CN114771717A - 一种小水线面三体翼船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小水线面三体翼船，包括水上船体，其底面沿前后长度方向经主支柱安装主滑行潜体，水上船体顶面由前低后高的流线型结构过渡至水平面结构；水上船体前部向着两侧对称安装前翼，中部向着两侧对称安装地效翼，地效翼面积大于前翼面积；单个地效翼底面经侧支柱安装侧滑行潜体，构成三体船型；侧滑行潜体位于主滑行潜体的两侧并处于同一高度处，单个侧滑行潜体尾端头均安装有侧水螺旋桨动力装置，主滑行潜体尾端头安装有主水螺旋桨动力装置，单个地效翼顶面均安装有空气导管桨动力装置，从而将小水线面船技术、滑行艇技术和地效翼卸载技术复合集成构建全新的三体船型，具备高速、高耐波性和可浅水航行三重能力。

Description

一种小水线面三体翼船

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种小水线面三体翼船。

背景技术

小水线面双体船(SWATH)是一种耐波性极其优异的高性能船舶，能够全天候作业，并以此为基础派生出了新的船型，如半小水线面船以及小水线面单体船等。

由于水与空气的密度相差800倍，对现有的小水线面船来说，完全没入水下的潜体会极大地限制小水线面船航行时速度提高的能力，除非能使潜体的大部分脱离水面，才能大幅减小水阻力。

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小水线面三体翼船，从而将小水线面船技术、滑行艇技术和地效翼卸载技术复合集成构建全新的三体船型，具备高速、高耐波性和可浅水航行三重能力。

本发明所采用的技术方案如下：

一种小水线面三体翼船，包括水上船体，水上船体底面沿着前后长度方向经主支柱安装有主滑行潜体，所述水上船体与主支柱相接面为长方形，水上船体顶面的前部呈前低后高的流线型结构，水上船体顶面的中、后部为水平面结构；所述水上船体前部向着两侧对称安装有前翼，水上船体中部向着两侧对称安装有地效翼，地效翼的面积大于前翼的面积；单个地效翼底面经侧支柱安装有侧滑行潜体，构成三体船型；所述侧滑行潜体位于主滑行潜体的两侧并处于同一高度处，单个侧滑行潜体尾端头均安装有侧水螺旋桨动力装置，主滑行潜体尾端头安装有主水螺旋桨动力装置，单个地效翼顶面均安装有空气导管桨动力装置。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述水上船体左、右两侧均呈垂直壁面结构，水上船体底面的长方形位于水平面内，水上船体后端头呈垂直壁面结构。

所述侧支柱和主支柱的外形形状相同，侧支柱为主支柱的缩小版。

所述主支柱横截面呈左右对称、前后端收尖的扁薄型结构。

所述侧滑行潜体从前至后的形状渐变与主滑行潜体从前至后的形状渐变趋势相同，侧滑行潜体为主滑行潜体的缩小版。

所述主滑行潜体从前至后依次分为光滑渐变衔接的前段、中段、后段和尾段，主滑行潜体纵截面的上部均为外凸弧形结构的回转壁，中段的回转壁尺寸大于前段、后段的回转壁尺寸；所述前段、中段和后段纵截面的底部均由左右对称、向内向下延伸的两组倾斜壁构成，倾斜壁与水平面之间的夹角从前至后呈逐渐减小趋势，构成主滑行潜体的滑行底面；所述倾斜壁外端与回转壁之间通过竖直壁衔接；所述尾段的纵截面呈圆周壁。

所述回转壁与竖直壁相接处光滑过程衔接，倾斜壁与竖直壁之间构成折角。

所述前翼和地效翼均呈下倾后掠的梯形翼，单个前翼下倾的后边缘上安装有升降舵，升降舵相对于对应的前翼上下转动；所述侧支柱位于对应地效翼底面的外边缘处。

所述水上船体顶面中后部的水平面结构上设置有驾驶舱，驾驶舱前后呈流线型。

所述三体翼船高速滑行状态时，主滑行潜体和侧滑行潜体底面脱离水面，地效翼顶面的空气导管桨动力装置工作；所述三体翼船处于小水线面航行状态时，主滑行潜体和侧滑行潜体均深潜水中，主水螺旋桨动力装置和侧水螺旋桨动力装置配合工作。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过将三体船的潜体设置为滑行潜体，并利用地效翼产生的气动升力来实现对小水线面船整体的抬升，使得具备滑行特征的潜体大部分脱离水面，从而在克服小水线面船吃水深的缺点的同时，达到提高航行速度的目的，也就是说，将小水线面船技术、滑行艇技术和地效翼卸载技术复合集成构建成全新的三体船型，其具备高速、高耐波性和可浅水航行三重能力；

本发明还包括如下优点：

本发明在保留小水线面船原有基本船型特征的基础上，对滑行潜体的形状进行了构建，使其能够满足不同航行状态的需求，并配置与不同航行状态相对应的动力装置；

由前翼和地效翼共同构成稳定平衡翼，结合滑行潜体独特的外形，以及三体的船型结构，可靠保证了三体翼船在不同航行状态下纵向和横向的运行稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的侧视图。

图4为本发明主滑行潜体的结构示意图。

图5为图4中A-A截面的剖视图。

图6为图4中B-B截面的剖视图。

图7为图4中C-C截面的剖视图。

图8为图4中D-D截面的剖视图。

图9为本发明纵向平衡状态示意图。

图10为本发明横向平衡状态示意图。

图11为本发明在不同行驶状态时的示意图。

其中：1、主支柱；2、前翼；3、主滑行潜体；4、水上船体；5、侧滑行潜体；6、侧支柱；7、地效翼；8、空气导管桨动力装置；9、驾驶舱；10、侧水螺旋桨动力装置；11、主水螺旋桨动力装置；12、升降舵；

31、前段；32、中段；33、后段；34、尾段；35、回转壁；36、竖直壁；37、倾斜壁；38、圆周壁；

S1、高速滑行状态；S2、小水线面航行状态。

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2和图3所示，本实施例的一种小水线面三体翼船，包括水上船体4，水上船体4底面沿着前后长度方向经主支柱1安装有主滑行潜体3，水上船体4与主支柱1相接面为长方形，水上船体4顶面的前部呈前低后高的流线型结构，水上船体4顶面的中、后部为水平面结构；水上船体4前部向着两侧对称安装有前翼2，水上船体4中部向着两侧对称安装有地效翼7，地效翼7的面积大于前翼2的面积；单个地效翼7底面经侧支柱6安装有侧滑行潜体5，构成三体船型；侧滑行潜体5位于主滑行潜体3的两侧并处于同一高度处，单个侧滑行潜体5尾端头均安装有侧水螺旋桨动力装置10，主滑行潜体3尾端头安装有主水螺旋桨动力装置11，单个地效翼7顶面均安装有空气导管桨动力装置8。

通过将三体船的潜体设置为滑行潜体，并利用地效翼7产生的气动升力来实现对小水线面船整体的抬升，使得具备滑行特征的潜体大部分脱离水面，从而在克服小水线面船吃水深的缺点的同时，达到提高航行速度的目的，也就是说，将小水线面船技术、滑行艇技术和地效翼卸载技术复合集成构建成全新的三体船型，其具备高速、高耐波性和可浅水航行三重能力。

水上船体4左、右两侧均呈垂直壁面结构，水上船体4底面的长方形位于水平面内，水上船体4后端头呈垂直壁面结构。

侧支柱6和主支柱1的外形形状相同，侧支柱6为主支柱1的缩小版。

主支柱1横截面呈左右对称、前后端收尖的扁薄型结构。

本实施例中，主支柱1从主滑行潜体3向上穿割水面，托住上方流线型结构的水上船体4，由主支柱1将水上船体4与主滑行潜体3连成一个整体；主支柱1保留了现有小水线面船的特征，即主支柱1的水平横截面面积小于下方主滑行潜体3的水平横截面面积以及上方水上船体4的水平横截面面积，在航行时由主支柱1部分与水面接触，构成小水线面。

同样的，侧支柱6从侧滑行潜体5向上穿割水面，托住上方的地效翼7，将地效翼7与侧滑行潜体5连成一个整体，由此与主滑行潜体3一起共同构成三体船型。

侧滑行潜体5从前至后的形状渐变与主滑行潜体3从前至后的形状渐变趋势相同，侧滑行潜体5为主滑行潜体3的缩小版。

如图4所示，主滑行潜体3从前至后依次分为光滑渐变衔接的前段31、中段32、后段33和尾段34；如图5、图6、图7所示，主滑行潜体3纵截面的上部均为外凸弧形结构的回转壁35，中段32的回转壁35尺寸大于前段31、后段33的回转壁35尺寸；前段31、中段32和后段33纵截面的底部均由左右对称、向内向下延伸的两组倾斜壁37构成，倾斜壁37与水平面之间的夹角从前至后呈逐渐减小趋势，构成主滑行潜体3的滑行底面，该滑行底面由对称的倾斜壁37构成尖舭状滑行面；倾斜壁37外端与回转壁35之间通过竖直壁36衔接；如图8所示，尾段34的纵截面呈圆周壁38。

本实施例中，滑行底面上倾斜壁37与水平面之间的夹角由前至后逐渐减小，从而在前段31处的滑行面上形成较大的横向斜升角，有利于缓和波浪中的砰击，而中段32、后段33处滑行面上形成较小的横向斜升角，有利于提升船底滑行面水动升力，直至与尾段34的圆周壁38光滑过渡。

回转壁35与竖直壁36相接处光滑过程衔接，倾斜壁37与竖直壁36之间构成折角。

本实施例中，在保留小水线面船原有基本船型特征的基础上，对滑行潜体的形状进行了构建，使其能够满足不同航行状态的需求，并配置与不同航行状态相对应的动力装置。

前翼2和地效翼7均呈下倾后掠的梯形翼，单个前翼2下倾的后边缘上安装有升降舵12，升降舵12相对于对应的前翼2上下转动；侧支柱6位于对应地效翼7底面的外边缘处。

本实施例中，由前翼2和地效翼7共同构成稳定平衡翼，结合滑行潜体独特的外形，以及三体的船型结构，可靠保证了三体翼船在不同航行状态下纵向和横向的运行稳定性。

水上船体4顶面中后部的水平面结构上设置有驾驶舱9，便于观察驾驶，驾驶舱9前后呈流线型，便于高速航行时气流顺畅流过。

三体翼船高速滑行状态时，主滑行潜体3和侧滑行潜体5底面脱离水面，安装在它们尾部的侧水螺旋桨动力装置10和主水螺旋桨动力装置11已经无法正常工作，由地效翼7顶面的空气导管桨动力装置8工作；

三体翼船处于小水线面航行状态时，主滑行潜体3和侧滑行潜体5均深潜水中，主水螺旋桨动力装置11和侧水螺旋桨动力装置10配合工作。

本实施例中，地效翼7为主升力翼，为小水线面三体翼船提供主要的气动升力；其面积远大于前翼2的面积，以充分发挥地效翼7卸载作用

本实施例中，与地效翼7底面外边缘相连的侧支柱6，除了向地效翼7提供横向平衡和稳定外，还起着增大地效翼7有效展弦比，从而提高地效翼7气动效率的作用。

本实施例中，延用了小水线面船技术中小水线面的特征，船和水气界面相交的水线面相当小，在水气界面相交处的船体结构为支柱体，即主支柱1和侧支柱6，而大部分排水体积即潜体则位于水下较深处；正是这种奇特的外形，使得小水线面船具备惊人的耐波能力和很高的舒适性；

本实施例中，延用了滑行艇技术中的高速滑行特征，由船底滑行面产生的水动升力使小水线面三体翼船能够顺利地从低速排水小水线面航行状态快速进入高速滑行状态；本实施例中对主滑行潜体3和侧滑行潜体5均采取了独特的滑行船体水动力外形设计，包括采用大长宽比(船长尺寸远大于船宽尺寸，或称为细长船体)的水动力外形；潜体艏部及前部的船底采用大斜升角(斜升角为船底面与水平面之间的夹角)的滑行面，目的是减小在航行过程中波浪对潜体的冲击载荷，因为大斜升角对减小水的砰击载荷非常有利；从前向后滑行面的斜升角逐步由大角度过渡到中角度，最后变成了小斜升角的滑行面，如此设计的目的是为了增加在航行过程中潜体的水动升力，因为滑行面斜升角越小，水动升力越大；潜体尾段34采用圆台状则是为了方便动力装置的安装。

本实施例中，延用了地效翼卸载技术，即利用地效翼7逐渐产生的气动升力来实现逐步减小潜体滑行面的水动升力，地效翼7就是指利用地面效应原理提高气动效率的机翼；并且，还由前翼2和地效翼7共同构成了稳定平衡翼系统。

如图9所示，由于主滑行潜体3底部和侧滑行潜体5底部均采用滑行面船底，在航行过程中会产生水动升力，其作用相当于安装在小水线面双体船上的稳定鳍，能够有效保证小水线面三体翼船的纵向稳定，同时也避免了稳定鳍对高速滑行状态的干扰；另外，前翼2、升降舵12、地效翼7会产生气动升力，为小水线面三体翼船提供在高速滑行时的纵向平衡、稳定和操纵作用。

如图10所示，三体翼船为左右对称结构，由主滑行潜体3配合两侧的侧滑行潜体5在航行过程中产生水动升力，由两侧的地效翼7产生气动升力，为三体翼船的航行提供横向的平衡。

本实施例的三体翼船具备小水线面航行和近水面高速滑行两种航行状态，具体如下：

如图11所示，当小水线面三体翼船处于小水线面航行状态S2时，主滑行潜体3深潜水中，它为小水线面三体翼船提供了主要的静浮力，两个侧滑行潜体5也深潜水中，为小水线面三体翼船提供次要的静浮力；

当小水线面三体翼船处于高速滑行状态S1航行时，主滑行潜体3的大部分脱离水面，它为小水线面三体翼船提供了主要的水动升力，两个侧滑行潜体5也脱离水中，为小水线面三体翼船提供次要的水动升力。

小水线面三体翼船对应不同的航态，水动力系统和气动力系统所起的占比作用不同。当小水线面三体翼船处于低速排水的小水线面航行状态S2时，气动力系统不起作用，水动力系统仅有静浮力起作用；当小水线面三体翼船从处于低速排水小水线面航行状态S2进入滑行状态，直至高速滑行状态S1时，水动力系统的静浮力逐渐减小并消失，水动升力不断增加，与此同时气动力系统的气动力也不断增加，且水动升力和气动升力的占比大小会随航速的变化而不断发生变化，即航速越高，水动升力占比越小，气动升力占比越大。

小水线面三体翼船在进入滑行状态，直至高速滑行状态S1时，纵向稳定由前翼2和地效翼7产生的气动升力、以及由主滑行潜体3和侧滑行潜体5产生的水动升力来保证，其中通过对稳定平衡翼系统前翼2的升降舵12的操纵可以调节小水线面三体翼船的纵向平衡和稳定。

由于小水线面三体翼船所具有的三体船型特点，在低速排水小水线面航行状态S2时，横向稳定性要远好于小水线面双体船船型；而小水线面三体翼船在进入滑行状态，直至高速滑行状态S1时，横向稳定由地效翼7产生的气动升力，以及由主滑行潜体3和侧滑行潜体5产生的水动升力的平衡来保证。

本发明将小水线面船技术、滑行艇技术和地效翼卸载技术复合集成，构建起全新的三体船型，使新船型具备高速、高耐波性和可浅水航行三重能力，并且确保不同航行状态下纵向和横向的运动稳定性，实用性好。

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 (10)

1.一种小水线面三体翼船，包括水上船体(4)，水上船体(4)底面沿着前后长度方向经主支柱(1)安装有主滑行潜体(3)，其特征在于：所述水上船体(4)与主支柱(1)相接面为长方形，水上船体(4)顶面的前部呈前低后高的流线型结构，水上船体(4)顶面的中、后部为水平面结构；所述水上船体(4)前部向着两侧对称安装有前翼(2)，水上船体(4)中部向着两侧对称安装有地效翼(7)，地效翼(7)的面积大于前翼(2)的面积；单个地效翼(7)底面经侧支柱(6)安装有侧滑行潜体(5)，构成三体船型；所述侧滑行潜体(5)位于主滑行潜体(3)的两侧并处于同一高度处，单个侧滑行潜体(5)尾端头均安装有侧水螺旋桨动力装置(10)，主滑行潜体(3)尾端头安装有主水螺旋桨动力装置(11)，单个地效翼(7)顶面均安装有空气导管桨动力装置(8)。

2.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述水上船体(4)左、右两侧均呈垂直壁面结构，水上船体(4)底面的长方形位于水平面内，水上船体(4)后端头呈垂直壁面结构。

3.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述侧支柱(6)和主支柱(1)的外形形状相同，侧支柱(6)为主支柱(1)的缩小版。

4.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述主支柱(1)横截面呈左右对称、前后端收尖的扁薄型结构。

5.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述侧滑行潜体(5)从前至后的形状渐变与主滑行潜体(3)从前至后的形状渐变趋势相同，侧滑行潜体(5)为主滑行潜体(3)的缩小版。

6.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述主滑行潜体(3)从前至后依次分为光滑渐变衔接的前段(31)、中段(32)、后段(33)和尾段(34)，主滑行潜体(3)纵截面的上部均为外凸弧形结构的回转壁(35)，中段(32)的回转壁(35)尺寸大于前段(31)、后段(33)的回转壁(35)尺寸；所述前段(31)、中段(32)和后段(33)纵截面的底部均由左右对称、向内向下延伸的两组倾斜壁(37)构成，倾斜壁(37)与水平面之间的夹角从前至后呈逐渐减小趋势，构成主滑行潜体(3)的滑行底面；所述倾斜壁(37)外端与回转壁(35)之间通过竖直壁(36)衔接；所述尾段(34)的纵截面呈圆周壁(38)。

7.如权利要求6所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述回转壁(35)与竖直壁(36)相接处光滑过程衔接，倾斜壁(37)与竖直壁(36)之间构成折角。

8.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述前翼(2)和地效翼(7)均呈下倾后掠的梯形翼，单个前翼(2)下倾的后边缘上安装有升降舵(12)，升降舵(12)相对于对应的前翼(2)上下转动；所述侧支柱(6)位于对应地效翼(7)底面的外边缘处。

9.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述水上船体(4)顶面中后部的水平面结构上设置有驾驶舱(9)，驾驶舱(9)前后呈流线型。

10.如权利要求1所述的一种小水线面三体翼船，其特征在于：所述三体翼船高速滑行状态时，主滑行潜体(3)和侧滑行潜体(5)底面脱离水面，地效翼(7)顶面的空气导管桨动力装置(8)工作；所述三体翼船处于小水线面航行状态时，主滑行潜体(3)和侧滑行潜体(5)均深潜水中，主水螺旋桨动力装置(11)和侧水螺旋桨动力装置(10)配合工作。

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