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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種高速低阻淺水快艇的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)發(fā)明的新型船模利用船底的雙M布局，使得該船在淺水中能夠高速航行，能有效用于近海作戰(zhàn)、運(yùn)輸?shù)?；船首產(chǎn)生的波浪能夠被圍壁吸收，對(duì)河堤的沖刷減?。划a(chǎn)生的尾跡小；雷達(dá)的反射面積較小。高速行駛中比起普通滑行艇的穩(wěn)定性更高，顛簸現(xiàn)象大大減輕。在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，也依然可以保持平穩(wěn)地行駛。船體幾乎沒有大的傾斜，這使得乘坐的舒適度和安全性大大提高。 本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)雙M船高性能的原理分析，利用科學(xué)的計(jì)算方法進(jìn)行理論驗(yàn)證，自行設(shè)計(jì)并制造了雙M快艇，并且通過(guò)模型試驗(yàn)，完成了高速低阻淺水快艇的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究。在該原理下制作完成的快艇，具有廣泛的應(yīng)用前景，適合在淺水域及近岸區(qū)域航行可用于緝私，巡邏，運(yùn)輸和派遣軍隊(duì)登陸，可用于近海、內(nèi)河客運(yùn)交通，以及旅游觀光等。
- 詳細(xì)介紹：
- 項(xiàng)目的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)高速、低阻力、淺水航行、高效率的M型高速快艇，并進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。本設(shè)計(jì)的船型在普通槽道滑行艇的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，M形象地表示出了這種新船型的船體結(jié)構(gòu)。它主要由三部分組成：1、主船體部分，主要用來(lái)排水，為船體提供浮力；2、兩個(gè)圍壁，其主要作用有些類似于氣墊登陸艇的圍裙，起著密封的作用；3、空氣通道。充分利用了船底槽道剖面的氣層減阻作用和尾部側(cè)向圍壁的波浪抑制作用。該船型采用了雙排水體結(jié)構(gòu)，其吃水小于同類型的單體船，本設(shè)計(jì)船型在普通槽道滑行艇的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將船底槽道從一個(gè)增加為四個(gè)。M船型充分利用了船首產(chǎn)生波浪能量，將波浪能量轉(zhuǎn)化為一種空氣壓力，類似于鼓風(fēng)機(jī)的作用，在圍壁的密封下，形成一個(gè)氣墊，從而抬升船體。且M船型形成的氣墊，使得船體部分脫離水面，船體與水的接觸部分就減少，船體的粘性阻力也因此減少，行駛阻力的降低使得M船型快艇比普通快艇更加節(jié)省燃料，增加了艦艇的推進(jìn)效率，本設(shè)計(jì)發(fā)明利用水動(dòng)力學(xué)和螺旋漿渦流理論，船舶氣層減阻，就是在運(yùn)動(dòng)船舶與水相接觸的船體外表面和水之間，注入空氣或主機(jī)廢氣，形成均勻穩(wěn)定的氣液兩相混合流薄層，簡(jiǎn)稱“氣層”，利用水與氣體的密度、粘度的差別，通過(guò)船舶實(shí)際浸濕面積的減少以及混合流密度、粘度、流動(dòng)模式的改變，減少運(yùn)動(dòng)船舶的總阻力。設(shè)計(jì)一種具有氣墊效應(yīng)、低阻力的新型的M船型高速快艇的模型，并打算采取兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋槳以解決噴水推進(jìn)器在淺水條件下產(chǎn)生的吸入泥沙等條件，并且由于旋轉(zhuǎn)方向相反而消除偏向力。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：第一，該設(shè)計(jì)揭示了M船的機(jī)理；該船最突出的設(shè)計(jì)就是采用了雙M船型。從正面來(lái)看，雙M船底形狀恰似兩個(gè)緊緊相鄰的英文字母M。船底的空氣通道進(jìn)口很大，而出口處很小。中央部分是排水區(qū)，兩側(cè)各自向上凹起而形成的隧道用來(lái)反射和吸收高速行駛時(shí)的波浪沖力，并將之轉(zhuǎn)化為向上的升力。船體在水面運(yùn)行的時(shí)候，兩側(cè)圍壁和出口具有密封作用。氣流進(jìn)入時(shí)，這些隧道把空氣壓縮在船身底部，在船底和水面之間形成氣墊效應(yīng)，并借助行駛時(shí)涌起的波浪將船身推高，從而減少船體與水體接觸面，降低水體摩擦阻力。 第二，該快艇采用了新型的單通道型面設(shè)計(jì)，通道型面設(shè)計(jì)選取了三種，分別為二次拋物線型、半圓型、橢圓型。考慮了空氣的動(dòng)力與水波的相互作用，進(jìn)行了一體化的設(shè)計(jì)，通過(guò)空氣動(dòng)力學(xué)合水動(dòng)力學(xué)分析，經(jīng)過(guò)CFD計(jì)算，在三種型面設(shè)計(jì)中橢圓型型面阻力最小，因此，選取了橢圓型型面設(shè)計(jì)。為了增加通氣量，減小阻力，消除尾部波浪，在型面設(shè)計(jì)上采取了比美國(guó)短劍號(hào)更大的通道收縮比，約7%。 第三，采用了不等間距四通道布置，在四個(gè)通道布置上，本模型采用了中央通道大，兩邊通道小的不等間距布局。中央通道大可增加進(jìn)氣量；兩側(cè)通道主要是消除橫向波，所以可以適當(dāng)減?。挥捎诔运^淺，減小圍壁的長(zhǎng)度，同時(shí)降低結(jié)構(gòu)重量。 對(duì)于國(guó)內(nèi)空白的M型船進(jìn)行研究和模型實(shí)驗(yàn)，我們所研究的高效率的新船型，能夠?yàn)槲覈?guó)海軍發(fā)展這種高性能船舶進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備和支持。通過(guò)設(shè)計(jì)和研究找到一種集船舶快速性，耐波性，經(jīng)濟(jì)性的新船型，并申請(qǐng)專利。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)雙M船的研究以及理論分析，成功揭示了該船高性能的機(jī)理，并且通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和自主實(shí)驗(yàn)，采取模型實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相互印證的方案，在制作加工模型的過(guò)程中，對(duì)于不同的參數(shù)的選取用數(shù)值模擬的方式進(jìn)行確認(rèn)和驗(yàn)證。 利用項(xiàng)目組的計(jì)算機(jī)工作站，用數(shù)值模擬的方法驗(yàn)證新船型的阻力、所需動(dòng)力性能，以及優(yōu)化參數(shù)的選擇，模擬波浪的運(yùn)動(dòng)，了解新船型的流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)特性，更好的研究和解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。 模型加工和實(shí)驗(yàn)過(guò)程均采取規(guī)范化流程，對(duì)于船模的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量的要求嚴(yán)格，模型實(shí)驗(yàn)中可以測(cè)量模型在靜水條件下的吃水，以及運(yùn)動(dòng)情況下的吃水，航速，回轉(zhuǎn)半徑等性能，在條件允許的情況下，建議進(jìn)行模型的拖曳實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確的測(cè)量船型所受阻力情況。 初步下水試驗(yàn)測(cè)得，船體的速度可以達(dá)到8.05m/s，而通過(guò)換算，普通快艇在同排水量情況下，僅僅能夠達(dá)到5.87米每秒，設(shè)計(jì)船模的速度是普通快艇的1.4倍，同時(shí)吃水量可以降低10%—20%，這是優(yōu)越的型面設(shè)計(jì)所達(dá)到的結(jié)果。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月在校級(jí)科技作品競(jìng)賽中獲得創(chuàng)新獎(jiǎng) 2009年5月被選送參加第十二屆北京國(guó)際科技產(chǎn)業(yè)博覽會(huì) 2009年5月申請(qǐng)獲得了發(fā)明專利一項(xiàng)，專利名稱：一種具有雙體三槽道艇體的滑行艇，申請(qǐng)?zhí)枺?00910083654.4
作品所處階段
- 該項(xiàng)目已完成模型性能的理論分析分析、計(jì)算和驗(yàn)證，還有模型的設(shè)計(jì)、制作和簡(jiǎn)單的下水試驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本項(xiàng)目已申請(qǐng)相關(guān)專利，可以通過(guò)專利進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物模型、視頻介紹
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 高性能船作為新一代船舶，在民用和軍用方面，都展示出了無(wú)比廣闊的應(yīng)用前景。隨著高性能船的發(fā)展，高性能船舶的研究工作也被推向了一個(gè)新的階段。高性能船舶的船型在不斷推陳出新，發(fā)展壯大?，F(xiàn)今，各瀕海國(guó)家擁有200海里水域作為自己的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)，而在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)中蘊(yùn)含著豐富的經(jīng)濟(jì)和政治利益。本項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)一旦發(fā)展成熟，將能夠應(yīng)用于瀕海作戰(zhàn)和瀕海運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，當(dāng)然在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)中也能發(fā)揮它的巨大作用。 同時(shí)，新型船型能夠在淺水中高速航行，對(duì)河堤的沖刷小，尾跡和雷達(dá)的反射面積小，穩(wěn)定性高，在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，也依然可以保持平穩(wěn)地行駛，使得乘坐的舒適度和安全性提高，適合在淺水域及近岸區(qū)域航行可用于緝私，巡邏，運(yùn)輸和派遣軍隊(duì)登陸，可用于近海、內(nèi)河客運(yùn)交通，以及旅游觀光等。
同類課題研究水平概述
- 隨著現(xiàn)代小型高性能艇的發(fā)展，其機(jī)動(dòng)靈活、用途廣、造價(jià)低、日常運(yùn)行費(fèi)用生等優(yōu)點(diǎn)，近二三十年發(fā)展非常迅速，倍受各國(guó)海軍及航運(yùn)界的重視。其中，M船的出現(xiàn)使快艇高速低阻淺水的性能得到充分的發(fā)揮。相比于普通快艇，M船的特點(diǎn)有：抑制波浪產(chǎn)生、吃水淺、航行穩(wěn)定性好、速度高。眾所周知，近海環(huán)境復(fù)雜，暗礁密布，因此近海作戰(zhàn)以及近海兵力的快速運(yùn)輸存在困難。M船的各種優(yōu)良性能也為近海作戰(zhàn)和近海運(yùn)輸創(chuàng)造了可能。 如今，加強(qiáng)近海作戰(zhàn)能力是美國(guó)、俄羅斯等軍事強(qiáng)國(guó)海軍轉(zhuǎn)型計(jì)劃中重要命題之一，而美軍的作戰(zhàn)試驗(yàn)艇“短劍”號(hào)也正是利用了M船的技術(shù)。 但是，這種性能優(yōu)越的雙M船在國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究少之又少，已經(jīng)落后于國(guó)際的先進(jìn)水平。 我們知道，各瀕海國(guó)家擁有200海里水域作為自己的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)，而在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)中蘊(yùn)含著豐富的經(jīng)濟(jì)和政治利益。 因此，本項(xiàng)目的開發(fā)將使得相關(guān)技術(shù)得以成熟發(fā)展，將能夠應(yīng)用于瀕海作戰(zhàn)和瀕海運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，當(dāng)然在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)中也能發(fā)揮它的巨大作用。而且我們?cè)谠擁?xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中還開發(fā)了雙M船獨(dú)立設(shè)計(jì)平臺(tái)，具備雙M船的快速設(shè)計(jì)研發(fā)能力。我們的項(xiàng)目從設(shè)計(jì)理念的形成，到型面的設(shè)計(jì)，再到最后試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷尿?yàn)證，具備創(chuàng)新性、科學(xué)性、可行性的要求，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
