三角形截面動力增潛無壓載水半潛輸運艇制造技術

本發明專利技術提供一種三角形截面動力增潛無壓載水半潛輸運艇，包括主艇體、動力增潛系統和控制系統，主艇體包括適配水下近水面航行而優化設計的正立圓角三角形橫截面平行中體和呈鈍艏錐艉下傾的進流段和去流段；動力增潛系統為多翼型組合系統包括舷側固定負升力水平翼、可控主升力調節翼型組合附體和艉升力調節水平翼，用于調節各載況下艇體垂向力以達到最佳半潛吃水；控制系統包括變翼型截面前傾立柱、內傾輕質隱身上建、淺浸割劃水翼和艉可控垂直翼，用于對艇體的航向和穩定性進行控制。本發明專利技術型式新穎、后續拓展性強，作為海軍陸戰力量隱蔽、快速投送和民用特殊物資及航線上的緊急輸運工具，本發明專利技術在軍、民兩領域均具有一定的研究和應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種船舶結構，尤其涉及一種三角形截面動力增潛無壓載水半潛輸運艇，屬于高速復合船舶領域。
技術介紹
從20世紀末期開始，各種復合(雜交)船型概念不斷出現，至今已形成最為具有創新活力的船型技術新分支。從傳統概念上講，由于船舶快速性與耐波性對船型的技術要求是相互矛盾的，而且不能在高速和低速時同時兼有同樣好的耐波性能，這已然成為制約高性能船舶設計發展的瓶頸。“全海候”船艇已成為船舶設計研究的前沿。要實現船舶的“全海候”高速航行，對于首先要解決的是高速時的興波阻力和耐波性問題。對于排水型船舶，當船速增大，其傅汝德數(Froude Number實際使用簡化為即速長比)增大，傅汝德數增至0.5以上時，興波阻力占總阻力比值急劇增大，速度被限制于船體速度(Hull Speed)，即Fn＝1.34以內。高速時伴隨自身興波和環境波浪，排水型船的耐波性也受到嚴重挑戰。興波阻力形成于空氣與水的分界層，故避開或減少與分界面的接觸面積便成為高速船減少興波阻力和增強耐波性最直接有效的方法，例如水翼艇和潛艇，但二者對重量和空間的苛刻要求以及復雜的結構設計等特點均不宜作為輸運艇使用，同時潛艇還具有近水面(波浪影響深度內)快速性、耐波性和操縱性差的固有缺點。近年來，海洋領土爭端逐漸引起各國的關注，對于本國海洋領土，尤其是島嶼的保衛乃至爭奪，在依靠海軍艦艇基礎上需要一定的登陸作戰能力才能掌握主動權。水下運輸，特別是半潛船型依賴其載重量大、航速高、隱蔽性強、耐波性和適航性好等特點，可作為海上力量投送的先驅部隊進行快速部署，實現先發制人，也可作為實施海上封鎖的一部分，具備有效的對陸攻擊能力，還可作為母艦完成特種部隊的秘密輸送與回收，進行特種作戰任務。在民用領域中，半潛船型水下運輸的低波阻和優良的適航性等優點在運輸高附加值貨物或要求“全海候”營運時能夠充分顯示出來，尤其是對特殊航線，例如北極海域，半潛破冰輸運船較常規破冰輸運船不僅在航行性能上占優，而且有明顯的經濟性優勢。現有的半潛船型設計多定位于海上重型設施(自身可浸水)的露天運載，航速較低，航行耐波性較差，僅靠壓載水的注排實現水面和半潛航態的慢速轉換，使用中以水面狀態航行為主，半潛狀態為輔(僅零航速裝卸時)，致使現有半潛船既沒有為適配近水面半潛高速航行的原理和型線進行設計優化(水滴形或長雪茄形艇體在近水面半潛航行時的運動性能也極差)，也沒有為不可浸水干燥貨物的運輸做布置結構的考慮。出于上述原因，現有半潛輸運船
形式在半潛狀態快速性、航行耐波性、航態轉換靈活性、貨物封閉運輸以及壓載水污染方面均存在不足，究其原因是船型限制，沒有發揮半潛概念在高速運輸方面的優勢。針對半潛輸運船的上述突出問題，專利技術一種適用于半潛高速封閉運輸，具有優良快速性和耐波性，不依賴壓載水進行靈活航態控制，適合在高海況環境中“全海候”航行的翼型雜交復合艇型。《不用注排壓載水就可快速升潛的潛水船》(公開號CN 1333163A)的專利文件中公開了一種通過將多對具有專利技術所述的特殊剖面構型和活動襟翼的助潛水翼安裝于具有相近剖面構型的橫向寬平船體上以實現不用注排壓載水就可快速升潛的潛水船。其主要特征包括：1)專利技術所述特殊設計而非標準翼型的助潛水翼基本構型(翼剖面形式)；2)船體兩側安裝的1～3對(或者更多)所述特殊剖面構型且均具有活動襟翼的助潛水翼；3)具有近似所述特殊剖面構型特征的橫向寬平船體；4)所述潛水船中部前后的船體上下表面豎直安裝兩組水平轉向舵裝置；5)將潛艇必須的升降通氣管和潛望鏡等布置于所述潛水船上表面前后水平轉向舵的舵體內。其不足之處在于：1)所述特殊設計的剖面構型非常規(如NACA翼型)，結構復雜，翼型參數不明確，實際建造和應用可行性低；所述翼型剖面的性能參數(如升力系數、阻力系數和升阻比)較現有常規翼型并無優勢，單體及組合性能缺乏數據支持，有待進一步研究。2)所述多對助潛水翼空間位置沿流線重合，水翼效率和航行穩定性降低；每個所述水翼均帶有兩個活動襟翼，加之水翼數量眾多，控制結構和操縱方法復雜，操縱效率較低；大量且復雜的襟翼結構使水翼結構強度不易保證，可靠性降低。3)所述橫向寬平船體在近水面航行時的波浪響應和興波阻力較大，加之較小的長徑比和所述縱剖面構型，潛水船在半潛和水面狀態的快速性和耐波性較差。4)根據所述船體縱剖面構型，所述水平轉向舵裝置的兩個上方舵面在水面或半潛狀態下出水嚴重，控制能力喪失，潛水船舵效大幅降低，近水面操縱性差；舵體內的通氣管和潛望鏡布置易與復雜襟翼控制機構干涉，同時結構強度不易保證。5)所述潛水船對重量變化的敏度較高，需通過壓載水來補償油水的消耗以維持總重量恒定才能進行所謂的不用注排壓載水快速升潛；所述助潛水翼依靠襟翼的升力調節能力單一且有限，無法在重量大幅變化(如貨物裝卸)的情況下對航態進行快速高效控制；所述船體空間利用率低，不宜設置貨艙，所述潛水船無法作為輸運船舶使用。本專利技術專利與公開號為CN 1333163A的專利存在明顯不同：(1)本專利技術專利與公開號為CN 1333163A的專利在具體結構組成和形式上完全不同；(2)本專利技術專利屬于半潛船范疇，在任何載況和航態下均不能完全潛入水下，最大下潛至半潛狀態，保證極小的露出體積和水線面面積，進排氣口始終位于水面以上保證動力系統(燃氣輪機)正常工作，同時不具備潛艇所需的潛望鏡等設備，而公開號為CN 1333163A的專利為可完全潛入水下的潛水船，具備部分潛艇特點和設備；(3)本專利技術專利屬于輸運船舶，具有大尺度貨艙并無壓載水艙，能夠
只依靠水翼對各種貨物裝載和油水消耗情況下的航態進行調控，實現水面與半潛狀態的快速高效切換，而公開號為CN 1333163A的專利需借助壓載水保持重量恒定才能實現水面至水下狀態的轉換，不具備重型貨物運輸能力；(4)本專利技術專利在實現動力下潛的基礎上，為提高半潛狀態的航行性能，對主艇體及附體進行了相應的設計優化(如主艇體橫截面形式)，而公開號為CN 1333163A的專利的船體和附體多從助潛方面考慮，并未針對各航態(尤其半潛狀態)的性能做特別設計優化；(5)本專利技術專利所涉及的翼型結構均采用標準的NACA翼型，通過對各翼型尺寸、形狀、位置、組合關系和是否附帶襟翼進行設計，以構成各自具有明確功能的附體，而公開號為CN 1333163A的專利的水翼多采用特殊設計的剖面構型，結構與布置形式單一且多配有復數個襟翼，功能明顯具有重復性。
技術實現思路
本專利技術提供一種三角形截面動力增潛無壓載水半潛輸運艇，適用于半潛高速封閉運輸，具有優良快速性和耐波性，不依賴壓載水進行靈活航態控制，適合在高海況環境中“全海候”航行的翼型雜交復合艇型。本專利技術的目的是這樣實現的：包括主艇體、動力增潛系統和控制系統，所述主艇體包括等橫截面的平行中體和設置在等橫截面的平行中體兩端的進流段鈍狀流線型艏和去流段錐狀流線型艉，去流段錐狀流線型艉的端部還設置有泵噴推進器；所述動力增潛系統包括舷側固定負升力水平翼、可控主升力調節翼型組合附體和艉升力調節水平翼，舷側固定負升力水平翼對稱設置在等橫截面的平行中體的兩舷側，可控主升力調節翼型組合附體設置在等橫截面的平行中體的前部的下方，艉升力調節水平翼對稱設置在去流段錐狀流線型艉的兩側；所述控本文檔來自技高網...

【技術保護點】
三角形截面動力增潛無壓載水半潛輸運艇，其特征在于：包括主艇體、動力增潛系統和控制系統，所述主艇體包括等橫截面的平行中體和設置在等橫截面的平行中體兩端的進流段鈍狀流線型艏和去流段錐狀流線型艉，去流段錐狀流線型艉的端部還設置有泵噴推進器；所述動力增潛系統包括舷側固定負升力水平翼、可控主升力調節翼型組合附體和艉升力調節水平翼，舷側固定負升力水平翼對稱設置在等橫截面的平行中體的兩舷側，可控主升力調節翼型組合附體設置在等橫截面的平行中體的前部的下方，艉升力調節水平翼對稱設置在去流段錐狀流線型艉的兩側；所述控制系統包括變翼型截面前傾立柱、內傾輕質隱身上建、淺浸割劃水翼和艉可控垂直翼，變翼型截面前傾立柱設置在等橫截面的平行中體的中后部的上方，內傾輕質隱身上建安裝在變翼型截面前傾立柱，淺浸割劃水翼有兩個對稱設置在變翼型截面前傾立柱的兩側、且與水平面呈45度上反角，艉可控垂直翼豎直設置在去流段錐狀流線型艉上，艉可控垂直翼所在的方向與艉升力調節水平翼所在的方向垂直。

【技術特征摘要】
1.三角形截面動力增潛無壓載水半潛輸運艇，其特征在于：包括主艇體、動力增潛系統和控制系統，所述主艇體包括等橫截面的平行中體和設置在等橫截面的平行中體兩端的進流段鈍狀流線型艏和去流段錐狀流線型艉，去流段錐狀流線型艉的端部還設置有泵噴推進器；所述動力增潛系統包括舷側固定負升力水平翼、可控主升力調節翼型組合附體和艉升力調節水平翼，舷側固定負升力水平翼對稱設置在等橫截面的平行中體的兩舷側，可控主升力調節翼型組合附體設置在等橫截面的平行中體的前部的下方，艉升力調節水平翼對稱設置在去流段錐狀流線型艉的兩側；所述控制系統包括變翼型截面前傾立柱、內傾輕質隱身上建、淺浸割劃水翼和艉可控垂直翼，變翼型截面前傾立柱設置在等橫截面的平行中體的中后部的上方，內傾輕質隱身上建安裝在變翼型截面前傾立柱，淺浸割劃水翼有兩個對稱設置在變翼型截面前傾立柱的兩側、且與水平面呈45度上反角，艉可控垂直翼豎直設置在去流段錐狀流線型艉上，艉可控垂直翼所在的方向與艉升力調節水平翼所在的方向垂直。2.根據權利要求1所述的三角形截面動力增潛無壓載水半潛輸運艇，其特征在于：等橫截面的平行中體的長度為艇體總長的2/3、其截面形狀是正立圓角等腰三角形，正...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高良田，賴昱興，李想，白樂巍，宋衛國，郝浩浩，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23