CN106379498A - 一种槽道型水面复合快艇 - Google Patents

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李阳
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Abstract

本发明公开了一种槽道型水面复合快艇，包括主艇体和位于主艇体下方两侧的侧体，两侧体中间形成了槽道，在槽道的前缘和尾缘各设有一个可转动的水翼系统，水翼系统包含水翼、转动杆和调控装置，所述转动杆穿过水翼，转动杆的两端通过轴承与侧体连接，转动杆的一端与调控装置连接，所述调控装置包含感知艇体姿态及运动特征的传感系统、步进电机和控制器构成，所述传感系统安装在主艇体上，步进电机与转动杆连接，步进电机由控制器控制。本发明的一种槽道型水面复合快艇，通过在槽道的前缘和后缘各设有一个水翼系统，较好的克服了前述的槽道型滑行艇和水翼艇所固有的缺点。

Description

一种槽道型水面复合快艇
技术领域
本发明涉及槽道型水面复合快艇，属于高性能船舶技术领域。
背景技术
槽道型滑行艇和水翼艇是高性能船家族中的重要成员，目前国内外都在进行大量地研究。槽道型滑行艇在水面高速航行时，由于槽道的存在，空气在冲压作用下进入槽道滑行艇首部的槽道口，并与槽道内飞溅的水流相混合，混合成气水混合物，随着艇体航速的提高，空气进入槽道口的量也增多，从而形成了空气层。因为空气或气水混合物的密度都比水小，空气层可以作为对槽道顶滑行面的润滑降阻作用的润滑层，使得艇体的受到的摩擦阻力极大地减少；同时，由于艇体的形状使得船体获得额外的升力，使得艇体抬离水面，进一步减少阻力、提高效能。
水翼艇是一种依靠水翼的上、下压强差来抬高船体，从而达到快速航行的船舶。水翼艇在水面高速航行是靠水翼产生的水升力将船体完全托出水面，在同样排水量和推进功率情况下，其快速性比滑行艇提高15％以上，它克服了滑行艇的诸多缺点，但它在波浪中失速大，同时推进装置比较复杂，造价高。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种槽道型水面复合快艇，通过在槽道的前缘和后缘各设有一个水翼系统，较好的克服了前述的槽道型滑行艇和水翼艇所固有的缺点。
技术方案：为实现上述目的，本发明的槽道型水面复合快艇，包括主艇体和位于主艇体下方两侧的侧体，两侧体中间形成了槽道，在槽道的前缘和尾缘各设有一个可转动的水翼系统。
作为优选，所述水翼系统包含水翼、转动杆和调控装置，所述转动杆穿过水翼，转动杆的两端通过轴承与侧体连接，转动杆的一端与调控装置连接。
作为优选，所述调控装置包含感知艇体姿态及运动特征的传感系统、步进电机和控制器构成，所述传感系统安装在主艇体上，步进电机与转动杆连接，步进电机由控制器控制。
作为优选，所述水翼为水平型，其水平面形状为矩形或梯形，翼型为改良机翼型或弓形；转动杆为柱型，剖面为圆形或多边形，水翼攻角调控范围为-6°～12°。
作为优选，所述侧体的横剖线从首部的半V型或近似V型逐渐过渡为尾部的半浅V型或水平型。
作为优选，所述槽道顶部横剖线从首部的大圆弧形快速过渡为中部的中等圆弧形、中部至尾部顶部横剖线基本保持不变；槽道顶部横剖线分别与两侧体的横剖线光顺连接。槽道顶部横剖线分别与两侧体的横剖线光顺连接；艇体主尺度比为：长宽比为2～6、宽度吃水比为2.6～3.8；槽道高度与宽度(一半吃水高度处)0.7～1.5。上述尺度比等参数的具体数值，根据船艇的任务背景，兼顾航行性能及布置特性综合最优，基于优化计算确定。
作为优选，当传感系统检测到船模的艉倾角度0～5°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为3°；当传感系统检测到船模的艉倾角度5～10°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为6°；当传感系统检测到船模的艉倾角度10～15°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为9°；当传感系统检测到船模的艉倾角度15～20°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为12°。
有益效果：本发明的槽道型水面复合快艇，结合了槽道型滑行艇布置特性好、阻力性能好及航向稳定性好和可控水翼的水翼艇快速性及综合航行性能好的优点，较好的克服了前述的槽道型滑行艇和水翼艇所固有的缺点，其综合技术经济性能优于槽道型滑行艇和水翼艇；本发明在快速性比槽道型滑行艇提高6％以上，同时振动、稳定性等整体性能得到较大改善。本发明的水翼系统，在艇体高速航行时，提供升力，进一步减少航行阻力；同时水翼系统的调控系统可根据由角位移或角速度传感器、位置传感器(例如：DGPS等)等组成的艇体姿态及运动特征传感系统的反馈时时调控水翼攻角，充分利用波浪能推动艇体前进从而到达最佳航行状态，其综合性能比槽道型滑行艇提高8％以上。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是图1的右视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1的艇体A-A剖视图；
图5是图1的艇体B-B剖视图；
图6是水翼及水翼调控系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图6所示，本发明的槽道型水面复合快艇，包括主艇体7和位于主艇体7下方两侧的侧体1、2，两侧体1、2中间形成了槽道，在槽道的前缘和尾缘各设有一个可转动的水翼系统3、4，所述水翼系统包含水翼61、转动杆62和调控装置，所述转动杆62穿过水翼61，转动杆62的两端通过轴承64与侧体1、2连接，转动杆62的一端与调控装置连接。
在本发明中，所述调控装置包含感知艇体姿态及运动特征的传感系统66、步进电机65和控制器67构成，所述传感系统66安装在主艇体7上，步进电机65与转动杆62连接，步进电机65由控制器67控制。
在本发明中，所述水翼61为水平型，其水平面形状为矩形或梯形，翼型为改良机翼型或弓形；转动杆62为柱型，剖面为圆形或多边形，水翼61攻角调控范围为-6°～12°。所述侧体1、2的横剖线从首部的半V型或近似V型逐渐过渡为尾部的半浅V型或水平型。所述槽道顶部横剖线从首部的大圆弧形快速过渡为中部的中等圆弧形、中部至尾部顶部横剖线基本保持不变，大圆弧形指大圆弧形半径与船宽之比为1～1.5，中等圆弧形指中等圆弧形半径与船宽之比为0.7～1；槽道顶部横剖线分别与两侧体的横剖线光顺连接。艇体主尺度比为：长宽比为2～6、宽度吃水比为(一半吃水高度处)2.6～3.8；槽道高度与宽度(一半吃水高度处)0.7～1.5。上述尺度比等参数的具体数值，根据船艇的任务背景，兼顾航行性能及布置特性综合最优，基于优化计算确定。
本发明在使用时，船体在初始静止状态，水翼攻角为0°，随着船速的增加，水翼角度不断增加，当传感系统检测到船模的艉倾角度0～5°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为3°，水翼角度即为水翼攻角；当传感系统检测到船模的艉倾角度5～10°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为6°；当传感系统检测到船模的艉倾角度10～15°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为9°；当传感系统检测到船模的艉倾角度15～20°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为12°。根据艇体姿态及运动特征的传感系统感知的艇体的艉倾角度及船速，随着艉倾角度及船速的增加，由步进电机、转动杆及控制器控制水翼攻角灵活的改变，充分发挥调节的灵活性，能适应复杂多变的海洋环境，较大程度实现对升沉、纵摇、横摇、侧移、回转、急停、减速等功能的控制，改善滑行艇航行性能，从而充分利用波浪能推动艇体前进从而到达最佳航行状态。同时根据控制目标以及外载荷等其他因素实现连续控制，加快控制响应速度与精度，实现对航行中槽道艇的高精度控制。
本发明的一种槽道型水面复合快艇，在水面高速航行时，由于槽道的存在，槽道内的空气，与槽道内水流的飞溅相混合形成空气层，减少航行时的阻力；艇体艏部和艉部设置的水翼61在艇体高速航行时将主艇体7抬离水面，更进一步减少航行阻力；同时水翼系统的调控系统可根据由角位移或角速度传感器、位置传感器(例如：DGPS等)等组成的艇体姿态及运动特征传感系统66的反馈时时调控水翼61攻角，充分利用波浪能推动艇体前进从而到达最佳航行状态。由此艇体的航行性能得到较大的改善，快速性得到较大的提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种槽道型水面复合快艇，其特征在于：包括主艇体和位于主艇体下方两侧的侧体，两侧体中间形成了槽道，在槽道的前缘和尾缘各设有一个可转动的水翼系统。
2.根据权利要求1所述的槽道型水面复合快艇，其特征在于：所述水翼系统包含水翼、转动杆和调控装置，所述转动杆穿过水翼，转动杆的两端通过轴承与侧体连接，转动杆的一端与调控装置连接。
3.根据权利要求2所述的槽道型水面复合快艇，其特征在于：所述调控装置包含感知艇体姿态及运动特征的传感系统、步进电机和控制器构成，所述传感系统安装在主艇体上，步进电机与转动杆连接，步进电机由控制器控制。
4.根据权利要求2所述的槽道型水面复合快艇，其特征在于：所述水翼为水平型，其水平面形状为矩形或梯形，翼型为机翼型或弓形；转动杆为柱型，剖面为圆形或多边形，水翼攻角调控范围为-6°～12°。
5.根据权利要求2所述的槽道型水面复合快艇，其特征在于：所述侧体的横剖线从首部的半V型或近似V型逐渐过渡为尾部的半浅V型或水平型。
6.根据权利要求2所述的槽道型水面复合快艇，其特征在于：所述槽道顶部横剖线从首部的大圆弧形过渡为中部的中等圆弧形、中部至尾部顶部横剖线保持不变，槽道顶部横剖线分别与两侧体的横剖线光顺连接。
7.根据权利要求3所述的槽道型水面复合快艇，其特征在于：当传感系统检测到船模的艉倾角度0～5°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为3°；当传感系统检测到船模的艉倾角度5～10°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为6°；当传感系统检测到船模的艉倾角度10～15°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为9°；当传感系统检测到船模的艉倾角度15～20°时，控制器控制步进电机带动水翼转动到水翼角度为12°。
8.根据权利要求3所述的槽道型水面复合快艇，其特征在于：快艇主尺度比为：长宽比为2～6、宽度吃水比为2.6～3.8；槽道高度与宽度之比为0.7～1.5。
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