一种全航速梯形襟翼鳍的制作方法

本技术属于船舶减摇鳍装置，具体而言，涉及一种全航速梯形襟翼鳍。

背景技术：

1、现有常规减摇鳍是利用“机翼原理”，来产生升力，鳍产生的流体升力可以用以下公式来表示：

2、

3、其中：ρ是流体介质的密度，v是流体速度，s是鳍翼的参考面积，cl是鳍翼的升力系数。

4、公式表示，鳍流体升力与流体速度成正比，即随着流速降低，流体升力迅速减小，当流速为零时，流体升力也为零，即船舶处于停泊状态，常规减摇鳍按“机翼原理”完全丧失减摇能力。为了实现在停泊状态减摇鳍也能实现减摇，近年来采用“划桨原理”，在停泊或低速时，通过鳍翼主动拍动产生升力，扩展了常规减摇鳍的使用范围，产生了全航速减摇鳍装置。“划桨原理”使得鳍上产生的升力大小与单位时间内同一方向上扫掠的流体空间体积大小相关，单位时间内同一方向上扫掠的流体空间体积越大，鳍上产生的流体反作用力越大，即拍动产生的流体升力越大，实现减摇的能力越大。

5、如图1、图2所示的现有技术襟翼减摇鳍(即襟翼鳍)，襟翼减摇鳍是将鳍叶按照一定比例分为主翼和襟翼两个部分，图示左侧为主翼，图示右侧为襟翼，图示上部为鳍梢部，图示下部为鳍根部，梢部端面与根部端面距离为鳍的展长，主翼和襟翼之间通过机械铰链连动，图示状态的襟翼未沿与主翼连接的铰链轴摆动，剖面a-a为鳍梢部与鳍根部纵向距离的中心面，贯穿中心面的横向中心线为襟翼鳍的平均弦长线，主翼的传动机构的驱动轴中心线和主翼与襟翼之间连动机械铰链的转轴中心线分别垂直于平均弦长线。当主翼旋转时，襟翼上的传动机构同时带动襟翼相对主翼旋转，并使主翼和襟翼之间产生一个相对转动夹角，从而将一个流线型的鳍变成一个具有一定拱度并且拱度可以变化的鳍，当需要提高升力时增加主翼角度的同时增加其拱度，当不需要大的升力时可通过减小主翼角度和其拱度减小阻力。但是现有技术的襟翼鳍仍然存在以下问题：(1)襟翼鳍由鳍梢部到鳍根部呈流线型弧线设计，该流线型弧线设计使得襟翼鳍的剖面a-a整体较厚，进而使高速航行时鳍的流体压差阻力大；(2)随着鳍的展弦比(鳍展长和平均弦长之比)的降低，将导致高航速时鳍升力线斜率降低，鳍的失速迎角增加，产生相同升力系数需要更大的鳍迎角；(3)襟翼面积占鳍总面积百分比较小(通常为25％以下)，襟翼相对主翼旋转通过传动机构带动产生旋转角度，该旋转角度有限且襟翼面积较小，因此鳍在停泊或低航速情况下主动拍动扫掠的区域范围较小，使得鳍在停泊或低航速情况下的减摇能力有限；(4)现有襟翼鳍的襟翼传动机构含有滑动摩擦副，且在水下环境润滑困难，摩擦力较大不利因素。因此，为了提升船舶停泊、低速时，鳍主动拍动产生的升力，并且不降低高速时鳍的升力系数，需要一种能够解决现有技术问题的全航速适用的襟翼鳍和无滑动摩擦副的襟翼传动机构，来提高鳍全航速范围内的减摇能力和降低襟翼传动机构滑动摩擦的不利影响。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术缺陷，提出一种新型的全航速梯形襟翼鳍，襟翼延长板的平均弦长的长度为主翼的平均弦长和襟翼的平均弦长总长的20％～35％，采用这种构造，与现有减摇鳍相比，在平均弦长总长相同的情况下，梯形襟翼鳍的截面最大厚度减小20％～35％，有利于进一步减小高速航行时鳍的流体压差阻力，襟翼传动机构带动襟翼沿襟翼轴中心线相对主翼旋转预定角度、且相对主翼绕主翼鳍轴中心线具有相同方向的转动动作，增大了襟翼运动扫掠区域，使得该鳍型在停泊或低航速工况时能产生更大主动拍动产生的升力；主翼、襟翼和襟翼延长板共同组成的鳍型剖面的翼型，增大了襟翼鳍的剖面翼型的有效弯度，使得该鳍型在中高航速工况时具有更高的升力系数。

2、为达到上述目的，本实用新型提供了一种全航速梯形襟翼鳍，包括主翼、襟翼和襟翼延长板；

3、所述主翼的后缘与所述襟翼的前缘通过襟翼轴铰接在一起，所述主翼沿主翼鳍轴中心线带动所述襟翼的前缘具有预定角度的旋转自由度，所述襟翼的后缘与所述襟翼延长板的前缘相连；

4、由所述主翼上部型线、所述襟翼的上部型线和所述襟翼延长板的上部型线构成所述全航速梯形襟翼鳍的鳍梢部，由所述主翼的下部型线、所述襟翼的下部型线和所述襟翼延长板的下部型线构成所述全航速梯形襟翼鳍的鳍根部；

5、所述襟翼延长板的平均弦长的长度为所述主翼的平均弦长和所述襟翼的平均弦长总长的20％～35％，平均弦长线为从所述主翼前缘中点至所述襟翼延长板的后缘中点的距离。

6、进一步地，所述襟翼延长板为等厚的平板；所述鳍根部和所述鳍梢部的截面厚度均由所述主翼至所述襟翼平顺过度逐渐变小后呈等厚度向所述襟翼的后缘外侧延伸至预定长度。

7、进一步地，所述襟翼包括襟翼传动机构；

8、所述襟翼传动机构安装在所述襟翼的前缘，所述襟翼传动机构基于所述主翼绕所述主翼鳍轴中心线的旋转方向，带动所述襟翼沿襟翼轴中心线按照与所述主翼相同的旋转方向相对主翼进行旋转。

9、进一步地，所述襟翼的鳍根部、所述襟翼前缘设置有固定板，所述固定板上设置有长圆孔，所述襟翼传动机构装配在所述长圆孔内，所述襟翼传动机构与所述长圆孔的内型线轨迹啮合转动，进而带动所述襟翼相对所述主翼绕所述襟翼轴中心线同向旋转。

10、进一步地，所述襟翼传动机构包括v型导轨和v型槽滚轮；所述v型导轨固定安装在所述长圆孔内、且外缘结构与所述长圆孔的内圆相匹配，所述v型槽滚轮的转轴外接支撑结构。

11、进一步地，所述v型槽滚轮与所述v型导轨组成啮合滚动运动副，所述v型槽滚轮与所述v型导轨的上下边沿为间隙配合，由襟翼转动力矩方向确定所述v型槽滚轮与所述v型导轨的上边沿或下边沿接触。

12、进一步地，主翼鳍轴中心线、所述襟翼轴中心线和襟翼传动轴中心线均垂直于所述平均弦长线；所述主翼鳍轴中心线为所述主翼外接转鳍执行机构鳍轴的中心线，所述襟翼传动轴中心线为所述v型槽滚轮外接支撑结构转轴的中心线。

13、进一步地，所述主翼转动时，基于相互平行的所述主翼鳍轴中心线、所述襟翼轴中心线和所述襟翼传动轴中心线三者之间的相对位置关系和所述主翼的鳍轴转动角度范围确定所述v型槽滚轮与所述v型导轨的滚动运动幅的相对滚动范围。

14、进一步地，所述全航速梯形襟翼鳍还包括导流罩、襟翼中间加强板、襟翼根部端板和襟翼梢部端板；所述导流罩为片状结构，包括主翼片状导流罩和襟翼片状导流罩；

15、所述主翼片状导流罩由5块平板组成，其中中间1块居中布置，靠首2块与中间1块呈平行布置，其余2块沿鳍梢部的截面边缘布置；襟翼片状导流罩由3块平板组成，其中中间1块居中布置，其余2块沿鳍梢部的截面边缘布置、且靠近主翼上下翼面边缘，靠近主翼上下翼面边缘的导流罩由所述襟翼延伸至所述襟翼延长板；

16、所述襟翼中间加强板设置在襟翼上下翼面的中部、且由所述襟翼延伸至所述襟翼延长板，所述襟翼根部端板设置在襟翼上下翼面的鳍根部、且由所述襟翼延伸至所述襟翼延长板，所述襟翼梢部端板设置在襟翼上下翼面的鳍梢部、且由所述襟翼延伸至所述襟翼延长板；

17、靠近上下翼面边缘的所述导流罩与鳍中间对称面具有不大于6°的夹角，靠近上下翼面边缘的所述导流罩的首尾方向与相邻导流板间距为所述主翼的平均弦长和所述襟翼的平均弦长总长的5％～10％。

18、本实用新型的有益效果是：

19、第一、本实用新型的主翼的后缘与襟翼的前缘通过襟翼轴铰接在一起，主翼沿主翼鳍轴中心线带动襟翼的前缘旋转预定角度，襟翼的后缘与襟翼延长板的前缘相连，襟翼延长板的平均弦长的长度为主翼的平均弦长和襟翼的平均弦长总长的20％～35％，在襟翼鳍的截面型线具有相同弦长时，本实用新型的梯形襟翼鳍截面相比现有技术的梯形襟翼鳍截面最大厚度减小20％～35％，有利于进一步减小高速航行时鳍的流体压差阻力，襟翼延长板为等厚的平板；鳍根部和鳍梢部的截面厚度均由主翼至襟翼平顺过度逐渐变小后呈等厚度向襟翼的后缘外侧延伸至预定长度，相比现有技术，鳍剖面翼型最大厚度更小、襟翼后缘延长平板厚度更小，使得该鳍最小阻力系数与襟翼鳍最小阻力系数相当，主翼、襟翼和襟翼延长板共同组成的鳍型剖面翼型，增大了襟翼鳍的剖面翼型的有效弯度，使得该鳍型在中高航速工况时具有更高的升力系数，使得相同面积的鳍在有航速时具有产生更大的流体升力能力，同时不增加鳍的最小流体阻力；

20、第二、本实用新型的襟翼传动机构位于鳍根部、且安装在襟翼的前缘外侧，襟翼传动机构带动襟翼沿襟翼轴中心线旋转预定角度、且相对主翼绕主翼鳍轴中心线具有相同方向的转动动作，增大了襟翼运动扫掠区域，使得该鳍型在停泊或低航速工况时能产生更大主动拍动产生的升力；

21、第三、本实用新型的襟翼的鳍根部位于襟翼前缘外侧设置有固定板，该固定板用于安装襟翼传动机构，固定板上设有长圆孔，襟翼传动机构装配在长圆孔内，襟翼传动机构在主翼的带动下与长圆孔的内型线轨迹啮合转动，相比现有技术的襟翼鳍，相同展弦比情况下，最大升力系数可增加5％以上，减小鳍的失速迎角2°以上；相同转鳍速度情况下，该鳍运用“划桨原理”主动拍动产生的升力更高，从而大幅提高鳍在停泊或低航速情况下主动拍动产生升力的能力，进而提高停泊或低航速情况下鳍的减摇能力；

22、第四、本实用新型的襟翼传动机构采用v型导轨和v型槽滚轮，v型槽滚轮与v型导轨组成啮合滚动运动副，有利于减小鳍转动过程的摩擦不利影响；v型导轨和v型槽滚轮的v型结构在啮合滚动过程中具有自清洁功能，v型滚轮和导轨啮合处产生类似“刮擦”运动，可以把杂物从v型导轨上刮除，保持v型导轨面和滚轮面的清洁，更适合含有泥沙、海生物附着物等恶劣水下工作环境，有利于延长襟翼传动机构的使用寿命；

23、第五、本实用新型的导流罩、襟翼中间加强板、襟翼根部端板和襟翼梢部端板有利于提高襟翼鳍的流体升力和减少鳍梢部产生的尾涡流强度；

24、第六、本实用新型的全航速梯形襟翼鳍，无论是在船舶停泊状态或低航速工况，还是在有航速工况，都能分别充分利用“划桨原理”或“机翼原理”产生更大的升力，使得全航速梯形襟翼鳍适用船舶减摇鳍装置全航速范围内的减摇应用，扩大了原有梯形襟翼鳍的适用范围，实现全航速减摇能力的拓展。