CN101249881A - 船舶用平板桨叶方管推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种船舶用平板桨叶方管推进器，该装置由曲柄、连杆、连杆导向器、平板桨叶、内侧固定平板、外侧固定平板和两块挡板组成。发动机动力通过减速箱传递给曲柄，连杆在曲柄的牵引下一端做圆周运动，另一端做类似“人耳”轮廓的闭合曲线运动，且连杆的中段在连杆导向器内往复滑动，平板桨叶在连杆的带动下在内侧固定平板、外侧固定平板和两块挡板围成的方管中作连续的往复的类似昆虫的“相扑与急张”的运动，产生Weis－Fogh效应，推动船舶航行，该装置结构简单，既高效又安全。

Description

船舶用平板桨叶方管推进器
技术领域
本发明涉及一种船舶用平板桨叶方管推进器，属船舶机械技术领域。
背景技术
目前船舶推进主要采用机械螺旋桨及人力桨叶方式。传统的螺旋桨有几个缺点，一是产生旋转湍流，尾迹较大，效率不高；二是转速高，噪音大；三是迎水面积大，对船舶产生较大的阻力；四是为曲面，加工制造难度大。人力桨自动化程度几乎为零，且功率很低。申请号为200310106145.1的中国专利提出了一个很好的仿生平板船舶推进器，它利用了Weis-Fogh效应，但有三点不足，一是它的桨叶在公转的同时又要自转，结构较复杂；二是它采用“半转机构”，只能在单边产生“相扑与急张”的运动实现Weis-Fogh效应，效率较低；三是由于桨叶运动过程中要经过横向位置，故它的迎水面积较大，对船舶产生的阻力较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种船舶用平板桨叶方管推进器，该推进器是由发动机通过一套机构驱动平板桨叶，在由内侧固定平板、外侧固定平板和两块挡板组成的方管内平板桨叶同内侧固定平板和外侧固定平板共同作用产生Weis-Fogh效应，推动船舶航行，该推进器结构简单，既高效又安全。
本发明所采用的技术方案是：该推进器由曲柄、连杆、连杆导向器、平板桨叶、内侧固定平板、外侧固定平板和两块挡板组成，内侧固定平板、外侧固定平板和两块挡板围成一个方管，方管的管道方向与船体前后方向一致，两块挡板相互平行，内侧固定平板和外侧固定平板相互平行且与两块挡板垂直，平板桨叶位于方管内，且与两块挡板垂直，连杆的一端与平板桨叶垂直固连，连杆的另一端穿过连杆导向器与曲柄相连，连杆导向器活装在内侧固定平板中间位置，连杆导向器的转动轴线在内侧固定平板的平面内，且与曲柄转动平面垂直，曲柄转动平面与两块挡板平行，连杆导向器可以绕其转动轴线在与曲柄旋转平面平行的平面内转摆，连杆可以在连杆导向器内往复滑动，连杆滑摆平面和曲柄转动平面相互平行，内侧固定平板近曲柄端，外侧固定平板远离曲柄。内侧固定平板至曲柄转动中心的距离稍大于曲柄转动的最大半径加上连杆导向器的一半长度之和，并尽量接近该和，但不影响连杆导向器的灵活摆动及连杆在连杆导向器中的灵活滑动；连杆的长度稍大于曲柄转动的最大半径、内侧固定平板至曲柄转动中心的距离及连杆导向器的一半长度三者之和，并尽量接近该和但不使平板桨叶与内侧固定平板触碰；外侧固定平板的安装位置与内侧固定平板尽量靠近但不使平板桨叶与外侧固定平板触碰；两块挡板尽量靠近但不使平板桨叶与它们触碰。该推进器的安装方式有两种：一、外侧固定平板安装于下方，内侧固定平板安装在外侧固定平板的上方并固定于船体上，两块挡板与船舶的纵向对称面平行，内侧固定平板与水平面平行；二、外侧固定平板远离船舶的纵向对称面且与之平行，内侧固定平板靠近船舶的纵向对称面，两挡板与水平面平行并固定于船体上。
发动机动力通过减速箱传递给曲柄，曲柄作圆周运动，由于受连杆导向器的约束，连杆在曲柄的牵引下一端做圆周运动，另一端做类似“人耳”轮廓的闭合曲线运动，且连杆的中段在连杆导向器内往复滑动，平板桨叶在连杆的带动下在方管内并在内侧固定平板和外侧固定平板之间作连续的往复的类似昆虫的“相扑与急张”的运动，产生Weis-Fogh效应，将前方的水吸至方管内并加速往后方挤出，从而推动船舶航行，效率较高。
本发明的优点是：一是平板桨叶能连续不断地在由内侧固定平板、外侧固定平板和两挡板组成的方管内产生Weis-Fogh效应，效率较高；二是迎水面积小，对船舶的阻力较小；三是不会像螺旋桨那样产生旋转湍流，且尾迹较小；四是转速较低，噪音小；五是其采用平板桨叶易加工，且平板桨叶与连杆固连，结构简单。
附图说明
图1是本发明船舶用平板桨叶方管推进器主视示意运动简图。
图2是图1的俯视示意图。
图1和图2中：1.曲柄，2.连杆，3.连杆导向器，4.平板桨叶，5.内侧固定平板，6.外侧固定平板，7与8.挡板。图1中：圆弧形空心箭头表示曲柄的转动方向，圆弧形实线箭头表示连杆导向器的瞬时摆动方向，直线实线箭头表示连杆的瞬时滑动方向，直线虚线箭头表示船舶的前进方向，左侧大的带箭头的虚线圆表示连杆2的左端运动方向及轨迹，右侧大的带箭头的类似“人耳”轮廓的闭合虚线圈表示连杆2的右端的运动方向及轨迹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细说明。
参照图1和图4，本发明船舶用平板桨叶方管推进器由曲柄1、连杆2、连杆导向器3、平板桨叶4、内侧固定平板5、外侧固定平板6和两块挡板7与8组成，内侧固定平板5、外侧固定平板6和两块挡板7与8围成一个方管，方管的管道方向与船体前后方向一致，两块挡板7与8相互平行，内侧固定平板5和外侧固定平板6相互平行且与两块挡板7和8垂直，平板桨叶4位于方管内，且与两块挡板7和8垂直，连杆2的一端与平板桨叶4垂直固连，连杆2的另一端穿过连杆导向器3与曲柄1相连，连杆导向器3活装在内侧固定平板5中间位置，连杆导向器3的转动轴线在内侧固定平板5的平面内，且与曲柄1转动平面垂直，曲柄1转动平面与两块挡板7和8平行，连杆导向器3可以绕其转动轴线在与曲柄1旋转平面平行的平面内转摆，连杆2可以在连杆导向器3内往复滑动，连杆2滑摆平面和曲柄1转动平面相互平行，内侧固定平板5近曲柄1端，外侧固定平板6远离曲柄1。
发动机动力通过减速箱传递给曲柄1，曲柄1作圆周运动，由于受连杆导向器3的约束，连杆2在曲柄1的牵引下一端做圆周运动，另一端做类似“人耳”轮廓的闭合曲线运动，且连杆2的中段在连杆导向器3内往复滑动，平板桨叶4在连杆2的带动下在方管内并在内侧固定平板5和外侧固定平板6之间作连续的往复的类似昆虫的“相扑与急张”的运动，产生Weis-Fogh效应，将前方的水吸至方管内并加速往后方挤出，从而推动船舶航行，效率较高。
本发明推进器有关构件满足如下尺寸条件：内侧固定平板5至曲柄1转动中心的距离稍大于曲柄1转动的最大半径加上连杆导向器3的一半长度之和，并尽量接近该和，但不影响连杆导向器3的灵活摆动及连杆2在连杆导向器3中的灵活滑动；连杆2的长度稍大于曲柄1转动的最大半径、内侧固定平板5至曲柄1转动中心的距离及连杆导向器3的一半长度三者之和，并尽量接近该和但不使平板桨叶4与内侧固定平板5触碰；外侧固定平板6的安装位置与内侧固定平板5尽量靠近但不使平板桨叶4与外侧固定平板5触碰；两块挡板7与8尽量靠近但不使平板桨叶4与它们触碰。
参照图1，现将一个运动周期分两个过程作具体说明，即将曲柄1转动一周分为前半周和后半周来分析本发明的工作原理：
前半周，即曲柄1从左边水平位置开始顺时针转至右边水平位置，初始时平板桨叶4靠近内侧固定平板5且与之平行，随着曲柄1的转动，连杆2推动平板桨叶4自左至右且先从前至后再从后至前离开内侧固定平板5逼近外侧固定平板6，直至平板桨叶4靠近外侧固定平板6且与之平行。此过程中，平板桨叶4的左面与内侧固定平板5之间的区域逐渐变宽，形成低压区，将水吸入其中，实现“急张”动作；平板桨叶4的右面与外侧固定平板6之间的区域逐渐变窄，将两者之间的水往后挤出，实现“相扑”动作，两者均产生向前的推力。
后半周，即曲柄1从右边水平位置继续顺时针转至左边水平位置，后半周初始时平板桨叶4靠近外侧固定平板6且与之平行，随着曲柄1的转动，连杆2拉动平板桨叶4自右至左且先从后至前再从前至后离开外侧固定平板6逼近内侧固定平板5，直至平板桨叶4靠近内侧固定平板5且与之平行。此过程中，平板桨叶4的右面与外侧固定平板6之间的区域逐渐变宽，形成低压区，将水吸入其中，实现“急张”动作；平板桨叶4的左面与内侧固定平板5之间的区域逐渐变窄，将两者之间的水往后挤出，实现“相扑”动作，亦产生向前的推力。
总体看来，在转动发动机的驱动下，如此连续运动，平板桨叶4在内侧固定平板5和外侧固定平板6之间连续作类似昆虫的“相扑与急张”的运动，产生Weis-Fogh效应，能连续产生较大的推力。整个过程中，两挡板7与8起挡水作用，防止水流出内侧固定平板5和外侧固定平板6之间的区域而损失功率。
下面举例简单说明该船舶用平板桨叶方管推进器使用在船舶上的情形：
例1、使用一个本发明推进器，该装置安装在船身尾部下方中间位置，外侧固定平板远离船身安装于下方，内侧固定平板靠近船身安装在外侧固定平板的上方并固定于船体上，两块挡板与船舶的纵向对称面平行，内侧固定平板与水平面平行。从船身的右侧看过去，曲柄作顺时针转动时船舶前行，反之船舶后退。
例2、使用两个本发明推进器，它们以船舶的纵向对称面为对称面左右对称排列于船身下部的两侧，外侧固定平板远离船舶的纵向对称面且与之平行，内侧固定平板靠近船舶的纵向对称面，四块挡板均与水平面平行并固定于船体上，上面的挡板靠拢船身下部安装。在船身后部从上往下看，右边推进器的曲柄作顺时针转动而左边的反相，当转速相同时，船舶直线前行；一侧转速降低时，船舶向此侧转向；船身左右两侧的推进器同时同速反转时船舶后退。

Claims (5)

1. 船舶用平板桨叶方管推进器，由曲柄(1)、连杆(2)、连杆导向器(3)、平板桨叶(4)、内侧固定平板(5)、外侧固定平板(6)和两块挡板(7)与(8)组成，内侧固定平板(5)、外侧固定平板(6)和两块挡板(7)与(8)围成一个方管，方管的管道方向与船体前后方向一致，两块挡板(7)与(8)相互平行，内侧固定平板(5)和外侧固定平板(6)相互平行且与两块挡板(7)和(8)垂直，平板桨叶(4)位于方管内，且与两块挡板(7)和(8)垂直，连杆(2)的一端与平板桨叶(4)垂直固连，连杆(2)的另一端穿过连杆导向器(3)与曲柄(1)相连，连杆导向器(3)活装在内侧固定平板(5)中间位置，连杆导向器(3)的转动轴线在内侧固定平板(5)的平面内，且与曲柄(1)转动平面垂直，曲柄(1)转动平面与两块挡板(7)和(8)平行，连杆导向器(3)可以绕其转动轴线在与曲柄(1)旋转平面平行的平面内转摆，连杆(2)可以在连杆导向器(3)内往复滑动，连杆(2)滑摆平面和曲柄(1)转动平面相互平行，内侧固定平板(5)近曲柄(1)端，外侧固定平板(6)远离曲柄(1)。
2. 根据权利要求1所述的船舶用平板桨叶方管推进器，其特征在于：所说的内侧固定平板(5)至曲柄(1)转动中心的距离稍大于曲柄(1)转动的最大半径加上连杆导向器(3)的一半长度之和，并尽量接近该和，但不影响连杆导向器(3)的灵活摆动及连杆(2)在连杆导向器(3)中的灵活滑动。
3. 根据权利要求2所述的船舶用平板桨叶方管推进器，其特征在于：所说的连杆(2)的长度稍大于曲柄(1)转动的最大半径、内侧固定平板(5)至曲柄(1)转动中心的距离及连杆导向器(3)的一半长度三者之和，并尽量接近该和但不使平板桨叶(4)与内侧固定平板(5)触碰。
4. 根据权利要求3所述的船舶用平板桨叶方管推进器，其特征在于：所说的外侧固定平板(6)的安装位置与内侧固定平板(5)尽量靠近但不使平板桨叶(4)与外侧固定平板(5)触碰，两块挡板(7)与(8)尽量靠近但不使平板桨叶(4)与它们触碰。
5. 根据权利要求1或2或3或4所述的船舶用平板桨叶方管推进器，其特征在于：该推进器的安装方式可以是外侧固定平板(6)安装于下方，内侧固定平板(5)安装在外侧固定平板(6)的上方并固定于船体上，两块挡板(7)和(8)与船舶的纵向对称面平行，内侧固定平板(5)与水平面平行，或者是外侧固定平板(6)远离船舶的纵向对称面且与之平行，内侧固定平板(5)靠近船舶的纵向对称面，两挡板(7)和(8)与水平面平行并固定于船体上。
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