CN112078743A - 一种具有减摇水翼的三体高速滑行艇 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有减摇水翼的三体高速滑行艇包括艇体、两侧片体和水翼减摇系统，艇体内部具有容纳空间，两侧片体分别相对设置于艇体的两侧，两侧片体分别与艇体之间形成两沿纵向贯穿的槽道，水翼减摇系统包括两水翼、电机和控制器，两水翼分别可转动连接于两槽道，控制器和电机均设置于容纳空间内，电机和控制器电连接，电机和两水翼传动连接，由于侧片体能完整收拢艏兴波，减少艇体产生的开尔文波的区域和幅度；并且被充分吸收的艏兴波可作用于槽道和减摇水翼，而两水翼分别可转动连接于两槽道，可以在控制器和电机的控制下改变水翼的姿态，从而来调整艇体的姿态纵倾角，进而改善艇体耐波性和纵向稳定性，具备很好的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及于船舶技术领域，尤其涉及一种具有减摇水翼的三体高速滑行艇。
背景技术
高速三体滑行艇是一种同时利用了水动力和空气动力抬升艇体来减阻的高性能船型，不仅具有单体滑行艇优良的阻力性能，在布置性、耐波性、稳定性和隐身性方面更具优势，具有较好的应用价值。
相比单体滑行艇，在高速滑行状态下，三体滑行艇的侧片体和槽道可收拢利用艏兴波以辅助滑行和增强横摇稳定性。然而，三体滑行艇仍难以应对高海况下航行时易出现的船艏砰击和海豚运动现象。上述两种现象可能会导致乘员受伤，艇上设备受损乃至艇体破损。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有高航速、高海况适应能力的、具有减摇水翼的、适用于喷水推进的三体高速滑行艇，用以解决目前的三体滑行艇仍难以应对高海况下航行时易出现的船艏砰击和海豚运动现象的问题。
本发明提供一种具有减摇水翼的三体高速滑行艇，包括：
艇体，内部具有容纳空间；
两侧片体，两侧片体分别相对设置于艇体的两侧，两侧片体分别与艇体之间形成两沿纵向贯穿的槽道；
水翼减摇系统，包括两水翼、电机和控制器，两水翼分别可转动连接于两槽道，控制器和电机均设置于容纳空间内，电机和控制器电连接，电机和两水翼传动连接。
可选的，艇体包括从下至上依次连接的底板、第一垂向断层、第二垂向断层和第三垂向断层；第一垂向断层的下表面的宽度大于底板的上表面的宽度，第二垂向断层的下表面的宽度大于第一垂向断层的上表面的宽度，第三垂向断层的下表面的宽度大于第二垂向断层的上表面的宽度。
可选的，第一垂向断层的艏端高度位于艇体艏端高度的10％～15％处，第一垂向断层的艉端的高度位于艇体的艉端高度的10％～15％处；第二垂向断层的艏端高度位于艇体的艏端高度的45％～50％处，第二垂向断层的艉端的高度位于艇体的艉端高度的15％～20％处；第二垂向断层的艏端高度位于艇体的艏端高度的65％～70％处，第二垂向断层的艉端的高度位于艇体的艉端高度的25％～30％处。
可选的，第一垂向断层的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于5°；第二垂向断层的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于7°；第三垂向断层的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于3°。
可选的，第一垂向断层、第二垂向断层和第三垂向断层的宽度方向上的侧面的斜升角为50°～70°。
可选的，第一垂向断层的下表面位于底板外部的部分由内向外的下倾角度为10°，第二垂向断层的下表面位于第一垂向断层的上表面外部的部分由内向外的下倾角度为10°。
可选的，底板包括艏段和艉段，艏段位于龙骨两侧的下表面均为曲面，艉段位于龙骨两侧的下表面均为平面，艉段占底板的长度的15％～20％；底板的长度为艇体的长度的80％～90％，底板的宽度方向的两条边线与中纵剖面夹角均大于10°，底板的宽度大于艇体的宽度的14％，底板由中间龙骨向宽度方向上的两侧的斜升角为10°。
可选的，侧片体的长度为艇体的长度的50％～80％，侧片体的高度为艇体的高度的20％～30％。
可选的，两水翼的轴线同轴设置且两水翼的轴线到艇体的艇艉的距离为艇体的长度的10％～50％，两水翼的轴线到艇体的底部的距离为艇体的高度的35％。
可选的，两水翼均采用NACA翼型；两水翼的弦长为槽道深度的75％，两水翼的展长为槽道宽度的85％～95％。
本发明的有益效果为：
本发明提供的具有减摇水翼的三体高速滑行艇由于根据兴波喷溅情况设计的侧片体能完整收拢艏兴波，减少艇体产生的开尔文波的区域和幅度；并且被充分吸收的艏兴波可作用于槽道和减摇水翼，而两水翼分别可转动连接于两槽道，可以在控制器和电机的控制下改变水翼的姿态，从而来调整艇体的姿态纵倾角，进而改善艇体耐波性和纵向稳定性，具备很好的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具有减摇水翼的三体高速滑行艇的轴测图；
图2是本发明的具有减摇水翼的三体高速滑行艇的仰视图；
图3是本发明的具有减摇水翼的三体高速滑行艇的正视图；
图4是本发明的具有减摇水翼的三体高速滑行艇的后视图；
图5是本发明的具有减摇水翼的三体高速滑行艇在减摇水翼安装位置处的横剖视图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。
实施例一
结合图1至图5所示，本发明实施例公开的一种具有减摇水翼的三体高速滑行艇，包括艇体1、侧片体2和水翼减摇系统，其中艇体1内部具有容纳空间，用于安装水翼减摇系统的部分组件。而侧片体2有两个，两个侧片体2分别相对设置于艇体1的两侧，并且两个侧片体2关于艇体对称。两个侧片体2分别与艇体1之间形成两个沿纵向贯穿的槽道3。即槽道3沿着艇体1的长度方向从艇艏到艇艉平滑设置。艇体1与对称设置的侧片体2以及槽道3共同构成三体高速滑行艇的水力线型，艇体1两侧的槽道2和侧片体3可收拢兴波和压缩内部的气流来提供水动力抬升力。
本实施例的水翼减摇系统包括两个水翼4、电机5和控制器6，两个水翼4分别可转动连接于两槽道3内，即两个侧片体2上和艇体1的两侧均开设有孔，内置有轴承，两个水翼4分别通过支撑轴连接在轴承上，并且支撑轴朝向艇体1的一端伸入艇体1的容纳空间内，而控制器6和电机5均设置于容纳空间内，电机5和控制器6电连接，电机5和两个水翼4通过支撑轴传动连接，控制器6控制电机5转动，就可以改变两个水翼4摆动的姿态。
需要具体说明的是，艇体1包括从下至上依次连接的底板7、第一垂向断层8、第二垂向断层9和第三垂向断层10。其中底板7包括艏段和艉段，艏段位于龙骨两侧的下表面均为曲面，艉段位于龙骨两侧的下表面均为平面，艉段占底板7的长度的15％～20％；底板7的长度为艇体1的长度的80％～90％，底板7的宽度方向的两条边线与中纵剖面夹角均大于10°，底板7的宽度大于艇体1的宽度的14％，底板7由中间龙骨向宽度方向上的两侧的斜升角为10°，斜升角满足喷水推进器的安装与工作要求，有利于艇体的横向稳定性。
而本实施例中第一垂向断层8、第二垂向断层9和第三垂向断层10均是从艇艏开始延伸至艇艉结束，并且第一垂向断层8的下表面的宽度大于底板7的上表面的宽度，第二垂向断层9的下表面的宽度大于第一垂向断层8的上表面的宽度，第三垂向断层10的下表面的宽度大于第二垂向断层9的上表面的宽度。艇体1上的三道垂向断层的分层结构能够在恶劣海况下能够使艇体1在剧烈颠簸时能逐级分段承受海浪的砰击力，三道垂向断层可压住部分艇首兴波来减少须状喷溅，增加水动力抬升力，从而减少艇体阻力，起到缓冲纵向运动的作用，有利于减缓艇体1收到的砰击，保护艇体1及船用设备，并且垂向断层的底面能增加艇体1滑行面的面积，增加滑行效率，提升乘员的航行舒适性。
进一步的，第一垂向断层8的艏端高度位于艇体1艏端高度的10％～15％处，第一垂向断层8的艉端的高度位于艇体1的艉端高度的10％～15％处；第二垂向断层9的艏端高度位于艇体1的艏端高度的45％～50％处，第二垂向断层9的艉端的高度位于艇体1的艉端高度的15％～20％处；第二垂向断层9的艏端高度位于艇体1的艏端高度的65％～70％处，第二垂向断层9的艉端的高度位于艇体1的艉端高度的25％～30％处。第一垂向断层8、第二垂向断层9和第三垂向断层10在船艏的高度有所增加，该设计能优化来流与断级的攻角，提升断级提供的抬升力。而且第一垂向断层8的下表面位于底板7外部的部分由内向外的下倾角度为10°，第二垂向断层9的下表面位于第一垂向断层8的上表面外部的部分由内向外的下倾角度为10°。在自由滑行状态下，三体高速滑行艇的第三垂向断层10在自由液面附近，第二垂向断层9和第一垂向断层8在水面以下，那么设置下倾角度为10°，可以为艇体1提供更大的水动力抬升力，增强了艇体1的滑行效果。
更进一步的，第一垂向断层8、第二垂向断层9和第三垂向断层10的宽度方向上的侧面的斜升角为50°～70°，垂向断层的侧面的斜升角较大，有利于增强艇体1的横向稳定性。
进一步的，第一垂向断层8的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于5°；第二垂向断层9的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于7°；第三垂向断层10的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于3°。
更进一步的，侧片体2的长度为艇体1的长度的50％～80％，侧片体2的高度为艇体1的高度的20％～30％。此时，侧片体2的长度和高度与艇体1在设计航速下的兴波情况相对应，侧片体2能起到充分吸收艇艏兴波的作用，减少艇体产生的开尔文波的区域和幅度，使艇体兴波范围和幅度较小。同时，被侧片体2充分吸收的兴波可可作用于槽道3和水翼4来调整艇体1的姿态纵倾角，从而来提升三体高速滑行艇的耐波性和纵向稳定性。
更进一步的，槽道3也具有艏段和艉段，艉段为平直段，其长度为艇体1的长度的20％～30％，平直段的横截面近似为平行直角梯形。这种设置方式保证了槽道3能提供足够的水动力抬升力，槽道3内浸湿面积较少，摩擦阻力较小。
更进一步的，两个水翼4均采用NACA翼型；两个水翼4的弦长为槽道3深度的75％，两个水翼4的展长为槽道3宽度的85％～95％。两个水翼4的轴线同轴设置且两水翼4的轴线到艇体1的艇艉的距离为艇体1的长度的10％～50％，两个水翼4的轴线到艇体1的底部的距离为艇体1的高度的35％。因此，在水翼4尺寸较大的前提下，水翼4在槽道3中能转动到最大升力攻角。
需要说明的是，在两个槽道3中的两个水翼4可对称安装在距离为艇体1的长度的10％的位置或者安装在距离为艇体1的长度的50％的位置。
具体来说，当本实施例的三体高速滑行艇航速较低时，艇体1纵摇过程中抬艏埋艏会交替出现，安装在距离为艇体1的长度的10％的位置的水翼减摇系统均能够在艇体1抬艏或埋艏时提供反向的控制力矩，起到减摇作用。安装在距离为艇体1的长度的10％的位置到艇体1的转动中心较远，力臂较长，在艇体1摇动时水翼能提供更大的减摇力矩。因此当本实施例的三体高速滑行艇航速较高时，减摇水翼的来流速度较高，提供的升力较大，控制水翼转动的电机5需要的转矩也较大。此时，若减摇水翼攻角有轻微偏差，三体高速滑行艇可能因受到的扰动而失稳。故在三体高速滑行艇目标航速较高时，安装在距离为艇体1的长度的10％的位置的水翼减摇系统对控制器6的精度和电机5转矩的要求较高。当然，本实施例的三体高速滑行艇在航速较高时会有3°至5°的抬艏角，此时，安装在距离为艇体1的长度的50％的位置的两个水翼4会脱离水面，避免对艇体产生不利扰动。故在水翼减摇系统的控制器6和电机5受限时，水翼减摇系统可布置在距离为艇体1的长度的50％的位置。
因此水翼减摇系统的安装位置不同时，相对应的控制策略也不同。当艇体1的转动中心在水翼4之后时，即在距离为艇体1的长度的10％的位置时，艉倾需要水翼4提供攻角为负，艏倾需要水翼4攻角为正。当艇体1的转动中心在水翼4之前时，即在距离为艇体1的长度的50％的位置时，艉倾需要水翼4攻角为正，艏倾需要水翼4攻角为负。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，包括：
艇体，内部具有容纳空间；
两侧片体，两所述侧片体分别相对设置于所述艇体的两侧，两所述侧片体分别与所述艇体之间形成两沿纵向贯穿的槽道；
水翼减摇系统，包括两水翼、电机和控制器，两所述水翼分别可转动连接于两所述槽道，所述控制器和所述电机均设置于所述容纳空间内，所述电机和所述控制器电连接，所述电机和两所述水翼传动连接。
2.根据权利要求1所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，所述艇体包括从下至上依次连接的底板、第一垂向断层、第二垂向断层和第三垂向断层；所述第一垂向断层的下表面的宽度大于所述底板的上表面的宽度，所述第二垂向断层的下表面的宽度大于所述第一垂向断层的上表面的宽度，所述第三垂向断层的下表面的宽度大于所述第二垂向断层的上表面的宽度。
3.根据权利要求2所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，所述第一垂向断层的艏端高度位于所述艇体艏端高度的10％～15％处，所述第一垂向断层的艉端的高度位于所述艇体的艉端高度的10％～15％处；所述第二垂向断层的艏端高度位于所述艇体的艏端高度的45％～50％处，所述第二垂向断层的艉端的高度位于所述艇体的艉端高度的15％～20％处；所述第二垂向断层的艏端高度位于所述艇体的艏端高度的65％～70％处，所述第二垂向断层的艉端的高度位于所述艇体的艉端高度的25％～30％处。
4.根据权利要求2所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，所述第一垂向断层的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于5°；所述第二垂向断层的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于7°；所述第三垂向断层的艏端的宽度方向上的两条边线的夹角大于等于3°。
5.根据权利要求2所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，所述第一垂向断层、所述第二垂向断层和所述第三垂向断层的宽度方向上的侧面的斜升角为50°～70°。
6.根据权利要求2所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，所述第一垂向断层的下表面位于所述底板外部的部分由内向外的下倾角度为10°，所述第二垂向断层的下表面位于所述所述第一垂向断层的上表面外部的部分由内向外的下倾角度为10°。
7.根据权利要求2所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，所述底板包括艏段和艉段，所述艏段位于龙骨两侧的下表面均为曲面，所述艉段位于龙骨两侧的下表面均为平面，所述艉段占所述底板的长度的15％～20％；所述底板的长度为所述艇体的长度的80％～90％，所述底板的宽度方向的两条边线与中纵剖面夹角均大于10°，所述底板的宽度大于所述艇体的宽度的14％，所述底板由中间龙骨向宽度方向上的两侧的斜升角为10°。
8.根据权利要求1～7任一项所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，所述侧片体的长度为所述艇体的长度的50％～80％，所述侧片体的高度为所述艇体的高度的20％～30％。
9.根据权利要求1～7任一项所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，两所述水翼的轴线同轴设置且两所述水翼的轴线到所述艇体的艇艉的距离为所述艇体的长度的10％～50％，两所述水翼的轴线到所述艇体的底部的距离为所述艇体的高度的35％。
10.根据权利要求1～7任一项所述的具有减摇水翼的三体高速滑行艇，其特征在于，两所述水翼均采用NACA翼型；两所述水翼的弦长为槽道深度的75％，两所述水翼的展长为槽道宽度的85％～95％。
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