本發(fā)明涉及一種水下航行器的構(gòu)型設(shè)計，尤其涉及一種帶有菱形翼的新型水下航行器，屬于水下航行器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

廣闊的海洋蘊含著豐富的海洋生物資源、海洋礦物資源和海洋能源，這些資源都是人類社會可持續(xù)發(fā)展的寶藏。由于深海區(qū)域存在極端的高壓、與海面通信困難等問題，在技術(shù)上還難以克服，因此在人類歷史文明中，有很長一段時間人類只能在淺海區(qū)域利用一些海洋生物資源。隨著水下航行器和水下運載技術(shù)的發(fā)展，人類對海洋研究的領(lǐng)域逐漸向深海過渡。水下滑翔機作為一種依靠凈浮力和水動力驅(qū)動的新型水下航行器近年來被廣泛的應(yīng)用于海洋的探測和觀測領(lǐng)域，尤其是在海洋環(huán)境調(diào)查、檢測和數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域充分發(fā)揮了其功耗低、成本低和作業(yè)范圍廣等優(yōu)勢。國內(nèi)對水下滑翔機的研究工作還處于初期階段。

本發(fā)明在傳統(tǒng)水下滑翔機的設(shè)計基礎(chǔ)上提出了菱形翼的概念，針對水下滑翔機的滑翔性能進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到提高升阻比，擴大作業(yè)范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了提高水下滑翔機的升阻比，改善水動力性能，從而提高滑翔效率，實現(xiàn)續(xù)航能力的提升,本發(fā)明提供一種帶有菱形翼的新型水下航行器，該航行器采用菱形翼的構(gòu)型設(shè)計，在于突破傳統(tǒng)水翼構(gòu)型，實現(xiàn)更優(yōu)良的水動力性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種帶有菱形翼的新型水下航行器，包括艏部整流罩、中部耐壓殼體、尾部整流罩、菱形翼，所述的艏部整流罩、中部耐壓殼體、尾部整流罩通過耐壓殼體兩端的水密蓋鉚接固定，所述的菱形翼設(shè)置于中部耐壓殼體上，由一對后掠翼和一對前掠翼組成，后掠翼及前掠翼位于不同水平面上，在水平投影面上呈現(xiàn)菱形結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，所述的后掠翼的后掠角與前掠翼的前掠角均為20.3°，菱形翼的展寬比為3.69。

所述的后掠翼所在平面位于前掠翼所在平面的下方。

所述的后掠翼及前掠翼均可以采用NACA0012翼型，與早期的其他翼型相比，有較高的最大升力系數(shù)和較低的阻力系數(shù)。

所述的水下航行器還包括尾部穩(wěn)定翼，尾部穩(wěn)定翼設(shè)置在尾部整流罩上，采用X型舵。相對于傳統(tǒng)的十字舵，X型尾舵的優(yōu)點主要體現(xiàn)在水下效率高，較小的尺寸可以有效避免水下滑翔機停泊以及坐底時對舵的損傷。

本發(fā)明的帶有菱形翼的水下航行器(滑翔機)艇體部分選用流體性能相對較優(yōu)良的WRC模型作為菱形翼水下滑翔機的艇體線型。整體采用橢圓和拋物線組合線型，即艇體的艏部曲線為一半橢圓，艉部曲線為一段拋物線。艇體部分主要由艏部整流罩、中部耐壓殼體、尾部整流罩構(gòu)成，三個部分通過中部耐壓殼體兩端的水密蓋鉚接固定。艏部整流罩起到減小滑翔過程中受到流體的粘滯阻力和壓差阻力的作用；中部耐壓殼體采用圓柱形涉及，起到為裝載的傳感器和相關(guān)的電子、機械系統(tǒng)提供一個水密空間和整流的作用；尾部整流罩的作用主要是減慢尾流的分離速度，降低流體壓差阻力及保護中部耐壓殼體。

傳統(tǒng)前掠翼具有前緣和后緣向前掠的外形特點，與后掠翼結(jié)構(gòu)相比主要的優(yōu)勢有：在機動性方面可使飛行器在亞音速飛行時具有更好的氣動性能；在可控性方面使用前掠翼結(jié)構(gòu)的飛行器可以有效提高在低速飛行時的機動性，并且在所有飛行狀態(tài)下提高空氣動力效能，降低失速速度，使飛行器不易進(jìn)入螺旋狀態(tài)，進(jìn)而也提高了飛行過程中的安全性。而后掠翼的阻力系數(shù)小，對結(jié)構(gòu)的強度要求比較低。本發(fā)明采用菱形翼的構(gòu)型設(shè)計基于一對傾斜角相同的后掠翼和前掠翼，使其在機翼投影面上呈現(xiàn)菱形結(jié)構(gòu)，采用異面設(shè)計。對稱翼型還擁有最大的失速迎角，且失速后翼型的升力系數(shù)依然可以維持在較高的水平，可以為水下滑翔機提供優(yōu)良的失速性能和增升效果。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明對水下滑翔機進(jìn)行整體規(guī)劃，在已有的設(shè)計方案上揚長補短，通過改變滑翔翼的布局和構(gòu)型達(dá)到優(yōu)化目的。采用菱形翼的構(gòu)型設(shè)計，在于突破傳統(tǒng)水翼構(gòu)型，實現(xiàn)更優(yōu)良的水動力性能。翼面相貫線處流場復(fù)雜，采用異面設(shè)計不會破壞了原有的性能。在菱形翼的展寬比為3.69時，水下滑翔機的升阻比達(dá)到最大值，也就是在此布局下滑翔的經(jīng)濟性最高滑翔角，滑翔角等于20.3度，相對于傳統(tǒng)的后掠翼水下滑翔機升阻比可提升約7.14％。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明艇體主視圖；

圖2為本發(fā)明NACA0012翼型；

圖3為本發(fā)明菱形翼水下滑翔機不同視角示意圖；(a)俯視視圖、(b)側(cè)向視圖、(c)后向視圖；

圖4為本發(fā)明水下航行器的外形結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、艏部整流罩 2、中部耐壓殼體 3、尾部整流罩 4、菱形翼 5、尾部穩(wěn)定翼。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

參照圖1-4，帶有菱形翼的新型水下航行器，包括艏部整流罩1、中部耐壓殼體2、尾部整流罩3、尾部穩(wěn)定翼5和菱形翼4，艏部整流罩1、尾部整流罩3分別設(shè)置于中部耐壓殼體2的兩端，通過耐壓殼體兩端的水密蓋鉚接固定，形成艇體部分，其艇體線型選用WRC模型。菱形翼設(shè)置于中部耐壓殼體2上，由一對后掠翼4-1和一對前掠翼4-2采用異面布置構(gòu)成，后掠翼及前掠翼位于不同水平面上，但其在水平投影面上呈現(xiàn)菱形結(jié)構(gòu)(圖3)。后掠翼的后掠角與前掠翼的前掠角均為20.3°，即使得滑翔角等于20.3度，菱形翼的展寬比為3.69，本發(fā)明采用菱形翼，具有前掠翼和后掠翼的優(yōu)點，且二者異面布置，不破壞原有性能。在菱形翼的展寬比為3.69時，水下滑翔機的升阻比達(dá)到最大值，也就是在此布局下滑翔的經(jīng)濟性最高滑翔角，滑翔角等于20.3度，相對于傳統(tǒng)的后掠翼水下滑翔機升阻比提升約7.14％。此外，該水下航行器的尾部穩(wěn)定翼5采用X型舵實現(xiàn)，基于NACA0006對稱翼型，相對于傳統(tǒng)十字舵，X型舵尺寸小，水下效率高，可以有效避免水下滑翔機停泊以及坐底時對舵的損傷。