無水平尾翼的地效翼船的製作方法

2023-07-31 16:23:26

專利名稱：無水平尾翼的地效翼船的製作方法
技術領域：
本發明涉及地效翼船機翼結構，尤其涉及替代水平尾翼形成鴨翼以構成地效翼船 機翼結構的地效翼船船體及機翼形狀。
背景技術：
一般而言，在航空器及地效翼船中，為了抑制縱向搖擺而使用水平尾翼。考慮到前 側主翼導致的下洗角(downwash angle)，上述水平尾翼具有適當的大小及初始角度。但是，在地效翼船上，下洗角的變化不僅取決於主翼的襟翼變化等人為的形狀，而 且，還取決於航行高度。即，在低的高度下，因水面的作用具有流動變成平行的趨勢，從而下 洗角大小變小，而在高的高度下，大小將恢復至原來的值。S卩，發生不易設計出適當水平尾翼的情況，而且，根據不同的情況，在航行時還會 發生意想不到的不穩定情況。但是，目前為止還沒有開發出可替代垂直尾翼的裝置。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術之不足而提供一種無水平尾翼的地效翼船，其減 少在貼近水面以低的高度航行的地效翼船中經常發生的下洗角的變化量，確保船體縱向搖 擺控制的一貫性。本發明的另一目的在於提供一種無水平尾翼的地效翼船，其通過降低因地面效應 導致的水平尾翼設計難度和通過消除設置所需的結構加固需求，提高製作便利性並降低船
體重量。為了解決上述問題，本發明地效翼船機翼結構，其特徵在於，在由包括船體的主 體、包括主翼的機翼部及包括引擎的推進裝置部構成的地效翼船中，上述機翼部包括主 翼，在地效翼船船體的側面中央部分向外凸出；下向翼，在上述主翼外側末端垂直向下固 定；鴨翼(Canard)，從船體的前端向外水平凸出，且位於從上述主翼到地效翼船的行進方 向；而上述下向翼，包括下向板，在上述主翼的末端向下方向一體固定；可變型方向舵 (Rudder)部，與上述下向板背面相對而設；而包括上述方向舵部的下向板的垂直截面形狀 中，包括前緣的前面部呈具備防止不發生流動分離的適當厚度的圓形，而後面部從具備頂 點厚度的部位向後緣方向減少厚度，且後緣呈一字形以尖銳的形狀收斂，而且，整體下向翼 的垂直截面形狀呈螺旋槳形。在此，上述鴨翼，包括水平穩定板，具備固定型水平板結構；可變型升降舵部，與 上述水平穩定板的背面相對而設；而上述升降舵部的側截面形狀中，包括前緣的前面部呈 具備防止不發生流動分離的適當厚度的圓形，而且從具備頂點厚度的部位減少厚度，且後 緣呈一字形以尖銳的形狀收斂，而且，整體水平尾翼的側截面形狀呈螺旋槳形。另外，上述下向翼的下部呈拱形或流線形「V」字形，以減少與海水及海面附近空氣 的摩擦力。
另外，上述下向翼的材質為碳纖維鋁。與此同時，在上述主翼內部，包括多個肋材，連接主翼的前緣和後緣並呈螺旋槳 形；多個翼梁，與上述肋材交叉並呈板狀。若將本發明機翼結構設置於地效翼船，可減少在貼近水面以低的高度航行的地效 翼船中經常發生的下洗角的變化量，確保船體縱向搖擺控制的一貫性。另外，通過消除設置所需的結構加固需求，提高製作便利性並降低船體重量。


圖1為無水平尾翼的地效翼船側剖面圖；圖2為本發明地效翼船機翼結構的第一實施例；圖3為圖2中的主翼和下向翼剖面圖；圖4為在主翼內部具備肋材和翼梁的示意圖；圖5為下向翼的結合部結合示意圖；圖6為下向翼下部形狀的實施例示意圖；圖7為另一實施例下向翼結構示意圖；圖8及圖9為如圖7所示結構中的下向翼下部形狀實施例示意圖。*附圖標記*100地效翼船船體200主翼
211翼梁212肋材
300下向翼310下向板
320方向舵部400水平尾翼
410水平穩定板420升降舵部
500垂直尾翼600鴨翼
610水平穩定板620升降舵部
615槽
具體實施例方式下面，結合附圖對本發明地效翼船機翼結構進行詳細說明。圖2為本發明地效翼船機翼結構的第一實施例；圖3為圖2中的主翼和下向翼剖 面圖；圖4為在主翼內部具備肋材和翼梁的示意圖；圖5為下向翼的結合部結合示意圖；圖 6為下向翼下部形狀的實施例示意圖；圖7為另一實施例下向翼結構示意圖；圖8及圖9為 如圖7所示結構中的下向翼下部形狀實施例示意圖。下面，在附圖中說明的地效翼船機翼結構中，具備以地效翼船的船體軸為中心左/ 右側對稱的結構。因此，即使對一側機翼結構進行說明，也可視為另一側機翼結構也具有相 同的結構。圖1為無水平尾翼的地效翼船側剖面圖。首先，結合圖2至圖6對第一實施例的 機翼結構進行詳細說明。如圖2所示，本發明第一實施例的地效翼船100的整體機翼結構，包括主翼200， 在地效翼船船體的側面中央部分向外凸出；下向翼300，在上述主翼200外側末端無接頭地垂直向下固定鴨翼(Canard) 600，從船體100的前端向外水平凸出，且位於從上述主翼200 到地效翼船的行進方向；而上述下向翼300，包括下向板310，在上述主翼200的末端向下 方向一體固定；可變型方向舵(Rudder)部320，與上述下向板310背面相對而設；而包括上 述方向舵部320的下向板300的垂直截面形狀中，包括前緣321的前面部呈具備防止不發 生流動分離的適當厚度的圓形，而後面部從具備頂點厚度的部位減少厚度，且後緣3 呈 一字形以尖銳的形狀收斂，而且，整體下向翼300的垂直截面形狀呈蝌蚪形狀的螺旋槳形。S卩，現有技術的下向翼呈沿垂直方向具備一定厚度的一字形板狀，但第一實施例 中的下向翼結構呈與螺旋槳形類似的流線形機翼截面，從而抑制渦流並增加推力。具體而 言，一般而言，在機翼下存在從內向外的流體流動，而在此時，若在機翼末端部分沿垂直方 向設置小翼或下向翼，則機翼下的流體流動對小翼形成一定的入射角(迎角)，因此，這樣 的設置將在小翼上產生揚力(lift)。這樣的揚力可分解為地效翼船行進方向的成分和水平 方向的成分，而其中的行進方向的成分起到增加推力(thrust)的作用。因此，若小翼具有 作為一般機翼截面形狀的螺旋槳形截面，則可最大限度地產生揚力。換言之，末端揚力面的前緣具備防止不發生流動分離(s印aration)的適當厚度 的圓形，而後緣(trailing edge)因尖銳(sharp)而在產生分離時最大限度地產生揚力，從 而不僅通過抑制渦流而減少阻力，而且還起到增加推力的作用。另外，這樣的下向翼形狀較 之現有技術的小翼具有更大的體積，因此，可吸收起飛或降落時的衝擊力並確保上述船體 的水平搖擺穩定性，從而可在地效翼船及水上飛機上替代浮子(float)。即，若為水上飛機， 則作為降落輔助裝置具備滑雪板形狀的浮子，但可通過使下向翼的截面及下部具備這樣的 流線形以替代浮子，從而簡化結構。在上述下向翼300中，固定型下向板310結構和與之相對結合的可變型方向舵部 320結構，在地效翼船100上替代垂直尾翼而將下向翼300用於船首搖擺控制。更具體而言， 在地效翼船100中，若將機翼設置於主體上端部，則為了最大限度地提高地面效應，將設置 相對較大的下向翼300，而此時，將利用揚力面形狀且在揚力面背面設置與垂直尾翼的方向 舵一樣的驅動部320。通過運行上述驅動部320，起到確保對船首搖擺的穩定性，補償左右 推力的不對稱性的作用。在此，上述下向板310為在主翼200末端無接頭地垂直向下連接的固定式，而上述 方向舵部320為設置於上述下向板310背面的可變式，以驅動上述船體向左側或右側旋轉。上述鴨翼600，包括水平穩定板610，從上述地效翼船船體100的前端向外水平凸 出固定，且位於從上述主翼200到地效翼船的行進方向；升降舵620，設置於上述水平穩定 板610背面，以驅動上述船體100上升或下降。下面，對上述下向翼300及鴨翼600結構進行更詳細的說明。首先，在地效翼船移動時，上述主翼200和上述下向翼310及水平穩定板610為固 定型結構，而通過驅動部的操作驅動上述船體100左/右旋轉的方向舵部320或用於驅動 船體上升/下降的升降舵部620為可變型結構。S卩，上述方向舵部320後緣(Trailing edge)可向左/右方向旋轉，而上述升降舵 部後緣(Trailing edge) 6 可向上/下方向旋轉，從而確保對船首搖擺的穩定性並補償左 右推力的不對稱性。從而可實現去掉用於控制船首搖擺的垂直尾翼結構的地效翼船機翼結構。
上述主翼200在地效翼船的側面中央部分，由具有與現有航空器的風板(Airfoil =螺旋槳)相同形狀的，其側面為螺旋槳形的平整的翼板向外依次凸出連接而成，而且，在 使前緣201和後緣209的間隔變窄的同時凸出。即，在上述螺旋槳形狀中，上述前緣201的 左/右方向的形狀為水平的一條直線，而上/下方向呈平整的圓形(Round)，而在從上述前 緣201到上述後緣209中，從上述前緣201頂點到(3至4)/10位置，延長上述圓形的上/下 側流線形的高度，而從上述(3至4)/10位置到上述後緣，縮短上/下側流線形高度，而且， 在上述後緣209頂點以尖銳的形狀收斂。此時，上述主翼200的側面為螺旋槳形，而材質為 碳纖維鋁。上述下向板310的前緣311的左/右方向的形狀為平整的圓形(Round)，而後緣 319構成尖銳的形狀以形成兩個分離。此時，若以平面方式說明上述兩個分離，則兩個分離 之間以垂直直線形成槽(=溝)315。此時，上述下向板310的材質為碳纖維鋁，而下部形狀為拱形或流線形「V」字形， 以減少水面或地面摩擦力。上述方向舵部320從上述下向板310的槽315相隔一定間距而設，以通過驅動部 改變方向。而且，前緣321為圓形(Round)，而後緣3 形成尖銳的形狀以形成一個分離。 此時，較佳地，由其平面為螺旋槳形的垂直一條直線的翼板構成，且材質為碳纖維鋁，而且， 下部為拱形或流線形「V」挪字形。另外，在上述方向舵部320中，若通過上述驅動部的操作驅動方向舵部320的後緣 329向左/右側方向旋轉，則上述方向舵部320前緣321的圓形，在不與上述槽發生摩擦的 情況下旋轉。另外，上述鴨翼600，包括水平穩定板610，具備固定型水平板結構；可變型升降 舵部620，與上述水平穩定板610的背面相對而設；而上述升降舵部620的側截面形狀中， 包括前緣621的前面部呈具備防止不發生流動分離的適當厚度的圓形，而且從具備頂點厚 度的部位減少厚度，且後緣6 呈一字形以尖銳的形狀收斂，而且，整體鴨翼600的側截面 形狀呈蝌蚪形狀的螺旋槳形。上述水平穩定板610，在作為主翼前面方向的船體100前端部，由具有與現有航空 器的風板(Airfoil =螺旋槳)相同形狀的，其側面為蝌蚪形狀的平整的翼板向外依次凸出 連接而成且前緣(Leading edge)611和後緣(Trailing edge)629的間隔逐漸變窄，而且， 前緣611的形狀為平整的圓形(Round)，而後緣619形成尖銳的形狀以產生兩個分離。此 時，若以平面方式說明上述兩個分離，則兩個分離之間以垂直直線形成槽(=溝)615。另 外，較佳地，上述水平穩定板610的材質為碳纖維鋁。此時，上述升降舵部620從上述水平穩定板610的槽615相隔一定間距而設。 此時，在上述升降舵部620中，上述前緣(Leading edge)621呈圓形(Round)，而後緣 (Trailing edge) 6 形成尖銳的形狀以產生一個分離。而且，較佳地，上述升降舵部620的 側面為螺旋槳形且材質為碳纖維鋁。另外，形成一定的空間設置上述升降舵部620，以在通過上述驅動部的操作驅動後 緣(Trailing edge) 629向上/下側方向旋轉時，使上述前緣621的圓形，在不與上述槽615 發生摩擦的情況下旋轉。下面，對由下向板310及方向舵部320構成的下向翼300和由水平穩定板610及升降舵部620構成的鴨翼600形狀進行更詳細的說明。如圖所示，上述下向板310前緣311的上/下方向為垂直一條線形狀且左/右方 向呈平整的圓形(Round)，而且，在從上述前緣311到上述下向翼300後緣3 的長度方向， 從上述前緣311的頂點到「(3至4) /10」位置，延長上述圓形的左/右側流線形長度，且從 上述「(3至4)/10」位置到上述後緣329，縮短左/右側的流線形長度，另外，在上述下向板 310後緣319，包括使左側流線形末端和右側流線形末端各形成尖銳(Siarp)形狀的第一、 二尖銳部，而上述第一、二尖銳部之間的空間，形成向內側垂直凹陷的槽(=溝)315。在此，上述方向舵部320，起到驅動上述船體100向左側或右側旋轉的方向舵的作 用且具備螺旋槳形狀，而且，在地效翼船船體移動時，通過驅動部的操作，對在左/右側上 述主翼200的左側端和右側端產生的不對稱推力進行補償。即，在上述螺旋槳形狀中，使上述方向舵部320前緣321的左/右側方向形成平整 的圓形(Round)，而在從上述前緣321到後緣3 的長度方向，從上述前緣321的頂點到「(3 至4)/10」位置，延長上述圓形的左/右側流線形長度，且沿上述下向翼300螺旋形，從上述 「 (3至4)/10」位置到上述後緣329，縮短左/右側的流線形長度，另外，在上述後緣3 頂 點以尖銳的形狀收斂。另外，在上述水平穩定板610中，上述前緣611的左/右方向的形狀為垂直的一條 直線，而上/下方向呈平整的圓形(Round)，而在從上述前緣611到鴨翼600後緣6299中， 從上述前緣611頂點到「(3至4)/10」位置，延長上述圓形的上/下側流線形的高度，而從 上述「(3至4)/10」位置到上述鴨翼600後緣629，縮短上/下側流線形高度，另外，在上述 水平穩定板610後緣619，包括使上側流線形末端和下側流線形末端各形成尖銳(Siarp) 形狀的第四、五尖銳部，而上述第四、五尖銳部之間的空間，形成向內側垂直凹陷的槽(= 溝)615。在此，上述升降舵部620具有螺旋形形狀，且是用於驅動船體上升或下降的裝置。為此，在上述螺旋形形狀中，上述前緣621的左/右方向的形狀為平整的圓形 (Round)，而在從上述前緣621到上述後緣6 中，沿上述水平尾翼600的螺旋槳形狀，從上 述前緣621頂點到「(3至4)/10」位置，延長上述圓形的上/下側流線形的高度，而從上述 「 (3至4) /10」位置到上述後緣629，縮短上/下側流線形高度，而且，在上述後緣6 頂點 以尖銳的形狀收斂。如上所述，在本發明的地效翼船機翼結構中，因以地效翼船的船體100基準線為 中心，各對稱設置左/右側機翼，因此，即使只對一側機翼結構進行說明，但因上述對稱關 系，左/右側機翼的結構相同。因此，與航空器不同，本發明的地效翼船機翼結構不單獨設置垂直尾翼及水平尾 翼，而通過最大限度地提高作為地效翼船的特性的地面(=海岸線)效應，最大限度地減 少在主翼的外側末端產生的渦流和誘導抗力，而且，因下向翼較之小翼具有更大的體積，因 此，可吸收起飛或降落時船體所受的衝擊力並確保上述船體的水平搖擺(Roll)穩定性。圖7至圖9為另一實施例，提供下向板310及方向舵部320形狀相同但結合結構 不同的結構。即，上述方向舵部320的上下長寬度小於上述下向板310上下長寬度，而下向 板310後面部形成容置槽317以容置方向舵部320。因此，上述方向舵部320設置於下向板 310後面部的容置槽317內。在地效翼船機翼結構中，各部分的作用及其他機翼形狀相同，因此，重複的內容在此不再贅述。圖8及圖9表示本發明各種下向翼結構實施例中的下向翼300下部形狀結構。如圖所示，表示下部形狀為圓弧形狀的拱形和流線形V字形的情況。這在地效翼 船移動時，最大限度地抑制與水面空氣層的摩擦，以最大限度地提高揚力及推力效果。另 外，這樣的形狀只為一實施例，機翼結構及結合形狀的變形及應用不受所圖示形狀的限制。上述實施例僅用以說明本發明而非限制，本領域的普通技術人員應當理解，可以 對本發明進行修改、變形或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍，其均應涵蓋在本發 明的權利要求範圍當中。工業實用性一般而言，在航空器及地效翼船中，為了抑制縱向搖擺而使用水平尾翼。考慮到前 側主翼導致的下洗角(downwash angle)，上述水平尾翼具有適當的大小及初始角度。但是， 在地效翼船上，下洗角的變化不僅取決於主翼的襟翼變化等人為的形狀，而且，還取決於航 行高度。即，在低的高度下，因水面的作用具有流動變成平行的趨勢，從而下洗角大小變小， 而在高的高度下，大小將恢復至原來的值。即，發生不易設計出適當水平尾翼的情況，而且， 根據不同的情況，在航行時還會發生意想不到的不穩定情況。但是，目前為止還沒有開發出 可替代垂直尾翼的裝置。今後，隨著人們對翼船的需求的增加，根據上述情況開發出的本發 明翼船機翼結構的必要性及需求也將進一步增加。
權利要求
1.一種無水平尾翼的地效翼船，其特徵在於，在由包括船體的主體、包括主翼的機翼部 及包括引擎的推進裝置部構成的地效翼船中，上述機翼部包括主翼，在地效翼船船體的側 面中央部分向外凸出；下向翼，在上述主翼外側末端垂直向下固定；鴨翼(Canard)，從船體 的前端向外水平凸出，且位於從上述主翼到地效翼船的行進方向；而上述下向翼，包括下 向板，在上述主翼的末端向下方向一體固定；可變型方向舵(Rudder)部，與上述下向板背 面相對而設；而包括上述方向舵部的下向板的垂直截面形狀中，包括前緣的前面部呈具備 防止不發生流動分離的適當厚度的圓形，而後面部從具備頂點厚度的部位向後緣方向減少 厚度，且後緣呈一字形以尖銳的形狀收斂，而且，整體下向翼的垂直截面形狀呈螺旋槳形。
2.根據權利要求1所述的無水平尾翼的地效翼船，其特徵在於上述鴨翼，包括水平 穩定板，具備固定型水平板結構；可變型升降舵部，與上述水平穩定板的背面相對而設；而 上述升降舵部的側截面形狀中，包括前緣的前面部呈具備防止不發生流動分離的適當厚度 的圓形，而且從具備頂點厚度的部位減少厚度，且後緣呈一字形以尖銳的形狀收斂，而且， 整體水平尾翼的側截面形狀呈機翼形。
3.根據權利要求1或2所述的無水平尾翼的地效翼船，其特徵在於上述下向翼的下 部呈拱形或流線形「V」字形，以減少與海水及海面附近空氣的摩擦力。
4.根據權利要求3所述的無水平尾翼的地效翼船，其特徵在於上述下向翼的材質為 碳纖維鋁。
5.根據權利要求1或2所述的無水平尾翼的地效翼船，其特徵在於在上述主翼內部， 包括多個肋材，連接主翼的前緣和後緣並呈機翼形；多個翼梁，與上述肋材交叉並呈板 狀。
全文摘要
本發明地效翼船機翼結構，其特徵在於，在由包括船體的主體、包括主翼的機翼部及包括引擎的推進裝置部構成的地效翼船中，上述機翼部包括主翼，在地效翼船船體的側面中央部分向外凸出；下向翼，在上述主翼外側末端垂直向下固定；鴨翼(Canard)，從船體的前端向外水平凸出，且位於從上述主翼到地效翼船的行進方向；而上述下向翼，包括下向板，在上述主翼的末端向下方向一體固定；可變型方向舵(Rudder)部，與上述下向板背面相對而設；而上述升降舵部的側截面形狀中，包括前緣的前面部呈具備防止不發生流動分離的適當厚度的圓形，從具備頂點厚度的部位減少厚度，且後緣呈一字形以尖銳的形狀收斂，而且，整體下向翼的垂直截面形狀呈螺旋槳形。因此，通過替代為確保縱向搖擺穩定性而必需具備的水平尾翼而形成鴨翼，解決因地面效應導致的水平尾翼設計難度。
文檔編號B63B1/16GK102131696SQ200980132662
公開日2011年7月20日 申請日期2009年3月18日 優先權日2008年8月20日
發明者姜昌求, 李昌珉, 李韓鎮 申請人:水翼艇技術株式會社