專(zhuān)利名稱(chēng)：具有端板的有翼氣墊飛機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有翼氣墊飛機(jī)(WIG)，更具體涉及在水上飛行的具有端板的WIG。
已提出幾個(gè)大的WIG設(shè)計(jì)，但還沒(méi)有建成。這些計(jì)劃在兩個(gè)報(bào)告中概述，由Peter J.Mantle撰寫(xiě)的“氣墊飛機(jī)的發(fā)展(第一修訂版)”(DTNSRDC報(bào)告80/012(4727修訂)1980.1)(下文稱(chēng)為Mantle報(bào)告)，和“水翼船研究”(遠(yuǎn)景研究計(jì)劃?rùn)C(jī)構(gòu)，9/30/94) (下文稱(chēng)為ARPA報(bào)告)。
因?yàn)榈孛娴母叨茸兓艽?，因此通常在水上飛行WIG。現(xiàn)有的所有WIG以預(yù)期的遇到的最高波浪加上安全余量的高度完全在水上飛行。這是因?yàn)樵诤剿傧聦?dǎo)致的極端高的波沖擊力。ARPA報(bào)告斷定設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)和飛行任務(wù)負(fù)載來(lái)承受巨大波的沖擊可能是不實(shí)際的。
ARPA報(bào)告還斷定隨著端板在水上的高度誘導(dǎo)阻力增加和動(dòng)力強(qiáng)化壓頭(Power Augmented Ram)(PAR)提升減小。PAR引導(dǎo)從發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的射流來(lái)在較低速度下提供附加提升力，該發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)翼下正前方。由于這個(gè)原因，WIG端板穿過(guò)波浪是有優(yōu)點(diǎn)的，以便在端板底端和水之間的波谷處沒(méi)有間隙。由于認(rèn)為設(shè)計(jì)波刺穿端板是不可能的，現(xiàn)有技術(shù)還沒(méi)有利用以上優(yōu)點(diǎn)，該端板(i)在水中有足夠低的阻力并且(ii)在所設(shè)計(jì)的航速的預(yù)定偏航角下是穩(wěn)定的。
結(jié)果，現(xiàn)有WIG的端板常常類(lèi)似于高速賽艇的船體形狀，其中一些包括減小起飛時(shí)水摩擦力的措施。由于這些設(shè)計(jì)仍然相對(duì)較厚，會(huì)導(dǎo)致在航速下的嚴(yán)重波浪沖擊壓力及高阻力。因此，將這些端板設(shè)計(jì)成不低于WIG機(jī)身的最低部分。結(jié)果常常在機(jī)翼頂端或端板與每個(gè)波浪的波谷之間存在比波高更大的空氣間隙。這限制了它們減小誘導(dǎo)阻力的能力。典型的俄式飛機(jī)的提升力/阻力的比率大約為18∶1，即使對(duì)5000噸的非長(zhǎng)大的飛機(jī)，ARPA報(bào)告研究也不能明顯地改善這個(gè)數(shù)字(在已經(jīng)進(jìn)行要求的改變以得到該研究提出的更長(zhǎng)的范圍之后)。由于這些提升力/阻力的比率幾乎等于由飛機(jī)所得到的比率，可以理解為何WIG還沒(méi)有商業(yè)化。
已達(dá)到成熟技術(shù)最高水平的WIG結(jié)構(gòu)是俄國(guó)的“ekranoplan”。這在ARPA報(bào)告中有進(jìn)一步論述?！癳kranoplan”結(jié)構(gòu)的典型例子在Russian Orlyonok中有具體描述，如

圖1(a)至圖1(c)所示。在這種已有技術(shù)的WIG中，扇渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)1位于機(jī)身2的兩側(cè)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)1用來(lái)在起飛和降落過(guò)程中使翼下噴吹PAR來(lái)增加機(jī)翼3的提升力，從而減小起飛和降落速度。渦輪推動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)4為航行提供有效推動(dòng)力。水平穩(wěn)定器5控制俯仰力矩。可降低下水翼6(圖示為它的下降位置)來(lái)減小著陸時(shí)的機(jī)身沖擊壓。端板7幫助保持機(jī)翼3下的壓力以在起飛和降落過(guò)程中提供增大的PAR提升力。因?yàn)槎税?不延伸至機(jī)身2的最低部分之下，在端板7和水面9之間的有效空氣間隙8不小于機(jī)身2的最低部分與水面9之間的間隙10。因而限制了端板7減小誘導(dǎo)阻力的能力。
圖2(a)和2(b)顯示Orlyonok WIG的已有技術(shù)的厚端板7的側(cè)視圖和平面圖。在起飛和降落時(shí)，這些端板7設(shè)計(jì)成在水面9上滑行，同時(shí)機(jī)翼2仍由水面9支撐。端板底表面上的階梯12幫助這種滑行動(dòng)作。邊13設(shè)計(jì)用于減小空氣阻力。
Mantle報(bào)告第411頁(yè)已披露美國(guó)海軍在他們的PAR WIG模型試驗(yàn)中使用的較薄的端板。這些端板設(shè)計(jì)用于刺穿水波，但是在適度偏航角以航速飛行時(shí)是不穩(wěn)定的。雖然，這些端板沒(méi)有失敗，而當(dāng)以高速穿過(guò)水波時(shí)相對(duì)厚的機(jī)翼前緣和機(jī)身前部將使這些端板阻力非常高。
在WH Barkley題目為“穿過(guò)水面的機(jī)翼端板的力學(xué)和噴射特性”(普通動(dòng)力學(xué)/Convair報(bào)告GD/C-64-100，1964.4)的報(bào)告(下文稱(chēng)為Barkley報(bào)告)中，披露了具有不同飛機(jī)前端和側(cè)面結(jié)構(gòu)的四個(gè)薄的端板。這種結(jié)構(gòu)的模型在船模試驗(yàn)水池中進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定提升力、阻力、側(cè)力。當(dāng)按比例增加端板結(jié)構(gòu)至全尺寸大小時(shí)，在Barkley設(shè)計(jì)中的阻力驚人地高。Barkley報(bào)告設(shè)計(jì)試驗(yàn)的三個(gè)傾斜底部允許大的空氣間隙，因此導(dǎo)致誘導(dǎo)阻力的增加。
圖3(a)、3(b)和3(c)是如Barkley報(bào)告中所披露的已有技術(shù)的薄端板14的側(cè)視圖、平面圖和放大的局部圖，與美國(guó)海軍參考Mantle報(bào)告所作的試驗(yàn)中使用的模型相似。如圖3(c)所示，這些已有技術(shù)的薄端板14具有圓形前端15和平行邊16。Mantle報(bào)告第414頁(yè)認(rèn)為這種平行邊、圓前端的端板14以航速飛行時(shí)在結(jié)構(gòu)上是失敗的。然而，具有平行邊圓前端15的端板14可通過(guò)增加相對(duì)于其厚度的寬度而變得穩(wěn)定。得到的相對(duì)厚的前端15和機(jī)身不用于超空穴的設(shè)計(jì)，并且在高速下產(chǎn)生不滿(mǎn)意的大超空穴，從而導(dǎo)致過(guò)大的阻力。
圖4(a)至圖4(c)描述了Barkley報(bào)告中所述的普通動(dòng)力學(xué)/Convair4號(hào)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼晥D、平面圖和側(cè)視圖。這些端片板55的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)端板單獨(dú)處于適度偏航時(shí)(運(yùn)行No.5模型)，側(cè)力小。然而，當(dāng)一定偏航角和波動(dòng)組合時(shí)(運(yùn)行No.6模型)，則經(jīng)受高側(cè)力。從而該端板55必須很厚以抵抗導(dǎo)致高阻力的側(cè)力。
Barkley報(bào)告中試驗(yàn)的No.4端板模型具有如下尺寸厚度1″(25mm)，工作厚度4″(100mm)，弦長(zhǎng)2′(610mm)。按比例增加到厚度為144″(3.7m)，該尺寸為厚度36″(914mm)，厚度144″(3.7m)，弦長(zhǎng)72′(33m)。這種端板的強(qiáng)度可能是足夠的，但大的厚度將產(chǎn)生過(guò)大的阻力。
在J.W.Moore的論文中，包括“動(dòng)力強(qiáng)化壓頭機(jī)翼氣墊飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)研究”(AIAA論文第78-1466頁(yè)，加利福尼亞州洛杉磯，1978.8)(下文稱(chēng)為Moore報(bào)告)，提出了如圖5(a)至圖5(c)所示的并基于Barkley報(bào)告的No.4模型的端板。由于高阻力，這些端板57設(shè)計(jì)成大部分時(shí)間在水上運(yùn)行，除了受每1/1000波峰沖擊分別至對(duì)應(yīng)于海況3、4的厚度0.63′(192mm)和1.4′(427mm)。在浸沒(méi)深度為1.4′(427mm)以及偏航角分別為0°和10°時(shí)，每個(gè)端板57的阻力計(jì)算為687,000lbs(3.06MN)和1,148,000lbs(5.11MN)。對(duì)兩個(gè)端板57，在0°偏航角的總阻力為1,374,000lbs(6.112MN)，在10°偏航角總阻力為2,296,000lbs(10.21MN)，等效于整個(gè)WIG總重量的88％和147％(對(duì)于浸沒(méi)深度僅為1.4′(427mm)而言)。這種極高的阻力是由厚的楔形前端58造成的，選擇這樣的前端當(dāng)沖擊每1/1000波峰時(shí)“以確保沿端板長(zhǎng)度的非附加流動(dòng)”。由于阻力足以拉下WIG，因此端板57不設(shè)計(jì)成并且連續(xù)浸沒(méi)在波谷的厚度是完全不實(shí)際的。此外，Moore斷定在海況4下，在浸沒(méi)深度為4.3′(1300mm)且速度為265節(jié)(136m/s)，偏航的高側(cè)力會(huì)產(chǎn)生端板57的結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤。
以上討論的已有技術(shù)的端板如果浸沒(méi)在水中，一般具有非常高的阻力特性并且缺乏穩(wěn)定性。
在另外兩個(gè)報(bào)告中，即P.R.Ashill的“關(guān)于氣墊機(jī)翼的最小誘導(dǎo)阻力”(The Aeromautical Quarterly，Royal Aeronautical Society，英國(guó)倫敦，1970.8)(下文稱(chēng)為Ashill報(bào)告)，和“氣墊機(jī)單翼和低縱橫比串翼風(fēng)洞研究”(Lockheed，加利福尼亞州，1964.3)(下文指Lockheed報(bào)告)，表明在機(jī)翼各端的附加的垂直板可用來(lái)減小或消除該誘導(dǎo)阻力。
Ashill指出當(dāng)l/b→h/b時(shí)，誘導(dǎo)阻力→0(此處l＝由在1/4弦點(diǎn)(chordpoint)的機(jī)翼底邊到端板底端的距離，h＝從在1/4弦點(diǎn)的機(jī)翼底端到地面之間的距離，b＝機(jī)翼的跨距)。這個(gè)結(jié)論可通過(guò)Lockheed報(bào)告的圖17、18所的結(jié)果的以下推論得到證明，此處在表1和表2中再現(xiàn)它們C1＝提升力系數(shù)，L/D＝提升力/阻力比率，AR＝機(jī)翼縱橫比，h＝端板底端與地面之間的距離，S＝機(jī)翼面積，O.G.E.＝地面效應(yīng)的2維測(cè)試結(jié)果。 表1.平端板，AR＝4，端板厚度＝0.15弦

表2.仿形端板，AR＝4，端板厚度＝0.15弦這些數(shù)字說(shuō)明，對(duì)于較小的

值，誘導(dǎo)阻力/(

)≈常數(shù)。這樣，當(dāng)h趨于零時(shí)誘導(dǎo)阻力趨于零。
應(yīng)用這種觀點(diǎn)可有效提高基本結(jié)構(gòu)的高度以避免它與水波沖擊。這樣，如果端板設(shè)計(jì)具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并具有足夠小的拉力以浸在水中飛行，就可實(shí)現(xiàn)具有誘人表現(xiàn)的WIG。
從廣義上說(shuō)，本發(fā)明提供了一種有翼氣墊飛機(jī)，具有如下的機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)相對(duì)的機(jī)翼頂端部分和一對(duì)超空穴端板，每個(gè)端板從各自所述機(jī)翼頂部向下延伸至機(jī)身下部，機(jī)翼結(jié)構(gòu)適于水上飛行中浸沒(méi)在水中，每個(gè)端板具有近端的底部，遠(yuǎn)端的頂部，前部，包括限定前緣和適于在端板的每個(gè)側(cè)邊和端板掠過(guò)的水面之間產(chǎn)生超空穴的前端，在使用中，0°偏航角的條件下以設(shè)計(jì)航速飛行，所述浸于水中的端板到達(dá)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度；和終止于后緣的后部，其中每個(gè)端板向前部分中至少有一部分相對(duì)于各自機(jī)翼頂部側(cè)向固定，通過(guò)水流過(guò)使用的該端板，每個(gè)端板的機(jī)翼后緣相對(duì)于各自機(jī)翼頂部為側(cè)向可排水的。
優(yōu)選的，每個(gè)端板繞著在端板的翼展方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地安裝，每個(gè)端板的前部橫向固定在旋轉(zhuǎn)軸處。
氣墊飛機(jī)的機(jī)翼可進(jìn)一步包括活動(dòng)地控制端板繞各自的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的裝置。
在替代的形式中，固定每個(gè)端板的前部，而每個(gè)端板的后部繞著端板的翼展方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)安裝。
優(yōu)選的，在設(shè)計(jì)航速下，每個(gè)端板的旋轉(zhuǎn)軸位于端板壓力的流體動(dòng)力中心的前部，該端板浸入水中到設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度。
優(yōu)選的，每個(gè)端板的旋轉(zhuǎn)軸位于前緣之后小于0.25倍端板弦長(zhǎng)，在端板底部和頂端中間的翼展位置。
在替代的形式中，固定每個(gè)端板的前部，端板的前部是可側(cè)向彎曲的，并設(shè)置在各自前部上。
優(yōu)選的，在設(shè)計(jì)航速下每個(gè)端板的后部延長(zhǎng)端板壓力的流體動(dòng)力中心的前部，該端板浸入水中到設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度。
優(yōu)選的，在端板底部和頂端中間的翼展位置上，每個(gè)端板后部的弦長(zhǎng)具有至少0.75倍的端板弦長(zhǎng)。
在另一主要形式中，本發(fā)明提供了一種有翼氣墊飛機(jī)，具有如下的機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)相對(duì)的機(jī)翼頂端部分和一對(duì)超空穴端板，每個(gè)端板從各自所述機(jī)翼頂部向下延伸至機(jī)身下部，機(jī)翼結(jié)構(gòu)適于水上飛行中浸沒(méi)在水中，每個(gè)端板具有近端的底部，遠(yuǎn)端的頂部，前部，包括限定前緣和適于在端板的每個(gè)側(cè)邊和端板掠過(guò)的水面之間產(chǎn)生超空穴的前端，在使用中，0°偏航角的條件下以設(shè)計(jì)航速飛行，所述浸于水中的端板到達(dá)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度，終止于后緣的后部，和在前部的每個(gè)相對(duì)邊上的突起，該突起位于所述前端的后部和其較低部位上，以使水排在超空穴的外面，當(dāng)端板相對(duì)于掠過(guò)端板的水面偏航時(shí)該突起在端板的上游一側(cè)和/或當(dāng)端板浸入厚度超過(guò)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度時(shí)該突起在端板的兩側(cè)，每個(gè)突起在翼展方向延伸并具有設(shè)計(jì)成在水上飛行時(shí)可產(chǎn)生穩(wěn)定力矩的前表面，所述較低部位的長(zhǎng)度在翼展方向上至少與端板的設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度相等。
而在另一主要形式中，本發(fā)明提供了一種有翼氣墊飛機(jī)，具有如下機(jī)翼結(jié)構(gòu)相對(duì)的機(jī)翼頂端部分和一對(duì)超空穴端板，每個(gè)端板從各自所述機(jī)翼頂部向下延伸至機(jī)身下部，機(jī)翼結(jié)構(gòu)適于水上飛行中浸沒(méi)在水中，每個(gè)端板具有近端的底部，遠(yuǎn)端的頂部，前部，包括限定前緣和適于在端板的每個(gè)側(cè)邊和端板掠過(guò)的水面之間產(chǎn)生超空穴的前端，在使用中，0°偏航角的條件下以設(shè)計(jì)航速飛行，所述浸于水中的端板到達(dá)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度；和終止于后緣的后部，其中，在前端最底1200mm上，該前端的平均寬度不大于0.006倍的弦長(zhǎng)，在弦向測(cè)量的平均厚度不大于0.83倍的該前端平均寬度。
每個(gè)端板的前端為沿翼展方向延伸的一般形式的三棱柱形。
優(yōu)選的，每個(gè)端板的前部向前端逐漸變細(xì)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)端板的前端基本是平的，并在基本上垂直于端板的弦向的平面中。
優(yōu)選的，端板前端的寬度滿(mǎn)足以下公式gHL8.8V2≤h≤10(gHL8.8V2)]]>其中h＝前端寬度，g＝重力加速度，H＝所述端板的設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度，L＝所述端板弦長(zhǎng)，V＝飛機(jī)設(shè)計(jì)速度。
優(yōu)選的，每個(gè)超空穴的長(zhǎng)度在從所述端板頂部設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度的50％以?xún)?nèi)在基本上所有翼展位置小于5倍的所述弦長(zhǎng)。
優(yōu)選的，在所述前端最底1200mm上，所述前端的平均寬度不大于0.006倍的所述弦長(zhǎng)，在弦向測(cè)量的平均厚度不大于0.83倍的所述前端平均寬度。
每個(gè)所述端板在所述前部的每個(gè)相對(duì)側(cè)面設(shè)置突起，該突起位于端板的較低部位和所述前端的后部，當(dāng)所述端板相對(duì)于掠過(guò)所述端板的所述水面偏航時(shí)，該突起使水排在端板上游側(cè)面上的所述超空穴的外面，每個(gè)所述突起在翼展方向延伸，并具有構(gòu)造成在接觸水面時(shí)可產(chǎn)生穩(wěn)定力矩的前表面，所述較低部位的長(zhǎng)度在翼展方向上至少與端板的設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度相等。
每個(gè)所述突起可以是在所述端板中相互作用的位置和超出所述端板突起的延伸位置之間可構(gòu)成的活葉的方式，以接觸排出所述空穴的所述水面。
在替代的形式中，每個(gè)所述突起是固定的。
優(yōu)選的，每個(gè)所述突起具有面向所述前緣有凹形前表面。
每個(gè)所述端板可設(shè)置可縮進(jìn)的翼前緣裝置，其寬度比所述前端大，所述前緣裝置可沿所述前緣延伸并位于其上。
優(yōu)選的，每個(gè)所述端板的所述前緣裝置具有基本平的前表面，該表面在基本垂直于所述端板的弦向的平面中。
優(yōu)選的，每個(gè)所述端板在所述頂部朝所述飛機(jī)中心向內(nèi)彎曲。
優(yōu)選的，每個(gè)所述端板從所述底部到所述頂端的厚度逐漸變小。
優(yōu)選的，每個(gè)所述端板的所述后緣逐漸變細(xì)。
每個(gè)所述端板可設(shè)置固定于端板的所述后部較低部位上的多個(gè)楔形部件，在所述翼展方向上所述較低部位的長(zhǎng)度至少與端板的設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度相等。
當(dāng)在弦向觀察時(shí)，每個(gè)所述端板的所述遠(yuǎn)端頂部在所述后緣處比在所述所述前緣處低。
每個(gè)所述端板的前部在所述端板相對(duì)邊可設(shè)置一對(duì)支柱，并且每個(gè)支柱第一末端固定于各自所述機(jī)翼上，其第二末端向所述頂部固定于所述端板。
優(yōu)選的，每個(gè)所述支柱的第一末端向著各自端板底部相對(duì)于所述機(jī)翼為可移位的。
優(yōu)選的，每個(gè)所述端板的所述前部在所述突起的前部設(shè)置通過(guò)其厚度方向延伸的縫隙。
每個(gè)所述端板的所述前緣向后傾斜。
每個(gè)所述端板的所述前緣可放置在所述端板底部的各自所述機(jī)翼的前緣的前部。
每個(gè)所述端板可縮進(jìn)地相對(duì)所述機(jī)翼頂部安裝，從而可使所述端板上升。
優(yōu)選的，每個(gè)所述端板通過(guò)緊固裝置安裝在各自所述所述機(jī)翼頂部，該緊固裝置設(shè)計(jì)成以預(yù)定負(fù)載分離。
每個(gè)所述端板通過(guò)暴露的螺栓安裝在各自所述機(jī)翼頂部。
替代地，每個(gè)所述端板的較低部可構(gòu)成為當(dāng)在所述較低部的預(yù)定負(fù)載碰撞時(shí)可從各自所述端板的上部分離。
這種機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)可構(gòu)成飛翼結(jié)構(gòu)。
每個(gè)所述端板的所述底部可以之間的狹縫放置在相應(yīng)的所述機(jī)翼頂部的外側(cè)并與之相鄰，其中密封條跨越在所述端板底部和所述機(jī)翼頂部之間的所述狹縫向著機(jī)翼頂部的上表面。
圖1(b)是圖1(a)中WIG的側(cè)視1(c)是圖1(a)中WIG的平面圖。
圖2(a)是圖1(a)中WIG端板的側(cè)視圖。
圖2(b)是圖2(a)中端板的橫截面視圖。
圖3(a)是根據(jù)Barkley報(bào)告已有技術(shù)中端板的側(cè)視圖。
圖3(b)是圖3(a)中端板的橫截面視圖。
圖3(c)是圖3(a)中端板的放大的局部橫截面視圖。
圖4(a)是根據(jù)Barkley報(bào)告4號(hào)模型的已有技術(shù)的端板的正視圖。
圖4(b)是圖4(a)中端板的翻轉(zhuǎn)平面圖。
圖4(c)是圖4(a)中端板的側(cè)視圖。
圖5(a)是根據(jù)Moore報(bào)告的已有技術(shù)的端板的正視圖。
圖5(b)是圖5(a)中端板的翻轉(zhuǎn)平面圖。
圖5(c)是圖5(a)中端板的側(cè)視圖。
圖6(a)是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例WIG的正視圖。
圖6(b)是圖6(a)WIG的側(cè)視圖。
圖6(c)是圖6(a)WIG的平面圖。
圖7(a)是圖6(a)中WIG端板的橫截面視圖。
圖7(b)是圖7(a)端板和相鄰機(jī)翼結(jié)構(gòu)的局部正視圖。
圖7(c)是圖7(b)的端板和機(jī)翼結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖7(d)是圖7(a)端板后部的局部橫截面視圖。
圖8是圖7(a)端板的放大局部橫截面視圖。
圖9是平形前端的端板的局部橫截面視圖，描述在偏航情況下的阻力。
圖10是圓形前端端板的局部橫截面視圖，描述在偏航情況下的阻力。
圖11是描述全部浸濕及超空穴端板阻力比速度圖。
圖12(a)是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的端板的局部正視圖。
圖12(b)是圖12(a)的端板在截面AA處的橫截面視圖。
圖12(c)是圖12(a)的端板在截面BB處的橫截面視圖。
圖12(d)是圖12(a)的端板在截面CC處的橫截面視圖。
圖12(e)是各種端板前部的局部橫截面視圖。
圖13是彎曲端板示意平面圖。
圖14是圖12(a)產(chǎn)生前緣空穴的橫截面視圖。
圖15(a)是具有支柱的端板和相鄰機(jī)翼結(jié)構(gòu)的局部正視圖。
圖15(b)是圖15(a)的側(cè)視圖。
圖16(a)是具有前緣裝置的端板側(cè)視圖。
圖16(b)是圖16(a)的端板的局部橫截面視圖。
圖17(a)是具有活葉的端板的局部橫截面視圖。
圖17(b)是圖17(a)的端板的側(cè)視圖。
圖18(a)是具有固定突起的端板的局部橫截面視圖。
圖18(b)是圖18(a)的端板的側(cè)視圖。
圖19(a)是端板支撐結(jié)構(gòu)的橫截正視圖，在旋轉(zhuǎn)軸前部的部分的剖面。
圖19(b)是圖19(a)結(jié)構(gòu)的局部橫截正視圖，在旋轉(zhuǎn)軸后部的剖面。
圖19(c)是圖19(b)結(jié)構(gòu)部分的橫截側(cè)視圖。
圖20(a)是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的飛翼平面圖。
圖20(b)是圖20(a)飛翼的正視圖。
圖20(c)是圖20(a)飛翼的側(cè)視圖。
圖21(a)是另一飛翼的正視圖。
圖21(b)是圖21(a)飛翼的側(cè)視圖。
圖22是另一端板前端的放大的局部橫截面視圖。
在圖7(a)至7(c)的平面圖、正視圖、側(cè)視圖中描述了根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的端板17。端板的前部30包括限定端板的前緣20的前端28。構(gòu)造前端28以在端板浸沒(méi)時(shí)使用在端板的每個(gè)側(cè)邊和掠過(guò)端板17的水26之間產(chǎn)生充滿(mǎn)空氣的空穴25。這個(gè)空穴25對(duì)水面是打開(kāi)的，并因此從水面9上通有空氣。前端28如此構(gòu)造以便當(dāng)處于0°偏航條件(相對(duì)水流0°偏航)在設(shè)計(jì)航速下超空穴，此時(shí)端板浸入水中達(dá)到設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度。因此產(chǎn)生超空穴25，它是在端板長(zhǎng)度上向后延伸形成的空穴，從而形成殼體形。由于端板的兩邊與空穴外的水之間不接觸，在水26與端板17之間不存在摩擦阻力或偏差側(cè)力。在本說(shuō)明書(shū)上下文中，空穴基本上在整個(gè)端板長(zhǎng)度上延伸，但浸濕后緣仍形成超空穴。
超空穴的端板17的輪廓阻力與空穴25的大小成比例。為使輪廓阻力最小，因此應(yīng)設(shè)計(jì)端板17，使空穴25不大于端板17。隨之產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題當(dāng)端板17有明顯的偏航角時(shí)，空穴25的后部27將移到一側(cè)，使水26撞擊到端板17的后部23。這將在端板的上游側(cè)產(chǎn)生大側(cè)力，結(jié)果端板需要設(shè)計(jì)具有足夠的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度以承受這些力。這導(dǎo)致了如已有技術(shù)中的非常厚和堅(jiān)硬的端板結(jié)構(gòu)。厚端板結(jié)構(gòu)要求導(dǎo)致大的阻力，以致不能實(shí)現(xiàn)真正的阻力減小的益處。
在偏航下空穴25的后部27的移動(dòng)使空穴25外的水26撞擊到端板，這也導(dǎo)致端板17與水26之間的摩擦阻力。當(dāng)水26與端板后部23接觸時(shí)所導(dǎo)致的附加阻力隨作用在端板17上的側(cè)力而增加。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)構(gòu)造該端板克服了這些問(wèn)題利用水流過(guò)端板，端板17的后緣22可相對(duì)于機(jī)翼頂部側(cè)向移動(dòng)，同時(shí)端板17的前部的至少一部分是側(cè)向固定的。這提供風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，當(dāng)端板趨于偏航時(shí)，流過(guò)端板上游側(cè)面的水給予端板后部27的側(cè)力，端板后部27與空穴25外的水26接觸，使端板后緣22向空穴25的中心遷移，端板后部27與水流保持一致。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)將端板17繞著在端板翼展方向上延伸的旋轉(zhuǎn)軸P可旋轉(zhuǎn)地安裝提供后緣22的側(cè)向移動(dòng)。端板的前部相應(yīng)地側(cè)向固定在旋轉(zhuǎn)軸P，以使端板以風(fēng)向標(biāo)相同的方式旋轉(zhuǎn)。
在設(shè)計(jì)航速下，端板旋轉(zhuǎn)軸P應(yīng)設(shè)置在端板壓力的流體力學(xué)中心的前部，該端板浸沒(méi)到設(shè)計(jì)厚度，水以偏航角流動(dòng)。當(dāng)速度足夠低以致使整個(gè)端板17長(zhǎng)度浸濕時(shí)，將出現(xiàn)壓力中心的最前端位置，這樣就不生成空穴。對(duì)于這種完全浸濕條件，壓力的中心一般常常是在0.25倍的端板前緣20的端板弦長(zhǎng)后更遠(yuǎn)的后部(除非端板的后部比端板前部更長(zhǎng)，而且相應(yīng)浸沒(méi)得更深)。因此如果旋轉(zhuǎn)軸P在這點(diǎn)之前，比如說(shuō)0.2倍的前緣之后弦長(zhǎng)處，端板17在所有速度下將風(fēng)向標(biāo)而不受由于偏航產(chǎn)生的大的邊緣負(fù)載。如果假定端板17為剛性的，就將不會(huì)引起偏差。如果端板繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)飛行控制操作裝置有效控制的，對(duì)于一些飛行條件，旋轉(zhuǎn)軸P可位于壓力流體力學(xué)中心的后部。
替代的解決方案是將端板17的前部固定，而使后部繞旋轉(zhuǎn)軸P轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝，而不是使整個(gè)端板17繞旋轉(zhuǎn)軸P轉(zhuǎn)動(dòng)。
作為旋轉(zhuǎn)端板的后部或整個(gè)端板的可選擇的方案，可將端板的前部與可側(cè)向彎曲的后部固定，并安裝到端板的前部。如果端板后部是彈性的，端板后部的較低浸沒(méi)區(qū)能稍微“給出”，而不需旋轉(zhuǎn)端板17到如它是剛性的相同程度，或完全不需旋轉(zhuǎn)端板。這種“給出”使端板后部與水流保持一致，減小作用于端板的側(cè)力和產(chǎn)生的阻力。當(dāng)偏航角減小時(shí)，彈性端板17也使用它存儲(chǔ)的能量來(lái)重新排列(realign)。在完全依賴(lài)端板后部的彈性來(lái)減小側(cè)力的實(shí)施例中，優(yōu)選的是至少端板后部的75％為彈性的，留下端板前面25％固定。
在更深處厚度的增加的水壓產(chǎn)生較窄的空穴25，這需要更薄的端板。從底部33到頂端19逐漸變細(xì)的端板17幫助得到上述的端板前部的所需彈性。端板17的前緣20可以是垂直的或向后傾斜(如圖7(c)中傾斜的前緣20A的剖面圖所描述的)以降低的噴散角(spray angle)并增加該前緣的穩(wěn)定性。
在端板17的向內(nèi)側(cè)面和向外面對(duì)側(cè)面之間存在著是由機(jī)翼結(jié)構(gòu)3產(chǎn)生的提升力所引起的壓差。因此優(yōu)選地，特別是如果端板后部如上所述為彈性的，在前緣和后緣20、22和在端板頂端19處該端板朝飛機(jī)中心向內(nèi)彎曲。端板17也向著前緣和后緣20、22逐漸變細(xì)。
海面平靜沒(méi)有風(fēng)時(shí)，WIG飛行在一定高度使得端板底端19稍稍低于水26的表面9。重力引起空穴底部從前緣20到后緣22上升。端板頂端19在后緣22處可比在前緣20更深而加劇這種效應(yīng)，使得端板后部的較低區(qū)域常比前部較低區(qū)域與水更多接觸。這使壓力的流體動(dòng)力學(xué)中心向旋轉(zhuǎn)軸P的后部進(jìn)一步移動(dòng)，以致端板17旋轉(zhuǎn)并使自身與水流一致。
如圖7(c)和7(d)所示，端板可設(shè)置固定于端板后部23較低區(qū)域中的多個(gè)楔形部件32，當(dāng)端板浸入到設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度時(shí)，這些部件是浸沒(méi)的。當(dāng)端板可能隨增大的風(fēng)和波浪的作用出現(xiàn)增加偏航角時(shí)，這些楔形32協(xié)助風(fēng)向標(biāo)穩(wěn)定作用。這使空穴25的后部27從一側(cè)向另一側(cè)移動(dòng)，以致水撞擊在楔形32。這些楔形32引導(dǎo)水離開(kāi)端板17的側(cè)面，從而保持超空穴。由于與水接觸在楔形上產(chǎn)生的橫向力再次使端板17繞旋轉(zhuǎn)軸P旋轉(zhuǎn)(或在具有彈性后部的固定端板實(shí)施例中使后部具有彈性)，以致端板17再次使自身與水流和空穴25的中心保持一致。雖然楔形32導(dǎo)致了輪廓阻力，但發(fā)現(xiàn)如果WIG的速度大于100節(jié)(51m/s)浸入深度為12′(3660mm)，則總阻力比平靜水面的阻力小。由于與平靜水面相比楔形32導(dǎo)致了額外的空氣阻力，這些楔形32不應(yīng)覆蓋端板17的整個(gè)表面，而僅覆蓋與水接觸的后部23的較低區(qū)域。
利用上述機(jī)理提供風(fēng)標(biāo)穩(wěn)定效應(yīng)，當(dāng)偏航時(shí)，至少端板17的后部23與水流保持一致，嚴(yán)重的側(cè)力、機(jī)械故障和大部分水/端板摩擦阻力減小了。
以上被動(dòng)的風(fēng)向標(biāo)型機(jī)理是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，如果需要的話(huà)，現(xiàn)代的傳感器，計(jì)算機(jī)和水力學(xué)能使端板17與水流有效地保持一致。如上所討論的，如果旋轉(zhuǎn)軸距后部太遠(yuǎn)以致在某個(gè)較低速度下不能提供被動(dòng)風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，這是特別適合的。
如圖1(a)至1(c)和6(a)至6(c)所示的商業(yè)基本設(shè)計(jì)的WIG具有大于150節(jié)(77m/s)的設(shè)計(jì)航速。在這些相對(duì)高的速度下，有多個(gè)前端形狀，當(dāng)端板浸入至設(shè)計(jì)深度(對(duì)于海況4，一般從大約4英尺(1220mm)直至大約13英尺(4000mm))時(shí)，這些前端將產(chǎn)生超空穴25，這些形狀包括凹面，凸面，楔形，半圓形，拋物線(xiàn)形，橢圓形，圓弧形和許多其他形狀。這些形狀的任何一個(gè)形狀都能產(chǎn)生超空穴，但優(yōu)選的前端形狀是如圖8所示的平的前端28，位于垂直于端板的弦向的平面中。
參照?qǐng)D9，平前端28可顯示為流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定。當(dāng)具有平前端28的端板在偏航角α的情況下，作用于前端的壓力的流體動(dòng)力學(xué)的中心朝前端28的上游側(cè)移動(dòng)。所導(dǎo)致的阻力D垂直于前端28的平表面作用，提供繞重心(CG)的中心(和旋轉(zhuǎn)端板的旋轉(zhuǎn)軸P)的穩(wěn)定的負(fù)扭轉(zhuǎn)力矩。這個(gè)負(fù)扭轉(zhuǎn)力矩使端板17的前端向進(jìn)水的方向旋轉(zhuǎn)而不是向排水的方向旋轉(zhuǎn)。這種穩(wěn)定的力矩補(bǔ)充上面討論的穩(wěn)定的風(fēng)標(biāo)作用。甚至于處于偏航角的情況下，水流在前端的側(cè)邊31處分開(kāi)，在前端邊緣產(chǎn)生超空穴25并使端板前部30的側(cè)面不浸濕。這確保沒(méi)有側(cè)力施加于端板前部25的側(cè)面，否則將產(chǎn)生不穩(wěn)定的正扭轉(zhuǎn)力矩。因而，平前端是流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的并且不會(huì)產(chǎn)生偏差。
如圖10所示，平前端28的穩(wěn)定的負(fù)扭轉(zhuǎn)力矩可與半圓形前端15的不穩(wěn)定的負(fù)力矩比較。利用這種構(gòu)造，壓力的流體動(dòng)力學(xué)中心再次向前端15的上游側(cè)移動(dòng)，但給定前端的凹形表面，垂直作用于該表面的阻力D和在上游側(cè)作用于前端的特別濕的區(qū)域的壓力所產(chǎn)生的提升力一同產(chǎn)生繞重心(CG)中心的具有不穩(wěn)定的負(fù)力矩的合力R。楔形前端或在側(cè)面浸濕的任何其他形狀的前端同樣地也是不穩(wěn)定的。
平的前端也容易制造成所想要的形狀并且價(jià)格便宜。由于前端28的形狀決定空穴25的大小這是重要的，該空穴又決定該阻力。如果空穴25太大，輪廓阻力就太大，而如果空穴25太小，水26將與端板17的側(cè)面接觸，也會(huì)引起過(guò)大的阻力。在使用中由于與小物體碰撞，前端28將受到正常的小的損壞。這種損壞可以通過(guò)簡(jiǎn)單的將受損區(qū)磨平進(jìn)行簡(jiǎn)單的修補(bǔ)。復(fù)雜的前端形狀則需要去掉或替換受損部分。
因?yàn)樗x開(kāi)直角31時(shí)清潔地通風(fēng)，平的前端形狀也使表面成穴最小化。相反，凸形很可能受表面成穴的影響，這種表面成穴會(huì)去掉并破壞希望的形狀。
超空穴形狀的阻力與它產(chǎn)生的空穴25的大小成比例。當(dāng)平前端28產(chǎn)生的空穴25比同樣寬度的流線(xiàn)型前端所產(chǎn)生的空穴大時(shí)，通過(guò)減小前端28的寬度可產(chǎn)生平前端的希望的空穴大小。因而，通過(guò)使用非流線(xiàn)型前端形狀將不存在不利的阻力。
為使端板阻力最小，應(yīng)選擇平前端20的厚度以使在設(shè)計(jì)的航速及該端板浸入到設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度時(shí)產(chǎn)生的超空穴25的長(zhǎng)度稍長(zhǎng)于端板的弦長(zhǎng)，使得整個(gè)端板沒(méi)有浸濕，而超空穴也不是非常大，非常大的超空穴導(dǎo)致大的輪廓阻力。優(yōu)選的超空穴長(zhǎng)度小于5倍弦長(zhǎng)，更特別地優(yōu)選小于2倍弦長(zhǎng)，至少覆蓋該端板較低浸沒(méi)區(qū)的50％。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例在高速，可變壓力，具有成穴的水通道和適當(dāng)標(biāo)定的Froude數(shù)下對(duì)端板模型進(jìn)行試驗(yàn)。得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可推導(dǎo)出能選擇前端寬度的經(jīng)驗(yàn)方程?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)，空穴長(zhǎng)度與前端寬度的比可表示如下lh=20Cdσ----(1a)]]>式中σ=ρgH1/2ρV2]]>l＝空穴長(zhǎng)度，h＝前端寬度g＝重力加速度＝32.2ft/s2(9.81m/s2)，H＝端板浸沒(méi)深度，V＝飛行速度，ρ＝水密度，和Cd為通風(fēng)的、垂直于水流的超空穴平板的經(jīng)典阻力系數(shù)，為Cd=2ππ+4=0.88----(1b)]]>公式(1a)與文獻(xiàn)如M.P.Tulin的報(bào)告“超空穴流中的空穴形狀”(第11屆國(guó)際應(yīng)用機(jī)械會(huì)議會(huì)刊，1964))(下文稱(chēng)為T(mén)ulin報(bào)告)給出的線(xiàn)性結(jié)果有很大不同，其中根據(jù)在該公式推導(dǎo)中所用的模型的模型l/h＝(8/π或π/2)Cd/σ2。這種大的不同可能是由于自由液面效應(yīng)和重力效應(yīng)。
使用平前端之后的空穴長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式(1a)，在速度V浸沒(méi)到深度H的弦長(zhǎng)L的端板完全不浸濕要求的前端寬度為h=gHL10CdV2----(2)]]>例如，對(duì)平面前端，Cd＝88，而對(duì)于H＝12′(3.7m)，L＝60′(18.3m)和V＝200節(jié)(103m/s)，由公式2得出h＝0.02′(6(d))而且，可用公式(1a)和(1b)推導(dǎo)出下面的公式用于估計(jì)任何h、H、L、V值浸濕的平板的面積。SWHL=1-CHL(1+lnHLC),CL≤H----(3)]]>式中，Sw＝浸濕面積，和C=20CdV2h2g]]>端板的阻力(D)可表示為D2CfHL1/2ρV2≈SWHL+Cdh2CfL----(4)]]>式中，Cf＝表面摩擦系數(shù)。
圖11提供根據(jù)該例子(h＝0.02′，H＝12′，L＝60′)在不同速度下超空穴平前端端板與等效全部浸濕的端板相比的估計(jì)總阻力的比較。對(duì)于平前端，Cd＝0.88。浸濕平板的總阻力可由下式求得D(全部浸濕)＝4CfHL(1/2V2) (5)該試驗(yàn)也揭示了空穴最大厚度產(chǎn)生在接近空穴長(zhǎng)度一半的地方，并可通過(guò)以下經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)。 式中，tmax是空穴最大厚度。
Tulin報(bào)告表明空穴形狀接近橢圓形，在產(chǎn)生空穴的主體下游，該空穴的最大厚度也產(chǎn)生在接近空穴長(zhǎng)度一半的地方。
如果前端寬度在沿其翼展的任何垂直位置處限定，公式(1)-(6)確定在深度H的空穴長(zhǎng)度和最大厚度。
在初步設(shè)計(jì)中，端板厚度可選擇為例如0.75tmax，以便充分地在該空穴的內(nèi)部。取該空穴為橢圓形，這時(shí)可確定它的橫截面。然而，接近前端的形狀必須調(diào)整為已知的理論上在平板后的空穴形狀。
圖12(a)至12(d)顯示恒定的前端28厚度為0.02′(6mm)所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)。圖12(a)是端板從水面9的浸沒(méi)底12′(3.7m)的前視圖。圖12(b)至12(d)提供在水面9(截面A-A)、在水面和端板頂端的中部(截面B-B)和在端板頂端19(截面C-C)的截面圖。在這三個(gè)部分端板的最大厚度分別為1.6′(488mm)，1.25′(381mm)和1.0′(305mm)。這些最大厚度為預(yù)期空穴25厚度的75％，該空穴由0.02′(6mm)厚的前端28在250節(jié)(129m/s)速度下產(chǎn)生。在截面圖中表示空穴25并且可以看到在端板平前端28開(kāi)始和延伸出端板的后緣22。為減小阻力，端板17向后緣22流線(xiàn)化在該流線(xiàn)的切點(diǎn)處跨越接近5倍端板17厚度的距離。
如上所述，圖12(a)至12(d)所述的設(shè)計(jì)是基于端板的最大厚度選為0.75tmax的空穴的值。在某些情況下，可能需要減小平板的厚度來(lái)得到空穴的完全通風(fēng)。然而，對(duì)前端厚度為0.02′(6mm)，端板厚度可能不會(huì)更薄并且仍然保持它的結(jié)構(gòu)完整性。如上所述，由于由機(jī)翼提升所引起的在端板內(nèi)外的空氣之間的壓差，端板17經(jīng)受側(cè)力。雖然端板前部30必須做得非常薄以適應(yīng)空穴的內(nèi)部，必須有足夠的橫向剛性來(lái)抵抗上述側(cè)力。端板前部30可由脫氧鋼或鈦制成以得到強(qiáng)度和剛性。隨著端板前部30逐漸變細(xì)，其厚度也隨離前緣28的距離而增加。利用由高機(jī)翼負(fù)載產(chǎn)生的高壓差，使端板前部30向機(jī)翼前緣11延伸可能是適當(dāng)?shù)?。這種足夠的厚度和強(qiáng)度可在與機(jī)翼前緣11相鄰的點(diǎn)處得到，此處壓差變得足夠大。
在某些情況下，增加具有相關(guān)的阻力缺陷的前端厚度可能是適當(dāng)?shù)?，以便提供穩(wěn)固結(jié)構(gòu)和完全通風(fēng)的設(shè)計(jì)。應(yīng)注意，即使前端寬度增加5或甚至10倍，0.02′(6mm)前端的阻力比Barkley和Moore報(bào)告中設(shè)計(jì)的阻力小的多，平前端設(shè)計(jì)阻力比Barkley和Moore設(shè)計(jì)阻力仍然小很多。實(shí)際上，如果以12′(3.7mm)的浸沒(méi)深度并使用他們報(bào)告的阻力，前端寬度要增加140倍才等于Barkley和Moore設(shè)計(jì)的阻力。
圖12(e)描述上述的優(yōu)選實(shí)施例設(shè)計(jì)的端板17的前端部分30，利用平前端產(chǎn)生窄的空穴25。端板17根據(jù)Barkley和Moore報(bào)告的兩個(gè)已有技術(shù)端板的前部的成比例模型覆蓋。Barkley報(bào)告的模型1提供具有圓前端15和前部16的端板14，具有弦長(zhǎng)的1％的厚度。Moore端板57具有楔形前端58和2.2％厚度的前部。Barkley報(bào)告的模型4(未示出)提出4％厚端板的楔形前端也是較厚的。相比較，當(dāng)端板浸入前緣28的端板弦長(zhǎng)后部的1％時(shí)，端板17的前部30的厚度接近端板17弦長(zhǎng)的0.1％。這是比已有技術(shù)的薄端板更薄一個(gè)數(shù)量級(jí)，這些端板依靠厚度來(lái)得到強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而不是通過(guò)流體力學(xué)穩(wěn)定。
因?yàn)檫@些已有技術(shù)中的前端15、56、58和前部適合小尺寸空穴25的外側(cè)，該空穴25由本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的平前端28產(chǎn)生，它們需要或?qū)a(chǎn)生不能運(yùn)轉(zhuǎn)的大空穴，產(chǎn)生的阻力比平前端端板至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)，在設(shè)計(jì)航速為250節(jié)(129m/s)和設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度為12′(3600mm)的情況下，60′(18m)長(zhǎng)的端板的阻力系數(shù)大約為0.00029。這個(gè)阻力系數(shù)是基于端板的浸沒(méi)面積。
如果假定端板(或至少其前部)是剛性的，本發(fā)明實(shí)施例上述的端板將不會(huì)引起偏差，該端板總是表現(xiàn)某種程度的彈性。在使端板側(cè)面至少一部分浸濕的低速下，端板過(guò)大的彈性可引起特殊形式的偏差。參照?qǐng)D13，當(dāng)在微小偏航角α下，端板17趨向繞旋轉(zhuǎn)軸P彎曲。作用于端板前偏離部分的任何浸濕面積的上游側(cè)面的水壓將產(chǎn)生不穩(wěn)定的力矩，趨于進(jìn)一步偏離端板17的前部和潛在地導(dǎo)致偏差。如果作用于偏航的端板上的側(cè)力產(chǎn)生每度偏航角的反向流體動(dòng)力學(xué)力矩，該力矩比每度偏航角端板結(jié)構(gòu)剛性大，偏差是可能的。
圖14描述具有在低速下由前端產(chǎn)生的長(zhǎng)度lc的空穴71的端板的截面?？昭?1從前緣延伸，重新附著下游的流動(dòng)離開(kāi)浸濕端板側(cè)面的剩余部分?？昭?1的近似長(zhǎng)度由上述公式(1a)和(1b)給出。很清楚，前緣空穴長(zhǎng)度主要影響偏差傾向。例如，可使用公式(1)和(2)來(lái)顯示在95節(jié)(49m/s)的速度時(shí)，對(duì)于H＝12′(3.7m)和h＝0.02′(6mm)，空穴長(zhǎng)度lc為12′(3.7m)。因此，對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸在端板前緣后部12′(3.7m)處的端板，在旋轉(zhuǎn)軸P前面的整個(gè)前部30保持不浸濕，并且沒(méi)有反向力矩產(chǎn)生，因而偏差是不可能的。
每偏航角度(α)，繞著前緣后部12′(3.7m)處的旋轉(zhuǎn)軸P的力矩(M)的量大約為Mα≈Δp1/2ρV21/2ρV2(12′-lc)22----(7)]]>式中ΔP是加在旋轉(zhuǎn)軸前的端板的浸濕部分的壓差。
公式(7)假定在端板的浸濕部分上ΔP的平均值在(12-lc)/2處具有壓力中心。進(jìn)一步假定ΔP/_ρV2是常數(shù)并且獨(dú)立于空穴長(zhǎng)度，如果由公式(1a)和(1b)給出的值取代lc，公式(7)變?yōu)?對(duì)于H＝12′(3.7m)，h＝0.02′(6mm)，公式(8)中M/α的最大值發(fā)生在 這意味著，在速度大于54節(jié)時(shí)不可能發(fā)生偏差，但在速度小于54節(jié)時(shí)可能發(fā)生。偏差的可能性則取決于端板構(gòu)成的方法。
如果端板前30％由剛性材料構(gòu)成，如在固體碳矩陣中心上的鈦表層，需要認(rèn)真分析來(lái)確定該端板是否分散或不分散。然而，這種固體結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致大的重量損失。為節(jié)省重量，需要較輕的重量結(jié)構(gòu)，然而這種較輕的重量結(jié)構(gòu)是更有彈性的，從而在較低速度范圍內(nèi)更可能產(chǎn)生偏差。
這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)可能的解決方法是增加前端28的厚度，這樣增加了端板17的總厚度以提供更具剛性的結(jié)構(gòu)。然而，缺點(diǎn)是與前端厚度成比例的增加阻力。
增強(qiáng)端板前部30的優(yōu)選方法是用如圖15(a)和15(b)中所示的一對(duì)支柱59來(lái)支撐端板前部。支柱59設(shè)置在端板59的相對(duì)的側(cè)面，分別將在它們上面的第一端固定到機(jī)翼3，此處為機(jī)翼頂端部分，并將它們下面的第二端固定到端板17朝頂端19的位置上。這些支柱59受拉力作用，并且典型地支柱構(gòu)造為具有一些端板17的低阻力的特性，即超空穴，通風(fēng)，無(wú)偏差，平前端，薄截面，逐漸變細(xì)以適應(yīng)支柱內(nèi)的空穴。此處，支柱的上端相對(duì)于機(jī)翼3向端板底部33是可移動(dòng)的，使在超空穴速度下可將支柱59向上拉至與端板17相鄰，在端板17內(nèi)空穴25阻力為0。這種支柱59可用于需要高速低阻力的任何水下?tīng)顩r。
在特別低的速度下，繞旋轉(zhuǎn)軸的流體力學(xué)力矩依賴(lài)于在該速度產(chǎn)生的空穴25的長(zhǎng)度。例如，按照上述例子，如果空穴長(zhǎng)度延至旋轉(zhuǎn)軸P，可能沒(méi)有反方向力矩也不可能有偏差。結(jié)果，如果將前端28的寬度暫時(shí)增加以增加空穴25的長(zhǎng)度，可在任何低速下避免偏差。
可如上計(jì)算所需的平前端28的厚度，并且使水從端板17的前緣20向旁邊分開(kāi)的任何其他方法包括下述的方法將實(shí)現(xiàn)空穴大小的所需增加。
參照?qǐng)D16(a)和16(b)，通過(guò)可縮進(jìn)的前緣裝置62可有效實(shí)現(xiàn)暫時(shí)增加的前端寬度，端板前端28的寬度更大，該裝置可沿著并且在前端28上延伸。以較厚前端62形式的這個(gè)前緣裝置由連接在一起成鏈的片段組成，以使它能存放于機(jī)翼頂部之內(nèi)，然后通過(guò)齒輪63下降或升高，齒輪在規(guī)則前端28的外側(cè)向下向上滑動(dòng)前端62的片段。然而，這個(gè)系統(tǒng)有些復(fù)雜。
圖17(a)和17(b)描述另一個(gè)結(jié)構(gòu)，其中突起為活葉60的形式，活葉可設(shè)置在端板內(nèi)的縮進(jìn)位置和突出端板外的延伸位置之間，位于前端28之后的端板前部30的每個(gè)相對(duì)側(cè)面上。在低速，由于由前端28產(chǎn)生的小空穴趨于閉合，活葉接觸水，再次在活葉60后產(chǎn)生更大的空穴，其中活葉起著大前端的作用。優(yōu)選的，如果活葉前面的前部30浸濕，端板前部30設(shè)置穿過(guò)其厚度延伸的縫隙67，以減小由于偏航引起的任何不穩(wěn)定側(cè)力。此處，前部61由水平加固板66構(gòu)成，在板66之間有大間隔67以使水橫向流動(dòng)，同時(shí)保持前部30的側(cè)向剛性。
當(dāng)端板遭受偏航時(shí)，甚至在超空穴速度下，活葉可延伸以便在上游側(cè)的活葉60接觸在超空穴的外側(cè)通過(guò)的水?；钊~60的前表面是平的，并在適當(dāng)?shù)慕茄由熘炼税宓南揖€(xiàn)，使作用于活葉60的水壓產(chǎn)生穩(wěn)定的風(fēng)標(biāo)力矩?；钊~60在端板的翼展方向延伸并且僅需要設(shè)置在端板的較低的浸沒(méi)區(qū)。
然而，活葉60潛在地導(dǎo)致端板前部結(jié)構(gòu)削弱，并且機(jī)械復(fù)雜。
在偏航下，當(dāng)檢測(cè)到偏航情況要暫時(shí)增加空穴寬度并避免端板的側(cè)面浸濕時(shí)，在前端上或在前端附近的簡(jiǎn)單活葉可在一側(cè)延伸。但是，在該活葉延伸的過(guò)程中，作用于活葉上的得到的力將在端板重心的前面起作用，導(dǎo)致反向不穩(wěn)定的力矩。在WIG速度下，這將引起端板損壞，除非端板做得非常厚，而這導(dǎo)致高阻力。因而這種替代對(duì)于WIG是不適宜的。
簡(jiǎn)單的解決方法是在端板前部30的每個(gè)側(cè)面設(shè)置固定突起64，如圖18(a)和18(b)所示，有效地提供兩級(jí)前端。
在水通道中的試驗(yàn)顯示在較低速度下可通過(guò)這種被動(dòng)的設(shè)計(jì)來(lái)增加空穴大小，在增加的速度下該設(shè)計(jì)具有增加動(dòng)力穩(wěn)定性的附加優(yōu)點(diǎn)。
如上所說(shuō)明的，對(duì)于實(shí)例的端板尺寸，由于前緣空穴25a太短不能分散由旋轉(zhuǎn)軸P前部的浸濕區(qū)域產(chǎn)生的繞旋轉(zhuǎn)軸P的流體動(dòng)力學(xué)力矩，偏差最可能發(fā)生在速度小于55節(jié)(28m/s)的情況。試驗(yàn)顯示，如果總寬度為0.25′(76mm)的突起或第二前端64位于0.02′(6mm)寬的前端28的大約2.5′(760mm)下游，水將作用于突起64并產(chǎn)生第二更長(zhǎng)的空穴25b，在大約20節(jié)(10m/s)速度下，該空穴延至旋轉(zhuǎn)軸P(前緣向后12′)。這樣在高于大約15節(jié)(8m/s)速度，消除產(chǎn)生偏差可能性。由于速度增加，前緣空穴25的長(zhǎng)度增加，并且最終在速度大于100節(jié)(51m/s)時(shí)，前緣空穴25完全明顯了，并不使突起64浸濕，這樣消除突起64的阻力。
根據(jù)圖17(a)和17(b)的實(shí)施例，端板前部突起64的前面設(shè)置通過(guò)端板厚度延伸的縫隙67，這些縫隙是由水平加固板66限定。這個(gè)空間隔67允許水從端板的一個(gè)側(cè)面到另一側(cè)面橫向流動(dòng)，因此避免在端板的前部30的側(cè)向壓力，從而避免偏航下的偏差或損壞。它也允許水流進(jìn)與突起64的整個(gè)表面接觸以產(chǎn)生更大的空穴。
突起的前表面構(gòu)造為流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的，此處為凹形。在偏航情況下，空穴向一側(cè)移動(dòng)，端板上游側(cè)面的水在上游側(cè)面作用于突起的前表面。通過(guò)水加在突起64上的壓力中心是在端板的上游側(cè)面，并且假定前表面與后掠翼相對(duì)向前傾斜，垂直作用于凹面的得到的負(fù)載將產(chǎn)生對(duì)抗任何偏差的繞旋轉(zhuǎn)軸(和重心)的穩(wěn)定力矩。一旦形成適當(dāng)大的空穴，凹形突起64提供比等效的平突起明顯更大的穩(wěn)定力矩。
形成第二級(jí)前端64的這種突起的另外優(yōu)點(diǎn)是可用它來(lái)減小端板17的總阻力。利用單級(jí)前端28，當(dāng)端板浸入設(shè)計(jì)的最大浸沒(méi)深度時(shí)，必須選擇在端板頂端19的前端寬度以便在頂端19產(chǎn)生足夠大的空穴25。如果僅在平均波高處飛行，這個(gè)前端寬度28是大約6倍該適宜寬度。例如，在海況4下，最高波浪接近13.3′(4050mm)，而平均波浪高度只有4.2′(1280mm)。如果飛機(jī)飛行，端板頂端僅浸入在平均波浪高度的波谷處，平均浸沒(méi)深度為4.2′/2＝2.1′(640mm)。
因而可用兩級(jí)前端通過(guò)選擇較小的前端厚度和在增加的深度以在較低速度自動(dòng)地增加空穴的大小的相同的方式使用第二級(jí)前端以自動(dòng)地增加空穴大小來(lái)減小阻力，該前端厚度在2′(610mm)浸沒(méi)深度產(chǎn)生足夠大的空穴。由于阻力與空穴的大小成比例，這導(dǎo)致較低的平均阻力。
對(duì)于旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例，用于旋轉(zhuǎn)地安裝端板17在機(jī)翼頂部的該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步參照?qǐng)D7(c)在圖19(a)至19(c)中描述。此處通過(guò)垂直校準(zhǔn)的軸承35設(shè)置繞旋轉(zhuǎn)軸P的旋轉(zhuǎn)安裝，使端板17水平旋轉(zhuǎn)，同時(shí)仍保持垂直。允許端板17從一側(cè)轉(zhuǎn)向另一側(cè)同時(shí)仍然保持垂直的結(jié)構(gòu)支撐端板后部。如果由聲納或類(lèi)似裝置檢測(cè)出水中的物體，該端板安裝結(jié)構(gòu)也使端板上升以避免損壞。也可使端板17上升以減小停泊時(shí)WIG的阻力。
水平設(shè)置的軸承36是在支柱37、38的末端，平板44和箱體45的角部。垂直軸承35、43使端板17能旋轉(zhuǎn)并使自身與水流保持一致。通過(guò)延伸液壓筒39、48升高端板17，同時(shí)延伸液壓筒40來(lái)使端板17保持垂直。堅(jiān)固的支柱41使兩個(gè)軸承36A與36B之間保持恒定距離。堅(jiān)固的支柱42與支柱41同樣垂直校直，但是從下軸承36A向后延伸至軸承36C(圖7(c))。因而它保持端板不向前或向后移動(dòng)。
端板17的垂直校直是通過(guò)圖19(b)所示的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。該結(jié)構(gòu)在圖7(c)所示的前部和后部將位于機(jī)翼頂部的端板壁與機(jī)翼3連接。平板44在滾動(dòng)軸承46之間滑入和滑出，滾動(dòng)軸承位于平板44和箱體45之間。在端板17上的壓差迫使端板在軸承36D上在頂端19處向外轉(zhuǎn)動(dòng)，并在壁34的頂部向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至端板壁34的頂部與平板44頂部的擋塊49接觸。
彈性封口50防止在端板壁34的上緣與機(jī)翼3之間的空氣跑出。該封口是在端板壁34的上部而不在其底部，使得作用在端板壁34上向外的氣壓部分地與作用于端板17上的氣壓的旋轉(zhuǎn)力矩相互作用。這減小了在端板安裝結(jié)構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)力矩。
當(dāng)端板17在水中時(shí)，可用他們來(lái)保持飛行方向并操縱WIG。液壓筒47將端板17從一側(cè)移到另一側(cè)，以改變WIG的前后校直。這同樣的機(jī)理用于在慢的次成穴(subcavitating)速度下以及在自由飛行與PAR操作過(guò)程中控制端板校直。由于空氣間隙8的消除防止壓縮空氣向兩邊跑出，在PAR操作中的機(jī)翼提升力比已有技術(shù)提高了。
端板17也可通過(guò)緊固裝置如分裂螺栓連接到機(jī)翼頂部，端板設(shè)計(jì)在預(yù)定負(fù)載下分離，如當(dāng)端板碰撞水中大物體時(shí)就將發(fā)生。端板17則從WIG上脫離而不引起WIG的任何損壞。
作為選擇，可構(gòu)造端板17，使得端板下部分在碰撞時(shí)從上部分離，因此使端板的上部分工作，雖然無(wú)效。
在機(jī)翼頂部的端板壁比端板17厚并且輪廓側(cè)向并垂直以使空氣阻力最小。附加的厚度為從連接點(diǎn)35、43到端板的剩余部分分散負(fù)載提供了附加強(qiáng)度。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，WIG構(gòu)造為機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)形成飛翼結(jié)構(gòu)而沒(méi)有單獨(dú)的機(jī)身。如圖20(a)至20(c)所示，這個(gè)實(shí)施例理論上對(duì)更大的WIG比圖6(a)至6(c)所示的水上飛機(jī)構(gòu)造更加有效。端板52具有與水上飛機(jī)構(gòu)造中所用的端板17相同的特性，它們以同樣的方式消除機(jī)翼51和水53之間的空隙。
飛翼構(gòu)造消除機(jī)身和尾翼，從而減小了重量和表面摩擦。飛翼的缺點(diǎn)是它的內(nèi)部體積減小了。在圖21(a)和21(b)的另一實(shí)施例中這個(gè)缺點(diǎn)可通過(guò)增加機(jī)翼的厚度克服。較厚的機(jī)翼54要求分界層控制來(lái)減小間隔及其相關(guān)的阻力至可接受的水平。
將厚機(jī)翼54和表面尖銳的端板的組合允許使用高機(jī)翼提升力系數(shù)，而不會(huì)過(guò)度增加誘導(dǎo)阻力。這種構(gòu)造具有非常高的提升力/阻力比率。
雖然，上述本發(fā)明的實(shí)施例都允許端板的后緣可側(cè)向移動(dòng)以提供風(fēng)向標(biāo)穩(wěn)定效應(yīng)，申請(qǐng)人也觀察到不需要設(shè)置端板或類(lèi)似物的旋轉(zhuǎn)安裝來(lái)提供風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)。
如上所述，通常WIG利用端板在水面上恒定地飛行。這與已有技術(shù)相反，并且具有大大減小端板偏航角的優(yōu)點(diǎn)。例如，完全在水面上以150節(jié)(77m/s)具有40節(jié)(21m/s)側(cè)風(fēng)速(sidewind)飛行的WIG會(huì)有大約15°的側(cè)滑角。然而如果端板恒定地在水中，就沒(méi)有風(fēng)產(chǎn)生的側(cè)滑角，而只有波浪作用的側(cè)向軌道速度(sideways orbital velocity)產(chǎn)生的偏航角。對(duì)于海況4，在表面的這個(gè)水速可能小于5節(jié)(2.6m/s)，僅產(chǎn)生大約2°的端板偏航角。隨著WIG速度的增加，這個(gè)角會(huì)進(jìn)一步減小。
如果現(xiàn)選擇端板前端形狀以使空穴長(zhǎng)度增大至端板弦長(zhǎng)的幾倍，比方說(shuō)5倍，空穴的寬度也將線(xiàn)性增長(zhǎng)。由于減小的偏航角，這個(gè)增大的空穴寬度可以足夠適應(yīng)小的偏航角，而不會(huì)使端板后部浸濕，也不會(huì)增加額外側(cè)力和阻力。利用空穴沒(méi)有充分側(cè)向移動(dòng)而碰撞端板，就減小使端板后部與進(jìn)入的水流保持一致的需要。
由于空穴阻力與它的長(zhǎng)度成比例，這個(gè)端板比空穴長(zhǎng)度只稍長(zhǎng)于端板弦長(zhǎng)的可旋轉(zhuǎn)端板具有較高的空穴阻力。然而，它具有減少?gòu)?fù)雜性的優(yōu)點(diǎn)，這是希望的。
為了避免需要旋轉(zhuǎn)端板，前端應(yīng)設(shè)計(jì)為足夠窄以便提供低阻力特性，同時(shí)在設(shè)計(jì)航速下仍產(chǎn)生具有幾倍于端板弦長(zhǎng)的超空穴，以允許小的偏航角。前端也應(yīng)在低速下產(chǎn)生足夠長(zhǎng)的空穴，以便關(guān)于端板重心的反向扭轉(zhuǎn)力矩不會(huì)過(guò)度彎曲端板向著該端板末端和引起偏差。
雖然適當(dāng)?shù)那岸诵螤顬槠角岸?，如關(guān)于上述本發(fā)明實(shí)施例的上面討論那樣，其他形狀也是適宜的并能產(chǎn)生必要的超空穴。平前端的特別優(yōu)點(diǎn)是它產(chǎn)生繞旋轉(zhuǎn)端板的旋轉(zhuǎn)軸的穩(wěn)定扭轉(zhuǎn)力矩，相應(yīng)地也產(chǎn)生繞固定端板重心的穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)力矩。由平前端28產(chǎn)生的空穴在平前端的邊緣31產(chǎn)生，以使端板的整個(gè)前部30不浸沒(méi)。
而另一種前端設(shè)計(jì)也是可接受的，使朝前緣的前端部分的一部分浸濕于水流分離點(diǎn)的上游開(kāi)始空穴，只要前緣的浸濕長(zhǎng)度足夠低以保持所導(dǎo)致的側(cè)力，在高航速下，以偏差方式側(cè)向彎曲端板前端至可控程度。
適宜的前端形狀為類(lèi)似簡(jiǎn)單寬楔形的三棱柱形，其寬度為0.006倍的弦長(zhǎng)，弦向最大厚度小于0.83倍的前端寬度。這為最大寬度端板提供最大前端厚度為0.005倍弦長(zhǎng)。這樣的前端構(gòu)造在附圖22中描述，其中前端78具有兩個(gè)斜面79。這些最大尺寸作為平均值應(yīng)用于超過(guò)最低4英尺(1200mm)的端板，允許在設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度為4英尺(1200mm)操作。對(duì)更大的設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度，應(yīng)該應(yīng)用這些前端尺寸的限制于端板的更大翼展上。該前端也應(yīng)該足夠?qū)捯栽谠O(shè)計(jì)航速下產(chǎn)生超空穴。這種楔形尺寸特別是關(guān)于相關(guān)厚度的限制將確保足夠鈍的前端形狀以保持在前緣的任何浸沒(méi)長(zhǎng)度足夠低。
可使用其他更流線(xiàn)形狀，假定滿(mǎn)足上面提出的寬度和厚度限制。然而，由于在WIG的高航速下表面成穴的危險(xiǎn)，彎曲的前端表面不是優(yōu)選的。這個(gè)成穴可引起可變的阻力問(wèn)題，導(dǎo)致可變的和不可預(yù)測(cè)的空穴尺寸。為評(píng)定具有上述前端的端板的穩(wěn)定性，我們可以計(jì)算產(chǎn)生至少延伸至端板一半弦長(zhǎng)點(diǎn)的空穴所要求的最小速度，該點(diǎn)大約位于端板的重心。這將導(dǎo)致沒(méi)有重心前部區(qū)域的大積浸濕區(qū)，這可反向彎曲端板從而導(dǎo)致偏差。
該速度可通過(guò)聯(lián)合公式1(a)和(b)求出V=lgH10hCD]]>式中CD＝0.51＝具有上述最大尺寸(厚度/弦長(zhǎng)＝1.2)的楔形的阻力系數(shù)，H＝13.32′(4060mm)＝海況4的最大波高，l＝60′/2＝30′(9140mm)。
以上得到速度V為83fps＝49節(jié)(25m/s)。
因而，在49節(jié)(25m/s)的低速下，上述前端形狀使端板的前半部分不浸濕。這個(gè)速度足夠低從而避免由作用于端板重心前部的大浸濕區(qū)(在弦長(zhǎng)50％處)的側(cè)力引起的低速偏差。
前端形狀78的低浸濕長(zhǎng)度(在弦向測(cè)得)為0.05倍弦長(zhǎng)(僅當(dāng)楔形前端的表面79浸濕時(shí))，照那樣在高速下端板不偏差。
另外這個(gè)前端形狀具有0.006倍弦長(zhǎng)的窄寬度，以使總空穴阻力系數(shù)僅為0.006×0.51(寬度×楔形的阻力系數(shù))＝0.003，大約比由已有技術(shù)所引起的小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
因而，具有這種前端的固定不旋轉(zhuǎn)的端板可能是非常合適的端板。這個(gè)前端形狀也可用于如上所述的旋轉(zhuǎn)端板。
如上對(duì)于圖18(a)和18(b)的實(shí)施例所述的，可用二級(jí)前端來(lái)擴(kuò)展空穴，并由旋轉(zhuǎn)端板避免偏航的偏差。如果偏航角小，也可以在固定端板上使用突起64來(lái)形成二級(jí)前端，如上所討論的端板恒定在水中的情況。因而，可能構(gòu)成低阻力的固定端板，使用突起64形成二級(jí)前端并在水中恒定地運(yùn)行端板從而不會(huì)有偏差或損壞。
前端28可以是任何適合的形狀，在設(shè)計(jì)航速下利用端板浸入到設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度產(chǎn)生超空穴，而對(duì)于如上面提出的相同原因，優(yōu)選的形狀是平的。平前端不會(huì)導(dǎo)致任何側(cè)力，并且當(dāng)端板是固定的和非常窄以減小空穴阻力時(shí)，這點(diǎn)特別重要。確定前端28的尺寸以提供超空穴僅長(zhǎng)于端板的弦長(zhǎng)，因而當(dāng)端板沒(méi)有偏航時(shí)，該端板具有與轉(zhuǎn)動(dòng)端板相同的低阻力。
在偏航時(shí)，形成第二級(jí)前端的突起64將導(dǎo)致由第二級(jí)前端64上的水壓引起的附加阻力。然而，在第二級(jí)前端24上的平均阻力小，所以當(dāng)希望避免旋轉(zhuǎn)端板的復(fù)雜性時(shí)，這種端板是具有吸引力的選擇。
權(quán)利要求
1.一種有翼氣墊飛機(jī)，具有如下的機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)相對(duì)的機(jī)翼頂端部分和一對(duì)超空穴端板，每個(gè)端板從各自所述機(jī)翼頂部向下延伸至所述機(jī)身下部，機(jī)翼結(jié)構(gòu)適于水上飛行中浸沒(méi)在水中，每個(gè)所述端板具有近端的底部，遠(yuǎn)端的頂部，前部，包括限定前緣和適于在端板的每個(gè)側(cè)邊和端板掠過(guò)的水面之間產(chǎn)生超空穴的前端，在使用中，0°偏航角的條件下以設(shè)計(jì)航速飛行，浸于水中的所述端板到達(dá)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度；和終止于后緣的后部，其中每個(gè)所述端板的所述向前部分的至少有一部分相對(duì)于各自所述機(jī)翼頂部側(cè)向固定，和通過(guò)水流過(guò)使用中的該端板，每個(gè)所述端板的所述機(jī)翼后緣相對(duì)于各自所述機(jī)翼頂部為側(cè)向可排水的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板繞著在所述端板翼展方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地安裝，每個(gè)所述端板的所述前部橫向固定在所述旋轉(zhuǎn)軸處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有翼氣墊飛機(jī)，進(jìn)一步包括有效控制所述端板繞各自所述旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前部固定，而每個(gè)所述端板的所述后部繞著在所述端板翼展方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)地安裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和4之一的所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于在設(shè)計(jì)航速下每個(gè)所述端板的所述旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在所述端板壓力的流體動(dòng)力學(xué)中心的前部，所述端板浸入水中至設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2和4之一的所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在前緣向后0.25倍所述端板弦長(zhǎng)處，位于所述端板底部和頂端之間的翼展位置中間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前部固定，每個(gè)所述端板的所述后部可側(cè)向彎曲，并安裝在各自所述前部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于在設(shè)計(jì)航速下每個(gè)所述端板的所述后部向所述端板壓力的流體動(dòng)力學(xué)中心的前部延伸，所述端板浸入水中至設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于在所述端板底部和頂端之間的翼展位置中間，每個(gè)所述端板的所述后部的弦長(zhǎng)至少為0.75倍的端板弦長(zhǎng)。
10.一種有翼氣墊飛機(jī)，具有如下的機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)相對(duì)的機(jī)翼頂端部分和一對(duì)超空穴端板，每個(gè)端板從各自所述機(jī)翼頂部向下延伸至所述機(jī)身下部，機(jī)翼結(jié)構(gòu)適于水上飛行中浸沒(méi)在水中，每個(gè)所述端板具有近端的底部，遠(yuǎn)端的頂部，前部，包括限定前緣和適于在端板的每個(gè)側(cè)邊和端板掠過(guò)的水面之間產(chǎn)生超空穴的前端，在使用中，0°偏航角的條件下以設(shè)計(jì)航速飛行，所述浸于水中的端板到達(dá)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度，終止于后緣的后部，和在所述前部的每個(gè)相對(duì)側(cè)的突起，該突起位于其較低區(qū)域和所述前端的后部，以接觸排出超空穴外面的水，當(dāng)所述端板相對(duì)于掠過(guò)端板的所述水偏航時(shí)，該突起在所述端板的上游側(cè)和/或當(dāng)所述端板浸入厚度超過(guò)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度時(shí)該突起在所述端板的兩側(cè)，每個(gè)所述突起在翼展方向延伸并具有構(gòu)造成在接觸所述水時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定力矩的前表面，所述較低區(qū)域的長(zhǎng)度在翼展方向至少與所述端板的所述設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度相等。
11.一種有翼氣墊飛機(jī)，具有如下機(jī)翼結(jié)構(gòu)相對(duì)的機(jī)翼頂端部分和一對(duì)超空穴端板，每個(gè)端板從各自所述機(jī)翼頂部向下延伸至所述機(jī)身下部，機(jī)翼結(jié)構(gòu)適于水上飛行中浸沒(méi)在水中，每個(gè)所述端板具有近端的底部，遠(yuǎn)端的頂部，前部，包括限定前緣和適于在端板的每個(gè)側(cè)邊和端板掠過(guò)的水面之間產(chǎn)生超空穴的前端，在使用中，0°偏航角的條件下以設(shè)計(jì)航速飛行，所述浸于水中的端板到達(dá)設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度，終止于后緣的后部，其中，在所述前端最底1200mm上，所述前端具有平均寬度不大于0.006倍的弦長(zhǎng)，在弦向測(cè)量的平均厚度不大于0.83倍的所述前端平均寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前端一般為在翼展方向延伸的三棱柱形。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前部向所述前端逐漸變細(xì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前端基本是平的，并在基本上與所述端板的弦向垂直的平面中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前端的寬度滿(mǎn)足以下公式gHL8.8V2≤h≤10(gHL8.8V2)]]>其中h＝前端寬度，g＝重力加速度，H＝所述端板的設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度，L＝端板弦長(zhǎng)，V＝飛機(jī)設(shè)計(jì)速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于在從所述端板頂部所述設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度的50％以?xún)?nèi)基本上所有翼展位置上每個(gè)所述超空穴的長(zhǎng)度小于5倍的所述弦長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1和10之一的所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于在所述前端最底1200mm上，所述前端的平均寬度不大于0.006倍的弦長(zhǎng)，在弦向測(cè)量的平均厚度不大于0.83倍的所述前端平均寬度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板在所述前部的每個(gè)相對(duì)側(cè)設(shè)置突起，該突起位于其較低區(qū)域和所述前端的后部，用于接觸排出所述超空穴外面的水，當(dāng)所述端板相對(duì)于掠過(guò)所述端板的所述水偏航時(shí)，該突起在所述端板的上游側(cè)，每個(gè)所述突起在翼展方向延伸，并具有構(gòu)造成在接觸所述水時(shí)可產(chǎn)生穩(wěn)定力矩的前表面，所述較低區(qū)域的長(zhǎng)度在所述翼展方向至少與所述端板的所述設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度相等。
19.根據(jù)權(quán)利要求10和18之一的所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述突起是以活葉的方式設(shè)置在所述端板中相互作用位置和突出超過(guò)所述端板的延伸位置之間，用于與排出所述空穴的所述水接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求10和18之一的所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述突起是固定的。
21.根據(jù)權(quán)利要求10和18之一的所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述突起具有面向所述前緣的凹形前表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板設(shè)置可縮進(jìn)的前緣裝置，其寬度大于所述所述前端，所述前緣裝置是可沿著所述前緣延伸并在所述前緣上。
23.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述所述端板的所述前緣裝置具有基本上平的前表面，該表面在基本上與所述端板的所述弦向垂直的平面中。
24.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板在所述前緣和后緣及在所述頂端朝所述飛機(jī)的中心向內(nèi)彎曲。
25.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板從所述底部到所述頂端的厚度逐漸變小。
26.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述后緣逐漸變細(xì)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板設(shè)置固定于所述端板后部的較低區(qū)域的多個(gè)楔形部件，在所述翼展方向上所述較低區(qū)域的長(zhǎng)度至少與所述端板的設(shè)計(jì)浸沒(méi)深度相等。
28.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于當(dāng)在弦向觀察時(shí)，每個(gè)所述端板的所述遠(yuǎn)端頂部在所述后緣比在所述前緣低。
29.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的前部在所述端板相對(duì)側(cè)設(shè)置有一對(duì)支柱，并且每個(gè)支柱其第一末端固定于各自所述機(jī)翼上，其第二末端朝所述頂部固定于所述端板。
30.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述支柱的第一末端相對(duì)于各自所述機(jī)翼為可向各自所述端板底部移位。
31.根據(jù)權(quán)利要求10和19之一的所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前部在所述突起之前設(shè)置通過(guò)其厚度延伸的縫隙。
32.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前緣向后傾斜。
33.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述前緣位于在所述端板底部的各自所述機(jī)翼翼前緣的前部。
34.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板相對(duì)于所述機(jī)翼頂部可縮進(jìn)地安裝，從而使所述端板可上升。
35.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板通過(guò)緊固裝置安裝在各自所述機(jī)翼頂部，該緊固裝置設(shè)計(jì)成在預(yù)定負(fù)載分離。
36.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板通過(guò)分裂螺栓安裝在各自所述機(jī)翼頂部。
37.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的較低部位構(gòu)造成當(dāng)預(yù)定負(fù)載碰撞所述較低部位時(shí)，該部位可從各自所述端板的上部分離。
38.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于所述機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)形成飛翼結(jié)構(gòu)。
39.根據(jù)權(quán)利要求1、10和11的任一個(gè)權(quán)利要求所述的有翼氣墊飛機(jī)，其特征在于每個(gè)所述端板的所述底部設(shè)置在各自所述機(jī)翼頂部的外側(cè)并以之間的縫隙與其相鄰，其中密封條跨越在所述端板底部和所述機(jī)翼頂部之間的所述縫隙，朝著所述機(jī)翼頂部的上表面。
全文摘要
一種在機(jī)翼(3)末端具有端板(17)的有翼氣墊飛機(jī)。端板在機(jī)身(2)下延伸，并設(shè)計(jì)成在水上飛行過(guò)程中恒定浸沒(méi)。每個(gè)端板(17)的前端設(shè)計(jì)成在航速下產(chǎn)生沿端板(17)長(zhǎng)度延伸的超空穴。為便于在較低速度下延長(zhǎng)超空穴，可將凸脊設(shè)置在每個(gè)前端的下游。至少端板(17)的后部是可以側(cè)向移動(dòng)的(例如由于繞垂直軸旋轉(zhuǎn))，以避免當(dāng)飛機(jī)以偏航角飛行時(shí)由水壓對(duì)端板(17)造成的損壞。這種端板(17)的“風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)”使端板與水流保持一致，并允許它們更窄。
文檔編號(hào)B60V3/08GK1429161SQ01809619
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月18日
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