三角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种三角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇，包括主艇体、动力增潜系统和控制系统，主艇体包括适配水下近水面航行而优化设计的正立圆角三角形横截面平行中体和呈钝艏锥艉下倾的进流段和去流段；动力增潜系统为多翼型组合系统包括舷侧固定负升力水平翼、可控主升力调节翼型组合附体和艉升力调节水平翼，用于调节各载况下艇体垂向力以达到最佳半潜吃水；控制系统包括变翼型截面前倾立柱、内倾轻质隐身上建、浅浸割划水翼和艉可控垂直翼，用于对艇体的航向和稳定性进行控制。本发明型式新颖、后续拓展性强，作为海军陆战力量隐蔽、快速投送和民用特殊物资及航线上的紧急输运工具，本发明在军、民两领域均具有一定的研究和应用价值。
【专利说明】
Ξ角形截面动力増潜无压载水半潜输运艇
技术领域
[0001] 本发明设及一种船舶结构，尤其设及一种Ξ角形截面动力增潜无压载水半潜输运 艇，属于高速复合船舶领域。
【背景技术】
[0002] 从20世纪末期开始，各种复合(杂交)船型概念不断出现，至今已形成最为具有创 新活力的船型技术新分支。从传统概念上讲，由于船舶快速性与耐波性对船型的技术要求 是相互矛盾的，而且不能在高速和低速时同时兼有同样好的耐波性能，运已然成为制约高 性能船舶设计发展的瓶颈。"全海候"船艇已成为船舶设计研究的前沿。
[0003] 要实现船舶的"全海候"高速航行，对于首先要解决的是高速时的兴波阻力和耐波 性问题。对于排水型船舶，当船速增大，其傅汝德数(化〇11(16伽11166'梦&^巧冻1，实际使用简 化为巧''进：，即速长比）增大，傅汝德数增至0.5W上时，兴波阻力占总阻力比值急剧增大，速 度被限制于船体速度化ull Speed)，即化=1.34 W内。高速时伴随自身兴波和环境波浪，排 水型船的耐波性也受到严重挑战。兴波阻力形成于空气与水的分界层，故避开或减少与分 界面的接触面积便成为高速船减少兴波阻力和增强耐波性最直接有效的方法，例如水翼艇 和潜艇，但二者对重量和空间的苛刻要求W及复杂的结构设计等特点均不宜作为输运艇使 用，同时潜艇还具有近水面(波浪影响深度内）快速性、耐波性和操纵性差的固有缺点。
[0004] 近年来，海洋领±争端逐渐引起各国的关注，对于本国海洋领±，尤其是岛蜗的保 卫乃至争夺，在依靠海军舰艇基础上需要一定的登陆作战能力才能掌握主动权。水下运输， 特别是半潜船型依赖其载重量大、航速高、隐蔽性强、耐波性和适航性好等特点，可作为海 上力量投送的先驱部队进行快速部署，实现先发制人，也可作为实施海上封锁的一部分，具 备有效的对陆攻击能力，还可作为母舰完成特种部队的秘密输送与回收，进行特种作战任 务。在民用领域中，半潜船型水下运输的低波阻和优良的适航性等优点在运输高附加值货 物或要求"全海候"营运时能够充分显示出来，尤其是对特殊航线，例如北极海域，半潜破冰 输运船较常规破冰输运船不仅在航行性能上占优，而且有明显的经济性优势。
[0005] 现有的半潜船型设计多定位于海上重型设施（自身可浸水）的露天运载，航速较 低，航行耐波性较差，仅靠压载水的注排实现水面和半潜航态的慢速转换，使用中W水面状 态航行为主，半潜状态为辅(仅零航速装卸时），致使现有半潜船既没有为适配近水面半潜 高速航行的原理和型线进行设计优化(水滴形或长雪茄形艇体在近水面半潜航行时的运动 性能也极差），也没有为不可浸水干燥货物的运输做布置结构的考虑。出于上述原因，现有 半潜输运船形式在半潜状态快速性、航行耐波性、航态转换灵活性、货物封闭运输W及压载 水污染方面均存在不足，究其原因是船型限制，没有发挥半潜概念在高速运输方面的优势。 针对半潜输运船的上述突出问题，发明一种适用于半潜高速封闭运输，具有优良快速性和 耐波性，不依赖压载水进行灵活航态控制，适合在高海况环境中"全海候"航行的翼型杂交 复合艇型。
[0006] 《不用注排压载水就可快速升潜的潜水船》（公开号CN 1333163A)的专利文件中公 开了一种通过将多对具有发明所述的特殊剖面构型和活动襟翼的助潜水翼安装于具有相 近剖面构型的横向宽平船体上W实现不用注排压载水就可快速升潜的潜水船。其主要特征 包括：1)发明所述特殊设计而非标准翼型的助潜水翼基本构型（翼剖面形式）；2)船体两侧 安装的1~3对(或者更多)所述特殊剖面构型且均具有活动襟翼的助潜水翼;3)具有近似所 述特殊剖面构型特征的横向宽平船体;4)所述潜水船中部前后的船体上下表面竖直安装两 组水平转向舱装置;5)将潜艇必须的升降通气管和潜望镜等布置于所述潜水船上表面前后 水平转向舱的舱体内。其不足之处在于：1)所述特殊设计的剖面构型非常规(如MCA翼型）， 结构复杂，翼型参数不明确，实际建造和应用可行性低;所述翼型剖面的性能参数(如升力 系数、阻力系数和升阻比）较现有常规翼型并无优势，单体及组合性能缺乏数据支持，有待 进一步研究。2)所述多对助潜水翼空间位置沿流线重合，水翼效率和航行稳定性降低;每个 所述水翼均带有两个活动襟翼，加之水翼数量众多，控制结构和操纵方法复杂，操纵效率较 低;大量且复杂的襟翼结构使水翼结构强度不易保证，可靠性降低。3)所述横向宽平船体在 近水面航行时的波浪响应和兴波阻力较大，加之较小的长径比和所述纵剖面构型，潜水船 在半潜和水面状态的快速性和耐波性较差。4)根据所述船体纵剖面构型，所述水平转向舱 装置的两个上方舱面在水面或半潜状态下出水严重，控制能力丧失，潜水船舱效大幅降低， 近水面操纵性差;舱体内的通气管和潜望镜布置易与复杂襟翼控制机构干设，同时结构强 度不易保证。5)所述潜水船对重量变化的敏度较高，需通过压载水来补偿油水的消耗W维 持总重量恒定才能进行所谓的不用注排压载水快速升潜;所述助潜水翼依靠襟翼的升力调 节能力单一且有限，无法在重量大幅变化（如货物装卸）的情况下对航态进行快速高效控 审IJ;所述船体空间利用率低，不宜设置货舱，所述潜水船无法作为输运船舶使用。
[0007]本发明专利与公开号为CN 1333163A的专利存在明显不同：（1)本发明专利与公开 号为CN 1333163A的专利在具体结构组成和形式上完全不同；（2)本发明专利属于半潜船范 畴，在任何载况和航态下均不能完全潜入水下，最大下潜至半潜状态，保证极小的露出体积 和水线面面积，进排气口始终位于水面W上保证动力系统(燃气轮机)正常工作，同时不具 备潜艇所需的潜望镜等设备，而公开号为CN 1333163A的专利为可完全潜入水下的潜水船， 具备部分潜艇特点和设备；（3)本发明专利属于输运船舶，具有大尺度货舱并无压载水舱， 能够只依靠水翼对各种货物装载和油水消耗情况下的航态进行调控，实现水面与半潜状态 的快速高效切换，而公开号为CN 1333163A的专利需借助压载水保持重量恒定才能实现水 面至水下状态的转换，不具备重型货物运输能力；（4)本发明专利在实现动力下潜的基础 上，为提高半潜状态的航行性能，对主艇体及附体进行了相应的设计优化(如主艇体横截面 形式），而公开号为CN 1333163A的专利的船体和附体多从助潜方面考虑，并未针对各航态 (尤其半潜状态）的性能做特别设计优化；（5)本发明专利所设及的翼型结构均采用标准的 MCA翼型，通过对各翼型尺寸、形状、位置、组合关系和是否附带襟翼进行设计，W构成各自 具有明确功能的附体，而公开号为CN 1333163A的专利的水翼多采用特殊设计的剖面构型， 结构与布置形式单一且多配有复数个襟翼，功能明显具有重复性。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种Ξ角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇，适用于半潜高速封闭 运输，具有优良快速性和耐波性，不依赖压载水进行灵活航态控制，适合在高海况环境中 "全海候"航行的翼型杂交复合艇型。
[0009] 本发明的目的是运样实现的:包括主艇体、动力增潜系统和控制系统，所述主艇体 包括等横截面的平行中体和设置在等横截面的平行中体两端的进流段纯状流线型腊和去 流段锥状流线型艇，去流段锥状流线型艇的端部还设置有累喷推进器;所述动力增潜系统 包括艇侧固定负升力水平翼、可控主升力调节翼型组合附体和艇升力调节水平翼，艇侧固 定负升力水平翼对称设置在等横截面的平行中体的两艇侧，可控主升力调节翼型组合附体 设置在等横截面的平行中体的前部的下方，艇升力调节水平翼对称设置在去流段锥状流线 型艇的两侧;所述控制系统包括变翼型截面前倾立柱、内倾轻质隐身上建、浅浸割划水翼和 艇可控垂直翼，变翼型截面前倾立柱设置在等横截面的平行中体的中后部的上方，内倾轻 质隐身上建安装在变翼型截面前倾立柱，浅浸割划水翼有两个对称设置在变翼型截面前倾 立柱的两侧、且与水平面呈45度上反角，艇可控垂直翼竖直设置在去流段锥状流线型艇上， 艇可控垂直翼所在的方向与艇升力调节水平翼所在的方向垂直。
[0010] 本发明还包括运样一些结构特征：
[0011] 1.等横截面的平行中体的长度为艇体总长的2/3、其截面形状是正立圆角等腰Ξ 角形，正立圆角等腰Ξ角形的轮廓线由6段不同半径和长度的圆弧相切形成，进流段纯状流 线型腊的长度为艇体总长的2/15,去流段锥状流线型艇的长度为艇体总长的1/5。
[0012] 2.所述艇侧固定负升力水平翼与水平面呈12~15度下反角、与来流方向呈10~15 度的负攻角;所述艇升力调节水平翼与水平面呈15度下反角、迎流攻角为0度;可控主升力 调节翼型组合附体是多翼型组合对称结构、包括两连接主艇体的竖直翼型支柱、升力水平 翼和连接处扩大翼型节点及内部液压调节机构。
[0013] 3.变翼型截面前倾立柱整体前倾设置，半潜水线面与变翼型截面前倾立柱的前缘 夹角呈80~85度，且潜水线面W上截面尺寸最小并向下非线性增大，变翼型截面前倾立柱 的侧面向下呈现光顺外飘形式。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:适用于高海况环境，也适用于普通海况环 境，真正实现"全海候"绿色高速封闭运输，在海军陆战力量隐蔽、快速投送和民用特殊物资 及航线上的紧急输运等方面具有明显优势，突出特点如下：1.大长径比流线型主艇体减小 了近水面潜航的压差阻力和兴波阻力，正立圆角Ξ角形横截面平行中体相较于常规半潜 船、小水线面双体船(SWATH)和潜艇，艇体上表面面积大幅减小，形成"背脊"状，减小了高海 况下近水面半潜航行时因自由液面波浪扰动而产生的对艇体上表面的作用力，减小风浪中 的摇摆和失速。例如，极端情况下半潜航行状态主艇体上表面随波浪反复出入水，Ξ角形截 面艇体能够最大限度减小出入水体积和水线面面积的变化，保证尽可能大的排水体积位于 水下，从而减少了艇体在波浪中的波浪和砰击载荷，兴波阻力和运动响应降低从而大幅改 善半潜航行状态的快速性和耐波性。主艇体占据了全艇90% W上的排水体积，各载况下输 运艇的总重量均小于其全排水量，无压载水舱的设计使艇的下潜完全依靠增潜附体的组合 动升力。各载况下输运艇航行时处于半潜状态，保证最佳航行性能，而静止时自然浮于水面 上，保证足够的甲板露出面积，便于物资装卸和人员逃生，同时避免了压载水污染。设计吃 水(静浮吃水)为主艇体高度的2/3,半潜航行时主艇体完全浸没，下潜深度为主艇体高度的 3/2倍，从而降低空泡发生的敏感性、兴波阻力和运动响应值，实现恶劣海况下的高速航行。 该截面形式在优化运动性能的基础上，配合单壳体无压载水形式，保证了艇体空间利用率， 近平直的艇底方便设备和货物布置，降低重屯、高度，增强了稳性。2.主艇体进流段纯状流线 型腊呈下倾形式，降低了波浪中的出水几率，减小了砰击载荷和运动响应，在避免空泡、改 善流动状态基础上使艇体具有一定穿浪能力;主艇体去流段锥状流线型艇起到防止高海况 下边界层分离、提高推进效率的作用，下倾形式增大了累喷推进器的潜深，利于采用高效率 的大直径低转速螺旋奖，不易吸气，抗空泡能力强，螺旋奖不易出水，在恶劣海况中尤其有 利。3.艇侧固定负升力水平翼作为主要动力增潜附体，在航行中始终提供固定的负升力，W 抵消大部分储备浮力，使艇体产生下潜趋势，布置形式减小了对艇体周围流线的扰动和纵 倾力矩的产生;负升力水平翼在自由液面处形成有利兴波干扰，降低了兴波阻力，并具有一 定垂向稳定性;两下倾翼面负升力合力指向艇紳下方，等效降低艇体重屯、，改善了输运艇稳 性;翼型设计简单紧凑，保证提供大升力时的强度。4.可控主升力调节翼型组合附体针对不 同载况对升力（攻角）大小和方向进行调整，补偿因货物装载而引起的艇体垂向力变化，使 艇体达到正浮半潜航行状态;空间上与艇侧固定负升力水平翼错位，避免了多附体间流场 干扰;将运动机构置于主艇体外的翼型节点内，既优化了艇体货舱空间，又减小了升力水平 翼跨度，提高了附体强度和可靠性。5.艇升力调节水平翼靠近主艇体艇端，通过控制襟翼来 提供一定升力或负升力，一方面实现了艇体升力的微调，另一方面实现了艇体纵倾力矩的 平衡和纵倾、纵摇的可控，提高了纵稳性。6.变翼型截面前倾立柱在半潜航行状态时割划水 面，大幅减小了半潜水线面面积，从而减小了输运艇半潜状态的兴波阻力和压差阻力;主艇 体位于分界层W下，高海况下承受的波浪载荷大幅降低，对波浪扰动的响应和在风浪中的 摇摆、失速均较小，提高了耐波性;对于小的水线面，可利用较小的控制面实现对纵摇、横摇 和升沉的高效控制，姿态控制的敏感性增强；外飘前倾形式立柱起到压浪（防止进气口上 浪）、提高与主艇体和上建的连接强度、光顺流线和收容管路的作用。7.紧凑内倾轻质隐身 上建降低了重屯、高度，提高了输运艇稳性，增强了视觉和雷达隐身性。8.浅浸割划水翼提供 了半潜航行状态下额外的横摇复原力矩，起到横摇抑制作用，弥补了小水线面艇体横稳性 不足的缺点。具体表述为:浅浸割划水翼在半潜航行时割划水面，当艇体横倾时，左右翼板 浸深改变，升力面面积不等，升力差产生扶正力矩使艇体回复至初始平衡位置，保证了输运 艇在半潜高速航行时的航态与稳定性。9.艇可控垂直翼的主要控制面(上翼面)位于下倾的 锥状艇上，易保证足够的高度和翼面积，半潜航行状态保持全浸没，提高了舱效和操纵性。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的整体结构示意图；
[0016] 图2是本发明的主艇体主视方向示意图；
[0017] 图3是本发明的主艇体俯视方向示意图；
[0018] 图4是本发明的平形中体(典型)横截面图；
[0019] 图5是本发明的主视方向的结构示意图；
[0020] 图6是本发明的俯视方向的结构示意图；
[0021] 图7是本发明的仰视方向的结构示意图；
[0022] 图8是本发明的后视方向的结构示意图；
[0023] 图9是本发明的前视方向的结构示意图；
[0024] 图10a、图10b、图10c、图lOd分别是本发明的可控主升力调节翼型组合附体的结构 示意图。
[0025] 其中：圆角Ξ角形横截面主艇体1，等横截面平行中体2,进流段纯状流线型腊3,去 流段锥状流线型艇4,平行中体(典型)横截面5,典型横截面顶角倒圆6,典型横截面底角倒 圆7,水平基线8,典型横截面腰部圆弧9,典型横截面底部圆弧10,主艇体腊上表面11，主艇 体腊下表面12，主艇体腊侧表面13，主艇体艇上表面14，主艇体艇下表面15，主艇体艇侧表 面16,累喷推进器17,艇侧固定负升力水平翼18,可控主升力调节翼型组合附体19,艇升力 调节水平翼20，竖直翼型支柱21，升力水平翼22，扩大翼型节点23，变翼型截面前倾立柱24， 内倾轻质隐身上建25,浅浸割划水翼26,艇可控垂直翼27。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0027] 结合附图，本发明的排水型主艇体1呈流线型细长水密单壳体形式，最大宽度和高 度均为艇体总长的1/15,长径比为12~18,内部空间搭载机舱、货舱、油水舱和居住舱等舱 室，主要包括Ξ部分：中段平行中体2、进流段纯腊3和去流段锥艇4。通过发明所述的Ξ部分 型线形式来实现近水面半潜状态的优异航行性能。平行中体2位于主艇体1紳部，长度为2/3 艇长，后端距艇体艇端1Λ艇长，具有主艇体1最大宽度和高度。平行中体横截面5(典型剖 面)形状近似为正立圆角等腰Ξ角形且沿艇长方向保持不变，为主艇体1最大横截面。横截 面5轮廓线通过6段不同半径和长度的相切圆弧包络而成，其中顶角倒圆6半径1/200艇长， 底角倒圆7半径1/125艇长且圆屯、在龙骨基线8W上1/75艇长处，腰部圆弧9半径3/25艇长且 同时与顶角倒圆6和单侧底角倒圆7相切，底部圆弧10同时与两底角倒圆7和水平基线8相 切。进流段纯腊3和去流段锥艇4长度分别为2/15艇长和1/5艇长，表面为B样条曲面，平滑连 接于平行中体2前端和后端，连接过渡区曲面相切。进流段纯状流线型腊3的上表面11与水 平面呈18度下倾角，下表面12水平，两侧表面13入水角为11度，横截面向腊端逐渐减小尺寸 并适当变形收束，纯腊3呈下倾形式。去流段锥状流线型艇4的上表面14与水平面呈16度下 倾角，下表面15底升角为8度，两侧表面16出水角为11度，横截面向艇端逐渐减小尺寸和Ξ 角形度并适当变形收束，具体表现为:在减小各弧长绝对尺寸的基础上，减小腰弧9和底弧 10的相对尺寸，同时增大顶角倒圆6和底角倒圆7的相对尺寸，过渡至累喷推进器17处的近 似圆截面;横截面中屯、向艇端逐渐降低(低于主艇体中屯、线），艇端中屯、距基线8高度为3/10 主艇体高度，锥艇4呈下倾形式。
[0028] 多翼型组合动力增潜系统主要包括Ξ部分:艇侧固定负升力水平翼18、可控主升 力调节翼型组合附体19和艇升力调节水平翼20。通过Ξ部分附体协调工作来调节各载况下 艇体垂向力和纵倾力矩W达到正浮半潜吃水状态。艇侧固定负升力水平翼18作为主要动力 增潜负升力体，位于主艇体1紳部两艇侧，固定于主艇体1舰部底角倒圆7处，与水平面呈12 ~15度下反角；水平翼18中屯、与主艇体1几何中屯、（半潜状态主艇体1浮屯、）纵向位置相同， 即距离艇端1/2艇长位置，水平翼18中屯、垂向位置低于主艇体1中屯、，其中主艇体1和水平翼 18中屯、距基线8垂向高度分别为1/^3和1/10主艇体高度;水平翼18固定与来流方向呈10~15 度的负攻角，无活动襟翼，不具备攻角调节能力;水平翼18尺寸相对较大（依据需求确定）， 展弦比为0.8~1，前缘呈34度角后掠，后缘垂直于龙骨基线8。可控主升力调节翼型组合附 体19作为各载况下重量补偿机构，位于主艇体1紳前部货舱中屯、下方，纵向位置距艇端2/3 艇长;附体19为多翼型组合对称结构，包括:两连接主艇体的竖直翼型支柱21、升力水平翼 22和连接处扩大翼型节点23及内部液压调节机构;支柱21横向对称布置于主艇体1底部，间 距为4/5主艇体宽度;升力水平翼22中屯、垂向位置(扩大翼型节点23同）位于基线8W下1/2 主艇体高度处;扩大翼型节点23采用NACA 65-010标准对称翼型，弦长为支柱21和水平翼22 弦长的4~5倍，其前端与支柱21和水平翼22相连且仅与水平翼22固结，通过内部液压装置 带动水平翼22绕支柱21水平轴转动W改变攻角（角度调节范围为-15°~+15°)。艇升力调节 水平翼20作为艇体纵倾力矩平衡和姿态调节机构，位于主艇体1艇端两侧、累喷推进器17前 方，水平翼20中屯、与艇端纵向距离为1/15艇长，与基线8垂向距离为3/20主艇体高度;水平 翼20与水平面呈15度下反角，迎流攻角为0度，具有可控活动襟翼;水平翼20整体翼面积约 为艇侧固定负升力水平翼18的1/2,展弦比为0.5~0.8,前缘后掠角度为33度，后缘与龙骨 基线8垂直。动力增潜系统所设及的翼型若非特别指明，均采用MCA 0010标准对称翼型。
[0029] 控制系统主要包括四部分:变翼型截面前倾立柱24、内倾轻质隐身上建25、浅浸割 划水翼26和艇可控垂直翼27。通过各控制面及相关结构的协调工作对艇体的航向和稳定性 进行控制。变翼型截面前倾立柱24作为半潜状态割划水面的主要结构，位于主艇体1紳后部 上方，关于艇体中纵剖面对称，其中屯、距艇端纵向距离为7/15艇长，距基线8垂向距离为3/2 倍主艇体高度;立柱24水平截面为NACA 0010标准对称翼型，半潜水线面(与基线8垂向距离 3/2倍主艇体高度上截面尺寸最小并向下非线性增大，中屯、和底部截面弦长分别为1/10 和l/^3艇长，立柱24侧面向下呈现光顺外飘形式，高度同主艇体1高度，底部与主艇体1上表 面相贯，整体前倾，半潜水线面与其上方立柱24的前缘夹角呈80~85度。内倾轻质隐身上建 25作为控制系统布置空间，连接于立柱24上表面，采用侣合金等轻质材料，紧凑布局并采用 内倾平面拼接侧壁设计。浅浸割划水翼26作为半潜横摇抑制机构，底部W距艇端为7/15艇 长、距基线8为6/5倍主艇体高度的位置对称固定于立柱24两侧，与水平面呈45度上反角(V 形布置），迎流攻角为0度，顶部与立柱24上表面齐平(与基线8垂向距离为2倍主艇体高度）， 中屯、高度同半潜水线面，即半潜航行状态时，水线面上下各有一半水翼26;水翼26前缘W24 度角后掠，后缘W13度角后掠，水翼26固定不可动且不具备活动襟翼。艇可控垂直翼27作为 航向控制机构，竖直布置于主艇体1艇端上下表面、累喷推进器17前方，关于艇体中纵剖面 对称，中屯、纵向位置距艇端1/15艇长;垂直翼27上下两部分均带有独立可控活动襟翼，上翼 面为主要控制面，顶部与半潜水线面齐平，下翼面高度较小;上翼面和下翼面前缘分别呈15 度和22度角后掠，后缘均垂直于龙骨基线8。控制系统所设及的翼型均采用NACA 0010标准 对称翼型。
[0030] Ξ角形截面动力增潜(负增升体)无压载水半潜输运艇运行状态为:空载工况静止 时，输运艇浮于水面上，排水量较小，上甲板露出水面面积较大;航行时，艇侧固定负升力水 平翼18、可控主升力调节翼型组合附体19和艇升力调节水平翼20均W特定负攻角提供负升 力使艇体下潜至正浮半潜状态。满载工况静止时，输运艇排水量较空载工况增大，吃水增 加，但上甲板露出面积仍满足舱口开启和物资装卸要求;航行时，艇侧固定负升力水平翼18 保持固定负升力，可控主升力调节翼型组合附体19和艇升力调节水平翼20W特定正攻角提 供正升力，维持艇体的正浮半潜状态。艇体纵倾力矩依靠前后翼型附体升力平衡。
[0031] 一种Ξ角形截面动力增潜（负增升体)无压载水半潜输运艇，包括主艇体、动力增 潜系统和控制系统。所述主艇体为主要排水体积，用于搭载机舱、货舱、油水舱和居住舱等 舱室和优化航行性能，包括适配水下近水面航行而优化设计的正立圆角Ξ角形横截面平行 中体和呈纯腊锥艇下倾的进流段和去流段。所述主艇体整体呈流线型细长水密单壳体形 式，最大宽度和高度位于平行中体处，均为艇体总长的1/15,长径比为12~18。所述平行中 体位于主艇体紳部，长度为2Λ艇长，后端距艇体艇端艇长，横截面形状近似为正立圆角 等腰Ξ角形且沿艇长方向保持不变，为主艇体最大横截面;所述横截面轮廓线通过6段不同 半径和长度的圆弧相切而成，具体形式为:顶角处设置半径1/200艇长的圆，两底角处设置 半径1/125艇长的圆，且底角倒圆圆屯、高于龙骨基线1/75艇长，两腰部弧线为同时与顶角和 单侧底角倒圆相切的半径3/25艇长圆的切点间圆弧，底部弧线为同时与两底角倒圆和水平 基线相切的圆弧，上述各切点间6段圆弧所包络出的近似正立圆角等腰Ξ角形为典型剖面 形式，最终横截面最大宽度和高度均为1/15艇长。所述进流段和去流段分别与平行中体的 前端和后端平滑连接过渡，连接处曲面相切，长度分别为2/15和1/5艇长;进流段的纯状流 线型腊上表面与水平面呈18度的下倾角，下表面水平，两侧表面入水角为11度，横截面向腊 端逐渐减小尺寸并适当变形收束;去流段艇锥长度为主艇体高度的2.5~3倍，其上表面与 水平面呈16度的下倾角，下表面与水平面组成的底升角为8度，两侧表面出水角为11度，横 截面向艇端逐渐减小尺寸和Ξ角形度并适当变形收束，具体表现为减小腰和底圆弧的相对 半径，同时增大倒圆处的相对半径，累喷推进器处趋近圆截面，去流段横截面中屯、向艇端逐 渐降低(低于主艇体中屯、线），艇端中屯、距离基线高度为3/10主艇体高度，艇锥呈现下倾形 式。所述主艇体的未特殊说明表面在满足上述特征参数的基础上WB样条曲面的形式覆盖 艇体并平滑过渡。所述动力增潜系统为多翼型组合系统，用于调节各载况下艇体垂向力W 达到最佳半潜吃水，主要包括艇侧固定负升力水平翼、可控主升力调节翼型组合附体和艇 升力调节水平翼。所述艇侧固定负升力水平翼作为主要动力增潜负升力体，位于主艇体紳 部两艇侧，固定于主艇体舰部底角倒圆处，与水平面呈12~15度下反角;所述水平翼中屯、与 主艇体几何中屯、（半潜状态主艇体浮屯、）纵向位置相同，即距离艇端1/^2艇长位置，水平翼中 屯、垂向位置低于主艇体中屯、，其中主艇体和水平翼中屯、距基线高度分别为1/^3和1/10主艇 体高度;所述水平翼固定与来流方向呈10~15度的负攻角，无活动襟翼，不具备攻角调节能 力；翼型尺寸相对较大（依据需求确定），展弦比为0.8~1，前缘呈34度角后掠，后缘垂直于 龙骨基线。所述可控主升力调节翼型组合附体作为各载况下重量补偿机构，位于艇紳前部 货舱中屯、下方，纵向位置距艇端2/^3艇长;附体为多翼型组合对称结构，包括:两连接主艇体 的竖直翼型支柱、升力水平翼和连接处扩大翼型节点及内部液压调节机构;两支柱横向对 称布置于主艇体底部，间距为V5主艇体宽度;升力水平翼中屯、垂向位置(扩大翼型节点同） 位于基线W下1/2主艇体高度处;扩大翼型节点采用NACA 65-010标准对称翼型，弦长为支 柱和水平翼弦长的4~5倍，其前端与支柱和水平翼相连且仅与水平翼固结，通过内部液压 装置带动水平翼绕支柱水平轴转动W改变攻角（角度调节范围为-15°~+15°)。所述艇升力 调节水平翼作为艇体纵倾力矩平衡和姿态调节机构，位于主艇体艇端两侧、累喷推进器前 方，水平翼中屯、纵向位置距艇端1/15艇长，垂向位置距基线3/20主艇体高度;所述水平翼与 水平面呈15度下反角，迎流攻角为0度，具有可控活动襟翼;所述水平翼的整体翼面积约为 艇侧固定负升力水平翼的1/2,展弦比为0.5~0.8,前缘后掠角度为33度，后缘与龙骨基线 垂直。所述动力增潜系统设及的翼型若非特别指明，均采用NACA 0010标准对称翼型。所述 控制系统为艇的主要控制面及相关结构，用于对艇体的航向和稳定性进行控制，包括变翼 型截面前倾立柱、内倾轻质隐身上建、浅浸割划水翼和艇可控垂直翼。所述变翼型截面前倾 立柱作为半潜状态割划水面的主要结构，位于主艇体紳后部上方，关于艇体中纵剖面对称， 其中屯、距艇端纵向距离为7/15艇长，距基线垂向距离为3/2倍主艇体高度;立柱水平截面为 MCA 0010标准对称翼型，半潜水线面(距基线3/^2倍主艇体高度）^上截面尺寸最小并向下 非线性增大，中屯、和底部截面弦长分别为1/10和艇长，立柱侧面向下呈现光顺外飘形 式，立柱高度同主艇体高度，底部与主艇体上表面相贯，立柱整体前倾，半潜水线面与其上 方立柱前缘夹角呈80~85度。所述内倾轻质隐身上建作为控制系统布置空间，连接于立柱 上表面，采用侣合金等轻质材料，紧凑布局并采用内倾平面拼接侧壁设计。所述浅浸割划水 翼作为半潜横摇抑制机构，底部W距艇端7/15艇长、距基线6Λ倍主艇体高度的位置对称固 定于立柱两侧，与水平面呈45度上反角(V形布置），迎流攻角为0度，顶部与立柱上表面齐平 (距基线2倍主艇体高度），中屯、高度同半潜水线面(半潜航行状态水线面上下各有一半水 翼）；翼型前缘W24度角后掠，后缘W13度角后掠，水翼固定不可动且不具备活动襟翼。所述 艇可控垂直翼作为航向控制机构，竖直布置于主艇体艇端上下表面、累喷推进器前方，关于 艇体中纵剖面对称，中屯、纵向位置距艇端1/15艇长;垂直翼上下两部分均带有独立可控活 动襟翼，上翼面为主要控制面，顶部与半潜水线面齐平，下翼面高度较小；上翼面和下翼面 前缘分别呈15度和22度角后掠，后缘均垂直于龙骨基线。所述控制系统设及的翼型均采用 NACA 0010标准对称翼型。
[0032] 本发明所设及的翼型尺寸(如弦长、翼展等)需根据实际应用中空船重量和载重量 进行计算确定。本发明专利中对翼型附体的形状参数、空间位置和布置形式等特征进行明 确描述，对翼型附体的尺寸进行定性描述，一种相对尺寸如附图所示。
[0033] 本发明提供一种Ξ角形截面动力增潜(负增升体)无压载水半潜输运艇，包括主艇 体、动力增潜系统和控制系统。所述主艇体为主要排水体积，用于搭载机舱、货舱、油水舱和 居住舱等舱室和优化航行性能，包括适配水下近水面航行而优化设计的正立圆角Ξ角形横 截面平行中体和呈纯腊锥艇下倾的进流段和去流段。所述动力增潜系统为多翼型组合系 统，用于调节各载况下艇体垂向力W达到最佳半潜吃水，主要包括艇侧固定负升力水平翼、 可控主升力调节翼型组合附体和艇升力调节水平翼。所述控制系统为艇的主要控制面及相 关结构，用于对艇体的航向和稳定性进行控制，包括变翼型截面前倾立柱、内倾轻质隐身上 建、浅浸割划水翼和艇可控垂直翼。
[0034] 本发明是一种适用于"全海候"隐蔽高速航行的半潜输运艇，相对于现有的军（民） 用输运船(艇），半潜高速航行时的兴波阻力小，高海况下的耐波性和适航性优良，推进器效 率和舱效高，装载量大且避免了压载水污染，自由液面附近的稳定性、航态转换的灵活性与 安全性高，结构简单可靠，适应模块化建造需求。本发明型式新颖、后续拓展性强，在多方面 具有明显的性能优势，作为海军陆战力量隐蔽、快速投送和民用特殊物资及航线上的紧急 输运工具，本发明在军、民两领域均具有一定的研究和应用价值。
【主权项】
1. 三角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇，其特征在于:包括主艇体、动力增潜系统 和控制系统，所述主艇体包括等横截面的平行中体和设置在等横截面的平行中体两端的进 流段钝状流线型艏和去流段锥状流线型艉，去流段锥状流线型艉的端部还设置有栗喷推进 器;所述动力增潜系统包括舷侧固定负升力水平翼、可控主升力调节翼型组合附体和艉升 力调节水平翼，舷侧固定负升力水平翼对称设置在等横截面的平行中体的两舷侧，可控主 升力调节翼型组合附体设置在等横截面的平行中体的前部的下方，艉升力调节水平翼对称 设置在去流段锥状流线型艉的两侧;所述控制系统包括变翼型截面前倾立柱、内倾轻质隐 身上建、浅浸割划水翼和艉可控垂直翼，变翼型截面前倾立柱设置在等横截面的平行中体 的中后部的上方，内倾轻质隐身上建安装在变翼型截面前倾立柱，浅浸割划水翼有两个对 称设置在变翼型截面前倾立柱的两侧、且与水平面呈45度上反角，艉可控垂直翼竖直设置 在去流段锥状流线型艉上，艉可控垂直翼所在的方向与艉升力调节水平翼所在的方向垂 直。2. 根据权利要求1所述的三角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇，其特征在于:等横 截面的平行中体的长度为艇体总长的2/3、其截面形状是正立圆角等腰三角形，正立圆角等 腰三角形的轮廓线由6段不同半径和长度的圆弧相切形成，进流段钝状流线型艏的长度为 艇体总长的2/15，去流段锥状流线型艉的长度为艇体总长的1 /5。3. 根据权利要求1或2所述的三角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇，其特征在于： 所述舷侧固定负升力水平翼与水平面呈12~15度下反角、与来流方向呈10~15度的负攻 角;所述艉升力调节水平翼与水平面呈15度下反角、迎流攻角为0度;可控主升力调节翼型 组合附体是多翼型组合对称结构、包括两连接主艇体的竖直翼型支柱、升力水平翼和连接 处扩大翼型节点及内部液压调节机构。4. 根据权利要求1或2所述的三角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇，其特征在于： 变翼型截面前倾立柱整体前倾设置，半潜水线面与变翼型截面前倾立柱的前缘夹角呈80~ 85度，且潜水线面以上截面尺寸最小并向下非线性增大，变翼型截面前倾立柱的侧面向下 呈现光顺外飘形式。5. 根据权利要求3所述的三角形截面动力增潜无压载水半潜输运艇，其特征在于:变翼 型截面前倾立柱整体前倾设置，半潜水线面与变翼型截面前倾立柱的前缘夹角呈80~85 度，且潜水线面以上截面尺寸最小并向下非线性增大，变翼型截面前倾立柱的侧面向下呈 现光顺外飘形式。
【文档编号】B63G8/14GK105836079SQ201610309238
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】高良田, 赖昱兴, 李想, 白乐巍, 宋卫国, 郝浩浩
【申请人】哈尔滨工程大学