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一种水航体新型倒航结构装置的制作方法

2021-08-24 16:19:00 来源:中国专利 TAG:船舶 装置 推进 特别 结构
一种水航体新型倒航结构装置的制作方法

本发明涉及船舶推进技术,特别涉及一种水航体新型倒航结构装置。



背景技术:

船舶拥有高航速下的高能效是船舶技术研究追求的永恒目标。

现实情况是:纵在科技发达的当今社会,船舶航速与能效普遍低下问题仍是客观存在的世界性难题,迄今未找到理想解决办法。

分析船舶航行阻力和推进技术,能增进我们对现行推进技术的局限与不足的认识了解,协助开启求解船舶航速与能效普遍低下难题的有益思路。

船舶航行主要阻力的定性分析:船舶航行至少存在以下航行阻力——

船舶航行时,前方水体如同水墙阻挡船舶的航进,船舶需要突破水墙的阻挡才能前行,而这样的水墙厚度无穷大,意味着船舶需要连续不断地突破前方水墙阻挡才能持续前进,船舶向前航行遭遇的水墙阻挡之力可称之为船舶的正面航行阻力,或称迎水航行阻力。

由于水的流体性质,船舶向前航行时船舶艏部撞击船舶前方水体会激起波浪,而船舶艏部波浪的形成相当于将船舶前方水体上抛,水体上抛只有受到力的作用才会产生。显然,船舶艏部波浪的出现因船舶向前航进发生,所以这个力只能由向前航行的船舶提供。既然这个力由向前航行的船舶提供,由牛顿作用力与反作用力定律可知,这个力将反过来作用于向前航行的船舶,即构成有别于迎水航行阻力的另一种船舶航行阻力;还有,船舶艏部波浪的形成相当于推高了船舶前方需要突破的水墙高度,以及这样的波浪因伴流会沿船舶侧舷向艉部发展,进一步导致船舶航行阻力增加。为区别于船舶的迎水航行阻力,将这种因艏部波浪形成的船舶航行阻力称之为船舶的兴波阻力。

水体中有船舶航行经过,船体的浸没部分要将水体排开,在船舶后部制造出区域性真空环境,因水的粘滞性和与该区域性真空环境相邻水体水压大于区域真空内部压力,必然有相邻水体进入填补该区域真空导致有大的涡流、湍流生成,并由此在船舶首尾间形成艏高艉低的压力差,该压力差也属船舶航行阻力的一部分,会消耗船舶推进力导致船舶航速降低,为区别于其它船舶阻力,将该阻力称之为粘压阻力。

由于水存在粘滞性,船舶航行时水体针对船舶浸没表面会产生相当于摩擦阻力的粘滞阻力;

船舶使用艉舵变向情况,船舶航行阻力还包括艉舵阻力。艉舵所受阻力与航行船舶所受各种阻力性质、类型本质相同,只是在船舶所受总阻力中占比小,但仍然是不应忽略的阻力存在。

当船舶高速航行时,船舶航行受到的的空气阻力同样不应被忽略。

迎水航行阻力、兴波阻力和粘压阻力构成船舶航行阻力的绝对大头部分。

决定船舶航行阻力大小的因素除与船型设计高度关联外,特别地,还与船舶航速高低密切关联,船舶航行阻力属于与船舶航速二次方正相关的函数。船舶高速航行状态的航速一个小的增加可以导致船舶遭遇的船舶航行阻力的大幅增加,航速愈高,船舶航行阻力的增加幅度愈大。船舶航行阻力的这些规律已为船舶技术研究全部明确。

事实上,决定船舶航行阻力大小的因素还与船舶使用推进装置的推进模式和推进装置于船舶的部署模式密切关联。所以有必要深入了解一下船舶推进技术。

船舶主要推进技术定性分析:

现行船舶推进技术从其推进原理与推广应用程度大致可分为三类:螺旋桨推进,喷水推进与直浆推进(或称直翼推进,平旋桨叶推进)。

螺旋桨推进技术历史悠久,应用最为广泛,属于船舶绝对主力推进技术。现有螺旋桨推进技术仍在持续不断地发展进步,以螺旋桨为基础已经发展出如对转螺旋浆、调距螺旋桨,涵道螺旋浆、吊舱螺旋桨、稍部驱动螺旋桨,串列螺旋桨,大直径低转速螺旋桨等多重技术,甚至出现将喷水推进与螺旋桨推进混合运用的船舶推进技术。所谓无轴泵推技术属于新兴推进技术,从其本质还应归于螺旋桨推进技术。

喷水推进包括泵喷推进和磁流体推进。磁流体推进属新兴技术,诞生历史不长,技术整体在进一步完善中,应用范围十分有限;喷水推进技术诞生时间很早,却沉寂了很长时间,直到近二三十年间才有所发展且日渐突出。西方船舶动力制造强国正在致力于发展泵喷推进技术的大型化与模块化,使其可应用于大型船舶,喷水推进技术被列未来船舶推进技术发展的重要方向。

直浆推进较鲜见,一般应用于载荷变化大,机动性要求高的船舶,如拖轮、渡轮,扫雷舰,应用范围窄,影响面小。

鉴于直浆推进应用范围窄,影响面小,为简化分析起见,仅选择螺旋桨推进与泵喷推进为分析对象。并且仅针对它们的安装部署和进水方式进行分析,以帮助了解和认识这两种推进方式在船舶航速和能效方面的作用局限与不足。

螺旋桨推进与泵喷推进在安装部署方面具有共性的一点是:全都部署安装于船舶的艉部,并且全是无法部署安装于船舶其它位置。

螺旋桨因桨叶径向尺寸大,唯有船舶艉部能够提供合适安装空间,进一步还为充分利用螺旋桨推送水流获得最大推力考虑,螺旋桨只能选择船舶艉部部署安装。

泵喷推进装置的基本结构为一弯管两端各联系一直管,其中一直管承担进水功用,另一直管承担喷水功用,作为泵的核心部件——叶轮,部署安装于喷水管中,并通过穿越弯管肩部的轴从设于外部的动力装置输入驱动力。为尽可能减少泵喷推进装置工作水流流经管道时的管损,管道总长力求尽可能短;以及兼顾充分利用泵喷推进喷出水流获得最大推力的考虑,泵喷推进装置同样只能选择船舶艉部部署安装,所以要求泵喷推进装置的进水口与喷水口设置距离相距要近,同时兼顾其驱动力输入方便起见,泵喷推进装置的进水口对于船舶而言只能唯一的部署于船舶艉部的底部。

螺旋桨工作水流运动模式:螺旋桨旋转工作时,在桨叶迎水端制造出负压区域,受负压作用水流由桨叶迎水方进入桨叶,被桨叶赋能增速后从桨叶背水端排出形成推进水流,螺旋桨工作水流运动模式属于直进直排模式。但由于螺旋桨部署安装于船舶艉部,螺旋桨前方一定距离有船体结构阻断了螺旋桨水流直行路径,决定了螺旋桨工作时流过桨叶的水流保持只能从船舶艉部的底向和艉部的两侧侧向进水获得持续补充。

泵喷推进装置的工作水流运动模式:由进水管进水,经泵的叶轮赋能后从喷水管高速喷出形成推进水流。工作水流必然流经弯管部,所以泵喷推进装置的进出水流不共直线,即不构成直进直排模式。依泵喷推进装置工作方式看,泵喷推进装置的更形象命名当为曲吸喷推装置。

无论是螺旋桨推进装置还是泵喷推进装置,由它们的结构或工作机制决定只能被局限于船舶艉部部署安装。对于螺旋桨推进装置而言,这种部署装置的局限导致螺旋桨工作水流保持只能依靠由船舶艉部的底向和艉部的两侧侧向进水实现;对于泵喷推进装置而言,这种部署装置的局限导致泵喷推进的工作水流保持只能依靠单一的由船舶艉部底向的进水实现。

而这样的进水模式不仅不利于船舶航速与能效的提高,反而会导致船舶航速与能效的下降,表明推进装置的船舶艉部部署安装模式属于有缺陷和落后的部署安装模式。

为何推进装置的船舶艉部部署安装模式是有缺陷和落后的部署安装模式?我们可以通过对下述假设推进装置与假设部署安装模式的分析帮助理解。

假设有这样一种推进装置,为方便理解可以把这种推进装置想象成一个直筒型装置体,并忽略水流在筒体内流动时的管损,即它可以被设置成任意长度。直筒的前端端口为进水口,后端端口为喷水口,筒体内部部署有工作水流赋能装置,工作水流从进水口流入获得内部赋能装置的赋能后,高速从喷水口喷出形成推进水流。由于其工作水流的进水与喷水共直线即拥有前述所谓直进直排模式,比照泵喷推进装置的曲吸喷推,可将其称之为直吸喷推装置或轴流喷推装置。

再假设一个或多个轴流喷推装置被部署安装于船舶底部,并使其进水口部署安装于船舶底部的艏部;喷水口部署安装于船舶艉部。

这样的推进装置和这样的推进装置部署模式与螺旋桨推进装置和泵喷推进装置以及推进装置的船舶艉部部署安装模式比较有何进步?船舶由此会得到一个怎样新的推进效果呢?

水属于物质,位于轴流喷推装置前方的水体被吸入之前,可以将水看作放置在轴流喷推装置进水口前端的物体。

依照牛顿第一定律(惯性定律):“任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态,直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。”知:轴流喷推装置将位于前方的水体吸入进水口,属于改变船舶前方水体的运动状态,需要轴流喷推器给它们施加足够的力才能将它们吸入。为强调这种全新船舶推进装置的进水模式,特别地将它称之为迎水进水模式。

再由牛顿第三定律(作用力与反作用力定律)“两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。”知,位于轴流喷推装置前方的水在被吸入进水口的同时,将给轴流喷推器施以“在同一条直线上,大小相等,方向相反”的反作用力,即形成对轴流喷推器的同等大小的反向拉力。并且,船舶航速愈高意味着推进装置吸入前方水体的速度必然也高,也即作用于前方水体的吸力必须加大,对轴流喷推器的拉力当然随之增加。

由于轴流喷推器与船舶联系为一体,该力最终转变为对船舶航进的拉力。即:轴流喷推装置吸入前方的水花费了多大的力,则船舶可获得船舶前方水体给予船舶相同大小的拉力。

该拉力的大小服从牛顿第二定律,可以由f=ma计算获得,式中:m为运动体(水流)的质量值,a为水流的运动加速度值。

抛开严密和精确理论计算,仅用简单、粗糙方式近似估算这个力的大小。假设轴流喷推的进水口直径为1m,其进水面积可达3.14m2,当进入轴流喷推进水口水流速度达到10m/s,可计算出1s时间内进入轴流喷推的工作水流m值达31.4t;再假设该质量的工作水流进入轴流喷推所达到的加速度为10m/s2,可知当轴流喷推以10m/s2的加速度吸入质量达到31.4t/s的工作水流获拉力可达3百多吨。这还仅仅是一台轴流喷推贡献的拉力,足见轴流喷推装置的船舶艏部迎水进水部署安装模式对于船舶航进的贡献之大。

该拉力的方向与船舶航进方向相同,构成对船舶前进的牵拉作用,与轴流喷推装置后端喷射推进水流获得的推进力合并形成共同针对船舶前进的后推前拉合力,使船舶向前航进动力获得倍增。

特别是,该拉力只要轴流喷推装置在推进工作状态即产生,属于轴流喷推装置工作于推进状态的一种衍生性质的力,是一项无需额外消耗船舶能源而推动船舶航进的力。与螺旋桨推进或泵喷推进获得推进力模式比较,是螺旋桨推进或泵喷推进模式无法获得的一种船舶推进力的形式。

进一步分析推进装置取为轴流喷推装置和实施上述迎水进水部署安装模式下的船舶航行阻力可发现,作为船舶固有且为船舶航行阻力绝对大头部分的迎水航行阻力、兴波阻力和粘压阻力将发生大的改变,具体有:

船舶因运用轴流喷推装置和将轴流喷推装置部署安装成艏部迎水进水和直吸喷推模式,并由轴流喷推装置的具体部署安装数量决定,船舶艏部构成阻挡水墙的水体的部分或大部转变为工作水体被轴流喷推装置从设于船舶艏部的进水口吸入,经赋能后从船舶艉部喷出成为推进水体,迎水航行阻力的部分或大部失去存在条件而消失;航行船舶的艏部波浪也失去形成条件,船舶的兴波阻力的部分或大部也将消失;还因为船舶航行经过水体在船舶后部制造的区域性真空有来自于船舶艏部成为推进水体的持续填充,因船舶后部出现区域性真空导致船舶首尾间出现艏高艉低的压力差将被大幅消减,意味着粘压阻力的部分或大部会消失。

上述轴流喷推装置和迎水进水部署安装模式同样适用于潜航类装置如潜艇(某些使用小型和分散式螺旋桨推进装置的潜航装置例外),潜航类装置与船舶比较区别在于:潜航装置被水体包裹,不存在兴波现象和兴波阻力;进水模式根据推进装置的部署安装位置不同而不同。掌握潜航装置与船舶的不同点,可参照上述轴流喷推装置和迎水进水部署安装模式对船舶阻力,推进模式的影响,同样分析了解轴流喷推装置和迎水进水部署安装模式对潜航装置航行的价值作用。

反观螺旋桨推进模式,由于其部署安装于船舶艉部,取从船舶艉部的底向和艉部两侧侧向进水模式。由受力分析可知,螺旋桨推进装置由艉部的两侧侧向进水获得的进水拉力同样存在,但它们的方向互为反向,并且各自垂直船舶航行方向,不能对船舶航进作出任何贡献;而螺旋桨推进装置由艉部底向进水获得的进水拉力亦同样存在,它的方向也垂直于船舶航行方向,不仅不能对船舶航进作出实质贡献,反过来还因该进水拉力方向指向水体深部方向,相当于增加船舶自体重量,导致船舶吃水深度增加,而船舶吃水深度增加,其航行阻力也将增加。意味着船舶有效推力将减少,致船舶航速与能效降低。

另一方面,由于螺旋桨部署安装于船舶艉部和取船舶艉部底向与艉部两侧侧向进水模式,意味着螺旋桨推进作业时需要从船舶后方吸走大量工作水体,在船舶后方制造区域性真空,其与因船舶航行经过水体在船舶后部制造的区域性真空两相叠加,加剧船舶后方区域性真空范围或真空程度,导致船舶首尾间因区域性真空导致的艏高艉低压力差更为突出,由区域性真空导致的粘压阻力将进一步增加,增加船舶有效推力消耗,降低船舶航速与能效。

同理分析泵喷推进模式,由于其部署安装于船舶艉部,进水为单一船舶艉部底向进水模式,其对船舶航行的影响与作用类同螺旋桨推进模式的艉部底向进水的力的分析,结果同样是:导致船舶航行阻力增加,船舶有效推力减少,船舶航速与能效降低。

进一步分析,泵喷推进实施曲吸喷推模式和因泵喷推进装置部署安装于船舶内部,被泵喷推进装置吸入的工作水流需要上升一个高度才能进入喷水管获得叶轮的赋能作用后喷出,从进水口进入到从喷水口喷出这段时间滞留于泵喷推进管道内部的工作水流实质成为船舶重量的一部分,泵喷推进取为大功率推进装置情况,由滞留泵喷推进管道内部的工作水流导致的船舶增重不容小觑。会导致船舶自重增加和导致船舶吃水深度增加,进一步导致船舶航行阻力增加。

再进一步分析,泵喷推进管道内部工作水流流经弯管要发生流向的变向,容易在弯管的内侧弯曲部位形成湍流或涡流损耗,也是削弱泵喷推进总推力输出因素,还会导致船舶航速与能效降低。

事实上,螺旋桨推进模式与泵喷推进模式除有上述不足外,还有多项其它应用不足,具体表现有:

针对螺旋桨推进:

1、螺旋桨动力输送系统与结构一般较复杂,大型船舶尤其是象航母这类大型水面船舶螺旋桨动力输送系统与结构可谓十分复杂,需要占据相当大的船舶仓容,造成船舶有效仓容浪费;

2、大型,特别是超大型螺旋桨制造需要消耗大量特种材料和需要特殊加工设备支持,显著增加制造难度与制造成本,且装拆与维护不易;

3、大型,特别是超大型螺旋桨自重大,单个超大型螺旋桨自重甚至达到数百吨,增加船舶自重和增加船舶航行阻力;

4、大型,特别是超大型螺旋桨工作时易发生空泡现象,对螺旋桨桨叶叶体造成损伤,导致推进效率降低和产生不应有噪音;

5、大型,特别是超大型螺旋桨在船舶空载或轻载航行状态,桨叶会存在长出水面部分,导致旋转工作时的螺旋桨桨叶出现周期性受力不匀;

6、螺旋桨,特别是大型和超大型螺旋桨推进容易对水生生物造成机械伤害;

7、螺旋桨推进被缠绕风险高。

针对泵喷推进:

1、泵喷推进实施底向进水,其进水效率不及迎水进水效率高;

2、泵喷推进实施底向进水,在水草或杂物较多水域航行时,进水口易被堵塞影响进水导致推进效率降低,甚至失效;

3、泵喷推进实施底向进水,浅水航行容易将水域中砂砾碎石吸入,对推进装置造成机械损伤;

4、泵喷推进装置的部署安装需要占用船舶艉部一定仓容。

船舶通过所设推进装置的工作获得支持船舶克服航行阻力得以向前航行的推动力,随着船舶航行速度增加,船舶航行阻力以与航速二次方正比关系快速增加,当因航行速度增加而增加的船舶航行总阻力与船舶拥有的推动力相等时,船舶稳定在该航速做匀速航行。若再加大船舶推动力使其大于该航速下的船舶总阻力,船舶会加速航行获得更高航行速度,当因航速再增加而增加的船舶航行总阻力与船舶加大后的推动力相等时,船舶稳定在该新的更高航速做匀速航行。

船舶推进力依靠船舶动力系统消耗能源转化获得,加大推进力可以加大航速,使船舶行驶水程增加但加大推进力意味着船舶要增加能源消耗必然推高船舶航行成本。当船舶高速行驶可实现的经济效益不及船舶过量消耗燃料导致的高昂成本时,船舶航行的高速度就表现为得不偿失,意味着船舶的能效低,这也是导致当今船舶航速与能效普遍低下的原因之一。

船型与船舶动力系统包括推进装置确定后,船舶的航速和能效由船舶航行阻力与船舶推进力共同作用决定,降低船舶航行阻力,将提升船舶航速与能效。

在前分析业已说明,船舶运用轴流喷推装置和将轴流喷推装置部署安装成艏部迎水进水和直吸喷推模式将导致船舶航行阻力的大幅消减,在船舶动力系统输出功率不变情况下,有助于大幅提高船舶航行速度和能效。拥有相对于螺旋桨推进和泵喷推进的绝对竞争优势。

特别是,这种轴流喷推装置和将轴流喷推装置部署安装成艏部迎水进水和直吸喷推的模式,允许推广应用到任何船舶包括潜航装置,所以还有助于全面破解船舶航速与能效普遍低下难题,迎来全球高航速时代。

需要明确的是,当今时代仍属普遍低航速时代,尚未为普遍高航速时代的到来准备好足够技术条件,特别缺乏普遍推广足够和充分的高速航行船舶的航行安全保障条件。单纯依靠轴流喷推装置和轴流喷推装置部署安装成艏部迎水进水以及直吸喷推模式难以支持普遍高航速时代的实现,具体表现在:

基于对船舶航行安全的考虑,现行不少船舶的航速被人为调低或受限,属于被迫的低航速。

现有技术条件下开启普遍高航速时代,将引发全球航运的大混乱,容易引发大的航行安全风险。以下三方面的技术若无突破,船舶普遍高航速时代很难真正实现。具体是:

一、船舶快速变向问题

当今绝大多数船舶使用艉舵变向,艉舵变向有明显缺陷,非常不利于高速航行船舶的灵活变向避碰,安全隐患突出,难以支持普遍高速航行。原因在于:

1.船舶艉舵变向方式的变向力矩小,支持船舶实现快速变向困难,不方便船舶紧急避让。

船舶艉舵一般设为单舵被部署安装于船舶艉部中线,舵叶偏转获得的变向力相对于船舶中轴的力臂长度很短,形成的变向力矩小;即是采用双舵方式部署,两舵偏离船舶艉部的中线部署安装,两舵舵叶偏转获得的变向力相对于船舶中轴的力臂长度有所增加,所形成的变向力矩跟随增加,但增加幅度仍然有限,舵效仍欠明显。

2.船舶艉舵变向方式的船首变向响应慢,不方便船舶的紧急避让。

船舶艏部与艉舵间距离接近船舶长度,艉舵变向作用反映到船首作出方向改变需要一个过程,不能作出快速响应,对于大型船舶,狭长形船舶尤甚。拐个弯需要一个诺大的转弯半径,不方便船舶紧急避让,不适应高航速时代。

现有技术已发展出利用吊舱螺旋桨兼舵,以及在船舶所设球鼻艏处设置专司船首变向推进装置的船舶快速变向技术。该技术由于实施船舶艏、艉配合变向,能够显著提升船舶变向反应速度,支持船舶紧急避让。但这种船舶变向方式对于不设球鼻艏的船舶而言,船舶变向反应速度将有大的降低;在船舶航行但不实施变向时,球鼻艏处设置的变向推进器安装结构处会有涡流、湍流、紊流的形成,导致船舶航行阻力增加;变向过程会增加额外能源消耗。所以,仍然不能将其视为理想船舶变向技术。

二、船舶快速降速/刹车问题

由于船舶自身拥有的惯性和船舶载体为具有流动性的水,航行中的船舶即是停止推进器工作,船舶仍然会向前滑行相当距离。船舶向前滑行的速度和滑行距离,以及其蕴含的破坏力由船舶自身惯性大小和停机时的初始航速决定。船舶自身包括其装载物质总质量愈大,初始航速愈高,向前滑行速度和滑行距离也愈大,蕴含的破坏力也愈大。当今船舶普遍不具有快速降速/刹车支持技术。不能实现航行船舶的降速/刹车,在普遍高航速环境,尤其是高密度高航速航行船舶情况下,存在极大的碰撞安全风险,显然不适应高航速时代。

三、高航速大体量船舶的浪涌威胁问题

高航速大体量船舶在狭窄水道,典型如内河航道行驶时,因经过的高航速大体量船舶所排巨量体积的水来不及消减,被迫向船舶两侧高速输送,由此形成巨大浪涌,该浪涌将对相邻船舶或堤岸、堤岸设施形成强大冲击,有可能制造出类似海啸般的破坏。

四、船舶获得超级推进力的局限突破问题

船舶希望获得超高航速,其拥有超强推进力是根本条件,现有船舶推进技术无论是螺旋桨推进还是泵喷推进技术受其只能部署安装船舶艉部的空间制约,以及它们自身对工作水流的赋能模式局限,期待获得超强推进力的愿望实现存在难度。

综上所述,轴流喷推装置和轴流喷推装置部署安装成艏部迎水进水和直吸喷推模式作为技术创新,其推广应用有望推动实现普遍高航速时代。而普遍高航速时代的实现对于全世界将会创造出难以估量的经济与社会价值。因为:

水运,以船舶为载具的一种运输方式。它以江河湖海天然水道也包括极少人工水道为路,不像陆路交通需要对路(其是高速铁路,高速公路)的建设与维护的巨额投资,不占地或少占地;与公路、铁路为主体的陆路运输方式比较,最大优势在于:载重大,耗能少,运输成本低。

当今船舶的普遍低航速导致水运与列车、汽车的陆路运输时长比较差距明显,更没法与飞机运输相比。水运纵有低运输成本和可省却对运输道路建设与维护的巨额投资优势,在普遍追求高效率的当今社会,让水运在运输时效性方面表现出对陆路运输方式的明显竞争劣势,尤以内水运输和内水客运方面突出。

以我国为例,现今除少数类似长江、珠江、运河这类黄金干流水道的水运得以维持外,大多数内河货运已属鲜见,内河客运更是近乎绝迹。以流经长沙湘江河段与浏阳河段为例:如今,昔日“百舸争流”的湘江只存在往昔记忆之中,浏阳河完全成为一条静悄悄的河;坚守到上世纪八十年代的繁荣码头文化现在踪影全无,只能用一派萧条形容当今普遍的内河水运。

而一条发达的内河水运年运输总量可抵数十条铁路年运输总量,当今不少内水运输因普遍低航速实质被弃的现实,委实是现代社会生产力的一项令人扼腕的巨大浪费。

尽管海运的货运低运输成本与海路的通达使海运拥有战胜现代任何高速运输形式的绝对优势和因世界经济发展支撑了当今海运业的繁荣,但它运输周期长也仍然是当今世界渴求解决的社会和经济痛点。当今长航程的海运客运业除了用作海洋观光外也几乎消失殆尽,说明当今海运业同样存在现代社会生产力的巨大浪费问题。

受三山六水一分田的世界自然地理因素和水运低成本优势共同决定,尽管水运存在运输周期长的竞争劣势,但它仍然不失人类依赖的一项最为重要的运输手段,当今全球年货物载运吨公里总量的约90%以上依托水运,尤其是海运完成。

既然水运承担着全球社会货物运输总量如此大的部分,假设通过技术进步实现当今船舶航速普遍翻番甚至更高,而且还实现航行船舶能效提高,能否想象得到,其对未来世界将创造出多大的经济与社会贡献!

水运不单单是客、货运问题,象渔业,尤其是远洋渔业同样存在航速普遍低下问题,举例说,当海洋作业渔船遇恶劣海洋气候警告,作业中的远洋渔船为求安全需要早早归港避险,浪费时间,错失鱼汛,还需空耗不少燃料,给渔业经济造成损失。

航速是表征海洋军力的重要指标。普遍高航速时代的到来,还将影响海洋军事技术发生革命性变化,例如:若能实现航母瞬时航速达到甚至超100节,就有可能导致舰载机的起飞方式发生重大变化,进一步导致航母结构发生变化。

由于水运承担了全世界绝大部分的运量,运输过程消耗的能源总量惊人,其释放燃烧废气对大气造成的损害同样惊人,若全世界水运能效提高一个百分点,其对当今热点的气候问题可作出的重大实质贡献同样是难以估量的。

船舶因使用直吸喷推的推进装置和实施直吸喷推的艏部迎水进水部署安装模式可实现船舶航行能效的大幅提升,其推广应用可促进全球水运业大幅提升节能减排能力,为应对和改善全球气候恶化作出有益贡献。

可以期待,针对船舶新型高速高效安全喷水推进方法、系统装置与应用的技术研究与推广应用将为未来国际社会作出重大的技术、社会和经济贡献。



技术实现要素:

为解决上述现有技术存在的问题,本发明提供一种水航体新型倒航结构装置,于水航体的底部外侧所部署安装的喷推装置中选择其中的部分或全部喷推装置作为兼具推进与倒航作用喷推,于水航体的底部外侧和被选兼具推进与倒航作用喷推喷水口之后部署安装有倒航装置体,倒航装置体受操控指令操动对兼具推进与倒航作用喷推的喷水口喷出之水实施拦阻和迫其返流,收获针对水航体的倒车力,实现水航体的倒航。

进一步地,所述倒航装置体为倒航水斗,所述倒航水斗取为具有收纳功能的斗型结构。

进一步地,所述水航体部署安装倒航水斗的安装位设有针对倒航水斗的内凹倒航水斗收纳仓,用于所述倒航水斗的收纳;倒航水斗位于收纳位时,倒航水斗外表面与所在收纳位的水航体底部相邻外表面一致。

进一步地,水航体底部至少设置一个倒航装置体。

进一步地,所述倒航水斗包括尾部挡水板。

进一步地,所述倒航水斗还包括侧面挡水板。

进一步地,所述倒航水斗取为不完全斗体结构,或倒航水斗取为单纯板式结构。

进一步地,所述喷推装置的喷水口内部水流型线与水航体前进方向平行但背向。

进一步地,倒航水斗通过铰接结构收起在倒航水斗收纳仓以避免水航体前进时倒航水斗构成阻力;当需要水航体需要倒车操作时,通过操动机构将倒航水斗从倒航水斗收纳仓放出。

进一步地,所述倒航水斗一侧缘被铰装于倒航水斗收纳仓的远离喷推装置喷口的仓口缘部,倒航水斗内侧与倒航操动机构铰接连接。

进一步地,所述倒航水斗一侧缘被铰装于该铰装结构之上,倒航水斗不与喷推喷水口相对应的一侧与倒航操动机构铰接连接,倒航操动机构的不与倒航水斗连系的一端铰装于倒航水斗收纳仓沿水航体航进方向反向的水航体底板或水航体艉部板体上。

进一步地,倒航水斗包括有尾部挡水板和两侧的侧面挡水板;倒航水斗的斗内设有操动机构连接桩,操动机构连接桩用于与操动机构配合连接;倒航水斗的外侧面设有两个外置铰接桩,外置铰接桩用于与水航体铰接使用;倒航水斗外侧表面取部署装置位水航体底板外表面适配。

进一步地,倒航水斗包括有尾部挡水板和两侧的侧面挡水板;倒航水斗的斗内设有操动机构连接桩,操动机构连接桩用于与操动机构配合连接;倒航水斗的两侧面端部分别各设有侧面端部铰接桩,侧面端部铰接桩用于与水航体铰接使用;倒航水斗外侧表面取部署装置位水航体底板外表面适配。

进一步地,所述倒航水斗为板型倒航水斗;倒航水斗包括有尾部挡水板;倒航水斗的斗内设有操动机构连接桩,操动机构连接桩用于与操动机构配合连接;倒航水斗的两侧分别各设有端部侧板铰装孔,端部侧板铰装孔用于与水航体铰接使用;倒航水斗外侧表面取部署装置位水航体底板外表面适配。

进一步地,所述喷推装置为直吸喷推装置,所述直吸喷推装置为其进水方向与所述直吸喷推装置内部流体作用装置共轴向的推进装置。

进一步地,所述直吸喷推装置采用离心贯流喷水推进装置。

进一步地,若所述喷推装置采用以贴体或悬吊装置模式装置于水航体底部时,其喷水口内部水流型线与水航体前进方向平行但背向。

进一步地,根据倒航装置体前方对应所设直吸喷推数量选择倒航水斗的宽度,以适配抵挡前方所设全部喷推喷水口的喷出水流。

进一步地,若所述喷推装置采用以嵌入装置或内装置模式装置于水航体底部时,其喷水口内部水流型线与水航体前进方向平行但背向,在其喷水口正后方的水航体尾板上设置倒航水斗铰装结构。

进一步地,倒航水斗的收纳仓设为从水航体底部向上倾斜角度和高度延伸进入水航体底舱和能在向上方向将倒航水斗全部收纳进入的立式收纳仓结构,倒车水斗通过操控机构实现与收纳仓顶部的连接。

进一步地,倒航水斗与收纳仓为滑动接触结构,通过操控机构实现倒车水斗从收纳仓中的倾斜滑出与滑入,其中滑出为倒航或刹车工态,滑入为收纳状态。

本发明提供一种水航体新型倒航结构装置,所述倒航装置体主体结构为可收纳倒航水斗,被部署安装于水航体底板外侧部署安装的喷推装置的喷水口之后的底板上,倒航水斗宽度取大于前方对应全部喷推装置的喷水口总宽度。水航体倒航操作为:在只有与倒航水斗存在对应关系的喷推工作于喷水状态,倒航水斗受操控指令从收纳仓移出,对喷推装置的喷水口喷出水流实施阻挡使其返流,获得倒航力和将倒航力传递至水航体,实现水航体的倒航。停止水航体推进装置的推进工作和将行驶状态的水航体的倒航水斗放出,倒航水斗获得阻挡水航体继续航进的阻力,能够起到一定的刹车作用,与其它降速/刹车装置联合操作可形成强大降速刹车合力,实现船舶的快速降速/刹车。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种船舶采用部分嵌装模式安装轴流喷推装置的结构示意图;

图2为本发明提供的一种船舶采用完全嵌装模式安装轴流喷推装置的结构示意图;

图3为本发明提供的一种船舶采用贴体装置模式安装轴流喷推装置的结构示意图;

图4为图3的正视图;

图5为设有贴装结构体的轴流喷推的结构示意图;

图6为本发明提供的一种船舶采用悬吊装置模式安装轴流喷推的结构示意图;

图7为图6的正视图;

图8为设有悬吊装置结构体的轴流喷推的结构示意图;

图9为设有可回转装置结构体的轴流喷推的结构示意图;

图10为船舶底部部署支撑棱条的结构示意图;

图11为图10的仰视视角示意图;

图12为轴流喷推的轴心线在船舶底部呈水平小角度斜置布置的示意图;

图13为图12的侧视图;

图14为船舶底部设置内凹结构安装轴流喷推的示意图;

图15为图14的侧视图;

图16为仿船舶艏部迎水进水多进水口并口结构体的示意图;

图17为仿船舶艏部迎水进水多进水口并口结构体与轴流喷推的连接示意图;

图18为图17的进水方向视角示意图;

图19为多机仿船舶艏部单边部署进水口并口结构体示意图;

图20为多机仿船舶艏部单边部署进水口并口结构体与连接的轴流喷推喷水口取小角度下翘示意图;

图21为图20的侧视图;

图22为多机倾角并口进水口结构体示意图;

图23为图22的侧视图;

图24为多机倾角并口进水口结构体与连接的轴流喷推轴心线取与船舶航进方向小角度上扬示意图;

图25为图24的侧视图;

图26为多机斜口并口进水口结构体的示意图;

图27为图26的前视视角示意图;

图28为图26的侧视图;

图29为多机斜口并口进水口结构体与连接的轴流喷推轴心线取与船舶航进方向平行示意图;

图30为图29的前视视角示意图;

图31为图29的侧视图;

图32为单一板式结构的船舶风阻或水阻装置的通过套轴获得扭矩开合的阻力板处在收纳状态实施例示意图;

图33为图32中船舶风阻/水阻装置的阻力板通过套轴获得扭矩呈张开状态和根据操控目标实施减速/刹车/调向示意图;

图34为图32中船舶风/水阻装置单一板结构的阻力板与套轴、齿轮组合结构示意图;

图35为图34中船舶风/水阻装置单一板结构的阻力板分解示意图;

图36为图34的船舶风/水阻装置单一板结构的阻力板套轴安装通孔与销固孔的局部剖视图;

图37为图34的船舶风/水阻装置单一板结构的阻力板俯视图;

图38为组合板式船舶风/水阻装置通过套轴获得扭矩开合的阻力板,从船舶侧舷外侧某角度看处在部分张开状态的根据操控目标实施减速/刹车/调向的实施例示意图;

图39为组合板式船舶风/水阻装置通过套轴获得扭矩开合的阻力板,从船舶侧舷内侧某角度看处在部分张开状态的根据操控目标实施减速/刹车/调向的的实施例示意图;

图40为船舶艉部侧舷部署各自独立的水阻、风阻双重减速/刹车/调向阻力板执行调向的全张开状态示意图;

图41为图40的测试视角示意图;

图42为船舶部署风/水阻装置为单一板式结构的通过两端一侧所设销轴安装孔内安装的销轴与所设双端操控力臂获得扭矩开合的阻力板实施例的阻力面正视结构示意图;

图43为图42单一板式结构阻力板端部所设销轴安装孔局部剖视图;

图44为图42的俯视图;

图45为船舶部署风/水阻装置的通过所设偏置单操控力臂获得扭矩开合的单一板式或组合板式中的分体板结构阻力板实施例示意图;

图46为图45的船舶风/水阻装置俯视图;

图47为图45中船舶风/水阻装置的侧视视角示意图;

图48为图45的船舶风/水阻装置俯视图;

图49为船舶艏部部署单一板式单纯风阻,或风阻与水阻共用的减速/刹车/调向装置的阻力板实施减速/刹车状态实施例示意图;

图50为图49中的单一板式单纯风阻,或风阻与水阻共用的减速/刹车/调向装置的阻力板实施调向状态实施例示意图;

图51为图49中的单一板式单纯风阻,或风阻与水阻共用的减速/刹车/调向装置的阻力板位于收纳状态实施例示意图;

图52为的组合板式单纯风阻,或风阻与水阻共用的减速/刹车/调向装置的阻力板位于收纳状态状态实施例示意图;

图53为图52中的单侧组合式阻力板取全张开的左转重度调向状态实施例示意图;

图54为图52中的单侧组合式阻力板中的2片阻力板取张开左转中度调向状态实施例示意图;

图55为图52中的单侧组合式阻力板中的1片阻力板取张开左转轻度调向状态实施例示意图;

图56为船舶艉部侧舷部署各自独立的水阻、风阻双重减速/刹车/调向阻力板执行调向的部分张开状态实施例示意图;

图57为船舶艉部侧舷部署各自独立的水阻和风阻双重减速/刹车/调向阻力板在收纳状态实施例示意图;

图58为船舶部署的利用从船舶侧舷进水和从艉部喷水的的轴流(离心)喷推实施调向的实施例一示意图;

图59为浅槽型倒航水斗实施例示意图;

图60为图59中倒航水斗的外侧视角一示意图;

图61为装深槽型倒航水斗实施例示意图;

图62为图61中倒航水斗的外侧视角一示意图;

图63为简单板型倒航水斗实施例示意图;

图64为图63中倒航水斗的外侧视角示意图;

图65为船舶底部部署有倒航装置,且倒航水斗于收纳仓中呈收纳状态实施例的船舶艉视示意图;

图66为图65中船舶的仰视视角示意图;

图67为部署有倒航装置的船舶,且倒航水斗呈放出(张开)状态实施例的船舶艉视示意图;

图68为图67可展示倒车水斗收纳仓内部,倒车水斗操动机构的局部剖视图;

图69为图67中船舶的侧视视角示意图;

图70为外凸平口进水口结构与兴波抑制轴流喷推被部署于船舶侧舷内侧与船舶底部内侧的兴波抑制处理装置实施例一示意图;

图71为图70的船舶外侧视角示意图;

图72为图70的船舶内侧视角,反映兴波抑制轴流喷推喷水口穿越船舶底板设置示意图;

图73为外凸平口进水口结构与兴波抑制轴流喷推被部署于船舶侧舷内侧与船舶底部外侧的兴波抑制处理装置实施例二示意图;

图74为图73中船舶内侧视角看兴波抑制轴流喷推的轴心线与船舶航进方向呈小角度上扬与喷水口突出船舶侧舷底缘之外实施例示意图;

图75为图73中船舶外侧视角示意图;

图76为图73中船舶进水方向视角示意图;

图77为兴波抑制处理装置实施例三的结构示意图;

图78为图77中船舶内侧视角看兴波抑制轴流喷推的轴心线与船舶航进方向呈小角度上扬与喷水口未突出船舶侧舷底缘之外实施例一示意图;

图79为图77中船舶外侧视角示意图;

图80为图77中船舶的内侧视角二示意图;

图81为外凸前倾进水口、兴波抑制轴流喷推的轴心线在过轴心线平面内与船舶航进方向呈锐角夹角与融合式侧舷艉舵(处在收纳状态时艉舵板阻力面与船舶侧舷表面融合)实施例示意图;

图82为图81中船舶内侧视角示意图;

图83为图81中船舶底部视角示意图;

图84为图81中船舶外侧视角示意图;

图85为兴波抑制处理装置实施例五示意图;

图86为图85中船舶外侧视角示意图;

图87为图85中船舶内侧视角示意图;

图88为图85中船舶进水方向视角示意图;

图89为一种外凸平口进水口与支管扩展应用实施例示意图;

图90为图89中船舶进水方向视角示意图;

图91为图89中船舶外侧视角一示意图;

图92为图89中船舶外侧视角二示意图

图93为外凸前倾进水口与后延式侧舷艉舵(处在非减速/刹车/调向状态的艉舵板阻力面与船舶侧舷表面共面)的实施例示意图;

图94为为外凸前倾进水口与后延式侧舷艉舵(处在全张开减速/刹车/调向状态)实施例示意图;

图95为图93中船舶尾部视角一示意图;

图96为为外凸前倾进水口与后延式侧舷艉舵(处在小角度张开减速/刹车/调向状态)实施例示意图;

图97为外凸前倾进水口与后延式侧舷艉舵(处在非减速/刹车/调向状态的艉舵板阻力面与船舶侧舷表面共面)从船舶内侧视角实施例示意图;

图98为侧舷底部所设不连贯支承棱条与抑制兴波轴流喷推部署实施例示意图;

图99为图98中船舶的船艏视角图;

图100为图98中船舶的底部视角示意图;

图101为船舶底部的艏部、底部、艉部梯次与组群部署轴流喷推与侧舷底部所设不连贯支承棱条部署抑制兴波轴流喷推实施例一示意图;

图102为图101中船舶的船艏视角图;

图103为图101中船舶的底部视角示意图;

图104为船舶底部的艏部、底部、艉部梯次与组群部署轴流喷推与侧舷底部所设不连贯支承棱条部署抑制兴波轴流喷推实施例二示意图;

图105为船舶艏部两侧舷与近底板的船舱内部,以对称方式各部署有轴心线与船舶航进方向斜交和喷水口穿越底板,兼顾兴波抑制与调向功能的轴流喷推装置的外部示意图;

图106为船舶艏部两侧舷与近底板的船舱内部,以对称方式各部署有轴心线与船舶航进方向斜交和喷水口穿越底板,兼顾兴波抑制与调向功能的轴流喷推装置实施例示意图;

图107为部署水升翼的船舶结构示意图;

图108为图107中船舶底部的结构示意图;

图109为轴流离心喷推装置实施例结构一示意图;

图110为轴流离心喷推装置实施例结构二示意图。

附图标记:

1轴流喷推装置2船舶3贴装结构体

4悬吊装置结构体5可回转装置结构体6支撑棱条

7收纳仓8内凹结构9导流斜面

10船舶水阻装置11风阻板12操动机构

13倒航水斗14倒航水斗收纳仓15兴波水流进水口

16侧舷艉舵收纳仓17后延式艉舵板18后延式艉舵操动臂

19归位限位结构20水升翼101流体进口

102流体喷口103多进水口并口结构体104扩流进水口

105驱动力引入结构106导流结构体107流体入口结构

108驱动支承结构109流体增压输出结构体111轴孔

112销孔113阻风结构114阻风面

121液压机构122齿条123齿轮

124套轴125力臂131尾部挡水板

132侧面挡水板133操动机构连接桩134外置铰接桩

135侧面端部铰接桩136端部侧板铰装孔151加强筋

152兴波进水口支管153兴波进水口154兴波兼调向进水口

155行波兼调向出水口201插装孔202船舶底板

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

【术语解释】:

迎水进水:轴流喷推装置其部署的进水口朝向船舶行使方向。

离心轴流喷推装置:流体以离心方式进入,以轴流方式输出的喷推装置。

双工质喷推:同一船舶的推进装置取为水工质喷推与空气工质喷推双设模式。

本发明实施例提供一种新型船舶快速高效的推进方法,通过在船舶2上安装部署具有迎水进水特征的轴流水工质喷推装置和/或轴流空气工质喷推装置。优选地,所述轴流水工质喷推装置和轴流空气工质喷推装置采用离心轴流喷推装置。

“轴流水工质喷射推进”可以简称为水工质喷推;,“轴流空气工质喷射推进”可以简称为空气工质喷推,“轴流水工质喷射推进与轴流空气工质喷射推进”可以简称为双工质喷推。

若采用具有迎水进水特征的轴流水工质喷推装置时,其部署位置为船舶2底部的艏部处、船舶2底部处、船舶2侧舷的艏部处、或船舶2侧舷处的一处或多处组合。需要说明的是,其部署部位并不限于上述方式,按照使用场景所设定的部署位置均属于本发明保护的范围。

具体实施,采用多台具有迎水进水特征的轴流水工质喷推装置时,其部署方式采用顺次布局、梯次布局方式、阵列布局方式、分区布局方式、选择布局方式、离散布局方式中的一种或几种组合。需要说明的是,布局方式并不限于上述方式,按照使用场景所设定的合理布局方式均属于本发明保护的范围。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置取侧舷明式外固装模式。

进一步地,所述收纳仓装置模式即船舶水线上方的船舶侧舷设有收纳仓;所述轴流空气工质喷推装置被装置于可执行收纳与放出操作的安装结构体上,所述安装结构体部署于收纳仓内。

进一步地,采用具有迎水进水特征的轴流水工质喷推装置时,其安装方式为内装置模式、外装置模式和收纳仓装置模式中的一种或几种组合。需要说明的是,安装方式并不限于上述方式,按照使用场景所设定的合理安装方式也均属于本发明保护的范围。

进一步地,所述内装置模式为船舶2底部设置用于装置轴流水工质喷推装置的专用舱体,轴流水工质喷推装置于舱体内,仅进水口与喷水口向外。

具体实施时,船舶2底部设置专用舱体,轴流水工质喷推装置可部署于专用舱体内,专用舱体设有用于进水和出水的开口,当轴流水工质喷推装置部署于专用舱体时,仅轴流水工质喷推装置的进水口和喷水口通过开口向外联通;采用内装置模式,可方便施行对轴流水工质喷推装置的维护。

进一步地,所述外装置模式包括嵌入装置模式和非嵌入装置模式。

进一步地,所述嵌入装置模式为船舶2底部设置嵌装槽,轴流水工质喷推装置嵌装于嵌装槽内;所述嵌入装置模式包括完全嵌入装置模式和部分嵌入装置模式。

具体实施时,船舶2底部设有嵌装槽,嵌装槽与轴流水工质喷推装置设有相配合的固定结构,轴流水工质喷推装置可嵌装于嵌装槽内;如图1所示,嵌入装置模式可以是部分嵌入装置模式,或者,如图2所示,嵌入装置模式也可以是完全嵌入装置模式。

进一步地,所述非嵌入装置模式包括贴体装置模式、悬吊装置模式、可回转装置模式。

具体实施时,所述贴体装置模式即所述轴流水工质喷推装置通过所设贴装结构体被贴装于船舶2底板外侧与/或船舶2侧舷外侧;如图3-4所示,轴流喷推装置1通过所设贴装结构体3被贴装于船舶2底板外侧;具体地,如图5所示,轴流喷推装置1在筒身上设有贴装结构体3,贴装结构体3表面设有若干紧固孔,紧固孔用于与紧固件配合。

所述悬吊装置模式即所述轴流水工质喷推装置通过所设悬吊装置结构体被固定悬吊装置于船舶2底板外侧与/或船舶侧舷外侧;如图6-7所示,轴流喷推装置1通过所设悬吊装置结构体4被固定悬吊装置于船舶2底板外侧;具体地,如图8所示,轴流喷推装置1在筒身上设有悬吊装置结构体4。

所述可回转装置模式即所述轴流水工质喷推装置通过所设可回转装置结构体5被可绕悬吊装置中心轴旋转悬吊装置于船舶2底板外侧;如图9所示,轴流喷推装置1上设有可回转装置结构体5,所述可回转装置结构体5设置成外体为刚性结构,内体为可转动结构,且内体与轴流喷推装置1实施固联,外体与船舶2实施固装,内体与船舶2上的转向控制件连接,所述转动控制件用于驱动轴流喷推装置1绕可回转装置结构体5的中心轴左右或360°转向。无论是嵌入装置,还是贴体装置,或悬置装置,以及可回转装置模式,其嵌入装置结构、贴体装置结构、悬置装置结构、可回转装置结构均包含向离心喷推内部输送驱动力的结构,驱动力为电动、液压驱动、气压驱动、机械传动的驱动力。

特别说明的是,采用贴体装置模式时,在船舶2底部设置用于抬高船舶2底部的底部支承棱条6,所述底部支承棱条使船舶2底部外表面抬升高度不小于所部署轴流喷推突出船舶底板之外的垂直船舶底板最大外凸尺寸。

进一步地,至少两条所述底部支承棱条6沿船舶长度方向部署安装,支承棱条6的优选部署模式取为以船舶方向纵轴为对称轴对称布局。

进一步地,所述支承棱条6的迎水端设为流体迎面降阻结构;所述支承棱条的背水端设为流体的湍流降阻结构。

具体地,如图10-11所示,船舶2底部以船舶长度方向纵轴为对称轴对称部署有至少两组不连贯的支撑棱条6,且以船舶长度方向纵轴部署有一条连贯性的支撑棱条6;船舶2的侧舷底部部署有不连贯的支承棱条2兼兴波抑制水流入口功能条;底部支承棱条6迎水端取水流降阻结构;底部支承棱条6背水端水流降阻结构,水流降阻结构的典型结构例为流线型结构。

进一步地,所述底部支承棱条6采用实体结构或中空结构,所述中空结构取为单仓结构或多仓结构,单仓结构或多仓结构取为船舶压载或配载之用的自体系舱室结构;或者单仓结构或多仓结构取为与船舶所设其它船舶压载或配载舱室连通结构,合并构成船舶2的压载或配载舱室;还或者单仓结构或多仓结构的某舱室取为设置船舶特种装备或仪器的舱室。

进一步地,所述收纳仓装置模式即船舶水线下方的船舶2底部、船舶2底部的艏部、船舶2侧舷或船舶2侧舷的艏部中的一处或多处设有收纳仓7;所述轴流水工质喷推装置被装置于可执行收纳与放出操作的安装结构体上。

具体实施时,按照使用场景的设定,在船舶水线下方的船舶2底部、底部的艏部、侧舷或侧舷的艏部设有收纳仓7,轴流水工质喷推装置被装置于可执行收纳与放出操作的安装结构体上,当轴流水工质喷推装置执行推进工作情况,可由安装结构体将轴流水工质喷推装置推送出收纳仓实施推进作业,当轴流水工质喷推装置不执行推进工作情况,可由安装结构体将轴流水工质喷推装置移回收纳仓,收纳仓7至少在轴流水工质喷推装置位于收纳状态时,收纳仓7呈对外封闭状态,收纳仓7有盖将其封盖,可降低海洋生物对轴流水工质喷推装置的侵害。

轴流水工质喷推装置的收纳操动模式包括有电动模式、液压驱动模式、气压驱动模式、手动驱动模式中的一种或多种的混合模式。

需要说明的是,凡通过机构以电动/液压驱动/气压驱动/手动驱动模式实施的收纳操控技术均落在本技术保护范围之内。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置被单纯固定装置于安装结构体上。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置被可转动地装置于安装结构体上。具体地,轴流水工质喷推装置在安装结构体上可作绕固定轴线的转动。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置的轴心线平行船舶航进方向。具体地,轴流水工质喷推装置的进水口正向朝向船舶航进方向(即迎水进水);而喷水口正向朝向船舶航进方向的背向,即船舶尾部方向。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置的轴心线在船舶航进水平面方向与航进方向构成锐角夹角。具体地,如图12和图13所示,轴流喷推装置1在船舶2底部呈水平小角度斜置布置。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置的轴心线在船舶航进垂直面方向与航进方向构成上扬锐角夹角。使得轴流水工质喷推装置获得进水口与船舶前进方向形成小角度上翘关系,导致进水方向与水平进水方向比较也上扬了一个角度,能够更好地保障船舶进水不扰动下层水体尤其是水底,避免将砂石等杂物扰动被吸入造成对轴流喷推装置的伤害,以及支持小量抬升船舶体。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置的轴心线在船舶航进水平面与垂直面两个方向与航进方向构成上扬锐角夹角。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置的喷水口朝向船舶艉部,或呈小角度下翘方式朝向船舶艉部。

进一步地,所述轴流水工质喷推装置的进水口部署在船舶2非艏部的底部时,呈内凹结构,且前部设导流斜面。具体地,如图14-15所示,船舶底部2底部设有内凹结构8,前部设导流斜面9,轴流喷推装置1嵌装于内凹结构8且进水口101朝向导流斜面9。

若采用轴流空气工质喷推装置时,其部署位置为船舶水线上方的侧舷、侧舷的艏部或船舶2艉部中的一处或几处组合。

进一步地,采用多台轴流空气工质喷推装置时,其部署方式采用顺次布局、梯次布局方式、阵列布局方式、分区布局方式、选择布局方式、离散布局方式中的一种或几种组合。需要说明的是,布局方式并不限于上述方式,按照使用场景所设定的合理布局方式均属于本发明保护的范围。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置被固定装置于船舶水线上方侧舷的固定明装模式。具体地,固定明装模式可以是贴体明装、悬吊明装、可回转明装中的一种或多种组合。

进一步地,所述收纳仓装置模式即船舶水线上方的船舶侧舷设有收纳仓;收纳仓内部署有安装结构体,所述轴流空气工质喷推装置被安装于可执行收纳与放出操作的安装结构体上,所述安装结构体部署于收纳仓内。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置被单纯固定安装于安装结构体上。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置被可转动地安装于安装结构体上。

具体地,轴流水工质喷推装置/轴流空气工质喷推装置的收纳操动模式有电动驱动模式、液压驱动模式、气压驱动模式、手动驱动模式中的一种或多种的混合模式。

需要说明的是,凡以电动驱动/液压驱动/气压驱动/手动驱动模式实施的收纳操控机构技术均落在本技术保护范围之内。

需要说明的是,轴流空气工质喷推装置除了可以采用上述方式装置于船舶上,按照使用场景所设定的合理安装方式也均属于本发明保护的范围。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置的轴心线平行船舶航进方向。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置的轴心线偏离船舶航进方向的斜向取向。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置的轴心线在船舶航进水平面方向与航进方向构成锐角夹角。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置的轴心线在船舶航进垂直面方向与航进方向构成上扬锐角夹角。

进一步地,所述轴流空气工质喷推装置的轴心线在船舶航进水平面与垂直面两个方向与航进方向构成上扬锐角夹角。

进一步地,当船舶2部署多个轴流水工质喷推装置,多个轴流水工质的喷推装置可以采用多进水口并口结构体103;多进水口并口结构体103设有一个总的进水口,内部设有多个流道,各流道的进水口与总的进水口连接,每一流道的出水口均可与一轴流水工质喷推装置连接。通过总进水口进水和实施将总进水分配至与总进水口连接的各轴流水工质喷推装置,以求获得所需最佳降阻喷推效果。

具体地,多进水口并口结构体103可采用多种结构,本发明提供如下多进水口并口结构体103实施例:

如图16所示,多进水口并口结构体103为仿船舶艏部迎水进水多进水口并口结构体;如图17-18所示,该多进水口并口结构体103与轴流水工质喷推装置1对接。

如图19所示,多进水口并口结构体103为多机仿船舶艏部单边部署进水口并口结构体;如图20-21所示,该多进水口并口结构体103与小角度斜喷射口的轴流水工质喷推装置1对接。同一船舶的艏部通过对称部署两套单边部署进水口并口结构体实施船舶艏部的迎水进水。轴流水工质喷推装置1取为小角度斜喷射口有利于其后部署的轴流水工质喷推装置1的进水不是来自在前部署的轴流水工质喷推装置的喷水。

如图22-23所示,多进水口并口结构体103为多机倾角并口进水口结构体;如图24-25所示,该多进水口并口结构体103与轴流水工质喷推扩流型倾角直喷的轴流喷推装置1对接。采取倾角直喷结构可以获得轴流水工质喷推装置取为小角度斜喷射口的相同效果,但毋须轴流水工质喷推装置的直喷喷口做改变。

如图26-28所示,多进水口并口结构体103为多机斜口并口进水口结构体;如图29-31所示,该多进水口并口结构体103与轴流水工质喷推装置1对接。

本发明还提供上述任意一项所述的新型船舶快速高效的推进方法在水面航行船舶的应用。本发明还提供上述任意一项所述的新型船舶快速高效的推进方法在潜航装置的应用。本发明还提供上述任意一项所述的新型船舶快速高效的推进方法在两栖行驶装置的应用。

需要说明的是,针对某些特型船舶(如水翼船)针对三类推进方式的应用,这些特型船舶高速航行时船底,侧舷会脱离水面,所以轴流水工质喷射推进装置不适合部署船底,侧舷,但它们仍然可以通过利用特型船舶原有装置船舶推进安装结构,或通过另外增设专用安装结构体部署装置这离心轴流喷推装置。

本发明提供的新型船舶快速高效的推进方法的原理如下:

为何推进装置的船舶艉部部署安装模式是有缺陷和落后的部署安装模式?可以通过对下述假设推进装置与假设部署安装模式的分析帮助理解。

假设有这样一种推进装置,为方便理解可以把这种推进装置想象成一个直筒型装置体,并忽略水流在筒体内流动时的管损,即它可以被设置成任意长度。直筒的前端端口为进水口,后端端口为喷水口,筒体内部部署有工作水流赋能装置,工作水流从进水口流入获得内部赋能装置的赋能后,高速从喷水口喷出形成推进水流。由于其工作水流的进水与喷水共直线即拥有前述所谓直进直排模式,比照泵喷推进装置的曲吸喷推,可将其称之为直吸喷推装置或轴流喷推装置。

再假设一个或多个轴流喷推装置被部署安装于船舶底部,并使其进水口部署安装于船舶底部的艏部;喷水口部署安装于船舶艉部。

这样的推进装置和这样的推进装置部署模式与螺旋桨推进装置和泵喷推进装置以及推进装置的船舶艉部部署安装模式比较有何进步?船舶由此会得到一个怎样新的推进效果呢?

水属于物质,位于轴流喷推装置前方的水体被吸入之前,可以将水看作放置在轴流喷推装置进水口前端的物体。

依照牛顿第一定律(惯性定律):“任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态,直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。”知:轴流喷推装置将位于前方的水体吸入进水口,属于改变船舶前方水体的运动状态,需要轴流喷推器给它们施加足够的力才能将它们吸入。为强调这种全新船舶推进装置的进水模式,特别地将它称之为迎水进水模式。

再由牛顿第三定律(作用力与反作用力定律)“两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。”知,位于轴流喷推装置前方的水在被吸入进水口的同时,将给轴流喷推器施以“在同一条直线上,大小相等,方向相反”的反作用力,即形成对轴流喷推器的同等大小的反向拉力。并且,船舶航速愈高意味着推进装置吸入前方水体的速度必然也高,也即作用于前方水体的吸力必须加大,对轴流喷推器的拉力当然随之增加。

由于轴流喷推器与船舶联系为一体,该力最终转变为对船舶航进的拉力。即:轴流喷推装置吸入前方的水花费了多大的力,则船舶可获得船舶前方水体给予船舶相同大小的拉力。

该拉力的大小服从牛顿第二定律,可以由f=ma计算获得,式中:m为运动体(水流)的质量值,a为水流的运动加速度值。

抛开严密和精确理论计算,仅用简单、粗糙方式近似估算这个力的大小。假设轴流喷推的进水口直径为1m,其进水面积可达3.14m2,当进入轴流喷推进水口水流速度达到10m/s,可计算出1s时间内进入轴流喷推的工作水流m值达31.4t;再假设该质量的工作水流进入轴流喷推所达到的加速度为10m/s2,可知当轴流喷推以10m/s2的加速度吸入质量达到31.4t/s的工作水流获拉力可达3百多吨。这还仅仅是一台轴流喷推贡献的拉力,足见轴流喷推装置的船舶艏部迎水进水部署安装模式对于船舶航进的贡献之大。

该拉力的方向与船舶航进方向相同,构成对船舶前进的牵拉作用,与轴流喷推装置后端喷射推进水流获得的推进力合并形成共同针对船舶前进的后推前拉合力,使船舶向前航进动力获得倍增。

特别是,该拉力只要轴流喷推装置在推进工作状态即产生,属于轴流喷推装置工作于推进状态的一种衍生性质的力,是一项无需额外消耗船舶能源而推动船舶航进的力。与螺旋桨推进或泵喷推进获得推进力模式比较,是螺旋桨推进或泵喷推进模式无法获得的一种船舶推进力的形式。

进一步分析推进装置取为轴流喷推装置和实施上述迎水进水部署安装模式下的船舶航行阻力可发现,作为船舶固有且为船舶航行阻力绝对大头部分的迎水航行阻力、兴波阻力和粘压阻力将发生大的改变,具体有:

船舶因运用轴流喷推装置和将轴流喷推装置部署安装成艏部迎水进水和直吸喷推模式,并由轴流喷推装置的具体部署安装数量决定,船舶艏部构成阻挡水墙的水体的部分或大部转变为工作水体被轴流喷推装置从设于船舶艏部的进水口吸入,经赋能后从船舶艉部喷出成为推进水体,迎水航行阻力的部分或大部失去存在条件而消失;航行船舶的艏部波浪也失去形成条件,船舶的兴波阻力的部分或大部也将消失;还因为船舶航行经过水体在船舶后部制造的区域性真空有来自于船舶艏部成为推进水体的持续填充,因船舶后部出现区域性真空导致船舶首尾间出现艏高艉低的压力差将被大幅消减,意味着粘压阻力的部分或大部会消失。

上述轴流喷推装置和迎水进水部署安装模式同样适用于潜航类装置如潜艇(某些使用小型和分散式螺旋桨推进装置的潜航装置例外),潜航类装置与船舶比较区别在于:潜航装置被水体包裹,不存在兴波现象和兴波阻力;进水模式根据推进装置的部署安装位置不同而不同。掌握潜航装置与船舶的不同点,可参照上述轴流喷推装置和迎水进水部署安装模式对船舶阻力,推进模式的影响,同样分析了解轴流喷推装置和迎水进水部署安装模式对潜航装置航行的价值作用。

本发明还提供一种新型船舶快速高效刹车/减速/变向装置,即包括采用板式结构的船舶水/风阻装置或轴流喷推装置结构。

具体地,船舶风阻装置设置于船舶的水线以上位置;船舶水阻装置10设置于船舶水线以下位置;

轴流喷推装置结构通过调整流体进口101和流体喷口102的位置,使得轴流喷推装置兼具喷推与船舶变向功用。

进一步地,所述船舶水/风阻装置包括单一板式结构或分体组合板式结构。进一步地,所述船舶的水阻与风阻装置取为各自独立的单一板式结构或分体组合板式结构,或者所述船舶的水阻与风阻装置取为共用的单一板式结构或分体组合板式结构。

进一步地,还包括操动机构12,用于张合所述板式结构、调整所述板式结构的角度,或将板式结构或者轴流喷推装置结构在所述收纳仓内进行收纳操作。

进一步地,还包括收纳仓7,所述板式结构的船舶水/风阻装置或轴流喷推装置结构被安装在所述收纳仓7内。

具体地,如图32-37所示,船舶风阻装置均采用单一板式结构;操动机构12采用液压机构121、齿条122和齿轮123组合操动;船舶风阻装置设有轴孔111,端部安装有齿轮123的套轴124贯通套装于轴孔111内,用销钉经销孔112使风阻板11与套轴124固联成一体;套轴124的两端被安装于船体(侧舷或侧舷艏部)设定位置,在套轴124安装齿轮的一端的船体—设定位置部署有液压机构121。船舶2上设置相适配的液压机构121,液压机构121端部设有齿条122,齿条122与齿轮123啮合,使得液压机构121可带动套轴124转动,套轴124转动能带动风阻板11转动;可选地,阻风面114设置呈弧面阻风面结构;优选地,风阻板11的阻风面设为兜风面结构。

或者,如图38-39所示,风阻板11也采用分体组合板式结构;操动机构12采用单纯的液压机构121;多块组合板通过套轴124组合设置于船舶2上,每一块组合板均设有单独的液压机构121进行操控转动。

需要说明的是,船舶水阻装置与船舶风阻装置可以采用相同结构,因此,船舶水阻装置也可以根据船舶风阻装置结构设置为单一板式结构或分体组合板式结构;

可选地,船舶插装销轴,船舶水阻装置或船舶风阻装置设有力臂125,通过力臂125操动船舶水阻装置或船舶风阻装置开闭。

具体地,如图42-44所示,船舶2设有用于插装销轴的插装孔201,风阻板11的力臂125端部设有销轴,二者相配合使得风阻板11装配在船舶2上;可选地,阻风面114设为平面兜风结构。

可选地,如图45-46所示,风阻板11上的力臂125可呈一定角度偏置;

可选地,如图47-48所示,风阻板11上的力臂125可呈一定角度偏置,阻风面114可设为平面,端部设有阻风结构113。需要说明的是,阻风面除了可以为平面或者弧面,凡是为了实现阻水/风而对阻风面设计的其他结构也均属于本发明的保护范围。

如图40-41所示属于风阻板与水阻板各自分立结构实施例,船舶2设有收纳仓7;船舶水阻装置10和船舶风阻装置通过操动机构12设置于收纳仓7内;操动机构12可控制船舶水阻装置10和船舶风阻装置张开或闭合。

船舶水阻装置10与风阻板11可以各自独立操控动作。

特别说明,阻力板的操动模式包括:如图32-37所示,利用套轴与齿轮、齿条与液压驱动机构的操动模式;如图38、39、42-48所示,利用端部销轴与两端偏置力臂,腰部偏置力臂由液压操动机构直接操动模式;如图40-41所示,利用外侧铰接机构与置于收纳仓内的液压驱动与连杆机构实施的操动。驱动模式包括电动,液压驱动,气动,手动及其多种混合驱动模式。操动机构包括由液压直接驱动,电动直接驱动,手动操动,或液压机构通过连杆机构驱动电动机构通过齿轮、齿条驱动,通过一套由齿轮、齿条、连杆、索、带、链,螺旋,蜗轮蜗杆,导轨等传动要素单个或多个组合形成的复合机构实现的操动。

本发明还提供新型船舶快速高效减速/刹车/变向处理方法,包括:以船舶纵轴为对称轴,在船舶至少部署安装一组船舶水阻装置、风阻板或轴流喷推装置。

具体地,如图49-55所示,船舶可以部署风阻板11,当风阻板11处于张开的状态时,船舶获得阻力,从而实现船舶的减速、刹车或者变向功能;特别说明,当风阻板11的阻力板有部分位于船舶水线以下部位,则阻力板为水阻/风阻共用模式。

如图56-57所示,船舶2还可以同时部署船舶水阻装置10和风阻板11;当船舶水阻装置10或风阻板11处于张开的状态时,船舶2获得阻力,从而实现船舶的减速、刹车或者变向功能;船舶2通过在水线以上部位设置阻力板,及在水下以下部位设置阻力板,该模式为水/风阻力板各自独立部署模式。

船舶在两侧舷部署安装船舶水阻装置10,将船舶侧舷设置的其中一侧水阻减速板张开呈调向工作状态,由该侧水阻减速板可获得针对船舶过重心纵轴的旋转转矩,使船舶获得绕过重心纵轴的偏转力矩,朝向有水阻减速板张开的一侧偏转,实现船舶航行的变向;因船舶侧舷设置的水阻减速板具有针对船舶过重心纵轴有更大扭转力臂,其单位面积水阻力可获得的针对船舶过重心纵轴较之船舶底部所设呈刹车工作状态的水阻减速板有更大扭转转矩,即拥有较之船舶底部所设呈刹车工作状态的水阻减速板针对船舶有更大变向效能作用,更数倍超越船舶常规尾舵提供的单位面积转向效能。

船舶在两侧舷部署安装风阻板11,当将船舶侧舷设置的其中一侧气阻减速板张开呈调向工作状态,由该侧气阻减速板可获得针对船舶过重心纵轴的旋转转矩,使船舶获得绕过重心纵轴的偏转力矩,朝向有气阻减速板张开的一侧偏转,实现船舶航行的变向;因船舶侧舷设置的气阻减速板具有针对船舶过重心纵轴有更大扭转力臂,其单位面积空气阻力可获得的针对船舶过重心纵轴较之船舶底部所设呈刹车工作状态的气阻减速板有更大扭转转矩,即拥有较之船舶底部所设呈刹车工作状态的气阻减速板针对船舶有更大变向效能作用,更数倍超越船舶常规尾舵提供的单位面积转向效能。

当水阻减速板/气阻减速板纵向尺寸较大情况,从水阻减速板/气阻减速板本身刚性,操纵灵便性考虑,以及从具体减速或转向要求强度考虑(如:只需轻微减速,或轻微变向),进一步将水阻减速板/气阻减速板从长度方向设为多段组合结构,使每段可单独操控,也可使各段联动统一操控,如在轻微调向时,只操控其中的某段,当需要设施紧急转向情况,可联动操控各段统一张开动作。

需要说明的是,船舶部署船舶水阻装置10、风阻板11或轴流喷推装置的单一部署模式或者多种组合部署模式;根据实际需求,船舶可以将船舶水阻装置10、风阻板11和轴流喷推装置设置在其它位置也均属于本发明的保护范围。

进一步地,至少设置一组所述船舶水阻装置以船舶纵轴为参照被对称部署装置于水线下方的船舶底板或侧舷处。

进一步地,至少设置一组所述风阻板以船舶纵轴为参照被对称部署装置于船舶水线上方侧舷处或船舶艏部两侧。

进一步地,所述船舶水阻、风阻装置的板式结构体或所述轴流喷推装置采用明式方式或者收纳仓方式部署安装。

进一步地,采用所述水阻装置、船舶风阻或所述轴流喷推装置的双侧对称工作方式实现船舶变向实现船舶快速高效减速/刹车。

进一步地,采用所述水阻装置、船舶风阻的单侧工作方式实现船舶变向。

进一步地,采用所述轴流喷推装置时,以船舶纵向中轴划分,以轴流喷推装置船舶单边喷推的方式实现船舶变向。

进一步地,采用所述轴流喷推装置时,以船舶最外侧轴流喷推的喷水口后方设置可收纳或不收纳的可操控折向挡流装置,引导其喷水转向喷向本侧的侧舷外侧实现船舶变向。

进一步地,采用所述轴流喷推装置时,以船舶最外侧轴流喷推的喷水口设为矢量流体喷口结构实现船舶变向。

进一步地,采用所述轴流喷推装置时,以船舶最外侧所设轴流喷推的进水口设为经过阀控装置实现船舶变向。本条所述“阀控装置”是一种特殊结构与操控形式的阀,具体表现为:在船舶非变向状态,经操控阀使得船舶两侧最外侧的轴流喷推(或者是两侧的轴流喷推)的进水与喷水共轴线,即两侧轴流喷推各自同时工作于喷推状态;在变向状态,经操控阀实现船舶两侧最外侧的轴流喷推(或者是两侧的轴流喷推)中的一侧轴流喷推(另一侧,或者说朝向该侧转向的一侧的轴流喷推停止工作)的进水由各自对侧的轴流喷推进水口进水——即实施交叉进水(因阀控,属于有水喷出的轴流喷推一侧的进水口不进水;因阀控和停止喷推工作,有进水一侧的轴流喷推无水喷出),由此获得进水一侧有转向拉力力矩,喷水一侧有喷推推力力矩,两个力矩叠加,使得船舶有强力高效转向力矩,支持快速变向。

经过阀控装置实现船舶变向,要求两侧轴流喷推进水口设于船舶艏部,即进水口与喷水口距离愈大,所获变向力矩愈大。

如图58所示,船舶2还可以部署轴流喷推装置,根据轴流喷推装置推力的调节从而实现从而实现船舶的减速、刹车或者变向功能。

进一步地,采用所述轴流喷推装置时,以部署安装装置于船舶底部的可由电传航控操纵的可回转轴流喷推实现船舶变向。

进一步地,如图105所示,船舶2底部的两侧分别部署有斜置的若干轴流喷推装置1,当船舶航行变向时,船舶只有一侧轴流喷推装置1工作,受该侧轴流喷推装置的进水口被吸水的牵拉作用与喷水口喷水的推力作用可共同构成针对船舶过重心纵轴的旋转转矩,使船舶朝向轴流喷推装置不工作的一侧方向转向。

进一步地,所述贯流特征的轴流喷推装置采用离心轴流喷推装置。

需要说明的是,本发明提供的新型船舶快速高效刹车/减速/变向装置,及船舶快速高效减速/刹车/变向处理方法,可与上述的新型船舶快速高效的推进方法在船舶上组合应用。

本发明提供新型船舶快速高效倒航装置,包括轴流喷推装置1和倒航水斗13,所述倒航水斗13设置在所述轴流喷推装置1的喷水口正后方。

具体地,新型船舶快速高效倒航装置包括轴流喷推装置1和倒航水斗13;倒航水斗13呈斗状结构,倒航水斗13设置于轴流喷推装置1的喷水口正后方;使用时,轴流喷推装置1的喷水口喷出水,倒航水斗13将喷出的水兜住反向输送,而获得反向作用,通过侧缘铰装轴将该力传递至船舶尾板,使船舶获得使船舶倒向航行的倒车状态。

可选地,倒航水斗与收纳仓为滑动接触结构,通过操控机构实现倒车水斗从收纳仓中的倾斜滑出与滑入,其中滑出为倒航或刹车工态,滑入为收纳状态。

进一步地,所述轴流喷推装置1的喷水口内部水流型线与船舶前进方向平行但背向。

进一步地,还包括内凹的倒航水斗收纳仓14,用于所述倒航水斗13的收纳。

进一步地,所述倒航水斗13包括尾部挡水板131。

进一步地,所述倒航水斗13还包括侧面挡水板132。

进一步地,所述倒航水斗13取为不完全斗体结构,或倒航水斗13取为单纯板式结构。

具体地,如图59-60所示,一种铰装于船舶底板外侧的底板外侧铰装结构的浅槽型倒航水斗;倒航水斗13包括有尾部挡水板131和两侧的侧面挡水板132;倒航水斗13的斗内设有操动机构连接桩133,操动机构连接桩133用于与操动机构配合连接;倒航水斗13的外侧面设有两个外置铰接桩134,外置铰接桩134用于与船舶2铰接使用;倒航水斗外侧表面取部署装置位船舶底板外表面适配。

如图61-62所示,一种铰装于船舶底板的侧板铰装深槽型倒航水斗;倒航水斗13包括有尾部挡水板131和两侧的侧面挡水板132;倒航水斗13的斗内设有操动机构连接桩133,操动机构连接桩133用于与操动机构配合连接;倒航水斗13的两侧面端部分别各设有侧面端部铰接桩135,侧面端部铰接桩135用于与船舶2铰接使用;倒航水斗外侧表面(平面)取部署装置位船舶底板外表面适配。

如图63-64所示,一种铰装于船舶底板的端部侧板穿孔铰装板型倒航水斗;该倒航水斗13为板型倒航水斗;倒航水斗13包括有尾部挡水板131;倒航水斗13的斗内设有操动机构连接桩133,操动机构连接桩133用于与操动机构配合连接;倒航水斗13的两侧分别各设有端部侧板铰装孔136,端部侧板铰装孔136用于与船舶2铰接使用;倒航水斗外侧表面取部署装置位船舶底板外表面适配。

需要说明的是,本发明所列举的倒航水斗除了采用以上方式,凡是为了实现倒航作用而设计的倒航水斗其它结构设计也均属于本发明保护的范围。

本发明还提供新型船舶快速高效倒航处理方法,部署安装至少一台轴流喷推装置1,在所述轴流喷推装置1的喷水口正后方部署安装倒航水斗13。

进一步地,若所述轴流喷推装置1采用以贴体或悬吊装置模式装置于船舶2底部时,其喷水口内部水流型线与船舶前进方向平行但背向,在其喷水口正后方适当距离的船舶底板设置内凹的倒航水斗收纳仓14。

具体地,如图65-69所示,船舶2部署有若干台轴流喷推装置1,在中间多台轴流喷推装置1的喷水口后方部署安装倒航水斗13;船舶2采用倒航装置,可实现倒航动作;

船舶2设有倒航水斗收纳仓14,倒航水斗13通过铰接结构可收起在倒航水斗收纳仓14,避免船舶前进时倒航水斗构成阻力;当要船舶需要倒车时,可通过操动机构12将倒航水斗13从倒航水斗收纳仓14放出。

进一步地,所述倒航水斗13一侧缘被铰装于倒航水斗收纳仓14的远离离心喷推喷口的仓口缘部,倒航水斗内侧与倒航操动机构铰接连接。

进一步地,若所述轴流喷推装置1采用以嵌入装置或内装置模式装置于船舶2底部时,其喷水口内部水流型线与船舶前进方向平行但背向,在其喷水口正后方的船舶尾板上设置倒航水斗铰装结构。

进一步地,所述倒航水斗一侧缘被铰装于该铰装结构之上,倒航水斗不与轴流喷推喷水口相对应的一侧与倒航操动机构铰接连接,倒航操动机构的不与倒航水斗连系的一端铰装于倒航水斗收纳仓沿船舶航进方向反向的船舶底板或船舶艉部板体上。

进一步地,一台倒航水斗13适配部署多台所述轴流喷推装置1。

本发明还提供一种将上述的新型船舶快速高效倒航处理方法应用于船舶的刹车/减速上。

即船舶采用的倒航装置,当倒航水斗14张开和停止轴流喷推的推进工作时,倒航水斗14在船舶2前进时会构成阻力,能够起到一定的刹车作用。或者与减速/刹车/调向装置形成刹车合力,促进船舶的快速减速/刹车。

本发明提供新型船舶快速高效兴波抑制处理方法,船舶两侧侧舷水线以下各部署至少一个兴波水流进水口,于侧舷内侧部署数量与所部署兴波水流进水口数量相配的迎水进水模式轴流喷推,迎水进水模式轴流喷推的进水口与兴波水流进水口对接。

进一步地,所述轴流喷推装置被部署安装于船舶侧舷内侧与底板内侧,所述轴流喷推的喷水口穿越船舶底板与外部连通倾斜朝向船舶艉部。

进一步地,所述轴流喷推装置被部署安装于船舶船舶侧舷内侧与底板外侧,所述轴流喷推的喷水口位于船舶底板外侧,正向朝向或倾斜朝向船舶艉部。

进一步地,各兴波水流进水口各自部署安装有彼此独立的轴流喷推,或者一个以上兴波水流进水口经支管和总管结构体合并为一个兴波水流总进水口,部署一台轴流喷推的进水口与兴波水流总进水口连接。

本发明提供新型船舶快速高效兴波抑制处理装置,包括具有迎水进水特征的轴流喷推装置,所述轴流喷推装置的进水口结构至少包括平口进水口结构、外凸平口进水口结构或外凸前倾进水口结构。

进一步地,所述外凸平口进水口结构包括在平口进水口位置设置将平口进水口包围并隆起于侧舷外表面的导流外壳体,所述导流外壳体进水口平面为垂直面结构和与侧舷外表面垂直或构成锐角夹角的后掠面。

进一步地,所述外凸前倾进水口结构包括在平口进水口位置设置将平口进水口包围并隆起于侧舷外表面的导流外壳体,所述导流外壳体进水口平面为朝向船艏前倾面结构和与侧舷表面垂直或构成锐角夹角的后掠面。

进一步地,所述进水口结构的口部还设有加强筋或拦截杂物结构。

本发明体用以下多种应用上述结构的兴波抑制处理装置对本发明的新型船舶快速高效兴波抑制处理方法和新型船舶快速高效兴波抑制处理装置加以说明:

图70是兴波抑制处理装置实施例一的结构示意图,如图70-72所示,在船舶侧舷外侧设置有若干兴波水流进水口15,兴波水流进水口15为外凸平口进水口结构;兴波水流进水口15开口朝向船艏;兴波水流进水口15的口部设有加强筋151;各兴波水流进水口15各自与位于船舶内侧的一个轴流喷推装置1的进水口对接,轴流喷推装置1的喷水口位于船舶底板202与外部接通。

图73是兴波抑制处理装置实施例二的结构示意图,如图73-76所示,在船舶侧舷外侧设置有若干兴波水流进水口15,兴波水流进水口15为外凸平口进水口结构;兴波水流进水口15开口朝向船艏;兴波水流进水口15的口部设有加强筋151;各兴波水流进水口15各自与位于船舶内侧的一个轴流喷推装置1的进水口对接,轴流喷推装置1的喷水口下缘超出侧舷的下缘。

图77为兴波抑制处理装置实施例三的结构示意图,如图77-80所示,在船舶侧舷外侧设置有若干兴波水流进水口15,兴波水流进水口15为外凸平口进水口结构;兴波水流进水口15开口朝向船艏;兴波水流进水口15的口部设有加强筋151;各兴波水流进水口15各自与位于船舶底板202下方的一个喷推装置1的进水口对接,轴流喷推装置1的喷水口下缘未超出侧舷的下缘。

图81为兴波抑制处理装置实施例四与融合式侧舷艉舵(处在收纳状态时艉舵板阻力面与船舶侧舷表面融合)的实施例示意图,如图81-84所示,在船舶侧舷外侧设置有若干兴波水流进水口15,兴波水流进水口15为外凸前倾进水口结构;兴波水流进水口15开口朝向船艏;兴波水流进水口15的口部设有加强筋151;各兴波水流进水口15各自与位于船舶底板202下方的一个轴流喷推装置1的进水口对接。船舶2尾部设有侧舷艉舵收纳仓16,侧舷艉舵置于侧舷艉舵收纳仓16内。

图85为兴波抑制处理装置实施例五的结构示意图,图85为位于迎水进水前方三个等距部署外凸平口进水口各自通过支管与设于船舶侧舷内侧和船舶底板内侧或外侧的总管联系,由总管的出水口与单一兴波抑制轴流喷推进水口连接,由抑制轴流喷推吸入兴波水流;后部孤置外凸平口进水口通过支管与波抑制轴流喷推进水口连接通过负压吸入兴波水流的兴波抑制处理装置实施例五示意图。如图85-88所示,在船舶侧舷外侧设置有若干由多个兴波水流进水口15经支管和总管结构体合并为一个兴波水流总进水口,它是经与各兴波水流进水口15联系的支管联系总管,将各兴波水流进水口15的兴波水流在总管汇集,由总管的出水口——即:总出水口向与总出水口连接的轴流喷推(单一,或称总轴流喷推)输水,构成单个轴流喷推与多个兴波水流进水口联系的结构。

位于迎水进水前方三个等距部署外凸平口进水口各自通过支管与设于船舶侧舷内侧和船舶底板内侧或外侧的总管联系,由总管的出水口与单一兴波抑制轴流喷推进水口连接,由抑制轴流喷推吸入兴波水流;后部孤置外凸平口进水口通过支管与波抑制轴流喷推进水口连接通过负压吸入兴波水流的兴波抑制处理装置。

图89为兴波抑制处理装置实施例六的结构示意图,如图89-92所示,在船舶侧舷外侧设置有若干兴波水流进水口15,兴波水流进水口15为外凸前倾进水口结构;兴波水流进水口15开口朝向船艏;兴波水流进水口15的口部设有加强筋151;各兴波水流进水口15各自在位于船舶内侧的设有一个兴波水流接口152,该各兴波水流接口152可以与一个共用排水管连接或者分别连接轴流喷推装置的进水口。

图93为为兴波抑制处理装置实施例七与后延式侧舷艉舵(处在非减速/刹车/调向状态的艉舵板阻力面与船舶侧舷表面共面)的实施例示意图,如图93-97所示,在船舶侧舷外侧设置有若干兴波水流进水口15,兴波水流进水口15为外凸前倾进水口结构;兴波水流进水口15开口朝向船艏;兴波水流进水口15的口部设有加强筋151;各兴波水流进水口15各自与位于船舶底板下方的一个轴流喷推装置1的进水口对接。

如图93~97所示,船舶艉部设置有后延式艉舵,船舶艉部部署有后延式艉舵板17;后延式艉舵舵轴通过铰接结构与船舶艉部水线以下侧舷铰接连接;后延式艉舵操动臂18与后延式艉舵舵轴连接,艉舵操动臂18与操动机构传动连接;图97所示为从船舶内侧看,后延式艉舵板17处设有归位限位结构19。后延式艉舵板17的归位限位结构19为保证后延式艉舵板17在归位状态,归位状态的后延式艉舵外表面与船舶侧舷外表面共面。

图93所示后延式艉舵处在归位状态,归位状态的后延式艉舵外表面与船舶侧舷外表面共面。

图94、95所示后延式艉舵处在全开调向状态。

图96所示后延式艉舵处在部分张开的调向状态。

需要说明的是,由图81所示船舶的融合式艉舵与图93所示船舶的后延式艉舵可以兼作减速/刹车结构。

需要说明的是,船舶优选前倾进水口结构,前倾进水口结构由于其覆盖舷长距离大,兴波更难形成,属于兴波水流入口的优选入口结构。

本发明提供的新型船舶快速高效兴波抑制处理方法,侧舷底部设不连贯支承棱条。

进一步地,在不连贯支承棱的间隔断口处设置抑制兴波轴流喷推的喷水口。

具体地,如图98-103所示,船舶2在侧线底部设有不连贯支撑棱条6;将不连贯支承棱的间隔断口设为兴波水流入口,兴波水流入口设有轴流喷推装置1;轴流喷推装置1的进水口朝向不连贯支承棱的间隔断口。船舶2采用该设计实现兴波抑制。

进一步地,于船舶艏部或近艏部的两侧舷与近底板的船舱内部,以对称方式各部署有轴心线与船舶航进方向斜交和喷水口穿越底板,兼顾兴波抑制与调向功能的轴流喷推装置。

具体地,如图104-106所示,船舶2内设有兼具兴波抑制与调向功能的双侧对称部署轴流喷推装置1。船舶2在船舶艏部或近艏部的两侧舷设有兴波兼调向进水口154,兴波兼调向进水口154与该轴流喷推装置1对接,船舶在船板底部设有兴波兼调向出水口155,兴波兼调向出水口155与该轴流喷推装置1的喷水口对接。

本发明的船舶高效兴波抑制处理方法的原理:于船舶侧舷水线以下设置开口朝向船舶航进方向的兴波水流进水口(或者允许兴波水流进水口有部分设于水线以上),兴波水流进水口的出口位于船舷内侧与轴流喷推装置连通,船舶航进时于侧舷产生的兴波水流由轴流喷推装置经兴波水流进水口吸入后转由船舶尾部喷出,使船舶侧舷兴波水流失去形成条件,而且将原兴波水流转变成推动并拉动船舶前行的推进力,以及将兴波水流转变为船舶推进水流,可消减一定的船舶底部因船舶经过的真空形成,可降低粘压阻力的产生,从三个方面(喷推、降阻和兴波水流拉力)促进船舶航速提高。与单纯船舶艉部推进获得速度提高唯一必须依赖消耗燃料比较,可以用较低能耗获得船舶速度的提高。

需要说明的是,设置兴波抑制处理装置的其它功用还在于:当船舶高航速航进情况下,由于有兴波抑制处理装置将兴波水流转移至船舶艉部,使得船舶不会形成大的兴波波浪对相邻船舶构成冲击;当船舶行驶在较为狭窄的内河航道情况,能避免高速行进船舶产生大的兴波波浪对航道两侧构成冲击。

本发明提供的新型船舶水升翼升力方法,于船舶底部设有固定或可收纳水升翼结构体,特别是于船舶底部所设轴流喷推进水口之前设置水升翼结构。利用船舶高速航行时水对水升翼的升力抬升船舶,减少船舶吃水深度,降低船舶航行阻力,使船舶航速提高。

具体地,如图107-108所示,船舶底部设有内凹结构8,内凹结构8的前端为凹槽进水部801,轴流喷推装置1的进水口朝向凹槽进水部801,船舶底部安装有水升翼20,水升翼20位于凹槽进水部801下方;水流经过水升翼20从凹槽进水部801流入轴流喷推装置1。水升翼原理与飞机机翼获得升力原理同。

需要说明的是,当船舶高速航行时,升翼升力作用才能显现,船舶低速航行,必然是阻力为主,针对这点,考虑将升翼设置成可收纳结构,只在船舶高速航行时才放下使用;其次,再借用升翼的阻力作用,进一步可将升翼设置成可翻转结构,遇船舶需要急速刹车情况,放出并翻转升翼,使其提供刹车功效。

本发明还提供一种电传航控技术应用于船舶上。

电传航控的定义:基于全电推进,卫星导航,雷达测距、测深、测速、测障,航向设定(如陀螺仪),航向测向等的部分或全部技术手段;以及基于远程遥控,数据链,大数据、云数据库、云计算、物联网、ai、数字传输等数字技术;并以船舶部署/装置的轴流喷推(优选:离心喷推)、减速/刹车/变向板、倒车装置(包括设有收纳仓情况的减速/刹车/变向板和倒车装置的收纳操作机构),设有升翼板情况的升翼板装置等为执行终端的部分或全部实施的针对船舶航行速度、方向、减速/刹车/变向/倒车,航行增效等诸要素的人控,自控或人与自控自由切换的操控模式,操控内容,及其支持的软硬件设备与装置的总和。

本发明还提供一种新型船舶快速高效安全操控方法,所述轴流喷推(水工质/空气工质)的工作起、停和具有可旋转功能的旋转角度操作;减速/刹车/调向装置根据船舶航行需要选择具体执行对象、执行模式、执行要求的选择、执行操作;倒航装置执行的倒车操作或减速/刹车操作;升翼操控;以及凡涉及轴流喷推、减速/刹车/调向装置、倒航装置、升翼等的放出与收纳操控等,通过船舶所设电传航控实施。

进一步地,本发明上述涉及的轴流喷推装置优选采用离心轴流喷推装置。所述离心轴流喷推装置可以采用如图109所示的结构,包括:导流结构体106,流体入口结构107和驱动支承结构108;导流结构体106取为由若干导流条围构成的直筒结构;流体入口结构107取为适配离心叶轮流体输入的结构设于直筒结构的流体入端,构成流体离心贯流作用结构体的流体入口;直筒结构的流体出端构成流体离心贯流作用结构体的流体出口;导流条内侧悬置端围构空间构成离心叶轮的装置空间;所述驱动支承结构108设置在所述导流条内侧的悬置端上并位于装置离心叶轮的空间之后。所述轴流喷推装置的详细结构图可以参考中国专利201811448075.0(一种流体离心贯流作用装置及应用)、中国专利201911207678.6(一种流体离心贯流作用结构体)公开的流体离心贯流结构体图、201911205948x(一种离心贯流水航体推进装置及应用)。

进一步地,离心轴流喷推装置还可以设置有扩流进水口104。

为了实现离心喷推装置获得更强大推进力,如图110所示,离心轴流喷推装置1还包括流体增压输出结构体109;所述流体增压输出结构体109为轴流叶轮,轴流叶轮部署于直筒结构内且位于且位于导流结构体的流体输出端之后。离心喷推装置设置的流体增压输出结构体可以是多级结构。

本发明提供的技术价值作用及意义:

1、本发明独创发明了船舶底部部署安装群组式轴流喷推,和将轴流喷推取为可多重赋能,或者还包括扩流结构的可小型化离心贯流喷推,以及创造发明了双工质推进模式,可以充分发挥船舶动力系统潜能,为船舶高航速创造了必要超强推进力技术条件。

2、本发明独创发明了船舶底部部署安装的轴流喷推的迎水进水、船舶无球鼻艏高效兴波抑制、船舶无艉舵高效调向技术模式,为大幅消减船舶航行的迎水航行阻力,兴波阻力,粘压阻力,艉舵阻力,球鼻艏阻力等,并且还获得船舶航行从未有过的航进拉力,为高航速船舶创造了同时取得高效能技术条件,其推广应用可促进全球水运业大幅提升节能减排能力,为应对和改善全球气候恶化作出有益贡献。

3.本发明独创发明了利用水/风阻实施船舶航行减速/刹车/调向技术,调向手段丰富,调向力矩大,调向响应快,调向能力强和高效灵活,支持实现零转弯半径的船舶调向,具备强力船舶降速/刹车能力,具备应对高航速大体量船舶浪涌威胁的有效技术手段,满足普遍高航速时代的船舶快捷和灵敏调向要求,为普遍高航速时代到来创造了必要高安全提供保障技术条件。

4、与大型、超大型螺旋桨比较,可显著降低空泡现象,减少空泡对舰船动力性能的负面影响与对推进器的空泡损伤;

5、与螺旋桨推进方式比较,可超大幅度简化舰船推进器动力输送系统结构,支持释放舰船动力输送占位,显著提升舰船有效仓容;

6、与装备大型,特别是超大型螺旋桨的船舶比较,可以显著降低船舶自重,大吨位船舶可降低对港口的深度要求。

7、与螺旋桨推进方式比较,可显著降低推进系统装置的机械噪音;

8、与螺旋桨推进方式比较,可显著减少推进装置对各类水生生物的机械伤害;

9、与螺旋桨推进方式比较,可大幅降低推进装置被异物缠绕风险;

10、与大型、超大型螺旋桨比较,支持显著降低舰船推进装置制造难度与制造成本;

11、与大型、超大型螺旋桨比较,离心贯流喷射推进装置的整体安装较螺旋桨简易;

12、离心贯流喷射推进装置高度响应和支持船舶全电推进;

13、与大型、超大型螺旋桨和其它喷水推进技术比较,由于依靠电推驱动并取管道结构的离心贯流喷射推进装置具有装置与运行独立性,不受舰船动力舱布局约束,机位设置可以灵活多变,支持方便调整以求得舰船推进动力的理想布局;

14.与泵喷推进比较,浅水航行吸入砂砾碎石,导致推进装置水道机械损伤几率大幅降低,支持浅水航行。

15、适合配置现代化智控电传操作技术应用,使舰船操控更灵活;

16、离心贯流喷射推进装置的直筒结构方便为推进装置避免有害海洋生物附着性损害构建保护结构。

本发明提供的上述任意一项装置和方法均可以在水面航行船舶、潜航装置和两栖行驶装置上进行应用。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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