專利名稱：水翼式潛水船的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是將艦船潛入水下的一種新方法。
17世紀以前，一些國家的科學家和探險者曾多次進行過將船潛入水下行駛的研究和探險。1620年，荷蘭物理學家在英國建造了一艘潛水船。船體內由木框架外包牛皮構成，船內裝有羊皮囊，向囊內注水，船就潛入水下3至5米的深度，把囊內水排出船外，船便浮出水面。這種潛水船被認為是潛艇的雛形。潛艇潛入水下的工作原理是這樣的在潛艇上設置水柜，當潛艇主水柜注滿水時，增加的重量抵消其儲備浮力，潛艇就從水面潛入水下，當潛艇利用壓縮空氣把主水柜里的水排出，重量減輕，儲備浮力恢復，潛艇就從水下浮出水面。艇內還設有專門的調整水柜來調整因物質、彈藥的消耗和海水密度的改變而引起的潛艇水下狀態(tài)浮力的變化。艇首、尾部還設有均衡水柜。通過調整水量以消除潛艇在水下可能產生的縱傾。潛艇水下航行時變換航向和深度，是通過操縱方向舵和升降舵來實現(xiàn)的。
水翼是在水中運動時能產生升力的翼形結構。上表面為吸力面，下表面為壓力面。當它安裝在水翼艇下高速航行時，靠水翼產生的升力支持艇重，使部分或全部艇底離開水面。為了產生可變的升力，常常在水翼上設置由控制系統(tǒng)傳動的襟翼。通過旋轉水翼或襟翼以改變攻角、來實現(xiàn)升力的變化。應用安裝在水翼水線兩側偏轉方向相反的一對襟翼即副翼來調整艇的橫傾。
本發(fā)明的目地是通過找到一種將艦船潛入水下的新方法，來解決潛艇存在的內部空間狹小、操縱復雜、安全性差、造價昂貴、應用范圍不廣等不足之處。
將艦船潛入水下的新方法就是將水翼反向安裝在同潛艇一樣有密封和耐壓殼體的潛水船下，即水翼上表面為壓力面，下表面為吸力面。當潛水船在水面向前行駛時，就會在反向安裝的水翼上產生一向下的沉力，由公式
得知，水翼產生的升力L與速度V的平方成正比，隨著速度的增加，反向水翼上產生的沉力就越來越大，當這個沉力足以克服潛水船的儲備浮力時，潛水船就潛入水下。當降低速度或停止行駛時，反向水翼上產生的沉力減小或消失，不能克服潛水船的儲備浮力時，潛水船就浮出水面。通過旋轉水翼或襟翼以改變攻角，來實現(xiàn)反向水翼沉力的變化，從而操縱潛水船在水下運動時的升降和產生的縱傾。應用副翼來調整潛水船在水下運動時產生的橫傾。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點和特點
1、潛艇需設置多組水柜和攜帶許多高壓氣瓶，占用艇內的大量空間，造成潛艇內部空間狹小。本發(fā)明用反向安裝的水翼系統(tǒng)，使?jié)撍辉傩枰O置多組水柜和攜帶大量高壓氣瓶，節(jié)省了潛水船內部大量空間。
2、潛艇操縱復雜，下潛和上浮均需多個操縱程序，每個程序又需一定時間才能完成。本發(fā)明中潛水船的下潛和上浮可通過增減速度來實現(xiàn)，操縱簡單，下潛和上浮均可在短時間內完成。
3、潛艇下潛和上浮過程中需不斷地向水柜內注水或排水，使浮心下斷產生變化，造成潛艇穩(wěn)定性差。潛入水下后對潛艇的橫穩(wěn)性和縱穩(wěn)性要求很高，以至對艇內物品的位置和人員的活動都需加以限制，一旦有較大的橫傾和縱傾易發(fā)生傾覆。水下發(fā)生故障時也易失去上浮能力。使用本發(fā)明的潛水船水下狀態(tài)時和在水上狀態(tài)時一樣，浮心很高，且下潛和上浮過程中浮心不變。因此橫穩(wěn)性和縱穩(wěn)性很高，既使有較大的橫傾和縱傾也可自行調整過來，不易發(fā)生傾覆。在水下發(fā)生故障時可通過減速或停駛來迅速上浮至水面，因此安全性好。
4、潛艇對艇上的設備要求條件高，往往需要有二套系統(tǒng)，一套作為應急備用。且需在艇內設置多組水柜和攜帶許多高壓氣瓶，使制造工藝復雜，造價昂貴，限制了潛艇的應用范圍。使用本發(fā)明的潛水船由于安全性能較好，對設備要求條件相對降低，不需要較多的備用系統(tǒng)。且由于不再設置多組水柜和攜帶高壓氣瓶，節(jié)省了大量原材料，簡化了制造工藝，降低了造價。除在軍事和海底研究方面潛力較大外，還可在旅游、運輸、體育運動、玩具制造等方面得到廣泛應用。
實例該船采用雙船體，單個為圓桶狀，直徑25米，長20米，由高強度鋼制成的密封耐壓船體。單個船體排水量為90000千克，總排水量是180000千克，儲備浮力占排水量的40％，即72000千克。尾部螺旋漿推進。該船下部反向安裝的水翼選用串列布置的兩個弓背翼型水翼。水翼長10米，寬2米，厚度比0.14，水翼上設置襟翼和副翼。襟翼和副翼弦長占水翼弦長的25％，襟翼偏轉范圍為0至+30°。將壓力面朝上、吸力面朝下的水翼兩端，通過水翼支柱與兩船體的底部相連，安裝攻角為5°。反向安裝的水翼除提供沉力外，還與兩船體間設置的兩條棧橋一道作為兩船體之間的剛性連接。水翼面積為2×2×10＝40米2，由于安裝攻角很小，故水翼升力面積Sc的等于水翼面積。此安裝攻角的水翼在襟翼無偏轉時的升力系數CL是0.4，偏轉十30°的升力系數是CL是1.45。由公式
得知，當水翼式潛水船在水面的行駛速度等于或大于3米/秒時，水翼上產生的沉力等于或大于潛水船的儲備浮力，潛水船可潛入水下。若使用襟翼后，由于提高了水翼升力系數，潛水船在等于或大于1.56米/秒的水面行駛速度時，產生的沉力也足以克服儲備浮力而潛入水下。這樣，潛水船在水下最大水平行駛速度為3米/秒，最小水平行駛速度為1.56米/秒。每個船體兩側各設置15個直徑0.4米，裝有高強度耐壓透明玻璃的圓形弦窗，除中間3個弦窗為指揮艙占用外，其余每個舷窗前可設一座位。雙體旅游水翼式潛水船可載游客12×2×2＝48人。每個船體上面指揮塔前后各設一直徑0.8米的密封艙門，以供人員出入潛水船。并在兩船體間設兩個各寬一米的鋼質棧橋，除作為兩船體間的通道外，還與水翼一道將兩船體固定在一起。
圖1本發(fā)明反向安裝在潛水船下的水翼局部剖面圖。
圖2實例雙體旅游水翼式潛水船側視圖。
圖3實例雙體旅游水翼式潛水船前視圖。
圖4實例雙體旅游水翼式潛水船上視圖。
圖5實例雙體旅游水翼式潛水船下視圖。
圖面說明1通過水翼支柱反向安裝在潛水船下的水翼。
2水翼上表面即壓力面。
3水翼下表面即吸力面。
4水翼支柱。
5 舷窗。
6水密艙門。
7兩船體間的棧橋。
8指揮塔。
9尾部螺旋漿。
權利要求
潛艇潛入水下的工作原理在潛艇上設置水柜，當潛艇主水柜注滿水時，增加的重量抵消其儲備浮力，潛艇就從水面潛入水下。當潛艇利用壓縮空氣把主水柜里的水排出，重量減輕，儲備浮力恢復，潛艇就從水下浮出水面。水翼是在水中運動時能產生升力的翼形結構，上表面為吸力面，下表面為壓力面。本發(fā)明的特征是將水翼反向安裝在潛水船下，即水翼上表面為壓力面，下表面為吸力面。這樣，當潛水船在水面向前行駛時，就會在水翼上產生一向下的沉力，隨著速度的增加，反向水翼上產生的沉力越來越大，當這個沉力足以克服潛水船的儲備浮力時，潛水船就潛入水下。當潛水船降低速度或停止行駛時，反向水翼上產生的沉力減小或消失，不能克服潛水船的儲備浮力時，潛水船就浮出水面。
全文摘要
本發(fā)明是一種艦船潛入水下的新方法。通過使用這種新方法來解決潛艇存在的內部空間狹小、操縱復雜、安全性差、造價昂貴、應用范圍不廣等不足之處。其主要技術特征是將水翼反向安裝在潛水船下，即水翼上表面為壓力面，下表面為吸力面。當潛水船在水面向前行駛時，就會在水翼上產生一向下的沉力。用這個沉力來克服潛水船的儲備浮力，使其潛入水下。當潛水船降低速度或停駛時，反向水翼上產生的沉力減小或消失，潛水船就浮出水面。
文檔編號B63G8/14GK1153732SQ9611252
公開日1997年7月9日 申請日期1996年9月6日 優(yōu)先權日1996年9月6日
發(fā)明者馮慶軍 申請人:馮慶軍