CN106428410B - 带有菱形翼的新型水下航行器 - Google Patents

带有菱形翼的新型水下航行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有菱形翼的新型水下航行器，该水下航行器包括艏部整流罩、中部耐压壳体、尾部整流罩及菱形翼，艏部整流罩、中部耐压壳体、尾部整流罩构成航行器的艇体部分，菱形翼由一对后掠翼和一对前掠翼组成，后掠翼及前掠翼位于不同水平面上，在水平投影面上呈现菱形结构。本发明对水下滑翔机进行整体规划，通过改变滑翔翼的布局和构型，采用菱形翼的构型设计，突破了传统水翼构型的限制，可提高升阻比，优化水下滑翔机的滑翔性能，实现更优良的水动力性能，扩大水下航行器作业范围。

Description

带有菱形翼的新型水下航行器
技术领域
本发明涉及一种水下航行器的构型设计，尤其涉及一种带有菱形翼的新型水下航行器，属于水下航行器领域。
背景技术
广阔的海洋蕴含着丰富的海洋生物资源、海洋矿物资源和海洋能源，这些资源都是人类社会可持续发展的宝藏。由于深海区域存在极端的高压、与海面通信困难等问题，在技术上还难以克服，因此在人类历史文明中，有很长一段时间人类只能在浅海区域利用一些海洋生物资源。随着水下航行器和水下运载技术的发展，人类对海洋研究的领域逐渐向深海过渡。水下滑翔机作为一种依靠净浮力和水动力驱动的新型水下航行器近年来被广泛的应用于海洋的探测和观测领域，尤其是在海洋环境调查、检测和数据采集领域充分发挥了其功耗低、成本低和作业范围广等优势。国内对水下滑翔机的研究工作还处于初期阶段。
本发明在传统水下滑翔机的设计基础上提出了菱形翼的概念，针对水下滑翔机的滑翔性能进行优化，最终达到提高升阻比，扩大作业范围。
发明内容
为了提高水下滑翔机的升阻比，改善水动力性能，从而提高滑翔效率，实现续航能力的提升,本发明提供一种带有菱形翼的新型水下航行器，该航行器采用菱形翼的构型设计，在于突破传统水翼构型，实现更优良的水动力性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带有菱形翼的新型水下航行器，包括艏部整流罩、中部耐压壳体、尾部整流罩、菱形翼，所述的艏部整流罩、中部耐压壳体、尾部整流罩通过耐压壳体两端的水密盖铆接固定，所述的菱形翼设置于中部耐压壳体上，由一对后掠翼和一对前掠翼组成，后掠翼及前掠翼位于不同水平面上，在水平投影面上呈现菱形结构。
上述技术方案中，所述的后掠翼的后掠角与前掠翼的前掠角均为20.3°，菱形翼的展宽比为3.69。
所述的后掠翼所在平面位于前掠翼所在平面的下方。
所述的后掠翼及前掠翼均可以采用NACA0012翼型，与早期的其他翼型相比，有较高的最大升力系数和较低的阻力系数。
所述的水下航行器还包括尾部稳定翼，尾部稳定翼设置在尾部整流罩上，采用X型舵。相对于传统的十字舵，X型尾舵的优点主要体现在水下效率高，较小的尺寸可以有效避免水下滑翔机停泊以及坐底时对舵的损伤。
本发明的带有菱形翼的水下航行器(滑翔机)艇体部分选用流体性能相对较优良的WRC模型作为菱形翼水下滑翔机的艇体线型。整体采用椭圆和抛物线组合线型，即艇体的艏部曲线为一半椭圆，艉部曲线为一段抛物线。艇体部分主要由艏部整流罩、中部耐压壳体、尾部整流罩构成，三个部分通过中部耐压壳体两端的水密盖铆接固定。艏部整流罩起到减小滑翔过程中受到流体的粘滞阻力和压差阻力的作用；中部耐压壳体采用圆柱形涉及，起到为装载的传感器和相关的电子、机械系统提供一个水密空间和整流的作用；尾部整流罩的作用主要是减慢尾流的分离速度，降低流体压差阻力及保护中部耐压壳体。
传统前掠翼具有前缘和后缘向前掠的外形特点，与后掠翼结构相比主要的优势有：在机动性方面可使飞行器在亚音速飞行时具有更好的气动性能；在可控性方面使用前掠翼结构的飞行器可以有效提高在低速飞行时的机动性，并且在所有飞行状态下提高空气动力效能，降低失速速度，使飞行器不易进入螺旋状态，进而也提高了飞行过程中的安全性。而后掠翼的阻力系数小，对结构的强度要求比较低。本发明采用菱形翼的构型设计基于一对倾斜角相同的后掠翼和前掠翼，使其在机翼投影面上呈现菱形结构，采用异面设计。对称翼型还拥有最大的失速迎角，且失速后翼型的升力系数依然可以维持在较高的水平，可以为水下滑翔机提供优良的失速性能和增升效果。
本发明的有益效果是，本发明对水下滑翔机进行整体规划，在已有的设计方案上扬长补短，通过改变滑翔翼的布局和构型达到优化目的。采用菱形翼的构型设计，在于突破传统水翼构型，实现更优良的水动力性能。翼面相贯线处流场复杂，采用异面设计不会破坏了原有的性能。在菱形翼的展宽比为3.69时，水下滑翔机的升阻比达到最大值，也就是在此布局下滑翔的经济性最高滑翔角，滑翔角等于20.3度，相对于传统的后掠翼水下滑翔机升阻比可提升约7.14％。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明艇体主视图；
图2为本发明NACA0012翼型；
图3为本发明菱形翼水下滑翔机不同视角示意图；(a)俯视视图、(b)侧向视图、(c)后向视图；
图4为本发明水下航行器的外形结构示意图。
图中：1、艏部整流罩 2、中部耐压壳体 3、尾部整流罩 4、菱形翼 5、尾部稳定翼。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
参照图1-4，带有菱形翼的新型水下航行器，包括艏部整流罩1、中部耐压壳体2、尾部整流罩3、尾部稳定翼5和菱形翼4，艏部整流罩1、尾部整流罩3分别设置于中部耐压壳体2的两端，通过耐压壳体两端的水密盖铆接固定，形成艇体部分，其艇体线型选用WRC模型。菱形翼设置于中部耐压壳体2上，由一对后掠翼4-1和一对前掠翼4-2采用异面布置构成，后掠翼及前掠翼位于不同水平面上，但其在水平投影面上呈现菱形结构(图3)。后掠翼的后掠角与前掠翼的前掠角均为20.3°，即使得滑翔角等于20.3度，菱形翼的展宽比为3.69，本发明采用菱形翼，具有前掠翼和后掠翼的优点，且二者异面布置，不破坏原有性能。在菱形翼的展宽比为3.69时，水下滑翔机的升阻比达到最大值，也就是在此布局下滑翔的经济性最高滑翔角，滑翔角等于20.3度，相对于传统的后掠翼水下滑翔机升阻比提升约7.14％。此外，该水下航行器的尾部稳定翼5采用X型舵实现，基于NACA0006对称翼型，相对于传统十字舵，X型舵尺寸小，水下效率高，可以有效避免水下滑翔机停泊以及坐底时对舵的损伤。

Claims (3)

1.带有菱形翼的新型水下航行器，其特征在于，包括艏部整流罩（1）、中部耐压壳体（2）、尾部整流罩（3）、菱形翼（4），所述的艏部整流罩（1）、中部耐压壳体（2）、尾部整流罩（3）通过耐压壳体两端的水密盖铆接固定，所述的菱形翼（4）设置于中部耐压壳体（2）上，由一对后掠翼（4-1）和一对前掠翼（4-2）组成，后掠翼及前掠翼位于不同水平面上，在水平投影面上呈现菱形结构；所述的后掠翼及前掠翼均采用NACA0012翼型，且后掠翼的后掠角与前掠翼的前掠角均为20.3°，菱形翼的展宽比为3.69。
2.根据权利要求1所述的带有菱形翼的新型水下航行器，其特征在于，所述的后掠翼所在平面位于前掠翼所在平面的下方。
3. 根据权利要求1所述的带有菱形翼的新型水下航行器，其特征在于，所述的水下航行器还包括尾部稳定翼（5），尾部稳定翼（5）设置在尾部整流罩（3）上，采用X 型舵。
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