[发明专利]一种适用于水翼艇的仿生水翼

说明书

技术领域

本发明属于水翼装置领域，尤其涉及一种适用于水翼艇的仿生水翼。

背景技术

水翼船或水翼艇是可以进行高速航行的水中交通工具。水翼艇的出现，使人们在旅途中节约时间，享受更大舒适性。在短途运输中，水翼艇更具速度上的优势，水翼艇的速度可达客运速度的3倍，可与陆上高速运输车辆相比拟。弗劳德数较大时，水翼艇的阻力和水翼艇的重量之比低于其它高速船，因此水翼艇在航行时更经济。目前，水翼艇已被广泛地应用于民用和军事领域。在民用领域，水翼艇广泛用于沿海、湖波、江河、运河的快速客船和渡轮；巡逻船及救护船、救火船等工作船；竞赛艇，游艇等水面高速船。在军事领域的研究和应用，水翼艇作为导弹快艇、鱼雷快艇、炮艇，并进一步发展为能够携带直升机的反潜舰艇。

水翼船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，当压强差大到一定程度时，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，水翼艇的主要优点是能够在较为恶劣的海情下航行，艇身的巅簸较少。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。

申请公布号为CN103910023A的专利公开了一种新型高效水翼，该水翼包括水翼板和水翼支柱，水翼板通水翼支柱固定安装在舰艇下方，水翼板的外表面上设有由粗糙带、槽、凹坑或者纹理结构构成的减阻结构。具备这种减阻结构的水翼板在水中运动时，具备较高的升阻比，可以降低水翼对水的摩擦阻力和粘滞阻力，但是该水翼对表面的凹坑的形状，数量以及排列方式有要求，不容易掌握。

近年来，仿生水翼逐渐走入人们的视野，并取得了一定的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种改变水翼边界层的厚度并在边界层中产生有利旋向涡，使得流体更贴服于翼型表面，减缓高冲角时失速，增加升力的适用于水翼艇的仿生水翼。

本发明的目的是这样实现的：

一种适用于水翼艇的仿生水翼，形状为前缘后掠型，包括翼板4和导边3。

翼板4为弧形平直翼，剖切面为流线型。

导边3为凹凸前缘结构，导边3上有交错的凸起节点1和凹陷节点2，导边3的投影曲线为正弦曲线，表达式为y＝H*sin(x*PI*10),y为导边上面的点到普通水翼轮廓线5的距离， PI为圆周率，H为翼板剖切面的最大厚度，X为导边上面的点到翼板最左侧6的距离，取值范围为(0，L)，L为翼展的长度。