CN114516386A - 一种全航速襟翼鱼尾鳍 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全航速襟翼鱼尾鳍，所述鱼尾鳍包括主翼、襟翼；所述主翼的鳍轴和所述襟翼的襟翼轴分别以鳍轴轴线和襟翼轴轴线与鳍根部剖面的交点为中心逆时针旋转预定夹角；所述鳍轴与所述襟翼轴平行；所述主翼与所述襟翼通过所述襟翼轴相连，并能够围绕所述襟翼轴相对转动。本发明在保持鳍展弦比不变的情况下，提高鳍在全航速工况下主动拍动产生的升力，提高鳍的减摇能力，且在全航速状态下均能充分利用“划桨原理”或“机翼原理”。

Description

一种全航速襟翼鱼尾鳍

技术领域

本发明涉及一种船舶减摇鳍装置，尤其涉及一种全航速襟翼鱼尾鳍。

背景技术

现有常规减摇鳍是利用“机翼原理”，来产生升力，鳍产生的流体升力可以用以下公式来表示：

其中：ρ是流体介质的密度，V是流体速度，S是鳍翼的参考面积，C_L是鳍翼的升力系数。

公式表示，鳍流体升力L，与流体速度V²成正比，即随着流速降低，流体升力迅速减小，当流速为零时，流体升力也为零，即船舶处于停泊状态，常规减摇鳍按“机翼原理”完全丧失减摇能力。

为了实现在停泊状态减摇鳍也能实现减摇，近年来采用“划桨原理”，在停泊或低速时，通过鳍翼主动拍动产生升力，扩展了常规减摇鳍的使用范围，产生了全航速减摇鳍装置。“划桨原理”使得鳍上产生的升力大小与单位时间内同一方向上扫略的流体空间体积大小相关，单位时间内同一方向上扫略的流体空间体积越大，鳍上产生的流体反作用力越大，即拍动产生的流体升力越大，实现减摇的能力越大。因此，为了提升停泊或低速时，鳍拍动产生的反作用力，通常采用小展弦比的鳍型，或者采用带有扩展翼可变面积的鳍型，但小展弦比的鳍型会降低中高航速工况时鳍拍动产生的的升力。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种全航速襟翼鱼尾鳍，本发明的目的在于对展弦比不小于1.5的矩形鳍在保持原展弦比不变的情况下，不仅提高鳍在停泊或低航速工况下主动拍动产生的升力，从而来提高鳍在停泊或低航速情况下的减摇能力，同时，也使鳍在中高航速工况时仍然保持具有较高的升力系数，从而使得减摇鳍具有在船舶停泊至最大航速范围内都具有较好的减摇能力，实现全航速减摇。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述鱼尾鳍包括主翼、襟翼；所述主翼的鳍轴和所述襟翼的襟翼轴分别以鳍轴轴线和襟翼轴轴线与鳍根部剖面的交点为中心逆时针旋转预定夹角；所述鳍轴与所述襟翼轴平行；所述主翼与所述襟翼通过所述襟翼轴相连，并能够围绕所述襟翼轴相对转动。

进一步地，所述鳍轴轴线和所述襟翼轴轴线逆时针旋转夹角为10°～20°。

进一步地，所述鳍根部后缘部分具有逆时针切角。

进一步地，所述切角与所述鳍轴轴线和所述襟翼轴轴线旋转夹角相同。

进一步地，襟翼弦长从所述鳍根部至鳍梢部呈线性增加，最大所述襟翼弦长不超过所述鱼尾鳍的总弦长。

进一步地，所述鱼尾鳍还包括与所述鳍轴同轴设置的主轴套筒，所述主轴套筒套在所述鳍轴前端并固定在所述鳍根部上。

进一步地，所述鱼尾鳍还包括主翼片状导流罩、襟翼片状导流罩；在鳍梢部，所述主翼导流罩设置在所述主翼侧端，所述襟翼导流罩设置在所述襟翼侧端。

进一步地，所述主翼导流罩由3块纵向且平行设置的平板组成，中间的所述平板固定在所述主翼侧端中心，两侧的所述平板在中间所述平板两侧对称设置。

进一步地，所述襟翼导流罩由7块平板组成，位于所述襟翼中心的1块所述平板为长平板，其余6块所述平板在所述长平板两侧的上、中、下部对称设置；上部的2块所述平板与所述长平板平行；中、下部的4块所述平板分别沿所述鳍梢部截面边缘布置。

进一步地，沿所述鳍梢部截面边缘布置的4块所述平板与所述长平板对称面分别具有不大于6°的夹角。

本发明的有益效果：

本发明在保持鳍展弦比不变的情况下，通过逆时针旋转鳍轴和襟翼轴，使襟翼弦长从鳍根部至鳍梢部呈线性增加，扩大了鳍梢部一端鳍扫略的区域，减小了鳍根部一端鳍扫略的区域，同时，扩大了襟翼转动角度的范围，提高了襟翼转动角速度，提高了鳍运用“划桨原理”主动拍动产生的升力。

本发明的鳍在全航速状态下都能分别充分利用“划桨原理”或“机翼原理”，不仅提高鳍在停泊或低航速工况下主动拍动产生的升力，还能保持鳍在中高航速工况时仍然具有较高的升力系数，使得减摇鳍具有在船舶停泊至最大航速范围内都具有较好的减摇能力，扩大了原有襟翼鱼尾鳍的适用范围，在原有鳍展弦比不变的情况下实现更好的全航速减摇，特别适合在收放式减摇鳍装置上应用，在保证与现有收放式减摇鳍执行机构接口基本一致的情况下，实现收放式全航速减摇功能的拓展。

另外，鳍根部后缘部分具有逆时针切角，便于襟翼与传动机构相连接。

附图说明

图1为现有技术中襟翼鱼尾鳍主体外形示意图的结构示意图；

图2为本发明全航速襟翼鱼尾鳍主体外形示意图；

图3为现有技术中襟翼鱼尾鳍转鳍过程扫略区域示意图；

图4为本发明全航速襟翼鱼尾鳍转鳍过程扫略区域示意图；

图5为本发明全航速襟翼鱼尾鳍主视图；

图6为本发明全航速襟翼鱼尾鳍立体图；

图7为本发明全航速襟翼鱼尾鳍侧视图；

图8为本发明全航速襟翼鳍主视图；

图9为本发明全航速襟翼鳍立体图；

图10为本发明全航速襟翼鳍侧视图。

其中：1-主翼、2-鳍轴轴线、3-襟翼、4-襟翼轴轴线、5-鳍根部、6-鳍梢部、7-襟翼轴、8-主翼片状导流罩、9-主轴套筒、10-襟翼片状导流罩、11-主翼铰座、12-襟翼铰座、13-鱼尾。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例记载了一种全航速襟翼鱼尾鳍，其使展弦比不小于1.5的鳍在保持原展弦比不变的情况下，提高鳍全航速工况下主动拍动产生的升力，从而提高鳍的减摇能力。

如图1所示，现有的鳍翼主体水平投影总体呈矩形，主翼1的鳍轴中心线2及襟翼3的襟翼轴中心线4分别与鳍根部5剖面呈垂直状态。本实施例的襟翼鳍结构如图2所示，在现有鳍翼基础上，鳍轴轴线2和襟翼轴轴线4分别以鳍轴轴线2和襟翼轴轴线4与鳍根部5剖面的交点为中心逆时针旋转10°～20°，且鳍轴轴线2和襟翼轴轴线4平行设置，旋转后鳍的展弦比不变。在鳍根部5和鳍梢部6处的襟翼弦长由原等长变为从鳍根部5到鳍梢部6逐渐增大，但最大襟翼弦长不超过鳍的总弦长。

优选地，根据鳍展弦比的不同选择不同旋转角度，如展弦比1.5的鳍鳍轴和襟翼轴7旋转15°～20°，展弦比2.0的鳍鳍轴和襟翼轴7旋转10°～15°。

另外，为保证襟翼3与传动机构相连接，襟翼鳍结构中鳍根部5后缘部分(即主翼1下部和襟翼3的侧面)具有与鳍轴轴线2和襟翼轴轴线4旋转角度相同的10°～20°逆时针切角。

本实施例的襟翼鳍结构使鳍仍具有襟翼鱼尾鳍的特征，但与图3中(a)、(c)示出的原襟翼鱼尾鳍鳍根部5和鳍梢部6两端同比例的主翼1和襟翼3不同，本实施例的主翼1和襟翼3在鳍根部5和鳍梢部6处的比例不同，如图4中(a)、(c)所示，襟翼弦长从鳍根部5剖面到鳍梢部6剖面线性增加。本实施例的襟翼鳍结构同样适用于普通的襟翼鳍，形成全航速襟翼鳍。

图4中(b)、(d)示出的本实施例的鳍效果与图3中(b)、(d)示出的原襟翼鱼尾鳍鳍效果相比，在相同的主翼1转角范围和相同的主翼1和襟翼3转角传动比例关系情况下，在鳍梢部6一端鳍扫略的区域(即图4中带有“(+)”标示的区域)明显增大，在鳍根部5一端鳍扫略的区域(即图4中带有“(-)”标示的区域)明显减小。鳍上单位时间内产生的升力大小与在同一方向上扫略的流体空间体积大小相关，即“(+)”标示的区域越大，“(-)”标示的区域越小，鳍上运用“划桨原理”主动拍动产生的升力就越大。

在主翼1旋转的同时，襟翼3由传动机构驱动，襟翼3相对主翼1进行旋转，如在主翼1旋转24°时，襟翼3相对主翼1可再旋转36°以上，使得襟翼3总旋转角度可达60°以上，大大扩大了襟翼3转动角度的范围。同时，襟翼3转动角速度也增大，如主翼1以1rad/s角速度驱动时，襟翼3转动角速度平均可达2.5rad/s，大幅提高了鳍在停泊或低航速情况下主动拍动产生升力的能力，进而提高了停泊或低航速情况下鳍的减摇能力。

在有航速时，本实施例的鳍仍然具有高升力系数，利用“机翼原理”，产生较高的流体升力，保持了鳍在有航速情况下仍然具有产生较高流体升力的能力，从而保持中高航速情况下，鳍仍然具有较高的减摇能力。

将本实施例的襟翼鳍结构应用于全航速襟翼鱼尾鳍中，如图5至图7所示，襟翼鱼尾鳍包括主翼1、襟翼3、襟翼轴7、主翼片状导流罩8、主轴套筒9、襟翼片状导流罩10、主翼铰座11、襟翼铰座12、鱼尾13等组成。

主翼1底端均布多个主翼铰座11，襟翼3顶端均布多个襟翼铰座12，多个主翼铰座11和多个襟翼铰座12间隔设置，襟翼轴7穿过主翼铰座11和襟翼铰座12连接主翼1和襟翼3。主翼1和襟翼3通过主翼铰座11和襟翼铰座12可围绕襟翼轴7相对转动。鱼尾13设置在襟翼3底端。

主轴套筒9设置在鳍根部5上并套在鳍轴前端，鳍轴沿鳍轴轴线2设置，主轴套筒9与鳍轴同轴设置，主轴套筒9根部端面和鳍根弦线呈15°夹角。襟翼轴7与主轴套筒9轴向平行。

在鳍梢部7，主翼导流罩8设置在主翼1侧端，襟翼导流罩10设置在襟翼3侧端。

优选地，主翼导流罩8由3块纵向且平行设置的平板组成，且中间的平板固定在主翼1侧端中心，另2块平板左右对称设置在中间的平板两侧。襟翼导流罩10由7块平板组成，1块平板位于襟翼3中心，为长平板，在长平板上部，2块平板对称设置在长平板两侧，并与长平板平行布置。2块平板对称设置在长平板两侧的中部，并分别沿鳍梢部6截面边缘布置，其余2块平板对称设置在长平板下方两侧，平板上部分别沿鳍梢部6截面边缘布置，且该2块平板的下部固定在鱼尾13上。沿鳍梢部6截面边缘布置的4块平板均与鳍中间长平板对称面具有不大于6°的夹角，且上下平板的首尾之间间距为鳍弦长的5％～10％。主翼1根部和襟翼3根部后缘具有15°切角，用于襟翼3与传动机构相连。

本实施例的襟翼鳍结构还可用于全航速襟翼鳍，如图8至图10所示，其与上述全航速襟翼鱼尾鳍相比，仅缺少鱼尾13，襟翼导流罩10下部的两块平板沿鳍梢部6截面边缘布置在襟翼3上，其余结构与全航速襟翼鱼尾鳍相同，在此不再赘述。全航速襟翼鳍与全航速襟翼鱼尾鳍相比，零低航速主动拍动产生的流体升力基本一致，有航速时鳍最大升力系数低于全航速襟翼鱼尾鳍的最大升力系数，但有航速鳍零角度时流体阻力更小，也有适合其应用的场合。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述鱼尾鳍包括主翼(1)、襟翼(3)；所述主翼(1)的鳍轴和所述襟翼(3)的襟翼轴(7)分别以鳍轴轴线(2)和襟翼轴轴线(4)与鳍根部(5)剖面的交点为中心逆时针旋转预定夹角；所述鳍轴与所述襟翼轴(7)平行；所述主翼(1)与所述襟翼(3)通过所述襟翼轴(7)相连，并能够围绕所述襟翼轴(7)相对转动。

2.根据权利要求1所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，，所述鳍轴轴线(2)和所述襟翼轴轴线(4)逆时针旋转夹角为10°～20°。

3.根据权利要求1所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述鳍根部(5)后缘部分具有逆时针切角。

4.根据权利要求3所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述切角与所述鳍轴轴线(2)和所述襟翼轴轴线(4)旋转夹角相同。

5.根据权利要求1所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，襟翼弦长从所述鳍根部(5)至鳍梢部(6)呈线性增加，最大所述襟翼弦长不超过所述鱼尾鳍的总弦长。

6.根据权利要求1所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述鱼尾鳍还包括与所述鳍轴同轴设置的主轴套筒(9)，所述主轴套筒(9)套在所述鳍轴前端并固定在所述鳍根部(5)上。

7.根据权利要求1所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述鱼尾鳍还包括主翼片状导流罩(8)、襟翼片状导流罩(10)；在鳍梢部(6)，所述主翼导流罩(8)设置在所述主翼(1)侧端，所述襟翼导流罩(10)设置在所述襟翼(3)侧端。

8.根据权利要求7所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述主翼导流罩(8)由3块纵向且平行设置的平板组成，中间的所述平板固定在所述主翼(1)侧端中心，两侧的所述平板在中间所述平板两侧对称设置。

9.根据权利要求7所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，所述襟翼导流罩(10)由7块平板组成，位于所述襟翼(3)中心的1块所述平板为长平板，其余6块所述平板在所述长平板两侧的上、中、下部对称设置；上部的2块所述平板与所述长平板平行；中、下部的4块所述平板分别沿所述鳍梢部(6)截面边缘布置。

10.根据权利要求9所述的全航速襟翼鱼尾鳍，其特征在于，沿所述鳍梢部(6)截面边缘布置的4块所述平板与所述长平板对称面分别具有不大于6°的夹角。

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