水翼

水翼，水中運動的機翼。它與機翼在空氣中運動一樣能產生舉力。水翼艇（圖1）就是利用水翼的這種特性把艇體托出水面，使流體阻力大為減小的交通工具。螺旋槳的翼片也是一種水翼；舵、鰭都屬於水翼。

基本介紹

• 中文名：水翼
• 外文名：hydrofoil
• 定義：水中運動的機翼
• 種類：螺旋槳的翼片，舵、鰭等
• 類型：亞空泡水翼和超空泡水翼
• 分類：自穩式和自控式

類型

主要有亞空泡水翼和超空泡水翼兩種。亞空泡水翼在水中運動時，上下翼面都與水接觸。水翼與來流有一定攻角,翼截面（圖2）有拱度，因而產生升力。這種水翼的截面形狀與亞聲速機翼截面近似。一般民用水翼艇都用這種水翼，最高航速可達每小時60海里。水翼的運動速度不斷提高，翼面上的負壓強便不斷下降，當負壓強降至低於水在當時溫度下的飽和蒸汽壓強時,局部翼面上的水出現汽泡（見空化）,從而阻力增大，升力就不穩定，並出現空蝕。因此在水翼艇的設計航速範圍內不宜有局部空泡出現。若水翼速度繼續增大，就變成超空泡水翼。超空泡水翼在水中運動時，其上翼面全部處於空泡之中，僅下翼面與水流接觸（圖3），這時升力又達到穩定,也不再出現空蝕。這種翼截面形狀常設計成略呈彎曲的楔形。裝有超空泡水翼的試驗艇航速可達 100節。實際使用超空泡水翼尚須解決從亞空泡速度起航，加速達到超空泡翼航的過渡問題。為了滿足兩種狀態對翼剖面不同的要求，已有人提出混合翼型水翼的構想。

流體力學特點

主要有：①水翼運動於水中，水的密度約為空氣密度的800倍,故同樣外形和運動狀態的水翼，其升力比飛機機翼的升力約大800倍,支承同樣的重量，水翼需要的面積比機翼要小得多。同時，水翼所受的摩擦阻力和誘導阻力（見流體阻力）也相應增大。②水翼在水中運動，水面興起波浪會產生興波阻力；水翼割划水面，發生噴濺並吸入空氣會產生噴濺阻力。③為了減小支柱所受的阻力，水翼常運動於離水面很近的水中，但水翼離水面越近則產生的升力越小；浸深小於半翼弦長時，升力明顯減小，這種現象稱為水面效應。水翼浸深為零時，水翼的表面就成為滑行面(見水面滑行)。④水翼艇的後水翼在前水翼的尾流中運動，必須考慮水面高度和水流方向變化對後水翼的升力、阻力的干擾。

套用

根據水翼艇獲得穩定性的原理不同，水翼可分為自穩式和自控式兩類。每一類水翼採取不同的外形和布置方式，可以得到不同的航行性能。自穩式水翼又可分為淺浸水翼和V形水翼，前者主要利用水面效應獲得自穩性，後者主要利用割划水面的水翼面積變化獲得自穩性。自控式水翼的浸深常略大於弦長，幾乎沒有水面效應，也沒有割划水面的翼面，而是靠襟翼等升力控制面改變角度,從而改變升力獲得穩定性。自控式水翼在水面下較深處，受到波浪擾動小，又加有自動控制系統，可隨外力變化不斷自動調整升力，所以耐波性能最好。