CN107161278A - 水上高速运载工具 - Google Patents

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    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Abstract

本发明提供了一种水上高速运载工具，包括艇体、艇体水位调节系统和水上与水下推力系统，艇体水位调节系统包括若干个受驱动沿竖直方向升降的升降架，升降架上端通过安装架固定在艇体上，升降架下端固接有用于安装水下推力系统的水下主体框架；水下主体框架还铰接有承载平衡板，并设有调节承载平衡板与水平面间夹角的转动控制装置。本发明所述的水上高速运载工具，减少水阻，提高船速。

Description

水上高速运载工具
技术领域
本发明属于水上运输领域，尤其是涉及一种水上高速运载工具。
背景技术
“超空泡舰船”是让舰船的整个船体表面为气泡所覆盖，使船体不直接与水接触，减少水阻力，提高航速。
“超空泡舰船”这种水上高速运载工具，也叫水翼快艇。水翼快艇艇底装有水翼，靠水翼产生的水动力来支撑艇体重量，使艇体离开水面，以减少水阻力，提高航速。但是，水翼快艇的水翼还浸没在水里，还受到水摩擦阻力作用，不能大幅度提高航速。设想中的超空泡水翼快艇是让艇底的水翼处于“超空泡”状态，不让水翼与艇体直接接触，以减少水阻力，使水翼快艇的速度提高一倍以上。同时结合地效应飞行器、水上F1赛艇，和冲浪滑板等结构，本发明提出一种减少水阻力，从而提高船速的结构。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种水上高速运载工具，以减少水阻，提高船速。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种水上高速运载工具,包括艇体、艇体水位调节系统和水下推力系统，艇体水位调节系统包括若干个受驱动沿竖直方向升降的升降架，升降架上端通过安装架固定在艇体上，升降架下端固接有用于安装水下推力系统的水下主体框架；水下主体框架还铰接有承载平衡板，并设有调节承载平衡板与水平面间夹角的转动控制装置。
进一步的，所述转动控制装置包括液压缸，液压缸一端铰接在水下主体框架上，另一端铰接在承载平衡板上。或者所述转动控制装置包括伸缩杆，伸缩杆包括丝杆，以及分别安装在丝杆两端的固定筒和连接头，固定筒套设在丝杆一端外并与丝杆螺纹连接，连接头套设在丝杆另一端外并与丝杆转动连接且轴向固定，固定筒铰接在水下主体框架上，连接头铰接在承载平衡板。
进一步的，所述承载平衡板包括主调节板和副调节板，主调节板位于副调节板前方，且主调节板承受水阻力的有限面积大于副调节板的受水阻力的有限面积。
进一步的，所述主调节板上设有左右平衡微调系统，左右平衡微调系统包括两块左右对称设置的副翼板，以及调节副翼板与水平面间夹角的旋转调节装置；主调节板在尾端的两侧各开有用于安装副翼板的开口。
进一步的，所述旋转调节装置包括受电机驱动的齿轮，副翼板铰接一端形成有与齿轮啮合的多个轮齿。
进一步的，所述主调节板包括上下平行设置的两块翼板，两块翼板间还设置有铰接杆，铰接杆两端分别与两块翼板铰接，且每块翼板与铰接杆的铰接点到与水下主体框架的铰接点距离均一致。
进一步的，所述升降架包括主杆、两条第一铰接杆以及两条第二铰接杆；平行设置的两条第一铰接杆一端分别与安装架铰接，另一端分别与主杆的两端铰接；平行设置的两条第二铰接杆一端与分别水下主体框架铰接，另一端分别与主杆的两端铰接。
进一步的，所述升降架共有两个，并一前一后分布在艇体的中轴线下方，两个升降架共同与一个水下主体框架固接；每个升降架设一个活塞缸，活塞缸的缸体与安装架铰接，其活塞杆与任意一条铰接杆铰接，且两个升降架的第一铰接杆受活塞缸推拉而转动的旋向相反。或者，所述每个升降架设有一个伸缩缸，伸缩缸包括受电动机驱动的螺杆，以及分别安装在螺杆两端的固定套和连接套，固定套套设在螺杆一端外并与螺杆螺纹连接，连接套套设在螺杆另一端外并与螺杆转动连接且轴向固定，固定套与安装架铰接，连接套与任意一条铰接杆铰接。
相对于现有技术，本发明所述的水上高速运载工具具有以下优势：
(1)本发明所述的水上高速运载工具，具有高速的深水前进模式和低速的进出港模式；处于深水前进模式时，升降架伸展，水下主体框架上的水下推力系统高功率输出，转动控制装置转动调节承载平衡板，使调节承载平衡板与水平面夹有夹角，从而调节承载平衡板将水阻力分解出一个使整个运载工具浮起的分力，当速度足够，该分力使艇体上浮并脱离水面，从而减少艇体的水阻，增大艇体的速度，在此过程中利用升降架进一步太高艇体的高度，保证艇体可以脱离水面、越过浪头，增加艇体的速度；处于进出港模式时，升降架收缩，水下推力系统低功率输出，推动漂浮在水面上的艇体移动，进行小范围移动。
(2)本发明所述的正反水下推力系统，作为备用的推力设备，防止艇体的抛锚。
(3)本发明所述的主调节板承受水阻力较大，因此其有限面积较大，提供主要的分力；而副承受水阻力较小，因此其有效面积，提供辅助的分力，两处的分力一同使艇体上浮并脱离水面，保证艇体的稳定。另外增大主调节板有限面积的方法，除增加每块翼板的面积外，亦可以增加翼板的数量。
(4)本发明所述的左右平衡微调系统，其副翼板微调平衡，保证艇体的平衡。
(5)本发明所述艇体成流线型设置，减少深水前进模式时的风阻、进出港模的水阻和风阻，调高水下推力系统的效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：
图1为实施例1所述的深水前进模式下水上高速运载工具侧视图；
图2为实施例1所述的深水前进模式下水上高速运载工具正视图；
图3为实施例1所述的水上高速运载工具附视图；
图4是为显示实施例1中承载和平衡系统的结构所作的图1中A部的放大图A；
图5为实施例1所述的进出港模式下水上高速运载工具侧视图；
图6为实施例2所述的深水前进模式下水上高速运载工具侧剖视图；
图7为实施例2所述的深水前进模式下水上高速运载工具正视图；
图8为实施例2所述的深水前进模式下水上高速运载工具仰视图；
图9是为显示左右平衡微调系统结构所作的图6中B部的放大图B；
图10是实施例2所述的进出港模式下水上高速运载工具侧视图；
图11是实施例3所述的进出港模式下水上高速运载工具侧视图；
图12是为显示实施例3中伸缩杆结构所作的图11中C部放大图C。
附图标记说明：
1、艇体；11、船舱；12、浮体；13、凹口；14、安装架；15、尾翼；151、涡轮发动机；2、艇体水位调节系统；21、升降架；a、主杆；b、第一铰接杆；c、第二铰接杆；211、水下主体框架；22、液压缸；23、伸缩缸；231、螺杆；232、固定套；233、连接套；3、水下推力系统；4、方向调节系统；5、承载和平衡系统；51、承载平衡板；511、主调节板；5111、翼板；5112、铰接杆；512、副调节板；513、开口；52、液压缸；53、伸缩杆；531、丝杆；532、固定筒；533、连接头；6、正反水下推力系统；7、左右平衡微调系统；71、副翼板；711、轮齿；72、齿轮；8、水面。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1：一种水上高速运载工具,如图1所示，包括艇体1、艇体水位调节系统2和水下推力系统3。
结合图2和图3所示，艇体1包括船舱11以及设置于船舱11底部两侧的两个浮体12，两个浮体12间形成有凹口13，浮体12和凹口13表面均成流线型设置。
艇体水位调节系统2包括四个升降架21，并由活塞缸22推拉使其伸缩。四个升降架21均匀设置艇体1的两侧。升价架21包括主杆a、两条第一铰接杆b以及两条第二铰接杆c；平行设置的两条第一铰接杆a一端分别与安装架铰接，另一端分别与主杆a的两端铰接；平行设置的两条第二铰接杆c一端与分别水下主体框架211铰接，另一端分别与主杆a的两端铰接。每个升降架21安装两个活塞缸22，其中一个的缸体铰接在安装架14上，其活塞杆铰接任意一条第一铰接杆b；另一个的缸体铰接在任意一条第二铰接杆上，其活塞杆铰接任意一条第一铰接杆b。而且下活塞缸的活塞杆也可以铰接在安装架14上或主杆a上。这样升降架21形成上、下且共边的两个平行四边形，受活塞缸22驱动沿竖直方向升降。
每个升降架21各与一个水下主体框架211固接。每个水下主体框架211的尾端各安装水下推力系统3，水下推力系统3可以采用现有的泵喷推进系统、磁流体推进和高速光纤指令传输系统中任意一种或任意几种的组合。
方向调节系统4，即舵叶，其也转动安装在水下主体框架211上。舵叶既可以如图中所示安装在每个水下推力系统3的正前方，也可以安装在每个水下推力系统3的正后方。
结合图1和图4所示，每个水下主体框架211在前端还安装有承载和平衡系统5，承载和平衡系统5包括承载平衡板51，以及调节承载平衡板51与水平面间夹角α的转动控制装置。
承载平衡板51与水下主体框架211铰接，转动控制装置包括推拉承载平衡板51的液压缸52，液压缸52的缸体铰接在水下主体框架211上，而活塞杆铰接在承载平衡板51上，从而转动承载平衡板51。
另外，艇体1的安装架14上还安装有分离逃逸系统，当水下推力系统3出现以为可以选择利用分离逃逸系统，分离升降架21和安装架14，将水下主体框架211上的所有系统均抛弃，并使用安装在艇体1尾端在凹口13内的正反水下推力系统6，继续行驶。
而且艇体1尾端的尾翼15上还安装有涡轮发动机151，提高运载工具的速度上限。
该水上高速运载工具，具有高速的深水前进模式和低速的进出港模式；处于如图1所示的深水前进模式时，升降架21伸展，水下主体框架211上的水下推力系统3高功率输出，转动控制装置转动调节承载平衡板51，使调节承载平衡板51与水平面夹有夹角，从而调节承载平衡板51将水阻力分解出一个使整个运载工具浮起的分力，当速度足够，该分力使艇体1上浮并脱离水面8，从而减少艇体1的水阻，增大艇体1的速度；处于如图5所示的进出港模式时，升降架21收缩，水下推力系统3低功率输出，推动漂浮在水面8上的艇体1移动，进行小范围移动。
实施例2：一种水上高速运载工具，如图6和图7所示，与实施例1不同在于，升降架21共有两个，并一前一后分布在艇体1的中轴线下方的凹口13内，两个升降架21共同与一个水下主体框架211固接，每个各升降架21设一个活塞缸22，活塞缸22的缸体与安装架14铰接，其活塞杆与任意一条铰接杆b铰接，且两个升降架21的第一铰接杆b受活塞缸22推拉而转动的旋向相反，从而水下主体框架211上下升降。
而安装在水下主体框架211上的承载平衡板51，包括主调节板511和副调节板512，主调节板511位于副调节板512前方。主调节板511又包括上下平行设置的两块翼板5111，而且每块翼板5111承受水阻力的有限面积大于副调节板512的受水阻力的有限面积。
两块翼板5111间还设置有铰接杆5112，铰接杆5112两端分别与两块翼板5111铰接，且每块翼板5111与铰接杆5112的铰接点到与水下主体框架211的铰接点距离均一致。翼板5111与副调节板512依旧由与之对应的液压缸52推拉，而进行转动。
如图8和图9所示，主调节板511上设有左右平衡微调系统7。左右平衡微调系统7包括两块左右对称设置的副翼板71，以及调节副翼板71与水平面间夹角β的旋转调节装置。主调节板511在尾端的两侧各开有一个开口513，副翼板71铰接在开口513内，其前端形成有多个轮齿711，而旋转调节装置包括受电机驱动的齿轮72，齿轮72和轮齿711啮合，从而带动副翼板71转动。
实施例3：与一种水上高速运载工具，如图11和图12所示，与实施例2不同在于，驱动升降架21和承载平衡板51除上述的液压缸传动方式外，还可以采用丝杠传动方式，具体结构如下。
每个升降架21设有一个伸缩缸23，伸缩缸23包括受电动机驱动的螺杆231，以及分别安装在螺杆231两端的固定套232和连接套233，固定套232套设在螺杆231一端外并与螺杆231螺纹连接，连接套233套设在螺杆231另一端外并与螺杆231转动连接且轴向固定。固定套232与安装架14铰接，连接套233与任意一条铰接杆b铰接，而驱动螺杆231转动的电动机安装在固定套232或连接套233，这样通过螺杆231的转动，改变固定套232和连接套233的间距，即伸缩缸23的伸缩带动升降架21升降。
转动控制装置包括伸缩杆53，伸缩杆53包括丝杆531，以及分别安装在丝杆531两端的固定筒532和连接头533，固定筒532套设在丝杆531一端外并与丝杆531螺纹连接，连接头533套设在丝杆531另一端外并与丝杆531转动连接且轴向固定，固定筒532铰接在水下主体框架211上，连接头533铰接在承载平衡板51。而驱动丝杆531转动的电动机安装在固定筒532或连接头533，这样通过丝杆531的转动，改变固定筒532和连接头533的间距，即伸缩杆53的伸缩带动承载平衡板51转动。
综合上述三个实施例，升降架21可以采用多种结构，如剪式结构、伸缩缸式结构，也可以采用丝杠式、液压式等驱动方式，本实施例不再穷举。而升降架21的位置，以及与之对应的水下主体框架211的位置，只需保证艇体1平衡即可，可以根据实际需求改变；而他们的数量，只要可以提供足够的安装位置，来安装水下主体框架211上的各个系统即可。采用实施例1中采用统一规格的承载平衡板51，或者采用实施例2中不同规格的承载平衡板51，只需保证在有限空间内提供足够的承载平衡板51总有效面积即可。而左右平衡微调系统7则考虑水面8的波浪情况，而是否增设，因此实施例1中每块承载平衡板51也可以均开有开口513，并安装副翼板71，也可以采用丝杠传动方式驱动。
因此以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水上高速运载工具，其特征在于：包括艇体(1)、艇体水位调节系统(2)和水下推力系统(3)，艇体水位调节系统(2)包括若干个受驱动沿竖直方向升降的升降架(21)，升降架(21)上端通过安装架(14)固定在艇体(1)上，升降架(21)下端固接有用于安装水下推力系统(3)的水下主体框架(211)；水下主体框架(211)还铰接有承载平衡板(51)，并设有调节承载平衡板与水平面间夹角(α)的转动控制装置。
2.根据权利要求1所述的水上高速运载工具，其特征在于：转动控制装置包括液压缸(52)，液压缸(52)一端铰接在水下主体框架(211)上，另一端铰接在承载平衡板(51)上。
3.根据权利要求1所述的水上高速运载工具，其特征在于：转动控制装置包括伸缩杆(53)，伸缩杆(53)包括丝杆(531)，以及分别安装在丝杆(531)两端的固定筒(532)和连接头(533)，固定筒(532)套设在丝杆(531)一端外并与丝杆(531)螺纹连接，连接头(533)套设在丝杆(531)另一端外并与丝杆(531)转动连接且轴向固定，固定筒(532)铰接在水下主体框架(211)上，连接头(533)铰接在承载平衡板(51)。
4.根据权利要求2或3所述的水上高速运载工具，其特征在于：承载平衡板(51)包括主调节板(511)和副调节板(512)，主调节板(511)位于副调节板(512)前方，且主调节板(511)承受水阻力的有限面积大于副调节板(512)的受水阻力的有限面积。
5.根据权利要求4所述的水上高速运载工具，其特征在于：主调节板(511)上设有左右平衡微调系统(7)，左右平衡微调系统(7)包括两块左右对称设置的副翼板(71)，以及调节副翼板(71)与水平面间夹角(β)的旋转调节装置；主调节板(511)在尾端的两侧各开有用于安装副翼板(71)的开口(513)。
6.根据权利要求4所述的水上高速运载工具，其特征在于：旋转调节装置包括受电机驱动的齿轮(72)，副翼板(71)铰接一端形成有与齿轮(72)啮合的多个轮齿(711)。
7.根据权利要求4所述的水上高速运载工具，其特征在于：主调节板(511)包括上下平行设置的两块翼板(5111)，两块翼板(5111)间还设置有铰接杆(5112)，铰接杆(5112)两端分别与两块翼板(5111)铰接，且每块翼板(5111)与铰接杆(5112)的铰接点到与水下主体框架(211)的铰接点距离均一致。
8.根据权利要求1所述的水上高速运载工具，其特征在于：升降架包括主杆(a)、两条第一铰接杆(b)以及两条第二铰接杆(c)；平行设置的两条第一铰接杆(a)一端分别与安装架铰接，另一端分别与主杆(a)的两端铰接；平行设置的两条第二铰接杆(c)一端与分别水下主体框架(211)铰接，另一端分别与主杆(a)的两端铰接。
9.根据权利要求8所述的水上高速运载工具，其特征在于：升降架(21)共有两个，并一前一后分布在艇体(1)的中轴线下方，两个升降架(21)共同与一个水下主体框架(211)固接；每个升降架(21)设一个活塞缸(22)，活塞缸(22)的缸体与安装架(14)铰接，其活塞杆与任意一条铰接杆(b)铰接，且两个升降架(21)的第一铰接杆(b)受活塞缸(22)推拉而转动的旋向相反。
10.根据权利要求8所述的水上高速运载工具，其特征在于：升降架(21)共有两个，并一前一后分布在艇体(1)的中轴线下方，两个升降架(21)共同与一个水下主体框架(211)固接；每个升降架(21)设有一个伸缩缸(23)，伸缩缸(23)包括受电动机驱动的螺杆(231)，以及分别安装在螺杆(231)两端的固定套(232)和连接套(233)，固定套(232)套设在螺杆(231)一端外并与螺杆(231)螺纹连接，连接套(233)套设在螺杆(231)另一端外并与螺杆(231)转动连接且轴向固定，固定套(232)与安装架(14)铰接，连接套(233)与任意一条铰接杆(b)铰接；两个升降架(21)的第一铰接杆(b)受伸缩缸(23)推拉而转动的旋向相反。
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