[发明专利]低阻力的水翼

说明书

本发明涉及水下翼型，例如，水翼艇的水翼，舰船的螺旋浆叶和在水下高速运动的水下涡轮和泵的叶片，更具体地是涉及在水翼的负压表面形成薄层状气穴层而使水翼的摩擦阻力降低的低阻力的水翼。

已知一种方法，可从舰船的船壳板喷气使在水下的船壳板的表面上形成一薄层状的空气层来降低船壳板对水的摩擦阻力。这一方法也已试验用于水翼艇。

但是用上述方法喷气以降低水翼对水的阻力的水翼艇上还未见到实际使用。这是因为在水翼艇内装置喷气的空压机是困难的，空压机还需要有电源，并且在水翼中安装管系及排气孔也是很困难的。

本发明的目的是提供低阻力的水翼，它可避免现有技术中低阻力水翼的困难，而可很容易地降低诸如水翼艇的水翼、舰船的螺旋浆叶和在水下运动的涡轮、泵的叶片的水翼对水的摩擦阻力，并可增加驱动水翼艇等运载工具的能量效率。

为达到本发明的上述目的，本发明提供了一种低阻力水翼，包括带有至少一个叶片的水翼和至少一个沿水翼的叶弦方向平行于前缘设置的顺水流的凹形断阶，以使在水下运动的所述水翼的负压表面上形成薄层状的气穴层，所述的至少一个断阶的深度△t，按本发明，所述断阶的深度△t与叶弦长度c的比△t/c大于0.001而小于0.01。

从下面配合附图对本发明的详细说明可更清楚地了解本发明的上述目的和其他目的及优点。

图1示出了本发明一个实施例的纵剖面图;

图2是在没有设置断阶时，沿叶弦方向在一个水翼的负压表面及其相对表面上压力系数分布的曲线图;

图3示出了图2所示的水翼的纵剖面图;

图4～图6示出了按照本发明的在图1所示的水翼沿叶弦方向在上游部分设置各种凹形断阶的纵剖面图;

图7是示出上升系数与阻力系数比和气穴数目的关系的曲线图，迎角是本发明的一个参数;

图8和图9分别示出了按照本发明的二元翼型的水翼上形成的气穴层纵剖面图及顶视图;

图10和11示出了按照本发明的组成螺旋浆叶的三元翼型的水翼上形成的气穴层纵剖面图及顶视图。

下面将参考附图来说明本发明的一个实施例。图1是示出本发明的一个最佳实施例的纵剖面图。在图中，标号1表示一个水翼。在图1中，水翼1在水下往左方运动。水流从左面向水翼1相对流动。然后，由在所述的水翼和沿叶弦方向形成顺水流的凹形断阶而在水翼1的负压表面1a上形成薄层气穴层3。因而，负压表面1a对水的摩擦阻力降低。

断阶2设置成与水翼的前缘平行，并且其下游部分沿叶片的叶弦方向是光滑的。为了在负压表面1a上形成稳定、均匀而薄的薄层气穴层3，每个断阶2的深度△t要落在下式（1）的范围内：

0.001＜△t/c＜0.01    （1）

式中：c是水翼的叶弦长度。

当断阶2的深度△t等于或小于0.001的叶弦长度时，很难在负压表面1a上形成足够长度的气穴。但是当断阶2的深度△t等于或大于0.01的叶弦长度时，由于断阶使负压表面1a对水的阻力大为增加，因而在负压表面1a上生成不规则的许多气穴。在这两种情况下，不可能在负压表面1a上生成稳定、均匀和薄的薄层气穴层。因此，不可能产生对降低负压表面1a对水的摩擦阻力的有利效果。

在叶弦方向上断阶的数目可以是一个或多个。断阶的数目可按照在负压表面1a上形成的气穴层3的长度恰当地确定以使负压表面1a能被气穴层3充分地覆盖住。

要求气穴层3沿叶弦方向从水翼1的上游部分形成在负压表面1a的合理的范围内。为此，断阶2离开水翼1的前缘的位置X最好落在下式（2）的范围内：

0＜X/c＜0.1    （2）

当在沿叶弦方向设置多个断阶2以使得在整个负压表面上能形成气穴层时，从第2个断阶起，位置X_n是X₁+ L_i-1，（2≤i，L_i-1是在第i-1的断阶形成的气穴层的长度）。

用公式（2）来限制X的值的原因将参见图2及图3来解释。图2是显示流体动力学计算的具有图3所示横截面的水翼的负压表面和它相对的表面上压力系数分布结果的曲线图。在纵坐标上，压力系数Cp的值按下式（3）确定：

Cp＝△p/（1/2）ρV²（3）

式中：

△p：水流产生的压力变化;

ρ：水的密度

V：水流速度

图3中所示的叶型剖面（叶型）是在研究了各种叶型后，而选出的一种利用凹形断阶能产生较大效果的叶型。图3中的纵坐标轴是以前后缘连线的位置为零位置，并且其单位按横轴上x/c＝1为1单位标出。