水翼艇

水翼艇

水翼艇是一種高速艇。艇身底部有支架,裝上水翼。當艇的速度逐漸增加,水翼提供的浮力會把艇身抬離水面(稱為水翼飛航或水翼航行, Foilborne),從而大為減少水的阻力和增加航行速度。

概述

水翼是在水中運動時能產生升力並用於支撐艇重的翼形結構。完整的水翼除產生升力的翼板外,還有與艇體緊密連線的支柱和阻氣片、端板等附屬檔案,同時水翼常與推進、控制、操縱和上翻等系統結合在一起,故水翼實際上是一個綜合裝置。

原理

在流體中,流速越大的位置,壓強越小。當船在水中高速航行時,水翼船的水翼上表面凸起,他與船體間的水流速度大,壓強小。下表面的水流速度小,壓強大。因此在水翼的上、下表面存在向上的壓力(壓強)差,上方壓強小於下方壓強,產生一個合壓強,使其產生一個向上的合力。所以船體被抬高了。

發展歷史

水翼艇水翼艇

1891年俄國血統的法國人德朗貝爾,首次發明水翼艇。

1905年飛艇設計師義大利人福拉尼尼建造了一艘小水翼艇,並在專利說明書上闡明了水翼艇的科學技術原理。

1947年美國開媽水翼艇的建造,設計了排水量50噸,航速30節的“海腳”呈水翼艇。

1957年開始前蘇聯建成了多種型號的水翼艇,其抗風性和長途航行表現的良好狀態得到廣泛認可,

1960年開始,美國開始建造用於軍事領域的一系列水翼艇,包括“高點”水翼艇(63)、“普蘭偉尤”號340噸反潛試驗艇(69)。

1958年中國開始對水翼艇的建造進行研究,交通部船舶設計院設計的小型水翼艇取得初步成功。

1958年上海船舶科學研究院和上海交通大學設計了鋁製水翼客船。

1988年中國般舶科學研究中心設計的一艘鋁製水翼艇航行於廣州至肇慶的航線上。

20世紀90年代,中國黑龍江流域、長江流域、廣州沿海等的多條航線上相繼引進了俄羅斯製造的水翼艇。

幾何特徵與平面形狀

水翼的特性與翼板的幾何特徵的關係很大。一般把翼板的幾何特徵作為水翼的主要幾何要素,這些要素主要指水翼的弦長、展長和展弦比、平面形狀、前視形狀、翼剖面形狀等。

水翼的平面形狀有矩形、後掠形、菱形和兩端加寬形等。翼剖面形狀有平凸弓形、凹凸弓形、機翼形等。水翼的前視形狀有V形、梯形、平翼等。

結構形式

按作用原理和結構形式可分為全浸式、割劃式、淺浸式、深浸式、階梯式、分離式、後掠式水翼和無空泡、全空泡、過渡空泡、通氣、供氣、可收、可控水翼等,水翼多用高強度、重量輕的材料製造。

發展和限制

現今存在的水翼艇大多不超過1000噸,並以近海航行為主。跟其他的高速艦艇技術相比,水翼艇(主要是全浸型)的主要優點是能夠在較為惡劣的海情下航行,艇身的巔簸較少。而且高速航行時所產生的興波較為少,對岸邊的影響較低。缺點主要在製造大型的水翼艇、或進一步提高速度,目前還存有技術困難。水翼所能提供的浮力與長度成平方關係,但是艇的重量卻與長度成立方的關係(平方/立方定律),故此製造更大型的水翼艇存在一定的難度。要進一步提高速度,水翼在高速下會產生氣泡(空蝕,Cavitation)的問題亦需要解決。此外全浸式水翼的結構及控制較為複雜,亦令成本上漲。水翼船使用燃氣引擎花費燃料較多亦是商業運作上的考慮之一。

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世界首款水翼艇問世速度堪比飛機

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洛文尼亞飛行員兼工程師托馬斯·佐尼(TomazZore)製作出由飛機翼鏇驅動的高速信天翁式水翼艇(wFoilAlbatross)。這不僅是世界上第一艘能在近海面飛行的水翼艇,同時也是第一艘在市場上公開出售的高速水翼艇。

據佐尼描述,高速信天翁式水翼艇行駛速度堪比WW1雙翼飛機(FirstWorldWarBiplanes),每小時可達到60英里(約96.5千米)。據了解,驅使它前進的機械裝置並非普遍使用的水下推動器,而是飛機鏇翼,因此行駛過程中受到的阻力非常小。值得一提的是,信天翁式水翼艇因其“低消耗、低二氧化碳排放量”而被譽為環境友好型水翼艇。

截至目前,高速信天翁式水翼艇已公開出售,價格高達20萬英鎊(約合人民幣198萬元)。

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