CN112373619B

CN112373619B - 一种水翼

Info

Publication number: CN112373619B
Application number: CN202011333034.4A
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名
Original assignee: Tianjin Xiaoshaqi Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Little Shark Intelligent Technology Singapore Ltd
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2040-11-24
Also published as: CN112373619A

Abstract

本申请提供一种水翼，所述水翼的底面设有凹槽结构，所述凹槽结构用于减小水流流经所述底面时的流速。通过在水翼的底面设计凹槽结构，以使水流经过水翼底面时流速减缓，从而提升水翼底面的压强，增大水翼底面与水翼上表面之间的压强差，从而提升水翼的升力(当水流经过水翼底面时，水流速度较小，对水翼底面的压强增大，从而在水翼上下表面之间形成一个压力差，这是水翼升力的来源)。因此，在水翼底面设计凹槽结构，可以在不增加水翼展弦比(水翼翼展和平均几何弦之比)和水翼面积的情况下(节省制造成本)，提高水翼的升力上限，使得水翼能够在较低速的情况下更早进入翼航状态，从而降低水翼板推进器的能耗，提升水翼的效能。

Description

一种水翼

技术领域

本申请涉及水上航行领域，具体而言，涉及一种水翼。

背景技术

随着水翼板的普及，水翼板被越来越多的水上运动爱好者所选择。对于水翼板的设计而言，其水翼的设计优良与否，决定了一个水翼板的性能表现。高效能水翼可以在一定程度内提高水翼所能提供的升力，促使水翼板在较低速时即能够更早地进入翼航状态。然而在不改变水翼展弦比的情况下，提高升力通常意味着要增加水翼面积，这样会增加制造成本，并且也会大幅增加水翼阻力。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种水翼，以在控制成本的条件下提高水翼的效能。

为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种水翼，所述水翼的底面设有凹槽结构，所述凹槽结构用于减小水流流经所述底面时的流速。

在本申请实施例中，通过在水翼的底面设计凹槽结构，以使水流经过水翼底面时流速减缓，从而提升水翼底面的压强，增大水翼底面与水翼上表面之间的压强差，从而提升水翼的升力(当水流经过水翼底面时，水流速度较小，对水翼底面的压强增大，从而在水翼上下表面之间形成一个压力差，这是水翼升力的来源)。因此，在水翼底面设计凹槽结构，可以在不增加水翼展弦比(水翼翼展和平均几何弦之比)和水翼面积的情况下(节省制造成本)，提高水翼的升力上限，使得水翼能够在较低速的情况下更早进入翼航状态，从而降低水翼板推进器的能耗，提升水翼的效能。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述凹槽结构包括多个凹坑。

在该实现方式中，凹槽结构可以设计为包括多个凹坑，一方面可以有效减缓水翼底面的水流速度，提升水翼的升力；另一方面，能够尽可能避免增加水翼的阻力，从而有效提高水翼的效能。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述凹坑的形状为圆形或椭圆形。

在该实现方式中，凹坑的形状可以设计为圆形或椭圆形，这样能够尽可能避免增加水翼的阻力，甚至还能够在一定程度上减小水翼的阻力。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述凹坑的深度为0.5～5mm。

在该实现方式中，凹坑的深度可以设计为0.5～5mm，凹坑的深度可以根据水翼的具体参数(例如水翼整体大小，类型等)进行选取，以采用更适合该水翼的凹坑深度，尽可能提升水翼的效能。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述凹坑的深度为1mm。

在该实现方式中，凹坑的深度为1mm时，不仅能够有效提升水翼的升力，还能够在一定程度上降低水翼的阻力，能够尽可能提升水翼的效能。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述凹坑的直径为15～23mm。

在该实现方式中，凹坑的直径(凹坑为圆形时，为直径；凹坑为椭圆时，为长轴)可以设计为15～23mm，可以根据水翼的具体参数(例如水翼整体大小，类型等)进行选取，以采用更适合该水翼的凹坑直径，尽可能提升水翼的效能。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述凹坑的直径为23mm。

在该实现方式中，凹坑的直径为23mm，可以有效提升水翼的升力，尽可能避免增加水翼的阻力，从而提高水翼的性能。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述凹坑的数量为8～14个。

结合第一方面，或者结合第一方面的第一种至第七种中任一可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述凹槽结构的多个凹坑设置在所述底面上靠近所述水翼尾部的区域。

在该实现方式中，将多个凹坑设置在底面上靠近水翼尾部的区域，相较于设置在其他区域，能够更有效地提升水翼的升力，升力系数更高；而相较于设置在其他区域，水翼增加的阻力微乎其微，因此，多个凹坑设置在底面上靠近水翼尾部的区域，相较于设置在其他区域，具有更高的升力系数和升阻比，因此具有更高的效能。

结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述多个凹坑排成一排。

在该实现方式中，将多个凹坑排成一排设置，具有更好的升力提升效果，使得水翼具有更高的效能。

第二方面，本申请实施例提供一种水翼板，所述水翼板下设有第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中所述的水翼，所述水翼浸没于水中运行时，为所述水翼板提供动力。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种水翼的示意图。

图2为本申请实施例提供的一种凹坑前置排布的水翼的示意图。

图3为本申请实施例提供的一种凹坑中心排布的水翼的示意图。

图4为本申请实施例提供的一种凹坑后置排布的水翼的示意图。

图标：100-水翼；110-凹槽结构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种水翼100的示意图。在本实施例中，图1示出的为水翼100的底面(也可以视为下表面，即水翼100正常运行时，朝向水面以下的一面)，在水翼底面上设有凹槽结构110，凹槽结构110用于减小水流流经水翼底面时的流速。

由于流体压强的原理：当水流经过水翼底面时，水流速度较小，对水翼底面的压强增大，从而在水翼100上下表面之间形成一个压力差，这是水翼升力的来源。

而通过在水翼100的底面设计凹槽结构110，以使水流经过水翼底面时流速减缓，从而提升水翼底面的压强，增大水翼底面与水翼100上表面(即水翼100正常运行时，朝向水面的一面)之间的压强差，从而提升水翼100的升力。因此，在水翼底面设计凹槽结构110，可以在不增加水翼展弦比(水翼翼展和平均几何弦之比)和水翼100面积的情况下(增加水翼面积会产生更多的制造成本)，提高水翼100的升力上限，使得水翼100能够在较低速的情况下更早进入翼航状态，由此能够降低水翼板推进器的能耗，提升水翼100的效能。其中，水翼进入翼航状态，表示水翼板(水翼板下连接水翼)过渡到翼航状态时，水翼板的板体脱离水面，由水面以下的水翼提供的升力支撑水翼板板体和板体上人员的重力，从而水翼和水翼板处于稳定运行的状态。

在本实施例中，凹槽结构110可以包括多个凹坑，凹坑的大小、形状、深度等可以一致，也可以不一致，此处不作限定。当然，在一些可行的实现方式中，凹槽结构110也可能为一个整体(例如波浪纹、一个整体的条形凹坑等)，相较于设置多个凹坑构成凹槽结构110的方式，其所能达到的效果稍差，但对水翼100仍然有不错的升力提升效果。例如，整体的条形凹坑，经仿真验证，对升力的提升可高达14.6％，相应的，阻力也有一定幅度的提升，而本实施例中以对阻力提升幅度极小的包含多个凹坑的凹槽结构110为例进行说明，但不应视为对本申请的限定。

凹槽结构110设计为包括多个凹坑，一方面可以有效减缓水翼底面的水流速度(通过凹坑实现)，提升水翼100的升力；另一方面，能够尽可能避免增加水翼100的阻力(通过凹坑之间间隔的，平滑的水翼底面实现)，从而有效提高水翼100的效能。

示例性的，以凹槽结构110包括多个凹坑为例，凹坑的形状可以为圆形或者椭圆形。这样能够尽可能避免增加水翼100的阻力，甚至还能够在一定程度上减小水翼100的阻力。需要说明的是，凹坑的形状也可以为其他形状，例如菱形、三角形(菱形或三角形的角可以朝向水翼100的前进方向)，或者其他规则形状或不规则形状等，此处不作限定。当然，凹坑的形状为圆形和椭圆形时，其对水翼100效能(例如升力系数、升阻比等)的提升效果相对更好一些。另外，本实施例中将以凹坑形状为圆形作为例子进行说明，但此处不应视为对本申请的限定。

示例性的，凹坑的直径可以为15～23mm，当然，可能在一些其他的实现方式中，凹坑的直径也可以更小或更大，以水翼100的参数、类型和实际需要为准。

请参阅表1，表1示出了水翼100在有无凹槽结构110(多个凹坑)，以及凹槽结构110中凹坑的不同大小(此处以圆形凹坑为例)所带来的提高水翼升力的效果的数据。其中，水翼100以后掠型水翼、速度工况为10m/s(米每秒)、水翼攻角为2度为例。

表1

如表1中所示，水翼底面设有凹槽结构110时，水翼100的升力有明显的提升：凹坑直径为23mm的水翼100，相较于无凹槽结构110的水翼，升力提升了接近120N(牛顿)，凹坑直径为15mm的水翼100，相较于无凹槽结构110的水翼，升力也提升了接近75N。而阻力的变化不大，有的甚至还有所下降：例如凹坑直径为23mm的水翼100，相较于无凹槽结构110的水翼，阻力增加了3.4N，凹坑直径为15mm的水翼100，相较于无凹槽结构110的水翼，阻力甚至还减少了1.1N。因此，底面设有凹槽结构110的水翼100，相较于底面无凹槽结构110的水翼，在升力系数和升阻比上，都有显著的提升，从而，在水翼100的底面设计凹槽结构110，可以有效提升水翼100的性能。

需要说明的是，后文将以凹槽结构110中包括多个直径23mm的圆形凹坑为例，但不应视为对本申请的限定。

示例性的，凹坑的深度可以为0.5～5mm，具体可以根据水翼100的参数(例如水翼面积、水翼展弦比等)、类型(例如后掠型水翼、前掠型水翼等)等的不同而选取合适的凹坑深度，以尽可能提升水翼100的效能。

请参阅表2，表2示出了水翼100的凹槽结构110中凹坑的不同深度对水翼升力的影响数据。其中，水翼100为后掠型水翼、速度工况为10m/s(米每秒)、水翼攻角为2度、凹坑形状为圆形、凹坑直径为23mm。

凹坑深度	阻力	升力	升力系数	升阻比
					1mm	183.5N	2073.2N	0.323	11.30
2mm	194.1N	2069.6N	0.323	10.66
					3mm	193.9N	2062.9N	0.322	10.64

表2

如表2所示，凹坑的深度在1mm时，水翼100的阻力为183.5N，凹坑的深度在2mm时，水翼100的阻力为194.1N，而凹坑的深度在3mm时，水翼100的阻力为193.9N，以及，随着后续的凹坑深度的加深，水翼100的阻力逐渐增加。而凹坑的深度在1mm时，水翼100的升力为2073.2N，凹坑的深度在2mm时，水翼100的升力为2069.6N，凹坑的深度在3mm时，水翼100的升力为2062.9N，随着后续的凹坑深度的加深，水翼100的升力逐渐降低。由此，随着后续的凹坑深度的加深，水翼100的升力系数和升阻比也会逐渐降低。但凹坑深度控制在一定限度内(例如0.1～10mm，或者0.1～15mm等)，凹槽结构110仍然对水翼100有着不差的效能提升。而凹坑深度在1mm、凹坑直径为15mm时，不仅能够有效提升水翼100的升力，还能够在一定程度上降低水翼100的阻力，能够尽可能提升水翼100的效能。

示例性的，在凹槽结构110包括多个凹坑时，凹坑的数量可以设置在8～14个之间，以尽可能保证对水翼100性能的提升效果，例如，在直径为23mm时，凹坑的数量为10个。当然，凹坑的数量与凹坑的直径大小相关，以便适应水翼的底面。另外，在一些可能的实现方式中，凹坑的数量可能也可以为其他数量，例如12个、14个、8个等，此处不作限定。

设置在水翼底面上的凹槽结构110中凹坑的最佳数量，与水翼100的参数、水翼100的类型、凹坑的形状、凹坑的大小、凹坑的深度等因素存在一些相关性，不同情况下的凹坑的最佳数量可能有所不同。例如，在水翼100为后掠型水翼，凹坑深度为1mm、圆形凹坑的直径为23mm时，凹坑的最佳数量为10个，但此处不作限定。

在本实施例中，凹槽结构110中多个凹坑在水翼底面上的设置区域，也会影响凹槽结构110对水翼100的升力提升效果，以及，还会影响水翼100的阻力、水翼100的升阻比、水翼100的升力系数等参数，从而影响水翼100的综合性能。

示例性的，凹槽结构110中多个凹坑可以设置在水翼底面上靠近水翼尾部(以水翼100前进方向确定的尾部)的区域，也可以设置在水翼底面上的中部的区域，也可以设置在水翼底面上靠近水翼头部(以水翼100前进方向确定的头部)的区域。

请参阅图2、图3和图4，图2为本申请实施例提供的一种凹坑前置排布的水翼100的示意图，图3为本申请实施例提供的一种凹坑中心排布的水翼100的示意图，图4为本申请实施例提供的一种凹坑后置排布的水翼100的示意图。其中，前置排布表示凹槽结构110中的凹坑设置在水翼底面上靠近水翼头部的区域，中心排布表示凹槽结构110中的凹坑设置在水翼底面上的中部的区域，后置排布表示凹槽结构110中的凹坑设置在水翼底面上靠近水翼尾部的区域。前置排布时，凹坑的数量为12，中心排布时，凹坑的数量为12，后置排布时，凹坑的数量为10。

当然，这几种排布方式仅是示例性的几种，还有许多其他的排布方式，此处不一一列举，以实际需要为准。而凹槽结构110中的多个凹坑在水翼底面上的不同排布方式，也会对水翼100的升力提升效果、阻力影响、升阻比、升力系数等参数有不同程度的影响。

请参阅表3，表3示出了凹槽结构110中的凹坑在水翼底面上不同排布方式对水翼升力的影响数据。其中，水翼100为后掠型水翼、速度工况为10m/s(米每秒)、水翼攻角为2度、凹坑形状为圆形、凹坑直径为23mm、凹坑深度为1mm。

凹坑排布形式	阻力	升力	升力系数	升阻比
					前置排布	181.2N	2004.2N	0.312	11.06
中心排布	179.7N	2011.3N	0.314	11.19
					后置排布	183.5N	2073.2N	0.323	11.30

表3

如表3所示，凹槽结构110中的凹坑在水翼底面上前置排布时，阻力为181.2N；中心排布时，阻力为179.7N；后置排布时，阻力为183.5N。可见，凹坑在水翼底面上采用前置排布、中心排布和后置排布时，对水翼100的阻力影响差别不大。而凹坑在水翼底面上前置排布、中心排布、后置排布时，水翼100的升力分别为2004.2N、2011.3N、2073.2N，可见凹坑在水翼底面上采用后置排布时，其对水翼升力的提升效果明显优于前置排布方式和中心排布方式。因此，水翼100的升力系数、升阻比等参数，也是后置排布方式明显优于前置排布方式和中心排布方式。

因此，本实施例中可以优选在后掠型水翼的底面上采用后置排布的方式设置多个凹坑(即将凹坑设置在水翼底面上靠近水翼尾部的区域)。为了尽可能保证对水翼升力的提升效果，多个凹坑可以采用“一”字排开的方式排成一排，但并不限定于此，也可以将多个凹坑稍有交错地进行排列(例如排列成波浪形)，或者在凹坑数量较多的情况下，排成两排，此处不作限定。

通过将多个凹坑设置在底面上靠近水翼尾部的区域，相较于设置在其他区域，能够更有效地提升水翼100的升力，升力系数更高；而相较于设置在其他区域，水翼100增加的阻力微乎其微，因此，多个凹坑设置在底面上靠近水翼尾部的区域，相较于设置在其他区域，具有更高的升力系数和升阻比，因此水翼100具有更高的效能。

本申请实施例还提供一种水翼板，水翼板下设有本实施例中所述的水翼100，水翼100浸没于水中运行时，可以为水翼板提供动力。而本实施例中的水翼100具有更高的效能，能够节省水翼板推进器(即为水翼板提供推进动力的机构，例如具有动力源的微型螺旋桨)的能耗。

综上所述，本申请实施例提供一种水翼100，通过在水翼100的底面设计凹槽结构110，以使水流经过水翼底面时流速减缓，从而提升水翼底面的压强，增大水翼底面与水翼100上表面之间的压强差，从而提升水翼100的升力(当水流经过水翼底面时，水流速度较小，对水翼底面的压强增大，从而在水翼100上下表面之间形成一个压力差，这是水翼升力的来源)。因此，在水翼底面设计凹槽结构110，可以在不增加水翼展弦比(水翼100翼展和平均几何弦之比)和水翼100面积的情况下(节省制造成本)，提高水翼100的升力上限，使得水翼100能够在较低速的情况下更早进入翼航状态，从而降低水翼板推进器的能耗，提升水翼100的效能。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种水翼，其特征在于，所述水翼的底面设有凹槽结构，所述凹槽结构用于减小水流流经所述底面时的流速；

其中，所述凹槽结构包括多个凹坑；所述凹槽结构的多个凹坑设置在所述底面上靠近所述水翼尾部的区域；

所述多个凹坑排成一排，所述凹坑的形状为圆形或椭圆形；

所述凹坑的深度为0.5～5mm，所述凹坑的数量为8～14个。

2.根据权利要求1所述的水翼，其特征在于，所述凹坑的深度为1mm。

3.根据权利要求1所述的水翼，其特征在于，所述凹坑的直径为15～23mm。

4.根据权利要求3所述的水翼，其特征在于，所述凹坑的直径为23mm。

5.一种水翼板，其特征在于，所述水翼板设有如权利要求1-4中任一项所述的水翼，所述水翼浸没于水中运行时，为所述水翼板提供动力。