CN105856994B - 空气推进船舶纵倾自调节装置 - Google Patents

Abstract

空气推进船舶纵倾自调节装置，包括沿船体纵向设置的固定翼和活动翼，固定翼及活动翼均位于空气螺旋桨的正后方，空气螺旋桨固装在船体上；固定翼通过支架固装在船体上，活动翼与转轴固接，转轴可转动地支撑在固定翼的中后部或者可转动地支撑在固定翼的后方；固定翼和活动翼的翼型上表面均为平直面，固定翼和活动翼的翼型下表面均为外凸弧形面；活动翼转动至其翼弦与固定翼的翼弦延长线重合时，活动翼的翼型上表面与固定翼的翼型上表面的延伸面重合，活动翼的翼型下表面与固定翼的翼型下表面的延伸弧形面重合。本发明能够解决两栖式空气推进船舶在水面航行及陆上滑行时的前倾问题。

Description

空气推进船舶纵倾自调节装置

技术领域

本发明涉及利用空气螺旋桨推进船舶技术领域，具体涉及空气推进船舶中用于控制船舶前倾的纵倾自调节装置。

背景技术

为了满足两栖性能要求，催生了采用空气螺旋桨发动机作为动力系统的船舶，一般称为空气推进船舶，其中最典型的是气垫船。空气推进船舶的动力系统一般布置在甲板上，由此带来的结果是动力系统除了产生向前的推力外，同时相对于船舶与接触表面（水面或地面）还会产生一个低头力矩，这样船舶就会发生前倾现象，特别是高速时前倾现象更加严重，而前倾并不利于空气推进船舶在水面航行或在地面滑行，如气垫船会发生高速埋首（船艏大面积浸入水中）甚至翻船。

为了解决空气推进船舶前倾问题，对于气垫船，现有技术一般采用提高船体柔性围裙结构的刚度、改进围裙结构的方法，但这种方法无法使用于其他类型的无围裙结构的空气推进船舶，如空气推进沼泽船，对于气垫船以外的其他类型的空气推进船舶，一般通过船体外形改进设计使其成为船头部高高翘起的平底船型，这种高高翘起的船头虽然不利于船舶在波浪中航行，但水会对船头产生抬头力矩，该力矩可以抵消空气螺旋桨动力系统产生的低头力矩，从而解决船在水面航行过程中的前倾现象，然而这种船体外形改进设计的方法无法解决两栖式空气推进船舶在陆上滑行时的前倾问题。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种空气推进船舶纵倾自调节装置，其能够解决两栖式空气推进船舶在水面航行及陆上滑行时的前倾问题。

本发明的技术方案如下：

空气推进船舶纵倾自调节装置，包括沿船体纵向设置的固定翼和活动翼，固定翼及活动翼均位于空气螺旋桨的正后方，空气螺旋桨固装在船体上；固定翼通过支架固装在船体上，活动翼与转轴固接，转轴可转动地支撑在固定翼的中后部或者可转动地支撑在固定翼的后方；固定翼和活动翼的翼型上表面均为平直面，固定翼和活动翼的翼型下表面均为外凸弧形面；活动翼转动至其翼弦与固定翼的翼弦延长线重合时，活动翼的翼型上表面与固定翼的翼型上表面的延伸面重合，活动翼的翼型下表面与固定翼的翼型下表面的延伸弧形面重合。

其进一步技术方案为：

所述固定翼和活动翼的翼型均为圆头的非对称翼型。

所述固定翼的中后部设有一侧开口的安装槽，所述安装槽的前侧为内凹弧形面、后侧开口，用于容纳活动翼并构成活动翼的转动空间，在船体宽度方向上，转轴可转动地支撑在位于所述安装槽两侧的固定翼的翼段上。

所述固定翼的翼型后缘为内凹弧形槽，所述内凹弧形槽用于容纳活动翼的翼型前缘，在船体宽度方向上，转轴可转动地支撑在支架上。

所述活动翼的翼弦长度小于活动翼的翼弦与固定翼的翼弦延长线重合时的翼弦总长度的二分之一，所述翼弦总长度为固定翼的翼型前缘与活动翼翼型后缘之间的直线连线的长度。

在船体宽度方向上，固定翼的两侧通过支架支撑在船体上，支架朝向空气螺旋桨的一侧为倾斜面，且所述倾斜面的下端位于所述倾斜面的上端与空气螺旋桨之间。

本发明的技术效果：

本发明采取了通过特殊翼型的固定翼在空气螺旋桨旋转时气流作用下对船体产生向下的压力，从而能够用来平衡空气螺旋桨旋转时度船体产生的低头力矩，由此解决空气推进船舶的前倾问题，固定翼的翼型上表面、下表面分别为平直面、外凸弧形面的设置，与常见的非对称的飞机机翼翼型正好相反，同时将固定翼设置在空气螺旋桨的正后方，利用空气螺旋桨旋转产生的向后加速气流对船体产生向下的压力，使得空气推进两栖船舶陆上滑行或水中航行时能够产生反向力矩即抬头力矩来平衡空气螺旋桨旋转是对船体产生的低头力矩；进一步设置可转动的活动翼，并使得活动翼的翼型上表面为平直面，下表面为外凸弧形面，当活动翼转动至其翼弦与固定翼的翼弦延长线重合时，二者的翼型上、下表面分别按照一定的平面斜度和弧形面的弯曲度相互衔接，通过活动翼向上、向下转动，对固定翼对船体产生的向下的压力进行调节，从而能够调节船体纵倾程度的大小，满足两栖船舶在不同的使用场所、气候条件的使用要求。

由于空气螺旋桨启动后所产生的气流会对安装在其正后方的固定翼产生作用，使得两栖船舶在速度不高（甚至两栖船舶是零速度）的时候仍然能产生较大的抬头力矩，从而在纵向上自动平衡空气螺旋桨产生的低头力矩。因此在两栖船舶上安装本发明所述纵倾自调节装置，可以有效保证两栖船舶在陆上滑行或水中航行的快速性和安全性，特别是如果两栖船舶在泥潭中启动时，由于淤泥里滑行阻力很大，两栖船舶开始时速度很低，但由于空气螺旋桨动力系统的气流作用，本发明所述纵倾自调节装置能产生较大的抬头力矩，通过操纵可以使得船体头部抬起，这有利于两栖船舶在恶劣的滩涂环境下启动滑行。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为本发明所述固定翼和活动翼装配后的翼型图，图中示出了气流流经固定翼和向上翻转一定角度后的活动翼的流动方向，图中虚线所示为向上翻转一定角度后的活动翼。

图4为本发明所述固定翼和活动翼装配后的翼型图，图中示出了气流流经固定翼和向下翻转一定角度后的活动翼的流动方向以及活动翼的转动方向，图中虚线所示为向下翻转一定角度后的活动翼。

其中：1、固定翼；2、活动翼；3、船体；4、支架；5、转轴；6、空气螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图1、图2，本发明包括沿船体3纵向设置的固定翼1和活动翼2，固定翼1及活动翼2均位于空气螺旋桨6的正后方，空气螺旋桨6固装在船体3上，空气螺旋桨6通常设置在船体3的中后部；固定翼1通过支架4固装在船体3上，活动翼2与转轴5固接，转轴5可转动地支撑在固定翼1的中后部或者可转动地支撑在固定翼1的后方；固定翼1和活动翼2的翼型上表面均为平直面，固定翼1和活动翼2的翼型下表面均为外凸弧形面；活动翼2转动至其翼弦与固定翼1的翼弦延长线重合时，活动翼2的翼型上表面与固定翼1的翼型上表面的延伸面重合，活动翼2的翼型下表面与固定翼1的翼型下表面的延伸弧形面重合。此处，重合的固定翼1的翼弦延长线与活动翼2的翼弦，指的是被同一个纵向平面切分后得到的活动翼2翼型的翼弦和固定翼1翼型翼弦的延长线，所谓翼型，即剖面形状。具体地，在翼型的其他结构参数的选择上，本发明优选固定翼1和活动翼2均为圆头的非对称翼型。本发明所述纵向，为船体3的长度方向，所谓前、后方向，指的是在纵向上船艏为前，船艉为后，所谓翼型前缘即翼型的前部边缘，所谓翼型后缘即翼型的后部边缘。

具体地，在转轴5的转动设置上，可以通过电机、减速机、马达、齿轮传动、链轮传统等常规机械驱动和机械传动方式实现，驱动和传动结构均可设在支架4上，或者通过其他的安装座固装在船体3上。

见图2，所述固定翼1的中后部设有一侧开口的安装槽，所述安装槽的前侧为内凹弧形面、后侧开口，所述安装槽用于容纳活动翼2并构成活动翼2的转动空间，所述安装槽开设在固定翼1的中后部的中间位置，即所述固定翼1在船体3的俯视方向上为一个“凹”字形结构，在船体3宽度方向上，转轴5可转动地支撑在位于所述安装槽两侧的固定翼1的翼段上，具体地，固定翼1的翼段上设有贯穿的安装孔，转轴5可以仅仅是可转动地贯穿所述安装孔，且转轴5的两端通过轴承组件支撑在两侧支架4上，或者固定翼1的安装空间允许的话，转轴5本身可以通过轴承组件可转动地支撑在位于所述安装槽两侧的固定翼1的翼段上，这种可转动地设置为现有技术。

本发明的所述固定翼1也可以选择为翼型后缘为内凹弧形槽的固定翼结构，而不是“凹”字形结构，所述内凹弧形槽用于容纳活动翼2的翼型前缘，并与活动翼2的翼型前缘之间留有可转动的间隙，在船体3宽度方向上，转轴5通过轴承组件可转动地支撑在支架4上。

优选地，所述活动翼2的翼弦长度小于活动翼2的翼弦与固定翼1的翼弦延长线重合时的翼弦总长度的二分之一，翼弦总长度为固定翼1的翼型前缘与活动翼2翼型后缘之间的直线连线的长度。

见图1，在船体3宽度方向上，固定翼1的两侧通过支架4支撑在船体3上，支架4朝向空气螺旋桨6的一侧为倾斜面，且所述倾斜面的下端位于所述倾斜面的上端与空气螺旋桨6之间。

本发明的运行方式如下：

固定翼1对空气螺旋桨6产生的低头力矩的平衡：空气螺旋桨6由船体3上的发动机驱动产生向后加速气流用于实现船舶的推进，同时相对于船舶与接触表面（水面或地面）产生低头力矩，由于固定翼1设在空气螺旋桨1的正后方，空气螺旋桨6旋转时产生的向后加速气流一部分将流经固定翼1，当气流流经固定翼1时，见图3、图4，气流会沿固定翼1的翼型上、下表面分开，并在固定翼1的翼型后缘处汇合。由于固定翼1的翼型上表面平直，气流流经固定翼1的翼型上表面的路径较短，固定翼1的翼型下表面为外凸曲面，气流流经固定翼1的翼型下表面的形成则较长、由于固定翼1的翼型上、下表面的气流最终要在固定翼1的翼型后缘的一处汇合，因而翼型下表面的气流速度较快，才能与翼型上表面气流同时到达后缘。根据伯努利原理，固定翼1的翼型上表面低速气流对船体的压力较大，翼型下表面高速气流对船体压力较小，由此在固定翼1的上下表面产生压力差，所述压力差即向下的压力，从而对船体3产生抬头力矩，所述抬头力矩能够平衡空气螺旋桨6产生的低头力矩。随着空气螺旋桨6的转速加快，产生的向后流动气流的速度也加快，空气螺旋桨6产生的向前的推力也加大，对船体产生的低头力矩也增大，同时随着向后流动气流速度的增大，固定翼1对船体产生的抬头力矩也增大，这样空气螺旋桨产生的低头力矩与固定翼产生的抬头力矩二者之间自动平衡。

因此,在空气螺旋桨6产生的气流作用下，安装在两栖船舶上的固定翼能够对船体产生抬头力矩，有利于平衡空气螺旋桨产生的低头力矩。

活动翼2在固定翼1平衡低头力矩的基础上对船体纵倾姿态的微调：由于空气推进两栖船舶在不同的使用场所、不同的航行（或滑行）速度以及气候条件下需要的船体纵倾程度大小不同，固定翼并不能满足船体纵倾大小的局部调整要求，活动翼2的设置是为了对船体纵倾姿态进行微调。活动翼2的原始位置为活动翼2的翼弦与固定翼1的翼弦延长线重合时的位置，此时，活动翼2的翼型上表面与固定翼1的翼型上表面的延伸面重合，活动翼2的翼型下表面与固定翼1的翼型下表面的延伸弧形面重合，通过对活动翼2向下或者向上旋转的控制来改变局部翼型，达到调节船体纵倾的目的。见图3，当活动翼2相对于原始位置向上旋转后，其翼型上表面认为平直面，相对于固定翼1的翼型上表面为一个内凹折弯平直面，活动翼2的翼型下表面相对于活动翼2原始位置时则弯曲度增大，当空气螺旋桨6旋转时产生的向后加速气流中的一部分气流流经固定翼1后，该部分气流流经活动翼2的翼型上表面的路径与活动翼2处于原始位置时的路径大致一样，而气流流经活动翼翼型下表面的路径则比原始状态时的路径要长，同样根据伯努利原理，活动翼2向上旋转时，翼型上表面低速气流对船体压力较大，翼型下表面高速气流对船体压力较小，由此活动翼2的上下表面产生压力差，且该压力差为向下的压力，由此在固定翼1的基础之上，能够加大对船体的产生的抬头力矩，且在活动翼2逐渐向上旋转的过程中，活动翼2对船体产生的向下的压力逐渐增大；反之，见图4，当活动翼2相对于原始位置向下旋转时，其翼型上表面为一个平直面，相对于原始位置时为外凸折弯平直面，其翼型下表面则弯曲度变小，即气流流经活动翼2的翼型上表面的路径与活动翼2处于原始位置时的路径大致一样，气流流经活动翼2翼型下表面的路径则比原始状态时的路径要短，且气流流经活动翼2翼型下表面的路径比气流流经活动翼2的翼型上表面的路径仍然要长，根据伯努利原理，与活动翼原始位置相比，活动翼2在逐渐向下旋转的过程中，对船体仍然产生的是向下的压力，但是在活动翼2逐渐向下旋转的过程中，活动翼2对船体产生的向下的压力越来越小。

综上所述，在固定翼1对船体产生向下压力的基础之上，活动翼2通过向下或向下旋转能够进一步对船体产生一个向下的压力，且在活动翼2相对于原始位置向上旋转的度数逐渐增大时，活动翼2对船体产生的向下的压力逐渐增大，在活动翼2相对于原始位置向下旋转的度数逐渐增大时，活动翼2对船体产生的向下的压力逐渐减小。因此，在固定翼2的基础之上，使用活动翼2能够进一步调节对船体产生的向下的压力的大小。活动翼2和固定翼1在空气螺旋桨气流作用下对船体产生的抬头力矩，一方面用来平衡空气螺旋桨旋转时对船体产生的低头力矩，另一方面，通活动翼2的调节作用，能够进调节船体纵倾程度的大小，满足两栖船舶在不同的使用场所、气候条件的使用要求。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.空气推进船舶纵倾自调节装置，其特征在于：包括沿船体(3)纵向设置的固定翼(1)和活动翼(2)，固定翼(1)及活动翼(2)均位于空气螺旋桨(6)的正后方，空气螺旋桨(6)固装在船体(3)上，且空气螺旋桨(6)设在船体(3)的中后部；固定翼(1)通过支架(4)固装在船体(3)上，活动翼(2)与转轴(5)固接，转轴(5)可转动地支撑在固定翼(1)的中后部或者可转动地支撑在固定翼(1)的后方；所述固定翼(1)和活动翼(2)的翼型均为圆头的非对称翼型，固定翼(1)和活动翼(2)的翼型上表面均为平直面，固定翼(1)和活动翼(2)的翼型下表面均为外凸弧形面；活动翼(2)转动至其翼弦与固定翼(1)的翼弦延长线重合时，活动翼(2)的翼型上表面与固定翼(1)的翼型上表面的延伸面重合，活动翼(2)的翼型下表面与固定翼(1)的翼型下表面的延伸弧形面重合。

2.按权利要求1所述的空气推进船舶纵倾自调节装置，其特征在于：所述固定翼(1)的中后部设有一侧开口的安装槽，所述安装槽的前侧为内凹弧形面、后侧开口，用于容纳活动翼(2)并构成活动翼(2)的转动空间，在船体(3)宽度方向上，转轴(5)可转动地支撑在位于所述安装槽两侧的固定翼(1)的翼段上。

3.按权利要求1所述的空气推进船舶纵倾自调节装置，其特征在于：所述固定翼(1)的翼型后缘为内凹弧形槽，所述内凹弧形槽用于容纳活动翼(2)的翼型前缘，在船体(3)宽度方向上，转轴(5)可转动地支撑在支架(4)上。

4.按权利要求1所述的空气推进船舶纵倾自调节装置，其特征在于：所述活动翼(2)的翼弦长度小于活动翼(2)的翼弦与固定翼(1)的翼弦延长线重合时的翼弦总长度的二分之一，所述翼弦总长度为固定翼(1)的翼型前缘与活动翼(2)翼型后缘之间的直线连线的长度。

5.按权利要求1所述的空气推进船舶纵倾自调节装置，其特征在于：在船体(3)宽度方向上，固定翼(1)的两侧通过支架(4)支撑在船体(3)上，支架(4)朝向空气螺旋桨(6)的一侧为倾斜面，且所述倾斜面的下端位于所述倾斜面的上端与空气螺旋桨(6)之间。