水翼艇專題知識專業(yè)知識講座課件

本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。1§9-1

水翼艇的發(fā)展產(chǎn)生原因國外及國內(nèi)發(fā)展狀況本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不水翼艇產(chǎn)生原當之因處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。2由船舶阻力的規(guī)律知道，粘性阻力正比于航速的平方，而興波阻力約略正比于速度的六

次方，船舶的阻力隨航速的提高而迅速增加。減少船的阻力，尤其是興波阻力是建造高速

船舶必須考慮到的問題。20世紀后，船舶上開始增加水翼,大為減小船舶高速航行時候的興波阻力，當發(fā)展成為自動控制的水翼艇，改善船舶的適航性，并且逐步成為水翼艇發(fā)展的主要依據(jù)本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。如圖是水翼艇在不同航速下的阻力與其他船型的阻力比較曲線3本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不水翼艇的發(fā)展當之概處況，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。41891年法國拉貝爾首次發(fā)明水翼艇1947年美國開始水翼艇的建造，設計了排水量50t,航速30節(jié)的“海腳”號水翼艇1957年開始蘇聯(lián)建成了多種型號的水翼艇，其抗風性和長途航行表現(xiàn)的良好狀態(tài)得到廣泛認可1960年開始，美國開始建造用于軍事領域的一系列水翼艇，包括“高點”水翼艇（63）、“普蘭偉尤”號340t反潛試驗艇（69）本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。51958年我國開始對水翼艇的建造進行研究，交通部船舶設計院設計的小型水翼艇取得初步成功1958年上海船舶科學研究院和上海交通大學設計了鋁制水翼客船。1988年中國船舶科學研究中心設計的一艘鋁制水翼艇航行于廣州至肇慶的航線上。90年代，我國黑龍江流域、長江流域、廣州沿海等的多條航線上相繼引進了俄羅斯制造的水翼艇。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不6§

9-2當之水處，翼請聯(lián)艇系本人的或網(wǎng)工站刪作除。原理水翼工作原理水翼的阻力淺浸效應空泡現(xiàn)象本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不一、水翼工作當之原處理，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。水翼是水翼艇的基本部件，一般有產(chǎn)生升力的翼板、翼板和艇體間連接的支柱以及其他一些附件組成。水翼的升力特性主要取決于翼板的幾何特征，這些要素主要指水翼的弦長、平面形狀、前視形狀、翼剖面形狀等7本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不（一）主要的當之幾處，何請聯(lián)特系征本人及或網(wǎng)水站刪動除。力特性主要幾何特征翼展：水翼橫向兩端間的距離，用b表示翼剖面：垂直于翼展的橫剖面翼弦：翼剖面前緣與后緣之間的連線，其長度為弦長，用c表示展弦比：

(矩形)；

(非矩形)8本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。9本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。水面形狀的特征參數(shù)后掠角：指倒邊1/4弦長的連線與橫軸的夾角，用 表示。尖削比：翼端部弦長和中部弦長之比

和 之比表示。水翼前視形狀的特征參數(shù)，是上翻角，用 表示。翼剖面形狀有多種，其中常用的有平凸弓形、凹凸弓形、機翼形和全空泡翼型。10本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。11本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。12本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不2.水動力特征當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。水翼在水中運動時能

產(chǎn)生平衡水翼船重量

的升力，流體方面的

作用力包括垂直于水

翼表面的水動壓力以

及切向力。這些力合

成力為水動力主向量P和水動力主力距M。主向量在運動方向和垂

直方向的投影分別為

水翼的阻力R和升力L。13本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不2.水動力特當征之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。其中：其中 分別是升力系數(shù)、阻力系數(shù)和縱傾力矩系數(shù)。升力系數(shù)與阻力系數(shù)的比值K，稱為升阻比，代表水翼流體動力性能的優(yōu)劣14本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不15（二）水翼的當之升處力，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。1.升力的形成視水翼在水中做勻速直線運動為均勻水流以同樣的速度流向靜止的水翼。由于翼剖面是不對稱的，且弦線和水線間有一夾角，故水翼周圍的水的流動情況是上下不對稱的。上表面流速大，相應的壓力就小，下表面流速小，則壓力大，水翼上下表面的壓差構(gòu)成了水翼的升力。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不（二）水當翼之處的，請升聯(lián)系本力人或網(wǎng)站刪除。2.升力的計算無限翼展水翼（二元水翼）假設：翼剖面是薄翼，機翼翼展無限長，流體無粘性，是理想流體的勢流運動。升力系數(shù)為：有限翼展水翼（三元水翼）實際水翼是不可能無限長的，由于翼端的存在，翼上下表面處于高壓區(qū)的水流向上表面低壓區(qū)流動的趨勢，使水翼附近的水流產(chǎn)生一個向下的誘導速度，它與原來的來流速度匯合，相當于使來流偏轉(zhuǎn)了一個角度，成為下洗角升力系數(shù)為：16聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。本文檔所提供的信息僅供參考之用當之處，請，如不圖能（作9為-1科1學）依下?lián)矗钦埼鹉７?。文檔如有不（3）水翼平面形狀對升力的影響下洗角的大小和機翼的平面的形狀有關，當翼的平面形狀是橢圓形的時候，其升力沿展長方向也是橢圓分布，下洗角為對于非橢圓平面形狀的機翼，需要用修正的方法進行17本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。對于平面形狀為矩形的機翼，值由圖(a)表示，對于兩端直線斜削的平面形狀機翼，修正系數(shù)由圖(b)所示。18本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不19二.水翼的阻當力之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。水翼在水中運動，除產(chǎn)生升力外還受到一定的阻力，水翼的阻力分為翼型阻力，誘導阻力和興波阻力三

部分。翼型阻力是由于液體粘性引起。興波阻力和

誘導阻力與液體粘性無關，可用計算方法確定。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。1.翼型阻力：是有液體粘性引起的，包括摩擦阻力和形狀阻力。實驗證明，流體的粘性僅在靠近運動物體的很薄一層流體中才明顯地顯示出來，這一薄層稱為邊界層。（1）水翼的摩擦阻力取決于邊界層流動的狀態(tài)。邊界層的流動狀態(tài)分為：層流、變流和紊流20本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。邊界層的流動狀態(tài)，取決于流體速度、粘度和特征尺度，一般用雷諾數(shù) 表示。當時邊界層內(nèi)的流動為層流當時邊界層內(nèi)的流動為紊流當時邊界層內(nèi)的流動為變流21本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。（2）形狀阻力在粘性流體中，由于粘性損耗翼剖面后部的壓力比理想流體中要小，造成壓差阻力，而這個阻力主要取決于翼剖面形狀，因此叫形狀阻力。這樣對于翼型阻力可以采用整體估算方法：22本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。2.誘導阻力

：從有限翼展機翼在理想流體中流動狀態(tài)的分析中可以看到，由于翼端繞流相當于是來流向下偏轉(zhuǎn)一個角度 ，使通過水翼的來流速度由原來的

變?yōu)?。這時作用在水翼的水動力，除升力外，還有與流向相反的力，成為誘導阻力。由公式可以得知，誘導阻力除了與升力有關，還與水翼的展弦比和平面形狀有關，平面形狀為橢圓的機翼誘導阻力系數(shù)為：23本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。其他平面形狀的誘導阻力系數(shù)為：其中修正系數(shù) 與展弦比A和尖削比有關。24本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。3.興波阻力

：由于自由表面的存在，水翼在自由表面附近工作將引起興波阻力，興波阻力與浸深和傅氏數(shù)有關。水翼浸深：水翼壓力面1/4弦線處至自由表面的距離或者是水翼前緣或后緣至自由表面的距離，以h表示，相對浸深是水翼浸深與弦長之比 興波阻力系數(shù)：25本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。在一般情況下水翼的興波阻力占總阻力的比重很小，在估算阻力時經(jīng)?？梢院雎圆挥?。水翼的總阻力是以上三個阻力之和。因此，總阻力系數(shù)可用下式表示：26本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不27三、淺浸當效之處應，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。以上介紹水翼的水動力特性時，都假定水翼在相當深的水(4c-5c)中工作，實際水翼應考慮水動力特性、結(jié)構(gòu)強度等多方面因素，不

可能在那么深的水中工作。當水翼的浸深較

小，由于水和大氣交界處的自由表面的存在，使水翼的特性發(fā)生了變化。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。浸深在

的范圍成為淺浸效應區(qū)（穩(wěn)定區(qū)），在該區(qū)域工作的水翼稱為淺浸水翼。沖角一定情況下28本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不29三、空泡現(xiàn)象當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。當水翼的運動速度足夠高時，翼背上的壓力降到水的飽和氣壓，水開始氣化，形成空泡?？张菪纬梢院?，流動就再也不是連續(xù)的了。水翼的一部分仍與水接觸，而另一部分則與空泡水蒸氣接觸，這樣的流動當然要比全繞流情況有所不同。空泡會對水翼的流體動力性能產(chǎn)生惡化影響，必須要改善水翼，適應空泡的影響。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不30§9當-3之處水，請翼聯(lián)系本系人或統(tǒng)網(wǎng)站的刪除設。計水翼的類型和水翼系統(tǒng)水翼要素的確定水翼裝置的上翻和收縮水翼結(jié)構(gòu)及強度計算水翼的自動控制本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。一、水翼的類型和水翼系統(tǒng)根據(jù)水翼本身的水動力特點，使用以及性能要求的不同，水翼種類繁多，本節(jié)僅就主要類型及特點做簡單的介紹31本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。32本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不33水翼的特當點之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。淺浸水翼的特點：不加控制，艇可以在凈水中穩(wěn)

定航行，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。缺點是浸深小，

遇到風浪，水翼容易出水產(chǎn)生拍擊，自穩(wěn)性有限，艇在風浪中搖擺較大，適航性較差。割劃式水翼特點：自穩(wěn)性好，有翼面積儲備，有

利于艇的起飛，增加翼航速度的范圍，改善風浪

中爬浪性能和翼航能力。缺點是對波浪干擾敏感，搖擺和垂向加速度大，水翼割劃水面有一定升力

損失，降低了升阻比，收放復雜本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。34深浸式全浸水翼特點：沒有自穩(wěn)性，需要控制系統(tǒng)保證穩(wěn)性，對波浪的干擾不太敏

感，有優(yōu)異的適航性，容易實現(xiàn)水翼上翻。水翼系統(tǒng)艇上必須是一個完整的水翼系統(tǒng)，才能保證用翼航行。這種系統(tǒng)有兩類，即單水翼系統(tǒng)和雙水翼系統(tǒng)。單水翼艇：航行時首部艇體由水翼支撐脫離水面，而尾部仍在水面滑行。雙水翼艇：艇的前后都裝有水翼，航行時艇體完全離開水面。（飛機式，鴨式，串列式三種配置方案）本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不雙當之水處翼，請艇聯(lián)分系為本人如或下網(wǎng)站圖刪所除示。35本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不36二、水翼當要之處素，請的聯(lián)系本確人或定網(wǎng)站刪除。從服從艇的快速性、適航性、水翼強度、縱橫穩(wěn)性、空泡特征、操縱性、推進要求、艇的布置及結(jié)構(gòu)等特點考慮，適當?shù)倪x取水翼要素是很重要的。水翼要素的內(nèi)容前面已經(jīng)提到過相關理論，但是還得需要相應的實驗完成修正。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不37三、水翼當裝之處置，請的聯(lián)系本上人或翻網(wǎng)站和刪除收?？s隨著艇的排水量和對水翼艇適航性要求的不斷提

高，水翼支柱高度不斷提高，但同時產(chǎn)生了水翼艇

無法進入水深有限的港口，所以水翼的上翻和收縮，成為水翼艇使用中需要考慮的問題。水翼的收縮方式有：側(cè)翼收縮垂直提升收縮縱向回轉(zhuǎn)上翻橫向回轉(zhuǎn)上翻本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不四、水翼當結(jié)之處構(gòu)，請及聯(lián)系本強人或度網(wǎng)站計刪除算。（一）水翼結(jié)構(gòu)：實心結(jié)構(gòu)：由一整塊材料

經(jīng)切削加工成一個水翼單體，適用于尺寸較小的水翼。空心結(jié)構(gòu)：水翼內(nèi)部為空心，由翼板、翼尖、加強筋等部件組裝成水翼單體，適用于尺寸較大的水翼，如下圖。38本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。39（二）許用應力和材料把危險應力（取材料抗拉屈服極限）除以安全系數(shù)n即得許用應力。安全系數(shù)，n一般采用n=2.0~2.5n=1.25~2.0對穩(wěn)定載荷對偶然載荷根據(jù)水翼承受的載荷，對水翼材料有以下基本要求足夠的機械性能和彈性模數(shù)良好的機加工和焊接性能較好的耐蝕性常用904or922等鋼材，鈦合金強度高，耐腐蝕性好，用量少，逐成趨勢本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不40五、水翼的當自之處動，請控聯(lián)系制本人或網(wǎng)站刪除。水翼控制是改善水翼艇適航性的重要途徑。水翼自動控制有三大類型：機械式自動控制通氣控制裝置電子自控裝置本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不419當-之4處水，請聯(lián)翼系本艇人或的網(wǎng)站性刪除能。水翼艇翼航狀態(tài)下的吃水和阻力水翼艇翼航狀態(tài)下的穩(wěn)性水翼艇的適航性水翼艇操縱性特點本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不42一、水翼艇當翼之處航，請狀聯(lián)系態(tài)本下人或的網(wǎng)站吃刪除水。和阻力由于高速翼航時艇體脫離水面，艇體水下阻力不存在而只有水翼阻力。這里討論的水翼艇的阻力主要是翼航以后的阻力，而不涉及起飛以前的阻力。（一）翼航時航態(tài)的確定通常艇的設計航態(tài)是按照設計要求選定的，根據(jù)艇的重心位置和首尾水翼的符合分配確定水翼的縱向位置；按照水翼的升力要求確定水翼的浸深和沖角。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不（二）阻力的當之計處算，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。43水翼阻力：可以參照9.2節(jié)介紹的公式計算支柱阻力：包括粘性阻力、噴濺阻力、支 柱與水翼的干擾阻力附體阻力：軸、舵、槳、人字架及其他突 出部分的阻力空氣阻力：水翼艇在翼航時，船體不與水 接觸，船體受到的空氣阻力本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不44二、水翼當艇之處翼，請航聯(lián)系本狀人或態(tài)網(wǎng)站下刪除的。穩(wěn)性水翼艇靜浮時的穩(wěn)性與排水船沒有任何區(qū)別。在翼航時，船體完全與水隔離，艇的穩(wěn)性靠水翼保證，這里討論的是水翼艇翼航時候的穩(wěn)性。水翼的穩(wěn)性包括：縱橫穩(wěn)性和垂向穩(wěn)性。對于排水船來說，因為要靠水下容積提供浮力都具有良好的垂向穩(wěn)性，對于沒有自由液面影響的深浸水翼不存在垂向穩(wěn)性，必須通過特殊的裝置加以保證。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。水翼的垂向穩(wěn)性對于深浸翼依靠操縱水翼，使其在收到外界擾動時產(chǎn)生所希望的垂向力，即通過升力來控制保證垂向穩(wěn)性。對于淺浸翼，靠自由水面的淺浸效應來調(diào)節(jié)升力。因為淺浸翼在浸深減小時升力也相應的減小，滿足垂向穩(wěn)性的要求，淺浸翼要求相對浸深<0.5

。45本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不46(3)采用割劃當翼之處，，靠請聯(lián)隨系本著人水或網(wǎng)翼站吃刪除水。的變化改變水翼的面積來改變升力，如V型割劃翼，具有水翼面積隨水翼浸深而增大的特點，以保證水翼的垂向穩(wěn)性。水翼的縱穩(wěn)性水翼的縱穩(wěn)性依靠前后水翼的升力調(diào)節(jié)來提供。對于可操縱的深浸水翼，升力的調(diào)節(jié)可以根據(jù)需要來控制，主要是合理地設計控制系統(tǒng)，對水翼本身無甚苛求。把升力隨浸深的變化率成為水翼的剛度；升力隨沖角的變化率稱為水翼的阻尼，為保證垂向及縱穩(wěn)性，必須滿足下面兩個條件：首翼具有較大的剛度和較小的阻尼首翼的剛度大于尾翼的剛度本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不當之處，請聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。47水翼的橫穩(wěn)性橫穩(wěn)性需要人為調(diào)節(jié)水翼升力來保證，使之產(chǎn)生橫搖回復力矩。固定式淺浸翼或割劃翼則具有橫向自穩(wěn)性。本文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學依據(jù)，請勿模仿。文檔如有不48三、水翼當?shù)闹庍m，請航聯(lián)系本性人或網(wǎng)站刪除。適航性問題包