CN1153732A - 水翼式潜水船 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种舰船潜入水下的新方法。通过使用这种新方法来解决潜艇存在的内部空间狭小、操纵复杂、安全性差、造价昂贵、应用范围不广等不足之处。其主要技术特征是：将水翼反向安装在潜水船下，即水翼上表面为压力面，下表面为吸力面。当潜水船在水面向前行驶时，就会在水翼上产生一向下的沉力。用这个沉力来克服潜水船的储备浮力，使其潜入水下。当潜水船降低速度或停驶时，反向水翼上产生的沉力减小或消失，潜水船就浮出水面。

Description

水翼式潜水船
本发明是将舰船潜入水下的一种新方法。
17世纪以前，一些国家的科学家和探险者曾多次进行过将船潜入水下行驶的研究和探险。1620年，荷兰物理学家在英国建造了一艘潜水船。船体内由木框架外包牛皮构成，船内装有羊皮囊，向囊内注水，船就潜入水下3至5米的深度，把囊内水排出船外，船便浮出水面。这种潜水船被认为是潜艇的雏形。潜艇潜入水下的工作原理是这样的：在潜艇上设置水柜，当潜艇主水柜注满水时，增加的重量抵消其储备浮力，潜艇就从水面潜入水下，当潜艇利用压缩空气把主水柜里的水排出，重量减轻，储备浮力恢复，潜艇就从水下浮出水面。艇内还设有专门的调整水柜来调整因物质、弹药的消耗和海水密度的改变而引起的潜艇水下状态浮力的变化。艇首、尾部还设有均衡水柜。通过调整水量以消除潜艇在水下可能产生的纵倾。潜艇水下航行时变换航向和深度，是通过操纵方向舵和升降舵来实现的。
水翼是在水中运动时能产生升力的翼形结构。上表面为吸力面，下表面为压力面。当它安装在水翼艇下高速航行时，靠水翼产生的升力支持艇重，使部分或全部艇底离开水面。为了产生可变的升力，常常在水翼上设置由控制系统传动的襟翼。通过旋转水翼或襟翼以改变攻角、来实现升力的变化。应用安装在水翼水线两侧偏转方向相反的一对襟翼即副翼来调整艇的横倾。
本发明的目地是通过找到一种将舰船潜入水下的新方法，来解决潜艇存在的内部空间狭小、操纵复杂、安全性差、造价昂贵、应用范围不广等不足之处。
将舰船潜入水下的新方法就是：将水翼反向安装在同潜艇一样有密封和耐压壳体的潜水船下，即水翼上表面为压力面，下表面为吸力面。当潜水船在水面向前行驶时，就会在反向安装的水翼上产生一向下的沉力，由公式
Figure A9611252300031
得知，水翼产生的升力L与速度V的平方成正比，随着速度的增加，反向水翼上产生的沉力就越来越大，当这个沉力足以克服潜水船的储备浮力时，潜水船就潜入水下。当降低速度或停止行驶时，反向水翼上产生的沉力减小或消失，不能克服潜水船的储备浮力时，潜水船就浮出水面。通过旋转水翼或襟翼以改变攻角，来实现反向水翼沉力的变化，从而操纵潜水船在水下运动时的升降和产生的纵倾。应用副翼来调整潜水船在水下运动时产生的横倾。
本发明与现有技术相比具有以下优点和特点：
1、潜艇需设置多组水柜和携带许多高压气瓶，占用艇内的大量空间，造成潜艇内部空间狭小。本发明用反向安装的水翼系统，使潜水船不再需要设置多组水柜和携带大量高压气瓶，节省了潜水船内部大量空间。
2、潜艇操纵复杂，下潜和上浮均需多个操纵程序，每个程序又需一定时间才能完成。本发明中潜水船的下潜和上浮可通过增减速度来实现，操纵简单，下潜和上浮均可在短时间内完成。
3、潜艇下潜和上浮过程中需不断地向水柜内注水或排水，使浮心下断产生变化，造成潜艇稳定性差。潜入水下后对潜艇的横稳性和纵稳性要求很高，以至对艇内物品的位置和人员的活动都需加以限制，一旦有较大的横倾和纵倾易发生倾覆。水下发生故障时也易失去上浮能力。使用本发明的潜水船水下状态时和在水上状态时一样，浮心很高，且下潜和上浮过程中浮心不变。因此横稳性和纵稳性很高，既使有较大的横倾和纵倾也可自行调整过来，不易发生倾覆。在水下发生故障时可通过减速或停驶来迅速上浮至水面，因此安全性好。
4、潜艇对艇上的设备要求条件高，往往需要有二套系统，一套作为应急备用。且需在艇内设置多组水柜和携带许多高压气瓶，使制造工艺复杂，造价昂贵，限制了潜艇的应用范围。使用本发明的潜水船由于安全性能较好，对设备要求条件相对降低，不需要较多的备用系统。且由于不再设置多组水柜和携带高压气瓶，节省了大量原材料，简化了制造工艺，降低了造价。除在军事和海底研究方面潜力较大外，还可在旅游、运输、体育运动、玩具制造等方面得到广泛应用。
实例
该船采用双船体，单个为圆桶状，直径25米，长20米，由高强度钢制成的密封耐压船体。单个船体排水量为90000千克，总排水量是180000千克，储备浮力占排水量的40％，即72000千克。尾部螺旋浆推进。该船下部反向安装的水翼选用串列布置的两个弓背翼型水翼。水翼长10米，宽2米，厚度比0.14，水翼上设置襟翼和副翼。襟翼和副翼弦长占水翼弦长的25％，襟翼偏转范围为0至+30°。将压力面朝上、吸力面朝下的水翼两端，通过水翼支柱与两船体的底部相连，安装攻角为5°。反向安装的水翼除提供沉力外，还与两船体间设置的两条栈桥一道作为两船体之间的刚性连接。水翼面积为2×2×10＝40米2，由于安装攻角很小，故水翼升力面积Sc的等于水翼面积。此安装攻角的水翼在襟翼无偏转时的升力系数CL是0.4，偏转十30°的升力系数是CL是1.45。由公式 得知，当水翼式潜水船在水面的行驶速度等于或大于3米/秒时，水翼上产生的沉力等于或大于潜水船的储备浮力，潜水船可潜入水下。若使用襟翼后，由于提高了水翼升力系数，潜水船在等于或大于1.56米/秒的水面行驶速度时，产生的沉力也足以克服储备浮力而潜入水下。这样，潜水船在水下最大水平行驶速度为3米/秒，最小水平行驶速度为1.56米/秒。每个船体两侧各设置15个直径0.4米，装有高强度耐压透明玻璃的圆形弦窗，除中间3个弦窗为指挥舱占用外，其余每个舷窗前可设一座位。双体旅游水翼式潜水船可载游客12×2×2＝48人。每个船体上面指挥塔前后各设一直径0.8米的密封舱门，以供人员出入潜水船。并在两船体间设两个各宽一米的钢质栈桥，除作为两船体间的通道外，还与水翼一道将两船体固定在一起。
图1：本发明反向安装在潜水船下的水翼局部剖面图。
图2：实例双体旅游水翼式潜水船侧视图。
图3：实例双体旅游水翼式潜水船前视图。
图4：实例双体旅游水翼式潜水船上视图。
图5：实例双体旅游水翼式潜水船下视图。
图面说明：
1：通过水翼支柱反向安装在潜水船下的水翼。
2：水翼上表面即压力面。
3：水翼下表面即吸力面。
4：水翼支柱。
5 ：舷窗。
6：水密舱门。
7：两船体间的栈桥。
8：指挥塔。
9：尾部螺旋浆。

Claims (1)

  1. 潜艇潜入水下的工作原理：在潜艇上设置水柜，当潜艇主水柜注满水时，增加的重量抵消其储备浮力，潜艇就从水面潜入水下。当潜艇利用压缩空气把主水柜里的水排出，重量减轻，储备浮力恢复，潜艇就从水下浮出水面。
    水翼是在水中运动时能产生升力的翼形结构，上表面为吸力面，下表面为压力面。
    本发明的特征是：将水翼反向安装在潜水船下，即水翼上表面为压力面，下表面为吸力面。这样，当潜水船在水面向前行驶时，就会在水翼上产生一向下的沉力，随着速度的增加，反向水翼上产生的沉力越来越大，当这个沉力足以克服潜水船的储备浮力时，潜水船就潜入水下。当潜水船降低速度或停止行驶时，反向水翼上产生的沉力减小或消失，不能克服潜水船的储备浮力时，潜水船就浮出水面。
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