CN104554722A - 近海三翼面b类地效翼船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近海三翼面B类地效翼船。本发明要解决的技术问题是地效翼船的耐波性、机翼的刚度和强度、在海洋盐雾条件下的工作可靠性问题。通过设置由带主断阶和第二断阶滑行面的流线型船身、布置在船身下部的地效翼、由螺旋桨和发动机组成的动力装置、包含有副翼的布置在船身上方的主翼、带有方向舵的垂直尾面和带有升降舵的水平尾面组成的地效翼船，在总体布置、空气动力和水动力性能、结构强度和刚度以及动力装置在海上应用的可靠性等方面的一系列综合的改进，使得本发明专利的地效翼船具有高于现有同样排水量的各种海上地效翼船的起降耐波性和海上工作可靠性。此外，本发明还对展弦比、动力装置做了优化。

Description

近海三翼面B类地效翼船

技术领域

本发明涉及一种高性能船技术，尤其是一种近海三翼面B类地效翼船，它比现有同样排水量的实用中小型海上地效翼船具有更好的航行性能。

背景技术

地效翼船是一种利用地面效应实现在水面之上的快速飞行的高性能船舶，它具有飞机的航行速度，可以在水面频繁起降和较长时间的排水航行，比飞机安全、经济，且操控容易、使用简便，是21世纪的新型运载工具。经过80年的发展，地效翼船技术已经走向成熟并开始实用。目前国际上已就地效翼船属于高性能船，而不是飞机的法律定位达成共识，国际海事组织(IMO)已颁布了相应的规范。我国政府相关部门，船级社和海事局也早已颁布了相应的法规执行文件。

按照IMO的MSC/Circ.1054《地效翼船暂行指南》的分类，A类地效翼船只能在地效区飞行(对于中小型地效翼船地效区高度一般只有零点几米)，飞出地效区就无法稳定飞行，因此不适应海上有波浪条件下使用；而B类地效翼船可以在地效区内外稳定飞行，具备了在海上应用的基本条件。

目前典型的实用海上B类地效翼船通常采用飞机式布局(例如俄罗斯的“小鹰”、“雌鹞”)，近年来又在此基础上开发了新的组合翼式布局(如我国的“翔州1号”)。排水量达数百吨的大型B类地效翼船已建成多年，并且实现了在海上应用。但是现有的中小型B类地效翼船要在海上正常使用还必须解决以下问题：

1.波浪水面起降的耐波性问题

地效翼船的水面起飞和降落都采用滑行方式，其水面起降的耐波性主要取决于其排水量和外廓尺度，中小型地效翼船因排水量和尺度较小，因此其起降的耐波性较大型地效翼船低，影响了其海上的应用。

可以采用一些技术措施来解决中小型地效翼船的起降耐波性问题，主要是提高水面起飞时的耐波性。这些技术措施可以归纳为水动力方法、空气动力方法和增大动力配置方法，关键是减少水面滑行时的水动阻力和增大克服阻力能力：

a.水动力方法——采用先进的船体滑行面线型、新的水动力布局和水橇等措施，减少船体在波浪中滑行的阻力，提高波浪海面的滑行性能；

b.空气动力方法——采用机翼增升系统提高起飞滑行过程中的机翼升力，减少水面滑行时船身的吃水，达到减少滑行水阻力的目的；但因机翼离水面太近，先进的机翼增升装置在受到波浪撞击时极易损坏，只能采用效率较低的简单襟翼。

采用动力增升系统，将前置发动机的喷流(或螺旋桨产生的滑流)引入机翼和船身下方的气腔形成动力增升。但中小型地效翼船的尺度小，动力增升的喷流会引起海水喷溅和雾化，使周围的空气中盐雾浓度进一步提高，严重影响发动机正常工作；水雾还会影响驾驶员的视线严重影响航行的安全。因此海上中小型地效翼船慎用动力增升。

c.增大动力配置方法——在保证总体技术性能和经济性不受影响的情况下尽可能地配置大功率发动机，增加动力沉余，提高船体在波浪滑行时的加速度和克服水阻力的能力，减少滑行起飞时间。

2.张(悬)臂式机翼的刚度和强度问题

地效翼船在不对称降落时单侧机翼或侧浮体着水的撞击，组合式地效翼船在地效区飞行时安装位置较低的外翼有可能与波浪相撞，这些都会在机翼的根部形成巨大的应力，而张臂式机翼存在着刚度不足和根部的构件的强度难以承受这些巨大的载荷而发生永久变形或损坏。

3.提高动力装置在海洋盐雾条件下的工作可靠性问题

地效翼船在海上应用的实践表明，海洋盐雾条件对发动机有极为不利的影响。首先是海面的空气中盐雾浓度过大，超过了发动机正常工作盐雾浓度的数百甚至数千倍，盐雾不但腐蚀发动机外部机件，更严重的是吸入发动机后在压气机和涡轮叶片上沉积，改变其截面形状，导致发动机不能工作；盐雾空气进入发动机调节附件会在其中结晶、腐蚀敏感元件，使发动机频频出现故障。靠动力增升的地效翼船由于前置发动机必须布置在较低位置，还存在高速旋转的螺旋桨桨尖打水损坏问题。发动机是全船的心脏，必须从总体布置、结构设计和动力装置的选型、改造、维护性设计等多方面保证其在海洋气象条件下工作的可靠性。

发明内容

本发明专利的近海三翼面B类地效翼船就是针对上述存在的耐波性、机翼的刚度和强度、在海洋盐雾条件下的工作可靠性问题，解决使用中的限制，拓宽中小型地效翼船的应用范围。

本发明采用如下技术方案：

一种近海三翼面B类地效翼船，由带主断阶和第二断阶滑行面的流线型船身、地效翼、由螺旋桨和发动机组成的动力装置、包含有副翼的主翼、带有方向舵的垂直尾面和带有升降舵的水平尾面组成，其特征在于，地效翼布置在船身下部，主翼布置在船身上方。地效翼布置在船身下部能有效地屏蔽海面波浪和高速滑行时形成的海水飞溅，使这些飞溅不会影响主翼上的动力装置和副翼的正常工作。主翼布置在船身上方，使得主翼与船身之间的气动力干扰较小，离水面较远，受地面效应影响小，其后缘的副翼不受海浪和飞溅的影响，可以采用效率很高的机翼增升系统，在起飞滑行时提供较大的升力，副翼起到控制横向姿态的作用。

地效翼为矩形，其展弦比λ为1.0-2.0。由于地面效应的作用高度取决于地效翼弦长的大小，大弦长保证了有较大的地面效应作用高度，这样本地效翼船在地效飞行状态时可以更有效地利用地面效应，具有更好的地效区飞行技术指标，从而获得更高的经济性能。根椐总体性能设计要求，按需选择出较为合适的λ数值。地效翼上还可采用适用的增升装置，进一步提高在波浪水面的起降性能。

同时，在主翼的稍部设有翼稍小翼。主翼的稍部设翼稍小翼可减少机翼的诱导阻力，增加机翼的有效展弦比。

本发明的近海三翼面B类地效翼船，还将其水平尾面布置在垂直尾面的顶部。这样的位置关系，可以认为基本不受地面效应的影响，水平尾面保证了全船在不同飞高的平衡，与传统飞机的水平尾面不同，本地效翼船的水平尾面提供的是向上的升力。

另外，本发明的近海三翼面B类地效翼船，有一连接主翼和地效翼的侧浮体-支架组件。侧浮体-支架组件是本地效翼船的独创构件，它兼有地效翼的端板(侧浮体)和主翼的支架的作用，将地效翼和主翼连成一个整体承力结构，结构刚度和强度大大提高，因此能适应海上起降过程的不对称着水情况，解决了地效翼船不对称着水时端板与波浪撞击造成机翼根部弯矩过大的问题并减轻了结构重量，此外还有可能在侧浮体位置布置起落架的主轮，实现在地面起降，使地效翼船具有地面-水面起降的两栖性。

本发明的近海三翼面B类地效翼船，主翼还包括襟翼。与飞机的襟翼不同，地效翼船的襟翼是一个重要的操纵翼面，在整个飞行过程中起到用于增加升力的操纵作用，而且可以实现不改变船体俯仰姿态，直接操纵飞行高度变化。

另外，襟翼和副翼可以是一体化的，形成襟-副翼，同时起到襟翼和副翼的作用。

本近海三翼面B类地效翼船的主翼安装高性能机翼增升装置。不采用动力增升，但由于主翼采用了高性能的机翼增升装置，其起降性能不输于有动力增升的地效翼船，而且不会引起海水喷溅，没有动力增升气流引起的海雾，大大改善了驾驶员的视野。因为海面空气中的盐雾的浓度对于离海面高度呈非线性分布，随着离水面的高度增加，盐雾浓度很快下降，因此将动力装置在地效翼船上布置得尽可能高的位置(主翼上)，使其在较低的盐雾浓度条件下工作，改善了发动机的工作条件，减少了发动机外部的盐雾腐蚀，采用发动机进气的盐雾分离系统，保证发动机正常工作。由于全船不采用动力增升，没有高速气流与海面的相互作用，大大减少了地效翼船自身运动造成的海水盐雾，地效翼可有效地屏蔽海浪和飞溅对动力装置工作区域的影响，彻底解决了螺旋桨桨尖打水问题，进一步减少了发动机周围的空气含盐雾浓度。高置的动力装置还可以保证当某种原因地效翼船不能继续飞行而降落在海面后发动机的正常运转，地效翼船可以依靠自身的动力，以排水状态航行到最近的避难地，进一步提高了使用安全性。

此外，发动机增加进气的盐雾分离装置。操作时，应尽可能高地布置动力装置，并在总体布置上改善发动机的工作环境，使发动机周围空气所含盐雾浓度大大降低，也解决了螺旋桨桨尖打水易损问题，需要时还可采用发动机进气的盐雾分离装置，保证了发动机在海上的正常工作。发动机优选涡轮发动机。

本发明的有益效果是：由于本发明针对现有各种中小型地效翼船在海上实际应用中存在的问题，在总体布置、空气动力和水动力性能、结构强度和刚度以及动力装置在海上应用的可靠性等方面的一系列综合的改进，独特的总体布置解决了现有地效翼船在海面运动时海水飞溅形成水雾，影响驾驶员视线和地效翼船在海上正常工作等问题，使得本发明专利的地效翼船具有高于现有同样排水量的各种海上地效翼船的起降耐波性和海上工作可靠性。

附图说明

图1是本发明的近海三翼面B类地效翼船立体图。

附图标记含义：1-船身，2-地效翼；3-动力装置；4-主翼；5-垂直尾面；6-水平尾面；7-升降舵；8-方向舵；9-襟翼；10-副翼；11-侧浮体-支架组件。

图2是图1所示近海三翼面B类地效翼船的三面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

本发明的近海三翼面B类地效翼船由带主断阶和第二断阶滑行面的流线型船身1、地效翼2、由螺旋桨和发动机组成的动力装置3、包含有襟翼9和副翼10的主翼4、带有方向舵8的垂直尾面5、带有升降舵7的水平尾面6和连接主翼和地效翼的侧浮体-支架组件11组成，地效翼2布置在船身1下部，主翼4布置在船身1上方，主翼4的稍部设有翼稍小翼。

本近海三翼面B类地效翼船有三个升力面：

(1)接近水面的矩形地效翼展弦比在1.0-2.0之间，大弦长的地效翼保证了有效利用地面效应。

(2)主翼布置在船身上方，主翼与船身及矩形地效翼之间的气动干扰最小。

(3)地效翼船的水平尾面布置在垂直尾面的顶部，水平尾面提供向上的升力。

三个翼面的形状和相对位置利用地效翼船的稳定性设计方法和优化方法保证最优配合，不仅保证本地效翼船在各种飞高(包括在贴近海面的强地效区，弱地效区以及短时间跃升至数十米的地效区外的越障飞行)都具有自稳定特性，而且保证了在起飞滑行过程中产生更大的升力，减少全船水面滑行时的吃水，降低了滑行时的水面阻力，从而提高全船的波浪水面起飞的耐波性。

侧浮体-支架组件是本地效翼船最主要的独创构件，它将地效翼和主翼连成一个整体承力结构。使得机翼承力结构具有足够的强度和刚度，进一步拓展其海上应用的范围。

动力方面，本地效翼船不采用动力增升，主翼采用了高性能的机翼增升装置，同时采用发动机进气的盐雾分离系统，保证发动机正常工作。同时对动力装置的结构的设计充分考虑在每次飞行后可用淡水冲洗发动机内外和进行维护，提高发动机在海洋盐雾条件下工作的可靠性。

本近海三翼面B类地效翼船可用于在大型湖泊或水库、主干江河、沿海或近海、陆地与岛屿的交通不发达地区解决快速交通问题。例如为上述区域建立定期、不定期航线，或海岛旅游景区专用航线等，提供人员、旅客、物质的快速投送，特别是在沿海台风多发季节可以在两次台风之间短暂的风平浪静“窗口”期间，向偏远海岛提供紧急运输，完成常规排水船舶无法完成的快速运输任务。若该地效翼船略作些改装，配置相应专用设备器件即可充任搜救，航测，交通，巡罗，辑私等公务专用快艇。

28座的本发明近海三翼面B类地效翼船可以保证在3级海况的海面安全起降。

Claims (10)

1.一种近海三翼面B类地效翼船，由带主断阶和第二断阶滑行面的流线型船身(1)、地效翼(2)、由螺旋桨和发动机组成的动力装置(3)、包含有副翼(10)的主翼(4)、带有方向舵(8)的垂直尾面(5)和带有升降舵(7)的水平尾面(6)组成，其特征在于，地效翼(2)布置在船身(1)下部，主翼(4)布置在船身(1)上方。

2.根据权利要求1所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，地效翼(2)为矩形，其展弦比λ为1.0-2.0。

3.根据权利要求1所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，地效翼(2)上安装增升装置。

4.根据权利要求1或2或3所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，主翼(4)的稍部设有翼稍小翼。

5.根据权利要求1所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，水平尾面(6)布置在垂直尾面(5)的顶部。

6.根据权利要求1所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，有一连接主翼(4)和地效翼(2)的侧浮体-支架组件(11)。

7.根据权利要求1所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，主翼(4)还包含襟翼(9)。

8.根据权利要求7所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，襟翼(9)和副翼(10)是一体化的。

9.根据权利要求1所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，主翼(4)安装高性能机翼增升装置。

10.根据权利要求1或9所述的近海三翼面B类地效翼船，其特征在于，发动机增加进气的盐雾分离装置。