CN109466687B - 一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇 - Google Patents

一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速水面艇,具体地说是一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇。包括通气风扇、上层平台、支柱、推进段、潜体、边条及空化段,其中通气风扇安装在上层平台上,所述上层平台位于潜体的上方、并且通过支柱与潜体连接,推进段和空化段分别安装在潜体头部和尾部,所述推进段为水面艇提供推进动力,所述通气风扇为空化段提供气源,所述空化段通气后能够形成包覆潜体上下表面的空气泡。本发明可在潜体表面形成上下半空泡,通过控制潜体上下通气量控制潜体上下表面空泡内压差,可大幅降低航行阻力并具备支撑水面艇重量的垂向力。

Description

一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇
技术领域
本发明涉及一种高速水面艇,具体地说是一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇。
背景技术
高速水面艇以其速度快、机动性强等特点在海洋环境监测、海上突发事件处置和少量物资投送等方面已取得广泛应用。
然而高速水面艇要保证较高速度的航行一方面需要强大的推进动力,另一方面还需要采取减阻措施。传统的高速水面艇一般采用滑行艇外形,速度提高后水动升力使艇体吃水减小,并在水面附近采用高速滑行的方式降低阻力。但是这种艇型对海况适应性差,耐波性低。采用传统优化方法虽然在一定程度上能够提高其适航性,但是无法得到质的改善。小水线面艇型兴波阻力小,耐波性能优异,尤其是航速提高后相对其它船型具有更小的阻力系数,应用越来越广泛。但是小水线面船型湿表面积很大,摩擦阻力在总阻力中占据很大比例,并随速度呈二次关系增长,对高速航行仍然是一个限制因素。
因此,设计一种能够大幅降低航行阻力,并保证优良耐波性的高速水面艇是很有必要的。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇。该高速水面艇基于小水线面船型,在潜体上采用通气空化减阻方法,具有低阻、耐波性好等特点。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇,包括通气风扇、上层平台、支柱、推进段、潜体、边条及空化段,其中通气风扇安装在上层平台上,所述上层平台位于潜体的上方、并且通过支柱与潜体连接,推进段和空化段分别安装在潜体头部和尾部,所述推进段为水面艇提供推进动力,所述通气风扇为空化段提供气源,所述空化段通气后能够形成包覆潜体上下表面的空气泡。
所述潜体两侧设有边条,所述边条向前延伸至所述空化段的头部,向后延伸至所述推进段的尾部。
所述通气风扇通过两组通气管分别与所述空化段的上部和下部连通,两组通气管上分别设有上流量阀和下流量阀,两组通气管依次穿过支柱的内腔和潜体内腔。
所述空化段包括空化器和前端盖,其中前端盖设置于所述潜体的头部,所述空化器安装在前端盖上,所述空化器内设有分别与两组通气管路连通的两个进气通道,所述空化器的上部和下部均设有多个通气孔。
所述高速水面艇还包括前舵机及与所述前舵机连接的前稳定舵,所述前稳定舵设置于前端盖的外侧,所述前舵机置于所述潜体内、并且通过前舵机支架安装在前端盖上。
所述推进段包括定子、推进壳体、推进电机、电机支架、后端盖、推进轴系及叶轮,其中推进壳体的两端分别设有进水口和出水口,所述后端盖设置于推进壳体的进水口端、并且与所述潜体的尾部连接,所述定子设置于推进壳体的出水口端,所述推进电机容置于所述潜体内、并且通过电机支架安装在后端盖上,所述推进轴系设置于所述推进壳体内、并且一端与所述推进电机的输出轴连接,所述推进轴系的另一端设有叶轮,所述叶轮容置于所述推进壳体出水口处,所述定子内部有使水直线喷出的导叶。
所述高速水面艇还包括后舵机及与所述后舵机连接的后稳定舵,其中后稳定舵设置于所述后端盖的外侧,由所述后舵机驱动,所述后舵机容置于所述潜体内、并且安装在电机支架上。
所述推进壳体上设有进水流道,所述进水流道的进水口突出推进壳体的表面,所述叶轮工作在所述进水流道的末端。
所述推进轴系包括联轴器、轴套及轴,其中轴的一端通过联轴器与所述推进电机的输出轴连接,所述轴的末端安装所述叶轮,轴和轴套通过动密封配合,所述轴套固定在推进壳体上、并且与所述推进壳体之间为静密封。
所述上层平台通过两个支柱分别与两个所述潜体连接,形成双体型艇身;所述空化段、潜体及推进段装配后表面均为纺锤流线体。
本发明具有以下优点及有益效果:
1.本发明基于小水线面船型而设计,航行过程中兴波阻力小,并具有优良的耐波性。
2.本发明将通气空化减阻技术应用于高速水面艇潜体的减阻,减阻能力能够达到50%以上,为高速航行创造了条件。
3.本发明采用带边条的潜体结构,将潜体表面的通气空泡割裂成上下两半,上下两部分通气量可控,通过改变上下通气量可以改变潜体上下半空泡内的压强,潜体上下表面的压强差值使潜体产生能够支撑水面艇重量的垂向力。
4.本发明具有模块化的特点,将前稳定舵相关部件、通气空化等装置全部安装在前端盖上,将所有推进部件和后稳定舵相关部件安装到后端盖上,集成度高,便于装配和维护。
附图说明
图1为本发明的艇艏视角轴测视图;
图2为本发明的艇艉视角轴测视图;
图3为本发明空化段轴测视图;
图4为本发明潜体头部无空化器的局部视图;
图5为本发明其中一侧的通气管路连接示意图;
图6为本发明推进段轴测视图;
图7为本发明推进段无推进壳体的轴测视图;
图8为本发明推进段内轴系安装剖视图;
图9为本发明航行状态示意图。
其中:1为通气风扇,2为上层平台,3为支柱,4为推进段,5为潜体,6为边条,7为空化段,8为前稳定舵,9为后稳定舵,10为空化器,11为前端盖,12为前舵机,13为前舵机支架,14为下流量阀,15为上流量阀,16为定子,17为推进壳体,18为后舵机,19为推进电机,20为电机支架,21为后端盖,22为推进轴系,23为叶轮,24为联轴器,25为轴套,26为轴,27为进水流道,A为上半空泡,B为下半空泡,E为空气,F为喷水,Q为进水,M为航行方向,N为水面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-2所示,本发明提供的一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇,包括通气风扇1、上层平台2、支柱3、推进段4、潜体5、边条6及空化段7,其中通气风扇1安装在上层平台2上,上层平台2位于潜体5的上方、并且通过支柱3与潜体5连接,推进段4和空化段7分别安装在潜体5头部和尾部,推进段4为水面艇提供推进动力,通气风扇1为空化段7提供气源,空化段7通气后能够形成包覆潜体5上下表面的空气泡。
进一步地,潜体5两侧设有边条6,边条6向前延伸至空化段7的头部,向后延伸至推进段4的尾部。将潜体5的表面通过边条6将通气空泡割裂成上下两半,上下两部分通气量可控,通过改变上下通气量可以改变潜体5上下半空泡内的压强,潜体5上下表面的压强差值使潜体5产生能够支撑水面艇重量的垂向力。
空化段7、潜体5及推进段4装配后表面为纺锤流线体。上层平台2通过两个支柱3分别与两个潜体5连接,形成双体型艇身。
如图5所示,通气风扇1通过两组通气管分别与空化段7的上部和下部连通,两组通气管上分别设有上流量阀15和下流量阀14,两组通气管依次穿过支柱3的内腔和潜体5内腔。
如图3-4所示,空化段7包括空化器10和前端盖11,其中前端盖11通过螺栓安装在潜体5的头部,并保证密封性能。空化器10安装在前端盖11上,空化器10内设有分别与两组通气管路连通的两个进气通道,空化器10的上部和下部均设有多个通气孔。
进一步地,所述高速水面艇还包括前舵机12及与前舵机12连接的前稳定舵8,前稳定舵8设置于前端盖11的外侧,前舵机12置于潜体5内、并且通过前舵机支架13安装在前端盖11上,前稳定舵8通过前舵机12驱动。
空化器10采用3D打印成型方法制造,上下各有一组互不连通的进气通道,空化器10安装在前端盖11上,安装后仍保证内部上下不连通。前舵机支架13和前端盖11上都有与空化器10上的通气孔连通的上下两组通孔。
通气风扇1的后部有导流罩,导流罩上有若干可直插通气管的出气孔,与空化段7用上下两组通气管连通,连接过程中两组通气管需要穿过支柱3内腔、潜体5内腔和前舵机支架13上下两组通孔,连接后保证水密性,即水只能进入通气管而不能进入潜体5的内部。两组通气管上分别有上流量阀15和下流量阀14,能够控制通入空化器10上下通气孔的空气流量。
如图6-7所示,推进段4包括定子16、推进壳体17、推进电机19、电机支架20、后端盖21、推进轴系22及叶轮23,其中推进壳体17的两端分别设有进水口和出水口,后端盖21设置于推进壳体17的进水口端、并且与潜体5的尾部连接,定子16设置于推进壳体17的出水口端,推进电机19容置于潜体5内、并且通过电机支架20安装在后端盖21上,推进轴系22设置于推进壳体17内、并且一端与推进电机19的输出轴连接,推进轴系22的另一端设有叶轮23,叶轮23容置于推进壳体17的出水口处。定子16内部有导叶,能够吸收叶轮23后水的旋转动能,使水直线喷出,提高推进效率。
进一步地,所述高速水面艇还包括后舵机18及与后舵机18连接的后稳定舵9,其中后稳定舵9设置于后端盖21的外侧,后舵机18容置于潜体5内、并且安装在电机支架20上。后舵机18驱动后稳定舵9摆动,前稳定舵8和后稳定舵9能够控制水面艇的俯仰姿态。
如图8所示,推进轴系22包括联轴器24、轴套25及轴26,其中轴26的一端通过联轴器24与推进电机19的输出轴连接,轴26的末端安装叶轮23,轴26和轴套25通过动密封配合,轴套25固定在推进壳体17上、并且与推进壳体17之间为静密封。
推进壳体17上设有进水流道27,进水流道27的进水口突出推进壳体17的表面,叶轮23工作在进水流道27的末端。推进段4通过后端盖21上的螺栓孔安装到潜体5的尾部,并保证密封性能,推进壳体17安装在后端盖21上,与后端盖21之间为静密封。轴26和轴套25之间采用动密封措施,保证水无法进入潜体5内。叶轮23、定子16和推进壳体17采用3D打印成型方法制造,满足复杂外形的生成需求。
如图9所示,本发明在水面附近航行的状态示意图。水面艇航速提高后,通气风扇1开始工作,将空气通过上下两组通气管压入空化段7,空气在空化器10的上下通气孔溢出,形成包覆潜体5的空泡,大幅降低潜体的阻力。潜体5两侧的边条6将空泡割裂成上下两部分,并且两部分互不连通。上下两组通气管上的流量阀控制通入空化器上下通气孔的空气量,保证下部空泡压强大于上部空泡压强,潜体5上下表面的压强差形成支撑水面艇重量的垂向力。通气过程中,保证下部通气空泡边界位于推进段4上的进水口以上,避免空气进入推进段4的叶轮23,导致推力和推进效率下降。高速水面艇航行过程中,前后稳定舵控制水面艇的俯仰姿态,保证水面艇能够稳定航行,并使水线位于支柱中部位置,既能降低兴波阻力又能提高水面艇的耐波性。
本发明可在潜体表面形成上下半空泡,通过控制潜体上下通气量控制潜体上下表面空泡内压差,可大幅降低航行阻力并具备支撑水面艇重量的垂向力。本发明将通气空化减阻技术应用于高速水面艇潜体的减阻,减阻能力能够达到50%以上,为高速航行创造了条件。
以上所述仅为本发明的实施方式,并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等,均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:包括通气风扇(1)、上层平台(2)、支柱(3)、推进段(4)、潜体(5)、边条(6)及空化段(7),其中通气风扇(1)安装在上层平台(2)上,所述上层平台(2)位于潜体(5)的上方、并且通过支柱(3)与潜体(5)连接,推进段(4)和空化段(7)分别安装在潜体(5)头部和尾部,所述推进段(4)为水面艇提供推进动力,所述通气风扇(1)为空化段(7)提供气源,所述空化段(7)通气后能够形成包覆潜体(5)上下表面的空气泡;
所述潜体(5)两侧设有边条(6),所述边条(6)向前延伸至所述空化段(7)的头部,向后延伸至所述推进段(4)的尾部;潜体(5)的表面通过边条(6)将空气泡割裂成上下两半,上下两部分通气量可控,通过改变上下通气量来改变潜体(5)上下两部分空气泡内的压强,潜体(5)上下表面的压强差值使潜体(5)产生能够支撑水面艇重量的垂向力。
2.根据权利要求1所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:所述通气风扇(1)通过两组通气管分别与所述空化段(7)的上部和下部连通,两组通气管上分别设有上流量阀(15)和下流量阀(14),两组通气管依次穿过支柱(3)的内腔和潜体(5)内腔。
3.根据权利要求2所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:所述空化段(7)包括空化器(10)和前端盖(11),其中前端盖(11)设置于所述潜体(5)的头部,所述空化器(10)安装在前端盖(11)上,所述空化器(10)内设有分别与两组通气管路连通的两个进气通道,所述空化器(10)的上部和下部均设有多个通气孔。
4.根据权利要求3所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:还包括前舵机(12)及与所述前舵机(12)连接的前稳定舵(8),所述前稳定舵(8)设置于前端盖(11)的外侧,所述前舵机(12)置于所述潜体(5)内、并且通过前舵机支架(13)安装在前端盖(11)上。
5.根据权利要求1所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:所述推进段(4)包括定子(16)、推进壳体(17)、推进电机(19)、电机支架(20)、后端盖(21)、推进轴系(22)及叶轮(23),其中推进壳体(17)的两端分别设有进水口和出水口,所述后端盖(21)设置于推进壳体(17)的进水口端、并且与所述潜体(5)的尾部连接,所述定子(16)设置于推进壳体(17)的出水口端,所述推进电机(19)容置于所述潜体(5)内、并且通过电机支架(20)安装在后端盖(21)上,所述推进轴系(22)设置于所述推进壳体(17)内、并且一端与所述推进电机(19)的输出轴连接,所述推进轴系(22)的另一端设有叶轮(23),所述叶轮(23)容置于所述推进壳体(17)出水口处,所述定子(16)内部有使水直线喷出的导叶。
6.根据权利要求5所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:还包括后舵机(18)及与所述后舵机(18)连接的后稳定舵(9),其中后稳定舵(9)设置于所述后端盖(21)的外侧,由所述后舵机(18)驱动,所述后舵机(18)容置于所述潜体(5)内、并且安装在电机支架(20)上。
7.根据权利要求5所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:所述推进壳体(17)上设有进水流道(27),所述进水流道(27)的进水口突出推进壳体(17)的表面,所述叶轮(23)工作在所述进水流道(27)的末端。
8.根据权利要求5所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:所述推进轴系(22)包括联轴器(24)、轴套(25)及轴(26),其中轴(26)的一端通过联轴器(24)与所述推进电机(19)的输出轴连接,所述轴(26)的末端安装所述叶轮(23),轴(26)和轴套(25)通过动密封配合,所述轴套(25)固定在推进壳体(17)上、并且与所述推进壳体(17)之间为静密封。
9.根据权利要求1所述的采用通气空化减阻方法的高速水面艇,其特征在于:所述上层平台(2)通过两个支柱(3)分别与两个所述潜体(5)连接,形成双体型艇身;所述空化段(7)、潜体(5)及推进段(4)装配后表面均为纺锤流线体。
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