技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种高速水面艇，具体地说是一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇。
相关背景技术
[0002] 高速水面艇以其速度快、机动性强等特点在海洋环境监测、海上突发事件处置和少量物资投送等方面已取得广泛应用。
[0003] 然而高速水面艇要保证较高速度的航行一方面需要强大的推进动力，另一方面还需要采取减阻措施。传统的高速水面艇一般采用滑行艇外形，速度提高后水动升力使艇体吃水减小，并在水面附近采用高速滑行的方式降低阻力。但是这种艇型对海况适应性差，耐波性低。采用传统优化方法虽然在一定程度上能够提高其适航性，但是无法得到质的改善。小水线面艇型兴波阻力小，耐波性能优异，尤其是航速提高后相对其它船型具有更小的阻力系数，应用越来越广泛。但是小水线面船型湿表面积很大，摩擦阻力在总阻力中占据很大比例，并随速度呈二次关系增长，对高速航行仍然是一个限制因素。
[0004] 因此，设计一种能够大幅降低航行阻力，并保证优良耐波性的高速水面艇是很有必要的。实用新型内容
[0005] 针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇。该高速水面艇基于小水线面船型，在潜体上采用通气空化减阻方法，具有低阻、耐波性好等特点。
[0006] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0007] 一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇，包括通气风扇、上层平台、支柱、推进段、潜体、边条及空化段，其中通气风扇安装在上层平台上，所述上层平台位于潜体的上方、并且通过支柱与潜体连接，推进段和空化段分别安装在潜体头部和尾部，所述推进段为水面艇提供推进动力，所述通气风扇为空化段提供气源，所述空化段通气后能够形成包覆潜体上下表面的空气泡。
[0008] 所述潜体两侧设有边条，所述边条向前延伸至所述空化段的头部，向后延伸至所述推进段的尾部。
[0009] 所述通气风扇通过两组通气管分别与所述空化段的上部和下部连通，两组通气管上分别设有上流量阀和下流量阀，两组通气管依次穿过支柱的内腔和潜体内腔。
[0010] 所述空化段包括空化器和前端盖，其中前端盖设置于所述潜体的头部，所述空化器安装在前端盖上，所述空化器内设有分别与两组通气管路连通的两个进气通道，所述空化器的上部和下部均设有多个通气孔。
[0011] 所述高速水面艇还包括前舵机及与所述前舵机连接的前稳定舵，所述前稳定舵设置于前端盖的外侧，所述前舵机置于所述潜体内、并且通过前舵机支架安装在前端盖上。
[0012] 所述推进段包括定子、推进壳体、推进电机、电机支架、后端盖、推进轴系及叶轮，其中推进壳体的两端分别设有进水口和出水口，所述后端盖设置于推进壳体的进水口端、并且与所述潜体的尾部连接，所述定子设置于推进壳体的出水口端，所述推进电机容置于所述潜体内、并且通过电机支架安装在后端盖上，所述推进轴系设置于所述推进壳体内、并且一端与所述推进电机的输出轴连接，所述推进轴系的另一端设有叶轮，所述叶轮容置于所述推进壳体出水口处，所述定子内部有使水直线喷出的导叶。
[0013] 所述高速水面艇还包括后舵机及与所述后舵机连接的后稳定舵，其中后稳定舵设置于所述后端盖的外侧，由所述后舵机驱动，所述后舵机容置于所述潜体内、并且安装在电机支架上。
[0014] 所述推进壳体上设有进水流道，所述进水流道的进水口突出推进壳体的表面，所述叶轮工作在所述进水流道的末端。
[0015] 所述推进轴系包括联轴器、轴套及轴，其中轴的一端通过联轴器与所述推进电机的输出轴连接，所述轴的末端安装所述叶轮，轴和轴套通过动密封配合，所述轴套固定在推进壳体上、并且与所述推进壳体之间为静密封。
[0016] 所述上层平台通过两个支柱分别与两个所述潜体连接，形成双体型艇身；所述空化段、潜体及推进段装配后表面均为纺锤流线体。
[0017] 本实用新型具有以下优点及有益效果：
[0018] 1.本实用新型基于小水线面船型而设计，航行过程中兴波阻力小，并具有优良的耐波性。
[0019] 2.本实用新型将通气空化减阻技术应用于高速水面艇潜体的减阻，减阻能力能够达到50％以上，为高速航行创造了条件。
[0020] 3.本实用新型采用带边条的潜体结构，将潜体表面的通气空泡割裂成上下两半，上下两部分通气量可控，通过改变上下通气量可以改变潜体上下半空泡内的压强，潜体上下表面的压强差值使潜体产生能够支撑水面艇重量的垂向力。
[0021] 4.本实用新型具有模块化的特点，将前稳定舵相关部件、通气空化等装置全部安装在前端盖上，将所有推进部件和后稳定舵相关部件安装到后端盖上，集成度高，便于装配和维护。
具体实施方式
[0032] 为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
[0033] 如图1-2所示，本实用新型提供的一种采用通气空化减阻方法的高速水面艇，包括通气风扇1、上层平台2、支柱3、推进段4、潜体5、边条6及空化段7，其中通气风扇1安装在上层平台2上，上层平台2位于潜体5的上方、并且通过支柱3与潜体5连接，推进段4和空化段7分别安装在潜体5头部和尾部，推进段4为水面艇提供推进动力，通气风扇1为空化段7提供气源，空化段7通气后能够形成包覆潜体5上下表面的空气泡。
[0034] 进一步地，潜体5两侧设有边条6，边条6向前延伸至空化段7的头部，向后延伸至推进段4的尾部。将潜体5的表面通过边条6将通气空泡割裂成上下两半，上下两部分通气量可控，通过改变上下通气量可以改变潜体5上下半空泡内的压强，潜体5上下表面的压强差值使潜体5产生能够支撑水面艇重量的垂向力。
[0035] 空化段7、潜体5及推进段4装配后表面为纺锤流线体。上层平台2通过两个支柱3分别与两个潜体5连接，形成双体型艇身。
[0036] 如图5所示，通气风扇1通过两组通气管分别与空化段7的上部和下部连通，两组通气管上分别设有上流量阀15和下流量阀14，两组通气管依次穿过支柱3的内腔和潜体5内腔。
[0037] 如图3-4所示，空化段7包括空化器10和前端盖11，其中前端盖11通过螺栓安装在潜体5的头部，并保证密封性能。空化器10安装在前端盖11上，空化器10内设有分别与两组通气管路连通的两个进气通道，空化器10的上部和下部均设有多个通气孔。
[0038] 进一步地，所述高速水面艇还包括前舵机12及与前舵机12连接的前稳定舵8，前稳定舵8设置于前端盖11的外侧，前舵机12置于潜体5内、并且通过前舵机支架13安装在前端盖11上，前稳定舵8通过前舵机12驱动。
[0039] 空化器10采用3D打印成型方法制造，上下各有一组互不连通的进气通道，空化器10安装在前端盖11上，安装后仍保证内部上下不连通。前舵机支架13和前端盖11上都有与空化器10上的通气孔连通的上下两组通孔。
[0040] 通气风扇1的后部有导流罩，导流罩上有若干可直插通气管的出气孔，与空化段7用上下两组通气管连通，连接过程中两组通气管需要穿过支柱3内腔、潜体5内腔和前舵机支架13上下两组通孔，连接后保证水密性，即水只能进入通气管而不能进入潜体5的内部。两组通气管上分别有上流量阀15和下流量阀14，能够控制通入空化器10上下通气孔的空气流量。
[0041] 如图6-7所示，推进段4包括定子16、推进壳体17、推进电机19、电机支架20、后端盖21、推进轴系22及叶轮23，其中推进壳体17的两端分别设有进水口和出水口，后端盖21设置于推进壳体17的进水口端、并且与潜体5的尾部连接，定子16设置于推进壳体17的出水口端，推进电机19容置于潜体5内、并且通过电机支架20安装在后端盖21上，推进轴系22设置于推进壳体17内、并且一端与推进电机19的输出轴连接，推进轴系22的另一端设有叶轮23，叶轮23容置于推进壳体17的出水口处。定子16内部有导叶，能够吸收叶轮23后水的旋转动能，使水直线喷出，提高推进效率。
[0042] 进一步地，所述高速水面艇还包括后舵机18及与后舵机18连接的后稳定舵9，其中后稳定舵9设置于后端盖21的外侧，后舵机18容置于潜体5内、并且安装在电机支架20上。后舵机18驱动后稳定舵9摆动，前稳定舵8和后稳定舵9能够控制水面艇的俯仰姿态。
[0043] 如图8所示，推进轴系22包括联轴器24、轴套25及轴26，其中轴26的一端通过联轴器24与推进电机19的输出轴连接，轴26的末端安装叶轮23，轴26和轴套25通过动密封配合，轴套25固定在推进壳体17上、并且与推进壳体17之间为静密封。
[0044] 推进壳体17上设有进水流道27，进水流道27的进水口突出推进壳体17的表面，叶轮23工作在进水流道27的末端。推进段4通过后端盖21上的螺栓孔安装到潜体5的尾部，并保证密封性能，推进壳体17安装在后端盖21上，与后端盖21之间为静密封。轴26和轴套25之间采用动密封措施，保证水无法进入潜体5内。叶轮23、定子16和推进壳体17采用3D打印成型方法制造，满足复杂外形的生成需求。
[0045] 如图9所示，本实用新型在水面附近航行的状态示意图。水面艇航速提高后，通气风扇1开始工作，将空气通过上下两组通气管压入空化段7，空气在空化器10的上下通气孔溢出，形成包覆潜体5的空泡，大幅降低潜体的阻力。潜体5两侧的边条6将空泡割裂成上下两部分，并且两部分互不连通。上下两组通气管上的流量阀控制通入空化器上下通气孔的空气量，保证下部空泡压强大于上部空泡压强，潜体5上下表面的压强差形成支撑水面艇重量的垂向力。通气过程中，保证下部通气空泡边界位于推进段4上的进水口以上，避免空气进入推进段4的叶轮23，导致推力和推进效率下降。高速水面艇航行过程中，前后稳定舵控制水面艇的俯仰姿态，保证水面艇能够稳定航行，并使水线位于支柱中部位置，既能降低兴波阻力又能提高水面艇的耐波性。
[0046] 本实用新型可在潜体表面形成上下半空泡，通过控制潜体上下通气量控制潜体上下表面空泡内压差，可大幅降低航行阻力并具备支撑水面艇重量的垂向力。本实用新型将通气空化减阻技术应用于高速水面艇潜体的减阻，减阻能力能够达到50％以上，为高速航行创造了条件。
[0047] 以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。
