CN101811427B - 两栖车辆折叠式水翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两栖车辆折叠式水翼装置，它加装在履带式两栖车辆车体两侧，该装置可简化为一种自由度为1的6杆机构，当两栖车辆在水中航行时，水翼装置在液压缸的驱动下展开，连接在折叠机构上的平板用作水翼，以便增大两栖车辆在水中行驶时的迎水面积，提高两栖车辆受到的升力，使两栖车辆尽快地从水中升起，从而间接起到减少两栖车辆所受到的阻力、提高航速的目的。当两栖车辆在陆上行驶时，液压缸退回，折叠机构收起，平板呈和车体侧边平行的竖直状态，可起到保护两栖车辆行动装置的作用。该发明在技术实现上比较便利，主要在车体两侧加装折叠机构和液压缸等，结构简单，制作成本低，增速效果明显。

Description

两栖车辆折叠式水翼装置

技术领域

本发明涉及一种履带式两栖车辆折叠水翼装置，尤其涉及一种适用于两栖车辆水上高速行驶的折叠式水翼装置。

背景技术

随着现代化战争的发展，登陆作战迫切需要快速地从水上(一般海上)将士兵运送到陆地，并克服海岸障碍，实现成功登陆。履带式两栖车辆具有这种功能，但由于其车体质量大，车体体积相对较小，要实现在水上快速行驶比较困难。但随着发动机技术和喷水推进技术的发展，能够提供大功率和大推进力的发动机和喷水推进器已被开发出来，如果配合合理的车体设计，使两栖车辆在水上高速行驶已经成为可能。借鉴水上高速行驶运输工具的设计原理，考虑到两栖车辆车体较小，在车体两侧加装水翼是一种可行的方案。这是因为水翼所能提供的动升力大，车辆在较低的速度下就可依靠动升力实现抬起，以减少车辆在水中的浸湿面积，减少阻力。

$F_L=\frac{1}{2}{C}_L\·\mathrm{\ρ}{V}^{2}S---\left(1\right)$

C_L＝2πα    (2)

在式(1)中，C_L为水翼的升力系数，ρ为水的密度，V为车辆在水中航行的速度，s为水翼的迎水面积。式(2)中，α为水翼的攻角。考虑到两栖车辆两侧所能铰接的水翼宽度较小，而长度较大，因此其升力系数要比式(2)小。

加装水翼的方法有多种，如美国正在开发的AAAV(Advanced AssaultAmphibious Vehicles，先进两栖突击车)采用铰链的方式把一部分裙板当作水翼，当车辆在水上航行时，依靠液压动力转动铰链，实现水翼的缩放。这种方案实现上较为方便，但也有比较大的缺点。一是采用铰链固定水翼平板会限制水翼平板浸入水下的深度，当平板上面不在水下时，此时处于滑行状态，滑行平板的升力系数是式(2)的一半，这样将降低平板所起到的作用；二是高速两栖车辆多用于海上登陆作战和输送士兵，在海上波浪比较大的时候，由于平板浸入水下深度很小，使得车辆的振动比较大，成员感觉非常不舒服。因此尽可能地增加平板在水下的深度，提高平板升力并减少波浪对车辆乘坐舒适性的干扰是本发明着重解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种两栖车辆折叠式水翼装置，在履带式两栖车辆左右两侧的车体及履带之间并结合两栖车辆的裙板安装此装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种两栖车辆折叠式水翼装置，它包括：第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一加固横梁、第二加固横梁、第三加固横梁、第四加固横梁、第一液压缸、第二液压缸、第一滑块、第二滑块、第一竖杆、第二竖杆、第三竖杆、第一长滑块、第二长滑块、第三长滑块、第一连杆、第二连杆和横杆。所述第一竖杆、第二竖杆、第三竖杆分别安装在第一长滑块、第二长滑块和第三长滑块上，第一滑块、第二滑块和第一连杆、第二连杆位于同一平面。第一加固横梁、第二加固横梁、第三加固横梁、第四加固横梁一端分别固定在第一液压缸、第二立柱、第三立柱和第四液压缸上，另一段则固定在车体不会和履带或其他行动装置发生干涉的地方。水翼平板通过第一液压缸圆柱销与第一液压缸相连，通过第二液压缸圆柱销与第二液压缸相连，通过第一滑块下圆柱销与第一滑块相连，通过第二滑块下圆柱销与第二滑块相连，通过第一连接螺栓与第一竖杆相连，通过第二连接螺栓与第二竖杆相连，通过第三连接螺栓与第三竖杆相连。第一滑块通过第一滑块上圆柱销与第一连杆相连，第二滑块通过第二滑块上圆柱销与第二连杆相连。第一连杆、第二连杆的另一端均直接套在横杆上，横杆依次穿过第一长滑块伸出固定第一固定滑块槽的耳垂、第二长滑块伸出固定第二固定滑块槽的耳垂、第三长滑块伸出固定第三固定滑块槽的耳垂并固定。第一竖杆通过第一长滑块圆柱销与第一长滑块相连，第二竖杆通过第二长滑块圆柱销与第二长滑块相连，第三竖杆通过第三长滑块与第三长滑块圆柱销相连。

水翼平板和第一液压缸圆柱销、第一滑块下圆柱销、第二滑块下圆柱销、第二液压缸圆柱销之间具有配合间隙，第一竖杆和第一连接螺栓之间具有配合间隙、第二竖杆和第二连接螺栓之间具有配合间隙、第三竖杆和第三连接螺栓之间具有配合间隙。第一连杆和第一滑块上圆柱销之间具有配合间隙，第二连杆和第二滑块上圆柱销之间具有配合间隙。第一竖杆和第一长滑块圆柱销之间具有配合间隙，第二竖杆和第二长滑块圆柱销之间具有配合间隙，第三竖杆和第三长滑块圆柱销之间具有配合间隙。

本发明具有的有益效果是：在履带式两栖车辆两侧各安装一套折叠式水翼装置，当履带式两栖车辆在水中行驶时，折叠装置在前后液压缸的推动下运动并向外侧伸展，同采用铰链式折叠水翼相比，水翼平板浸入水下更深，所能产生的升力更大，同时车辆所受到的波浪更小。通过所做的模拟仿真可以证明，只要平板的宽度在0.4m左右，就可以保证车辆在6m/s左右的速度达到依靠动升力抬起车体的目的，相比于不加水翼平板和采用铰链式的水翼平板装置的设计方案，其“起飞”速度都有明显降低。本发明在技术实现上比较便利，主要加装一套伸缩机构、在车体上焊接四个立柱和固定两个液压缸即可。由于目前履带式两栖车辆的行动装置大部分是油缸控制的可收起的装置，因此加装此套装置不会产生额外的技术难题。

附图说明

图1是折叠水翼机构简图，其中，(a)为折叠状态的示意图，(b)为展开状态的示意图；

图2是水翼平板收起，两栖车辆在陆上行驶时的车体示意图；

图3图2的右视图；

图4是水翼平板伸开，两栖车辆在水上行驶时的车体示意图；

图5是图4的右视图；

图6是连接中间两个立柱(放置滑块)的横梁的剖视图；

图中：1、第一液压缸，2、第一加固横梁，3、第一液压缸圆柱销，4、水翼平板，5、第一竖杆，6、第一连接螺栓，7、第一滑块下圆柱销，8、第一滑块，9、第二加固横梁，10、第二连接螺栓，11、第二竖杆，12、第三连接螺栓，13、第二滑块下圆柱销，14、第三加固横梁，15、第二滑块，16、第三竖杆，17、第二液压缸圆柱销，18、第四加固横梁，19、第二液压缸，20、第四立柱，21、第三长滑块圆柱销，22、第三长滑块，23、第三固定滑块槽，24、连接横杆，25、第二连杆，26、第二滑块上圆柱销，27、第二长滑块圆柱销，28、第二长滑块，29、第二固定滑块槽，30、第一连杆，31、第一长滑块圆柱销，32、第一长滑块，33、第一固定滑块槽，34、第一滑块上圆柱销，35、第一立柱，36、履带，37、车体，38、第二立柱，39、第三立柱。

具体实施方式

本发明结合两栖车辆左右两侧的结构特点，设计了自由度为1的6杆机构，其中1个杆由车体来作为固定支撑，这样共有5个活动杆(L₁、L₂、L₄、L₅、L₆，在实际机构中，为了满足强度要求和避免发生干涉，采用虚约束等方式设计了多个杆，比如杆L₁由3个长滑块实现，杆L₄是由3个平行的竖杆实现等，但他们可简化为具有5个活动杆的机构)，2个移动副和5个转动副构成，根据机构自由度计算公式有：

F＝n×3-J×2＝5×3-7×2＝1    (3)

其中，n为机构中活动构件的数目，J为平面低副的数目。

为了避免连杆和履带发生干涉，一方面要将连杆做成弯曲的形状；另一方面，考虑到连杆和滑块的铰点越靠近上侧，越能降低干涉的可能性，因此将在滑块上的复合转动副分别放在滑块的上面和下面。在这个方案中，连杆的长度x，滑块的高度y和如图所示的尺寸之间需要满足一定的关系，否则将不能进行连接，根据机构折叠前后的状态可得到如下关系式：

$x=\sqrt{{2b}^2-2\mathrm{ab}+a^2}---\left(4\right)$

y＝c-b    (5)

根据如上所述的机构，为了满足尺寸之间的关系，同时保证平板有足够的宽度，首先在车体两侧各焊接4个立柱，立柱从履带上侧的车体外部向下延伸到负重轮的轴心处。为了加强立柱的强度，在车体两侧再增加4根横梁将立柱和履带内侧的车体外部连接。由于立柱上分别连接了液压缸和滑块，因此横梁和立柱的连接方式也不同。滑块和液压缸固定在最前和最后面的支柱上，中间两个支柱连接滑块。这样，3个竖杆、两个滑块以及液压缸均和平板连接，可以提供足够的强度。同时为了避免滑块和竖杆发生干涉，用一个横支杆将三个长滑块进行连接，而横支杆则和两个连杆相连。连杆则和滑块进行相连。当液压缸推动平板向下运动时，平板就会带动滑块沿立柱向下滑动，滑块则会通过连杆带动3个长滑块向车体外侧滑动，3个竖杆则拉动平板向车体外侧运动。只要各杆的长度满足式(4)和(5)的要求，就可使平板由竖直状态变为水平状态。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

图1本发明的机构简图。图2是本发明所示的实例图。在履带式两栖车辆左右两侧各固定一套本发明的折叠式水翼装置，本发明的折叠式水翼装置包括第一立柱35、第二立柱38、第三立柱39、第四立柱20、第一加固横梁2、第二加固横梁9、第三加固横梁14、第四加固横梁18、第一液压缸1、第二液压缸19、第一滑块8、第二滑块15、第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16、第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22、第一连杆30、第二连杆25和横杆24。图2和图3是水翼装置处于折叠状态时的示意图，图2为主视图，图3为左视图，图4和图5是水翼装置处于展开状态时的示意图，图4为主视图，图5为左视图，图6为中间两个立柱(放置滑块)的加固横梁的剖视图。

第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16分别安装在第一长滑块32、第二长滑块28和第三长滑块22上，第一滑块8、第二滑块15和第一连杆25、第二连杆30安装在同一个平面上。第一加固横梁2、第二加固横梁9、第三加固横梁14、第四加固横梁18一端分别固定在第一液压缸1、第二立柱38、第三立柱39和第四液压缸19上，另一段则固定在车体37上，并且不会和履带36或其他行动装置发生干涉的地方。

水翼平板4分别和第一液压缸1、第二液压缸19、第一滑块8、第二滑块15以及第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16相连。连接采用第一液压缸圆柱销3、第一滑块下圆柱销7、第二滑块下圆柱销13、第二液压缸圆柱销17和第一连接螺栓6、第二连接螺栓10、第三连接螺栓12实现。其中4个圆柱销通过螺钉分别固定在第一液压缸1、第一滑块8、第二滑块15和第二液压缸19上。水翼平板4则和第一液压缸圆柱销3、第一滑块下圆柱销7、第二滑块下圆柱销13、第二液压缸圆柱销17具有配合间隙，以实现转动。第一连接螺栓6、第二连接螺栓10、第三连接螺栓12则固定在水翼平板4上，第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16和第一连接螺栓6、第二连接螺栓10、第三连接螺栓12之间具有配合间隙，以实现相互转动。第一滑块8、第二滑块15和第一连杆30、第二连杆25采用第一滑块上圆柱销34，第二滑块上圆柱销26进行连接。采用螺钉分别将第一滑块上圆柱销34，第二滑块上圆柱销26固定在第一滑块8、第二滑块15上。第一连杆30、第二连杆25则和第一滑块上圆柱销34、第二滑块上圆柱销26具有配合间隙，以便实现相互的转动。第一连杆30、第二连杆25的另一端直接套在横杆24上，第一连杆30、第二连杆25的横向固定由第一滑块8、第二滑块15完成。横杆24穿过第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22伸出固定第一固定滑块槽33、第二固定滑块槽29、第三固定滑块槽23的耳垂，采用类似螺栓的形式进行固定。

第一固定滑块槽33、第二固定滑块槽29、第三固定滑块槽23焊接在履带上方的车体外壁上。第一长滑块32、第二长滑块28和第三长滑块22的两端进行了倒角，以便于安装。第一固定滑块槽33、第二固定滑块槽29和第三固定滑块槽23的下部开出贯穿槽的缺口，该缺口的宽度要大于第一长滑块32、第二长滑块28和第三长滑块22上的耳垂的宽度以及第一竖杆6、第二竖杆11和第三竖杆16的宽度。采用第一长滑块圆柱销31、第二长滑块圆柱销27、第三长滑块圆柱销21分别将第一竖杆6、第二竖杆11、第三竖杆16和第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22进行连接，第一竖杆6、第二竖杆11、第三竖杆16和第一长滑块圆柱销31、第二长滑块圆柱销27、第三长滑块圆柱销21之间具有配合间隙，以便实现相互转动。用螺钉将第一长滑块圆柱销31、第二长滑块圆柱销27、第三长滑块圆柱销21固定在第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22上，第一长滑块圆柱销31、第二长滑块圆柱销27、第三长滑块圆柱销21的长度要小于固定滑块槽内的槽宽，以便第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22在槽内滑动。第一加固横梁2、第四加固横梁18一端连接在车体外壁上，另一端则分别连接在第一液压缸1、第二液压缸19外壁上，用于加强液压缸支柱的强度。而第二加固横梁9、第三加固横梁14则直接连接在第二立柱38、第三立柱39上，图6所示是横梁外端直接焊接在立柱上。为了避免横梁和滑块发生干涉，在横梁上设计了如图6所示的结构。

第一连杆30、第二连杆25的直线长度和第一滑块8、第二滑块15的高度满足等式4和5。在这个6杆机构中(其中有5个杆为活动杆)，为了满足机构折叠前后的状态要求，只有3个杆的长度为自由变量，一般可选为第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22的长度、第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16的高度以及水翼平板4的宽度，另外两个杆的长度，即第一连杆30、第二连杆25的直线长度和第一滑块8、第二滑块15的高度依赖于前面三个尺寸。比如选择第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16的高度为1.2m，第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22的长度为0.7m，水翼平板4的宽度为0.4m，则第一连杆30、第二连杆25的直线长度为0.762m，第一滑块8、第二滑块15的高度则应为0.5m，这样，该机构可实现装配。

由于折叠式水翼装置安装在车体、履带及行动装置之间。避免装置和行动装置发生干涉以及保证装置具有足够的强度是实施时着重注意的问题。为此，在水翼平板4前后固定第一液压缸1和第二液压缸19，这样可以克服车辆入水和出水时海水对平板的阻力，以及承担车辆在水上行驶时水翼平板的部分阻力和升力。由于第一竖杆5、第二竖杆11和第三竖杆16要伸出车体承受水翼平板的升力和阻力，因此为了避免第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16、第一滑块8、第二滑块15、第一连杆25、第二连杆30、第二立柱38和第三立柱39发生干涉，将第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16，第二柱38、第三立柱39，第一滑块8、第二滑块15、第一连杆25、第二连杆30沿车体纵向分开安装。

当两栖车辆入水时，第一液压缸1、第二液压缸19中的活塞杆在液压油的作用下向下运动，推动水翼平板4也向下运动，由于水翼平板和第一滑块8、第二滑块15相连，滑块会跟着沿第二立柱38、第三立柱39向下运动，通过第一连杆30、第二连杆25和横杆24的作用，第一长滑块32、第二长滑块28、第三长滑块22沿着第一固定滑块槽33、第二固定滑块槽29、第三固定滑块槽23向车体外侧运动，连接在第一长滑块33、第二长滑块29、第三长滑块23上的第一竖杆5、第二竖杆11、第三竖杆16则带动水翼平板4向车体外侧伸展。当活塞杆运动到最低端时，水翼平板正好呈水平状态，这样机构实现了伸展动作。展开的水翼平板4在车体的水线以下可达0.5m，理论上与处于滑行状态的平板相比，其升力可达其2倍。这样车体可在较低速度下实现“起飞”。随着车体从水中被水动力托起，其湿水面积逐渐减少，车体的阻力在达到某一峰值之后将开始降低。因此可实现两栖车辆在水上的高速行驶。

当两栖车辆出水时，第一液压缸1、第二液压缸19中的活塞杆相上运动，从而带动机构中的其他杆件向相反的方向运动，实现水翼平板4的收缩动作。水翼平板4在收起后，呈竖直状态，并且其处于负重轮轴中心以上，不会对车辆在陆上的行驶构成障碍。同时水翼平板4也能对车体的行动系统起到保护作用。

Claims (2)

1.一种两栖车辆折叠式水翼装置，其特征在于，它包括：第一立柱(35)、第二立柱(38)、第三立柱(39)、第四立柱(20)、第一加固横梁(2)、第二加固横梁(9)、第三加固横梁(14)、第四加固横梁(18)、第一液压缸(1)、第二液压缸(19)、第一滑块(8)、第二滑块(15)、第一竖杆(5)、第二竖杆(11)、第三竖杆(16)、第一长滑块(32)、第二长滑块(28)、第三长滑块(22)、第一连杆(30)、第二连杆(25)和横杆(24)；所述第一竖杆(5)、第二竖杆(11)、第三竖杆(16)分别安装在第一长滑块(32)、第二长滑块(28)和第三长滑块(22)上，第一滑块(8)、第二滑块(15)和第一连杆(25)、第二连杆(30)位于同一平面；第一加固横梁(2)、第二加固横梁(9)、第三加固横梁(14)、第四加固横梁(18)一端分别固定在第一液压缸(1)、第二立柱(38)、第三立柱(39)和第四液压缸(19)上，另一端则固定在车体(37)不会和履带(36)或其他行动装置发生干涉的地方；水翼平板(4)通过第一液压缸圆柱销(3)与第一液压缸(1)相连，通过第二液压缸圆柱销(17)与第二液压缸(19)相连，通过第一滑块下圆柱销(7)与第一滑块(8)相连，通过第二滑块下圆柱销(13)与第二滑块(15)相连，通过第一连接螺栓(6)与第一竖杆(5)相连，通过第二连接螺栓(10)与第二竖杆(11)相连，通过第三连接螺栓(12)与第三竖杆(16)相连；第一滑块(8)通过第一滑块上圆柱销(34)与第一连杆(30)相连，第二滑块(15)通过第二滑块上圆柱销(26)与第二连杆(25)相连；第一连杆(30)、第二连杆(25)的另一端均直接套在横杆(24)上，横杆(24)依次穿过第一长滑块(32)伸出固定第一固定滑块槽(33)的耳垂、第二长滑块(28)伸出固定第二固定滑块槽(29)的耳垂、第三长滑块(22)伸出固定第三固定滑块槽(23)的耳垂；第一竖杆(5)通过第一长滑块圆柱销(31)与第一长滑块(32)相连，第二竖杆(11)通过第二长滑块圆柱销(27)与第二长滑块(28)相连，第三竖杆(16)通过第三长滑块(22)与第三长滑块圆柱销(21)相连，第一滑块(8)和第二滑块(15)分别沿着第二立柱(38)、第三立柱(39)运动。

2.根据权利要求1所述两栖车辆折叠式水翼装置，其特征在于，所述水翼平板(4)和第一液压缸圆柱销(3)、第一滑块下圆柱销(7)、第二滑块下圆柱销(13)、第二液压缸圆柱销(17)之间具有配合间隙，第一竖杆(5)和第一连接螺栓(6)之间具有配合间隙、第二竖杆(11)和第二连接螺栓(10)之间具有配合间隙、第三竖杆(16)和第三连接螺栓(12)之间具有配合间隙；第一连杆(30)和第一滑块上圆柱销(34)之间具有配合间隙，第二连杆(25)和第二滑块上圆柱销(26)之间具有配合间隙；第一竖杆(5)和第一长滑块圆柱销(31)之间具有配合间隙，第二竖杆(11)和第二长滑块圆柱销(27)之间具有配合间隙，第三竖杆(16)和第三长滑块圆柱销(21)之间具有配合间隙。

Images