CN115416797A - 一种小水线面布局的稳性可调式水翼船 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，包括船体，船体船底前部左右间隔向下安装有前支柱，两个前支柱底端共同安装有前水翼；船体船底后部左右间隔向下安装有后支柱，两个后支柱底端共同安装有后水翼；前水翼两侧和后水翼两侧分别共同安装有左右对称的可调潜体组件，构成小水线面布局的船型；单组可调潜体组件呈前后布置的细长结构；通过小水线面布局结构的设置，从布局上保证了水翼船横向、纵向的稳定性，通过对可调潜体组件的调整，实现复杂海况下水翼船横向和纵向稳定性的调节和控制，结构简单，成本低，并且可调潜体组件、前水翼、后水翼等具备低水阻特性，满足于水翼船的高速航行，实用性好。

Description

一种小水线面布局的稳性可调式水翼船
技术领域
本发明涉及水翼船技术领域，尤其是一种一种小水线面布局的稳性可调式水翼船。
背景技术
水翼船是一种高速船，其船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行)，从而大大减少水的阻力来增加航行速度。
水翼船具备兴波小、阻力低、航速高等特点，但现有技术中，在复杂海况条件下为了解决水翼船的稳定性问题，必须采用复杂且成本高昂的自控水翼设备，这大大制约了水翼船的进一步发展。
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布局的稳性可调式水翼船，从而实现复杂海况下水翼船横向和纵向稳定性的调节和控制，结构简单，成本低，并可靠满足于水翼船的高速航行。
本发明所采用的技术方案如下：
一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，包括船体，所述船体船底前部左右间隔向下安装有前支柱，两个前支柱底端共同安装有前水翼；所述船体船底后部左右间隔向下安装有后支柱，两个后支柱底端共同安装有后水翼；所述前水翼两侧和后水翼两侧分别共同安装有左右对称的可调潜体组件，构成小水线面布局的船型；单组可调潜体组件呈前后布置的细长结构。
作为上述技术方案的进一步改进：
左右两组可调潜体组件共同将前水翼、后水翼连接为一体，单组可调潜体组件的前端向前凸出于前水翼，同时后端向后凸出于后水翼。
单组可调潜体组件的结构为：包括有柱形壳体，柱形壳体内部沿着长度方向间隔安装有多个隔板，由隔板将柱形壳体内部沿着长度方向分隔成相互独立的多个压载舱。
单个压载舱内均安装有进出水调节机构，通过进出水调节机构来调整对应压载舱中的水量。
还包括控制系统，由控制系统基于对水翼船航行姿态的感知，来对水翼船的航行稳性进行判断，并基于判断对各个压载舱中相应的进出水调节机构进行总体调控；所述控制系统中的调控装置经线缆与各个进出水调节机构电性连接。
所述压载舱内均设置有安装进出水调节机构的容纳仓；单个进出水调节机构的结构为：包括水泵，水泵输入端通过管路并联安装有进水单向阀一和出水单向阀二，水泵输出端通过管路并联安装有进水单向阀二和出水单向阀一；所述进水单向阀一输入端和出水单向阀一输出端分别通过管路穿过容纳仓后连接至对应压载舱与外部海水相通的舱外进排水口，进水单向阀二输出端和出水单向阀二输入端分别通过管路连接至容纳仓与压载舱相通的舱内进排水口。
所述柱形壳体前端头安装有朝前的子弹头结构，子弹头结构位于前水翼的前方。
所述可调潜体组件的长径比为50以上。
所述前支柱、后支柱均呈前后布设的扁薄结构，其左右侧面均呈外凸的流线型结构；所述前水翼和后水翼均为矩形升力翼。
两个前支柱对称布设于前水翼上表面的左右两侧，两个后支柱对称布设于后水翼上表面的左右两侧。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，通过小水线面布局结构的设置，从布局上保证了水翼船横向、纵向的稳定性，通过对可调潜体组件的调整，实现复杂海况下水翼船横向和纵向稳定性的调节和控制，结构简单，成本低，并且可调潜体组件、前水翼、后水翼等具备低水阻特性，能够可靠满足于水翼船的高速航行；从而从复合船型的角度出发，将水翼技术与其他船型技术的有效融合，辅助于简便可靠的稳性可调系统，来大大提升了水翼船在复杂海况条件下的横向和纵向稳定性，有效弥补现有水翼技术的局限性。
本发明中可调潜体组件的设置，用于实现小水线面布局船型的连接和加强，并将其设置为细长型结构，来大幅减小水中航行阻力，同时配以长度方向上多个相互独立压装舱的设置，来调节水翼船稳性。
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2中A处的局部放大图。
图4为图1的右视图。
图5为本发明可调潜体组件的结构示意图。
图6为图5中B处的局部放大图。
图7为本发明控制系统的结构示意图。
图8为本发明进出水调节机构的结构示意图。
图9为本发明在正浮平衡状态时的示意图。
图10为本发明横向稳性调节的原理示意图。
图11为本发明纵向稳性调节的原理示意图。
其中：1、船体；2、后支柱；3、后水翼；4、控制系统；5、可调潜体组件；6、前支柱；7、前水翼；8、进出水调节机构；
40、调控装置；41、线缆；
51、柱形壳体；52、隔板；53、子弹头结构；
80、容纳仓；81、水泵；82、进水单向阀一；83、出水单向阀一；84、舱外进排水口；85、出水单向阀二；86、进水单向阀二；87、舱内进排水口。
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4所示，本实施例的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，包括船体1，船体1船底前部左右间隔向下安装有前支柱6，两个前支柱6底端共同安装有前水翼7；船体1船底后部左右间隔向下安装有后支柱2，两个后支柱2底端共同安装有后水翼3；前水翼7两侧和后水翼3两侧分别共同安装有左右对称的可调潜体组件5，构成小水线面布局的船型，实现水翼技术与小水线面技术的有效融合；单组可调潜体组件5呈前后布置的细长结构，两组可调潜体组件5平行设置，并且相互间设置有横向间隔距离。
本实施例中，通过小水线面布局结构的设置，从布局上保证了水翼船横向、纵向的稳定性，并能够结合对可调潜体组件5的调整，实现复杂海况下水翼船横向和纵向稳定性的调节和控制，结构简单，成本低；而且可调潜体组件5、前水翼7、后水翼3等具备低水阻特性，能够可靠满足于水翼船的高速航行。
进一步地，左右两组可调潜体组件5共同将前水翼7、后水翼3连接为一体，单组可调潜体组件5的前端向前凸出于前水翼7，同时后端向后凸出于后水翼3。
本实施例中可调潜体组件5的设置，用于实现小水线面布局船型的连接和加强，并将其设置为细长型结构，来大幅减小水中航行阻力。
本实施例中可调潜体组件5设置为细长结构，其与小水线面船中的潜体设置不同，可调潜体组件5作为前水翼7、后水翼3之间的连接体，起到结构连接和加强的作用，而小水线面船中较粗圆柱体结构的潜体则主要起到提供浮力的作用。
在图5和图6所示的实施例中，单组可调潜体组件5的结构为：包括有柱形壳体51，柱形壳体51内部沿着长度方向间隔安装有多个隔板52，由隔板52将柱形壳体51内部沿着长度方向分隔成相互独立的多个压载舱。
本实施例中可调潜体组件5与小水线面船中潜体的区别还体现在，可调潜体组件5内部设置为多个压载舱，用于水翼船稳性的调节，作用单一，结构简单；而小水线面船中的潜体则在提供浮力的同时还必须能够布置动力、燃油、压载、传动机构等多种部件，结构相对复杂，而且作用多元。
单个压载舱内均安装有进出水调节机构8，通过进出水调节机构8来调整对应压载舱中的水量；也就是说，在可调潜体组件5的长度方向上配以多个相互独立压装舱的设置，来调节水翼船稳性。
在图7所示的实施例中，还包括控制系统4，由控制系统4基于对水翼船航行姿态的感知，来对水翼船的航行稳性进行判断，并基于判断对各个压载舱中相应的进出水调节机构8进行总体调控，比如通过计算获得最佳稳定状态下各个压载舱中所需压载水量的需求，来对各个压载舱中进、出水进行调节；控制系统4中的调控装置40经线缆41与各个进出水调节机构8电性连接。
本实施例中，控制系统4通过调控装置40，向各个压载舱中的进出水调节机构8发出调节控制指令，对各个压载舱中的水量进行调整，来完成对水翼船姿态调整的目标，满足了水翼船稳性航行的要求。
在图8所示的实施例中，压载舱内均设置有安装进出水调节机构8的容纳仓80；单个进出水调节机构8的结构为：包括水泵81，水泵81输入端通过管路并联安装有进水单向阀一82和出水单向阀二85，水泵81输出端通过管路并联安装有进水单向阀二86和出水单向阀一83；进水单向阀一82输入端和出水单向阀一83输出端分别通过管路穿过容纳仓80后连接至对应压载舱与外部海水相通的舱外进排水口84，进水单向阀二86输出端和出水单向阀二85输入端分别通过管路连接至容纳仓80与压载舱相通的舱内进排水口87。
具体地，进水调节方式为：开启水泵81、进水单向阀一82和进水单向阀二86，舱外的水通过舱外进排水口84进入到管路内，依次经进水单向阀一82、水泵81、进水单向阀二86后，再由舱内进排水口87进入到对应的压载舱内，实现压载舱的进水；
排水调节方式为：同样开启水泵81、出水单向阀一83和出水单向阀二85，对应压载舱内的水通过舱内进排水口87进入到管路内，依次经出水单向阀二85、水泵81、出水单向阀一83后，再由舱外进排水口84排出到压载舱外部，实现压载舱的排水。
在另一个实施例中，如图5所示，柱形壳体51前端头安装有朝前的子弹头结构53，子弹头结构53位于前水翼7的前方。
通过子弹头结构53的设置，以进一步满足于水翼船高航速下低水阻力特性的要求；其不同于现有小水线面船中潜体头部的水滴形结构，其是满足于小水线面中低航速的水阻特性需求。
进一步地，可调潜体组件5为细长柱形结构，其长径比为50以上。
现有小水线面双体船中潜体的长径比为10左右，其航速低，并用于布置多种设备；现有高速鱼雷中潜体的长径比为25左右，其航速高，动力大，航程近，还要布置动力和弹药等；
而本申请中可调潜体组件5的长径比限制在50以上，其内部不用布置任何设备，仅仅设置多个压载水舱，进行注水或排水，主要目的是直径小可以大幅减小水中航行阻力，长度长则可以通过长度方向的压载水来调节稳性。
在图3所示的实施例中，前支柱6、后支柱2均呈前后布设的扁薄结构，其左右侧面均呈外凸的流线型结构；前水翼7和后水翼3均为矩形升力翼，其在水中运动时能够产生平衡船体1重量的升力，并可以根据总体设计要求采用不同翼剖面形状。
本实施例中，前支柱6、后支柱2均相对于船体1底面竖直布设，其作为船体1与前水翼7、后水翼3以及可调潜体组件5之间的连接通道。
进一步地，两个前支柱6对称布设于前水翼7上表面的左右两侧，两个后支柱2对称布设于后水翼3上表面的左右两侧。
本发明中的的稳性可调式水翼船具有三大特点：一是通过水翼技术与小水线面船技术的有效结合，从布局上解决并保证了水翼船的横向和纵向稳定性；二是利用稳性调节的控制系统4对可调潜体组件5的压载舱进行注水或排水操作，实现了在复杂海况条件下对水翼船横向和纵向稳定性的调节和控制；三是采用具备独特的细长体、多个压载舱和子弹头体的可调潜体组件5，解决了水翼船横向和纵向稳定布局的关键技术部件难题，同时也满足了高航速下对水翼船水下部件具备低水阻力特性的要求。
船舶的稳性就是在外力作用下偏离其平衡位置而发生倾斜，当外力消失后，仍能自行恢复到原来的平衡位置的能力；船舶横向倾斜时的稳性称为横稳性，纵向倾斜时的稳性称为纵稳性。
由控制系统4经调控装置40对可调潜体组件5中各个压载舱内压载水量的控制和调节，来实现对水翼船纵向稳定性和横向稳定性的控制和调节；也就是说，通过改变可调潜体组件5的重力大小及重心位置来改变整船的重力大小及重心位置，最终确保后水翼3和前水翼7始终处于最佳的航行姿态角，从而实现横稳性或纵稳性的调整和控制。
本实施例中，通过小水线面布局的船型设置，通过左右对称布设并具有一定横向间距的可调潜体组件5的设置，使得水翼船本身具备一定的横向恢复力矩，有效保证水翼船具备一定的横稳性；另外，还可以通过可调潜体组件5中各个压载舱中水量的调整来进一步提升水翼船的横稳性。
如图9和图10所示，稳心M是船舶倾斜时，浮心B垂线与船中心线的交点。当船舶倾斜时，浮心B变动的轨迹是以稳心M为中心的一个圆弧线，即稳心M点是不变的，而浮心B则变为浮心B1。将浮心B到稳心M的垂直距离BM称为稳心半径，这个值完全取决于船舶的水下形状，当船舶的水下形状确定时，稳心半径BM保持不变。
对小水线面布局的可调式水翼船来说，水翼船整体的水下形状基本保持不变，也就是可以认为稳心半径BM保持不变，也即稳心M和浮心B位置基本保持不变。
通过对可调潜体组件5中各压载舱进行注水，将带来整体重心G的下移，如移动至G’。
从图9可以看出，当船在正浮处于平衡状态时，此时水线为WL，重心在G点，浮心在B点，稳心在M点。在外界倾斜力矩作用下，船的平衡状态受到破坏，以M点为原点转动φ角，这时水线为W1L1，浮心位置变到B1点，重心G保持不变，由于重心与浮心不在一条铅垂线上，因而会产生一个与倾斜力矩相反的复原力矩。在复原力矩作用下船舶能回复到原来正浮时的平衡位置的性能称为稳性，而稳性的好坏取决于外界倾斜力矩和船舶本身复原力矩的相对大小。
从图10可以看出，当可调潜体组件5中压载舱注水后，重心G下降至G’，复原力矩的力臂随之增大(力臂为重心G与浮心B1间的水平距离)，使得复原力矩增大，从而提升了小水线面布局的可调式水翼船的横向稳性裕度，能够实现横向稳性的调节和控制。
通常，水翼船的纵向稳定性将依靠前后水翼的升力调节来提供，对可操纵的水翼来说，升力的调节可以根据需要来控制，但对于固定式水翼，就没有办法调节升力，也就无法保证水翼船的纵向稳定性。因此在设计固定式水翼时，就要求前后水翼的合理配置，即保证相对大的前后水翼间距，并使前后水翼始终处于设计要求的正攻角范围内来提升水翼船的纵向稳定性。
对于本实施例中小水线面布局的稳性可调式水翼船来说，一方面正是由于采用了小水线面布局，使得两个可调潜体组件5可以将后水翼3和前水翼7连成一体，从而保证了后水翼3和前水翼7的强度和刚度，也就在保证后水翼3和前水翼7具备足够强度和刚度的前提下，将后水翼3和前水翼7之间的纵向距离拉大，实现提升水翼船纵向稳定性的目的；另一方面也可以通过可调潜体组件5中各个压载舱中水量的调整来调节水翼纵向稳定性。
由控制系统4对水翼船的航行姿态进行感知测量，然后计算出为了保证前后水翼达到设计要求的正攻角，可调潜体组件5各个压载舱内必须注入或排出的压载水量，再经调控装置40对相应压载舱中各个进出水调节机构8进行控制，来实现各个压载舱中水量的调节，如图11中所示，可以根据实际情况将各个压载舱中的水量进行实际的匹配设置。通过对压载水量的调节，使得水翼船能够以合理姿态高速航行，且前后水翼始终处于设计要求的正攻角范围内，满足了水翼船纵向稳定性要求。
本发明从复合船型的角度出发，将水翼技术与其他船型技术的有效融合，辅助于简便可靠的稳性可调系统，来大大提升了水翼船在复杂海况条件下的横向和纵向稳定性，有效弥补了现有水翼技术的局限性。
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)

1.一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，包括船体(1)，其特征在于：所述船体(1)船底前部左右间隔向下安装有前支柱(6)，两个前支柱(6)底端共同安装有前水翼(7)；所述船体(1)船底后部左右间隔向下安装有后支柱(2)，两个后支柱(2)底端共同安装有后水翼(3)；所述前水翼(7)两侧和后水翼(3)两侧分别共同安装有左右对称的可调潜体组件(5)，构成小水线面布局的船型；单组可调潜体组件(5)呈前后布置的细长结构。
2.如权利要求1所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：左右两组可调潜体组件(5)共同将前水翼(7)、后水翼(3)连接为一体，单组可调潜体组件(5)的前端向前凸出于前水翼(7)，同时后端向后凸出于后水翼(3)。
3.如权利要求1所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：单组可调潜体组件(5)的结构为：包括有柱形壳体(51)，柱形壳体(51)内部沿着长度方向间隔安装有多个隔板(52)，由隔板(52)将柱形壳体(51)内部沿着长度方向分隔成相互独立的多个压载舱。
4.如权利要求3所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：单个压载舱内均安装有进出水调节机构(8)，通过进出水调节机构(8)来调整对应压载舱中的水量。
5.如权利要求4所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：还包括控制系统(4)，由控制系统(4)基于对水翼船航行姿态的感知，来对水翼船的航行稳性进行判断，并基于判断对各个压载舱中相应的进出水调节机构(8)进行总体调控；所述控制系统(4)中的调控装置(40)经线缆(41)与各个进出水调节机构(8)电性连接。
6.如权利要求4所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：所述压载舱内均设置有安装进出水调节机构(8)的容纳仓(80)；单个进出水调节机构(8)的结构为：包括水泵(81)，水泵(81)输入端通过管路并联安装有进水单向阀一(82)和出水单向阀二(85)，水泵(81)输出端通过管路并联安装有进水单向阀二(86)和出水单向阀一(83)；所述进水单向阀一(82)输入端和出水单向阀一(83)输出端分别通过管路穿过容纳仓(80)后连接至对应压载舱与外部海水相通的舱外进排水口(84)，进水单向阀二(86)输出端和出水单向阀二(85)输入端分别通过管路连接至容纳仓(80)与压载舱相通的舱内进排水口(87)。
7.如权利要求3所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：所述柱形壳体(51)前端头安装有朝前的子弹头结构(53)，子弹头结构(53)位于前水翼(7)的前方。
8.如权利要求1所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：所述可调潜体组件(5)的长径比为50以上。
9.如权利要求1所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：所述前支柱(6)、后支柱(2)均呈前后布设的扁薄结构，其左右侧面均呈外凸的流线型结构；所述前水翼(7)和后水翼(3)均为矩形升力翼。
10.如权利要求1所述的一种小水线面布局的稳性可调式水翼船，其特征在于：两个前支柱(6)对称布设于前水翼(7)上表面的左右两侧，两个后支柱(2)对称布设于后水翼(3)上表面的左右两侧。
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