CN104290903A - 一种自动防水溅的水上飞机浮筒 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自动防水溅浮筒，来解决尾推形式的非船体机身水上飞机的水溅问题，起到了飞机水面起降过程中自动防水溅的效果。实现方式为在浮筒尾部设置进水舱，通过起飞降落时的水流产生的动力带动进水舱内的水轮，水轮通过链轮传动装置和开合装置推开与水上飞机浮筒紧贴的蒙皮式挡水板；起飞或降落完成后，水流产生的推力消失，挡水板归位弹簧作用下自动回到紧贴浮筒的初始位置。其中挡水板的开合装置通过两种方式自动实现。本发明能够从较大程度上解决尾推式非船体机身水上飞机在起降时产生的水花溅起对动力装置系统的影响问题。其中自动开合机构简单可靠地实现了自适应功能，在航空领域及相关领域有一定的应用推广性。

Description

一种自动防水溅的水上飞机浮筒

技术领域

本发明涉及水面起降飞行器、或水面运动机械设计领域，具体涉及一种自动防水溅的水上飞机浮筒。

背景技术

1.水上飞机起飞降落产生的水花溅起对飞机动力系统会造成不同程度的影响，影响大小视水上飞机的布局而定。发动机前置的常规式布局的飞机，水花溅起基本落不到螺旋桨及发动机上，后置发动机的水上飞机通常采用船体机身以排开水花。但是船体机身会增大飞机的结构重量，飞机表面积的增加及常规机身剖面的改变也会相应增加气动阻力，从而导致飞机性能的下降(如航程、最大飞行速度、升限等)。

目前的水上飞机多为发动机前置的常规式布局，发动机后置的也多为船体式机身设计。发动机后置(即尾推)可以带来很多益处，如气流更多地以平流通过机身和机翼，前机身振动减少，飞行更安静，有利于飞机配平等。但是兼顾发动机后置带来的优势，并采用非船体机身的具有自动防溅水功能的飞机，在可查的现役飞机中尚未发现。

2.自适应机构因其具有自动调节自身形状以适应不同工况的能力而成为研究热点。然而其实现方式通常比较复杂，比如运用记忆性材料、传感器伺服机控制。这样不仅使产品成本增加、其复杂的实现形式还会降低产品可靠性。

针对以上水面起降飞机的溅水问题，目前尚未发现简单、可靠、经济三者兼顾的解决办法。

发明内容

本发明提出了一种针对尾推形式、非船体机身水上飞机，运用起降时水流冲击力作用，实现自动防水溅功能的浮筒。并且本发明针对防水溅机构的自动开合装置进行了设计。从而解决此类布局水上飞机的水花溅起问题。

一种自动防水溅的水上飞机浮筒设计包括以下内容：

浮筒尺寸确定，浮筒蒙皮贴合式挡水板设计，挡水板自动开合装置设计。

其中，挡水板开合装置包含两种实现方式。

浮筒已做了数字化设计，并在“梦想四号”轻型运动飞机上进行了数字化装配和运动仿真。

附图说明

此处给出的发明图用来提供对本发明的直观理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是一般浮筒侧视图、前视图以及本发明所设计浮筒的关键截面的截面草图；

图2是本发明所设计的浮筒立体图；

图3是浮筒挡水板位置示意图；

图4是浮筒尾部进水舱舱门开启方式示意图；

图5是浮筒尾部进水舱舱门示意图；

图6是浮筒尾部进水舱因水流冲击力而打开的状态；

图7是浮筒尾部进水舱关闭状态；

图8挡水板自动开合装置第一种实现方式的内部链轮传动机构；

图9挡水板自动开合装置第一种实现方式中，挡水板回到初始位置的示意图；

图10挡水板自动开合装置第一种实现方式中，挡水板被钢丝绳拉起并与支架接触，处在限位位置的示意图；

图11挡水板自动开合装置第一种实现方式中，可活动链轮轮齿示意图；

图12是挡水板自动开合装置第二种实现方式的浮筒内链轮传动机构；

图13是挡水板自动开合装置第二种实现方式中，挡水板开合机构的链轮与摇臂位置示意图；

图14是挡水板自动开合装置第二种实现方式中，挡水板处于初始位置的挡水板开合机构；

图15是挡水板自动开合装置第二种实现方式中，挡水板被推起状态的挡水板开合机构；

图16是挡水板自动开合装置第二种实现方式中，挡水板开合机构运动极限位置示意图；

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行进一步的详细说明。

1.水上飞机浮筒设计；

根据《中国民用航空条例第23部》对浮筒浮性规定等要求，参考相关浮筒设计，再由给定水上飞机(“梦想四号”轻型运动飞机)的起飞重量估算浮筒的相关参数(包括宽B、高H、前体长、后体长、总长L、体积V)。浮筒断阶处截面草图如图1所示，浮筒三维外形如图2所示。

2.水上飞机浮筒挡水板设计：

为减少气动阻力，浮筒挡水板设计成为蒙皮贴合形式，与浮筒上壁板边缘铰接。挡水板的旋转轴上安置有扭簧(归位弹簧)，扭簧施加的扭矩比自动开合装置在水流冲力作用下给挡水板施加的扭矩小，因此扭簧并不会影响自动开合装置的运动，其作用是使得飞机起飞后，挡水板可以紧贴浮筒，这样挡水板不会受气流扰动而自行打开。在挡水板的位置确定方面，因浮筒前端溅起的水花多为机身所遮挡，对发动机影响大的水花溅起区域集中在浮筒中后部，因此挡水板也设置在相应位置，如图3所示。

3.挡水板自动开合装置尾部进水舱设计：

水上飞机起降时浮筒尾部被压入水中，开合装置利用水流冲击力作为动力，为了充分利用水流又不影响浮筒整体结构，浮筒挡水板自动开合装置进水舱设置在浮筒尾部。水流通过进水舱并从浮筒尾部流出。

当浮筒尾部被压入水中时，水压力大于舱内空气压力，使进水舱舱盖向内(上)打开。舱盖由三个零件组成，两个小舱门(舱门1和舱门2)以及用于连接小舱门的大舱门(舱门3)。这样设计的原因是进水舱内布置有水轮，舱盖必须分为两片从两侧打开，否则会与水轮干涉。而浮筒底部呈V字形，分两片打开舱盖后，浮筒尾部舱盖周围区域(舱门3位置)会与水流呈一定角度，这将会产生很大阻力，甚至导致浮筒尾部不能顺利离水。因此在两片小舱门(舱门1和舱门2)打开后，内侧的舱门1转轴转到极限位置，限位轮也随舱门1轴转动，限位轮凸起的一端转入槽内，使得限位轮可在舱门3引导槽内沿槽运动，舱门3与舱门1转轴铰接，限位轮运动的同时带动舱门3的左端也沿舱门3引导槽运动(如图4所示)，以实现舱门3的开启。通过水流作用，舱门3平面与水流运动方向一致，从而减少阻力。舱门整体图如图5所示。舱门打开状态如图6所示。舱门闭合状态如图7所示。

4.挡水板自动开合装置第一种实现方式，内部链轮传动机构设计：

水流在进水舱内流动，带动进水舱内的水轮转动，水轮带动链轮1转动，链轮1通过皮带带动挡水板重心附近的链轮2转动。链轮传动机构如图8所示。

链轮尺寸参考《GB 1243-2006》和《机械手册》确定。

5.挡水板自动开合装置第一种实现方式，挡水板运动机构设计：

链轮2转动的同时，同轴的滑轮1也随之转动。滑轮1与钢丝绳固连，滑轮1转动，卷动钢丝绳，钢丝绳通过浮筒顶部的滑轮支架(支架用来引导钢丝绳，使钢丝绳引出点位于挡水板重心上方)与挡水板重心固连(如图9所示)。钢丝绳牵拉挡水板向上抬起，挡水板抬起到支架位置，支架顶住挡水板使其不再向上抬起，实现使挡水板限位的功能(如图10所示)。

链轮2上的轮齿是可活动的，受力大时可被压入链轮轮毂上的轮齿安放槽内(如图11所示)。挡水板到达限位位置后，使钢丝绳不再被滑轮1卷入，滑轮1因此不再转动，同轴的链轮2也停止转动，链轮2上的活动齿在皮带的带动下被压入链轮2。这样皮带和链轮1在水轮的带动下空转，而挡水板会保持打开状态。

当飞机起飞后，水轮不再带动链轮转动，挡水板旋转轴上安置的扭簧也会使挡水板紧贴浮筒，而不会使挡水板受到空气扰动而自行打开。

6.挡水板自动开合装置第二种实现方式，内部链轮传动机构设计：

水流在进水舱内流动，带动进水舱内的水轮转动，水轮机带动链轮2转动，链轮2通过链条或皮带带动挡水板重心附近的链轮1转动。链轮传动机构如图12所示。

链轮尺寸参考《GB 1243-2006》和《机械手册》确定。

7.挡水板自动开合装置第二种实现方式，挡水板运动机构设计；

链轮1带动摇臂转动，摇臂在浮筒纵向对称平面内做圆周运动，摇臂端点在引导槽1内运动，引导槽1相对浮筒只能做与摇臂转动平面平行的平面内的直线运动，圆周运动将变为引导槽1在平面内的直线运动。如图13所示。

摇杆1铰接在浮筒内，可在以浮筒轴向为法线的平面内做圆周运动。

引导槽2与引导槽1固连，因此引导槽2可与引导槽1一起做直线运动，摇杆1的另一端可在引导槽2内运动，引导槽2的直线运动将转化为摇杆1的圆周运动。

摇杆2与浮筒挡水板重心处铰接，另一端与摇杆1位于引导槽2内的端点铰接，这样摇杆1的圆周运动将带动摇杆2做平面运动，从而撑开挡水板，而且在起降过程中，水花溅起打在挡水板上，也会助其打开。挡水板闭合状态如图14所示。挡水板开启状态如图15所示。

挡水板开合机构运动极限位置示意图如图16所示，上方开合角为60度的弧AA’段，代表了挡水板的运动轨迹，下方的弧形CC’代表摇杆1的运动轨迹，直线ACB是挡水板完全打开时摇杆1和摇杆2处于死点的极限位置，A’C’是摇杆2在挡水板位于初始位置时的状态，C’B是摇杆1在挡水板挡水板位于初始位置时的状态。

Claims (14)

1.一种自动防水溅的水上飞机浮筒，其特征在于，包括：水上飞机浮筒主体、浮筒蒙皮贴合式挡水板，自动开合装置。

2.根据权利要求1所述的一种自动防水溅的水上飞机浮筒，其特征在于，所述的水上飞机浮筒主体，根据《中国民用航空条例第23部》对浮筒浮性规定等要求，参考相关浮筒设计，再由给定水上飞机的起飞重量估算浮筒的相关参数(包括宽B、高H、前体长、后体长、总长L、体积V)，浮筒内部安装有自动开合装置，浮筒靠近机身一侧装有蒙皮贴合式挡水板。

3.根据权利要求1所述的一种自动防水溅的水上飞机浮筒，其特征在于，所述的浮筒蒙皮贴合式挡水板，设计为蒙皮贴合形式，位于浮筒中后部，在浮筒顶部与其边缘铰接，挡水板的旋转轴上安置有扭簧(归位弹簧)，其作用是使得飞机起飞后，挡水板可以紧贴浮筒，这样挡水板不会受气流扰动而自行打开。

4.根据权利要求1所述的一种自动防水溅的水上飞机浮筒，其特征在于，所述的自动开合装置包括浮筒进水舱、链轮传动机构、挡水板运动机构，用来在起降过程中实现挡水板自动开合。

5.根据权利要求4所述的自动开合装置，其特征在于，所述的浮筒进水舱由大舱门和两片小舱门组成，设置在浮筒尾部，小舱盖分为两片从两侧打开，在两片小舱门打开后，内侧的小舱门转轴带动限位轮转动，使得大舱门沿引导槽运动，从而减少水流阻力。

6.根据权利要求4所述的自动开合装置，其特征在于，所述的链轮传动机构和挡水板运动机构分别包含两种实现方式。

7.根据权利要求4所述的自动开合装置，其特征在于，所述的链轮传动机构的第一种实现方式，其中链轮参考《GB 1243-2006》和《机械手册》确定尺寸，水流在进水舱内流动，带动进水舱内的水轮转动，水轮带动与其固连的链轮1转动，链轮1通过皮带带动挡水板重心附近的链轮2转动。

8.根据权利要求4所述的自动开合装置，其特征在于，所述的挡水板运动机构的第一种实现方式，其装置由滑轮、钢丝绳、滑轮支架组成，链轮2带动与其固连的滑轮转动。滑轮与钢丝绳固连，滑轮卷动钢丝绳，钢丝绳通过浮筒顶部的滑轮支架(支架起到引导钢丝绳，使钢丝绳引出点位于挡水板重心上方)与挡水板重心固连，钢丝绳牵拉挡水板向上抬起，挡水板抬起到支架位置，支架顶住挡水板使其不再向上抬起，实现限位。

9.根据权利要求8所述的挡水板运动机构的第一种实现方式，其特征在于，所述的链轮2，其轮齿是可活动的，受力大时可被压入链轮轮毂上的轮齿安放槽内，挡水板到达此限位位置后，钢丝绳不再被滑轮卷入，滑轮因此不再转动，链轮2也停止转动，链轮2上的活动齿在皮带的带动下被压入链轮2，这样皮带空转，而挡水板保持打开状态。

10.根据权利要求4所述的自动开合装置，其特征在于，所述的链轮传动机构的第二种实现方式，其链轮参考《GB 1243-2006》和《机械手册》确定尺寸。水流在进水舱内流动，带动进水舱内的水轮转动，水轮带动与其固连的链轮2转动，链轮2通过链条或橡胶带带动挡水板重心附近的链轮1转动。

11.根据权利要求4所述的自动开合装置，其特征在于，所述的挡水板运动机构的第二种实现方式，其装置由摇杆1、摇杆2、引导槽1、引导槽2和摇臂组成，其中，摇臂由链轮1带动，其端点做圆周运动且可以在引导槽1内运动；摇杆1一端与浮筒内部铰接，可在以浮筒轴向为法线的平面内做圆周运动，另一端做圆周运动且与摇杆2铰接；摇杆1与摇杆2的铰接点在引导槽2内运动；摇杆2另一端与挡水板重心处铰接；引导槽1与引导槽2固连。

12.根据权利要求11所述的自动开合装置，其特征在于，所述的摇臂在浮筒纵向对称平面内做圆周运动，引导槽1相对浮筒只能做与摇臂转动平面平行的平面内的直线运动，圆周运动将变为引导槽1在平面内的直线运动。

13.根据权利要求11所述的自动开合装置，其特征在于，所述的引导槽2可与引导槽1一起做直线运动，引导槽2的直线运动会转化为摇杆1的圆周运动。

14.根据权利要求11所述的自动开合装置，其特征在于，所述的摇杆1的圆周运动将带动摇杆2做平面运动，从而撑开挡水板，而且在起降过程中，水花溅起打在挡水板上，也会助其打开。