CN111152884B - 水翼装置及水翼船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水翼装置及水翼船，水翼装置包括：环形运动装置、以及设置在所述环形运动装置上的若干水翼；所述环形运动装置能够作主动或被动式环形循环运动；水翼能够随所述环形运动装置循环运动。本发明水翼装置及水翼船能够减小水翼船航行时的阻力，提高水翼船的翼航速度，减弱水翼船安装多翼时的翼间不利干扰。

Description

水翼装置及水翼船

技术领域

本发明涉及水上运输工具，更具体的来说，涉及一种水翼装置及水翼船。

背景技术

水翼船是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面（称为水翼飞航或水翼航行)，能够有效的减少水的阻力，同时还能增加航行速度。水翼船的翼和船体为固定连接，船和水翼相对于水的速度是一样的，船高速航行时水翼相对于水的速度大，还是有较大的阻力，会耗费较多的能量。

另外水翼航行时水给水翼以向后的阻力，这也会消耗较多的能量。

现有水翼船高速航行时加速到一定速度以上时，水翼相对于水的速度和船的速度一样，过大的水翼相对于水的速度会产生大量空泡，这会导致水翼的升阻力减小且不稳定，从而使水翼船的速度不能进一步提高。

现有水翼船的水翼多是一个主翼或两个主翼，水翼提供的升力小，如果采用较多的翼，翼与翼间会产生干扰，较大的增加翼的阻力和降低翼的升力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开一种水翼装置及水翼船，该水翼装置及水翼船能够减小水翼船航行时的阻力，提高水翼船的翼航速度，减弱水翼船安装多翼时的翼间不利干扰。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种水翼装置，包括：

环形运动装置、以及设置在所述环形运动装置上的若干水翼；

所述环形运动装置能够主动或被动式环形循环运动；

水翼能够随所述环形运动装置循环运动。

所述环形运动装置包括：

环形输送单元、以及至少两个转轮；

所述环形输送单元绕在所述转轮上形成环形运动结构；

所述环形输送单元上固定设有若干个用于固定水翼的水翼固定件。

还包括水翼装置架，水翼装置架上通过轴承与所述转轮转动连接，水翼装置架与船体之间通过连接件固定连接。

所述水翼装置架上通过支撑架设置有一与所述环形输送单元输送方向相平行设置的轨道，所述水翼固定件包括与所述环形输送单元相固定的固定件，固定件的一面设有固定水翼用的连接部，固定件的左、右两侧对称设有朝向所述轨道方向延伸设置的两个连接耳，所述连接耳上设有用于与所述轨道滚动接触的滚轮。

所述环形输送单元为环形输送带、环形输送链或环形输送绳。

所述环形运动装置上设有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述环形运动装置主动环形循环式运动。

所述环形运动装置为环形直线电机装置，环形的轨道作为定子，围绕环形轨道设置多个转子，每个转子上都固定连接水翼。

本发明进一步公开了一种水翼船，包括船体、以及所述的水翼装置，所述水翼装置的数量为一个或一个以上。

还包括推进器，设置在所述船体上，用于提供船体推进力。

所述水翼装置尾部或船体尾部设有用以增强水翼船俯仰稳定性的平尾。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种水翼装置及水翼船，该水翼装置包括环形运动装置、以及设置在所述环形运动装置上的若干水翼，所述水翼装置安装在船上后，当船体在水中行进时，水翼可以相对船体运动，使水翼相对于水的速度小于船相对于水的速度但和船行方向相反，这样船高速行驶时就可以减小水翼相对于水的运行速度；水翼相对于水的运动方向和船行方向相反，水给水翼一个向前的推力，整个船的阻力只有空气阻力和提供船部分动力的推进器在水中的阻力；空气阻力和推进器阻力比现有技术中的水翼阻力小很多，这样就大大降低了水翼船航行时的阻力。

本发明水翼相对于水的速度小于船相对于水的速度，而且不受船航行速度的制约，可以让船高速航行时水翼相对于水的速度远小于船航行速度，从而水翼船能够有效的提高航速。

另外，本发明水翼装置可以被动或主动式环形循环运动，当主动式环形循环运动时，可以不要船行推进器，完全由水翼的推力提供船行的动力，这样就减去了推进器的阻力，能进一步减小水翼船航行时的阻力。

水翼装置的多个水翼提供推力时（以运行方向为前方），由于水翼是循环运行的，每个水翼在水中运行刚入水时前方水面尚无水翼，这时翼前方无水翼干扰，行驶一段距离后前方只有1个翼干扰它，再运行一段距离后有2个翼干扰它，之后随着翼在这段路程中运行距离的增加干扰的翼才多了，到翼这段水中运行结束时翼受到前面干扰翼的数目最多，但明显会小于总的水中翼的个数，而现有水翼船串列多翼时，后面翼受到前面所有翼的不利干扰导致升阻力恶化。所以本发明多翼布置既增加了总的升力，又减弱了多翼之间的不利干扰。

本发明也可以减小水翼环形运动的速度，使水翼相对于水的速度与船的运行方向相同，这样水翼相对于水的运行速度会小于船行速度，从而较大地减少水翼的阻力。

在水翼和船的运动方向一致时，为了进一步的减小水翼的阻力，可以让水翼的环形运动装置船首低船尾高，这时水对水翼的流动是向后上方的，升力会产生一个向前的分力，从而可以抵消一部分阻力，减小水翼所受的阻力；

更进一步的也可以增大水翼升力的向前分力，从而变水对水翼的阻力为推动力，这样就不用船行推进器了，从而能减去船行推进器在水中的阻力。这种设置在高速航行时减小了水翼环形运动的速度，同样能减小水翼船阻力。

附图说明

图1是本发明第1种实施例水翼船的结构示意图；

其中，1为船体；2为环形运动装置；3为连接件；4为水翼装置架；5为输送带；6为转轮；7为水翼固定件；8为水翼；

图2是本发明第1种实施例水翼船的原理示意图；

其中，9为水面；F为水给水翼向前的推力；V为水翼相对于静止水面的速度；

图3是本发明第2种实施例水翼船的主视图；

其中，10为滚轮；11为轨道；12为轨道连接件；

图4是图3的立体图；

图5是本发明第3种实施例的示意图；

图6是本发明环形直线电机做水翼装置的示意图；

其中，13为电机定子；14为电机转子；15为线圈；

图7为本发明第4种实施例水翼速度和受力的示意图；

其中， V1为水翼的速度；F1为水的阻力；

图8是本发明的第5种实施例的结构示意图；

图9是本发明第5种实施例的水翼速度示意图；

其中，V2为水对水翼施加的向上的速度；V3为水对水翼施加的向后的速度；

图10是本发明第5种实施例的水翼所受升力示意图；

其中，F3为水对水翼施加的升力竖直向上的分力；F4为水对水翼施加的升力向前的分力，

图11是本发明一种环形运动装置几何形状示意图；

图12是本发明第6种实施例水翼船的结构示意图；

其中，16为平尾；

图13是本发明第7种实施例水翼船的结构示意图；

其中，17为水翼支柱。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明水翼装置及水翼船的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示是本发明第1种实施例的示意图。

包含船体1、环形运动装置2、连接件3，连接件3把环形运动装置2和船体1连接在一起，所述环形运动装置2数量为两个，两个环形运动装置2位于船体1的两侧。

每个环形运动装置2均包括水翼装置架4、输送带5、转轮6、驱动装置、水翼固定件7、水翼8，水翼固定件7将一对水翼固定在输送带5上，驱动装置驱动转轮转动时带动输送带5运动，输送带5上固定的水翼8和输送带5一起循环运动，循环运动速度大于船行速度，水翼向后推水提供船向前的动力，随着输送带循环运动速度逐渐提高，船体缓慢上升直到只有水翼在水中，实现了从静止状态向翼航状态的过渡。为更清楚明白地说明原理，现举一例，

如图2所示，图中画出了浸没在水面9下的部分水翼，以图的正右方为正方向，也是船行方向，假设水流静止，水翼船以30m/s向前行驶，输送带5以40m/s的速度顺时针运动，则水中的水翼循环运动速度为-40m/s，水翼相对于静止的水面以-10m/s的速度V向后推水，则水给水翼一个向前的推力F，这推力也是船的推进力。

本发明中也可以是水翼固定件和水翼支柱固定在一起，水翼和水翼支柱固定在一起。转轮本身也可以是驱动转轮。

实施例2

第2种实施例的环形运动装置如图3所示，为了在水翼提供较大升力时，不顶着输送带垂直向上移动过多，在水翼固定件上安装滚轮10，在水翼装置架上安装轨道11，轨道11和水翼装置架4通过轨道连接件12固定在一起，使水翼的升力通过滚轮作用在轨道上，从而限制水翼向上或向下的移动，保证水翼运行的平稳性。

实施例3

第3种实施例如图5所示，该实施例的环形运动装置个数是四个，四个环形运动装置各有一套动力系统，通过速度的不同，调节船的平衡；或左、右两侧各有一套动力系统，通过速度的不同，调节船的左右平衡。

作为本发明的其他实施例，本发明的环形运动装置不限于输送带装置；可以是链条、链轮装置，翼或翼支柱固定在链条上，随链条一起作环形运动；也可以是钢丝绳，钢丝绳轮装置，翼或翼支柱固定在钢丝绳上，随钢丝绳一起作环形运动；也可以是环形直线电机装置。如图6所示环形轨道13作为定子，围绕环形轨道设置多个转子14，转子14和线圈15固定在一起，每个转子14上都固定有水翼8，水翼8随转子14一起作环形运动。

本发明也可无船体与环形运动装置的连接件，而是船体与环形运动装置直接固定在一起。

实施例4

本发明的第4种实施例，在船后安装螺旋桨或其他类型的推进器来提供推力，水翼循环运动的速度小于船速。为了便于说明，假定水流静止，如图7所示为水翼速度和受力的示意图，图的正右方为船行方向，为正方向，船行速度30m/s，输送单元以顺时针20m/s转动，这时水对水中水翼的流动是向它们的后方流动的，相对于水，水翼的速度V1为10m/s，小于船行速度，受到水的阻力F1。现有水翼船水翼和船体固定，水翼相对于水的速度等于船速；水翼阻力和水与水翼的相对速度的平方成正比；所以本实施例能大大减少水翼的阻力从而减小水翼船的阻力。本实施例中所列速度数值只为举例说明，只要水翼装置的循环运动速度绝对值小于船行速度即可。本实施例中水翼装置的运动可以是驱动装置驱动的主动运动，也可以是水翼在水中被水流推动的被动运动。

实施例5

如图8所示是本发明的第5实施例，与实施例4不同的是它的水翼装置船首方向低船尾方向高。取水中一个翼，画水相对于水翼的速度图如图9所示，由于船首方向环形运动装置低，所以水翼在水中有向下的运动速度，相对的水对水翼有一个向上的速度V2；又因为水翼循环运动的速度小于船行的速度，所以水对水翼有一个向后的速度V3，故水对水翼的速度方向朝向船行的后上方。画其升力如图10所示，水翼的升力F2向右侧倾斜，产生一个竖直向上的分力F3和一个向前的分力F4，它抵消一部分水翼阻力，从而减小水翼在水中的阻力。当然本发明使水翼产生升力向前分力的方法不限于让水翼装置前低后高，也可以通过改变环形运动装置的形状来实现，如图11所示的环形运动装置几何形状示意图，水相对于水翼的运动速度同样的是朝向后上方，升力同样能产生一个向前的分力。水翼更进一步的增大这个升力的分力F4，就可以使水翼环形运动的速度小于船速的情况下水翼受到水的推力，从而水翼也能提供推进力。当然本发明采用这种方式时不一定要达到很高的速度，也可以是为了降低对环形运动装置的速度要求或其他目的。这种方式水翼相对于水的速度小于船行驶的速度，也可以有效降低船行驶时的阻力从而降低能量消耗。

实施例6

如图12所示，本实施例在水翼装置尾部加了一个平尾16，以增强水翼船的俯仰稳定性 。水翼船在水中首尾水平时，平尾16只产生一个小升力。若冲击力导致船首高，船尾低，这时平尾的迎角增大，平尾升力增大，使船尾抬起，船首下降。当船尾抬高时，平尾的迎角降低，平尾的升力也减小，迎角为负时还会产生负升力。平尾产生一个俯仰力矩，增强水翼船的俯仰稳定性。本发明的平尾还可以加在船尾。

实施例7

如图13所示，本发明的一个水翼固定件7上的水翼8是一个，水翼固定件7和水翼支柱17固定，水翼支柱17和水翼8固定在一起。

实施例8

一种水翼船，包括水翼装置、现有船体，本发明对现有的一些适合的船体进行改造。比如在铝合金或钢质船体上焊带螺栓孔的连接片，将本发明的水翼装置安装上去，从而改造现有船体为水翼船。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (6)

1.一种水翼装置，其特征在于：包括：

环形运动装置、以及设置在所述环形运动装置上的若干水翼；

所述环形运动装置能够主动或被动式环形循环运动；

水翼能够随所述环形运动装置循环运动；

所述环形运动装置包括：

环形输送单元、以及至少两个转轮；

所述环形输送单元绕在所述转轮上形成环形运动结构；

所述环形输送单元上固定设有若干个用于固定水翼的水翼固定件；

还包括水翼装置架，水翼装置架上通过轴承与所述转轮转动连接，水翼装置架与船体之间通过连接件固定连接；

所述水翼装置架上通过支撑架设置有一与所述环形输送单元输送方向相平行设置的轨道，所述水翼固定件包括与所述环形输送单元相固定的固定件，固定件的一侧设有固定水翼用的连接部，固定件的左、右两侧对称设有朝向所述轨道方向延伸设置的两个连接耳，所述连接耳上设有用于与所述轨道滚动接触的滚轮；

水翼装置船首方向低船尾方向高，水翼在水中有向下的运动速度，相对的水对水翼有一个向上的速度V2；水对水翼有一个向后的速度V3，水对水翼的速度方向朝向船行的后上方，水翼的升力F2向右侧倾斜，产生一个竖直向上的分力F3和一个向前的分力F4，以抵消一部分水翼阻力；

所述环形输送单元为环形输送带；

环形运动装置呈船首方向低船尾方向高设置，以水对水翼的速度方向朝向船行的后上方，产生一个竖直向上的分力F3和一个向前的分力F4，分力F4抵消一部分水翼阻力。

2.根据权利要求1所述的水翼装置，其特征在于，所述环形运动装置上设有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述环形运动装置主动环形循环式传动。

3.根据权利要求1所述的水翼装置，其特征在于，所述环形运动装置为环形直线电机装置，环形的轨道作为定子，围绕环形轨道设置多个转子，每个转子上都固定连接水翼。

4.根据权利要求1所述的水翼装置，其特征在于，所述水翼装置尾部设有用以增强水翼船俯仰稳定性的平尾。

5.一种水翼船，包括船体、以及如权利要求1~4中任一所述的水翼装置，所述水翼装置的数量为一个以上。

6.根据权利要求5所述的水翼船，其特征在于，还包括推进器，设置在所述船体上，用于提供船体推进力。

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