CN110588875A - 一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇 - Google Patents

一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，包括V型艇体，艇体从艇艉至艇艏沿艇长方向等间距划分为10站：0站设置在艇艉，往艇艏方向依次编号，直到艇艏的10站；对8站到10站间进行加密，增加8.5站和9.5站；艇体艉封板上对称设有两个可伸缩式的尾插板，艇体中部两侧对称设有两个水平翼；从10站起到位于艇体中部横剖面的5站处，设置第一折角线和第二折角线，第一折角线的宽度小于第二折角线的宽度；第一折角线和第二折角线与10站站线的交点重合，第一折角线和第二折角线其余各站站线交点的连线为水平线；第一折角线和第二折角线的宽度从10站至艇中5站均逐渐变大。本发明可提高快艇的航速，同时也提升了快艇的稳定性。

Description

一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇
技术领域
本发明涉及船艇设备技术领域，尤其是一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇。
背景技术
常规快艇通常采用圆舭艇型，特别是一些内河高速快艇，得益于其优良的水域使用环境，圆舭艇型具有更好的航行性能，航行阻力更小。随着高速艇技术的发展，深V型艇型得到广泛的应用，其优良的耐波性能可以满足恶劣海情下的使用要求，然而深V型快艇较常规圆舭型快艇来说，其阻力性能较差，重心相对较高，尤其是在提速阶段，很容易出现较高的阻力峰，从而影响快艇的起滑。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，避免了艇在提速段姿态变化过大出现阻力激增的现象，采用合理的附体控制技术，在主机输出功率不变的情况下，进一步提高快艇的航速，同时也提升了快艇的稳定性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，包括V型艇体，艇体从艇艉至艇艏沿艇长方向等间距划分为10站：0站设置在艇艉，往艇艏方向依次编号，直到艇艏的10站；对8站到10站间进行加密，增加8.5站和9.5站；艇体的艉封板上对称设有两个伸缩式的尾插板，艇体中部两侧对称设有两个水平翼；
从10站起到位于艇体中部横剖面的5站处，设置第一折角线和第二折角线，第一折角线的宽度小于和第二折角线的宽度；第一折角线和第二折角线与10站站线的交点重合，第一折角线和第二折角线其余各站站线交点的连线为水平线；第一折角线和第二折角线的宽度从10站至艇中5站均逐渐变大。
其进一步技术方案在于：
尾插板通过驱动机构沿艉封板上下运动，尾插板收缩状态时下沿与艉封板下沿齐平；尾插板的运动范围为：从尾插板下沿与艉封板下沿齐平，到尾插板上沿与艉封板下沿齐平。
水平翼水动压力中心的纵向位置Rx与艇体重心纵向位置Xg的连线和艇的中纵剖面相互垂直，水平翼与艇体的连接端位于舷侧与舭部的夹角处，水平翼绕所述连接端转动，展开或收起，收起时嵌入到艇体两侧面的水翼槽中。
水平翼的展弦比为0.9-1.1，尖削比为0.6-0.8，水平翼的投影面积与艇体设计水线面面积之比为4％。
0至8站的横剖线与艇体中部纵剖线的交点的连线为一条直线，从艇艉往艇艏看均交于同一点F1，9站、9.5站及10站的横剖线与艇体中部纵剖线的交点的高度坐标依次增大。
第一折角线和第二折角线的最大宽度均不小于艇宽的4％，从0站至5站，第一折角线和第二折角线的宽度分别相同，都为各自的最大宽度。
艇体的艇底抬升角θ≥19°。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，本发明解决了常规快艇耐波性不足的问题，同时有效降低了快艇在中速提升至高速段出现的阻力峰，使得起滑更容易、更省油、更高效；在装机功率不变的情况下，航速得到大幅提升。
本发明艇体采用耐波性能优异的深V型艇型，尾插板和水平翼作为快艇的附体安装在艇体的特定位置，通过专用的传动机构来调节尾插板和水平翼的位置，从而提高快艇的航行性能。在中航速段范围内，即无因次参数Fr▽＝1.5-2.5，尾插板对减小艇体阻力和改善航行姿态，特别是航行纵倾角起到关键作用；在高航速段范围内，即无因次参数Fr▽＝2.5-5，水平翼对降低艇体阻力和改善航行姿态，特别是艇体升沉起到关键作用，尤其在海况相对恶劣的情况下，水平翼还可以增加快艇的横摇及垂荡阻尼，进一步提高快艇的耐波性能。
在快艇起滑过程中，通过尾插板的挡水效应，可以改变艇底的压力分布，尾插板前方区域将出现一个正压区，该正压区的存在可以给艇体提供一个艉部的垂向抬升力，抬升力对艇重心产生一个力矩，该力矩对改善艇体纵向姿态起到积极作用，不但可以大幅降低快艇起滑时的主机输出功率，使得起滑更加容易，同时也使得艇的航行更加安全；
在快艇高速滑行阶段，回收尾插板至尾封板内，放下水平翼，调节水平翼的来流攻角，利用水平翼割划水面产生的动升力来抬升艇体，进而减小艇体与水的接触面积，达到进一步降低航行阻力的效果，同时水平翼给快艇在高速航行过程中提供额外的平衡力矩，提高快艇的稳定性。
附图说明
图1为本发明的俯视图。
图2为本发明的型线图。
图3为本发明另一视角的型线图。
图4为本发明水平翼收起时尾插板收起状态示意图。
图5的本发明水平翼收起时尾插板放下状态示意图。
图6为本发明水平翼收起时尾插板放下状态示意图。
图7为本发明尾插板收起时水平翼放下状态示意图。
图8为本发明尾插板收起时水平翼放下状态示意图。
图9为本发明实施例的型线图。
其中：1、艇体；4、水平翼；5、尾插板；6、水翼槽。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，本实施例的一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，包括V型艇体1，艇体1从艇艉至艇艏沿艇长方向等间距划分为10站：0站设置在艇艉，往艇艏方向依次编号，直到艇艏的10站；对8站到10站间进行加密，增加8.5站和9.5站；艇体1的艉封板上对称设有两个伸缩式的尾插板5，艇体1中部两侧对称设有两个水平翼4；
从10站起到位于艇体1中部横剖面的5站处，设置第一折角线和第二折角线，第一折角线的宽度小于和第二折角线的宽度；第一折角线和第二折角线与10站站线的交点重合，第一折角线和第二折角线其余各站站线交点的连线为水平线；第一折角线和第二折角线的宽度从10站至艇中5站均逐渐变大。
如图4-图6所示，尾插板5通过驱动机构沿艉封板上下运动，尾插板5收缩状态时下沿与艉封板下沿齐平；尾插板5的运动范围为：从尾插板5下沿与艉封板下沿齐平，到尾插板5上沿与艉封板下沿齐平。
如图1、图7-图8所示，水平翼4水动压力中心的纵向位置Rx与艇体1重心纵向位置Xg的连线和艇的中纵剖面相互垂直，水平翼4与艇体1的连接端位于舷侧与舭部的夹角处，水平翼4绕所述连接端转动，展开或收起，收起时嵌入到艇体1两侧面的水翼槽6中。艇体1的艇底抬升角θ≥19°。
水平翼4的展弦比为0.9-1.1，尖削比为0.6-0.8，水平翼4的投影面积与艇体1设计水线面面积之比为4％。
如图9所示，本实施例的一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，0至8站的横剖线与艇体1中部纵剖线的交点的连线为一条直线，从艇艉往艇艏看均交于同一点F1，9站、9.5站及10站的横剖线与艇体1中部纵剖线的交点的高度坐标依次增大。
第一折角线和第二折角线的最大宽度均不小于艇宽的4％，从0站至5站，第一折角线和第二折角线的宽度分别相同，都为各自的最大宽度。
上述方案中，艇底的抬升角θ是指艇底抬升面与水平面的夹角。
本实施例的一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其设计原理为：
艇体1平均分为10个站，0站设置在艇艉，往艇艏方向依次编号，直到艇艏的10站，每个站间距相等，同时考虑到艇艏部区域艇型变化较剧烈的因素，增加了8.5站和9.5站两个站。如图9所示，0至8站的横剖线与艇中纵剖线的交点的连线为一条直线，从艇艉往艇艏看均交于同一点F1，9站、9.5站以及10站的横剖线与艇中纵剖线的交点的高度坐标逐渐增大，满足ZF4>ZF3>ZF2>ZF1。
第一折角线和第二折角线与10站的交点分别为P10内和P10外，且P10内和P10外重合。折角线1从P0内开始由样条曲线分别连接P1内、P2内、P3内、P4内、P5内、P6内、P7内、P8内、P9内、P10内、折角线2与折角线1类似。在每个站处第二折角线的宽度值都要大于第一折角线的宽度值，同时同一站处两折角线交点的连线为水平线，即Px内Px外为水平线，两折角线宽度从艇艏10站至艇中5站逐渐变大，最大宽度b不小于艇宽B的4％，并且从0站至5站宽度均相同，都为最大宽度。
尾插板5和水平翼6两种附体的工作原理：
尾插板5：安装位置位于艉封板外侧靠近艇底，尾插板5的下沿与艉封板下沿齐平，左右两舷各安装一块，安装位置则根据具体艉封板的形式进行选装，如艉部若设置了喷水推进器或者是表面桨等装置，则尾插板的安装则需要避开喷口和表面桨轴的轴出口，尾插板的安装只需实现其能够插入水中进行作业的功能，不限于安装在艉封板的特定位置，同时尾插板的大小则根据艇的吨位和航态来确定。
当快艇开始启动加速，无因次参数Fr▽＝1.5～2.5时，由艇上的六自由度测量仪实时监测艇的航态，特别是纵倾角β，一般而言快艇在起滑阶段的纵倾角可以达到8°左右，极限可以到达10°以上，此时驾驶员对尾插板5进行控制，尾插板的下插可以减小快艇的起滑纵倾角，下插的幅值则根据实时纵倾角和航速来确定，一般来说尾插板的下插会导致一部分阻力的增加，但是由于快艇的纵倾角得到大幅改善，水流沿着艇体的纵向压力分布更加均匀，大幅降低压阻力，因此两个因素综合起来，尾插板工作状态下不但可以改善纵倾角，而且可以提高快艇的航速。
根据系列模型试验的证明，获得以下结论：在Fr▽＝1.5～2.5范围内，水平翼回收至艇侧水翼槽中不工作，尾插板的下插幅值根据纵倾角的大小来确定，满足下插幅值所对应的纵倾角在5°～6°范围内，效果最佳。
下表1所示，为不同纵倾角β下的尾插板5伸出艉封板下沿的伸出量所对应的减阻幅度。
表1不同纵倾角对应的减阻幅度
伸出量(％) β(°) 减阻幅度
0 7.870 -
40 5.852 -13.54％
50 5.577 -10.00％
60 5.422 -10.81％
70 5.743 -13.11％
80 5.294 -10.29％
水平翼4：安装位置位于艇两侧位置，水平翼4的水动压力中心的纵向位置Rx与快艇重心纵向位置Xg的连线和艇的中纵剖面相互垂直，水平翼与艇体的连接端位于舷侧与舭部的夹角处，保证水翼下放后完全浸没于水中。水平翼不工作时，将其回收至艇侧水翼槽中与艇体构成一个完整的整体，保证水流在流经该区域时依然沿着艇体纵深方向流动，而不会产生额外的阻力。
当快艇高速航行，无因次参数Fr▽＝2.5～5时，此时尾插板回收至尾封板以内不再进行工作。同时放下水平翼，根据航速和深沉值HM来调节水平翼的来流攻角，攻角通常有一个范围，如过大则将引起阻力的急剧增大，应该排除此种状态，通过模型试验验证，通常水平翼的攻角维持在4°～6°范围内，效果最佳，在该攻角下，艇体得到抬升，减小了艇与水的接触面积，达到降低摩擦阻力的目的。同时由于舷侧水平翼的存在，额外增加了快艇的横摇阻尼，进一步提高了快艇高速航行时的稳定性，另外在高速回转运动时，水平翼也提供了额外的回复力矩，使得回转横倾得到改善，提高了快艇的安全性。下表2为不同深沉值HM时各水平翼4攻角所对应的减阻幅度。
表2不同深沉值对应的减阻幅度
攻角(°) H<sub>M</sub> 减阻幅度
- 64.811 -
0° 69.461 -0.98％
2° 71.516 -3.89％
4° 74.900 -4.91％
6° 76.900 -4.88％
8° 79.326 19.95％
本发明的尾插板的大小可以根据快艇的主要尺度、艉封板形状以及航速等参数进行选装；艇体两舷侧水平翼的大小则可以根据快艇水线面面积比例进行选取。复合快艇在航行过程中，驾驶者需要根据快艇的典型航速及航态等参数对尾插板插入水中的面积以及水平翼的位置和攻角大小等参数进行有效控制，达到提高复合快艇快速性和耐波性、提升复合快艇航行性能的目的。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其特征在于：包括V型艇体(1)，艇体(1)从艇艉至艇艏沿艇长方向等间距划分为10站：0站设置在艇艉，往艇艏方向依次编号，直到艇艏的10站；对8站到10站间进行加密，增加8.5站和9.5站；艇体(1)的艉封板上对称设有两个伸缩式的尾插板(5)，艇体(1)中部两侧对称设有两个水平翼(4)；
从10站起到位于艇体(1)中部横剖面的5站处，设置第一折角线和第二折角线，第一折角线的宽度小于和第二折角线的宽度；第一折角线和第二折角线与10站站线的交点重合，第一折角线和第二折角线其余各站站线交点的连线为水平线；第一折角线和第二折角线的宽度从10站至艇中5站均逐渐变大。
2.如权利要求1所述的带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其特征在于：尾插板(5)通过驱动机构沿艉封板上下运动，尾插板(5)收缩状态时下沿与艉封板下沿齐平；尾插板(5)的运动范围为：从尾插板(5)下沿与艉封板下沿齐平，到尾插板(5)上沿与艉封板下沿齐平。
3.如权利要求1所述的带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其特征在于：水平翼(4)水动压力中心的纵向位置Rx与艇体(1)重心纵向位置Xg的连线和艇的中纵剖面相互垂直，水平翼(4)与艇体(1)的连接端位于舷侧与舭部的夹角处，水平翼(4)绕所述连接端转动，展开或收起，收起时嵌入到艇体(1)两侧面的水翼槽(6)中。
4.如权利要求3所述的带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其特征在于：水平翼(4)的展弦比为0.9-1.1，尖削比为0.6-0.8，水平翼(4)的投影面积与艇体(1)设计水线面面积之比为4％。
5.如权利要求1所述的带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其特征在于：0至8站的横剖线与艇体(1)中纵剖线的交点的连线为一条直线，从艇艉往艇艏看均交于同一点F1，9站、9.5站及10站的横剖线与艇体(1)中纵剖线交点的高度坐标依次增大。
6.如权利要求1所述的带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其特征在于：第一折角线和第二折角线的最大宽度均不小于艇宽的4％，从0站至5站，第一折角线和第二折角线的宽度分别相同，都为各自的最大宽度。
7.如权利要求1所述的带尾插板和水平翼的高性能复合快艇，其特征在于：艇体(1)的艇底抬升角θ≥19°。
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