一实施例中，主内部压载舱提供了用于模块化系统部件的安置空间，该模块化系统部件可根据船舶的期望构造被添加或移除。该压载舱可被气密连接器穿透以允许部件连接到高压空气存储器、低压主空气、紧急空气、环境压力空气补偿、电力、液压和/或燃料网路。在一实施例中，空气存储箱(13，14，33)位于主内部压载舱内。另外的实施例中的额外的模块化部件可包括蓄电池组分离舱、燃料室17、或者可被压力补偿的或可被包封在潜水分离舱内的或者固有地不透水且耐压的任何其他部件。

在本发明的许多实施例中，每个主内部压载舱通过存水弯式连接装置44连接到对应的主外部压载舱7。每个存水弯式连接装置44包括在顶部离开主内部压载舱、穿过主压载阀27向上弯曲、并且向下进入主外部压载舱7的底部的连接管。由于在主内部压载舱中的水溢流到主外部压载舱7中之前主内部压载舱必须完全充满，存水弯式连接装置44迫使压载连续工作。

在本发明的一些实施例中，主外部压载包括位于左舷和右舷上的两个外部边舱15，每个外部边舱被进一步分成前部和船尾舱。主外部压载舱7被从所有侧面完全密封。主外部压载舱7优选固有地不透水和不透气，但是它们可用塑料压载衬套28作衬里以便进行气密密封。在一些实施例中，边舱15可仅通过螺栓连接到船舶，从而有助于可互换性。边舱15的大小、材料、舱尺寸以及确切位置可根据船舶的构造而变化。

每个主外部压载舱7连接到排出阀26，该排出阀26通过排出口21离开该舱，以允许在系统充满水时该舱排出空气。在一些实施例中，排气风扇可被包含在排出口21内，以加速空气从系统的排空。每个主外部压载舱7进一步经由气密连接来连接到空气网路，压力补偿空气可通过该空气网路被引入该压载舱或被排放，或者可通过该空气网路添加加压空气以排空该舱。舱底泵或者多个泵可任选地被包含在主外部压载舱7的底部以根据需要除去额外的水。

在本发明的一可选择实施例中，边舱15可被构造成抵抗压力并且不需要压力补偿的压力容器。

在本发明的另一可选择实施例中，主内部压载舱和主外部压载舱7之间不存在连接。相反，每个压载舱分别经由其自己的船体闸门18填充并且经由其自己的排出阀26排空。

在另一可选择实施例中，不存在外部压载舱7。仅使用可被设计成依次或者同时进水的内部压载。

在另外的可选择实施例中，在内部或外部压载舱中可使用水密和气密结构的箱或空气袋。

当本发明的实施例的船舶在水面上操作时，主压载系统被完全或者基本排空水，并且被密封以阻止水侵入。船体闸门18基本保持关闭，并且所有压载系统阀保持关闭。没有空气或水进入或离开该系统。但是，当需要时，主压载系统可被用于通过经由船体闸门18增加少量水来调整船的纵倾。

在本发明的实施例中，在船舶从水面之上下潜到水面之下之前，应执行潜水前检查。在潜水前检查期间，船体闸门18打开，但是排出阀26和主压载阀27保持关闭。水在重力作用下流入主压载舱，但是由于舱内空气压缩而不会填满该舱，直至空气压力所施加的力使得水停止进入该舱。

在本发明的一实施例中，在其中船舶从水面工作变换到水下作业的正常下潜过程期间，主压载系统依次进水。由于船体闸门18保持打开，水可进入压载系统，并且主压载阀27和排出阀26都打开，使得空气从该系统排空。在可选择实施例中，船舶可包含泵和/或排气风扇以加速通过泵引入水或者通过排气风扇排空空气的过程。水通过船体闸门18(并且，如果存在的话，通过泵系统)流入，并进入内部压载舱。当主内部压载舱充满时，空气通过存水弯式连接装置44离开，通过打开的主压载阀27，进入主外部压载舱7，并且通过打开的排出阀26和排出口21离开。一旦主内部压载舱被水完全充满并且被完全排空空气，水流过每个存水弯式连接装置44的弧段，流过主压载阀27，并且流入主外部压载舱7的底部。主外部压载舱7继续填充，直到船舶潜入水中并且达到近乎中性的浮力。在获得近乎中性的浮力时，主压载阀27和排出阀26被关闭，在主外部压载舱7内捕获固定体积的空气。可选择地，在内部和外部压载舱不相连接的实施例中，借助于船体闸门18和阀的定时打开，逐级进行压载进水。主内部压载舱的船体闸门18和排出阀26首先打开，并且该舱被完全充满。然后外部舱打开并被填充，直到实现近乎中性的浮力，然后关闭。

在一些实施例中，在船舶潜入水下时，船体闸门18保持朝水开放。在一部分实施例中，泵系统和排气风扇都未运行。主内部压载舱保持完全充满。主压载阀27保持关断，并且除非被操作船舶的导航员故意改变，否则主外部压载舱7内的水与空气的体积比保持恒定。随着船舶下潜以及外部环境压力升高，必要时经由空气网路连接向主外部压载舱7中添加空气以对它们进行压力补偿。环境压力补偿维持这些舱在深水处的结构完整性。尽管随着深度增加空气被添加，但是由于压缩，舱内存在的空气的体积未改变。在主内部压载2内不需要压力补偿，这是因为它保持完全充满水。

在本发明的实施例中，在正常的浮上水面过程期间，与潜水过程相反，水被从系统中排空并且空气被添加到系统中。船体闸门18保持打开以允许水离开该系统。存水弯式连接装置44弧段中的主压载阀27打开。空气经由空气网路系统连接器被注入主外部压载舱7，将水经由存水弯式连接装置44推出并且进入主内部压载2。从主外部压载舱7涌入主内部压载2的水继而将主内部压载水通过船体闸门18推出。在主外部压载被完全排空压载水并且充满空气之后，空气将存水弯式连接装置44排空水，并且主内部压载水开始通过船体闸门18排空。在一些实施例中，泵被用于从系统中排出水。一旦主内部压载2基本被排空水并且充满空气，则船体闸门18关闭。任何剩余的水被抽空。一旦主压载系统被完全排空水，则主压载阀27和排出阀26被关闭，并且系统被再次遮蔽以与环境隔开。

纵倾压载系统

主压载系统可被纵倾压载系统补充，该纵倾压载系统包括用于调整船舶的姿态或纵倾的一连串的较小的压载舱。在本发明的许多实施例中，在每个边舱15内，两个前部纵倾压载舱3位于主外部压载舱7的前面。两个额外的纵倾压载系统舱位于船舶的上体部结构37部分的后面，一个在左舷而另一个在右舷。在一实施例中，至少两个纵倾压载舱3位于每个边舱15内。在许多实施例中，纵倾压载舱包括稳定舱4。稳定舱4的大小和材料可根据船舶的构造而变化。在预期在船舶的上部承载较重负荷的情况下，可使用较大的稳定舱4以在潜水过程期间增加稳定性。对于较大的有效负载也可使用较大的稳定舱48。

在许多实施例中，稳定舱4帮助在船舶从水面状态变换到水下状态时稳定船舶。当船舶下沉，并且其重心和浮力中心变得相等时，稳定舱4仍正好在吃水线之上。在船舶开始摇晃的情况下，在船舶下侧的稳定舱4将进入水中并提供额外的排水量，从而稳定船舶并且阻止翻滚。

在本发明的实施例中，纵倾压载系统舱3被构造成不透水且不透气。在可选择实施例中，纵倾压载系统舱3可被衬以耐用的塑料压载衬套28以提供气密密封。

在本发明的一个实施例中，每个纵倾压载舱连接到从半可控压载区域9抽出水的泵(或多个泵)和阀系统。通过泵系统的操作可根据希望将水添加到各个舱或者从各个舱移除。每个纵倾压载舱3经由气密连接进一步连接到空气网路，空气可根据需要通过该空气网路引入该舱或者被排出，以对该舱进行压力补偿或者迫使水离开该舱。

在本发明的实施例中，在船舶潜水期间，纵倾压载系统可用于在主压载系统被用于实现近乎中性的浮力之后实现绝对纵倾和中性浮力。在船舶完全潜入水中时，通过从泵添加或除去水以及从空气网路添加或除去空气，根据需要改变纵倾压载系统舱3的水与空气的体积比。此过程由船舶的导航员控制以根据希望调整船舶的纵倾和中性浮力。每个纵倾压载系统舱3与其他纵倾压载系统舱独立地操作，以允许充分调整纵倾。随着船舶下潜以及外部环境压力升高，必要时经由空气网路连接向纵倾压载舱3添加空气以对它们进行压力补偿。

在船舶的可选择实施例中，纵倾压载舱可被构造成可能不需要压力补偿的压力容器。

半可控压载区域

在本发明的一些实施例中，船舶包括至少一个额外的半可控压载区域9，其在船舶在水面上工作时保持基本干燥，但是在船舶潜入水下时完全充满水。由于这些区域保持朝环境开放，它们在深水处仍维持环境压力。在许多实施例中，当船舶在水面上工作时，半可控压载区域的总体积的至少60％没有水。优选地，在水面工作期间其总体积的至少65％没有水。更优选地，在水面工作期间其总体积的至少70％没有水。更为优选地，在水面工作期间其总体积的至少75％没有水。

在一实施例中，半可控压载区域9围绕水面发动机舱20。在一实施例中，此区域经由位于主内部压载舱之下的与船体闸门18的连接而填充和排放。在可选择实施例中，此区域经由其自己的船体闸门或多个闸门18而填充或排空。半可控压载区域可任选地包括一个或多个泵19以帮助填充和排空。在一实施例中，当船舶在潜入水中之后浮到水面时，包围水面发动机舱20的半可控压载区域9经由单向下部挡板阀排空水。在包括泵19的实施例中，泵19用于帮助加速水的引入或排空。

在一实施例中，诸如半可控压载干舷区的半可控压载区域9位于船舶的上体部结构37部分。在本发明的许多实施例中，干舷区在除了底面(该底面朝包围水面发动机舱的半可控压载区域开放)之外的所有侧面基本被包封，防止在水面工作期间有任何大量的水进入该干舷区。离开干舷区下侧的单向排水管允许水在浮到水面过程期间或者在暴风雨期间离开，而当船舶在水面上工作时仅允许少量水进入。在典型的水面工作期间，单向排水管停留在吃水线之上。当船舶潜入水下时，干舷区经由与包围水面发动机舱20的下部半可控压载区域9的连接而被完全充水，并且空气经由在顶部的单向挡板阀41排空。当船舶在水面上时，干舷区提供了干舷排水量。当船舶在潜入水下之后浮到水面时，随着船舶上升，干舷区升高到吃水线之上，并且水经由与下部半可控压载区域的连接而通过船体闸门以及通过排水管离开。

在可选择实施例中，干舷区可在顶部利用具有小间隙的甲板铺板而不是单向挡板阀来允许空气在下潜期间离开。

额外的压载系统特征

在船舶中使用的压载的量将根据实施例而变化，并且将依赖于若干因素，包括船舶所包含的总重量。在许多实施例中，船舶的所有完全可控压载舱的组合体积为船舶乘员舱的总固定排水量的体积的大约125％到大约315％。在本发明的一实施例中，所有完全可控压载舱的组合体积为乘员舱1的总固定排水量的体积的大约200％。另外，在许多实施例中，船舶的所有完全可控压载舱的组合体积应为船舶的水面排水量的总体积的大约75％到大约125％。在一实施例中，所有完全可控压载舱的组合体积为水面排水量的总体积的大约100％。

本发明的船舶的压载系统仅需要空气压力和重力以给该系统基本充满水或从该系统排空水。如果实施例包括泵和/或排气风扇，即使在泵和/或排气风扇故障时压载系统仍将工作。当船舶位于水面上时，主压载系统中捕集的气穴为船舶提供了一定程度的保护。在船体闸门18打开但被卡住的情况下甚至在水面船体42破裂的情况下，只要压载舱内仍捕集有空气，则船舶不会沉没。仅数量足以压缩舱内空气的水通过船体闸门18或水面船体42破裂处进入。一旦舱内的空气压力等于冲入的水的力，船舶将稳定并且停留在水面上。

如果船舶在水面上颠倒，压载系统还允许船舶自身回正。即使船舶在水面上颠倒，船舶的导航员也可启动潜水过程。该系统将被倒灌，排出口使得水可进入主外部压载舱7，继而灌入主内部压载舱，而空气从船体闸门18离开。一旦船舶潜入水中，船舶的重心将在其浮力中心之上，使得自身倒置，并且返回其正常的水下朝向。然后导航员可启动浮到水面过程，并且以合适的朝向返回水面。

即使存在裂口，压载系统的分区化也使得船舶可返回水面。每个舱可被独立地填充空气，并且只有总浮力储备的一小部分是浮到水面所必需的。在许多实施例中，即使乘员舱1破裂并且填充水，如果存在足够的空气以在该深度处建立正浮力，则主压载系统中的储备浮力足以使船舶返回水面。

尽管当船舶潜入水下时主内部压载舱通常完全充满水，但空气可被从紧急空气网路注入其中以形成储备浮力源，而无需借助于电气系统或液压系统或空气网路例如低压主空气网路或高压空气存储网路。在许多实施例中，即使在存在阀故障或连接的主外部压载舱7破裂时，存水弯式连接装置44仍阻止空气离开主内部压载2。存水弯式连接装置44设计是被动式的并且不依赖于阀，紧急空气网路是低压主空气网路——如果存在的话——的冗余。在不具有低压空气网路的实施例中，紧急空气网路是高压空气存储网路的冗余。因而，电气、液压和低压主空气(或高压空气存储)网路的全部故障都不会影响导航员激发储备浮力以使船舶浮到水面的能力。在一些实施例中，可通过用空气填充主内部压载舱来激发超过12000磅的储备浮力提升力，这大约为这些实施例中船舶的总可变浮力的一半。此浮力大于足以使船舶返回水面的力。

在本发明的一个实施例中，船舶包括紧急落锤(drop weight)。在当船舶潜入水中时丧失用空气填充任何主压载舱的能力的情况下，紧急落锤可落下以基于固定排水量使船舶返回水面。因而，对于包括落锤的实施例，紧急落锤应重得足以使得在其落下时，船舶重量小于被固定排水量的体积排出的总水量的重量。紧急落锤还应重得足以使得当其连接时，船舶的总重量大于固定排水量的体积排出的总水量的重量。

本发明的船舶提供了比典型水面船舶或典型的能够进行水下作业的船舶大得多的可变排水量。此非凡的可变排水量对于允许船舶具有典型潜艇的下潜性和水下作业能力以及典型水面船舶的稳健航海能力是非常重要的。另外，此大的可变排水量的比例允许具有高度的可配置性，这是因为添加或移除部件将不会对船舶的在水面上操作、潜入水下、在水下作业或返回水面的能力造成显著影响。

当本发明的船舶在水面上时，其体积的大部分位于吃水线上，以便使其实现与典型的水面船舶类似的稳健的航海能力。这导致了由独特压载系统解决的在尝试潜入水中时的潜在问题。当处于其在水面上的最大高度时，作为其质量的几何中心的船舶重心在其浮力中心之上，该浮力中心为作用在船舶上的浮力的几何中心。随着船舶潜入水下，其浮力中心升高并且与其重心相交。当浮力中心和重心相等时，由于重力和浮力相互抵消，任何船舶都将处于不稳定点并且处于发生滚翻的危险。为了避免滚翻并且能够在发生滚翻时自我回正，本发明的实施例具有仔细平衡的重力分布，利用了安装在上体部结构37的侧面的稳定舱4，并且结合了当在潜水过程期间重心与浮力中心相交时停留在吃水线之上的干舷排水量。

作为纵倾压载系统的一部分，稳定舱4帮助在船舶潜入水下时稳定船舶。随着船舶潜入水中并且重心与浮力中心相交，稳定舱4仍正好在吃水线之上。如果船舶开始摇晃，则在船舶下侧的稳定舱4进入水中以提供额外的排水量，并且稳定船舶以阻止其滚翻。在重心与浮力中心相交时停留在吃水线之上的干舷半可控压载区域的部分提供了起到相同作用的干舷排水量。在上体部结构37上具有较高载荷容量的实施例中，稳定舱4可更大以抵消伴随更高的重心而发生的额外的滚翻威胁。

上体部结构

本发明包括上体部结构组件37，其是通常至少包围乘员舱1的下半部的大部分、从乘员舱1的任一侧面横向伸出、并且在许多实施例中在后部位于乘员舱1上方的主组件。上体部结构37可经由螺栓或胶合剂或其他方式连接到中央框架8，并且在许多实施例中可与水面船体42紧密配合，形成船舶的外壳的上半部。

在本发明一实施例中，上体部结构组件37用作船舶的上部外部。在一些实施例中，上体部结构组件37包括甲板铺板、扰流板10、稳定舱安装座以及干舷半可控压载区域。上体部结构组件37还可容纳额外的船舶部件或分离舱，包括蓄电池组分离舱、燃料室或空气箱。

在一实施例中，上体部结构组件37包括这样的舱，所述舱用于存储有效负载或消耗品，例如氧气瓶、洗涤器材料、补给品、军需品或潜水员支持设备例如潜水员推进设备。

在上体部结构组件37中可使用任何适合的甲板铺板。在一实施例中，甲板铺板包括用于乘员的开放的娱乐甲板和就座空间。在可选择实施例中，甲板铺板包括操纵臂55和支架或舱井54，以允许在船舶潜入水下时加载或卸载有效负载。在另一可选择实施例中，甲板铺板包括安装的武器53。

在一些实施例中，上体部结构组件37包括装甲钢板。在一实施例中，上体部结构组件37还包括用于武器或传感器分离舱的连接点或舱井54和用于军需品的存储器。

在本发明的许多实施例中，上体部结构组件37包括用于部件安装的硬点。根据希望，所述硬点还可具有用于空气、电力或液压动力的输送的网路连接。

在许多实施例中，扰流板10在船舶的后部在水面发动机舱20上方延伸。扰流板10可用作包括雷达、GPS、通信装置或其他天线在内的任选设备的安装座。在一实施例中，扰流板10可构造成在船舶位于水下时用作潜水平面。在另一实施例中，扰流板10用作空气进入口和排出口的安装点。

在本发明的许多实施例中，上体部结构组件37包括用于在船舶上位于船尾的稳定舱4的安装座。在一实施例中，上体部结构组件37包括用于至少两个稳定舱4的安装座。在特定实施例中，稳定舱的安装座可位于扰流板10上。

在许多实施例中，上体部结构组件37包括干舷排水区。干舷排水区包括半可控压载区域9，其在船舶位于水面上时允许有限的水进入，但是在船舶潜入水下时被完全充水。干舷排水区在除了底部之外的所有侧面基本上被包封，防止当船舶位于水面上时任何大量的水进入该区域。在干舷区的底部的单向排水管在浮到水面工作过程期间或者在风暴期间允许水离开，但是当船舶在水面上工作时仅允许少量的水进入。在典型的水面工作期间排水管停留在吃水线之上。当船舶潜入水下时，干舷区经由与包围水面发动机舱20的半可控压载区域的单向连接而完全充水，并且空气经由在顶部的单向挡板阀41而排空。当船舶在水面上时，干舷排水区提供干舷排水量。当船舶在潜入水中之后浮到水面时，随着船舶升高，干舷排水区升高到吃水线之上，并且水通过排水管离开。在可选择实施例中，干舷排水区可利用在顶部具有小间隙的甲板铺板而不是单向挡板阀41，以在下潜期间允许空气离开。

上体部结构组件37可以为任何形状，并且可由任何合适的材料构成。可使用的材料的示例包括玻璃纤维、碳纤维、铝、其他金属或合成材料，以及那些材料的任意组合。在一实施例中，上体部结构组件37由与水面船体42相同的材料构成。

上体部结构组件37的大小和形状可根据船舶所希望的主要功能而变化。在一实施例中，上体部结构组件37的大小和形状被形成为在潜水期间发生的浮力中心与重心相交期间提供更大程度的干舷排水量。在另一实施例中，上体部结构组件37具有更符合流体动力形状，以允许有更大的船速。在可选择实施例中，上体部结构组件37的大小和形状是为了美观需求而形成的。甲板铺板的形状形成为使得从乘员舱1可具有更好的视野。

燃料及水面发动机系统

本发明的实施例的燃料及水面发动机系统允许能够进行水下作业的小型船舶具有前所未有的行驶距离、速度和任务持续时间。船舶通常携带对于长任务持续时间而言足够的燃料，允许从陆地以及从较大船舶进行部署。船舶还具有在产生电力、给蓄电池充电并且重新产生空气储备的同时在水面上高速行进的能力。典型的能够进行水下作业的小型船舶依赖于母船到达潜水点，以及依赖于外部源进行发电、蓄电池再充电以及空气存储器再填充。

本发明的船舶还比典型的能够进行水下作业的小型船舶安全得多。水面推进系统用作蓄电池供电的水下推进系统的备份，并且即使水下推进系统发生故障，船舶仍可从水下任务升到水面并且返回陆地。

本发明的燃料及水面发动机系统包括至少一个燃料室17、至少一个燃料网路、至少一个水面发动机31、至少一个水面发动机工具32、至少一个输出驱动器以及至少一个水面发动机舱20。

可变排水量燃料室

为了使船舶本身潜入水下，其必须维持近乎完全中性的浮力水平。由于基于石油的燃料在水下是有浮力的，使用它们难以获得近乎中性的浮力。另外，在水面上移动的船舶需要动力来携带大量燃料。携带燃料的典型的能够进行水下作业的船舶必须补偿在任务期间改变的燃料水平。当燃料处于耐压船体中时，在燃料的重量改变时，由燃料箱引起的排水量是固定的。船舶必须承载足以克服燃料箱在排空时的浮力的重量。此额外的重量需要更多的能量来移动船舶。

本发明的船舶在能够进行水下作业的小型船舶之中是独特的，这是因为其能够携带大量燃料。可变排水量燃料室使得这成为可能。

本发明的实施例将它们的燃料存储在至少一个燃料室17中。在许多实施例中，至少一个燃料室17是可变排水量燃料室。可变排水量燃料室包括位于主内部压载2内或者位于船舶内部的自由浸水区域内的由柔性材料制成的燃料袋。在许多实施例中，柔性材料是柔性聚合材料。燃料泵根据需要将燃料从燃料室中吸出，减小了燃料室的排水量。随着燃料室的排水量减小，更多水进入船舶。这使得不需要额外的重量来获得近乎中性的浮力。此较低的重量要求使得船舶的实施例可保持浅吃水量，并且如果希望的话可滑行以在水面上实现高速。

不管在船上留有多少燃料，本发明的船舶都能够潜入水中。可变排水量燃料室使得在燃料耗尽时船舶在水下变得更重。因此，船舶的最大浮力状态是满燃料负荷时的状态。

可通过调整船舶的总重量来添加额外的燃料室50。在一实施例中，每向船舶添加200加仑的额外燃料，必须增加大约400磅的重量。

在一实施例中，船舶包括四个可变排水量燃料室，其中两个在右舷两个在左舷，并且在每一侧均有一个在前面而另一个在船尾。在此实施例中，每个可变排水量燃料室容纳大约125加仑的柴油燃料。在可选择实施例中，可使用更多或更少的可变排水量燃料室，并且可使用不同大小的可变排水量燃料室。

在船舶的一侧上包括前部和后部燃料室17的实施例中，前部可变排水量燃料室可通过公共燃料管路连接到后部可变排水量燃料室。燃料管路可以是软管或管道，并且其优选地装有单向止回阀，该单向止回阀允许燃料仅从前部燃料室流到后部燃料室。这由于以下原因，即船舶通常以前部比后部高的状态停留在水面上，使得燃料从前部排放到后部。而且，通常在水下时船舶的前部低于其后部。由于燃料的浮力，这也将允许燃料从前部排放到后部。在后部燃料室17内捕获燃料减小了当船舶在水面上时在重心处的以及当船舶在水下时在浮力中心处的偏移量。

在许多实施例中，可变排水量燃料室被向下锚定，从而它们在水下尽管存在浮力仍将停留在合适位置。

可变排水量燃料室可填充有多孔、海绵状隔板(baffle)材料，该材料使得一旦真空被释放则燃料室可恢复它们的初始形状。在一实施例中，隔板材料包括可变排水量燃料室的内部体积的大约10％。隔板材料有助于加燃料过程，这是因为当系统被打开以加燃料时燃料室自动膨胀。

由于燃料可压缩性不大，可变排水量燃料室的内部和外部之间的压差非常接近0。这使得当船舶潜入水中时可变排水量燃料室维持环境压力。

燃料网路

燃料网路将可变排水量燃料室连接到水面发动机31。燃料网路包括至少一个连接燃料管路、至少一个燃料泵、至少一个再填充口和至少一个用以控制燃料流的阀。由于可变排水量燃料室维持环境压力，燃料网路的燃料管路升高到环境压力。在一些实施例中，至少一个水面发动机31在燃料网路的另一端部被包封在环境压力分离舱内，并且燃料系统中不存在压差。在可选择实施例中，水面发动机31位于耐压船体中，维持一个大气压的压力。在这些实施例中，应当在燃料网路的燃料管路中添加阀，以防止压差将燃料推入水面发动机舱20中。

水面发动机

本发明的船舶使用至少一个水面发动机31。可使用许多不同类型的发动机。在许多实施例中，使用燃烧马达。在一实施例中，使用柴油舷内发动机。在另一实施例中，使用涡轮机。

在一实施例中，使用两个440马力的船用柴油舷内发动机。在可选择实施例中，使用两个圆筒形的涡轮发动机。在一实施例中，涡轮发动机均为1200马力的发动机。在可选择实施例中，涡轮发动机均为1400马力的发动机。

在本发明的一些实施例中，在水面工作期间船舶的动力-重量比为每50磅的船舶总重量至少1马力。在另一些实施例中，在水面工作期间的动力-重量比为每35磅至少1马力。在另一些实施例中，在水面工作期间的动力-重量比为每20磅至少1马力。在另外的实施例中，在水面工作期间的动力-重量比为每10磅至少1马力。

在一实施例中，发动机冷却系统朝水开放，需要环境压力补偿。在可选择实施例中，水面发动机舱20是耐压船体，并且使用阀来将冷却系统与水隔离。

输出驱动器

水面发动机31连接到在水面发动机舱20外部的输出驱动器。可使用本领域公知的任何标准的船用输出驱动器。在一些实施例中，使用喷射驱动装置。

水面发动机舱

当船舶在水下一定深度处时，水面发动机舱20保护水面发动机31和其他被包封的设备免受压力和水渗入。在许多实施例中，水面发动机31安装在水面发动机舱20中，然后通过螺栓连接到船舶上，使得可容易地断开。在一些实施例中，压缩机和交流发动机安装在水面发动机舱20内。安装在水面发动机舱20内的部件可被移除以进行维修。在许多实施例中，通常要求不暴露于水中的电子器件和其他部件被安装在水面发动机舱20内，使得建造成本低，并且通过将这种部件保持在乘员舱1之外提高防火安全。

水面发动机舱20可由多种不同材料制成为许多不同的形状。在一实施例中，水面发动机舱20由具有高美国国家司法研究所(NIJ)威胁等级抵抗性的材料制成。

在许多实施例中，水面发动机舱20是仅次于乘员舱1的第二大的固定排水量舱。水面发动机舱20还可以是在其部件被安装之后的最重的组件。重新配置水面发动机舱20通常要求重量预算改变。对边舱15的调整可补偿重量改变。

通过将发动机及燃料系统与船舶的包括乘员舱1在内的其他部件分隔开，水面发动机舱20增加了船舶的安全性。这大大降低了由于火灾而造成伤害的危险。

在许多实施例中，水面发动机舱20是被环境压力补偿的潜水分离舱。被环境压力补偿的潜水分离舱缩减了船舶的总重量，并且允许水面发动机舱20被构建具有平的表面。利用平的表面使得水面发动机舱20可位于船舶的外部边界内，减小了船舶所需的固定排水量。

在许多实施例中，被环境压力补偿的水面发动机舱20包括环境芯部读出器22。环境芯部读出器22可包括垂直地安装在被环境压力补偿的水面发动机舱20内的一段导管。在一实施例中，该导管为约18英寸长。导管在顶部朝水面发动机舱20内侧开放，并且在底部朝包围该舱的自由浸水半可控压载区域开放。在该导管内，安装有至少一个浮子触发器。在一实施例中，安装有三个浮子触发器，并且它们相互间隔开大约3英寸到大约4英寸的距离。随着当船舶在水下行进时环境水压升高，水在导管内上升。当水通过前两个浮子触发器时，两个电气开关闭合。当第二个开关闭合时，电动阀打开以从空气网路例如低压主空气网路或高压空气存储网路输送空气。来自空气网路的空气被直接释放到水面发动机舱20中。在一些实施例中，使用单个浮子触发器和单个电气开关。

在许多实施例中，在被环境压力补偿的水面发动机舱20内的压力变得稍高于外部环境压力时，空气迫使水离开环境芯部读出器，直到浮子下降，并且两个开关重新打开，暂停空气流动。在可选择实施例中，本领域公知的任何浮子、阀、触发器、压力传感器或计量器可被用于调节空气。

在许多实施例中，在船舶上的不同位置安装直列式降压调节器以补偿由与环境芯部读出器22的距离导致的加压差所造成的过加压。在环境芯部读出器22的触发器之上的每12英寸处添加与环境芯部读出器22的触发器相比大约0.445psi的额外正压差。在本发明的一些实施例中，每个具有直列式降压调节器的部件还具有独立的排空阀以允许其通风。

在许多实施例中，环境芯部读出器导管在该导管的顶部具有第三个浮子。如果水到达该浮子，则在乘员舱1中的控制面板上触发警报，指示环境压力空气补偿网路没有输送足够的空气来阻止水侵入。原因包括船舶以过快的速度下降以致于环境压力空气补偿网路不能补偿，或者系统发生故障。在存在这种警报的情况下，船舶的导航员应停止在水中下降。

当船舶位于水面上时，在被环境压力补偿的水面发动机舱20上的通风口仍打开。在许多实施例中，通风口位于水面发动机舱20的顶部。在一实施例中，当船舶在水下但非常接近水面时，向水面发动机舱20添加通气管系统以向水面发动机提供空气。

当船舶在水面并且正要潜入水下时，水面发动机舱20上的通风口关闭。加压空气被从空气网路释放到被环境压力补偿的水面发动机舱20中。在一实施例中，在水面发动机舱盖11的顶部的液压压头和锁止系统阻止任何正压力打开舱盖11。水面发动机31允许空气进入它们的结构，使得在它们的内部和外部之间不存在压差。

当船舶在水下朝水面上升时，水面发动机舱20中的膨胀空气将排放到外部环境，而无需打开任何阀。在许多实施例中，船舶具有足够尺寸的空气排出管道，以在紧急情况下适应非常迅速的上升。在许多实施例中，空气排出管道被塑造成存水弯式连接装置以阻止深水处渗水。

在许多实施例中，水面发动机舱通风盖位于环境芯部读出器触发器的位置之上。这样确保如果在盖11中出现裂缝，空气将被排出水面发动机舱20，而不是水进入。另外，由于在水面发动机舱20的内部和外部之间的差压几乎为0psi，任何泄漏将是缓慢的细流。如果浮子触发系统发生故障，则船舶在发生故障的深度处仍将被适当地进行空气补偿。船舶将仅需要小的上升以恢复安全。

在本发明的一些实施例中，水面发动机舱20是耐压船体发动机舱。耐压船体发动机舱不需要空气补偿，并且可用于将到达水下极深处例如超过1500英尺处的船舶。必须包括阀，以在船舶潜入水下时完全隔离排气系统。在使用耐压船体发动机舱时，船舶的重量由于需要重型材料构造和球形或圆筒形设计而有所增加。耐压的贯穿船体连接器用于所有电气、液压和空气连接。另外，来自水面发动机31的输出轴必须在离开耐压船体发动机舱并连接到输出驱动器处具有专用的耐压的不透水密封。

在许多实施例中，输出驱动器连接到环境压力空气补偿网路。这在船舶位于深水下时提供了压力补偿。本领域公知的典型输出驱动器上的标准密封件24是不透水的。

在一实施例中，在每个水面发动机31上使用2∶1变速比的的输出驱动变速器，向推进器提供总共3400英尺-磅的转矩。

在许多实施例中，来自环境压力水面发动机舱20的通道容纳输出驱动轴。通道接合到输出驱动器壳体23，形成不透水的连接。这用于帮助防止水进入水面发动机舱20。在一些实施例中，通过将内部壳体经由被连接的气密管路连接到被环境压力补偿的水面发动机舱20以给内部壳体通风，确保内部压力和外部水压之间的压差几乎为0psi，来保护输出轴密封。

空气网路

本发明包括至少一个空气网路，该空气网路可被用于向船舶的一些部分提供空气。本发明使用该空气网路或多个空气网路来存储可更新的空气和氧气。另外，本发明可存储比典型的能够进行水下作业的小型船舶多得多的空气。存储大量空气的能力使得本发明的实施例可排空它们的主压载舱，对它们的大的水面发动机舱20和辅助压载舱进行压力补偿，提供生命保障或者如果希望的话使乘员舱1为环境压力，在发生动力或液压故障的情况下允许水面上升，以及提供备用生命保障。

典型的能够进行水下作业的非军用船舶由于它们仅携带受限数量的二氧化碳洗涤器和纯氧这一事实而使其生命保障系统非常受限，但是除了携带二氧化碳洗涤器和纯氧之外，本发明的一些实施例还存储可被用作可选生命保障源的可更新的空气供给。这减小了在船舶位于水下时必须使用的纯氧量。

在许多实施例中，本发明具有四个或五个空气网路系统。这些网路系统是高压空气存储网路、紧急空气网路、环境压力空气补偿网路、氧气网路，并且在一些实施例中还包括低压主空气网路。这些网路系统可互连并且可共享公共资源。

高压空气存储网路

高压空气存储网路包括至少一个高压自给式呼吸空气(SCBA)压缩机34和至少一个高压SCBA存储箱14。它们常常使用本领域已知的软管、阀和调节器连接。在一实施例中，高压空气存储网路压缩来自水面的空气并将其存储。在一实施例中，高压空气存储网路以大约5000psi的压力存储空气。在一些实施例中，至少一个高压SCBA压缩机34位于水面发动机舱20内，并且由水面发动机31驱动。在一实施例中，所有压缩机操作的总速率为每分钟至少大约20立方英尺。在另一实施例中，所有压缩机操作的总速率为每分钟至少40立方英尺。在许多实施例中，压缩机通过一连串的脱水器和过滤器除去空气中过量的潮气和杂质，以确保空气将具有低水平的潮气和其他杂质。

在许多实施例中，高压空气存储网路的存储箱14中的每一个在诸如5000psi的高压下存储大约450到大约500立方英尺的空气。在一实施例中，所有存储箱的总存储容量为大约4000立方英尺。在另一实施例中，所有存储箱的总存储容量为大约5000立方英尺。总存储容量仅受额外的存储箱可用空间的限制。

在一些实施例中，如果外部SCUBA箱被潜水者使用，则可通过取出阀(take-off valve)将高压空气存储网路用于再填充外部SCUBA箱。

紧急空气网路

紧急空气网路是主空气网路的备用系统。其可在系统故障的情况下向船舶提供空气，并且不需要电力或液力即可工作。

在许多实施例中，紧急空气网路包括与其他空气网路系统的存储箱隔离开的至少一个紧急储备空气箱33。储备箱经由单向阀在再填充过程期间接收空气。紧急空气网路可使用本领域已知的一连串软管和连接器将直接来自储备箱的空气输送给主内部压载舱。

在许多实施例中，至少一个针阀位于船舶的乘员舱1内，该针阀可被手动打开以启动紧急压载排空管路。如果希望的话，船舶的导航员可打开所述至少一个针阀以将空气直接注入主内部压载系统。当船舶位于水面上时，紧急储备空气箱33可用于在潜水后手动排空主外部压载。

在许多实施例中，紧急空气网路的空气以高压存储。在一实施例中，紧急空气网路的空气被以5000psi的压力存储在紧急储备空气箱33中。

在一些实施例中，紧急空气网路可通过专用阀被注入液压压头。如果船舶的液压系统发生故障，则紧急空气网路使得液压压头可用作气动压头。

在一实施例中，紧急储备空气箱33可经由阀连接到主网路，以在主网路需要更多空气时提供额外的空气。

低压主空气网路

低压主空气网路接收来自高压空气存储网路存储箱的空气。高压存储箱通过降压调节器连接。

在本发明一实施例中，低压主空气网路的空气为240psi。可设定降压调节器，并且可选择阀、软管和连接器以在希望时给出更高的压力，该压力可高达高压空气系统的压力。

在本发明的实施例中，低压主空气网路排空压载舱，在填充期间从蓄电池管中放出氢气，供应乘员舱活力系统，供应乘员舱转换和呼吸系统，供给潜水员脐带支持，和/或向环境压力空气补偿网路提供空气。在一些实施例中，低压主空气网路执行所有这些任务。

在一些实施例中，来自低压主空气网路的空气被用于在潜水结束时从船舶的压载舱排空水。这可在船舶上升并且位于就在水面之下的点时完成。使用电动阀或液压阀将来自主网路的空气释放到辅助压载中。

在许多实施例中，低压主空气网路包括蓄电池管中的电动阀。在电池充电时，阀自动打开，并且空气低速流入蓄电池管。当蓄电池管中的空气压力达到一定压力时，在蓄电池管的另一端的止回阀打开，从而将可已由电池充电过程产生的任何氢气排放到外部环境。在一实施例中，打开止回阀所需的特定压力为0.5psi。

在许多实施例中，低压主空气网路包括通到乘员舱1的气密管路。气密管路通过可手动打开或关闭的阀。当阀打开时，空气可进入乘员舱1，并且可通过乘员舱的待用安全阀被排放。此特征使得乘员舱1的舱门在仍更新乘员舱1的空气时可被完全闭合。这在船舶在水面上时尤其有用，但是波浪或天气使得舱口打开成为问题。

在一些实施例中，如果希望的话，低压主空气网路可用于给乘员舱1加压。可打开喷射阀以允许空气从主网路进入乘员舱1。在一实施例中，阀被手动打开和关闭。在可选择实施例中，乘员舱1中的压力被计量系统调节。一旦乘员舱1内的压力稍高于乘员舱1外部的环境压力，则可使用开放式或半封闭式呼吸回路。在开放式呼吸回路中，在来自低压主空气网路的SCBA空气被连续输送时，乘员舱1的待用安全阀打开。这使得可使用较少的纯氧储量，使得能够在水下停留更长的时间段。在半封闭式呼吸回路中，使用二氧化碳洗涤器，使得相同空气可被再循环，并且使得当船舶位于水面上时恢复SCBA空气的时间缩短。

在一实施例中，使用压缩机来喷射来自乘员舱1的空气。乘员舱1被维持为一个大气压的内部压力，并且可更新的SCBA空气存储器可用于生命保障。在一实施例中，SCBA空气存储器用于开放式呼吸回路。在另一实施例中，SCBA空气存储器用于半封闭式呼吸回路。

在一些实施例中，低压主空气网路被用于使用取出连接装置向一个或多个潜水员提供空气。可使用SCBA调节器，并且每个潜水员使用脐带支持连接到低压主空气网路。这通过克服典型的小潜水员空气存储器的限制，使得潜水员在潜水时可坚持更长的时间段。

环境压力空气补偿网路

当船舶在深水下时，环境压力空气补偿网路向环境压力潜水分离舱、隔间和舱室提供空气，以使它们维持环境压力并且避免变形和渗水。此系统使船舶具有这样的选择，即由比通常抵抗压力所需的重量轻的材料制成。此系统提供了额外的优点，即允许潜水分离舱、隔间和其他部件被构造成不同的几何形状，而不仅限于代表性的耐压容器的球形和圆筒形。

环境压力空气补偿网路提供的另一个优点是不预期在水下的高压力深度处使用的现成部件可在这样的深度处在船舶上使用。空气补偿这些部件使得不需要进行特别的开发或测试，并且使得任何密封的、抗水的部件可被修改并连接到环境压力空气补偿网路，以防止变形和/或渗水。在许多实施例中，部件经由通风软管连接到环境压力空气补偿网路。

在许多实施例中，环境压力空气补偿网路从高压空气储存网路抽吸空气。空气被环境芯部读出器22进行降压调节，该读出器22测定外部环境压力并且使穿过环境压力空气补偿网路的压力与外部环境压力相等。在另一实施例中，环境压力空气补偿网路从低压主空气网路抽吸空气。

在一实施例中，环境芯部读出器22包括垂直地安装在被环境压力补偿的水面发动机舱20内的一段导管。在一实施例中，该导管为约18英寸长。导管在顶部朝水面发动机舱20内侧开放，并且在底部朝包围该舱的自由浸水的半可控压载区域开放。在导管内，安装有至少一个浮子触发器。在一实施例中，安装有三个浮子触发器，并且它们相互间隔开约3英寸到约4英寸的距离。随着当船舶在水下行进时环境水压升高，水在导管内上升。当水通过前两个触发器时，两个电气开关闭合。当第二开关闭合时，电动阀打开以从空气网路例如低压主空气网路或高压空气存储网路输送空气。来自空气网路的空气被直接释放到水面发动机舱20中。在一些实施例中，使用单个浮子触发器和单个电气开关。

在一些实施例中，来自环境压力空气补偿网路的空气经由环境芯部歧管被分配，该歧管经由通风软管或导管连接到与环境压力空气补偿网路连接的分离舱、室和其他部件。通风软管从环境芯部歧管通到被空气补偿的所有部件和室。所有适当的气密盒子可用于环境芯部歧管。在许多实施例中，水面发动机舱20用作环境芯部歧管。

在许多实施例中，当环境芯部歧管中的压力变得稍高于外部环境压力时，空气迫使水离开环境芯部读出器22，直到浮子下降并且开关再次打开。在可选择实施例中，可使用本领域中公知的任何浮子、阀、触发器、压力传感器或计量器来调节空气。

当船舶在水下时，随着船舶朝水面升高，水的外部环境压力减小，而环境压力空气补偿网路中的空气膨胀。在许多实施例中，用于从环境压力空气补偿网路输送空气的阀关闭，并且膨胀的空气通过环境芯部歧管中的通风口经由存水弯式连接装置或本领域公知的任何形式的单向阀离开环境。在一实施例中，随着空气膨胀，部件将空气排放回环境芯部歧管。在可选择实施例中，部件经由放置在部件上的排出阀或止回阀直接向外部环境通风。

在许多实施例中，在船舶上的不同位置安装直列式降压调节器以补偿由与环境芯部读出器22的距离导致的加压差所造成的过加压。在环境芯部读出器22的触发器之上的每12英寸处添加与环境芯部读出器22的触发器相比大约0.445psi的额外正压差。在本发明的一些实施例中，每个具有直列式降压调节器的部件还具有独立的排空阀以允许其通风。

在许多实施例中，环境芯部读出器导管在该导管的顶部具有第三个浮子。如果水到达此浮子，则在乘员舱中的控制面板上触发警报，指示环境压力空气补偿网路没有输送足够的空气来阻止水侵入。原因包括船舶以过快的速度下降以致于环境压力空气补偿网路不能补偿，或者系统发生故障。在存在这种警报的情况下，船舶的导航员应停止在水中下降。

在一些实施例中，船舶的各种部件包括用以防止过加压的止回阀。在一实施例中，边舱压载舱包括止回阀，在内部压力超过外部环境压力大于大约2psi时该止回阀允许空气排出。

任何部件可通过经由通风软管连接到环境压力空气补偿网路，或者通过被包封在与环境压力空气补偿网路连接的舱室或潜水分离舱，而直接被空气补偿。在本发明的一些实施例中，水面发动机舱20、边舱压载舱、输出驱动器、一些雷达罩和天线罩、液压蓄存器、和纵倾压载舱3全部可通过经由通风软管连接到环境压力空气补偿网路而直接被空气补偿。

在一实施例中，环境压力空气补偿网路与高压空气存储网路共用空气管路。在另一实施例中，环境压力空气补偿网路与低压主空气网路共用空气管路。

在许多实施例中，船舶使用具有来自环境压力空气补偿网路的直接空气补偿的输出驱动器。典型的输出驱动器被水密封，但是仅能承受输出驱动器的内部和外部之间的大约10psi的压差。通过将输出驱动器连接到环境压力空气补偿网路，输出驱动器的净压差保持几乎为0psi，防止水进入输出驱动器。

氧气网路

氧气网路包括至少一个氧气箱13和与乘员舱1的连接。在一些实施例中，氧气网路还包括本领域中已知的调节阀和连接器。

在一些实施例中，二氧化碳洗涤器与一个或多个氧气箱13相结合地工作。可使用本领域已知的任何二氧化碳洗涤器。在一实施例中，可使用填充有碱石灰的料筒作为二氧化碳洗涤器。

在本发明的实施例中，使用阀来手动地将氧气引入乘员舱1。在可选择实施例中，使用本领域中公知的计量系统将氧气引入乘员舱1。

氧气和二氧化碳洗涤器材料通常必须在船舶不在海上时被补充。

电气系统

由于在水下的任何有效深度处不能使用燃烧发动机，因此典型的能够进行水下作业的船舶利用电能。大多数船舶依赖于蓄电池储能和当在水面上时产生的电力。一些非常大的潜艇携带相当大的燃料储备和蓄电池。本发明的船舶是第一个这样的相对较小的能够进行水下作业的船舶，该船舶可产生并存储其自己的电力以用于潜水，同时携带相当大的燃料储备并具有足以利用该燃料储备的范围。每次部署的总潜水时间以及推进时间远高于典型的能够进行水下作业的小型船舶，这是因为本发明可为它自己的蓄电池再充电。

本发明具有包括至少一个交流发电机、至少一个蓄电池和至少一个电气网路的电气系统。在许多实施例中，电气系统包括用于产生电力的连接到水面发动机31的一连串交流发电机、用于电力存储的一组蓄电池、以及用于向船舶的电气部件提供电力的配线、继电器和开关的电气网路。

在本发明的实施例中，当船舶在水面上工作时，其使用自己的水面发动机31进行推进，并且经由其交流发电机从燃料存储器产生自己的电力。在水面上时，交流发电机向发动机的电气部件供电，并且给电气网路供电以使船舶可能包括的辅助系统例如发光体、传感器、通信装置和空气调节系统运行。另外，交流发电机给蓄电池组12中的蓄电池充电以存储电能。当船舶潜入水下时，水面发动机31应不工作，并且蓄电池存储器向电气系统供电。电动机或推进器主要用于船舶的推进和转向。在可选择实施例中，电动机驱动液压泵以给液压推进器提供动力。蓄电池存储器向马达或推进器以及船舶可能包括的辅助系统例如发光体、传感器、通信装置和空气调节系统供电。马达和推进器使得船舶可在水下以典型的小型潜水器通常获得的速度航行。

在许多实施例中，本发明的船舶具有三个电气系统，包括主要电气系统、次要电气系统和补充电气系统。每个系统可包括一连串的自给式蓄电池组12。每个系统的电压级别和电流类型将根据船舶预期执行的特定任务而变化，并且对于每个系统可使用任何适合的电压。在一个实施例中，主要电气系统是96伏直流(VDC)，次要电气系统是12VDC，而补充电气系统是110伏交流(VAC)。

在本发明的实施例中，主要电气系统包括串联连接的蓄电池组。在一个实施例中，每个蓄电池组包括八个12V的蓄电池，提供了96V的总系统电压。在可选择实施例中，每个蓄电池组包括8个30V的蓄电池，以得到240V的总系统电压。在另外的可选择实施例中，可使用不同数量的蓄电池和/或不同的总系统电压。主要电气系统蓄电池组连接到电气网路，并且主要电气系统存储当船舶潜入水下时使其工作所需的电力的大部分，包括直接向推进器或驱动液压推进器的液压泵提供动力。主要电气系统还利用DC-DC变换器给次要电气系统再充电。

在许多实施例中，主要蓄电池组被包含在包括被环境压力补偿的分离舱或耐压船体管的各潜水分离舱内。包含主要蓄电池组的分离舱或管可被定位在船舶上或船舶内的任意位置，包括在主压载舱内或者在上体部结构37模块内就在甲板之下。保持每个主要蓄电池组的分离舱或管通常设计成具有大约为1的浮力-重量比，从而它们将具有近乎中性的浮力。另外，管可被定位成当船舶在从水面状态转变到潜水状态时平衡并稳定船舶。

主要蓄电池组的数量可变化，并且可使用任何合适的数量。在一实施例中，可使用包含在耐压船体管中的四个蓄电池组。在可选择实施例中，使用包含在被环境压力补偿的分离舱中的六个蓄电池组。

在许多实施例中，每个主要蓄电池组被设计成它可与电气网路快速且容易地断开。这使得整个蓄电池组或各蓄电池可为了维修或维护以及蓄电池的升级或蓄电池类型的改变而被模块化地更换。主要电气系统中的每个蓄电池可连接到传感器，从而其可被单独监控，并且每个蓄电池组可在紧急情况下被手动关断以隔离，或者可实现维护。

在本发明的实施例中，次要电气系统包括并联连接的蓄电池组。在一个实施例中，使用包括两个12V的蓄电池的一个蓄电池组。存在另外两个12V的蓄电池，它们通常保持断开，但是当需要时可被连接以用作后备电源。在另外的实施例中，可使用不同数量的蓄电池、具有更高或更低电压的蓄电池和/或额外的蓄电池组。次要电气系统蓄电池组连接到电气网路，并且次要电气系统为照明设备和驾驶舱(乘员舱)控制器提供电力，以及在船舶位于水面上时为发动机起动提供电力。次要电气系统还利用DC-AC逆变器为补充电气系统提供电力。

次要电气系统蓄电池可位于船舶上的或船舶中的任意位置，包括水面发动机舱20或乘员舱1。在许多实施例中，次要蓄电池组包含在包括各被环境压力补偿的分离舱的潜水分离舱内，或者包含在耐压船体管内。包含次要蓄电池组的分离舱或管可位于船舶上或船舶中的任意位置，包括在主压载舱内或者在上体部结构37模块中正好在甲板下。包含每个次要蓄电池组的分离舱或管通常设计成具有大约为1的浮力-重量比，使得它们将具有近乎中性的浮力。另外，管可被定位成在船舶从水面状态变换到潜水状态时平衡和稳定船舶。

在许多实施例中，每个次要蓄电池组被设计成它可与电气网路快速且容易地断开。这使得整个蓄电池组或各蓄电池可为了维修或维护以及蓄电池的升级或蓄电池类型的改变而被模块化地更换。

对于主要和次要电气系统蓄电池两者可使用任意类型的具有足够储量的合适的蓄电池或蓄电池系统。在本发明的一些实施例中，主要电气系统蓄电池组和次要电气系统中使用的各蓄电池都是铅酸、吸收型玻璃纤维隔板(AGM)类型的。AGM蓄电池通常实现快的再充电速率(大约30分钟可再充电至80％的容量)而不会导致蓄电池寿命有任何显著下降。在可选择实施例中，可使用银锌蓄电池。给定蓄电池组中的每个蓄电池不需要是相同类型的，并且本领域已知许多不同类型的蓄电池和蓄电池系统。

在许多实施例中，主要电气系统蓄电池组被至少一个交流发电机再充电。在一实施例中，主要蓄电池组为96V，并且被串联连接的两个48V的交流发电机充电。交流发电机经由带轮传动装置连接到水面发动机，使得当船舶在水面上并且水面发动机运行时主要蓄电池组可被再充电。在可选择实施例中，并联的两个96V的交流发电机被用于给96V的主要蓄电池组充电。在另一实施例中，一个96V的交流发电机被用于给96V的主要蓄电池组充电。在另一个实施例中，一个240V的交流发电机被用于给240V的主要蓄电池组充电。次要蓄电池也可被至少一个额外的交流发电机充电。在一实施例中，两个12V的交流发电机给两个12V的次要蓄电池充电。

在本发明的实施例中，蓄电池组12配备有压力和水传感报警器。蓄电池组12还排出在再充电过程期间产生的任何气体。

在本发明的许多实施例中，补充电气系统是交流电系统。在一实施例中，补充电气系统的电压是110V。所有补充电气系统的交流电电力或者来自次要电气系统的DC-AC逆变器，或者来自外部源例如码头上可用的岸源。当连接到外部电源时，蓄电池充电器将主要蓄电池组缓慢充电至满容量。补充电气系统给连接到船舶的任何交流电设备供电。这可包括乘员舱内的交流电空气调节系统，以及以与补充电气系统相同的电压工作的乘员舱内连接的任何设备。在一实施例中，补充电气系统是110VAC，并且110V计算机、电动工具或其他设备可连接到乘员舱中并且从补充电气系统汲取电力。

在本发明的许多实施例中，电气系统和电气网路中的所有高压电线均保持在乘员舱1外部。这减小了乘员舱1中发生火灾的危险。

液压系统

本发明的许多实施例包括至少一个液压系统以帮助向船舶各处传递动力。液压系统向可用于操作水平舵、舱口、水面发动机舱盖11以及输出驱动器纵倾和转向的压头传递动力。在一些实施例中，液压系统致动在船舶各处例如在压载系统中的阀。在一些实施例中，液压系统向推进器提供动力。

在许多实施例中，本发明的船舶包括三个单独的液压系统：推进液压系统、辅助液压系统和控制液压系统。这三个系统可共用公共的贮存器，但是每个系统典型地具有单独的动力源。

推进液压系统使用由主要电气系统供电的至少一个电动机。在一实施例中，推进液压系统使用由主要电气系统供电的两个电动机。在一实施例中，向电动机供电的主要电气系统包括串联连接的、提供96V直流电的总输出的蓄电池组。电动机驱动向推进器提供流体动力的液压泵。电磁阀可被用于方向控制。在许多实施例中，推进液压系统向船体真空泵提供动力。船体真空泵从船体内部喷出水以帮助潜艇从潜水状态升高到水面。

使用液压系统给推进器提供动力降低了建造成本，并且增加了安装推进器时的灵活性。在许多实施例中，船舶包括允许单个电动机给数个推进器提供动力的控制阀。

在许多实施例中，液压系统控制用作有效传输的向船舶各处的马力的输送。

辅助液压系统使用液压泵来产生流体动力。液压泵由水面发动机31驱动。在一实施例中，船舶具有两个液压泵，每个液压泵由一个水面发动机31驱动。在一实施例中，一个液压泵给用于水面输出驱动器的液压转向系统提供动力，另一个泵驱动用以再填充船舶的空气源的空气压缩机。在可选择实施例中，来自所有液压泵的输出流相结合以给用于水面输出驱动器的转向系统、用以再填充船舶的空气源的空气压缩机以及高压交流发电机提供动力。在另一实施例中，来自所有液压泵的输出流相组合以给必须从水面发动机31汲取动力的任何其他设备提供动力。

控制液压系统使用由次要电气系统驱动的液压动力单元来填充液压蓄存器。液压蓄存器存储将被在船舶各处的液压缸使用的在压力下的流体。使用由液压蓄存器存储的流体的液压缸致动水面发动机进气口、压载控制阀、主舱口以及水平舵。在许多实施例中，液压动力单元是具有直联电动机的液压泵。在许多实施例中，驱动液压动力单元的次要电气系统包括提供12V直流电的输出的并联连接的蓄电池组。

在许多实施例中，液压蓄存器包括开关。当存储的流体被使用并且从液压蓄存器排出至一定压力时，该开关起动液压动力单元以再填充液压蓄存器。液压蓄存器的使用提供了不必在每次使用致动器时都起动液压动力单元的优点。相反，液压动力单元仅在压力下降至低于一定压力点时才被起动。在液压动力单元发生故障的情况下，液压蓄存器还允许致动器工作有限的一段时间，直到被存储的流体被完全排出。

现在将参照船舶的具体构造的示例来描述本发明。

应理解，文中所述的示例和实施例仅出于说明的目的。存在许多与所描述的不同的构造和变型，并且它们包含在本发明的精神和范围内。

示例1

本发明的以下实施例是可用于娱乐或体育用途的构造。

使用包括由耐腐蚀金属或合成材料制成的I梁或箱形管的中央框架。包括适合的交叉支撑以承受海况。连接到中央框架的主组件包括乘员舱、水面船体、上体部结构、水面发动机舱、边舱以及主内部压载。

乘员舱经由外部的一连串耐腐蚀金属或合成材料带安装到中央框架。其包括具有半球形端部的圆筒形外部耐压船体。耐压船体以安全系数16额定用于250英尺的深度，长度为15英尺且外径为4英尺。材料厚度、品质和构造技术满足美国船级社(ABS)用于额定深度和安全系数的标准。

乘员舱的内部配备有金属或合成箱形管框架，内部部件安装在该框架上。内部装饰是豪华型的，包括导航员在内的五位乘员可在一排座位中就座。包括安装在后部的空调装置。前部具有控制面板和多屏幕显示器，允许经由安装在面板后面的计算机连接的所有船舶系统、传感器和仪表工作。

水面船体或者通过胶合剂或者使用连接到预先钻好的安装孔的螺栓而连接到中央框架。该水面船体是V形机动船式滑行船体并且连接有边舱，该船舶的水面轮廓为一般的三体船形状。在盐水中的吃水深度为大约20-24英寸，并且船舶在带有大约520加仑的燃料和适当的有效负载的情况下排出大约30000磅的水。

水面船体的内部包含全部的主内部压载舱以及在它们下面的自由浸水半可控压载区域，后者容纳燃料室和空气箱。水面船体还在船尾包含水面发动机舱和包围该水面发动机舱的自由浸水半可控压载舱。水面船体的外部经由胶合剂或密封垫片在顶部与上体部结构紧密配合。

水面发动机舱是由耐腐蚀金属或合成材料构造成的箱体，并且在顶部的液压致动的通风口提供了空气入口。在后部铰接的并且液压致动的较大垫片密封该舱的整个顶部部分。水面发动机舱在深水处被压力补偿，并且具有大约109立方英尺的体积。

两个5000psi的SCBA空气压缩机被用于给空气系统充气，并且位于水面发动机舱内且被液压驱动。位于主内部压载舱内的八个箱均在4500psi下存储500立方英尺的空气，其中一个备用箱连接到紧急空气网路。主空气系统经由降压调节器以240psi工作。环境芯部读出器包括标准导管和三触发器浮子机构，并且水面发动机舱用作环境芯部歧管。

氧气箱位于上体部结构中，并且连接到乘员舱。根据ABS标准，存在足够为五个人提供48小时的生命保障的氧气。料筒型二氧化碳洗涤器被安装在乘员舱内，具有对于48小时工作而言充足的储量。

边舱被空气补偿，并且每个边舱在内部被分成两个主外部压载舱和一个前部纵倾压载舱。每个边舱为大约28英尺长，并且边舱的总体积为大约195立方英尺。

上体部结构在预先钻出的安装点上经由螺栓安装到中央框架上。上体部结构包括被模制成在乘员舱侧面的两个纵向延伸的舷边甲板的玻璃纤维外壳，每个舷边甲板为大约3英尺宽和大约13英尺长。在任一侧的模制玻璃纤维楼梯下降到后部甲板，后部甲板大约10英尺宽且大约4英尺深，并且为六个乘员提供附加座位。扰流板在水面发动机舱罩上延伸，并且用于安装天线和雷达罩。

上体部结构的内部是中空的，并且容纳四个蓄电池组和自由浸水区域。上体部结构的上部部分和下部部分具有一连串单向挡板阀，使得在潜水和浮到水面期间水和空气可进入和离开该组件。下部部分在后部朝包围水面发动机舱的自由浸水半可控压载部分开放。

船体闸门通到下部水面船体中的自由浸水区域以填充或排空压载系统。使用泵来帮助引入水和排出水。四个主内部压载舱是底部开口的衬有压载衬套的矩形箱，并且组合在一起以提供大约170立方英尺的体积。存水弯式连接装置将各个主内部压载舱连接到各个主外部压载舱，并且排出管阀位于乘员舱内。

纵倾压载系统包括在甲板之上安装在后面的稳定舱和位于边舱内的前部纵倾舱。纵倾压载舱被空气补偿，并且组合在一起以提供大约19立方英尺的体积。

水面动力由两个440马力的船用舷内柴油发动机通过2∶1变速比的传动机构提供，在最大推力下产生大约3400英尺磅的转矩。在深水处被压力补偿的输出驱动器提供水面推进。四个可收缩的衬有隔板的大约130加仑的可变排水量燃料室中的每一个均位于主内部压载舱内。

由水面发动机驱动的两个交流发电机向电气系统提供电力。四个蓄电池组为以96VDC工作的主要电气系统提供电存储，每个蓄电池组被包封在潜水分离舱内。每个潜水分离舱是具有以安全系数额定用于最大深度的材料和结构的管式耐压船体。每个蓄电池组具有串联连接的八个铅酸12伏AGM类型的干电池。

次级电气系统以12VDC工作，并且由安装在水面发动机舱内的两个铅酸AGM类型的干电池提供电存储，且具有额外的紧急备用电池。以110VAC工作的补充电气系统由安装在水面发动机舱内并且连接到次级电气系统的逆变器提供。

位于水面发动机舱中的一连串的泵产生被分配给液压网路的液压动力。所述泵由连接到主要电气系统网路的电动机提供动力。在后部甲板的任一侧安装在上体部结构的后部的主液压推进器提供水面下推进力。前部和后部液压推进器提供偏航控制。安装在上体部结构组件的前部部分中的可缩回的水平舵帮助颠簸和摇晃控制。

水面发动机经由动力输出机构驱动泵以向辅助液压系统提供动力，该辅助液压系统为输出驱动器提供纵倾和转向。控制液压系统致动各阀、水平舵和通风口，并且由连接到电动机的泵驱动，该电动机由次要电气系统网路供以存储在蓄电器中的电力。

船舶配备有GPS、雷达、前向和后向感测声波定位器、自动驾驶仪、和海图测绘装置。外部天线被压力补偿。

整个船舶为大约32英尺长，并且在吃水线处为大约28英尺长。安装有边舱的总船幅为大约13.5英尺，并且吃水量为大约20英寸。从龙骨到乘员舱顶部的高度为大约6英尺10英寸，并且从龙骨到扰流板顶部的高度为大约8.5英尺。船舶在干燥时重约26000磅。

示例2

本发明的以下实施例是可用于军事用途的构造。

使用包括由耐腐蚀金属或合成材料制成的I梁或箱形管的中央框架。包括适合的交叉支撑以承受海况。连接到中央框架的主组件包括乘员舱、水面船体、上体部结构、水面发动机舱、边舱以及主内部压载。

乘员舱经由外部的一连串耐腐蚀金属或合成材料带安装到中央框架。其包括具有半球形端部的圆筒形外部耐压船体。耐压船体以安全系数7额定用于600英尺的深度，长度为15英尺且外径为4英尺。材料厚度、品质和构造技术满足美国船级社(ABS)用于额定深度和安全系数的标准。另外，构造所用的材料具有高的NIJ威胁等级抵抗力。

乘员舱的内部配备有金属或合成箱形管框架，内部部件安装在该框架上。内部使得包括导航员在内的五位乘员可纵向就座。包括安装在后部的空调装置。前部具有控制面板和多屏幕显示器，允许经由安装在面板后面的计算机连接的所有船舶系统、传感器和仪表工作。一般的就座区内包括副导航员控制器。

水面船体或者通过胶合剂或者使用连接到预先钻好的安装孔的螺栓而连接到中央框架。该水面船体是V形机动船式滑行船体并且连接有边舱，该船舶的水面轮廓为一般的三体船形状。在盐水中的吃水深度为大约20-24英寸，并且船舶在带有大约520加仑的燃料和适当的有效负载的情况下排出大约30000磅的水。

水面船体的内部包含全部的主内部压载舱以及在它们下面的自由浸水半可控压载区域，后者容纳燃料室和空气箱。水面船体还在船尾包含水面发动机舱和包围该水面发动机舱的自由浸水部分。水面船体的外部经由胶合剂或密封垫片在顶部与上体部结构紧密配合。

在水面船体上包括鱼雷布置，其连接到电气网路以提供计算机发射控制。

水面发动机舱是由耐腐蚀金属或合成材料构造成的箱体，并且在顶部的液压致动的通风口提供了空气入口。在后部铰接的并且液压致动的较大垫片密封该舱的整个顶部部分。水面发动机舱在深水处被压力补偿，并且具有至少110立方英尺的体积。用于该舱的构造的材料具有高的NIJ威胁等级抵抗力。

两个5000psi的SCBA空气压缩机被用于给空气系统充气，并且位于水面发动机舱内且被液压驱动。位于主内部压载舱内的八个箱均在4500psi下存储500立方英尺的空气，其中一个备用箱连接到紧急空气网路。主空气系统经由降压调节器以240psi工作。环境芯部读出器包括标准导管和三触发器浮子机构，并且水面发动机舱用作环境芯部歧管。

氧气箱位于上体部结构中，并且连接到乘员舱。根据ABS标准，存在足够为五个人提供48小时的生命保障的氧气。料筒型二氧化碳洗涤器被安装在乘员舱内，具有对于48小时工作而言充足的储量。

边舱被空气补偿，并且每个边舱在内部被分成两个主外部压载舱和一个前部纵倾压载舱。每个边舱为大约28英尺长，并且边舱的总体积为大约195立方英尺。边舱由具有高的NIJ威胁等级抵抗力的材料制成。

上体部结构在预先钻出的安装点上经由螺栓安装到中央框架上。上体部结构包括被模制成在乘员舱侧面的两个纵向延伸的舷边甲板的铝制外壳，每个舷边甲板为大约3英尺宽和大约13英尺长。在任一侧的铝制楼梯下降到后部甲板，后部甲板大约10英尺宽且大约4英尺深。该轮廓被雷达最小化，并且使用了雷达吸收涂层。

后部甲板和侧面甲板具有可连接枪炮安装座或导弹发射架的硬点和网路连接机构。另外，在甲板铺板中构建舱井，使得枪炮或导弹可缩回潜水分离舱中。潜水分离舱也用于容纳军需品。

上体部结构的内部是中空的，并且容纳四个蓄电池组和自由浸水区域。上体部结构的上部部分和下部部分具有一连串单向挡板阀，使得在潜水和浮到水面期间水可进入和离开该组件。下部部分在后部朝包围水面发动机舱的自由浸水半可控压载部分开放。

船体闸门通到下部水面船体中的自由浸水半可控压载区域以填充或排空压载系统。使用泵来帮助引入水和排出水。四个主内部压载舱是底部开口的衬有压载衬套的矩形箱，并且组合在一起以提供大约170立方英尺的体积。存水弯式连接装置将各个主内部压载舱连接到各个主外部压载舱，并且排出管阀位于乘员舱内。

纵倾压载系统包括在甲板之上安装在后面的稳定舱和位于边舱内的前部纵倾舱。纵倾压载舱被空气补偿，并且组合在一起以提供大约19立方英尺的体积。

水面动力由两个1400马力的涡轮发动机提供。在深水处被压力补偿的喷射驱动装置提供水面推进。四个可收缩的衬有隔板的大约130加仑的可变排水量燃料室中的每一个均位于主内部压载舱内。

由水面发动机驱动的两个交流发电机向电气系统提供电力。四个蓄电池组为以96VDC工作的主要电气系统提供电存储，每个蓄电池组被包封在潜水分离舱内。每个潜水分离舱是具有以安全系数额定用于最大深度的材料和结构的管式耐压船体。每个蓄电池组具有串联连接的八个银锌12V电池。

次级电气系统以12VDC工作，并且由安装在水面发动机舱内的两个银锌电池提供电存储，且具有额外的紧急备用电池。以110VAC工作的补充电气系统由安装在水面发动机舱内并且连接到次级电气系统的逆变器提供。

位于水面发动机舱中的一连串的泵产生被分配给液压网路的液压动力。所述泵由连接到主要电气系统网路的电动机提供动力。在后部甲板的任一侧安装在上体部结构的后部的主液压推进器提供水面下推进力。前部和后部液压推进器提供偏航控制。

水面发动机经由动力输出机构驱动泵以向辅助液压系统提供动力，该辅助液压系统为输出驱动器提供纵倾和转向。控制液压系统致动各阀、水平舵和通风口，并且由连接到电动机的泵驱动，该电动机由次要电气系统网路供以存储在蓄电器中的电力。

船舶配备有军用GPS、雷达、前向和后向感测声波定位器、自动驾驶仪、和海图测绘装置。外部天线被压力补偿。分离舱内存在另外的军用通信装置。

整个船舶为大约32英尺长，并且在吃水线处为大约28英尺长。安装有边舱的总船幅为大约13.5英尺，并且吃水量为大约20英寸。从龙骨到乘员舱顶部的高度为大约6英尺10英寸。船舶在干燥时重约26000磅。

示例3

本发明的以下实施例是可用于工业用途的构造。

使用包括由耐腐蚀金属或合成材料制成的I梁或箱形管的中央框架。包括适合的交叉支撑以承受海况。连接到中央框架的主组件包括乘员舱、水面船体、上体部结构、水面发动机舱、边舱以及主内部压载。

乘员舱经由外部的一连串耐腐蚀金属或合成材料带安装到中央框架。其包括具有半球形端部的圆筒形外部耐压船体。耐压船体以安全系数7额定用于600英尺的深度，长度为15英尺且外径为4英尺。材料厚度、品质和构造技术满足美国船级社(ABS)用于额定深度和安全系数的标准。前端由丙烯酸树脂制成，并且在乘员舱的上部和下部部分也存在丙烯酸树脂。

乘员舱的内部配备有金属或合成箱形管框架，内部部件安装在该框架上。该内部包括用于睡眠设备的折叠卧铺、船用卫生设施以及包括导航员在内的两位乘员的座位。前部具有控制面板和多屏幕显示器，允许经由安装在面板后面的计算机连接的所有船舶系统、传感器和仪表工作。

水面船体或者通过胶合剂或者使用连接到预先钻好的安装孔的螺栓而连接到中央框架。该水面船体是排水型船体。在盐水中的吃水深度比前述示例的吃水深度深，并且船舶在带有满燃料负荷和重有效负载的情况下排出大约40000磅的水。

水面船体的内部包含全部的主内部压载舱以及在它们下面的自由浸水区域，后者容纳燃料室和空气箱。水面船体还在船尾包含水面发动机舱和包围该水面发动机舱的自由浸水区域。水面船体的外部经由胶合剂或密封垫片在顶部与上体部结构紧密配合。水面船体的一部分由丙烯酸树脂制成，以通过乘员舱的底部提供观察窗口。

水面发动机舱是由耐腐蚀金属或合成材料构造成的箱体，并且在顶部的液压致动的通风口提供了空气入口。在后部铰接的并且液压致动的较大垫片密封该舱的整个顶部部分。水面发动机舱在深水处被压力补偿，并且具有大约60立方英尺的体积。

两个5000psi的SCBA空气压缩机被用于给空气系统充气，并且位于水面发动机舱内且被液压驱动。位于主内部压载舱内的八个箱均在4500psi下存储500立方英尺的空气，其中一个备用箱连接到紧急空气网路。主空气系统经由降压调节器以240psi工作。环境芯部读出器包括标准导管和三触发器浮子机构，并且水面发动机舱用作环境芯部歧管。

氧气箱位于上体部结构中，并且连接到乘员舱。根据ABS标准，存在足够为两个人提供48小时的生命保障的氧气。料筒型二氧化碳洗涤器被安装在乘员舱内，具有对于48小时工作而言充足的储量。

边舱被空气补偿，并且每个边舱在内部被分成两个主外部压载舱和一个前部纵倾压载舱。每个边舱为大约28英尺长，并且边舱的总体积超过350立方英尺。

上体部结构在预先钻出的安装点上经由螺栓安装到中央框架上。上体部结构包括被模制成在乘员舱侧面的两个纵向延伸的舷边甲板的玻璃纤维外壳，每个舷边甲板为大约3英尺宽和大约13英尺长。在上体部结构上存在使燃料负荷加倍的四个额外的燃料室。还存在用于两个操纵臂的安装座。

上体部结构的内部是中空的，并且容纳四个蓄电池组和自由浸水区域。上体部结构的上部部分和下部部分具有一连串单向挡板阀，使得在潜水和浮到水面期间水可进入和离开该组件。下部部分在后部朝包围水面发动机舱的自由浸水半可控压载部分开放。

船体闸门通到下部水面船体中的自由浸水区域以填充或排空压载系统。使用泵来帮助引入水和排出水。四个主内部压载舱是底部开口的衬有压载衬套的矩形箱，并且组合在一起以提供大约170立方英尺的体积。存水弯式连接装置将各个主内部压载舱连接到各个主外部压载舱，并且排出管阀位于乘员舱内。

纵倾压载系统包括在甲板之上安装在后面的稳定舱和位于边舱内的前部纵倾舱。纵倾压载舱被空气补偿，并且组合在一起以提供大约19立方英尺的体积。

水面动力由单个440马力的船用舷内柴油发动机通过2∶1变速比的传动机构提供，在最大推力下产生大约3400英尺磅的转矩。在深水处被压力补偿的输出驱动器提供水面推进。四个可收缩的衬有隔板的大约130加仑的可变排水量燃料室中的每一个均位于主内部压载舱内。

由水面发动机驱动的两个交流发电机向电气系统提供电力。四个蓄电池组为以96VDC工作的主要电气系统提供电存储，每个蓄电池组被包封在潜水分离舱内。每个潜水分离舱是具有以安全系数额定用于最大深度的材料和结构的管式耐压船体。每个蓄电池组具有串联连接的八个铅酸12伏AGM类型的干电池。

次级电气系统以12VDC工作，并且由安装在水面发动机舱内的两个铅酸AGM类型的干电池提供电存储，且具有额外的紧急备用电池。以110VAC工作的补充电气系统由安装在水面发动机舱内并且连接到次级电气系统的逆变器提供。

位于水面发动机舱中的一连串的泵产生被分配给液压网路的液压动力。所述泵由连接到主要电气系统网路的电动机提供动力。在后部甲板的任一侧安装在上体部结构的后部的主液压推进器提供水面下推进力。前部和后部液压推进器提供偏航控制。

水面发动机经由带驱动泵以向辅助液压系统提供动力，该辅助液压系统为输出驱动器提供纵倾和转向。控制液压系统致动各阀、水平舵和通风口，并且由连接到电动机的泵驱动，该电动机由次要电气系统网路供以存储在蓄电器中的电力。

船舶配备有GPS、雷达、前向和后向感测声波定位器、自动驾驶仪、和海图测绘装置。外部天线被压力补偿。

整个船舶为大约32英尺长，并且在吃水线处为大约28英尺长。安装有边舱的总船幅为大约13.5英尺，并且吃水量为大约40英寸。从龙骨到乘员舱顶部的高度为大约6英尺10英寸。船舶在干燥时重约30000磅。