[发明专利]一种具备新型超空泡翼型的水翼船

说明书

本发明提供一种具备新型超空泡水翼的水翼船，包括船舶主体，安装在船舶主体前段的前水翼，及设置在船尾的尾水翼，前水翼包括依次连接的平翼，和新型超空泡翼型的斜翼、折翼；尾水翼包括垂直安装的NACA翼型的垂翼，以及水平固定在垂翼下端部的新型超空泡翼型的短翼；新型超空泡翼型，包括两块一端相接另一端张开的吸力面和受力面，以及与张开端连接的收缩端，吸力面、受力面和收缩分别利用数值模拟方法、约翰逊三阶设计方法和NACA设计方法确定轮廓。本发明的水翼船采用具备新型超空泡翼型的气水动一体化组合型前水翼和深浸式的尾翼，使该水翼船在高低速航行时都具有较好的快速性和稳定性，达到工作适应性强、结构简单、工作可靠、节约制造成本的效果。

技术领域

本发明涉及船舶领域，特别是涉及一种采用新型超空泡翼型来减少航行时兴波阻力及粘性阻力的水翼船。

背景技术

随着陆上资源的不断消耗，世界各国将海洋资源的利用和开发作为社会发展的重要战略，这对高性能船舶的发展提出了迫切的需求。船舶阻力与航速密切相关，传统船舶的船体大多沉浸在水面以下，湿表面积较大，这样就增加了航行的阻力，其中粘性阻力约正比于速度的二次方，而兴波阻力约正比于速度的六次方，所以传统船舶速度的提高受到了很大的限制。

水翼船通过高航速时水翼上下表面压力差产生向上的升力而使船舶主体抬出水面，从而使其湿表面积减小，进而降低了其粘性阻力和兴波阻力，是实现船舶快速性的一种有效途径。

水翼作为水翼船的关键部件，当航速达到50节时，水翼不可避免地发生空化，这将影响水翼的气水动力性能。另一方面，如果发生超空泡现象，即水翼吸力面完全被空泡包围，此时水翼的阻力大幅度下降，能够大大提高航速。

专利文献CN 201210319158.6提供了一种超高速超空泡双体水翼船，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，即使水翼和两船底形成超空泡，从而达到降低粘性阻力的目的。但是，该方案应用于现有的普通NACA水翼结构时，在高航速时增加的空泡反而会影响水翼的气水动力性能，而应用于现有的超空泡水翼时，其在低航速时的工作效率也会降低，不能满足船舶低速航行时的工作要求。

此外，通过人工通气形成超空泡的技术，需要增加额外的通气装置，进而增加机构的复杂性。为了满足水翼船在低速和高速航行时都具有良好的工作效率要求，亟需研发先进的能同时在低速和高速航速时具有良好性能的新型翼型，以取得更好的社会效益和经济效益。

发明内容

本文发明的目的是提供一种采用新型超空泡翼型来减少航行时兴波阻力及粘性阻力的水翼船。

具体地，本发明提供一种具备新型超空泡翼型的水翼船，包括船舶主体，安装在船舶主体前段的两个对称前水翼，及设置在船尾的一个尾水翼，

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，斜翼和折翼为新型超空泡翼型；

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，短翼采用新型超空泡翼型；

新型超空泡翼型，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。

在本发明的一个实施方式中，所述压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(x)，通过正弦系列表示: