CN116981616A - 水翼船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水翼船。水翼船可以包括右舷支撑结构和左舷支撑结构。右舷支撑结构和左舷支撑结构中的每一个都是中空的并沿前后方向纵向延伸，且彼此平行。水翼船可以包括上反角翼，上反角翼的端部位于翼的任一侧。所述端部连接至右舷支撑结构和左舷支撑结构。水翼船可以包括安装到右舷支撑结构的右舷电动推进器和安装到左舷支撑结构的左舷电动推进器。水翼船还可以可选地包括前翼，前翼的端部位于前翼的任意一侧。所述前翼的端部可以连接至右舷支撑结构和左弦支撑结构。

Description

水翼船

技术领域

本申请总体上涉及水翼船，在一些实施例中涉及用于个人船舶的水翼船。

背景技术

船舶需要从使用不可再生能源转向使用可再生能源，以帮助减少或消除温室气体的产生。提供可再生能源推进的一种方法是使用电力推进，以避免对水造成任何污染以及任何CO₂的排放。

由于水-空气界面处产生的波浪以及船体表面的摩擦阻力，移动通常的船只或船舶所需的能量很大。这种电力需求将电力推进的使用限制在非常低的速度，或者使用昂贵的电力推进系统，而这种系统需要大量的电池电量才能实现高船舶速度。

显著降低船舶推进系统所需能量的一种方法是使用水翼船，所述水翼船将船只提升到水面之上，从而将阻力降至最低。水翼船的一些示例包括穿水式水翼船、梯形水翼船或倒T形水翼船。穿水式水翼船和梯形水翼船的结构是被动稳定的，但不允许船舶急剧倾斜转弯，因为船舶不能倾斜，也不能平息汹涌的波浪。

由于T形水翼船在使用过程中通过T形交叉处的负载量很大，因此T形水翼船存在制造和耐用性问题。因此，“U”形桅杆结构，即在翼的任一侧使用垂直桅杆将翼安装到船体上，避免了T形水翼船的这些问题。然而，U形水翼船的机动性和可控性限制了它们的使用。

应当理解，如果本文引用任何在先公开文献，则此类引用并不表示承认该公开文献构成澳大利亚或任何其他国家的本领域公知常识的一部分。

发明内容

本发明实施例提供一种水翼船，包括：右舷支撑结构和左舷支撑结构，所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构每一个都是中空的并沿前后方向纵向延伸，且彼此平行；上反角翼，所述上反角翼的端部连接至右舷支撑结构和左舷支撑结构；和安装到右舷支撑结构的右舷电动推进器和安装到左舷支撑结构的左舷电动推进器。

在本申请全文中，术语“水翼船”是指可以包括一个或多个翼(例如，水翼船翼)和任何相关联的支撑结构(例如，用于支撑翼和将水翼船安装到船舶上的支撑结构)的水翼船结构。因此，在本申请全文中，术语“水翼船”不应被解释为限于水翼船翼，除非上下文另有明确说明。

上反角翼在后缘处可以具有右舷控制襟翼和左舷控制襟翼，所述右舷控制襟翼和所述左舷控制襟翼每一个都可绕着旋转轴线旋转。水翼船还可以包括连接到每一个控制襟翼的电控致动器。电控致动器中的每一个可以位于右舷支撑结构内或左舷支撑结构内。每一个电控致动器都可以具有可绕着致动器旋转轴线旋转的轴。每一个电控致动器都可以直接连接到相应的控制襟翼，以使得控制襟翼的旋转轴线和所述轴的旋转轴线对齐。上反角翼的角度可以在从约5°到约25°的范围内。上反角翼的角度可以在从约10°到约20°的范围内。右舷支撑结构和左舷支撑结构每一个都可以相对于上反角翼被确定尺寸以用作翼帽。

本发明实施例提供一种水翼船，包括：右舷支撑结构和左舷支撑结构，所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构每一个都是中空的并沿前后方向纵向延伸，且彼此平行；前翼，所述前翼的端部连接至右舷支撑结构和左舷支撑结构；后部上反角翼，所述后部上反角翼的端部连接至右舷支撑结构和左舷支撑结构；和安装到右舷支撑结构的右舷电动推进器和安装到左舷支撑结构的左舷电动推进器。

在本申请全文中，术语“船舶”应作广义解释，包括在水上使用的任何船舶，包括单体船舶或艇、多体船舶或艇、动力板、游艇、水上摩托艇、桨板和任何尺寸的冲浪板。

前翼和后翼中的每一个都可以在后缘处具有右舷控制襟翼和左舷控制襟翼。前翼的后缘可以具有右舷控制襟翼和左舷控制襟翼。后翼的后缘可以具有右舷控制襟翼和左舷控制襟翼。上反角翼的后缘可以具有右舷控制襟翼和左舷控制襟翼。每一个控制襟翼都能可以绕着旋转轴线旋转。水翼船还可以包括连接到每一个控制襟翼的电控致动器。电控致动器中的每一个可以位于右舷支撑结构内或左舷支撑结构内。电控致动器中的每一个都可以具有可绕着致动器旋转轴线旋转的轴。电控致动器中的每一个都可以直接连接到相应的控制襟翼，以使得控制襟翼的旋转轴线和所述轴的旋转轴线对齐。

水翼船还可以包括位于右舷支撑结构内的右舷速度控制器和位于左舷支撑结构内的左舷速度控制器。右舷速度控制器可以与右舷电动推进器电通信，并且左舷速度控制器可以与左舷电动推进器电通信。后部上反角翼可以具有右舷部分和左舷部分。右舷部分和左舷部分可以通过连接器连接。后部上反角翼的顶点可以位于水翼船前翼的平面上方的平面上。后部上反角翼的上反角角度可以在从约5°到约25°的范围内。后部上反角翼的角度可以在从约10°到约20°的范围内。

水翼船还可以包括从右舷支撑结构侧向延伸出的右舷辅助前水翼船翼和从左舷支撑结构侧向延伸出的左舷辅助前水翼船翼。右舷辅助前水翼船翼和左舷辅助前水翼船翼可以与前翼共用共同的纵向位置。在使用中，前水翼船翼可以比后水翼船翼提供更大的升力。右舷支撑结构和左舷支撑结构可以相对于前翼和后部上反角翼被确定尺寸以用作翼帽。右舷支撑结构和左舷支撑结构的垂直厚度与前水翼船翼和/或(后部)上反角翼的厚度的比率可以至少为2:1。所述比率可以是2.5:1、3:1、4:1、5:1或大于5:1。

水翼船还可以包括用于将水翼船安装到船舶的安装结构。安装结构可以包括一个或多个桅杆。一个或多个桅杆可以包括从右舷支撑结构横向延伸的右舷桅杆和从左舷支撑结构横向延伸的左舷桅杆。右舷桅杆和左舷桅杆可以沿着朝向支撑结构的尾部的方向横向延伸。

右舷电动推进器可以安装在右舷支撑结构的后部，左舷电动推进器可以安装在左舷支撑结构的后部。右舷电动推进器的至少一部分安装在右舷支撑结构内，并且左舷电动推进器的至少一部分可以安装在左舷支撑结构内。每一个推进器都可以设有围绕螺旋桨的管道。每一个管道还可以包括位于推进器底侧的翅片，所述翅片从管道向前延伸。右舷支撑结构和/或左舷支撑结构都可以设有鼻锥体。鼻锥体可以装配有一个或多个传感器。鼻锥体可以是可更换的。

本发明实施例提供一种装配有如上所述的水翼船的船舶。

本发明实施例提供一种操作连接到船舶的水翼船的方法，水翼船包括具有前部右舷控制襟翼和前部左舷控制襟翼的前翼、具有后部右舷控制襟翼和后部左舷控制襟翼的后部上反角翼、右舷电动推进器和左舷电动推进器。所述方法包括：致动右舷电动推进器和/或左舷电动推进器，以在前翼和后部上反角翼上产生水流；和从前翼致动前部右舷控制襟翼和/或前部左舷控制襟翼，以产生升力。

所述方法还可以包括致动前翼上的前部右舷控制襟翼和前部左舷控制襟翼，以控制来自前翼的升力和高度。所述方法还可以包括致动后部上反角翼上的后部右舷控制襟翼和后部左舷控制襟翼，以控制来自后翼的升力和高度。所述方法还可以包括以不同于后部上反角翼上的后部右舷控制襟翼和后部左舷控制襟翼的方式调节前翼上的前部右舷控制襟翼和前部左舷控制襟翼，以控制船舶的纵摇。所述方法还可以包括以不同于前翼上的前部左舷控制襟翼和后部上反角翼上的后部左弦控制襟翼的方式致动前翼上的前部右舷控制襟翼和后部上反角翼上的后部右弦控制襟翼，以控制船舶的横摇。

所述方法还可以包括以不同的方式致动后部上反角翼上的后部右舷控制襟翼和后部左舷控制襟翼，以控制船舶的首摇和/或横摇。所述方法还可以包括向右舷电动推进器和左舷电动推进器施加差动推力，以控制船舶的首摇。所述方法还可以包括：控制右舷电动推进器和左舷电动推进器，以增加前翼和后部上反角翼上的水流；和根据船舶速度致动前部右舷控制襟翼、前部左舷控制襟翼、后部右舷控制襟翼和/或后部左舷控制襟翼，以调节在前翼和/或后部上反角翼处产生的升力。所述方法中使用的水翼船可以是上文所述的水翼船。

本发明实施例提供一种包括水翼船的船舶，所述水翼船使用如上所述的方法来操作。

附图说明

将仅参考以下非限制性附图通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是水翼船的一个实施例的立体图；

图2是图1所示的实施例的俯视图；

图3是图1所示的实施例的侧视图；

图4是图1所示的实施例的前视图；

图5是推进器的一个实施例的立体图；

图6是推进器的一个实施例的侧视图；

图7是图1中沿A-A线的横截面图；

图8是图1中沿B-B线的横截面图；

图9是水翼船的另一个实施例的立体图；

图10是水翼船的又一个实施例的立体图；以及

图11示出控制流程图的一个实施例。

具体实施方式

公开了一种水翼船。图1至图8示出水翼船10的一个实施例。水翼船10具有形式为右舷管或吊舱(nacelle)12的右舷支撑结构和形式为左舷管或吊舱14的左舷支撑结构。吊舱12和吊舱14中的每一个都沿前后方向纵向延伸。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14中的每一个的长度都在约600mm至约2500mm的范围内。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14中的每一个的长度等于或大于600mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14中的每一个的长度等于或小于2500mm。通常，吊舱12和吊舱14具有相同的长度。

吊舱12和吊舱14彼此平行。吊舱12和吊舱14组合在一起用作框架或框架部件，其他部件都附接到所述框架或框架部件上。在一个实施例中，吊舱是中空的并限定内部98，如图7所示。图中所示的吊舱12和吊舱14具有圆形横截面，在所述圆形横截面中吊舱12和吊舱14具有恒定的半径。然而，在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的半径并不始终一致。例如，吊舱12和吊舱14的横截面可以是椭圆形或D形。

在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径在约50mm至约150mm的范围内。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径在约50mm至约100mm的范围内。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径在约100mm至约150mm的范围内。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径等于或大于50mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径等于或小于150mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为50mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为60mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为70mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为80mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为90mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径是100mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为110mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为120mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为130mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为140mm。在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的直径为150mm。

水翼船10具有前翼16和后翼18。翼16和翼18的轮廓可以根据水翼船的应用来确定，例如针对船舶的航程进行优化或针对船舶的速度进行优化。在一个实施例中，[厚度]:[弦长(coad)]的比率可以在从约5％到约20％的范围内。在一个实施例中，前翼16和/或后翼18的弦长约为120mm至约250mm。在一个实施例中，前翼16和/或后翼18的翼展(span)约为500mm至约3000mm。水翼船的起飞重量取决于翼16和/或翼18的轮廓。在一个实施例中，水翼船10的起飞重量在从约150kg到约2,500kg的范围内。

前翼16具有连接到右舷吊舱12的右舷侧或端部22、以及连接到左舷吊舱14的左舷侧或端部20。前翼16朝向吊舱12和吊舱14的前部(或船首)附接到吊舱12和吊舱14。后翼18具有连接到右舷吊舱12的右舷侧或端部26和连接到左舷吊舱14的左舷侧或端部24。后翼18朝向吊舱12和吊舱14的后部(或者船尾或艉部)附接到吊舱12和吊舱14。术语“前”和“后”是相对使用的，并不将翼16和翼18限制在吊舱上的任何特定位置，而是相对于吊舱12和吊舱14的纵向方向，一个翼比另一个翼更靠前或更前。在一个实施例中，翼16和/或翼18由挤压铝制成。在一个实施例中，翼16和/或翼18由复合材料制成。

整流罩90和整流罩94分别用于将前翼16的右舷端22和后翼18的右舷端26连接到右舷吊舱12。整流罩92和整流罩96分别用于将前翼16的左舷端20和后翼18的左舷端24连接到左舷吊舱14。整流罩90、92、94和96有助于在翼16和翼18与吊舱12和吊舱14之间提供流体动力学上流线型连接。并非所有实施例都需要整流罩90,92,94和96。例如，可以使用固定装置(例如，紧固件和/或粘合剂)将端部20,22,24,26直接固定到相应的吊舱12和吊舱14中。在一个实施例中，翼16和翼18与吊舱12和吊舱14一体成形。

前翼16具有右舷侧28和左舷侧30。右舷侧28具有前部右舷控制襟翼32，左舷侧30具有前部左舷控制襟翼34。右舷控制襟翼32和左舷控制襟翼34位于前翼16的尾部或后缘上。在图中所示的实施例中，右舷侧28和左舷侧30是连结在一起的两个单独的部分。然而，在一个实施例中，右舷侧28和左舷侧30彼此成一体。后翼18具有后部右舷翼35和后部左舷翼36。连接器48将后部右舷翼35连接到后部左舷翼36。后部右舷翼35具有后部右舷控制襟翼38，后部左舷翼36具有后部左舷控制襟翼40。控制襟翼38和控制襟翼40位于后翼18的尾部或后缘上。并非在所有实施例中都需要连接器48。例如，后部右舷翼35和后部左舷翼36可以一体成形。

后部右舷翼35和后部左弦翼36中的每一个都被描绘成是直的，并在连接器48的一点处连接。然而，在一个实施例中，后部右舷翼35和后部左舷翼36可以通过完全或多面体的过渡部连接，其中弯曲过渡部形成后翼18的顶点，并且后部右舷翼35和后部左舷翼36中的每一个都是直的。因此，并非在所有实施例中都需要连接器48。通常，连接器48被定位在后翼18的顶点处。然而，当省略连接器48时，后翼18的顶点由后翼18的最上部位置限定。

与襟翼32,43,38和40有关的术语“前”和“后”是指与前翼16和后翼18的关联性，不应被解释为指定襟翼在翼16和翼18中的每一个的前缘或后缘上的位置。

在一个实施例中，吊舱12和吊舱14的垂直厚度大于翼16和翼18的厚度。在一个实施例中，吊舱12/吊舱14的垂直厚度与翼16/翼18的厚度的比率至少为2:1。所述比率可以是2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1或大于5:1。这种厚度上的差异可使吊舱12和吊舱14用作翼帽。通过用作翼帽，吊舱12和吊舱14有助于减少从翼16或翼18上产生的翼尖涡流。此外，通过用作翼帽，吊舱12和吊舱14消除了对复杂且脆弱的小翼或冲蚀翼尖的需要，作为提高翼效率的一种方式。使翼16和翼18位于吊舱12和吊舱14的包络线内，也有助于保护翼16和翼18免受损坏，例如免受碎片和其他水下障碍物的损坏。

在图1至图9所示的实施例中，前翼16是直翼或线性翼，后翼18是上反角翼。上反角形成于后翼18的后部右舷翼35和后部左舷翼36的平面之间。后翼18的上反角可以有助于增加横摇控制杆和首摇控制杆。连接器48被定位于后翼18的顶点处。在一个实施例中，上反角的角度在从约5°到约45°的范围内。在一个实施例中，上反角的角度在从约5°到约40°的范围内。在一个实施例中，上反角的角度在从约5°到约35°的范围内。在一个实施例中，上反角的角度在从约5°到约30°的范围内。在一个实施例中，上反角的角度在从约5°到约25°的范围内。在一个实施例中，上反角的角度在从约5°到约20°的范围内。在一个实施例中，上反角的角度在从约10°到约20°的范围内。在一个实施例中，上反角的角度大于约5°。在一个实施例中，上反角的角度小于约40°。在一个实施例中，上反角的角度小于约25°。如图3和图4所示，在一个实施例中，后翼18的顶点被定位于前翼16的平面上方的平面上。

水翼船10具有将水翼船10安装到船舶的安装结构。在图中所示的实施例中，安装结构为桅杆60和桅杆58的形式。右舷桅杆60从右舷吊舱12延伸，左舷桅杆58从左舷吊舱14延伸。桅杆58和桅杆60中的每一个都沿尾部或后方的方向远离相应的吊舱14和吊舱12横向延伸。这样，桅杆58和桅杆60向后倾斜。在一个实施例中，桅杆58和桅杆60向后倾斜约3°至约9°。向后倾斜的桅杆可以有助于减少或消除沿桅杆58和桅杆60向下延伸至翼16和翼18的通风。吊舱12和吊舱14(例如，支撑结构)、桅杆60和桅杆58(例如，安装结构)以及翼16和翼18的组合形成U形水翼船。如图7中最佳显示，桅杆60是中空的，具有为内部91形式的内部通道。桅杆58也可以是中空的，具有内部通道。在一个实施例中，桅杆58和桅杆60具有低阻力轮廓。桅杆58和桅杆60被描绘为是直的，但在一个实施例中，桅杆58和/或桅杆60可以是弯曲的或者具有弯曲的部分。例如，桅杆的上段可以是直的，而下段可以具有弯曲的过渡部，过渡到与相应吊舱的连接点。

水翼船10还具有右舷电动推进器54和左舷电动推进器56。右舷电动推进器54安装到右舷吊舱12，左舷电动推进器56安装到左舷吊舱14。推进器54和推进器56中的每一个都具有螺旋桨64和围绕螺旋桨64的管道62。管道62使用管道支撑件66连接到推进器54的电动机74的壳体。管道62有助于优化螺旋桨64的效率，并保护人员免受螺旋桨64的伤害。

推进器54和推进器56可以被通过电子方式致动和控制，以提供所需的推力以使水翼船10移动穿过水面。在一个实施例中，推进器54和推进器56的功率在从约2kW到约50kW的范围内。在一个实施例中，推进器54和推进器56的功率至少为2kW。在一个实施例中，推进器54和推进器56的功率最大为50kW。电动推进器的优点是无需变速箱即可产生反向推力。水在翼16和翼18上的运动产生升力，该升力使水翼船10将附接到水翼船10的船舶提升出水面。在一个实施例中，在使用时，前翼16比后翼18提供更大的升力，即，大于50％。

将推进器定位在水翼船10的后部的优点是，由螺旋桨64产生的湍流水不会经过翼16和翼18。当湍流水经过翼时，翼的效率通常会降低。然而，在一个实施例中，推进器54和推进器56位于吊舱12和吊舱14的前部或船首处(未示出)。将推进器54和推进器56的电动机安装到吊舱12和吊舱14意味着电动机可以通过与电动机74的壳体接触的水来冷却，而不是必须依赖于需要泵的主动冷却系统。在一个实施例中，在使用中，电动机不断地被水冷却。使用流经电动机74表面的水作为被动冷却流体，而不是暴露于空气中的散热器翅片，提供了更有效地冷却电动机74。在一个实施例中，电动机绕组的最小直径将决定流体动力学，从而决定吊舱12和吊舱14的直径。

如图7所示，电动机74的前部97被容纳在右舷吊舱12的后部93内。后部93设置有锥形面或斜面95，从而提供从右舷吊舱12到推进器54的流体动力过渡。并非在所有实施例中都需要斜面95。如图6中最佳显示，在一个实施例中，推进器54和推进器56中的每一个都可以包括从管道62向前延伸的艉鳍或翅片76。翅片76位于管道62的底侧。翅片76可以连接至电动机74的壳体和/或右舷吊舱12。翅片76的在前的边缘或前缘79过渡至底部边缘77。翅片76有助于保护管道62和/或螺旋桨64免受异物(例如，水中的石块和碎片)的影响。例如，如果一块碎片撞击前缘79，则碎片会沿着前缘79、底部边缘77向下滑动，并且经过管道62。

控制襟翼32,34,38和40中的每一个都可以绕着旋转轴线彼此独立地旋转。旋转轴线沿着相应的翼16或18的翼展延伸。前控制襟翼32和前控制襟翼34都可以绕着共同的旋转轴线旋转。控制襟翼32,34,38和40可由电控致动器独立控制。在图中所示的实施例中，电控致动器为伺服电动机的形式。在一个实施例中，伺服电动机的扭矩在从约50kg/cm至250kg/cm的范围内。最佳参考图7和图8以及右舷吊舱12，伺服电动机80位于右舷吊舱12的内部98中，并连接到前部右舷襟翼32。伺服电动机82位于右舷吊舱12的内部98中，并连接至后部右舷襟翼38。伺服电动机80和伺服电动机82中的每一个都具有连接到角状部(horn)84的花键86形式的轴。所述轴可以可选地使用键或销来附接至襟翼32和襟翼34。在图8中，角状部84直接连接至前部右舷襟翼32，使得花键86的旋转轴线与前部右舷襟翼32的旋转轴线对齐。

伺服电动机80与前部右舷襟翼32之间的连接是直接的，没有任何连杆或凸轮，可以称为直接控制驱动。直接控制驱动有助于最大限度地减少或消除任何污油或间隙，并可以提高水翼船10的可靠性和维护成本。在一个实施例中，伺服电动机通过连杆机构或凸轮机构连接到相应的襟翼上。伺服电动机82以与伺服电动机80连接到前部右舷襟翼32相同的方式连接到后部右舷襟翼38。左弦襟翼34和左弦襟翼40以与伺服电动机80连接到前部右舷襟翼32相同的方式连接到位于左弦吊舱14中的相应伺服电动机。在一个实施例中，伺服电动机控制线从桅杆60的内部91向下穿过，桅杆58也是如此，进入内部98并连接到伺服电动机80或伺服电动机82(仅为清楚起见图中未显示)。伺服电动机80和伺服电动机82电连接至控制系统。

推进器54电连接到右舷速度控制器，推进器56电连接到左舷速度控制器。右舷和左舷速度控制器可以安装在与水翼船10相关联的船舶上。参照图7并使用右舷吊舱12和桅杆60作为示例，当速度控制器安装在船舶上时，将推进器54连接到速度控制器的三相交流线从船舶穿过，沿着桅杆60的内部91向下，并穿过吊舱12的内部98。在一个实施例中，速度控制器88安装在吊舱12的内部98中。当速度控制器88安装在吊舱12的内部98中时，将速度控制器88连接到直流电源的两根线从内部98中穿过，并从桅杆60的内部91上行。仅出于清楚的目的，与速度控制器和推进器相关联的线未在图中示出。

将速度控制器88容纳在吊舱12中的优点是，速度控制器产生的热量可以通过经过吊舱12的水进行散热。使用水而不是空气作为冷却流体有助于更有效地冷却速度控制器。将速度控制器88容纳在吊舱12中的另一个优点是，只需两根线(直流电源线)就能从速度控制器88沿着桅杆60到达电源，而如果将速度控制器88安装在船舶上，则需要三相交流电缆沿着桅杆60向下延伸。减少推进器54和推进器56的需要穿过桅杆的线的数量有助于增加其厚度和相应的电流输送能力，从而获得更大的功率。与右舷吊舱12相似，左舷吊舱14同样可以容纳速度控制器88。吊舱12和吊舱14中需要冷却的壳体部件消除了提供将水从水翼船泵送到船舶的水冷却系统的需要，这对于装配有水翼船的船舶来说可能是有问题的。

右舷吊舱12和左舷吊舱14中的每一个都设置有鼻锥体，所述鼻锥体在图中为盖的形式。右舷盖50被定位于右舷吊舱12的前部或船首，左舷盖52被定位于左舷吊舱14的前部或船首。右舷盖50和左舷盖52可以在与碎片碰撞时，用作阻尼器或缓冲区。在一个实施例中，右舷盖50和左舷盖52中的每一个都是可更换的。右舷盖50和左舷盖52可以装配有一个或多个传感器，例如摄像机、温度传感器、或者一个或多个换能器和一个或多个接收器。传感器可以向控制系统提供信息。

图9示出水翼船的另一个实施例。水翼船100与水翼船10相同，不同之处在于水翼船100具有左舷辅助前翼部件和右舷辅助前翼部件。在图9中，辅助前翼部件的形式为右舷前侧翼102和左舷前侧翼104。前侧翼102和前侧翼104从相应的右舷吊舱12和左舷吊舱14侧向向外延伸。前侧翼102和前侧翼104与前翼16共享共同的纵向位置。例如，由前翼16的前缘限定的纵向方向可以与前侧翼102和前侧翼108的每个前缘的纵向方向相交。这些纵向方向位于吊舱12和吊舱14上的相同位置处。然而，在一个实施例中，前侧翼102和前侧翼104的纵向位置相对于前翼16的纵向位置偏移。例如，前侧翼102和前侧翼104可以被定位于前翼16的前方或后方。前侧翼102和前侧翼104形成前翼16的一部分，并可以有助于增加水翼船100前部或船首处产生的升力。图9中示出前侧翼102和前侧翼104的端部106和端部108，没有端盖、小翼或冲蚀翼尖。在一个实施例中，前侧翼102和前侧翼104的端部具有端盖、小翼或冲蚀翼尖，有助于减少来自前侧翼102和前侧翼104的湍流。

当水翼船10的起飞重量需要增加时，可以使用前侧翼102和前侧翼104。例如，水翼船10可以具有200kg的起飞重量能力，但增加前侧翼102和前侧翼104可以将起飞重量能力提高到200kg以上。通过增加前侧翼102和前侧翼104而增加的起飞重量由前侧翼102和前侧翼104的尺寸确定，包括弦长、最大翼(水翼)厚度、前缘半径、外倾角和攻角。

图10示出水翼船的另一个实施例。水翼船200与水翼船10和100类似，只是省略了前翼16。水翼船200具有单翼18a，所述单翼具有与水翼船10和100的后翼18相同的上反角。水翼船200具有形式为右舷管或吊舱12a的右舷支撑结构和形式为左舷管或吊舱14a的左舷支撑结构。吊舱12a和吊舱14a中的每一个都沿前后方向纵向延伸。吊舱12a和吊舱14a彼此平行。由于水翼船200不具有前翼，因此与水翼船10和100的吊舱12和吊舱14相比，吊舱12a和14a较短。

水翼船200具有连接至吊舱12a的右舷电动推进器54和连接至吊舱14a的左舷电动推进器56。上反角翼18a具有连接至右舷吊舱12a的右舷侧或端部44a以及连接至左舷吊舱14a的左舷侧或端部46a。在一个实施例中，后翼18a由挤压铝形成。在一个实施例中，后翼18a由复合材料形成。翼18a具有后部右舷翼35a和后部左弦翼36a。连接器48a将后部右舷翼35a连接至后部左舷翼36a。后部右舷翼35a具有右舷控制襟翼38a，后部左舷翼36a具有左舷控制襟翼40a。控制襟翼38a和控制襟翼40a位于后翼18a的后缘或尾部上。当水翼船200连接至船舶时，可以使用单独的前翼，例如平翼，为船舶提供大部分升力，其中控制权限由水翼船200提供。前翼可以使用一个或多个桅杆作为支撑结构连接至船舶。

图中所示的实施例将前翼16描绘为沿着延伸穿过吊舱12和吊舱14的轴线的平面连接到吊舱12和吊舱14。然而，在一个实施例中，前翼16朝向吊舱12和吊舱14的顶侧或底侧、或者在吊舱12和吊舱14的顶侧或底侧处连接到吊舱12和吊舱14。类似地，后翼18在图中被描绘为沿着延伸穿过吊舱12和吊舱14的轴线的平面连接到吊舱12/12a和14/14a。然而，在一个实施例中，后翼18朝向吊舱12/12a和14/14a的顶侧或底侧、或者在吊舱12/12a和14/14a的顶侧或底侧处连接到吊舱12/12a和14/14a。

水翼船10,100或200可以使用安装结构安装到船舶上。当安装结构为桅杆58和桅杆60的形式时，水翼船10使用桅杆58和桅杆60安装到船舶上。桅杆58和桅杆60可以被定位于船舶内或船舶外。当安装结构为桅杆210的形式时，水翼船200使用桅杆210安装到船舶上。可选地，在水翼船200中，吊舱12a和吊舱14a中的每一个设置有自身的安装结构，例如，桅杆。水翼船10,100或200可以具有一个或多个桅杆作为支撑结构，以将水翼船连接至船舶。

在使用水翼船10,100或200时，右舷和/或左舷速度控制器(例如，88)被致动以向电动机(例如，74)提供动力，使螺旋桨(例如，64)旋转，从而产生推力。推进器产生的差动推力引起首摇运动。这样，推进器的差动推力提供首摇控制权限。前推力的产生会使水翼船10或100向前移动，从而使水流沿着从前缘到后缘的方向至少流过前翼16(或者水翼船200的后翼18a)，至少使前翼16产生升力。前翼16产生的升力大小取决于前翼16穿过水面的速度和前翼16的轮廓。这种翼运动是相对于水面的，而不是在地面上的速度。

前翼16产生的升力大小还取决于前部右舷襟翼32和后部左舷襟翼34的纵摇角度。当前部右舷襟翼32和前部左舷襟翼34向下倾斜到最大角度时，就会形成高纵摇角度(或力矩)。最大下倾角取决于前翼16的轮廓。纵摇角度的增大会导致升力的增大，但代价是阻力增加。连接至前部右舷襟翼32和前部左舷襟翼34的伺服系统(例如，80)可以由控制系统致动，以调节前部右舷襟翼32和前部左舷襟翼34的纵摇角度，从而在给定速度下使前翼16产生最大升力。在本公开中，术语“速度”或“流量”指的是水翼船在水中航行的速度或流量。在一个实施例中，前翼16产生的升力占水翼船升力的50％以上。当产生足够的升力时，附接至水翼船10或100的船舶被提升出水面，处于升起状态。一旦处于升起状态，用于控制前部右舷襟翼32和前部左舷襟翼34的伺服系统的致动用于控制在前翼16处产生的升力的大小，从而控制船舶的高度。

后翼18上的后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40的纵摇角度也可以通过致动相应的伺服系统来单独控制，以控制后翼18和类似的翼18a产生的升力的大小。当后部右舷襟翼38或38a和后部左舷襟翼40或40a向下倾斜到最大角度时，就会形成高纵摇角度。最大向下角度取决于后翼18的轮廓。一旦处于升起状态，用于控制后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40的伺服系统的致动用于控制在后翼18处产生的升力，从而帮助控制船舶的高度。对于水翼船200，上反角翼18a提供所有升力，以将船舶提升出水面。

对于水翼船10和100，前部右舷襟翼32和前部左舷襟翼34中的每一个都可以独立于后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40进行调节，以产生不同的升力。例如，与后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40的纵摇角度相比，增大前部右舷襟翼32和左舷襟翼34的纵摇角度使前翼16处产生比后翼18更大的升力。前翼16处产生更大的升力会使水翼船10或100的前部升起，从而增加附接到水翼船10或100的船舶的纵摇角度。相反，调节襟翼32,34和/或38和40，使前翼16产生的升力小于后翼18，则会使水翼船10或100的前部下降，从而减小水翼船的纵摇角度。产生的差动升力可以用来控制水翼船10或100的纵摇角度。在一个实施例中，可以通过提供差动升力来提供正水翼船纵摇，从而促进向提升力状态的过渡。

在提升状态下，当水翼船的速度通过增加推进器54和/或推进器56产生的推力而增加时，如果前部右舷襟翼32和前部左舷襟翼34的纵摇角度保持不变，则至少前翼16产生的升力的大小会增加。因此，在一个实施例中，当推进器54和推进器56产生的推力增大时，前部右舷襟翼32和前部左舷襟翼34的纵摇角度减小，以减小前翼16产生的升力的大小。这种纵摇角度的调节有时被称为襟翼或翼的羽化。

前翼16上的前部右舷襟翼32和左舷襟翼34可以被彼此独立地调节，以控制横摇能力。类似地，后翼18上的后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40也可以被彼此独立调节，以控制横摇能力。当前部右舷襟翼32和后部右舷襟翼38或者前部和后部右舷及左舷襟翼34和40被同时调节时，也可以提供横摇能力。例如，如果前部右舷襟翼32和后部右舷襟翼38被向上致动，并且前部左舷襟翼34和后部左舷襟翼40被向下致动，则船舶将向右舷横摇。

还可以通过差动地致动后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40来提供横摇能力。还可以通过差动地致动后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40来提供首摇能力。可以通过差动地致动后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40来同时控制横摇和首摇。与前翼16相比，后翼18为上反角的优点是为水翼船10提供更多的横摇和偏航能力。后翼18的上反角通过增加后翼18的升力与船舶的重心之间的杠杆力，来提供更大的横摇和首摇能力。一般来说，前翼16提供更大的纵摇能力，后翼18提供更大的横摇和首摇能力。然而，前翼16可以有助于横摇能力，而后翼18可以有助于纵摇能力。

前襟翼32和前襟翼34可以被视为升降副翼，因为前襟翼32和前襟翼34用作组合的升降舵和副翼。后部右舷襟翼38和后部左舷襟翼40可以被视为方向舵或尾翼，因为所述后部右舷襟翼和所述后部左舷襟翼用作组合的尾舵、副翼和升降舵。

表1中提供控制襟翼32,34,38和40的相对运动如何移动以单独或组合地提供横摇、纵摇和首摇能力或控制的总结。在一个实施例中，襟翼32,34,38和40可以使用相应的伺服系统来致动，以同时控制升力、横摇、纵摇和首摇中的两个或更多个。例如，在调节高度的同时转动船舶可能涉及同时调节纵摇和首摇以及可选的横摇。

表1襟翼的相对运动和由此产生的船舶运动

图11示出示例性的控制流程图。用户输入(例如，来自操纵杆、平板电脑或遥控器的输入)被馈送到控制系统中。控制系统随后可以致动或控制推进器和/或一个或多个襟翼。控制系统可以包括稳定性控制算法。控制系统可以使用反馈传感器，例如，陀螺仪传感器、加速计、超声波距离传感器、磁场传感器、(D)全球定位系统和高度传感器，来监测船舶姿势的任何变化。反馈传感器只是示例性的，并不具有排他性。

在本公开所附权利要求书和前面的描述中，除非上下文因明示的语言或必要的含义而另有要求，否则词语“包括”或诸如“包含”等变体是在包含的意义上使用的，即指明状态特征的存在，但不排除在各种实施方式中其它特征的存在或增加。

Claims (41)

1.一种水翼船，包括：

右舷支撑结构和左舷支撑结构，所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构每一个都是中空的并沿前后方向纵向延伸，且彼此平行；

上反角翼，所述上反角翼的端部连接至所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构；和

安装到所述右舷支撑结构的右舷电动推进器和安装到所述左舷支撑结构的左舷电动推进器。

2.如权利要求1所述的水翼船，其中，所述上反角翼在后缘处具有右舷控制襟翼和左舷控制襟翼，所述右舷控制襟翼和所述左舷控制襟翼每一个都能够绕着旋转轴线旋转。

3.如权利要求2所述的水翼船，还包括连接到每一个控制襟翼的电控致动器，其中所述电控致动器中的每一个位于所述右舷支撑结构内或所述左舷支撑结构内。

4.如权利要求3所述的水翼船，其中：

所述电控致动器中的每一个都具有能够绕着致动器旋转轴线旋转的轴；以及

所述电控致动器中的每一个直接连接到相应的控制襟翼，以使得所述控制襟翼的所述旋转轴线和所述轴的旋转轴线对齐。

5.如权利要求1至4中任一项所述的水翼船，其中，所述上反角翼的角度在从约5°到约25°的范围内。

6.如权利要求5所述的水翼船，其中，所述上反角翼的所述角度范围在从约10°到约20°的范围内。

7.如权利要求1至6中任一项所述的水翼船，其中，所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构每一个都相对于所述上反角翼被确定尺寸以用作翼帽。

8.一种水翼船，包括：

右舷支撑结构和左舷支撑结构，所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构每一个都是中空的并沿前后方向纵向延伸，且彼此平行；

前翼，所述前翼的端部连接至所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构；

后部上反角翼，所述后部上反角翼的端部连接至所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构；和

安装到所述右舷支撑结构的右舷电动推进器和安装到所述左舷支撑结构的左舷电动推进器。

9.如权利要求8所述的水翼船，其中，所述前翼和后翼每一个都在后缘处具有右舷控制襟翼和左舷控制襟翼，所述右舷控制襟翼和所述左舷控制襟翼每一个都能够绕着旋转轴线旋转。

10.如权利要求8或9所述的水翼船，还包括连接到所述控制襟翼中的每一个的电控致动器，所述电控致动器中的每一个位于所述右舷支撑结构内或所述左舷支撑结构内。

11.如权利要求10所述的水翼船，其中：

所述电控致动器中的每一个都具有能够绕着致动器旋转轴线旋转的轴；以及

所述电控致动器中的每一个都直接连接到相应的控制襟翼，以使得所述控制襟翼的所述旋转轴线和所述轴的旋转轴线对齐。

12.如权利要求8至11中任一项所述的水翼船，其中，所述后部上反角翼具有右舷部分和左舷部分。

13.如权利要求8至12中任一项所述的水翼船，其中，所述后部上反角翼的顶点位于所述前翼的平面上方的平面上。

14.如权利要求8至13中任一项所述的水翼船，其中，所述后部上反角翼的角度在从约5°到约25°的范围内。

15.如权利要求14所述的水翼船，其中，所述后部上反角翼的所述角度在从约10°到约20°的范围内。

16.如权利要求8至15中任一项所述的水翼船，还包括：

右舷辅助前水翼船翼，所述右舷辅助前水翼船翼从所述右舷支撑结构侧向延伸出来；和

左舷辅助前水翼船翼，所述左舷辅助前水翼船翼从所述左舷支撑结构侧向延伸出来。

17.如权利要求16所述的水翼船，其中，所述右舷辅助前水翼船翼和所述左舷辅助前水翼船翼与所述前翼共用共同的纵向位置。

18.如权利要求8至17中任一项所述的水翼船，其中，在使用中，所述前翼比所述后部上反角翼提供更大的升力。

19.如权利要求8至18中任一项所述的水翼船，其中，支撑结构和所述左舷支撑结构每一个都相对于所述前翼和后翼被确定尺寸以用作翼帽。

20.如权利要求1至19中任一项所述的水翼船，还包括位于所述右舷支撑结构内的右舷速度控制器和位于所述左舷支撑结构内的左舷速度控制器，其中所述右舷速度控制器与所述右舷电动推进器电通信，并且所述左舷速度控制器与所述左舷电动推进器电通信。

21.如权利要求1至20中任一项所述的水翼船，还包括：

安装结构，所述安装结构用于将所述水翼船安装到船舶。

22.如权利要求21所述的水翼船，其中，所述安装结构包括从所述右舷支撑结构横向延伸的右舷桅杆和从所述左舷支撑结构横向延伸的左舷桅杆。

23.如权利要求22所述的水翼船，其中，所述右舷桅杆和所述左舷桅杆每一个都沿着朝向所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构的尾部的方向横向延伸。

24.如权利要求1至23中任一项所述的水翼船，其中，所述右舷电动推进器安装在所述右舷支撑结构的后部，并且所述左舷电动推进器安装在所述左舷支撑结构的后部。

25.如权利要求1至24中任一项所述的水翼船，其中，所述右舷电动推进器的至少一部分安装在所述右舷支撑结构内，并且所述左舷电动推进器的至少一部分安装在所述左舷支撑结构内。

26.如权利要求1至25中任一项所述的水翼船，其中，每一个推进器都设有围绕螺旋桨的管道。

27.如权利要求26所述的水翼船，还包括：

翅片，所述翅片位于所述管道的底侧，所述翅片从所述管道向前延伸。

28.如权利要求1至27中任一项所述的水翼船，其中，所述右舷支撑结构和所述左舷支撑结构中的每一个都设有鼻锥体。

29.如权利要求28所述的水翼船，其中，所述鼻锥体装配有一个或多个传感器。

30.如权利要求28或29所述的水翼船，其中，所述鼻锥体是能够更换的。

31.一种船舶，包括权利要求1至30中任一项所述的水翼船。

32.一种操作连接到船舶的水翼船的方法，所述水翼船包括具有前部右舷控制襟翼和前部左舷控制襟翼的前翼、具有后部右舷控制襟翼和后部左舷控制襟翼的后部上反角翼、右舷电动推进器和左舷电动推进器，所述方法包括：

致动所述右舷电动推进器和/或所述左舷电动推进器，以在所述前翼和所述后部上反角翼上产生水流；和

从所述前翼致动所述前部右舷控制襟翼和/或所述前部左舷控制襟翼，以产生升力。

33.如权利要求32所述的方法，还包括：

致动所述前翼上的所述前部右舷控制襟翼和所述前部左舷控制襟翼，以控制来自所述前翼的升力和高度。

34.如权利要求32或33所述的方法，还包括：

致动所述后部上反角翼上的所述后部右舷控制襟翼和所述后部左舷控制襟翼，以控制来自所述后部上反角翼的升力和高度。

35.如权利要求32至34中任一项所述的方法，还包括：

以不同于所述后部上反角翼上的所述后部右舷控制襟翼和所述后部左舷控制襟翼的方式调节所述前翼上的所述前部右舷控制襟翼和所述前部左舷控制襟翼，以控制所述船舶的纵摇。

36.如权利要求32至35中任一项所述的方法，还包括：

以不同于所述前翼上的所述前部左舷控制襟翼和所述后部上反角翼上的所述后部左弦控制襟翼的方式致动所述前翼上的所述前部右舷控制襟翼和所述后部上反角翼上的所述后部右弦控制襟翼，以控制所述船舶的横摇。

37.如权利要求32至36中任一项所述的方法，还包括：

以不同的方式致动所述后部上反角翼上的所述后部右舷控制襟翼和所述后部左舷控制襟翼，以控制所述船舶的首摇和/或横摇。

38.如权利要求32至37中任一项所述的方法，还包括：

向所述右舷电动推进器和所述左舷电动推进器施加差动推力，以控制所述船舶的首摇。

39.如权利要求32至38中任一项所述的方法，还包括：

控制所述右舷电动推进器和所述左舷电动推进器，以增加所述前翼和所述后部上反角翼上的水流；和

根据船舶速度致动所述前部右舷控制襟翼、所述前部左舷控制襟翼、所述后部右舷控制襟翼和/或所述后部左舷控制襟翼，以调节在所述前翼和/或所述后部上反角翼处产生的升力。

40.如权利要求32至39中任一项所述的方法，其中，所述水翼船是根据权利要求8至30中任一项所述的水翼船。

41.一种船舶，包括使用权利要求25至33中任一项所述方法操作的水翼船。