[发明专利]一种具备新型超空泡翼型的水翼船

权利要求书

1.一种具备超空泡翼型的水翼船，其特征在于，

前水翼，包括依次连接的水平平翼、与平翼远离船舶主体一端连接且向下方倾斜的斜翼、与斜翼连接且向船舶主体方向倾斜的折翼，平翼为NACA翼型，斜翼和折翼为超空泡翼型；

尾水翼，整体位于船舶主体尾端的底部中线上，包括垂直安装且与船舶主体轴线平行的垂翼，以及水平固定在垂翼端部的短翼，垂翼采用对称的NACA翼型，短翼采用超空泡翼型；

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。

2.根据权利要求1所述的水翼船，其特征在于，

所述受力面的约翰逊三阶设计方法步骤如下：

将超空泡水翼复平面{Z}内的流动转化为完全湿润的水翼复平面内的流动；

再计算出完全浸湿翼型下的涡量分布Ω(θ)，通过正弦系列表示:

其中V表示前进速度，A₀和A_n表示翼型涡度分布正弦级数展开系数；

利用格劳厄特坐标变换对翼型弦长方向的距离x和角坐标θ进行转换：

利用薄剖面理论确定一个表示未知涡量分布的系数An，由于保角变换,超空泡翼型的升力系数结果C_L等于完全浸湿的翼型的俯仰力矩系数计算公式如下：

A₀和A₁、A₂分别表示翼型涡度分布正弦级数展开系数；

超空泡翼型的阻力系数C_D与完全浸湿的翼型的升力系数对应，计算公式如下:

消除(2)、(4)、(5)中的A₀，先在零度攻角和非弦线参考线的前提下，确定最优超空泡翼型的受力面，然后确定使超空泡翼型效率最大化的系数的值，超空泡翼型效率定义为升力系数与阻力之比，即:

确定该值后即确定了[-A₂/A₁]的最大值，代入(2)式后得到最大理想效率为:

经过转化为:

其中，L为翼型升力，D为翼型阻力，为通过约翰逊3阶方法设计的翼型升阻比，为Tulin-Burkart方法得到的翼型升阻比；得到三项解对应的受力面形状计算公式如下：

其中，y表示垂直翼型弦长方向的距离，c表示翼型弦长，x表示翼型弦长方向的距离。

3.根据权利要求1所述的水翼船，其特征在于，

通过数值模拟方法确定所述吸力面的步骤如下：

步骤100，受力面和吸力面形成的开口端处为最大厚度，且开口端取值为受力面的0.1倍长，由此确定吸力面的前缘与后缘位置，通过软件建立前缘及后缘的参数化曲线，建立只包含受力面和吸力面的二维水翼模型；

步骤110，建立将超空泡翼型截面包围起来的长方体区域形状的二维流域，截面在二维流域内，其前缘、尾缘分别距离邻近的侧边5倍弦长和10倍弦长，而开口端的上下边分别距离二维流域的上下面为0.6倍弦长；

步骤120，采用切割体网格对二维流域内进行网格划分，并对水翼的前缘、尾缘和尾迹区域增加网格密度；

步骤130，在计算流体动力学求解器中，对计算参数进行初始化：流场入口给定流体来流速度，出口给定平均静压，水翼表面和流场区域边界均给定无滑移、光滑壁面边界条件；基于上述边界条件和初始条件，利用计算流体动力学求解器及空化求解器进行水翼空化数值计算，得到流场区域的速度、压力和空化分布情况以及水翼的气水动力性能；

步骤140，改变吸力面曲线参数，然后重复步骤100到130，确定曲线形状最优解下的吸力面轮廓。