CN102131696A - 无水平尾翼的地效翼船 - Google Patents

Abstract

本发明地效翼船机翼结构，其特征在于，在由包括船体的主体、包括主翼的机翼部及包括引擎的推进装置部构成的地效翼船中，上述机翼部包括：主翼，在地效翼船船体的侧面中央部分向外凸出；下向翼，在上述主翼外侧末端垂直向下固定；鸭翼(Canard)，从船体的前端向外水平凸出，且位于从上述主翼到地效翼船的行进方向；而上述下向翼，包括：下向板，在上述主翼的末端向下方向一体固定；可变型方向舵(Rudder)部，与上述下向板背面相对而设；而上述升降舵部的侧截面形状中，包括前缘的前面部呈具备防止不发生流动分离的适当厚度的圆形，从具备顶点厚度的部位减少厚度，且后缘呈一字形以尖锐的形状收敛，而且，整体下向翼的垂直截面形状呈螺旋桨形。因此，通过替代为确保纵向摇摆稳定性而必需具备的水平尾翼而形成鸭翼，解决因地面效应导致的水平尾翼设计难度。

Description

无水平尾翼的地效翼船

技术领域

本发明涉及地效翼船机翼结构，尤其涉及替代水平尾翼形成鸭翼以构成地效翼船机翼结构的地效翼船船体及机翼形状。

背景技术

一般而言，在航空器及地效翼船中，为了抑制纵向摇摆而使用水平尾翼。考虑到前侧主翼导致的下洗角(downwash angle)，上述水平尾翼具有适当的大小及初始角度。

但是，在地效翼船上，下洗角的变化不仅取决于主翼的襟翼变化等人为的形状，而且，还取决于航行高度。即，在低的高度下，因水面的作用具有流动变成平行的趋势，从而下洗角大小变小，而在高的高度下，大小将恢复至原来的值。

即，发生不易设计出适当水平尾翼的情况，而且，根据不同的情况，在航行时还会发生意想不到的不稳定情况。

但是，目前为止还没有开发出可替代垂直尾翼的装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种无水平尾翼的地效翼船，其减少在贴近水面以低的高度航行的地效翼船中经常发生的下洗角的变化量，确保船体纵向摇摆控制的一贯性。

本发明的另一目的在于提供一种无水平尾翼的地效翼船，其通过降低因地面效应导致的水平尾翼设计难度和通过消除设置所需的结构加固需求，提高制作便利性并降低船体重量。

为了解决上述问题，本发明地效翼船机翼结构，其特征在于，在由包括船体的主体、包括主翼的机翼部及包括引擎的推进装置部构成的地效翼船中，上述机翼部包括：主翼，在地效翼船船体的侧面中央部分向外凸出；下向翼，在上述主翼外侧末端垂直向下固定；鸭翼(Canard)，从船体的前端向外水平凸出，且位于从上述主翼到地效翼船的行进方向；而上述下向翼，包括：下向板，在上述主翼的末端向下方向一体固定；可变型方向舵(Rudder)部，与上述下向板背面相对而设；而包括上述方向舵部的下向板的垂直截面形状中，包括前缘的前面部呈具备防止不发生流动分离的适当厚度的圆形，而后面部从具备顶点厚度的部位向后缘方向减少厚度，且后缘呈一字形以尖锐的形状收敛，而且，整体下向翼的垂直截面形状呈螺旋桨形。

在此，上述鸭翼，包括：水平稳定板，具备固定型水平板结构；可变型升降舵部，与上述水平稳定板的背面相对而设；而上述升降舵部的侧截面形状中，包括前缘的前面部呈具备防止不发生流动分离的适当厚度的圆形，而且从具备顶点厚度的部位减少厚度，且后缘呈一字形以尖锐的形状收敛，而且，整体水平尾翼的侧截面形状呈螺旋桨形。

另外，上述下向翼的下部呈拱形或流线形“V”字形，以减少与海水及海面附近空气的摩擦力。

另外，上述下向翼的材质为碳纤维铝。

与此同时，在上述主翼内部，包括：多个肋材，连接主翼的前缘和后缘并呈螺旋桨形；多个翼梁，与上述肋材交叉并呈板状。

若将本发明机翼结构设置于地效翼船，可减少在贴近水面以低的高度航行的地效翼船中经常发生的下洗角的变化量，确保船体纵向摇摆控制的一贯性。

另外，通过消除设置所需的结构加固需求，提高制作便利性并降低船体重量。

附图说明

图1为无水平尾翼的地效翼船侧剖面图；

图2为本发明地效翼船机翼结构的第一实施例；

图3为图2中的主翼和下向翼剖面图；

图4为在主翼内部具备肋材和翼梁的示意图；

图5为下向翼的结合部结合示意图；

图6为下向翼下部形状的实施例示意图；

图7为另一实施例下向翼结构示意图；

图8及图9为如图7所示结构中的下向翼下部形状实施例示意图。

^*附图标记^*

100：地效翼船船体         200：主翼

211：翼梁                 212：肋材

300：下向翼               310：下向板

320：方向舵部             400：水平尾翼

410：水平稳定板           420：升降舵部

500：垂直尾翼             600：鸭翼

610：水平稳定板           620：升降舵部

615：槽

具体实施方式

下面，结合附图对本发明地效翼船机翼结构进行详细说明。

图2为本发明地效翼船机翼结构的第一实施例；图3为图2中的主翼和下向翼剖面图；图4为在主翼内部具备肋材和翼梁的示意图；图5为下向翼的结合部结合示意图；图6为下向翼下部形状的实施例示意图；图7为另一实施例下向翼结构示意图；图8及图9为如图7所示结构中的下向翼下部形状实施例示意图。

下面，在附图中说明的地效翼船机翼结构中，具备以地效翼船的船体轴为中心左/右侧对称的结构。因此，即使对一侧机翼结构进行说明，也可视为另一侧机翼结构也具有相同的结构。

图1为无水平尾翼的地效翼船侧剖面图。首先，结合图2至图6对第一实施例的机翼结构进行详细说明。

如图2所示，本发明第一实施例的地效翼船100的整体机翼结构，包括：主翼200，在地效翼船船体的侧面中央部分向外凸出；下向翼300，在上述主翼200外侧末端无接头地垂直向下固定鸭翼(Canard)600，从船体100的前端向外水平凸出，且位于从上述主翼200到地效翼船的行进方向；而上述下向翼300，包括：下向板310，在上述主翼200的末端向下方向一体固定；可变型方向舵(Rudder)部320，与上述下向板310背面相对而设；而包括上述方向舵部320的下向板300的垂直截面形状中，包括前缘321的前面部呈具备防止不发生流动分离的适当厚度的圆形，而后面部从具备顶点厚度的部位减少厚度，且后缘329呈一字形以尖锐的形状收敛，而且，整体下向翼300的垂直截面形状呈蝌蚪形状的螺旋桨形。

即，现有技术的下向翼呈沿垂直方向具备一定厚度的一字形板状，但第一实施例中的下向翼结构呈与螺旋桨形类似的流线形机翼截面，从而抑制涡流并增加推力。具体而言，一般而言，在机翼下存在从内向外的流体流动，而在此时，若在机翼末端部分沿垂直方向设置小翼或下向翼，则机翼下的流体流动对小翼形成一定的入射角(迎角)，因此，这样的设置将在小翼上产生扬力(lift)。这样的扬力可分解为地效翼船行进方向的成分和水平方向的成分，而其中的行进方向的成分起到增加推力(thrust)的作用。因此，若小翼具有作为一般机翼截面形状的螺旋桨形截面，则可最大限度地产生扬力。

换言之，末端扬力面的前缘具备防止不发生流动分离(separation)的适当厚度的圆形，而后缘(trailing edge)因尖锐(sharp)而在产生分离时最大限度地产生扬力，从而不仅通过抑制涡流而减少阻力，而且还起到增加推力的作用。另外，这样的下向翼形状较之现有技术的小翼具有更大的体积，因此，可吸收起飞或降落时的冲击力并确保上述船体的水平摇摆稳定性，从而可在地效翼船及水上飞机上替代浮子(float)。即，若为水上飞机，则作为降落辅助装置具备滑雪板形状的浮子，但可通过使下向翼的截面及下部具备这样的流线形以替代浮子，从而简化结构。

在上述下向翼300中，固定型下向板310结构和与之相对结合的可变型方向舵部320结构，在地效翼船100上替代垂直尾翼而将下向翼300用于船首摇摆控制。更具体而言，在地效翼船100中，若将机翼设置于主体上端部，则为了最大限度地提高地面效应，将设置相对较大的下向翼300，而此时，将利用扬力面形状且在扬力面背面设置与垂直尾翼的方向舵一样的驱动部320。通过运行上述驱动部320，起到确保对船首摇摆的稳定性，补偿左右推力的不对称性的作用。

在此，上述下向板310为在主翼200末端无接头地垂直向下连接的固定式，而上述方向舵部320为设置于上述下向板310背面的可变式，以驱动上述船体向左侧或右侧旋转。

上述鸭翼600，包括：水平稳定板610，从上述地效翼船船体100的前端向外水平凸出固定，且位于从上述主翼200到地效翼船的行进方向；升降舵620，设置于上述水平稳定板610背面，以驱动上述船体100上升或下降。

下面，对上述下向翼300及鸭翼600结构进行更详细的说明。

首先，在地效翼船移动时，上述主翼200和上述下向翼310及水平稳定板610为固定型结构，而通过驱动部的操作驱动上述船体100左/右旋转的方向舵部320或用于驱动船体上升/下降的升降舵部620为可变型结构。

即，上述方向舵部320后缘(Trailing edge)可向左/右方向旋转，而上述升降舵部后缘(Trailing edge)629可向上/下方向旋转，从而确保对船首摇摆的稳定性并补偿左右推力的不对称性。

从而可实现去掉用于控制船首摇摆的垂直尾翼结构的地效翼船机翼结构。

上述主翼200在地效翼船的侧面中央部分，由具有与现有航空器的风板(Airfoil＝螺旋桨)相同形状的，其侧面为螺旋桨形的平整的翼板向外依次凸出连接而成，而且，在使前缘201和后缘209的间隔变窄的同时凸出。即，在上述螺旋桨形状中，上述前缘201的左/右方向的形状为水平的一条直线，而上/下方向呈平整的圆形(Round)，而在从上述前缘201到上述后缘209中，从上述前缘201顶点到(3至4)/10位置，延长上述圆形的上/下侧流线形的高度，而从上述(3至4)/10位置到上述后缘，缩短上/下侧流线形高度，而且，在上述后缘209顶点以尖锐的形状收敛。此时，上述主翼200的侧面为螺旋桨形，而材质为碳纤维铝。

上述下向板310的前缘311的左/右方向的形状为平整的圆形(Round)，而后缘319构成尖锐的形状以形成两个分离。此时，若以平面方式说明上述两个分离，则两个分离之间以垂直直线形成槽(＝沟)315。

此时，上述下向板310的材质为碳纤维铝，而下部形状为拱形或流线形“V”字形，以减少水面或地面摩擦力。

上述方向舵部320从上述下向板310的槽315相隔一定间距而设，以通过驱动部改变方向。而且，前缘321为圆形(Round)，而后缘329形成尖锐的形状以形成一个分离。此时，较佳地，由其平面为螺旋桨形的垂直一条直线的翼板构成，且材质为碳纤维铝，而且，下部为拱形或流线形“V”揤字形。

另外，在上述方向舵部320中，若通过上述驱动部的操作驱动方向舵部320的后缘329向左/右侧方向旋转，则上述方向舵部320前缘321的圆形，在不与上述槽发生摩擦的情况下旋转。

另外，上述鸭翼600，包括：水平稳定板610，具备固定型水平板结构；可变型升降舵部620，与上述水平稳定板610的背面相对而设；而上述升降舵部620的侧截面形状中，包括前缘621的前面部呈具备防止不发生流动分离的适当厚度的圆形，而且从具备顶点厚度的部位减少厚度，且后缘629呈一字形以尖锐的形状收敛，而且，整体鸭翼600的侧截面形状呈蝌蚪形状的螺旋桨形。

上述水平稳定板610，在作为主翼前面方向的船体100前端部，由具有与现有航空器的风板(Airfoil＝螺旋桨)相同形状的，其侧面为蝌蚪形状的平整的翼板向外依次凸出连接而成且前缘(Leading edge)611和后缘(Trailing edge)629的间隔逐渐变窄，而且，前缘611的形状为平整的圆形(Round)，而后缘619形成尖锐的形状以产生两个分离。此时，若以平面方式说明上述两个分离，则两个分离之间以垂直直线形成槽(＝沟)615。另外，较佳地，上述水平稳定板610的材质为碳纤维铝。

此时，上述升降舵部620从上述水平稳定板610的槽615相隔一定间距而设。此时，在上述升降舵部620中，上述前缘(Leading edge)621呈圆形(Round)，而后缘(Trailing edge)629形成尖锐的形状以产生一个分离。而且，较佳地，上述升降舵部620的侧面为螺旋桨形且材质为碳纤维铝。

另外，形成一定的空间设置上述升降舵部620，以在通过上述驱动部的操作驱动后缘(Trailing edge)629向上/下侧方向旋转时，使上述前缘621的圆形，在不与上述槽615发生摩擦的情况下旋转。

下面，对由下向板310及方向舵部320构成的下向翼300和由水平稳定板610及升降舵部620构成的鸭翼600形状进行更详细的说明。

如图所示，上述下向板310前缘311的上/下方向为垂直一条线形状且左/右方向呈平整的圆形(Round)，而且，在从上述前缘311到上述下向翼300后缘329的长度方向，从上述前缘311的顶点到“(3至4)/10”位置，延长上述圆形的左/右侧流线形长度，且从上述“(3至4)/10”位置到上述后缘329，缩短左/右侧的流线形长度，另外，在上述下向板310后缘319，包括使左侧流线形末端和右侧流线形末端各形成尖锐(Sharp)形状的第一、二尖锐部，而上述第一、二尖锐部之间的空间，形成向内侧垂直凹陷的槽(＝沟)315。

在此，上述方向舵部320，起到驱动上述船体100向左侧或右侧旋转的方向舵的作用且具备螺旋桨形状，而且，在地效翼船船体移动时，通过驱动部的操作，对在左/右侧上述主翼200的左侧端和右侧端产生的不对称推力进行补偿。

即，在上述螺旋桨形状中，使上述方向舵部320前缘321的左/右侧方向形成平整的圆形(Round)，而在从上述前缘321到后缘329的长度方向，从上述前缘321的顶点到“(3至4)/10”位置，延长上述圆形的左/右侧流线形长度，且沿上述下向翼300螺旋形，从上述“(3至4)/10”位置到上述后缘329，缩短左/右侧的流线形长度，另外，在上述后缘329顶点以尖锐的形状收敛。

另外，在上述水平稳定板610中，上述前缘611的左/右方向的形状为垂直的一条直线，而上/下方向呈平整的圆形(Round)，而在从上述前缘611到鸭翼600后缘6299中，从上述前缘611顶点到“(3至4)/10”位置，延长上述圆形的上/下侧流线形的高度，而从上述“(3至4)/10”位置到上述鸭翼600后缘629，缩短上/下侧流线形高度，另外，在上述水平稳定板610后缘619，包括使上侧流线形末端和下侧流线形末端各形成尖锐(Sharp)形状的第四、五尖锐部，而上述第四、五尖锐部之间的空间，形成向内侧垂直凹陷的槽(＝沟)615。

在此，上述升降舵部620具有螺旋形形状，且是用于驱动船体上升或下降的装置。

为此，在上述螺旋形形状中，上述前缘621的左/右方向的形状为平整的圆形(Round)，而在从上述前缘621到上述后缘629中，沿上述水平尾翼600的螺旋桨形状，从上述前缘621顶点到“(3至4)/10”位置，延长上述圆形的上/下侧流线形的高度，而从上述“(3至4)/10”位置到上述后缘629，缩短上/下侧流线形高度，而且，在上述后缘629顶点以尖锐的形状收敛。

如上所述，在本发明的地效翼船机翼结构中，因以地效翼船的船体100基准线为中心，各对称设置左/右侧机翼，因此，即使只对一侧机翼结构进行说明，但因上述对称关系，左/右侧机翼的结构相同。

因此，与航空器不同，本发明的地效翼船机翼结构不单独设置垂直尾翼及水平尾翼，而通过最大限度地提高作为地效翼船的特性的地面(＝海岸线)效应，最大限度地减少在主翼的外侧末端产生的涡流和诱导抗力，而且，因下向翼较之小翼具有更大的体积，因此，可吸收起飞或降落时船体所受的冲击力并确保上述船体的水平摇摆(Roll)稳定性。

图7至图9为另一实施例，提供下向板310及方向舵部320形状相同但结合结构不同的结构。即，上述方向舵部320的上下长宽度小于上述下向板310上下长宽度，而下向板310后面部形成容置槽317以容置方向舵部320。因此，上述方向舵部320设置于下向板310后面部的容置槽317内。在地效翼船机翼结构中，各部分的作用及其他机翼形状相同，因此，重复的内容在此不再赘述。

图8及图9表示本发明各种下向翼结构实施例中的下向翼300下部形状结构。

如图所示，表示下部形状为圆弧形状的拱形和流线形V字形的情况。这在地效翼船移动时，最大限度地抑制与水面空气层的摩擦，以最大限度地提高扬力及推力效果。另外，这样的形状只为一实施例，机翼结构及结合形状的变形及应用不受所图示形状的限制。

上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

工业实用性

一般而言，在航空器及地效翼船中，为了抑制纵向摇摆而使用水平尾翼。考虑到前侧主翼导致的下洗角(downwash angle)，上述水平尾翼具有适当的大小及初始角度。但是，在地效翼船上，下洗角的变化不仅取决于主翼的襟翼变化等人为的形状，而且，还取决于航行高度。即，在低的高度下，因水面的作用具有流动变成平行的趋势，从而下洗角大小变小，而在高的高度下，大小将恢复至原来的值。即，发生不易设计出适当水平尾翼的情况，而且，根据不同的情况，在航行时还会发生意想不到的不稳定情况。但是，目前为止还没有开发出可替代垂直尾翼的装置。今后，随着人们对翼船的需求的增加，根据上述情况开发出的本发明翼船机翼结构的必要性及需求也将进一步增加。

Claims (5)

1.一种无水平尾翼的地效翼船，其特征在于，在由包括船体的主体、包括主翼的机翼部及包括引擎的推进装置部构成的地效翼船中，上述机翼部包括：主翼，在地效翼船船体的侧面中央部分向外凸出；下向翼，在上述主翼外侧末端垂直向下固定；鸭翼(Canard)，从船体的前端向外水平凸出，且位于从上述主翼到地效翼船的行进方向；而上述下向翼，包括：下向板，在上述主翼的末端向下方向一体固定；可变型方向舵(Rudder)部，与上述下向板背面相对而设；而包括上述方向舵部的下向板的垂直截面形状中，包括前缘的前面部呈具备防止不发生流动分离的适当厚度的圆形，而后面部从具备顶点厚度的部位向后缘方向减少厚度，且后缘呈一字形以尖锐的形状收敛，而且，整体下向翼的垂直截面形状呈螺旋桨形。

2.根据权利要求1所述的无水平尾翼的地效翼船，其特征在于：上述鸭翼，包括：水平稳定板，具备固定型水平板结构；可变型升降舵部，与上述水平稳定板的背面相对而设；而上述升降舵部的侧截面形状中，包括前缘的前面部呈具备防止不发生流动分离的适当厚度的圆形，而且从具备顶点厚度的部位减少厚度，且后缘呈一字形以尖锐的形状收敛，而且，整体水平尾翼的侧截面形状呈机翼形。

3.根据权利要求1或2所述的无水平尾翼的地效翼船，其特征在于：上述下向翼的下部呈拱形或流线形“V”字形，以减少与海水及海面附近空气的摩擦力。

4.根据权利要求3所述的无水平尾翼的地效翼船，其特征在于：上述下向翼的材质为碳纤维铝。

5.根据权利要求1或2所述的无水平尾翼的地效翼船，其特征在于：在上述主翼内部，包括：多个肋材，连接主翼的前缘和后缘并呈机翼形；多个翼梁，与上述肋材交叉并呈板状。

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