一种改进船舶结构和驱动方式的船舶的制作方法

本实用新型属于船舶技术领域，具体涉及一种改进船舶结构和驱动方式的船舶。

背景技术：

水运作为现代交通运输系统内一个重要子系统，具有运能大，成本低、占地少的比较优势和能耗低、污染轻的环保优势，它在国民经济和社会发展以及对外贸易中占有先行的重要地位；对运输船舶来说，影响其避让、旋回、制动、高效通航，无牵引靠港系泊，快速入坞等行为的诸多因素中，起决定作用的还是船舶自身体型结构和驱动方式，水深、航道宽度等；水工建筑及风和水流会影响航行安全并制约着通航畅通，但这些是必须面对、无法左右的客观情况，只有通过改变自身条件去适应环境。

“一种内河运输船船底构造改进”发明专利顺应实际需要，对船底结构进行改进，通过在船体四周侧板与船底板过渡区增加适当高度的向下裙板，使船底板与四周裙板形成倒扣的容器结构，船舶航行时，在船底板与水面间注入压缩气体形成隔层，避免船底板与水流直接接触，从而减小水阻，该变革出发点和方向明确，意欲充分发挥水的浮力优势的同时避开水黏性大缺点，开发空间可期。该创新技术在满载的内河船舶上优势明显，但其在空载船舶上使用效果很不理想，原因是空载船舶艏艉吃水深度相差较大导致船底很难形成气体隔层，譬如常规1500t散货船空载时艏艉吃水深至少相差1米，适当高度裙板在空载时不起作用，反而增大行驶阻力；解决办法是对船体压载，在抬升艉部下尽可能减小艏艉吃水深差；仔细分析该技术与现有船舶匹配不理想原因是现有船舶驱动方式决定的，目前船舶主推进系统一般采用后驱方式，为达到理想设计要求的效率，主机功率，螺旋桨直径较大，而桨叶又必须与反作用介质充分接触，船舶空载时整体平均吃水深度根本满足不了将螺旋桨全部没入水中要求，为此只有通过将船舶主机、生活区、燃油箱以及舵轴系等固定装备配置在船艉，以使船舶的重心后移，船艉吃水加深便可满足螺旋桨没水条件；另外，裙板底边因船舶装载货物不均，分布不可能处在同一水平面上，正常行驶中为减少波浪及船舶自身颠簸导致隔层气体沿裙板底边逃溢，裙板气层下方需留有足够高度水层，该水层中的水大部分将跟随船舶一起移动做无用功，额外增加动力消耗；再次，现有后驱动方式对体形巨大的船舶来说，必然存在局部承受很大驱动力，而其它部位受力则靠船体自身结构传递，力臂很长，从力学杠杆角度分析，船舶操纵性差；实际运行过程也确实如此，大型货船靠港进坞必须依多艘拖轮牵引，内河运输船在较窄航道调头特别困难就能清楚看出后驱方式转弯半径极大，船舶操纵性不好。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种移动快速、行走灵活且操作性强的改进船舶结构和驱动方式的船舶。

基于上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种改进船舶结构和驱动方式的船舶，包括船身，船身的底端为底板，还包括对称设置的船艏与船艉；船身底端固连有裙板结构，裙板结构为垂直船身的底板设置的板状结构，裙板结构包括沿船身底端边缘设置的梭形的外层裙板；外层裙板的内侧设置有梭形的内层裙板；内层裙板的两端端点与外层裙板的两端端点重合，内层裙板与外层裙板关于两端端点连线对称，内层裙板与外层裙板两端对称设置；外层裙板与内层裙板的两端为弧形板状结构，外层裙板与内层裙板的中间部分是相互平行设置的直板状结构而非弧形板状结构；内层裙板与外层裙板的顶端均固连在船的底板上；内层裙板与外层裙板之间设置有多台水车式驱动浆，任一水车式驱动浆均连接有驱动装置；内层裙板与外层裙板之间的船身的底板高于其他位置的船身的底板，提供水车的安装空间；内层裙板与船身的底板组成的区域为内层气体隔层；船身的底板与外层裙板、内层裙板组成区域为内层气体隔层；外层气体隔层为两侧隔层或沉箱结构，内层气体隔层为中间隔层；内层气体隔层中与外层气体隔层中均设置有充气口和泄气口，充气口连通有储气仓，泄气口连通外部。

进一步的，任一水车式驱动浆均包括一对平行设置的链轮轴，一对链轮轴的轴心位于同一水平面内，链轮轴的两端分别连接内层裙板与外层裙板；任一链轮轴上均设置有一对间隔同轴设置的驱动浆链轮，任一一对链轮轴上的两对驱动浆链轮位于两个平行平面内，两对驱动浆链轮上设置有与两对驱动浆链轮相配合的一对平行设置的链条；一对链条之间设置有多个相互平行设置的叶片，任一叶片均与链条垂直设置，叶片两端分别固定在一对链条上；链轮轴与驱动装置连接。

进一步的，叶片一部分位于环状的链条内侧，另一部分位于环状的链条外侧；水车式驱动浆采用长条状链式结构，链轮拖动叶片两侧链条作纵向前后移动，其中作功驱动叶片部分或全部位于两侧气体隔层水下，间隙返回叶片全部位于气体隔层水上压缩气体中；驱动叶片宽度等于平行链条内侧间距，驱动叶片高度略小于链轮直径与链轮传动轴径之差，且由链条将其分为上下两部分。

进一步的，裙板结构包括第一纵向裙板，内层裙板与外层裙板之间连接有第一纵向裙板，第一纵向裙板的前端与后端分别固定在内层裙板的外侧壁上或外层裙板的内侧壁上，第一纵向裙板的顶端固定在船身的底板上，第一纵向裙板与内层裙板、外层裙板、船身的底板组成多个外层气体隔层；裙板结构还包括内层裙板内设置的第二纵向裙板和与第二纵向裙板交叉的横向裙板，第二纵向裙板的顶端与横向裙板的顶端均固连在船身的底板上，第二纵向裙板的前后两端分别固连在内层裙板的两侧的内侧壁上，横向裙板的左右两端分别固连在内层裙板的内侧壁上；第二纵向裙板与横向裙板、内层裙板船身的底板组成多个内层气体隔层；任一外层气体隔层中与内层气体隔层中均设置有充气口和泄气口；任一外层气体隔层与内层气体隔层中均设置有液位检测器。

进一步的，船身内设置有循环泵，循环泵包括循环泵进气口和循环泵出气口，任一外层气体隔层内均设置有外层进气口，任一外层进气口均与循环泵进气口相连通；任一内层气体隔层内均设置有内层出气口，任一内层出气口均与循环泵出气口相连通。

进一步的，任一液位检测器均连接有控制系统；任一外层气体隔层与循环泵进气口之间均设置有电控阀门，任一内层气体隔层与循环泵出气口之间均设置有电控阀门，任一电控阀门均与控制系统相连；任一充气口与储气仓之间均设置有进气阀，任一泄气口与外部空气之间均设置有泄气阀；任一进气阀与泄气阀均与控制系统相连。

进一步的，船艏和船艉处的裙板结构的底端均高于船身中间处的裙板结构的底端。

进一步的，位于水车式驱动浆两侧的内层裙板与外层裙板的底部均低于叶片；水车式驱动浆两侧的内层裙板与外层裙板之间连接有加强筋，加强筋设置在叶片下方；裙板底加强筋，是用于对外侧裙板底部进行强度增强，同时保护驱动浆免遭河床或水底障碍物破坏；驱动浆在驱动船舶行驶中必然产生大量逆向水流，为减小逆向水流对船体的阻碍，须将内外侧裙板向前后端适当上移一段距离，用牺牲可能逃溢部分气体方法来降低行驶阻力，另外水车驱动叶片应尽可能露出底部裙板，以保护水车角度将水车处内外裙板向下移动，超出叶片最底边，此处仅指水车式驱动浆处内外裙板，要安装裙板底部加强筋必须使内外裙板超出叶片最底边，否则无法安装；水车驱动叶片尽可能露出底部裙板是指水车驱动浆安装处以外区域裙板；内外裙板间用加强筋固定，加强筋将水车驱动浆处两侧向下沿伸的内外裙板底边相连，实现即时裙板强度进行加强，保护驱动水车免受水底障碍物破坏，又尽可能减小其对驱动水车驱动的水流产生阻碍，影响驱动效率，其功能类似于现有后置螺旋浆常用的导流罩；对其进行保护的同时间竭力减小水阻。

进一步的，驱动装置包括电机，电机为交流变频电机，交流变频电机的轴上设置有与链轮轴相连的传动机构，驱动装置还包括变速箱，传动机构设置在变速箱内，交流变频电机轴向竖直安置在船体两侧沉箱上方。

进一步的，船艏与船艉均设置有操控室，任一操控室内均包括所有交流变频电机的开关。

本实用新型通过将船艏与船艉设置为同样的吃水深度，在船底制造气体隔层，使船受到的阻力减小，加快船的移动速度；通过设置水车式驱动浆，使船舶可实现倒退行驶、原地转向等灵活操作。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

在“一种内河运输船船底构造改进”专利中，船底裙板底边在船舶满载时处于同一水平面，当船舶空载时，因艏艉深度差导致水下部分船艉裙板比船艉裙板低很多，从而形成类似阶梯的裙板；取消船舶艏艉差别，从源头上避免了艏艉吃水深度差，同样特别有利于靠港、操纵、类似于火车头结构，向前、向后行驶效果一样；空载时艏艉吃水深度同满载时一样，保持前后一致性，可充分利用气体隔层大幅减小水阻的优势，并减小裙板高度，这样既可节省材料降低自重，又可减少吃水深差异导致阶梯裙板，而带来的额外水阻，增加船舶移速；

船底的裙板结构与将船艏与船艉设计成相对船身中段的对称结构，行驶方向上的前后操控室作用相同，船舶行驶时两个操控室可根据实际需要单独使用，也可前后配合联合使用；a，取消艏艉区别彻底解决了掉头和后退操作不便的困扰，有需要掉头或后退情景时，只要电机反转带动水车式驱动浆反向驱动即可；b，通过障碍物，水工建筑或与其它船舶交会航行等需要俯瞰全景操作时，可在船艉操控；c，正常行驶中仅需加强瞭望或在天气状况差视线不良以及夜晚航行时则在行驶方向上的前端操控更佳；船艉即船艏，同样船艏即船艉，这样可确保船舶在不同状态下吃水深度的一致性，使气体隔层效用达到最大化；

多台驱动浆采用长条状链式结构，相较于轮式驱动浆，其优缺点类似于推土机的履带驱动和轮式驱动，链式结构可以通过小尺寸驱动叶片增加链条长度达到大驱动力要求，另外还可避免轮式驱动大量产生水花，引起噪音缺点；一句歌词”众人划浆开大船“对其描述再贴切不过，大量小尺寸驱动叶片与水的相对运动产生居大驱动力，针对船舶行驶中产生水阻的地方，做到分散定关驱动，避免了后驱模式局部大推力驱动，产生大量高速水流，既降低燃油，效率又对螺旋浆形成气蚀危害；

主从动链轮中轴以下叶片为主驱动叶片，作正功；中轴以上叶片为间隙返回叶片，作负功；驱动叶片上下高度尺寸可通过链轮直径和链轮中轴直径相减得到；主驱动过程中为避免单个驱动叶片作用力对两侧链条产生弯矩作用，特将驱动叶片分成两部分，一部分位于链条上部，一部分位于链条下部，使链条上下叶片对其产生弯矩相互抵消；有益效果这样的优点不仅可以优化链条，叶片结构还可减小链条一侧叶片高度，增加驱动浆可靠性，从而提高寿命；

将船底气体隔层分区域、区别化处理、船舶纵向两侧隔层高度大幅增加，为缓冲中间隔层逃逸气体和安装水车式驱动浆留足空间；设法减小中间隔层高度，气体隔层目标仅将船舶底板与水分开，尽可能减少随船移动水层的水量，使船舶移动时的阻力减小，增加船舶移速；

取消螺旋浆及舵、舳系统，在船舶两侧全纵身方向上配置多台水车式驱动浆，船舶的行驶驱动、方向控制及极低速状态下的移位动作均由多台水车式驱动浆各自前进、后退下配合完成；正常行驶时若要向右偏行，只需左侧驱动电机加速或右侧驱动电机减速，使船体两侧受力不对称即可，需要大角度转弯或原地回转时可使两侧驱动浆不同向转动，一侧前进，一侧后退，驱动力相等即可实现原地回转，使船舶可以灵活行走；

多台水车式驱动浆动力源为交流变频电机，电机轴向竖直安置在船体两侧沉箱上方，其安装区域相对储气仓独立分开，并与外界空气接触，便于电机的安装、维护；

船舶纵向两侧驱动浆区域局部裙板增加向下沿伸护板，用于保护驱动浆不触碰到水下障碍物；加强筋同样保护驱动浆不触碰水下障碍物，保证叶片稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的示意图；

图2为本实用新型实施例1的主视图；

图3为本实用新型实施例1的仰视图；

图4为本实用新型实施例1的船体底部示意图；

图5为本实用新型实施例1的气体隔层区域分布示意图；

图6为本实用新型实施例1的驱动机构示意图；

图7为本实用新型实施例1的水车式驱动浆工作示意图；

图8为本实用新型实施例1的俯视图；

图9为图8的剖视图；

图10为本实用新型实施例2的船体底部示意图。

图中:船身1、操控室2、外层裙板3、内层裙板4、液位检测器5、充气口6、外层进气口7、变速齿轮箱8、叶片9、链条10、第一纵向裙板11、横向裙板12、外层气体隔层13、内层气体隔层14、泄气口15、驱动浆链轮16、链轮轴17、储气仓18、内层出气口19、第二纵向裙板20、加强筋21。

具体实施方式

实施例1

一种改进船舶结构和驱动方式的船舶，如图1、图2所示，包括船身1，船身1的底端为船身1的底板；船舶还包括关于船身1的中部对称设置的船艏与船艉；如图3、图4所示，船身1的底板固连有竖条状的裙板结构，裙板结构的顶端固连在船身1的底板上，裙板结构相对于船身1的中部对称设置，船艏和船艉处的裙板结构的底端均高于船身1中间处的裙板结构的底端；船身1底端为船身1的底板，裙板结构包括沿船身1底端四周边缘设置的环状的外层群板3；外层群板3的内侧设置有环状的内层裙板4；内层裙板4与外层群板3的顶端均固连在船的底板上；内层裙板4与外层群板3之间设置有多台水车式驱动浆，任一水车式驱动浆均连接有驱动装置；内层裙板4与外层群板3之间的船身1的底板高于其他位置的船身1的底板，提供水车的安装空间；内层裙板4与船身1的底板组成的区域为内层气体隔层14；船身1的底板与外层群板3、内层裙板4组成区域为内层气体隔层14；内层气体隔层14的底板上与外层气体隔层13的底板上均设置有充气口6和泄气口15，充气口6连通有储气仓18，泄气口15连通外部空气；如图8、图9所示，储气仓18位于船身1下部中间位置。

如图6所示，任一水车式驱动浆均包括一对平行设置的链轮轴17，一对链轮轴17的轴心位于同一水平面内，链轮轴17的两端分别通过轴承连接内层裙板4与外层群板3；任一链轮轴17上均固定有一对间隔同轴设置的驱动浆链轮16，任一一对链轮轴17上的两对驱动浆链轮16位于两个平行平面内，两对驱动浆链轮16上设置有与两对驱动浆链轮16相配合的一对平行设置的链条10；一对链条10之间设置有多个相互平行设置的叶片9，任一叶片9均与链条10垂直设置，叶片9两端分别固定在一对链条10上；叶片9一半位于环状的链条10内侧，另一半位于环状的链条10外侧；链轮轴17与驱动装置连接；驱动装置包括交流变频电机，交流变频电机的轴为竖直设置，交流变频电机的轴上设置有与链轮轴17相连的齿轮传动机构，驱动装置还包括变速齿轮箱8，齿轮传动机构与电机轴均设置在变速齿轮箱8内，如图3、图4所示，交流变频电机轴向竖直安置在船体两侧外层气体隔层13上方；变速齿轮箱8将电机垂直输出转化为链轮水平输入，同时将电机高速低扭矩性能转化为低速大扭矩输出，变速齿轮箱8上端与外层气体隔层13底板密封连接，伸出输入轴与电机用联轴器相连；多台电机的起动、变速、停止及换向功能由操控室2控制系统及相关电器元件执行完成；驱动浆动力电源，生活电源相关辅助电机电源均由2-3台发电机组根据需求提供，如图2所示，船艏与船艉均设置有操控室2，任一操控室2内均包括所有交流变频电机的开关；交流变频电机与齿轮传动机构均为现有技术，图中未画出。

如图7所示，水车式驱动浆采用长条状链式结构，驱动浆链轮16拖动叶片9两侧链条10作纵向前后移动，其中下方的叶片9位于外层气体隔层13水下作功驱动，上方的叶片9全部位于气体隔层水上压缩气体中；驱动叶片9宽度等于平行链条10内侧间距，驱动叶片9高度略小于链轮直径与链轮传动轴径之差，且由链条10将其分为上下对称的两部分。

位于水车式驱动浆两侧的内层裙板4与外层群板3的底部均低于叶片9；驱动浆在驱动船舶行驶中必然产生大量逆向水流，为减小逆向水流对船体的阻碍，须将内外侧裙板向前后端适当上移一段距离，用牺牲可能逃溢部分气体方法来降低行驶阻力，另外水车驱动叶片9应尽可能露出底部裙板，以保护水车角度将水车处内外裙板向下移动，超出叶片9最底边，此处仅指水车式驱动浆处内外裙板，水车驱动叶片9尽可能露出底部裙板是指水车驱动浆安装处以外区域裙板。

如图3、图4所示，内层裙板4与外层群板3之间连接有第一纵向裙板11，第一纵向裙板11固定在船身1的底板上，第一纵向裙板11与内层裙板4、外层群板3、船身1的底板组成四个外层气体隔层13；内层裙板4内设置有第二纵向裙板20，内层裙板4内还设置有与第二纵向裙板20交叉的横向裙板12，第二纵向裙板20与横向裙板12均固连在船身1的底板上，第二纵向裙板20两端固连在内层裙板4的两侧的壁上，横向裙板12的两端均固连在内层裙板4的壁上；第二纵向裙板20与横向裙板12、内层裙板4船身1的底板组成六个内层气体隔层14；气体隔层区域分布如图5所示，其中内层裙板4位于船身1腹部正下方，该区气体隔层i、ii、iii、iv、v、vi为内层裙板4包围的六个气体隔层，vii、viii、ix、x为外层气体隔层13，且外层气体隔层13里面有水车式驱动浆；如图2、图9所示，除水车安装处内外层群板3向下沿伸部分，使驱动浆水流不影响前台侧外层群板3，其他内外层边缘裙板底部处于同一水平位置，只是内层气体隔层14中气体层高度远小于外侧外层气体隔层13中气体层高度，是船舶载货的主要托起区，将其划分为多个区域的目的是通过调节各区隔气层高度平衡船身1，使其底部裙板缩减许多，减小的高度集中在气体隔层下方阻止气体逃逸的水层高度，通过减少裙板高度来减少水层高度是针对内层六个气体隔层，具体高度是指内层裙板4底边距船底腹部底板尺寸；外侧气体隔层作为内侧气体隔层部分气体逃逸的缓冲区域，故内层六个气体隔层可留很薄的水层，这样可减少随向移动的水量，少做负功，降低油耗，减少内层气体隔层14水量也即减少随船移动的水量，现该区仅有很薄一层水，位于裙板内用于阻止压缩气体逃离该区，行驶中水波搅动逃出的少量气体将进入外层气体隔层13中，外层气体隔层13中船身1的底板上移许多，为的是留出足够空间放置水车式驱动浆，同时作为i-vi区逃逸气体缓冲收集区；i-vi区与船底板间注入压缩空气即在水与船底间形成气体隔层，不致于因压缩气体逃逸破坏船体自身平衡，为确保驱动浆下部叶片9全部没入水中，而上部叶片9全部露出隔气层下方水面，船底气体隔层中档安装有液位检测装置。

如图3，图4所示，任一外层气体隔层13中与内层气体隔层14中均设置有充气口6和泄气口15；任一外层气体隔层13与内层气体隔层14中均设置有液位检测器5，任一液位检测器5均连接有控制系统；船身1内设置有循环泵，循环泵包括循环泵进气口和循环泵出气口，任一外层气体隔层13的底板上均通过管道与循环泵进气口相连通的外层进气口7，任一内层气体隔层14的底板上均通过管道与循环泵出气口相连通的内层出气口19；任一循环泵进气口与外层进气口7之间的管道上均设置有电控阀门，任一循环泵出气口与内层出气口19之间的管道上均设置有电控阀门，任一电控阀门均与控制系统相连；任一充气口6与储气仓18之间均设置有电磁阀，任一泄气口15与外部空气之间均设置有电磁阀；任一电磁阀均与控制系统相连；控制系统、电磁阀、电控阀门和循环泵均为现有技术，图中未画出。

工作时，打开交流变频电机开关，交流变频电机的轴转动，交流变频电机的轴通过齿轮传动机构带动链轮轴17转动，链轮轴17带动驱动浆链轮16转动，驱动浆链轮16带动链条10转动，链条10带动叶片9循环转动，叶片9与水之间产生相互作用力使船舶移动。

控制系统设置的外层气体隔层13中水位高度极限分别是水车上部叶片9最底边和水车下部叶片9最顶边，当其中水位超过上极限时，控制系统打开与进气口7相连的电磁阀，通过储气仓18对气体隔层补充压缩空气，强行排出隔气层中多余的水量，使水位低于水车上部叶片9最底边；同样，当其中水位低于下极限时，系统首先通过液位检测器5检测内层气体隔层14中的液面高度，区分外层气体隔层13中多出的压缩空气是否是i-vi区内部隔气层逃逸，并具体到是哪一区域逃逸，若是因内层气体隔层14中的气体逃逸所致，则启动内外层循环泵，打开电控阀门，将逃逸气体抽回原区域，以此形成闭环控制；若不是内层气体隔层14气体逃逸所致，则打开与泄气口15相连的电磁阀，将多余气体排出至空气中，使水位高于下部叶片9最顶边；内层气体隔层14与外层外层气体隔层13中气体压强基本相等，外层各外层气体隔层13由专用管道通过电控阀门与外层进气口7相连，控制系统通过控制电磁阀和循环泵实现内外层气体闭环控制，控制内层气体隔层14与外层气体隔层13的高度。

船舶的行驶驱动、方向控制及极低速状态下的移位动作均由多台水车式驱动浆各自前进、后退下配合完成；正常行驶若要后退时，只需反转交流变频电机，使叶片9反向转动即可；若要向右偏行，只需左侧驱动交流变频电机加速或右侧驱动交流变频电机减速，使船舶两侧受力不对称即可，需要大角度转弯或原地回转时可使两侧驱动浆不同向转动，一侧前进，一侧后退，驱动力相等即可实现原地回转，使船舶可以灵活行走。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：水车式驱动浆两侧的内层裙板4与外层群板3之间连接有加强筋21。

如图10所示，多个加强筋21平行设置在叶片9下方；加强筋21用于对外侧裙板底部进行强度增强，同时保护驱动浆免遭河床或水底障碍物破坏；要安装裙板底部加强筋21必须使内外裙板超出叶片9最底边，否则无法安装；内外裙板间用加强筋21固定，加强筋21将水车驱动浆处两侧向下沿伸的内外裙板底边相连，实现即时裙板强度进行加强，保护驱动水车免受水底障碍物破坏，又尽可能减小加强筋21对驱动水车驱动的水流产生阻碍，避免影响驱动效率，其功能类似于现有后置螺旋浆常用的导流罩；对其进行保护的同时间竭力减小水阻。