自推进式水翼

水翼船与机翼理论1. 引论水翼船在翼载状态通常有良好的耐波性，所产生的余波小，由于入射波引起的速度损失也小。

对于全浸式水翼系统，这些优点尤为显著。

水翼的设计工况一般是亚空泡状态，然而，空泡产生的可能性仍然是一个重要的问题。

讨论中，架设水翼无空泡。

Johnston指出，在选择全浸式水翼系统中的水翼和支柱的结构布局时，有如下一些重要的方面：（1）保持航向稳定性和横摇稳定性。

（2）当水翼露出水面时，能够稳定的恢复到浸没状态。

（3）恶劣海况下航行性能温和的趋向恶化。

（4）安全性。

设计者力图使水翼的升阻比和空泡初生时的航速最大化。

而满足结构要求的条件下，必须实现支柱—水翼系统质量的最小化。

以下首先描述水翼船的主要特征和重要的物理特性。

其次是对机翼理论进行详细讨论。

想用数值方法预报水翼船在波浪中以及在启航和操纵过程中的定常特性和非定常特性，机翼理论是一个必要的基础。

机翼理论的描述，将从介绍基于源，汇和偶极分子的边界元方法开始；这个方法可以考虑非线性理论，三维流动，水翼和支柱的相互作用以及自由表面效应。

再次讨论线性理论，线性理论的优越性是，可以更容易地看出攻角，拱度，襟翼和三维流动，如何影响水翼的升力和阻力。

此外，还要讨论自由表面和水翼的相互作用如何影响水翼的定常升力和阻力；这项分析有实验结果的论证。

最后讨论由于入射波浪引起的非定常情况；这将用于计算一个翼载状态的水翼船，在遭遇迎浪规则波或规则波时的垂荡和纵摇运动。

2.水翼船的主尺度图1.1还给出了一个带襟翼的全浸型水翼系统的例子:前支柱用于转向操纵，喷水推进则和后翼布置组合在一起。

喷水系统有一个喷压式的入水口，内部的管道经过内支柱，然后水从船尾喷到空气中，许多现有的水翼船都装有襟翼，它们用于控制纵倾和图1.2给出了各种类型的水翼布局。

表1.1和表1.2分别给出了单体划割自由面型和全浸型水翼船的主要尺度。

3.物理特征3.1 水翼航行状态的静态平衡在翼载状态下，船的重量由水翼系统提供的定常升力来平衡。

各类船舶简介1.破冰船（ice-breaker）为冰区航行的船舶开辟航道的专用船。

此类船的艏端为前倾型，船体结构经特别加强，船上设有专门的压载水舱，以供船在破冰时使用。

破冰船在北极、南极或其他冰海中破冰航行，为紧随其后的船队开辟航路。

破冰船的船体具有较强的抗冲击和抗挤压的能力，这使得它在冰海中航行时船体不会受到损坏。

现代破冰船还具有科学考察和救援的能力，船上备有直升飞机和起降平台。

2.平台供应船（Platform Supply Vessel简称PSV）是专为石油平台供给设计的。

此类船由其任务不同，而长度从20米到100米不等。

最主要的功能是运输人员物资到海上的石油平台。

近年来，新一代的PSV都要求装备DP1或DP2的动力定位系统。

3.舢板（Sampan）亦作“舢板”、“三板”，是用人力和风力推进的小艇。

舢板结构架简单、吃水浅、操作方便，可以进行海上救生、舷外作业和装载人员登岸等。

一般称备有1-6把桨的舢板为小型舢板，备有8-16把桨的舢板为中型舢板。

4.钻探船（Drilling Vessel）是漂浮于水面上的作业平台，通常适合在各种水深条件下进行钻探作业。

但对船的定位要求很高，多采用多锚定位或动力定位方式。

5.半潜式钻井平台(semi-submersible drilling unit)平台由水下浮体和水面上的平台，通过若干根立柱连接组成。

当平台工作时，水下浮体潜入水中一定深度，海面波浪对浮体的扰动较小，平台能再水面上保持稳定和平稳。

半潜式钻井平台的作业水深最大可达500m。

6.自升式钻井平台(jack-up drilling unit)平台的角处安装桩腿，每根桩腿可各自相对平台上下升降，移航时将所有的桩腿升起，由拖船拖到井位后，将桩腿降下，插入海底固定，然后将平台升起到一定高度，进行钻井作业。

自升式钻井平台适合在大陆架浅水区作业。

7.快艇(High Speed Craft)快艇是小型高速船的总称，快艇的种类很多，一般可以根据其用途进行分区。

水翼飞行器原理水翼飞行器是一种以水面为基础，通过水动力学原理实现起飞和飞行的飞行器。

它利用水面的支撑力和动力，结合空气动力学原理，实现了在水面上和空中的高效运动。

下面将详细介绍水翼飞行器的原理和工作机制。

一、水翼的设计和工作原理水翼是水翼飞行器的关键部件，它类似于飞机的机翼，但在形状和工作原理上有所不同。

水翼的形状通常呈V字型，两侧配有浮力桨和推进器。

水翼的上表面和下表面之间形成了一定的减压差，从而产生了升力。

同时，水翼的V字形状使得飞行器能够在水面上保持平衡，并减少水面的阻力。

在起飞阶段，水翼飞行器通过推进器提供的动力，加速到一定速度。

同时，水翼在水面上产生的升力将飞行器抬离水面，实现起飞。

起飞后，推进器继续提供动力，使飞行器能够在空中保持平稳的飞行状态。

二、水动力学原理水翼飞行器的飞行原理基于水动力学的基本原理。

根据阿基米德原理，当一个物体浸没在液体中时，所受到的浮力等于被液体排开的重量。

水翼飞行器的水翼通过形状和速度的设计，使得在水面上产生的浮力大于其自身的重量，从而实现起飞和飞行。

根据伯努利定律，当流体速度增加时，其压力就会降低。

在水翼上表面的水流速度较大，而下表面的水流速度较小，根据伯努利定律，上下表面之间形成了压力差。

这个压力差产生的升力，使得水翼飞行器能够在水面上保持平衡并提供升力。

三、水翼飞行器的优势和应用水翼飞行器相比传统飞行器具有许多优势。

首先，它不依赖于机场或跑道，可以在水面上起降，从而大大扩展了飞行器的使用范围。

其次，水翼飞行器可以在水面上实现高速飞行，在海洋巡逻、紧急救援等应用中具有独特的优势。

此外，由于水翼飞行器的设计和工作原理相对简单，制造成本相对较低，从而降低了飞行器的运营成本。

水翼飞行器在航空领域具有广泛的应用前景。

它可以用于海洋巡逻、渔业监测、海上搜救等任务，提高海上安全和救援能力。

同时，水翼飞行器还可以用于旅游和娱乐领域，为人们提供独特的飞行体验。

总结起来，水翼飞行器利用水动力学原理实现起飞和飞行。

海水资源开发利用实践——潮流能发电由于引潮力的作用，海水不断地涨潮、落潮。

涨潮时，大量海水汹涌而来，具有很大的动能；同时，水位逐渐升高, 动能转化为势能。

落潮时，海水奔腾而归，水位陆续下降，势能又转化为动能。

海水在涨潮和落潮时所具有的动能和势能统称为潮汐能。

潮汐能是一种蕴藏量极大、取之不尽用之不竭、不需开采和运输、洁净无污染的可再生能源。

目前潮汐能最成熟的利用形式是潮汐发电。

2022年4月29日上午, 位于浙江省舟山市岱山县秀山岛海域的LHD海洋潮流能发电平台，目前世界最大单机容量潮流能发电机组“奋进号”正在潮流的带动下平稳运转，源源不断地输送出绿色电能。

截至2022年7月底，该电站已连续运行超过62个月，累计发电总量超过293万千瓦时。

一、潮流能资源的基本介绍潮流能是指月球和太阳的引潮力使海水产生周期性的往复水平运动而形成的动能，发电原理是将水流中的动能通过装置转化为机械能，进而将机械能转化为电能。

适宜开发潮流能的区域通常是指流速峰值大于2m∕s的位置，发电装置通常在潮流流速为0. 8m∕s时启动。

开阔海域的潮流速度通常仅为0. lm∕s,但潮波与邻近陆块之间的岬角、岛屿和狭窄海峡等海岸地形的相互作用可使得流速超过2m/s。

因此，合适的地点位于沿海水域且高度局部化。

根据亚特兰蒂斯能源公司的报告，潮流能在全球范围内储量超过120GW。

二、潮流能发电技术（一）潮流能发电装置潮流能发电装置在开发过程中，逐渐研发出多种不同的结构形式，其中根据来流的流向与水轮机装置转动轴的位置关系，可分为水平轴式水轮机和垂直轴式水轮机，还有通过支撑臂摆动来获能的振荡水翼技术等；现有的多数潮流能装置采用直接固定于海底的方法，这样更有利于获能的稳定，但如果需要在离岸较远、水位较深的地方安装装置，则需采用漂浮式结构以便于安装和节约成本。

利用天然潮流所带来的动能推动装置发电的技术可以避免如潮汐发电站或水电站需要修建堤坝与配套设施，能减少相应的投资，且水轮机装置对生态环境影响小。

专利名称：一种水下拖曳姿态自适应水翼装置
专利类型：实用新型专利
发明人：林焰,王运龙,金朝光,陈明,管官,于雁云,李楷申请号：CN201420681828.3
申请日：20141115
公开号：CN204415691U
公开日：
20150624
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种水下拖曳姿态自适应水翼装置，属于水下拖曳技术领域。

该装置包括斜拉翼和水平翼部分，整体呈U形状，布置左右对称。

斜拉导流翼套在斜拉翼管上，可自由转动，有利于减少装置整体的阻力以及避免涡激振动，保证装置的安全性与稳定性。

水平导流翼套在水平翼管上。

定深翼的攻角大小由角度微调螺母调节。

船舶有速度时，定深翼产生向下升力，使得拖曳装置保持在一定水深，且左右对称的布置保证了水平翼能够自动调整姿态，以保持水平状态。

该装置结构简单，操作方便，安全可靠，实用性强，适用于船舶高速下拖曳水翼的使用。

申请人：大连理工大学
地址：116024 辽宁省大连市高新园区凌工路2号
国籍：CN
代理机构：大连星海专利事务所
代理人：花向阳
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J S2000-3-02　□船舶设计与研究□关键词:水翼船　船舶性能　船舶动力装置　维修水翼船原理特点及其使用与维修张大雄　摘要　在我国各地航线上营运的水翼船约有70余艘。

虽然水翼船的发展已近百年,但对于我国航运界仍是近几年接触的“新鲜”事。

营运中发生的事故不少,这与对水翼船的原理、特点和使用中必需的相关知识尚未被普及有关系。

本文简要介绍了一些水翼船的原理、特点,包括航态和阻力特点,吃水特点,结构和材料特点,动力系统特点,操纵特点等。

可供操作、使用、保养、维修时参考。

0　前言水翼船是一种高速高性能的水上运输工具,是航空机翼理论在船舶上的推广应用。

几乎在飞机发展的同时,就有人研究水翼船。

在二次世界大战后,开始有民用水翼客船投入营运,各发达国家设计建造的水翼船型号有数十个。

其中以原苏联发展和使用水翼船最多,在1970年前,以平均每年研制一个型号的速度开发了12个型号。

在1970年之后,又开发了7个型号。

在350余条航线,约4万公里航程上曾有成千艘水翼船在服务。

美国则重点开发高级的全浸自控海上水翼客船,具有非常优越的耐波性。

意大利则成批生产沿海自稳式或自稳加自控割划水面式水翼船,自成系列。

我国自1959年建成第一艘铆接铝合金的浅浸自稳式长江水翼客船“水翼一号”后,因缺乏大功率轻型柴油机和可焊铝合金,以及生活水平的限制而发展缓慢。

为了开发军用水翼船,在水翼水动力特性、水翼船性能试验研究和水翼理论研究方面经过30余年努力,也曾试制多种自航试验艇,取得了丰富的数据、资料和实践经验,共编写各种论文和试验研究报告150余篇。

1983年,在国际高速船会议上发表的“新型长江水翼客船研究”一文,曾荣获以美国水翼船学会主席“Peter Dorey”命名的银杯奖。

1985年曾研制全铝焊接小型水翼客船“飞鱼号”,于1988年9月建成并试航成功,为我国水翼船发展事作者介绍:张大雄1957年毕业于上海交通大学船舶工程专业,中国船舶科学研究中心教授级高级工程师,享受国务院特殊津贴的专家,是国内水翼艇领域享有盛名的专家。

水翼船在停泊或以低速航行时与普通排水型船一样，也靠浮力支承。

但随着航速的增高，作用在水翼上的水动力逐渐加大，最后可将除水翼、臂架、推进器和舵以外的整个船体升离水面。

这时，湿面积大为减少，船的兴波几乎消失，总阻力大幅度下降。

水翼船的航速很高，服务航速通常为60km/h～80km/h，最高可达100km/h～115km/h。

为尽量减轻重量，水翼船的船体通常用铝合金，水翼用高强度合金钢制造，并用轻型高速柴油机或燃气轮机作为主机。

一般采用水螺旋桨、喷水推进或空气螺旋桨等推进装置。

与普通排水型船相比，水翼船的造价虽较高，但有着航速高、兴波小的优点，适用于内河、湖泊和沿海作高速客船、交通船、巡逻艇用。

水翼船的特点是行驶在空气跟海水的临界面上，以尽量克服水的阻力。

水翼船靠潜在水中的水翼支持而行。

船底的薄片水翼在船停泊时完全没入水中，船开始运动时，水流经过弯曲的水翼，产生上举力，船走得越快，产生的升力越大，当水翼在水中升起时，把船体完全推离水面。

由于阻碍消除，船的速度大大提高，行驶更为平稳。

水翼产生升力的原理与机翼相同。

它们的差别除了介质密度不同外，水翼存在自由表面影响和可能产生空泡。

水翼升力L大小，与水的质量密度ρ、水翼有效面积S、流速V平方成比例。

可用公式表达：L=CLρV2S/2。

式中CL称水翼升力系数。

深浸式水翼的CL取决于水翼的翼型(平凸弓形、凹凸弓形、机翼形等)、平面形状(矩形、后掠形、菱形、两端加宽形等)、展弦比和攻角等主要参数。

浅浸式水翼的CL还和相对浸深(水翼的浸深与水翼弦长之比)有关，当水翼浸深增加时，升力系数变大，反之即减小，这种现象称为“浅浸效应”。

按前后两组水翼升力相对大小，分为鸭式水翼艇、飞机式水翼艇和串列式水翼艇。

鸭式水翼艇，指后翼升力大于65％艇重。

主要水翼面积在尾部，此处水流相对较稳定，受波浪干扰影响较小，艇的耐波性较好，但前翼面积较小，起飞性能稍差。

若艇的重心位置偏后，采用鸭式配置较好。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1544288A [43]公开日2004年11月10日[21]申请号200310112387.1[22]申请日2003.11.26[21]申请号200310112387.1[71]申请人陈和地址518031广东省深圳市福田区下步庙南区40栋201室[72]发明人陈和 [74]专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司代理人李辉[51]Int.CI 7B63H 16/00权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 6 页[54]发明名称自推进式水翼装置[57]摘要一种自推进式水翼装置，包括第一水翼、第二水翼及连接第一水翼和第二水翼且设有转向结构的支承结构，该转向结构包括彼此独立的第一转轴部分和第二转轴部分，这两部分之间是彼此可移动式地连接的。

该装置还包括一个对第一转轴部分和第二转轴部分施以偏压的偏压机构。

该水翼装置采用柔性转向件及/或支承件制成，驱动水翼以合适的方式在水中移动，从而使水翼装置向前行进。

200310112387.1权 利 要 求 书第1/2页 1、一种自推进式水翼装置，其特征在于，它包括第一水翼、第二水翼及连接第一水翼和第二水翼且设有转向结构的支承结构，该转向结构包括彼此独立的第一转轴部分和第二转轴部分，这两部分之间是彼此可移动式地连接的。

2、根据权利要求1所述的自推进式水翼装置，其特征在于，它还包括一个对第一转轴部分和第二转轴部分施以偏压的偏压机构。

3、根据权利要求1所述的自推进式水翼装置，其特征在于，所述转向结构包括一根转向把，所述第一转轴部分和第二转轴部分的移动式连接点位于该转向把的前方。

4、根据权利要求1所述的自推进式水翼装置，其特征在于，所述第一转轴部分和第二转轴部分经连接后，能在第一平面以与该装置的前进方向基本一致的方向彼此移动，并在与第一平面垂直的平面上具有刚度。

5、根据权利要求1所述的自推进式水翼装置，其特征在于，所述第一转轴部分和第二转轴部分可在第一位置和第二位置之间移动，其中，第一位置是使第二水翼潜入水中，从而驱动水翼船向前行进，第二位置是使水翼船接近水面滑行。

J S2000-3-02　□船舶设计与研究□关键词:水翼船　船舶性能　船舶动力装置　维修水翼船原理特点及其使用与维修张大雄　摘要　在我国各地航线上营运的水翼船约有70余艘。

虽然水翼船的发展已近百年,但对于我国航运界仍是近几年接触的“新鲜”事。

营运中发生的事故不少,这与对水翼船的原理、特点和使用中必需的相关知识尚未被普及有关系。

本文简要介绍了一些水翼船的原理、特点,包括航态和阻力特点,吃水特点,结构和材料特点,动力系统特点,操纵特点等。

可供操作、使用、保养、维修时参考。

0　前言水翼船是一种高速高性能的水上运输工具,是航空机翼理论在船舶上的推广应用。

几乎在飞机发展的同时,就有人研究水翼船。

在二次世界大战后,开始有民用水翼客船投入营运,各发达国家设计建造的水翼船型号有数十个。

其中以原苏联发展和使用水翼船最多,在1970年前,以平均每年研制一个型号的速度开发了12个型号。

在1970年之后,又开发了7个型号。

在350余条航线,约4万公里航程上曾有成千艘水翼船在服务。

美国则重点开发高级的全浸自控海上水翼客船,具有非常优越的耐波性。

意大利则成批生产沿海自稳式或自稳加自控割划水面式水翼船,自成系列。

我国自1959年建成第一艘铆接铝合金的浅浸自稳式长江水翼客船“水翼一号”后,因缺乏大功率轻型柴油机和可焊铝合金,以及生活水平的限制而发展缓慢。

为了开发军用水翼船,在水翼水动力特性、水翼船性能试验研究和水翼理论研究方面经过30余年努力,也曾试制多种自航试验艇,取得了丰富的数据、资料和实践经验,共编写各种论文和试验研究报告150余篇。

1983年,在国际高速船会议上发表的“新型长江水翼客船研究”一文,曾荣获以美国水翼船学会主席“Peter Dorey”命名的银杯奖。

1985年曾研制全铝焊接小型水翼客船“飞鱼号”,于1988年9月建成并试航成功,为我国水翼船发展事作者介绍:张大雄1957年毕业于上海交通大学船舶工程专业,中国船舶科学研究中心教授级高级工程师,享受国务院特殊津贴的专家,是国内水翼艇领域享有盛名的专家。

电动水翼艇的原理
1.船体设计：电动水翼艇是一种类似喷气式滑翔机的设计，由一个主要的船体和两个侧翼组成。

船体通常为长而窄的形状，以减少阻力并提高稳定性。

两个侧翼位于船体下方，其上有一组可调的水翼，用来提供升力和控制船体的姿态。

2.电动驱动系统：电动水翼艇使用电动机驱动船体前部的螺旋桨，产生推进力推动船体向前行进。

电动机通常由电池组供电，其容量和功率取决于船体的大小和设计速度。

电动水翼艇可以使用充电宝可充电电池、锂电池、太阳能电池等。

3.水翼系统：水翼是电动水翼艇的核心部件，通过在水下产生升力来提供浮力，并且可以调节以改变船体的姿态和减少摩擦阻力。

水翼的形状和角度需要精确调整，以优化船体的稳定性和性能。

水翼通常由具有合适翼型的高强度材料制成，如碳纤维。

4.舵系统：为了控制电动水翼艇的航向和姿态，舵系统通常包括俯仰舵和滚动舵。

俯仰舵位于船体前部的水翼上，用来调整船体的上下运动。

滚动舵位于船体中部的连接处，用来调整船体的左右倾斜。

舵系统通常由电动或液压驱动，通过电子控制系统来实现。

5.其他系统：除了上述的主要部件外，电动水翼艇还可能包含其他系统来提高性能和安全性。

例如，船体上可能配备有传感器和计算机控制系统，用于监测和调节船体的姿态和稳定性。

此外，还可以配备防护网、紧急停止装置等安全措施。

总的来说，电动水翼艇通过电动驱动系统以及水翼和舵系统的协调配合，实现在水上高速、高效的运动。

它具有较低的阻力和摩擦力，提供了
更加平稳和舒适的乘坐体验。

这种创新的设计使得电动水翼艇成为未来水上交通工具的一个潜在选择。

船舶喷水推进技术介绍作者: 望春的排骨发布日期: 2006-7-14 查看数: 2404 出自: 船舶喷水推进技术发展ZT2004年09月20日1 喷水推进技术发展概况喷水推进是一种特殊的船舶推进方式,与螺旋桨不同的是它不是利用推进器直接产生推力,而是利用推进泵喷出水流的反作用力推动船舶前进。

与螺旋桨/轴系这一传统的推进方式的理论和应用发展相比,喷水推进进展相当缓慢主要是由于理论研究不成熟,有些关键技术没过关。

例如低损失无空泡进口管道系统,高效率和大功能转换能力的推进泵,船、机、泵的有机配合,水动力性能极佳的倒航操纵装置等技术没得到解决等。

但喷水推进毕竟具有推进效率高、抗空泡性强、附体阻力小、操纵性好、传动轴系简单、保护性能好、运行噪声低、变工况范围广和利于环保等常规螺旋桨不及的优点。

1.1喷水推进的主要技术发展进程在船舶喷水推进技术诞生的340年历程中,按时间顺序,大致经历了液泵式喷水推进、间歇式喷水推进、底板式喷水推进、尾板式喷水推进和舷外喷水推进5个阶段。

从目前在船舶上的应用情况看,尾板式喷水推进已成为喷水推进的首选型式。

喷水推进装置最早是在1661年由英国人图古德和海斯发明的,直到1839年英国人摩里斯·思凡才发明了一种较为成熟的喷水推进装置,1914年吉尔设计出一种底板式喷水推进系统其上带有一组合式倒车机构,1946年芝加哥分麦克·科拉姆研究出世界上第一个喷水推进舷外机，1962年前苏联首先使用了三级轴流泵和二级轴流泵,1968年美国研制了采用单机双吸离心泵的深浸自控水翼艇,1977年肖特公司成功研发了另一种改进的底板式推进装置——泵喷射推进器,20世纪50年代早期哈密尔顿开始研制尾板式喷水推进器,80年代英国、美国、法国在核潜艇上应用了喷水推进的降噪技术,近几年发展的计算机多点控制实现了操纵性的进一步提高。

曾不断受到船东批评的喷水推进器的部件质量、坚固性和耐用性等问题,由于新型复合材料的应用而得到很大改善。