CN108284951A - 一种组合式气垫气动翼船 - Google Patents

Abstract

本发明属于气垫式地效翼船总体设计领域，涉及一种组合式气垫气动翼船。提出一种流线型的气动局部以及经典气垫船式机身让本发明拥有多种使用模式，包括气垫船模式、地效区内飞行模式以及地效区外飞行模式。可使使用地域相对于地效翼船更为广阔，可以在湖面、水面、草地、沙地、泥地等地域进行起降飞行。本发明以总体性能优化与设计技术的相关理论为主线，为此类产品的气动布局设计提供了一套系统与实用的基础和方法。

Description

一种组合式气垫气动翼船

技术领域

本发明属于气垫式地效翼船总体设计领域，涉及一种组合式气垫气动翼船。

背景技术

地效翼船是利用地面效应进行离水航行的高速船舶(或者利用地面效应进行飞行的飞行器)。它除了借助飞机机翼获得升力的一般原理外，还巧妙的利用了地面效应原理，从而提高机翼升力，降低诱导阻力，增大升阻比。常规的地效翼船的气动外形与水上飞机相比有很多相似之处，拥有流线型以及水密的船形底机身，水平尾翼的位置往往比较高和宽大，以提高操作敏捷性，机翼展弦比通常较小，并在机翼中段或翼尖下方设置有宽大的隔断隔板。上述设计特点一定程度上限制了地效翼船在水上运行的操纵性，并且拥有较高的起降要求，此外，传统的地效翼船大多只能在平整的水面，湖面、平原等地域活动，大幅度阻碍了地效翼船的应用和推广。

气垫船则是介于常规排水型船舶和飞机之间的一种新型运载工具。自20世纪50年代后期英国考克雷尔(Christopher Cockerell)提出用气垫将船托起形成Hovercraft的概念开始，到70年代英吉利海峡大型气垫船SRN4-MK3获得成功后，气垫船设计技术开始有了一个较为全面、稳定的发展。气垫船在运行时因围裙而几乎与水面隔离，也没有水下附体，因此它既能在水上运行也能在陆上运行。但是，在围裙系统与水面相互作用时会产生各种附加阻力成分，此外，气垫船还存在耗油大，航程短，经济性能不显著的缺点。

发明内容

本发明的目的：本发明主要针对上述问题，提出一种流线型的气动局部以及经典气垫船式机身让本发明拥有多种使用模式。

本发明的技术方案：一种组合式气垫气动翼船，其特征在于，包括气垫船船身4、可拆卸组合式机翼、尾翼、垫升围裙2、船体甲板3、螺旋桨8；船体甲板3通过在加强框上设置接头实现与可拆卸组合式机翼及尾翼撑板16的连接，船体甲板3底部为垫升围裙2，与船底形成一个封闭的垫升腔，船身4上从前到后依次设置有垫升风扇舱、座舱和发动机短舱7，船身4头部装有垫升风扇，尾部装有动力装置，采用推进式螺旋桨8推进；可拆卸组合式机翼由主翼13及大展弦比外翼11组成，主翼13包括蒙皮、前梁、中梁、后梁和肋，3个梁都平行于前缘线，并布置有与船身4、船体甲板3、端板5的连接接头，可以实现可拆卸组合式机翼的快速拆卸。

所述船体甲板3包括船底蒙皮、地板、船底骨架和尾翼支撑盒等部件，是船体的主承力结构，采取较小的压长比、长宽比，设计范围为2～3。

所述船体甲板3的压长比、长宽比为2.3。

所述尾翼尾部为V型双垂尾9，高置平尾14，高置平尾14面积为机翼面积20％～30％，升降舵15在平尾中段，占平尾面积的27％，偏度为上28°，下18，垂尾9面积为机翼面积15％～20％，前缘后掠角为40°～50°，方向舵10占垂尾面积的36％，偏度为左右27°

所述可拆卸组合式机翼主要由主翼及大展弦比外翼组成；主翼为小展弦比矩形翼，面积为机翼总面积的75％～85％；外翼为梯形翼，其前缘后掠角为14°，上反角为5°～15°，偏度为上21°，下14°。

所述主翼面积为机翼总面积的81％。

所述外翼上反角为10°。

所述垫升围裙2火腿式围裙布局。

所述高置平尾14面积为机翼面积的23％，垂尾面积为机翼面积16％，前缘后掠角为45°。

本发明的有益效果：本发明提出一种流线型的气动局部以及经典气垫船式机身让本发明拥有多种使用模式，包括气垫船模式、地效区内飞行模式以及地效区外飞行模式。可使使用地域相对于地效翼船更为广阔，可以在湖面、水面、草地、沙地、泥地等地域进行起降飞行。本发明以总体性能优化与设计技术的相关理论为主线，为此类产品的气动布局设计提供了一套系统与实用的基础和方法。

附图说明

图1是本发明的一种气动布局形式的正视图；

图2是本发明的一种气动布局形式的侧视图；

图3是本发明的一宗气动布局形式的俯视图；

其中1垫升风扇，2气垫围裙，3船体甲板，4船身，5端板，6进气口，7发动机短舱，8螺旋桨，9垂尾，10方向舵，11外翼，12副翼，13主翼，14高置平尾，15升降舵，16尾翼撑板

具体实施方式

如图1-3所示，由于本发明气动外形特殊，兼顾气垫船和地效飞机的使用模式，采用垫升的方式起降，因此在船身4上从前到后依次设置有垫升风扇舱、座舱和发动机短舱，并通过传动带的型式将部分动力由发动机传至垫升风扇，并维持垫升风扇1的工作。在气动外形设计时，将经典气垫船船身进行流线型处理，满足沿气流方向的“二阶光顺”，极大程度上降低了气垫船航行模式和飞行模式的气动阻力。

本发明的机翼主要由主翼13及大展弦比外翼11组成。主翼13为小展弦比矩形翼，面积为机翼总面积的75％～85％，优选81％；外翼11为梯形翼，其前缘后掠角为14°，上反角为5°～15°，优选10°，偏度为上21°，下14°。

本发明的机翼分右机翼和左机翼，主翼13主要由蒙皮、前梁、中梁、后梁和肋组成。3个梁都平行于前缘线，并布置有与机身4、船底甲板3、端板5的连接接头，可以实现主翼13、外翼11的快速拆卸，满足本发明在气垫船航行模式、地效区内飞行模式、短时越障模式三种使用模式的快速转换。

机翼的加装能大程度上改善围裙系统与水面相互作用产生的各种附加阻力，并且利用地面效应，解决传统气垫船航程短、耗油大的问题，经过详细的理论计算，能增加40％左右的航程。机翼的加装还能使飞行器能够在遇到障碍物时5°～12°迎角进行短时越障飞行，而不像传统气垫船只能绕行，节省可任务时间和复杂程度，使乘客具有更广阔的高空视野和飞行体验。

本发明船体甲板3底部为气垫围裙2为火腿式围裙布局，设置在船底周边与船底形成一个封闭的垫升腔，在垫升风扇运转后，对气垫及垫升腔进行充气至设计垫压值并附加垫升升力，垫升升力可以将飞行器抬起，相较于传动地效飞机来说，极大的减少了滑行阻力，缩短了滑行距离。此外，通过垫升围裙结构进行垫升起降，可以使飞行器能够广泛的在水面、湖面、草地、沙地等区域使用，优化了传统地效飞机使用地域的问题。

本发明飞行器尾部为V型双垂尾9，高置平尾14，并将尾翼置于滑流影响中，增加舵面应用于控制飞行器飞行姿态及横向、纵向平衡的效率，并保证了攻角焦点与飞高焦点的合理配合。可以保证飞行器在规定的速度范围内具有良好的稳定性。平尾面积为机翼面积20％～30％，优选23％，升降舵15在平尾中段，占平尾面积的27％，偏度为上28°，下18°。垂尾面积为机翼面积15％～20％，优选16％，前缘后掠角为40°～50°，优选45°。方向舵10占垂尾面积的36％，偏度为左右27°。

起飞阶段通过传动带将发动机的动能船底至垫升风扇1，并将气流导入围裙2以及围裙与船底连接形成的垫升腔，动能转化为压力能，作用在船底3下表面的附加压力产生附加的垫升力，将飞行器抬起，减少了飞行器与水接触的面积，极大程度缩短了滑行阻力和距离。此外，围裙2及船底3首部下表面的外形设计均为稍许上翘的弧形状，使飞行器具有良好的耐波性，减小了船体结构波浪碰击载荷。

主翼13为小展弦比下单翼，此布局形式更有利于飞行时的地面效应，主翼12与外翼11通过端板5连接，副翼12安装于外翼上，用于满足飞行器飞行阶段的快速倾斜角变化，在规定的侧峰值下无倾侧机动中维持机翼水平，这样的组合式机翼布局与几何参数具有结构简单、地效作用强、匹配合理等特点。主翼、外翼的拆装也使得飞行器能够在三种使用模式下快速便捷的进行转换。本发明气动外形方案中无襟翼。

为减少机翼对尾翼的扰流干扰，本发明采用高置平尾14且面积较大的设置，平尾后缘中部设置有控制飞行姿态及实现纵向平衡的升降舵15，升降舵主要提供纵向力操纵力矩。与一般的飞行器不同，地效飞行器纵向运动稳定性只有当攻角焦点、飞高焦点和重心位置匹配合理时，飞行器的纵向运动才是合理的，本发明采用V型垂尾9，高置平尾14等各部件的合理配置，可在规定的速度范围内具有良好的稳定性，保证攻角焦点与飞高焦点的合理匹配。垂尾9后缘设置有方向舵10。

在发动机短舱7的前部增加进气口6，保证发动机进气量和冷却作用。

Claims (9)

1.一种组合式气垫气动翼船，其特征在于，包括气垫船船身(4)、可拆卸组合式机翼、尾翼、垫升围裙(2)、船体甲板(3)、螺旋桨(8)；船体甲板(3)通过在加强框上设置接头实现与可拆卸组合式机翼及尾翼撑板(16)的连接，船体甲板(3)底部为垫升围裙(2)，与船底形成一个封闭的垫升腔，船身(4)上从前到后依次设置有垫升风扇舱、座舱和发动机短舱，船身(4)头部装有垫升风扇，尾部装有动力装置，采用推进式螺旋桨(8)推进；可拆卸组合式机翼由主翼(13)及大展弦比外翼(11)组成，主翼包括蒙皮、前梁、中梁、后梁和肋，3个梁都平行于前缘线，并布置有与船身(4)、船体甲板(3)、端板(5)的连接接头，可以实现可拆卸组合式机翼的快速拆卸。

2.如权利要求1所述的组合式气垫气动翼船，其特征在于，所述船体甲板(3)包括船底蒙皮、地板、船底骨架和尾翼支撑盒等部件，是船体的主承力结构，采取较小的压长比、长宽比，设计范围为2～3。

3.如权利要求2所述的组合式气垫气动翼船，其特征在于，所述船体甲板(3)的压长比、长宽比为2.3。

4.如权利要求1所述的组合式气垫气动翼船，其特征在于，所述尾翼尾部为V型双垂尾(9)，高置平尾(14)，高置平尾(14)面积为机翼面积20％～30％，升降舵(15)在平尾中段，占平尾面积的27％，偏度为上28°，下18，垂尾(9)面积为机翼面积15％～20％，前缘后掠角为40°～50°，方向舵(10)占垂尾面积的36％，偏度为左右27°。

5.如权利要求1所述的组合式气垫气动翼船，其特征在于，所述可拆卸组合式机翼主要由主翼及大展弦比外翼组成；主翼为小展弦比矩形翼，面积为机翼总面积的75％～85％；外翼为梯形翼，其前缘后掠角为14°，上反角为5°～15°，偏度为上21°，下14°。

6.如权利要求5所述的组合式气垫气动翼船，其特征在于，所述主翼面积为机翼总面积的81％。

7.如权利要求5或6所述的组合式气垫气动翼船，其特征在于，所述外翼上反角为10°。

8.如权利要求1所述的组合式气垫地效气动翼船，其特征在于，所述垫升围裙(2)火腿式围裙布局。

9.如权利要求4所述的组合式气垫气动翼船，其特征在于，所述高置平尾(14)面积为机翼面积的23％，垂尾面积为机翼面积16％，前缘后掠角为45°。