CN1355750A - 水翼装置 - Google Patents

Abstract

水翼装置,该装置包括:第一水翼元件(1),具有翼弦和翼展面积和正的流体动力学俯仰力矩;第二水翼元件(2),具有翼弦和翼展面积和正的流体动力学俯仰力矩;连接装置(3),用于将第一和第二水翼元件(1;2)连接在一起,使它们能围绕连接装置(3)作铰接连接;至少第一和第二约束元件(4;6),用于使水翼装置能被牵引,而第一约束元件(4)的一端部(5)与第一水翼元件(1)的外端部铰接,从而形成第一俯仰轴线(BC),第二约束元件(6)的一端部(7)与第二水翼元件(2)的外端部铰接,从而形成第二俯仰轴线(DE),第一和第二俯仰轴线(BC;DE)形成一角,使第一水翼元件(1)产生的流体动力学升力分量和而第二水翼元件(2)产生的流体动力学升力分量彼此平行而方向相反;调节装置(8;11),通过此装置,可调节第一和第二俯仰轴线所形成的角度。

Description

水翼装置

本发明涉及水翼装置，更具体地说，本发明涉及用于设置在任何牵引设备中的水翼装置，此牵引设备为了实现其功能，需要流体动力学的升力，作为与牵引作用相对抗的力的分力。

已知牵引用的水翼装置可归结为两个应用类别，不过也可以将两者归结为一。第一类应用包括各种各样的领域，这些领域要求一个物体或不同类型的装备，经过水被一种船或其它牵引点牵引，例如为了执行特殊的测量、捕捉或定位某种事物。通常重要的是此被牵引的物体或装备应当不直接地跟随在牵引点之后，如果牵引点接近水面，则是通过一种折流转向器在一侧或另一侧侧拉，通过一种阻浮器向下拉，甚至通过一种升运机向上拉。可执行这些工作的水翼装置已经涉及防水雷器、螺旋翼、单翼、折流转向器、船口、水獭皮板或就是水獭皮、偏转器、阻浮器、升运机和轻型飞机。

第二类应用包括各种这样的装备，其中水翼装置所产生的力量，被用于以所希望的方式作用在牵引点或船上。这些应用例如可包括：起风暴用的浮锚作用，用于对船只给予某方向的漂移；起稳定器的作用，用于稳定船只的摇摆；对航行中的船只起提供侧向阻力的作用，诸如更传统的水上漂浮容器，此漂浮容器支撑帆的索具装备，或更罕见的具有机翼的航空装备，例如旋翼飞机、悬挂式滑翔机、轻型飞机或其它有翼的飞机，滑翔伞或位移容器例如飞艇或气球。

水-空气界面对于运行被牵引的水翼装置是极复杂和难于对付的环境。特别是当达到或冲破水面时，绝大多数牵引用的水翼装置变得不稳定，并中止所希望的功能。

对于那些要求在水面或接近水面牵引的物体或各种类型的装备，普遍的实践已经确认，水翼装置借助于在水面的漂浮物，使其保持全部沉没，且在所希望的行进深度。但是，这对于稳定水翼装置的摇摆偏航收效甚微，而且在不平静的水域其自身可能破裂。在牵引装置产生足够阻力的场合，这种方法可用于稳定水翼装置的摇摆偏航，但它并不总是可以指望不必引入恒定的阻力。此外，漂浮物实施控制的能力仍旧是固定的，而作用在其上的破坏性动态力是与水速的平方成正比，这种动态力是必须战胜的。当速度增加时，所需漂浮物的全部尺寸因此将增大，生成过大的阻力，并可能变得难于管理和产生操作上的危险。此外，漂浮物的使用也并不能避免这样的必然性，其中：水翼表面在其起航和回收时，将变成部分未润湿；即使没有进行危险的操作，通常也是处于不稳定状态，并可能造成困难。

许多物体和其他类型的装备，当其全部展开会被漂浮物防碍时，并不需要在水面或接近水面牵引。然而，在起航和回收时，它们通常通过的水面，而在许多情况下，还希望以某种速度并通过不平静的水域进行。

对于航行而言，希望水翼装置在水面牵引，并常常是以大的速度通过不平静的水域。还希望同样的装置可以在任一种抢风行驶中操作，如果采用漂浮物在水面作表面检测，这种行驶可能是困难的。

为了帮助或完全接受漂浮物的功能，已知的水翼装置因此已经设置了正上反角，以简单的动力学方式检测水面。这些已知的装置具有：水翼表面的较低部，其取向设置成使其给予升力以下沉分量；水翼表面的上部，其取向设置成给予升力以垂直向上的分量。因此这两个升力分量彼此平行而方向相反。于是这种装置可通过约束调节装置调节摇摆，直至垂直上升分量和下沉分量处于平衡位置，而垂直上升部的一部分穿过水面以保持留下。在湿润区因此应当有增益或损失，升力分量的合力提供一种恢复力，此恢复力使装置恢复所希望的运行深度。

然而，不幸的是，当其水面检测深度校准时，相反的升力分量还趋于形成力偶，此力偶力求使水翼装置在任何时刻在运动方向转动。因此，如果水翼装置对应于升力分量或下沉分量中的任一个，水翼装置将分别向着水面向上转或向下转。除此之外，垂直上升部和下沉部的安装角角度经受改变，这种改变是由在升力-阻力比中各种可能的变化所伴生的。这些可能的变化对其升力和阻力的重新分配具有影响，使升力与牵引力的合力和阻力矢量分开，在任何时刻跨过运动方向。这产生另外的力偶，这些力偶或与升力分量力偶共同起作用，或反抗与其相反的升力分量力偶，这取决于水翼表面已经进行工作的安装角角度。普遍的结果是重复地和交替地向水面转动，有时发展成为明显的或者甚至是激烈的“前后振动”作用。

此外，如果水翼装置经受因受阻力而引起取向不准，例如由于杂草、碎片或地面造成的阻力，由于在升力部和下沉部的安装角角度之间具有相反特性的大变化，表面检测能力可能被压倒。这可能导致水翼装置转动或从水面跳起、下潜至船只附近或在着陆时突然地潜入船只底下。

增加短的稳定尾部处理相反的升力分量力偶以支撑任何向水面的转动，这是无助于事的。不过，随着尾部被加长，对保持相对于水翼装置总行进方向而确定了的方位的支撑变得愈来愈小，于是强迫水翼装置以一种更多侧滑作用执行表面检测。因此，尾部愈长可抑制更多的向水面转动和“前后振动”。但是，尽管这种特性的改变是合适的，实际上却发现是不够的，除非尾部制成所不能接受的那样长。

还存在如果约束元件采取错误的方位结果水翼装置完全采取错误的方位的缺点。由于水翼表面正上反角的关系，水翼装置因此可能十分像旋转器在钓线上那样工作，导致极大的混乱和进一步的损失或毁坏。

对于许多用户而言，重要的是被牵引的水翼装置阻力尽可能小，特别对航行是这样。如果没有令人满意地制成流线型，一种沉没式双排约束元件可产生过大的阻力。但是，现有比本发明更十分广泛应用缆绳的流线型的有效性是有限的，因为它们设计成围绕牵引缆绳自由地顺桨。于是，以这种方式制出流线型的一种双排约束元件或牵引缆绳必须具有圆形横截面，此横截面将一个较低的极限强加给流线型截面的厚度，此厚度是可以根据它使用的。这就对阻力可能减小的程度强加了一个限制。

本发明的目的之一在于提供一种水翼装置，此水翼装置可以设计成并调节成在宽的速度范围和安装角角度范围工作，当在平静的和不平静的水域检测水面动力学时，或者深没水中，或者在水面，可在牵引点的这一侧也可在牵引点的另一侧，并能减小或消除上述只有一个正上反角表面检测的缺点。

相应地，本发明在一种不具限制性的实施例中提供了水翼装置，此水翼装置包括：第一水翼元件，具有翼弦和翼展尺寸和正的流体动力学俯仰力矩；第二水翼元件，具有翼弦和翼展面积和正的流体动力学俯仰力矩；连接装置，用于将第一和第二水翼元件连接在一起，使它们能围绕连接元件作铰接连接；至少第一和第二约束元件，用于使水翼装置能被牵引，而第一约束元件的一端部与第一水翼元件的外端部铰接，从而形成第一俯仰轴线，第二约束元件的一端部与第二水翼元件的外端部铰接，从而形成第二俯仰轴线，第一和第二俯仰轴线形成一角，使第一水翼元件产生的流体动力学升力分量和而第二水翼元件产生的流体动力学升力分量彼此平行而方向相反；调节装置，通过此装置，可调节第一和第二俯仰轴线所形成的角度。

在本发明某些实施例中，连接装置可包括不多于一个或多个松弛但栓住的环和/或低扭转阻力的柔性元件，设置了这些元件，允许第一和第二水翼元件有足够的俯仰自由度。

本发明的第一和第二水翼元件，在其流体动力学升力分量彼此平行方向相反方面，具有类似于简单正上反角水翼装置的正上反角部的功能。但它们不同之处在于，本发明具有绕俯仰轴线俯仰的自由，且具有正的流体动力学俯仰力矩，借助于此，它们力求采取和保持特定的安装角角度。因此，当本发明的水翼装置从连接的杂草、碎片或从地面受到可能使简单正上反角水翼装置失去稳定的阻力时，每一水翼元件能采取适当的安装角角度，此角度在其相反的升力分量保持平衡是需要的。因此，水翼装置采取一特定的扫掠角，在此扫掠角，由相反的升力分量水平分离而形成的力偶，与阻力引入的力偶大小相等方向相反，尽管取向有改变，仍使水翼装置能以相同的总行进方向继续行进。

由第一和第二俯仰轴线形成的角，要求由调节装置至少作某些调节，因为最有效的水翼装置将是具有最大的角，此角与用于满意地表面检测所需要的最小正上反角是一致的。假如没有设定最小角的调节，由俯仰轴线所采用的角度可能变成比所希望的角度大为减小，而一种不确定的易变性在几个方面会干扰水翼装置的正常功能。但是，可以指望所允许的最小角是可变的，还可以指望调节装置允许在某最小值之上角度自由增加。因此，如果约束元件分开使水翼装置采取完全错误的取向，其正上反角自由增加甚至超过180度成为二面(上反)角(机翼彼此倾斜成二面角)，于是，可减小或避免由于绕转而进一步损坏和陷入困境。

调节装置可包括第三约束元件，此约束元件铰接设置在连接装置的一端部，或设置在第一和第二水翼元件的内端部之本质上位于其俯仰轴线上的部位。作为替换或同时，调节装置可包括至少一支杆，此支杆可以是具有流体动力学流线型的，支杆具有：第一端部，铰接在第一水翼元件上，本质上位于第一俯仰轴线上，并距连接元件一段距离；第二端部，铰接在第二水翼元件上，本质上位于第二俯仰轴线后面的部位，并距连接元件一段距离。因此，为避免绕转，允许调节好的角自由增加，例如，当支杆第一和第二连接端之间的距离自由增加到某最小值之上，和/或至少支杆的一个连接端在总的翼展方向自由运动，从相应的水翼元件的外端离开，但当其处于受压状态时，通过支杆移动至外翼展方向的极限，于是支杆的两端变成本质上被限制在翼弦方向。

作为替换或同时，调节装置可包括调节元件，此调节元件与连接装置设置在一起。当连接装置设有第一水翼元件绕其旋转的第一连接轴线，和第二水翼元件绕其旋转的第二连接轴线时，存在这种情况，第一和第二连接轴线分别与第一和第二俯仰轴线同轴。在这种情况下，为避免绕转，允许调节好的角度自由增加，例如，当连接元件包括至少一个中间连接元件，此中间连接元件绕第一和/或第二连接轴线转动，并与其相应的水翼元件铰接连接成这样，使水翼元件的压力侧所调节好的角度可以自由增加。

如果调节装置允许第一和第二水翼元件可折叠一起，且只是使其负压表面彼此面对，水翼元件经过正上反角和二面上反角，有进一步的优点。这可按与上述相同的方式设置以保证调节好的角度自由增加，不过自由的范围适当扩展。具有这种便利条件，水翼装置的正常运行保持不便，却可以将水翼元件折叠一起以易于装载和管理。

对于本发明的众多实施例而言，可使水翼元件的正俯仰力矩彼此相反作用是所希望的控制特征。这种反作用装置提供一种相互补足的关系，借助于这种关系，一个水翼元件导致的安装角角度的增加或减小，强使另一水翼元件产生相应的角度减小或增加。反作用装置可通过上述调节装置用的支杆设置，不同之处是，支杆的两端是连接在相应的水翼元件上，从相应的俯仰轴线向后一段距离的部位。于是，支杆仍旧同时保证了在这样的范围调节，此范围确定了被调节角度可能采取的最小角。

作为替换或同时，连接元件可用与上述支杆提供的等价方式提供反作用装置。对于这种替换，第一和第二连接轴线改设置这样，成当它们到达其相应的水翼元件的外端点时，分别从第一和第二俯仰轴线向后倾斜，而不是与之同轴。于是连接元件仍同时在确定可能采用的最小角的范围保证调节。

正如单正上反角水翼装置那样，本发明的水翼装置可通过调节其约束元件的相对长度调节翻滚以检测水面。当水翼装置上升和下降时，在水面检测相反的升力分量的过程将像单正上反角水翼装置那样趋于引起“前后振动”作用。

但是，本发明的水翼装置并不一般地使用平衡尾。改设置成使其升力和阻力重新分布成这样，当正常运行时，合成力偶反抗任何相反的升力分量力偶，以保持其相对于总行进方向的取向，而不是在任何时刻它的运动方向。因此，水翼装置引导其表面检测运动具有侧滑作用。这可通过以适当方式增加或去除阻力实现。例如，可使用至少一个可控制的阻力舵。作为替换或同时，水翼装置的至少一个水翼元件可具有至少一个端部，此端部至少包括一个分离部，水翼表面的一部分翼弦或整个翼弦的取向，当端部是后掠尾部时，此部的流体动力学俯仰力矩大于此部是先导时的流体动力学俯仰力矩。当是尾部时，阻力连同产生的正俯仰力矩因此增加。此外，如果水翼元件的相反端部在这方面具有类似特性，阻力从先导端部移去而加到后掠尾端部，整体而言，水翼元件的俯仰力矩变化小或没有变化。不过，当水翼装置调节至具有小的未湿润部穿过水面时，这不是必然希望的。在这种情况下，小的沉没部变化会伴随以俯仰力矩的大改变。这部分的分离的或部分翼弦水翼表面，因此可设置成对水翼元件的俯仰力矩的影响小或没有影响，除了外端部是后掠尾部。为实现这一点，可将其铰接安装在外端部，当其端部是先导时，允许其自顺桨至表面上的水流，当其端部是后掠尾部时，只在生成正俯仰力矩上变成主动的。

作为替换或同时，可设置成这样，当表面检测深度校准，至少一个水翼元件的升力-阻力比通过使安装角角度适当改变而变化，对于整个沉没的装置，升力和阻力的分布随之改变。

当整个水翼装置的升力和阻力的分布改变时，通过其至少一个水翼元件的安装角角度的改变，不仅在两个水翼元件之间的升力和阻力的分布改变，这决定了输出，而且，单个水翼元件不同部位之间的任何分布也改变。这种重新分布的性质取决于与其有关的水翼元件端部升力与阻力的特征。例如，在检测水面的过程中，具有显著扭曲(成机翼负扭转形)的升力水翼元件可增加其安装角角度，其沉没度增加。当在任何时刻在刚好在水面下正在运行的部分保持较高升力-阻力比时，其沉没最深部的安装角角度显著增加，给予它高的升力和极高的阻力。这种升力和阻力两者的有用的重新分布以及增加恢复力超过由于单独增加沉没面积的效果。

升力和阻力两者的分布还随水翼元件相对于水面的扫掠角的改变而以具有特征性的方式改变。此外，如果水翼元件具有可移动的控制表面，或它在载荷作用下变形，它对于上述经历的特征响应可被改变。

水翼元件从其形状的各个方面获得其升力-阻力比。例如这些方面可能是：沿其翼展具有直的或中凹的和中凸的表面；在一个方向或两个方向扭曲；具有恒定的或变化的翼弦；具有直的、曲线的或不规则的水翼平面；沿翼展为恒定或变化的横截面，且为单个平面或多个平面，还具有至少一个分离的控制平面。此外，第一和第二水翼元件不需要彼此相同或彼此成镜像。

与此类似，如上述升力和阻力特性所举的的例子那样，水翼元件也从其形状的各方面获得其俯仰力矩特性。至少一个控制表面和/或在负载作用下的变性可用于改变至少一个水翼元件的特征流体动力学俯仰力矩。还可以通过改变沉没和/或扫掠角影响它们。

水翼元件采用的安装角角度可以通过控制反作用的强度进一步影响，因为，除了它的相互补足性质外反，作用装置提供一种差动机构，通过此机构可在第一和第二水翼元件允许实现的安装角角度范围进行双重控制。例如，当反作用的强度是通过下列方法之一控制时，这种情况会发生，这些方法包括：改变设置在反作用装置上的支杆的两个连接端之间的距离；改变至少一个设置在其相应的水翼元件上的支杆的设置位置；改变至少一个连接轴线相对于其俯仰轴线向后倾斜所形成的角；和/或改变调节好的角。

俯仰极限限制装置对本发明的许多实施例是所希望设置的，利用它，至少第一和第二水翼元件其中之一只有有限的俯仰自由度。当水翼装置在低速和小安装角角度运行时，当俯仰小和稳定流体动力学力小时特别是这样。俯仰极限限制装置例如可通过限制水翼元件绕其相应的连接轴线的自由度设置；或者，如果存在支杆，支杆连接端和水翼元件上彼此贴靠接触的相应表面的形状可制成这样，使俯仰以所希望的方式受到限制。例如，将从支杆连接端之一或两者向前或向后到达的凸台部制成这样的形状，使凸台进入与相应的水翼元件接触时，阻止其超出所希望的极限，进一步增大或减小俯仰。作为进一步的例子，水翼元件的支承表面可制成承座性质的形状，以容纳支杆的端部，其运动则如所希望的被限制在承座内。

从上述说明应当理解，有许多给予和形成水翼元件特征及其相互作用的途径，以便满足在可能设置水翼装置的各类应用中所发现的广泛需求。例如，在水-空气界面不对称的运行环境下，因此可在某些方面最好获得不对称的水翼装置。因此，为了在表面和任一侧有效运行，这种不对称可能需要是可逆的。但是，这众多的途径不能离开水翼装置工作的根本原理。

本发明的许多实施例至少包括控制其特征与性能的装置以适应不同的目的和环境。所需要的调节，例如可通过下列方式的任何组合实现，这些方式包括：预设定；遥控；控制表面和/或底部传感装置；控制压力传感装置；控制运动传感装置；和/或控制负载传感装置。

预设定和/或遥控的一种形式可包括约束元件调节。如上所述，改变约束元件相对长度的主要控制作用，是改变第一和第二水翼元件的升力矢量的方向，这样，改变了垂直上升和下沉的升力分量。

但是，在改变约束元件长度中，由约束元件和第一与第二俯仰轴线所形成的几何学关系也改变了。这种改变因此可用于提供第二级控制功能，这种控制功能给予第一和第二水翼元件的特征，以及它们之间的相互作用关系以所希望的进一步修改。

第二级控制功能，例如可包括改变反作用装置的强度，或者可通过保持相同调节好的角，但改变保证位置的支杆的作用效果(例如通过移动其在相应的水翼元件上连接部位中的至少一个部位)，或者通过保持相同的支杆设置部位，但改变调节好的角度。

此外，第二级控制功能，例如上述的支杆在其相应的水翼元件上连接部的运动，和/或改变俯仰运动和/或至少一个水翼元件的升力和阻力特征，可以通过一种相互作用控制，这种相互作用在由第一和第二俯仰轴线其中至少一个与约束元件所形成的角改变时发生，这是通过调节至少一个约束元件的长度实现的。因此可以希望采用调制装置，利用此装置，这些第二级控制功能得以用各种适当的方式调制，以与所伴随的主控制功能更加相称地工作。还希望以这种方式提供的第二级控制功能不受相关水翼元件俯仰的影响，或至少只在所要求的程度上受影响。

为使约束元件和/或双排的阻力最小，至少约束元件其中之一和/或双排可以是一种具有空气-流体动力学流线型的横截面。这种流线型横截面可以是一种超气穴型横截面。

各种装置诸如控制装置、致动装置、电源和任何专用装置全可安装在水翼装置的任何元件内和/或设置在其约束元件和/或牵引线上。此外，电源、控制信息和/或数据信息可言约束元件和/或双排至少其中之一通过，而控制信息和/或数据信息可通过其它遥控装置。

水翼装置的组成元件其中至少两种可以容易地拆卸以便有利于其管理和装载。

本发明的实施例将结合附图通过例子单独给予说明，其中：

图1是透视图，示出了作为本发明实施例的水翼装置；

图2是原理图，示出了作用在图1所示水翼装置的升力；

图3和4是原理图，示出了在不同环境条件下作用在图1所示水翼装置的不同力偶的坐标原点；

图5和6示出了当调节至效应极低时分别从压力侧和后侧观察时，图1所示水翼装置的视图；

图7和8示出了从前面观察时支杆端部设置在水翼元件上在两个位置的情况；

图9和10示出了具有可动连接端的支杆，是从其侧面观察，连接端处于两个不同的位置；

图11是类似于图9和10的支杆的图解说明，但包括壳梯安装控制装置；

图12是对在图7和8中类似的支杆端部和水翼元件部的图解说明，但是是从其压力侧观察的；

图13、14和15分别是相同水翼装置并具有如图5和6所示相同约束调节装置的透视图的图解说明，并示出了第一和第二水翼元件折叠一起的三个步骤；

图16是本发明另一实施例的水翼装置的透视图图解说明，是从与图1相同的位置观察的；

图17、18和19是与图16所示相同水翼装置的透视图图解说明，但具有与图5和6所示的相同约束装置，并示出了第一和第二水翼元件折叠一起的三个步骤；

图20是水翼元件外端部及其约束装置的透视图图解说明，此装置是为了传输控制而设置的；

图21是第二级控制调制装置的原理图；

图22和23是一种水翼元件的原理的图解说明，在此例中，在每一水翼元件端部具有单独的俯仰和阻力控制水翼表面，此图是分别从其压力侧和从后面观察的；

图24和25是另一个水翼元件的原理的图解说明，在此例中，此水翼元件具有翼弦和部分翼弦水翼表面，此翼弦和翼弦水翼表面是用于俯仰和阻力控制，并是与图22和23相同的视图示出；

图26和27是另一个水翼元件的原理说明，在此例中，具有形状为机翼负扭转的明显扭曲，并是与图22和23相同的视图示出；

图28和29是另一个水翼元件的原理说明，在此例中，具有形状为机翼负扭转的明显扭曲，以及第二水翼表面，并是与图22和23相同的视图示出；

图30本发明另一实施例的水翼装置的透视图图解说明，是从与图1相同的位置观察的；和

图31一个水翼装置中部的透视图图解说明，类似于图1并是从与该图相同的位置观察，此图示出了支杆装置端部突出部，和具有松驰的但被所设置的约束元件栓住的连接环形连接元件。

参看附图，图1是一种水翼装置的透视图图解说明，该水翼装置具有水翼元件1和2，此水翼元件彼此成镜像状态，并在水面上从右弦侧本质上沿垂直方向牵引，此图是从被牵引点前上方观察的。水翼元件的一部分、一个约束元件和两个另外的约束元件的一部分均示出为在水面上。箭头A指明前进的总方向。

具有正俯仰力矩的第一水翼元件1和具有正俯仰力矩的第二水翼元件2，由连接元件3彼此铰接。第一约束元件4具有端部5，此端部与第一水翼元件1的外端部铰接连接，于是形成第一俯仰轴线BC，第一水翼元件1绕此轴线具有某种俯仰自由度。第二约束元件6具有端部7，此端部与第二水翼元件2的外端部铰接连接，于是形成第而俯仰轴线DE，第二水翼元件2绕此轴线具有某种俯仰自由度。第三约束元件8与连接装置3铰接连接。当处于张力作用下时，约束装置4、6、8起一部分调节装置的作用，因此，由第一和第二俯仰轴线BC、DE所形成、并处于第一和第二水翼元件压力侧的角(被调节角)，被约束元件的相对长度所调节，因此它们相对长度的变化可提供一种控制装置。第一、第二和第三约束装置4、6、8被放在一起，以形成一约束牵引点9，在此实施例中，是由导缆器10实现的，穿过此导缆器至少具有某种活动的自由，在导缆器之外侧，约束元件分为双排69，于是可从远处的牵引点调节约束元件的相对长度。图中示出了具有流体动力学流线型的支杆11，该支杆具有：第一端部12，与第一水翼元件1在部位13处连接，此部位在第一俯仰轴线BC的后面；第二端部14，与第二水翼元件2在部位15处连接，此部位在第二俯仰轴线DE的后面。当支杆11处于压力下，它提供一种反作用装置，通过这种装置，第一和第二水翼元件的俯仰力矩可彼此相反作用。减小调节角的约束调节，由于增加反作用力将增加作用在支杆11上的压力，因此允许对水翼元件1、2在整个安装角角度范围实现双重控制。但是，支杆11仍旧构成调节装置的一部分，由于支杆调节最小角，可减小被调节角度至此最小角度。控制表面16、17提供力矩改变装置，通过此装置可分别调节或控制水翼元件1、2的俯仰力矩。

图2是图1所示水翼装置的原理图，是在水面WS以被调节成正确的沉没度行进时从后面观察的情况。原理图示出了坐标原点和水翼元件1、2的升力矢量及其垂直上升和垂直下沉的分量，下沉分量对由水翼装置阻力所产生的结果有影响，而升力分量对升力产生的结果有影响。图中还示出了调节角。

图3是图1和2所示水翼装置的原理图，当从其压力侧观察时，图解说明了当水翼装置经受所承受的阻力，例如从连接的杂草、废物或从土地受到阻力时，它是如何能通过采取一新的方向进行补偿。所示水翼装置相对于总体前进方向A具有大的扫掠角。这是由于从抓住第二约束元件7端部的杂草W所接受的阻力，而使水翼装置所受阻力CD的中心比正常情况下，向第二水翼元件2的外端大为降低。这已经导致与总体行进方向A偏离一段距离，在升力与牵引力的合力与阻力矢量之间产生一力偶，此力偶力求增加扫掠角。但是，随着扫掠角的增加，沿总体行进方向A产生一段距离，在相反的垂直上升与下降分矢量之间生成一力偶，此力偶抑制扫掠角进一步增大。因此建立新的平衡，水翼装置可继续保持总体行进方向A，但自身的方位改变了。

图4是相同水翼装置的原理图，并具有类似于图1、2和3的调节装置，但可看出，当水翼装置变成过深地沉没，从而处于恢复正常行进深度的过程，以响应垂直升力合力的作用。箭头A表示总体前进方向，而箭头M表示在图示瞬间的运动方向。相反的升力分矢量变成与M方向偏离一段距离，产生一个力偶，此力偶使水翼装置转向水面，并遭受引起“前后波动”作用的风险。但是，由于在水翼装置中建立的特殊性质和措施，其升力与阻力已经改变以响应其更深地沉没，这样，水翼装置上的升力与牵引力的合力和阻力的矢量变成偏离M方向一段距离，以生成一个力偶，此力偶反抗与之相反的升力分矢量力偶。建立一种平衡使水翼装置相对于总体行进方向A保持十分相同的方向，同时相对于M方向进行扫掠，于是重新获得具有侧滑作用的正确的沉没深度。

希望表面检测对下沉合力的响应是相同的，但侧滑作用如上所述却相反。不过，实际上常常发现抑制“前后波动”循环的上升半周期多于下降半周期可以满足需要。

图5是图1所示水翼装置，当约束装置调节成使第三约束元件8大大长于第一和第二约束元件4、6时的图解说明。调节角因此已经减小到支杆11所允许的最小值，该支杆起一部分调节装置的作用。同时，支杆11的压力增大，因此通过减小水翼元件两者的安装角角度至最小值增强反作用，此反作用在第一和第二水翼元件1、2所允许实现的安装角角度的范围给予双重控制。水翼装置于是以极低的升力-阻力比运行，并产生极小的升力。在这种情况下，特别是在加速和在不平静的水面，水翼装置的启动与恢复可以十分简单和安全。

图6是图5所示水翼装置从后面观察时的图解说明。

图7是支杆装置例子的图解说明，此支杆装置允许设置好的支杆端部具有某些运动自由度，以从其相应的水翼元件的外端运动离开。第一水翼元件1的一部分，连同支杆11的连接端12是从前面观察的。支杆连接端12被示出为从水翼元件1移开，但仍被柔性的或铰接连接的第一连接元件18保持，通过此连接元件，支杆连接端在第一连接部13处设置在水翼元件1上。

图8是与图7所示相同的支杆连接装置的图解说明，不同之处是支杆11处于受压状态，这使得连接元件18承受张力，于是使支杆连接端12在翼展方向的外极限处支撑水翼元件1，以起反作用装置的作用。

图9是支杆的一个例子的图解说明，在支杆上，第一和第二连接端12、14之间的距离在最小值之上自由增加。支杆包括两个支杆元件19、20，支杆元件在其第一和第二连接端21、22彼此用铰接连接，使连接端12、14均在改变它们间的间距的圆弧上自由运动一极限距离。它们运动的极限可以是连接端12、14不能处于直径上相反的两端，或可以是它们可以自由运动至此点的任一侧，但借助于弹性装置的正常运作返回正确的一侧。

图10是与图9所示相同支杆的图解说明，但是支杆端部12、14间的距离已经增加到几乎到达直径上相反的两端点。

图11是类似于图9和10的支杆的图解说明，但其中，设置在壳体23中的控制装置(未示出)，在支杆连接端12、14之间的最小间距范围给予控制，从而对反作用装置提供强度控制。

图12类似于图7、8所示支杆装置的图解说明，但是从压力侧观察的。第一连接元件18将第一连接端12与在第一水翼元件1的连接部13连接，此连接部设置在圆盘24上离开中心25一段距离的位置。圆盘24通过控制装置(未示出)可使其旋转，因此在水翼元件1上的连接部13的位置可以改变，从而对反作用装置的强度提供控制。作为替换，可仅具有一个旋转自由度，允许支杆连接部13从某一距第一水翼元件外端最小距离处运动离开，从而给予调节好的角度自由度，以增加至调节好的最小值之上。所示水翼元件1、2均通过具有低扭转阻力的柔性连接元件3连接。

图13、14和15是类似于图5和6的水翼装置并具有相同的约束调节装置的三个透视图图解说明，该图均是从压力侧观察的。这些图示出了将水翼元件1、2折叠一起，使其负压表面彼此面对成如图15所示状态的三个步骤。箭头F表明了折叠运动。支杆11的第二连接端14与第二水翼元件2在连接部15处铰接。支杆11的第一连接端12与中间连接元件27的外端26铰接连接，而中间连接元件27的内端28与水翼元件1的内端29铰接连接，这样，当水翼元件再解开折叠时，支杆装置至中间连接元件27被引导至在第一水翼元件1上如图13所示正常运作的位置。

图16是类似于图1的本发明又一实施例的透视图图解说明，是从与其相同的位置观察的。不过，在此实施例中，连接元件3设置了连接装置和反作用装置两者，通过设置第一连接轴线JK和第二连接轴线LM，第一和第二转轴30、31从其相应的俯仰轴线BC、DE向后倾斜，其中，第一水翼元件1在连接元件3的转轴30上绕第一连接轴线旋转，第二水翼元件2在连接元件3的转轴31上绕第二连接轴线旋转。连接元件转轴30在中间连接元件32中旋转。此外，在此实施例中，约束元件4的端部5用铰接连接设置在水翼元件1上，在外端部建立第一俯仰轴线BC。第一控制线33设置在距约束元件4端部5某一距离处，在点34处，第一控制线的另一端穿过在水翼元件1上的第一引线孔35，该引线孔在距约束元件端部5一段距离处，但引线孔设置在俯仰轴线BC上或非常接近俯仰轴线，使当水翼元件1俯仰时，只有控制线33穿过引线孔35的运动。约束元件长度的调节，使控制线33运动，这种调节改变由约束元件4与俯仰轴线BC间形成的角度的，控制线穿过引线孔35至提供第二级控制功能的装置(未示出)，此控制功能可包括改变反作用装置的强度和/或改变第一水翼元件的俯仰力矩和/或升力与阻力特性。与此类似，在第二水翼元件2上，第二控制线36设置在约束元件6上的点37处，并穿过引线孔38，以提供第二级控制功能，此控制功能可包括改变反作用装置的强度和/或改变第二水翼元件2的俯仰力矩和/或升力与阻力特性。

图17、18和19是与图13、14和15相同的三个透视图的图解说明，并具有同样的约束调节装置，但水翼装置包括与图16所示相同的连接装置。绕第一转轴30旋转的中间连接元件32是通过铰接连接在水翼元件1的内端部29，使水翼元件1能如箭头F所示折叠，将其负压表面面对水翼元件2的负压表面放置，如图19所示，但当解开折叠时，中间连接元件32被引导回如图17所示之其在水翼元件1上的正确位置以正常运作。

图20是约束装置另一例子的透视图，利用这种装置，第二级控制功能可与约束调节同时进行。约束装置4是通过制成环形的环39设置在水翼元件1的外部，环穿过两个在水翼元件1上制出的引线孔35、40，该引线孔设置在彼此相距一段距离、但也设置在俯仰轴线BC上或非常接近俯仰轴线，使得当水翼元件1俯仰时，只有环39穿过引线孔35、40的运动，这正是所希望的。约束元件长度的调节，使环39在引线孔35、40间运动，这种调节改变由约束元件4与俯仰轴线BC间形成的角度，这样，通过控制装置(未示出)提供第二级控制功能，此控制功能可包括改变反作用装置的强度和/或改变第一水翼元件1的俯仰力矩和/或升力与阻力特性。

图21是第二级控制调制装置例子的原理图，此装置可以提供一种调制装置。约束元件环39的一部分被示出于第一和第二引线孔35、40之间，并在点42处与凸轮41连接，约束元件环39在引线孔35、40之间的运动使凸轮绕轴线43旋转。凸轮的随动件44、45分别使摇杆46、47绕轴线48、49摆动，以将调制控制作用传递至控制元件50、51，此控制元件执行经过调制的第二级控制作用，以按所希望的方式改变水翼元件的特性。

图22是水翼元件例子原理的图解说明，该图是从压力侧观察的，在水翼元件外端部53和内端部54两者分别均包括分开的水翼表面55、56，此水翼表面相对于俯仰轴线BC的方向，使当任一端部由于扫掠而处于尾随状态时，这部分的流体动力学俯仰力矩大于当其处于先导状态时的流体动力学俯仰力矩。至少分开的水翼表面55、56其中之一的方向，当没有扫掠时，给予水翼元件1以正的流体动力学俯仰力矩。此外，当端部处于先导状态时，至少水翼表面55、56其中之一可以自由以顺桨于其表面上的水流。轴线PO、RS是顺桨轴线分开的例子，绕此轴线，可允许分开的水翼表面55具有一个自由度以顺桨于其表面的水流，而水翼表面达到此自由度的极限，可变为对于水翼元件1的流体动力学俯仰力矩特性作积极的贡献。当端部53是先导状态时，这种自由至顺桨可能不起作用，但当使其处于尾随状态时则变为起作用。至少水翼表面55、56其中之一还可以是可控制的。

图23是与图22所示相同的水翼元件的原理的图解说明，不过是从后面观察的。

图24是水翼元件另一例子的原理的图解说明，是从其压力侧观察，并示出了全翼弦部53的外端，此全翼弦部被扭曲(成机翼负扭转形)，当由于扫掠而处于尾随时具有增加的俯仰力矩，还示出了一内端部54，此内端部只包括尾翼弦部57，此尾翼弦部的取向与俯仰轴线BC有关，以在内端部由于扫掠而尾随时增加流体动力学俯仰力矩。

图25是与图24相同的水翼元件原理的图解说明，但该图是从后面观察的。

图26是水翼元件另一例子原理的图解说明，该图是从压力侧观察的，此水翼元件具有很大的扭曲(成机翼负扭转形)，当外端部53以较高的升力-阻力比运行时，内端部54以很高的安装角角度运行，此安装角给予高的升力，但阻力也很高。

图27是与图26所示相同的水翼元件原理的图解说明，但该图是从后面观察的。

图28和29是水翼元件另一例子原理的图解说明，此水翼元件包括：主水翼表面63，图中此表面是从其压力侧观察的，此表面的扭曲很大(成机翼负扭转形)，具有尾边沿52；第二水翼表面64，图中此表面是从负压侧观察的，此表面通过短连接臂65与主水翼表面63连接。水翼元件获得其正的俯仰力矩，至少部分是通过其第二水翼表面64。在第二水翼元件64的翼展区域和/或扭曲部和/或截面上的特性分布是这样的，随着第二水翼元件变得更完全地使其外端部53沉没，这种分布使得或有助于增加水翼元件力图采取的安装角的角度。此外，所示第二水翼元件64相对于俯仰轴线BC的取向，当水翼元件为向前扫掠(即使其外端部53为先导而内端部54为尾随)时对正俯仰力矩的贡献，大于其为具有可比性的向后扫掠时所作的贡献。

图30是本发明又一实施例透视图的图解说明，此实施例类似于图1和16所示，但此实施例只具有两个约束元件4、6，角度调节装置被只设置支杆11所取代，此支杆与水翼元件1、2在连接部13、15铰接连接，此连接部本质上分别设置在俯仰轴线BC、DE上。所示第一和第二水翼元件1、2分别具有第一和第二约束元件环39、76和第三和第四控制表面58、59。

图31是水翼装置中部透视图的图解说明，此图是在与图1相同的位置观察的。所示突出部60、61分别从支杆连接端12、14向前与向后延伸。当相对于支杆11使第一水翼元件1俯仰而先导边沿向下，或使第二水翼元件2俯仰而先导边沿向上，当至少突出部60、61其中之一支撑相应水翼元件上一点时到达一点，此支撑点分别从支杆连接部13或15向前或向后偏移一段距离。这样的进一步俯仰因此得以抑制和最终避免。如图所示的水翼元件1、2通过连接装置彼此连接，此连接装置通过一种松弛而却是被栓住的连接环62连接，借助于连接环，第三约束元件8也被松弛而栓住地夹持以与连接装置铰接连接。约束元件8具有流线型横截面66，此横截面具有先导边沿67和后掠边沿68。轴线GH是俯仰轴线的又一例子，水翼表面(水翼表面16)可允许一自由度以顺桨至表面上的水流而到达此自由度的极限，可变成对水翼元件(水翼元件1)的流体动力学俯仰力矩特性作出积极的贡献。

应当理解，如上所述本发明的实施例，已经结合附图所给的说明仅仅是例子，可以修改。因此，例如图21所示第二级控制调节装置可以是别的设计。此外，图20所示约束元件环39的功能可以用一种臂取代，其一端连接约束元件，而另一端与水翼元件铰接连接成沿俯仰轴线传递所需要的控制轴线运动。

Claims (26)

1.水翼装置，该装置包括：第一水翼元件，具有翼弦和翼展尺寸和正的流体动力学俯仰力矩；第二水翼元件，具有翼弦和翼展面积和正的流体动力学俯仰力矩；连接装置，用于将第一和第二水翼元件连接在一起，使它们能围绕连接元件作铰接；至少第一和第二约束元件，用于使水翼装置能被牵引，而第一约束元件的一端部与第一水翼元件的外端部铰接，从而形成第一俯仰轴线，第二约束元件的一端部与第二水翼元件的外端部铰接，从而形成第二俯仰轴线，第一和第二俯仰轴线形成一角，使第一水翼元件产生的流体动力学升力分量和而第二水翼元件产生的流体动力学升力分量彼此平行而方向相反；调节装置，通过此装置，可调节第一和第二俯仰轴线所形成的角度。

2.如权利要求1所述的水翼装置，还包括第三约束元件，此约束元件的一端与连接装置铰接，或与第一和第二水翼元件的内端部的某部位铰接，此水翼元件上的连接部，本质上设置在相应的俯仰轴线上。

3.如权利要求1或2所述的水翼装置，还包括反作用装置，用于使第一和第二水翼元件俯仰力矩彼此反向作用。

4.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，连接装置至少包括一种松弛但栓住的连接环。

5.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，连接装置至少包括一种低扭转阻力的柔性连接元件。

6.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，连接元件至少设有第一连接轴线，至少第一和第二水翼元件其中之一至少具有绕此轴线的某种旋转自由度。

7.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，由第一和第二俯仰轴线形成，并位于第一和第二水翼元件的压力侧的调节角，被调节成可在某一调节好的最小值之上自由增加。

8.如权利要求6所述的水翼装置，当根据权利要求3，其中，均设置了反作用装置和连接装置，当第一水翼元件在其上旋转的第一连接轴线和第二水翼元件在其上旋转的第二连接轴线均设置成这样，使此两连接轴线从第一和第二俯仰轴线向后倾斜，向其相应的水翼元件的外端运动。

9.如权利要求8所述的水翼装置，其中，相反作用的强度可通过下列至少一个方法控制：

(i)由第一和第二连接轴线之间所形成的角是可以控制的；和

(ii)由第一和第二连接轴线至少其中之一与其相应的水翼元件的俯仰轴线所形成的角是可以控制的。

10.如权利要求6至9其中之一所述的水翼装置，其中，连接装置包括至少一个第一中间连接元件，此连接元件绕第一和/或第二连接轴线旋转，且此中间连接元件与其相应的水翼元件铰接成这样，使由第一和第二俯仰轴线所形成，并位于第一和第二水翼元件压力侧的角，在某一调节好的最小值之上自由增加。

11.如权利要求1至6其中之一所述的水翼装置，还包括至少一个支杆和连接装置，而其中支杆的第一端部铰接连接在第一水翼元件上的某一部位，此部位距连接装置一段距离，而支杆的第二端部，铰接连接在第二水翼元件的某一部位，此部位距连接装置一段距离。

12.如权利要求11所述的水翼装置，还包括至少一个第一连接元件，通过此元件，第一和/或第二支杆端部，分别被连接在第一和/或第二水翼元件上。

13.如权利要求11或12所述的水翼装置，还包括权利要求3所述的反作用装置，其中，反作用装置通过支杆设置，此支杆具有：第一端部，铰接连接在第一水翼元件上位于第一俯仰轴线后面的部位；第二端部，铰接连接在第二水翼元件上位于第二俯仰轴线后面的部位。

14.如权利要求11至13其中之一所述的水翼装置，其中，连接装置包括至少一个第一中间连接元件，至少支杆的第一和第二端部其中之一与中间连接元件铰接连接，此中间连接元件还与其相应的水翼元件铰接成这样，使由第一和第二俯仰轴线形成，且位于第一和第二水翼元件压力侧的角，在某一调节好的最小值之上自由增加，

15.如权利要求11至14其中之一所述的水翼装置，其中，至少一个支杆及其连接装置的特征在于具有至少下列方面其中之一：

(i)至少一个设置好的支杆端部，在翼展的总体方向上从相应的水翼元件外端部自由运动离开，但当它在压力作用下时，则运动至支杆旁外翼展极限处；和

(ii)支杆第一和第二连接端部之间的距离在一个最小值之上自由增加。

16.如权利要求13、14和15其中之一所述的水翼装置，其中，反作用的强度至少可用下列方法其中之一控制：

(i)第一和/或第二支杆端部在至少第一和第二水翼元件其中之一上的连接部位可以控制；和

(ii)支杆的第一和第二连接端之间的距离可以控制。

17.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，还包括力矩改变装置，用于控制第一和第二水翼元件至少其中之一的流体动力学俯仰力矩特性。

18.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，还包括阻力改变装置，用于控制第一和第二水翼元件至少其中之一的阻力特征。

19.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，对约束元件至少其中之一的长度的调节构成控制装置，用于实现下列控制功能至少其中之一：

(i)将第一和第二水翼元件控制成这样，使由第一和第二俯仰轴线形成的角可以改变，从而构成一种调节装置；

(ii)控制第一和第二水翼元件外端至牵引点间的相对距离；

(iii)将第一和第二水翼元件至少其中之一控制成这样，使其经受的流体动力学俯仰力矩特性改变，这种改变是通过第一和第二俯仰轴线至少其中之一和约束元件之间形成的角度改变的结果；

(iv)将第一和第二水翼元件至少其中之一控制成这样，使其经受阻力特性的改变，这种改变是通过第一和第二俯仰轴线至少其中之一和约束元件之间形成的角度改变的结果；

(v)控制连接在第一和第二水翼元件至少其中之一上的部位，这是通过第一和第二俯仰轴线至少其中之一和约束元件之间形成的角度改变的结果；和

(vi)控制由第一和第二连接轴线至少其中之一与其相应的水翼元件的俯仰轴线形成的角，这是通过第一和第二俯仰轴线至少其中之一和约束元件之间形成的角度改变的结果。

20.如权利要求19所述的水翼装置，还包括调制装置，通过此装置，至少诸控制功能其中之一，由于第一和第二俯仰轴线至少其中之一与约束元件形成的角的改变，被以适当的变化方式调制。

21.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，第一和第二水翼元件至少其中之一的俯仰力矩特性是这样的，由于水翼元件更多的翼展变成使其外尖部沉没，它力求增加安装角角度。

22.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，至少第一和第二水翼元件其中之一，包括至少一个分离的或部分翼弦水翼表面，其相对于水翼元件的俯仰轴线的取向是这样的，以相同的角度，当向前扫掠时(即使其外端部先导)，它力求增加水翼元件的俯仰力矩，使其比向后扫掠时(即时其外端部后掠)的俯仰力矩更大。

23.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中至少第一和第二水翼元件其中之一，包括至少一个分离的或部分翼弦水翼表面，此表面以一定的自由度用铰接连接在主水翼表面，以顺桨至表面上的水流，达到此自由度的极限时，可相对于表面上的的水流获得一个安装角角度，以导致对水翼元件的俯仰力矩特性作出贡献。

24.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，还包括俯仰极限限位装置，利用此装置，至少第一和第二水翼元件其中之一的俯仰自由度得到限制。

25.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，其中，至少约束元件其中之一和/或双排的长度的一部分，是流体动力学流线型化的横截面，具有先导边沿和后掠边沿。

26.如上述权利要求其中之一所述的水翼装置，还包括用于拆卸水翼装置的至少两个组成元件的装置。

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