CN108341021A - 一种复杂浅水域电动涵道风扇推进m型高速快艇 - Google Patents

Abstract

本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，在船体底部设计有两条贯通船体底部前后的槽道；船体的尾部左右对称设置两个相同的涵道风扇；涵道的剖面为翼型，且涵道内侧为凸面；每个涵道内分别采用八叶桨布局，每个桨叶的剖面同样为翼型结构；涵道出口设置有方向舵，用于改变快艇前进方向。船身底部另外加装有四个小轮，方便道路运输及在城市内涝救援时通过无水区域。本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，解决了将螺旋桨浸没在水中的船只无法通过浅水及沼泽水域的问题；船舱底部设计成M型能有效地减小兴波，进而减小兴波阻力，且使艇体抬升，吃水减小，可有效提高航速；船身底部小轮可以方便快艇道路运输及通过无水区域。

Description

一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇

技术领域

本发明属于浅水域快艇技术领域，涉及一种无污染排放、低噪声、高效率、低阻力且安全性能好的复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，可用于浅水域的科学考察、环境监理、行政执法，也可用于旅游观光、渔猎竞赛，还可以用于城市内涝的救援与运输，水陆两用型快艇。

背景技术

对于许多浅水域以及遍布水草沼泽的内河湖泊，传统浸没在水中的螺旋桨的推进作用受到了极大的限制，特别是随着旅游观光产业的迅速发展，一些风景优美、水草丰茂、鸟类聚集的浅水湖泊沼泽和滩涂水域却只能使用人力船只载客观光，这就极大地限制了这一产业的发展。除此以外，随着现在国内外城市内涝及其造成的人员及财产损失越来越严重，而普通船只无法在城市内涝复杂水域通行。

发明内容

本发明提出一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，通过设计涵道风扇、M型船底以及船底增加轮胎的设计实现高效率、低噪声、高稳定性、高鲁棒性。

本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，在船体底部设计有两条贯通船体底部前后的槽道；两条槽道之间部分为主船体部分；两条槽道侧壁则是船体的两个围壁；两条槽道内则是水流及气流通道。

船体的尾部左右对称设置两个相同的涵道风扇；涵道的剖面为翼型，且涵道内侧为凸面；每个涵道内分别采用八叶桨布局，每个桨叶的剖面同样为翼型结构。

本发明的优点在于：

1、本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，凭借电池及电机驱动，将涵道风扇置于船尾甲板上，避免了浸没在水中螺旋桨推进船只无法通过浅水及澡泽域的问题；

2、本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，涵道风扇部分，通过涵道和桨叶的外形设计，满足单涵道风扇产生80kg推力(其中涵道产生约60％推力，桨叶产生约40％推力)；

3、本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，船舱底部，打破了船舱平底的传统，将船舱底部设计成M型，M型截面船底能有效地减小兴波，进而减小兴波阻力。高速航行时M型槽道产生的流体动升力作用使艇体抬升，吃水减小，可有效提高航速；船体总阻力小使其更容易超越阻力峰并加速进入滑行状态；

4、本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，还在船舱底部加装了轮胎，当船搁浅或者在陆地上转运时，可以保护船只不受损伤且方便运输。

附图说明

图1是本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇整体结构示意图；

图2a为本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇船底槽道中段截面图；

图2b为船底槽道前端截面图；

图2c为船底槽道尾端截面图；

图3A为船底槽道水流流动示意图；

图3B为船底槽道气流流动示意图；

图4为本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇中涵道结构示意图；

图5为本发明中涵道的方向舵安装位置示意图；

图6为本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇中涵道的八叶桨桨叶及涵道剖面翼型图；

图7为本发明中八叶桨桨叶扭角、相对厚度及相对(涵道直径)弦长的径向分布图；

图8为本发明中单涵道风扇CFD计算后对称面上的压力分布以及流线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，如图1所示，其船体1顶部为船舱2，船舱2上设置座椅3，最大载客数为6人，所述的座椅3周围安装有防护围栏4，目的是保证乘客的安全。

所述船体1底部设计有两条贯通船体1底部前后的槽道101，使船体1底部中截面呈M 型结构。两条槽道101之间部分为主船体部分，用于排水，为船体1提供浮力；两条槽道101两个脚则是船体1的两个围壁，类似于气垫登陆艇的围裙，起着密封的作用；两条槽道内则是水流及气流通道。图2a、2b、2c分别为两条槽道101中间、前端与尾端截面示意图，可见本发明中两条槽道101尺寸相同，槽道101中间位置直径大于尾端直径，且均小于槽道101前端直径。设计上述两条槽道101的目的是提高航行效率并且减小航行时阻力和吃水深度。此外本发明还在船体1底部的两侧安装了轮胎5，可以实现水陆两用。

图3为船体1底部槽道101水流及气流流动示意图，由图3A中可看出，槽道101可以显著减小兴波及侧向飞溅，在刚性裙体的导引下，槽道101可“吞进”首兴波并捕捉空气，而刚性裙体可以屏蔽中心排水体导致的飞溅，使其控制在槽道101范围之内，这就大大减小了滑行艇的兴波效应，也有利于减小摩擦阻力及压差阻力。图3B为槽道101纵向流动示意，由于槽道101在纵向流道内不断收缩，使得水流及气流在槽道101内受到压缩而产生流体动升力作用使船体1抬升，使船体1“骑乘”在槽道101吸入的水气二相流上，可起到减缓波浪对船体1的砰击的作用。

所述船体1的尾部左右对称设置两个相同的涵道6。涵道6的剖面为翼型，且涵道内侧为凸面，目的是利用涵道唇口部位的低压区产生吸力。如图4所示，每个涵道6内分别采用八叶桨7布局，每个桨叶的剖面同样为翼型结构；图6为八叶桨桨叶及涵道6剖面翼型图，其中较大面积的外形是涵道6的剖面外形，较小的是桨叶的剖面外形。在八叶桨7的轮毂8 和涵道6内壁之间设置支撑片9，优选采用三支撑片9布局，所述每个支撑片9的剖面为翼型，两端分别与轮毂8和涵道6内壁相连；在涵道6内部安装支撑片9，一方面可以产生气动力来抵消桨叶旋转引起的反扭矩，另一方面将对前方来流变化极为敏感的旋转流场切碎，在支撑叶片的尾部形成相对稳定的气流，增强涵道风扇的推进性能。上述八叶桨7的轮毂8 的头部为半球形，中部为圆柱形，尾部为圆锥形。在轮毂8的尾部还增加一个方向舵10，便于控制航行的方向，如图5所示。

图7为桨叶剖面翼型扭角、相对厚度及弦长分布，可以看出扭角和弦长均非线性变化，桨叶梢根比为1.2，相对厚度r/R(r为桨叶当地剖面半径，R为桨叶最大半径)为保持不变(为了加工方便没有采用根部加厚)。

图8为单涵道风扇CFD计算后对称面上的压力分布以及流线图，可以看出，高速旋转的桨叶导致气流下洗，桨叶上方为低压区，下方为高压区，上下压差形成向上的正推力。除此之外，在涵道唇口处为低压区，产生对涵道内壁的吸力，且在涵道内壁底端为高压区，二者同时对涵道整体产生额外的正推力。

Claims (9)

1.一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：船体底部设计有两条贯通船体底部前后的槽道；两条槽道之间部分为主船体部分；两条槽道外侧是船体的两个围壁；两条槽道内则是水流及气流通道；船体的尾部左右对称设置两个相同的涵道风扇；涵道的剖面为翼型，且涵道内侧为凸面；每个涵道内分别采用八叶桨布局，每个桨叶的剖面同样为翼型结构；涵道出口为气动方向舵。

2.如权利要求1所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：两条槽道尺寸相同，槽道中间位置直径大于尾端直径，且均小于槽道前端直径。

3.如权利要求1所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：船体顶部为船舱，船舱上设置座椅，座椅周围安装有防护围栏。

4.如权利要求1所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：船体底部的两侧安装了轮胎。

5.如权利要求1所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：八叶桨的轮毂和涵道内壁之间设置支撑片；支撑片的剖面为翼型，两端分别与轮毂和涵道内壁相连。

6.如权利要求1所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：在涵道内部安装支撑片。

7.如权利要求1所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：八叶桨的轮毂的头部为半球形，中部为圆柱形，尾部为圆锥形。

8.如权利要求7所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：轮毂的尾部还增加有方向舵。

9.如权利要求7所述一种复杂浅水域电动涵道风扇推进M型高速快艇，其特征在于：八叶桨桨叶梢根比为1.2。