[发明专利]一种水翼船

说明书

技术领域

本发明涉及水上运输工具，更具体地说，涉及一种带有改良水翼的水翼船。

背景技术

水翼船是可以进行高速航行的水中交通工具。船身的底部装有支架，支架下方安装有水翼板，水翼板完全或部分浸没在水中。根据流体力学的原理，流速越大的位置，压强越小。当船舶在水中航行时，水相对于水翼板快速流动，并且经过其上表面的水流速度大，下表面的水流速度小，这样水翼板的上下表面就形成了压强差，当压强差强到一定程度时，船身就会被抬高，甚至高出水面。船身浸没在水中的体积减小，所受到的水的阻力也相应大幅度减小，这样，在相同的推进力下，安装了水翼的船舶可以达到更高的速度。跟其他的高速舰艇技术相比，水翼船（主要是全浸型）的主要优点是能够在较为恶劣的海情下航行，船身的巅簸较少。而且高速航行时所产生的兴波较为少，对岸边的影响较低。

由于现在节能减排的要求，整个航运界和造船界对于能耗指标的要求达到了新的高度。对于船舶制造来说如何减小航行的阻力一直也是很多研究院校研究的一个方向，船舶阻力的减小能够在额定功率下达到更快的速度，达到节能减排的目的。安装水翼虽然可以有效提高船舶的航行速度，但是目前仍有许多问题有待解决。比如水翼在水中运动时，上下翼面都与水接触。当水流过水翼的时候，由于水本身的粘性，会在水翼表面形成一个边界层。边界层是一个薄层，它紧靠水翼表面，沿水翼表面法线方向存在着很大的速度梯度和旋度的流动区域。粘性应力对边界层的水体来说是阻力，所以随着水体沿物面向后流动，边界层内的水体会逐渐减速，增压。由于水体流动的连续性，边界层会变厚以在同一时间内流过更多的低速水体。因此边界层内存在着逆压梯度，流动在逆压梯度作用下，会进一步减速，最后整个边界层内的水体的动能都不足以长久的维持流动一直向下游进行，以致在物体表面某处其速度会与势流的速度方向相反，即产生逆流。该逆流会把边界层向势流中排挤，造成边界层突然变厚或分离。边界层分离会使得阻力上升，特别是因为位在水翼前后水体的压强差上升，使得压差阻力变大。阻力上升就会引起速度下降，起不到水翼应该起到的作用。

此外，水翼与来流有一定攻角,翼截面有拱度，因而产生升力。水翼的运动速度不断提高，翼面上的负压强便不断下降，当负压强降至低于水在当时温度下的饱和蒸汽压强时,局部翼面上的水出现气泡,当气泡随水流运动到高压区的时候，气泡收到挤压收缩甚至发生溃灭，伴随着气泡的产生、发展和溃灭的循环过程，是空化的过程。空化是一种非常有害的现象，它会早成机械破坏、增大噪声等后果，并且会引起阻力增大和升力不稳定，甚至引发灾难事故。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种性能更加优异的水翼船，这种水翼船装备了低阻力的水翼，装备了低阻力水翼的水翼船，在水中所受到的摩擦阻力和粘滞阻力降低，具有较高的运载能量效率，在提高航速的同时达到节能减排的有益效果。

相应地，本发明在不具限制性的实施例中提供了一种水翼船以解决上述技术问题，它包括船体和至少一个水翼，水翼包括水翼板和水翼支柱，水翼板固定安装在水翼支柱的下端，水翼支柱的上端固定安装在舰艇的船身下方，水翼板的外表面上设有减阻结构，水翼板的翼截面（平行于水翼运动时前进方向的截面）为机翼形或弓形或月牙形，减阻结构可以是是分布在水翼板表面的粗糙带，粗糙带可以是连续的一整片，也可以是断续的几片，多片粗糙带可以是横向或者纵向平行分布或者称阵列形式规则分布，也可以是无序分布在水翼板的外表面上，根据试验表明粗糙带在位于距离水翼板前缘的10%～30%弦长处，其宽度为5%～20%弦长，高度为0.05mm～0.2mm可以取到较好的发明效果。实际上水翼可以为两个或两个以上，根据需要设置在船首、船身中部或者船身后部。

除了粗糙带以外，减阻结构还可以采用设置在水翼板表面的纵横交错的网格状纹理结构。纹理结构可以是直线型也可以是曲线型，或者是无规则线条形状，纹理结构在水翼板表面的分布可以是横向、纵向平行分布，也可以是无序地分布在水翼板的外表面上。

在本发明的众多实施例中，作为最优化选择，减阻结构宜采用分布在水翼板表面的凹坑结构。凹坑的数量可以是一个，也可以是多个。这些凹坑的形状为圆形凹坑、椭圆形凹坑、多边形凹坑和不规则形状凹坑中的一种或多种的组合。多个凹坑时，凹坑在水翼板的外表面的排列方式可以是如下的几种：纵横对齐排列、纵横交错排列、不规则排列。凹坑的深度范围在10mm～40mm时可以取得比较理想的减阻效果。凹坑在水翼板表面的面积率可以在5%～60%范围内进行选择。