[发明专利]一种基于三段式超空泡水翼的超高速水面航行器

说明书

本发明提供一种基于三段式超空泡水翼的超高速水面航行器，包括船舶主体，在船舶主体的两侧分别安装有前水翼和后水翼，前水翼包括一端与船舶主体连接的水平平翼、连接平翼且向船舶主体方向倾斜的斜翼、连接斜翼且垂直于水平面的垂翼，其中垂翼位于船舶主体的船底下方；但后水翼的平翼翼展长度大于前水翼的平翼翼展长度；在两个后水翼之间的船舶主体上并排安装有两台喷气发动机，在船舶主体的尾部安装有半浸桨。本发明采用半浸桨和涡轮喷气发动机的组合推进模式，可为水面航行器在不同的工作要求下提供强劲的推力，采用超空泡翼型可减少前水翼和后水翼的阻力，采用三段式水翼结构有助于降低航速的敏感性，有效地提高航行的稳定性。

技术领域

本发明涉及船舶领域，特别是涉及一种以新型超空泡翼型作为升力部件且基于三段式超空泡水翼的超高速水面航行器。

背景技术

根据船舶阻力规律，船舶粘性阻力与航速的二次方成正比，兴波阻力与航速的六次方成正比。这意味着，航速越高，所需克服的阻力就越大。此外，航行阻力与船舶沉浸在水面以下的湿表面积密切相关。水面航行器通过水翼在航行过程中产生的升力来抬升船体，减小湿表面积，进而减小粘性阻力和兴波阻力，在快速性和适航性等方面具有独特的优点。

目前在提高航速方面，一般有增大推进动力和降低航行阻力这两种技术途径。

现有船舶的动力推进装置一般以螺旋桨或喷水推进为主，当航速超过50节时，常规的动力推进装置将产生空泡现象，进而造成推力的降低。

超空泡减阻技术是利用超空泡将物体包裹，让物体不再与水直接接触，使物体所受阻力较全湿状态降低90％左右。专利CN 201210319158.6提供了一种超高速超空泡双体水面航行器，用通气装置向水翼和两船底面的前横缘充气，使水翼的升力面和两船体的底面形成很薄的气膜覆盖，即水翼和两船底形成超空泡，从而达到降低粘性阻力的目的。

专利ZL201710608120.3公布了一种新型超空泡水面高速艇，通过空泡发生器产生包裹下潜体的超空泡，从而达到减阻的效果，并引入涡轮喷气发动机作为快艇的动力系统，进一步提升航速。

但是上述实现超空泡减阻的方案均采用人工通气，需要附加空泡发生器、空气压缩机等配套设备，机构复杂，增大了成本和冗余设备。

发明内容

本文发明的目的是提供一种以新型超空泡翼型作为升力部件且基于三段式超空泡水翼的超高速水面航行器。

具体地，本发明提供一种基于三段式超空泡水翼的超高速水面航行器，包括船舶主体，在船舶主体的前部两侧分别安装有两个对称的前水翼，后部两侧分别安装有两个对称后水翼，前水翼包括一端与船舶主体连接的水平平翼、通过一端与平翼另一端连接且向船舶主体方向倾斜的斜翼、连接在斜翼另一端且垂直于水平面的垂翼，其中斜翼的另一端延伸至船舶主体的船底下方，垂翼的长度为斜翼长度的四分之一，斜翼和垂翼为超空泡翼型；

后水翼和前水翼结构相同，但后水翼的平翼翼展长度大于前水翼的平翼翼展长度；

在两个后水翼之间的船舶主体上并排安装有两台喷气发动机，在船舶主体的尾部安装有半浸桨。

在本发明的一个实施方式中，所述超空泡翼型包括两块一端相接另一端张开的吸力面和受力面，以及与吸力面和受力面的张开端连接并形成弧形收缩的收缩端，吸力面和受力面分别为由接触端向张开端方向弧形凸起的弧形面，其中吸力面通过数值模拟方法确定轮廓，受力面通过约翰逊三阶设计方法确定轮廓，收缩端利用NACA设计方法确定轮廓，进而确定吸力面和受力面的长度和两者之间夹角的角度大小，以及收缩端的长度。

在本发明的一个实施方式中，所述平翼连接在所述船舶主体的上边沿处，所述船舶主体为圆舭艇型。