改进的水动部件制造技术

一种水动部件可用作水动翼、螺旋桨桨叶等。在水流中，与该部件第一表面（９６）相比，在第二表面（９４）上产生较小的压力。在第一表面的后沿附近设置一作成可调阻流板（９８）的凸起。这个凸起的面和上游方向构成一小于等于９０°的夹角。在该位置处水流能够自行折回，从而增加了第一表面的局部压力。可以在第二表面（９４）的前沿设置一个第二凸起，促进该位置的流动分离。在每个凸起处提供有空气，当水流压力低于大气压时，形成自然通气。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进的水动部件(hydrofoil device)，使得升力主要由大于局部自由流的压力或环境压力的局部压力增加来产生。本专利技术尤其但不排他地涉及一种改进的用于船只的水动部件，例如水翼、桨叶、舵等控制表面，以及水上飞机。在本说明书中使用的术语“水动部件”表述的是用来在水中通过时产生升力的一种物理结构；类似地，术语“气动部件”表述的是在空气中的类似结构。水动部件可以用作动力支承，例如机翼、舵等控制表面、螺旋桨、泵和水轮机等的推进器。不过，水动部件在各种应用中的原理都是相似的。与气动部件类似，水动部件通过改变其表面上的流速来产生升力。水动部件上速度分布的改变与水动部件表面上的压力有关。正是这种压力分布，当在水动部件的表面上进行积分时，就形成了力。对水动部件表面上沿着垂直于流动方向分解的压力进行积分，就得到了升力；对沿着流动方向分解的压力进行积分，就得到了阻力。升力和阻力的比值是水动部件效率的一个量度。根据应用情况，升力矢量可以指向任何方向，可以向上、向下、水平或者某些其他的方向。为方便下面的描述，一般假设升力矢量向上。对于用作大多数轮船螺旋桨的传统水力装置，水动部件周围流体的加速意味着相关的压力降低。因此，水动部件上压力的降低产生大部分升力。这种部件应用于高流入速度场合的限制取决于由于速度增加造成的可能的压力降低的幅度。当局部压力低于水的汽化压力时，水汽化并产生了汽穴。这种汽穴的形成通常称为气穴现象(cavitation)。因为一旦水汽化，压力就不会在继续显著地降低，所以，这个条件代表压力的下限，也因此代表了水动部件产生力的能力。本专利技术涉及一种改进的水动部件，使升力主要由局部压力的增加来产生。这种方法表示与传统的水动部件设计有显著的区别。按照传统的设计，升力主要由减少压力或者负压来产生。本专利技术的目的是避免由于产生汽穴而对力产生能力的限制，因此能用于高流入速度的场合，否则，这种场合会导致汽穴或受限制于汽穴。当然，还有其他的益处。该水动部件对低流入速度同样是有效的。公知的是，流体速度降低会伴随着压力的增加。这种现象被广泛地利用在航空器中，用作阻流板以截断机翼上的流动，降低速度，从而产生局部的压力增加。然而，使用这样的部件时，在部件后会伴随有流动的分离，而形成了低压区。正是与这种低压区相关的压力阻力分量造成了这种部件效率差。类似部件在用于水中的情况下，由于存在多相流，即液体和气体，而变得更加复杂。虽然在部件的前面可以产生压力增加，但是，部件后面形成的分离区域压力非常低，而产生汽穴。澳大利亚专利申请AU 43617/96，即PCT/SE95/01582的澳大利亚国家阶段申请，描述了一种机构，对飞航(planing)或半飞航的船壳进行动平衡，减少航行中的俯仰和摇摆运动。该机构有一个板，安装在水下垂直于相对的水流流动，并伸出船壳尾部的下端，以在板的前面产生一个具有向上和向下速度分量的涡旋。这个涡旋在船壳尾部下面生成了一个水体(watervolume)，该水体产生一个指向船壳下表面的增大的压力，因此，能直接影响以预定速度航行的船只的平衡位置。但是，这种机构限于用在横尾部舰只，这时，横板后面的区域与大气相通，减小压力阻力分量。本专利技术旨在提供一种方法，能够利用水动部件表面上局部的压力增加，同时减少压力阻力分量的不利影响。在本说明书中，术语“包括”是一种非遍举的使用，其意义是可能还有包括在本专利技术中的其他特征/步骤没有明确地定义或包含在具体定义或描述在特征和/或步骤中。这些其他的特征和/或步骤包含的内容通过完整地阅读本专利技术是显而易见的。根据本专利技术的一个方面，提供一种改进的水动部件，该水动部件包括第一表面和位于该部件上与所述第一表面相对的一侧上的第二表面，其中，水流从该部件的前沿到后沿流过第一表面和第二表面；一个凸起，设置在该部件后沿附近，在所述第一表面上形成表面的不连续，因而在使用时，在所述凸起前面所述第一表面上导致的局部压力增加，对水动部件产生的升力有显著的贡献。优选地，所述凸起设置成与水动部件的上游方向有一个小于等于90°的夹角，因而在使用时，所述表面上的水流会自己折回。优选地，所述夹角小于90°。优选地，所述凸起由一个可调的扰流板形成，所述扰流板具有一个可动表面，形成所述的夹角，因而在使用时，可以改变所述可动表面伸出所述第一表面的大小，以控制水动部件产生的升力的大小。优选地，所述可动表面能够制成从所述第一表面和所述第二表面二者之一伸出，以改变水动部件所产生的升力的方向。一般地，所述水动部件还包括一个分离空穴通气装置，所述分离空穴形成于所述部件后沿附近，由流过所述第一、二表面的水流包围。优选地，所述通气装置包括一个供空气从大气中流入的流路，因而在使用时，空气通过自然通气被吸入所述分离空穴中。在一个实施例中，所述可调阻流板由水动部件的后沿部分形成，所述后沿部分通过一个或多个转动板可转动地安装在所述部件的主体上。优选地，每个所述转动板向外伸出所述凸起的最大深度，而沿上游伸出至少两倍这个距离。一般地，每个所述转动板由一个铰销转动连接到所述主体内部。有利的是，所述转动板中的一个放置在所述水动部件翼展的一端，防止在所述部件的末端处产生压损。在另一个实施例中，所述可调阻流板由可滑动地安装在导向件上的可动部分形成，因而能够沿着基本垂直于所述水动部件周围的水流方向的方向移动。有利的是，所述导向件由安装在所述部件主体上的导板形成，能够使所述第一表面上的局部高压区的扩散最小。根据本专利技术的另一个方面，提供了沿着用于船只推进装置的螺旋桨，该螺旋桨有多个水叶(hydrofoilblade)，至少一个水叶包括第一表面和位于该水叶上与所述第一表面相对的一侧上的第二表面，其中，水流从该水叶的前沿到后沿流过第一表面和第二表面；一个凸起，设置在该水叶后沿附近，在所述第一表面上形成表面的不连续，因而在使用时，在凸起前面所述推进装置的所述第一表面上导致的局部压力增加，对螺旋桨产生的推力有显著的贡献。优选地，所述凸起由一个可调的扰流板形成，所述扰流板具有一个可动表面，与所述水叶的上游方向形成一个夹角，因而在使用时，可以改变所述可动表面伸出所述第一表面的大小，以控制所述螺旋桨产生的推力。优选地，所述可动表面形成于一个滑板上，该滑板支承在沿着所述水叶主体的斜向导槽中，使所述滑板相对所述螺旋桨叶毂的动作垂直于水叶的运动方向。有利的是，所述水动部件还包括设在所述部件前沿附近的第二凸起，从而在所述第二表面上产生表面的不连续，因而在使用时，限制在所述第二表面上的最终的流动分离减少了摩擦力，能够显著地促进所述第二表面上流动状态的稳定。优选地，提供了一种对所述第二凸起后面的第二表面进行通气的通气装置，防止所述的分离流动再附着于所述第二表面，并减少发生空穴的可能。优选地，所述第二凸起能够在一个第一位置和一个第二位置之间调节，在第一位置时，在所述第二表面上形成前沿表面的不连续；在第二位置时，在所述第一表面上形成前沿表面的不连续。一般地，所述第二凸起由所述水动部件的前沿部分形成，所述的前沿部分能够在所述第一、二位置间移动。为了便于更详细地理解本专利技术的本质，下面，参照附图仅以举例的方式，详细地描述本专利技术改进水动部件的几个实施例。附图中，附图说明图1a和图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的水动部件，该水动部件包括： 一个第一表面和位于所述部件上与所述第一表面相对的一侧上的第二表面，其中，水从所述部件的前沿到后沿流过所述第一表面和第二表面；和 一个凸起，设置在所述部件后沿附近，在所述第一表面上产生表面不连续，这样，在使用时，所述第一表面上在所述凸起前面导致的局部压力增加，对所述部件产生的升力有显著的贡献。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼R埃尔姆斯，
申请(专利权)人：埃尔姆斯澳大利亚有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]