CN101104439A - 高效率船艇推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种船艇推进系统，包含有一成形于一船壳的凹陷部，凹陷部的前端具有一最小深度，尾端具有一最大深度，一动叶轮设于凹陷部的尾端，一静叶轮位于动叶轮的后方；一喷嘴具有一半径，喷嘴的半径稍小于动叶轮的半径，喷嘴是设于静叶轮后方，一驱动轴自一设于凹陷部前方的引擎延伸至动叶轮，一进水栅板设于凹陷部的开口，水流经由进水栅板呈层流地且较无障碍地流过凹陷部而进入动叶轮。

Description

高效率船艇推进系统

技术领域

本发明是涉及叶轮式驱动船艇，特别是指船艇的船壳成形一用以容纳动叶轮的凹陷部，使动叶轮的运作具有较高效率。

背景技术

传统船艇内部所装设的引擎通常具有一延长驱动轴，延长驱动轴是向下倾斜地连接于引擎的输出轴以及一螺旋桨，船艇的船壳具有一可阻水的开口，以及一悬挂于船壳底部的支柱，支柱的底端具有一套接部，延长驱动轴可经由开口穿出船壳，并且容设于套接部内。而螺旋桨是设于套接部后方，且位在延长驱动轴尾端，一船内舵或船外舵则设于螺旋桨后方。

由于上述船艇的组成构件，例如支柱、套接部、推进器以及舵等皆位于船壳的下方，因而使船艇的推进容易造成阻力而没有效率，此外，螺旋桨及其它暴露在船壳外侧的构件也容易被暗礁或是浮游木板所损坏。

有鉴于上述缺失，许多发明人改进了传统船艇的设计，如美国申请第10/855569号专利，是使船壳具有一信道，信道尾端形成出一凹陷部，并将前述提及的各组成构件设于通道内，上述改良即可让延长驱动轴定位于水平面或接近于水平面，类似的发明也见于Struart的美国公告第3659547号专利以及Renato Levi Limited的英国公告第2248433号专利，上述组成构件的配置可以减少阻力，使引擎的运作具有较高的效率，而位于通道内的构件也可以受到保护，避免被水里的物品所损害，双引擎船艇则沿着船艇的长轴二侧等距对称地具有二通道。

一进水栅板覆设于各通道的开口，可以只让水而不会让碎杂物通入凹陷部。

此外，将螺旋桨结合一静叶轮一起使用也可以增加螺旋桨的效率，当螺旋桨设于一直径略大的壳体内部时，就可成为一动叶轮。

相较于没有设置通道的船艇，虽然船艇的船壳设置了至少一通道可具有较高的效率，但是仍然具有可以改进的地方。

例如高速航行时，空气将会进入通道内，特别是气流会滞留于通道的上部，使通道内并非充满着水。空气与水相互混合的后将会使通过动叶轮的水流形成乱流，水流如果是以层流的方式通过动叶轮会好于水流以乱流的方式通过动叶轮，当层流的时候只有水通过动叶轮，而当空气也通过动叶轮时则会减少推力。

因此，一种改良的通道设计可以防止空气进入，并可产生高效率的层流通过动叶轮。

也有另一种通道设计是增设一喷嘴，喷嘴的直径只有动叶轮直径的一半，缩小直径的喷嘴通常是使船艇推进系统可利用高速喷射水流所产生的力与反力的特性做为动力，但是会减少引擎的效率并产生相当大的背压。

因此，也需要有一种推进系统不必依赖喷射推进的特性，使得喷嘴相对于动叶轮可具有较大的直径，通过以减少背压与增加引擎效率。

高性能船艇的船艏倾向于自水面仰起，而在高速度时，船艉则沉入水里。

亦有需要改进船艇的设计，通过以防止船艏仰起与船艉下沉。

发明内容

本发明目的是提供一种高效率船艇推进系统。

本发明包括有一形成于船艇的船身的信道，该信道于该船身形成出一凹陷处，该凹陷处具有一对齐于该船艇的长轴，该凹陷处具有一尾端对齐于该船艇的船艉，以及一前端设于该船艉前方，该凹陷处的前端具有一最小深度，而尾端具有一最大深度。

一动叶轮与一静叶轮是设于该凹陷处的尾端，该静叶轮设于该动叶轮的后方，一第一壳体很接近地环设于该动叶轮，一第二壳体很接近地环设于该静叶轮，一引擎具有一设于该凹陷处前方的输出轴，一延长驱动轴约略水平地自该输出轴延伸至该动叶轮，该延长驱动轴也可向下倾斜0度至5度。

该凹陷处或该通道的一顶壁是以呈20度至30度地倾斜，以使该船艇即便于高速巡航时，也不会在该顶壁产生滞留气泡，因此水流通过该通道时是为层流，且静叶轮及动叶轮的轴心部直径只占各叶轮半径的15～20％，即典型的轴流设计，因而使流量增大，进而增进动叶轮的效能，静叶轮同样也可增进效能。

该凹陷处的顶壁于靠近该凹陷处的前端位置上方约为平坦，两侧为圆弧形接设于凹陷处的侧面，靠近前端位置的圆弧半径较小，而越朝后端位置的圆弧半径逐渐变大，相对地使平坦部位越来越狭小，使该凹陷处的尾端顶壁的截面呈半圆形，可用以容纳该动叶轮、该第一壳体、该静叶轮及该第二壳体。该凹陷处的尾端的半径略大于该动叶轮及该静叶轮的共同半径。

一喷嘴设于该静叶轮的后方，该喷嘴的半径比静叶轮的半径减少5％～15％，使该喷嘴对于该引擎所产生的背压较小；一般称该动叶轮、该静叶轮，以及该喷嘴的组合为推进泵浦或泵浦。

一导流板设于该凹陷处，且位于该动叶轮前方的进水栅板上，该凹陷处的顶壁是导引该凹陷处内部的上半部水流进入动叶轮，该凹陷处的下半部部分水流可能会流经该动叶轮的左侧或右侧，因此该导流板设置为该进水栅板的一部分，并且位于该第一壳体的下方，使水流可以向上流入动叶轮内部。

一进水栅板设于该凹陷处的开口，可防止碎片阻碍了动叶轮，大部分流经该进水栅板的水流可较无阻碍地流入该动叶轮，而该导流板的表面也可将水流导成层流状地流入该动叶轮。

在第一个实施例里，该延长驱动轴是设于约略水平的方向，并且设于该引擎的输出轴，该凹陷处的尾端的深度可足够容纳该动叶轮，且该动叶轮的一中央轴设置于约略相同于该输出轴的高度。

该喷嘴的直径仅略小于该第一壳体，该喷嘴所提供的低背压因而改良了该引擎的效率。

一长形可调整的船底板的宽度约为动叶轮直径的1.5倍，船底板具有一前端设于该第一壳体的底部，并且连接于该进水栅板的后端，该船底板的中间部位设于该喷嘴靠近该静叶轮的前缘，且位于该动叶轮的下方与该通道的后方。

该船底板的长轴对齐于船身的长轴，若船艇于高速行驶状态时，而该船底板呈前方位置固定，后方向下倾斜延伸的状态，是可使该船底板形成出向上的力量，并使船艇的船艉上升，船艏降下；本发明因在船艉设置该凹陷处，造成浮力减少，特别是在船艇高速行驶的状态，容易使船艉下沉，故可利用多数个垫圈设于该船底板与该喷嘴之间。该等垫圈的厚度具有可改变该船底板的向下倾斜度，通过以改变该船艇的前后倾斜角度；通过由减少该等垫圈的数量，可用以举起该船底板的尾端，使该船艉降下及使该船艏仰起；而增加该等垫圈的数量，则可使该船艉仰起，该船艏降下。

附图说明

以下，兹配合图式举一较佳实施例，通过以对本发明的详细结构及其制法做进一步说明，其中各图式的简要说明如下：

图1是为现有船艇的剖视图；

图2是为另一现有船艇的剖视图；

图3是为又一现有船艇的剖视图；

图4是为一剖视图，其中表示出一柴油或是汽油引擎具有一同轴推进系统；

图5是为一剖视图，其中表示出一舷外机具有一90度推进系统；

图6是为图4的局部放大图；

图7是为图6中7-7剖线的剖视图；

图8是为图6中8-8剖线的剖视图；

图9是为一后视图，其中显示出一双引擎推进系统；

图10A图是为图9中10A-10A剖线的剖视图；

图10B图是为推进系统的顶视图；

图11A图是为本发明一较佳实施例的部分立体图；

图11B图是为本发明一较佳实施例的部分剖视图，其中显示出舵板的状态；

图11C图是为一立体爆炸图，显示第十一A、第十一B图的状态；

图12是为本发明一较佳实施例的立体图，其中仅显示出信道的状态；

图13是为本发明一较佳实施例的侧视图，其中仅显示出信道的状态；

图14是图13中14-14剖线的示意图；

图15是图13中15-15剖线的示意图；

图16是图13中16-16剖线的示意图；

图17是图13中17-17剖线的示意图；

图18是图13中18-18剖线的示意图；以及

图19是本发明一较佳实施例的局部剖视图，其中显示出船底板的尾端呈向下倾斜状。

【主要组件符号说明】

12引擎       14传动组      16延长驱动轴

24动叶轮     25壳体        25a凸缘

30船艉       33通道        34凹陷处

36顶壁       36a接续段     39导流板

39a平行壁    39b平行壁     40进水栅板

40a定位杆    41观窗口      41a螺栓

52静叶轮     52a锥体       53壳体

54喷嘴       56舵板        57尾翼

58船底板     58a前缘       59垫片

60尾管       62轴承        63密封件

64止推轴承   66挡止器      68连结器

68a避震器    73液压缸      74连杆

76a连接件    76b连接件     78a连接件

78b连接件

具体实施方式

图1中表示一种现有具有内舵的船艇10，船艇10包含有引擎12、传动组14，以及向下倾斜的延长驱动轴16，驱动轴16穿伸出船身18的一防水开口，驱动轴16延伸出船身18的部位是枢设于支柱22的圆柱20，一螺旋桨24设于驱动轴16的尾端，通过以可随驱动轴16同步旋转，内舵26设于船艉30前方且由舵柄28控制。

大部分延长驱动轴16的长度皆可使其位于水面下方，支柱22、圆柱20、螺旋桨24及内舵26也是。这些构件会造成阻力以及减低引擎12的效率，同时也容易因碰撞到水里的暗礁所损坏。

如图2所示，内舵26设于船艉30的后方，同样也会产生如上述的阻力。

再如图3所示出的一喷射系统32，其中延长驱动轴16是呈水平状，一通道所形成的凹陷处34设于船身18，凹陷处34的顶壁36与船身18之间约为45度仰角，动叶轮38设于驱动轴16的尾端，水流是经由进水栅板40流经凹陷处34及动叶轮38的壳体42，再流过喷嘴44，上述喷嘴44的直径是呈收束状。依据柏努利定律(Bernoulli’s principle)，通过喷嘴44的水流速度必须增加，进而所产生的反力才能使船艇前进，特别是指施加于船艇的冲量I等于动量ΔP的变化，I＝ΔP。

呈水平状的驱动轴16不需伸至船身18下方，支柱22等构件也不需使用，因此可以减少上述现有船艇所产生的阻力。而组成构件设于凹陷处内也可以受到保护避免损坏，但喷射系统32的缺点在于相对地较无效率，原因在于喷嘴44所产生的背压，其它的缺点还包含会产生出乱流。

请参考图4所示，是为本发明一较佳实施例的剖视图，其包含有一引擎12、一传动组14，以及一呈水平设置的延长驱动轴16，驱动轴16的尾端具有一可同步旋转的动叶轮24，通道的材质与船身最好一样，例如玻璃纤维、铝合金，或是不锈钢，通道33成形出一凹陷处34以及一顶壁36，一进水栅板40设于凹陷处34的开口，不会旋转的静叶轮52设于动叶轮24及船艉30后方，然后是喷嘴54及舵板56，上述本发明的构件皆设置于可减少阻力与避免损害的位置。

上述引擎及专利范围中所述及的引擎包含任何种类的引擎。

图5显示出一种引擎的输出轴与延长驱动轴之间呈垂直设置的系统，以显示本发明可弹性设置于各种推进系统。

顶壁36相对于水平面的倾斜角度为24度，亦可于20～30度之间的范围内，请配合参阅图10B图所示，动叶轮24的壳体25及静叶轮52的壳体53分别环设于动叶轮24及静叶轮52，一凸缘25a设置于动叶轮24的壳体25外部。

如图12至图18所示，通道33于凹陷处34的顶壁36于靠近凹陷处34的前端位置上方约为平坦，顶壁36两侧分设有一呈圆弧状的接续段36c设于凹陷处34的侧面，靠近前端位置的接续段36c的圆弧半径较小，而越朝后端位置的接续段36c的圆弧半径逐渐变大，相对地使平坦的顶壁36部位越来越狭小，且凹陷处34的尾端截面呈半圆形，凹陷处34的尾端的半径略大于动叶轮24及静叶轮52的共同半径，通过以可容纳动叶轮24与静叶轮52。

动叶轮24具有多数个叶片，叶片的后缘约略齐平于凹陷处34的后缘，顶壁36的上部容设动叶轮24的壳体25的上半部，一下侧壁则延伸至动叶轮24的周围，使上部及下侧壁共同围绕着动叶轮24的壳体25。

静叶轮52具有多数个不会旋转且受限于壳体内的螺旋叶片，在200马力的引擎时，动叶轮24具有4叶片，静叶轮52具有8螺旋叶片，在倒俥后退时，一锥体52a可维持层流的水流进入静叶轮52，喷嘴54的前端则设于静叶轮52的壳体5 3尾端，壳体53的前端则设于船艉30外部。

喷嘴54内用以设置舵板56，一尾翼57可在低速时增加舵板56的有效性，值得注意的是，喷嘴54的尾端直径几乎接近于凹陷处34的最大直径，直径的缩小率约为5％～15％，通过此可减少喷射喷嘴所产生的背压，并且增加倒俥的性能。

当碎片通过进水栅板40而必须清理的时候，一观窗口41可做为检视及进入凹陷处34的用，观窗口41通过由螺栓41a固定住。

请配合参阅图7、图8、图11A，及图11B，呈半圆形的顶壁36具有若干概约平行壁39a、39b，平行壁39a、39b为导流板39的侧边，导流板39设于动叶轮24的前缘，可避免水流从动叶轮24的左、右侧流过动叶轮24，导流板39可准确且不产生乱流地将水流导入动叶轮24。

图9显示出一双引擎的实施例，其中右侧显示装设动叶轮，而左侧则是装设静叶轮的状态。

请再参阅图10A、图10B所示，其中延长驱动轴16约呈向下倾斜5度，一尾管60以同样倾斜的方式一体成形于信道33，且延长驱动轴16穿设于尾管60内，尾管60的管壁与驱动轴16之间具有一轴承62，使驱动轴16可沿尾管60轴向自由地旋转，一密封件63设于尾管60的前端，一止推轴承64邻接于密封件63的前端，一挡止器66容纳止推轴承64的前端，一连结器68具有一避震器68a，并且连结驱动轴16以及引擎12。

船底板58的宽度约50％地大于动叶轮24的宽度，同时一液压缸73及一连杆74亦共同连接至舵板56，通道33外侧设有一定位杆40a，进水栅板40是连接于定位杆40a。

如图11A所示，动叶轮24的壳体25尾端与静叶轮52的壳体53前端分别通过由一连接件76a与一连接件76b相互连结，而静叶轮52的壳体尾端及喷嘴54前端则分别由另一连接件78a与一连接件78b相互连结。

如图11A、图11B及图11C所示，船底板58的宽度约大于动叶轮24的宽度50％，船底板58具有一前缘58a设于动叶轮24的壳体25底部，并且连接进水栅板40的后端，船底板58的中央设于喷嘴54靠近静叶轮52的前缘，且位于通道33的尾端，船底板58的纵向中心点对齐于船身18的长轴。船底板58的斜度是由介于船底板58与喷嘴54之间的不同数量而产生不同厚度的垫片59所调整，可用以改变船身的前后倾斜角度，进而增加船艇的速度。例如若是船艇于正常使用时，船艇的船艏会高于水面，船艉会沉入水面，则可如图19所示地，将船底板58尾端通过由数量较多的垫片而调至较低的位置，进而使船艉抬起，船艏降低。一般称动叶轮、静叶轮，以及喷嘴的组合为推进泵浦或泵浦，船底板亦可保护整体泵浦，也可避免水流直接冲击泵浦而产生阻力，使水流不会被搅乱而平顺地流经船底板下方。

流经进水栅板40的水流在流入动叶轮24的前仅会冲击到驱动轴16以及导流板39表面，而顶壁36的斜度为24度，滞留气泡不会滞留于凹陷处34，只有层流水流会通过，本发明即可进而更具有低阻力与增加推进效率的功效。

Claims (7)

1.一种船艇推进系统，其特征在于包含有：

一成形于一船艇的船身的信道，该信道成形出一凹陷处，该凹陷处具有一长轴对齐于该船艇的长轴；

该凹陷处具有一尾端与一前端，该尾端大致上对齐于该船艇的船艉，该前端位于该船艉的前方；

该凹陷处的前端具有一最小深度，该尾端具有一最大深度；

一动叶轮设于该凹陷处的尾端；

一静叶轮设于该凹陷处的外侧，且位于该动叶轮的后方；

一引擎设于该凹陷处的前方，该引擎具有一输出轴；

一延长驱动轴延伸于该输出轴与该动叶轮之间；

该凹陷处的一顶壁是具有20度～30度的斜度；

一进水栅板设于该凹陷处的开口；

该顶壁于靠近该凹陷处的前端处概呈平坦状，并且朝该凹陷处的尾端逐渐地弯曲，该顶壁于该凹陷处的尾端的截面呈半圆形；

一圆形壳体围绕于该动叶轮，该壳体设于该凹陷处的尾端；

该静叶轮包括有多数个螺旋叶片，且该静叶轮具有一圆形壳体围绕于该等叶片；以及

一喷嘴设于该静叶轮的后方；

通过此，当该船艇行驶于高速度时，该顶壁的斜度用以确保该凹陷处完全地充满水；

水流通过该进水栅板直至该动叶轮的前较不会受到阻碍；

水流以层流的方式流经该凹陷处；

该动叶轮、该静叶轮，及一设于该喷嘴后方的舵板是受到保护。

2.依据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，该延长驱动轴是概呈水平状，该凹陷处的尾端足以容设该动叶轮，而该动叶轮的一中央轴位于大致相同于该引擎的输出轴位置。

3.依据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，该喷嘴的直径小于该动叶轮的直径，以改进该喷嘴所造成的背压，增进效率。

4.依据权利要求3所述的推进系统，其特征在于，还包含有一设于该凹陷处的导流板，该导流板是位于该动叶轮的前方，该导流板用以使流经该凹陷处的水流全部流入该动叶轮。

5.依据权利要求4所述的推进系统，其特征在于，该静叶轮的壳体还包含有一沿轴向延伸的凸缘，该凸缘用以结合于该船艉。

6.依据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，还包含有一船底板，该船底板具有一前端及一后端；

该船底板是呈长形且宽度大于该动叶轮的直径的50％；

该船底板的前端固设于该动叶轮的壳体底部，且连接于该进水栅板的尾端；该船底板具有一中点设于该喷嘴朝向该静叶轮侧，该船底板位于该动叶轮下方且于该通道的后方；

该船底板的尾端大致齐平于该舵板的尾端；

该船底板具有一长轴对齐于该船身的长轴；

通过此，该船底板可保护该动叶轮免受损害，以及该船底板可减少阻力。

7.依据权利要求6所述的推进系统，其特征在于，还包含有多数个垫圈设于该船底板与该喷嘴之间；

该等垫圈的厚度具有可改变该船底板的斜度，通过以改变该船艇的吃水角度；

通过由减少该等垫圈的数量，可用以举起该船底板的尾端，使该船艉降下及使该船艏仰起；

而增加该等垫圈的数量，使该船艉仰起，该船艏降下。

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