CN101386334B - 引前水推进船舶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引前水推进船舶，旨在提供一种能完全克服兴波或部分克服兴波与克服兴波阻力，还首创利用与开发推进流动能消减摩擦阻力，并激发水动推进力，提升船速、稳定、效率综合性能的常规排水型船舶。本发明是通过以下技术方案予以实现的，于船前部水位线下设置前向型进水口，配合设置流道贯通前向型进水口与船前部两侧设置的后向型出水口或推进器进口。或是船前部两侧水位线下前后向设置的推进器。其中设置引前水前部两侧推进及艉螺旋桨推进的，两侧出水口或推进器后型体流线型设置，以激发水动推进力。本发明引前水推进船舶技术可适应常规排水型船舶的设计、制造及现有此类船舶的改造，更适应经济型的大型、巨型船舶的设计、制造或改造。

Description

引前水推进船舶

技术领域

本发明涉及一种船舶，具体地说是涉及一种引船前方水作推进介质的常规排水型船舶。检索国际专利分类表属B63B1／04。 

背景技术

目前社会上已公开的涉船前水作推进介质的技术：如名称“船舶的全方位水流推进”，文件号CN10855124发明技术，其是涉吸引推进方向或两侧的船前水或侧水，经半船长流道引流，于船侧中或经半船长出水管至船艉的径向推进，其引水方式因流道长而内阻大。因而引水的流速及流量随流道的长度递增而递减，更应关注的是引水内阻与分流前水所降低的前阻相抵，而且半船长出水管亦影响功率效率，并且全船长管道设置工程量大，工程造价高，还影响船舶的载荷或容积。上述综合性能必然影响实用性，还不具备利用及开发推进流的系例功能的设置条件。 

通览“国际船艇”期刊，到目前国际上还没有能克服上述不利因素的船舶技术发表或面世。 

发明内容

本发明引前水推进船舶克服了现有技术的不足，创建了一种既能完全克服兴波或部分克服兴波与克服兴波阻力，又能激发水动推进力。同时消减摩擦阻力，破解功率与航速的立方关系，让现有动力使常规排水型船步入高性能船列。 

为解决上述技术问题，本发明引前水推进船舶是通过以下技术方案实现的。船前部水位线下的艏前设置前向型进水口、船两侧前肩部设置出水方向是与船纵轴线或两侧出 水口后型线平行或似平行的后向型出水口，前向型进水口与后向型出水口间配合设置流道，后向型出水口内设置推进装置，或是船两侧前肩部设置出水方向是与船纵轴线或两侧推进装置后型线平行或似平行的前后向推进装置，并将船两侧后向型出水口或前后向推进装置后船中体及船艉水位线附近及以下部位设置成对称型的流线型去流段，船艉螺旋桨下的艉尖的底后及对称二侧外设置使艉螺旋桨引侧水推进的艉围鳍，后向型出水口内的推进装置或前后向推进装置工作，引船前方水或原前方水为推进介质，向后向型出水口或前后向推进装置后方推射或喷射，以引前水前部两侧推进方式推动船舶航行。所述船两侧前肩部设置后向型出水口、或者船两侧前肩部设置前后向推进装置的引前水前部两侧推进船舶结合现有排水型船艉螺旋浆推进设置。所述以引前水前部两侧推进方式推动船舶航行，该推进方式包括后向型出水口或前后向推进装置分别设置于船两侧前肩部或艏部的引前水艏两侧推进。所述船前部水位线下的艏前设置前向型进水口，是艏部直接设置的倒喇叭口型艏进水口，或者是艏前水位线下增设的管鼻体的鼻管替代艏进水口，该艏进水口是船纵轴线位设置的总进水口，或者是纵轴线两侧分进水口，总进水口宽度或分进水口总宽度等于或小于船宽，所述总进水口或分进水口面或前部附设排污栅。所述流道，是船艏两侧对称位及对称型设置的侧流管，侧流管的部分对称外凸设置于船两侧型线外。所述船两侧前肩部设置前后向推进装置，是管道式推进装置，或者是管鼻式推进装置，或者是明轮式推进装置。所述管道式推进装置或管鼻式推进装置，该推进装置是船体外独立设置，或是全部或部分设置于船两侧型线内的、并于所述推进装置的前部或后部设置半圆锥形凹槽作进水槽或出水道，该推进装置分别设置于两侧前肩部的、于其进水口前内侧沿艏两侧分别设置对称形的半圆锥形凹槽作进水口扩展槽。所述管道式推进装置或管鼻式推进装置，是前后向推进装置的桨盘外附设有同轴线或同心段管道的推进装置，所述管道是内外同轴线的直通圆管道，或者是内径自前向后渐缩截面的喇叭管型，或者是推进装置前或前后对称或不对称的喇叭管型；其中管鼻式推进装置的进口是同心或不同心的喇叭管型，管道式推进装置或管鼻式推进装置内孔是适应竖列2台以上推进装置组的扁圆形或半圆外形的，该两种推进装置的前端口或口外附设排污栅。所述后向型出水口，是船两侧前肩部对称位及对称型设置，该后向型出水口的部分或全部是外凸设置的、于其前配合设置半圆锥形外凸体，并与侧流管于外凸体内贯通，该后向型出水口的部分或全部是内凹设置的，于其后配合设置半圆锥形凹槽式出水道。所述后向型出水口或前后向推进装置后的出水道一段，船体于该部位的板块设置成半倒车戽形的侧铲戽或侧铲舵的可调段块，或于该部位附设可调段块。所述侧流管后端顶部或侧流管后端附设上引段的顶部设置排气管。 

本发明的有益效果是： 

本发明引前水推进船舶应用消波三原则及环流理论，采用转移兴波水源消除或消减推进排水及型体波系与射流干扰的方法。特别是当常规排水型船舶动力及推进装置能引推等于同时推进段前水量时，就不再产生船舶排水兴波及兴波对航行的干扰，其结果不但减免了推进兴波耗功、使航行不再涉及兴波及其峰值阻力，而且引推全部前水产生的巨大推力及激发的水动推进力让船舶航行随功率的发挥而进入高速或飞速状态。既使在动力及推进装置容量不足于应对全部前水的条件下，选用引前水前部两侧推进结合流线型型体等设置，也能达到分水消波及射流干扰消波与消阻，增创水动推进力及改善推进介质，提高效率，航速等综合性能的发明宗旨，其事半功倍的效能为现有条件下打造高性能常规排水型船创建了新的理论与技术基础，并突显出本发明的如下具体有益效果。 

1.消波减阻降耗增效 

因本发明引前水推进船舶可通过转移原推进时产生兴波的全部或部份船前水达到完全消波或消减兴波，以及设置引前水前部两侧推进的高速射流干扰剩余兴波来消除兴波阻力。扭转了常规排水型船航行耗功兴波并衡生有害的兴波阻力的不利状况，从而避免了航行应对兴波阻力峰值需付出的甚至无法容忍的功率代价，破解了长期以来常规排水型船因兴波阻力与航速呈6次方成正比及航速与功率的立方关系、而航速难以突破的物理现象及费劳德数低数位徘徊的局面。引前水推进不但将产生兴波与兴波阻力的船前水转化为有益推进的动力源，还可将排水兴波无效耗功调剂为有益的推进动力。给现有动力与推进技术足以应对剩余阻力，保障了船舶具幅度的提速所需功率，使常规排水型船挤身高性能船列。并给实现1997秋美国五角大楼讨论的航速达100KN，装载2000-10000T，航程10000n mile的船舶课题展现了阶梯。 

2.拥有一流介质提高推进系流工作效率 

因引前水推进船舶的推进介质均由船舶推进水平切入，且在流道内不发生或减少位移而内阻小，所以切入引水较其它引水方式能降低功耗。而且进水速度或量由航速随机自由调节，并且因船舶推进重力及流道的挤压，使推进装置的前级介质压力，密度均优于现有技术的螺旋浆工作于艉伴流或喷水推进耗功上引船底或侧引弦侧水。对消减桨叶空泡与其引起的激振、噪声及推力减额分数，给加大推进器盘面比，提高螺旋桨转速或设置泵推进，提高推进器工作效能，延长推进器工作寿命创造了一流的介质因素，使船舶动力及推进系统等综合效率都得以提高或创新。 

3.设置引前水前部两侧推进给应用流体动力学，利用与开发推进射流的动量及动能的系例有益效果。 

引前水前部两侧推进的流道短，管流阻力小。如：艏两侧设置管鼻式推进器，制造成本低，性价比高。 

引前水前部两侧推进结合两侧流线型型体设置，并配合艏前设置管鼻体下底上抬或及两侧上跷，流道的外凸，艉螺旋桨推进及艉围鳍的设置，使前部两侧推进的高速流自出水口至艉尖延续形成高速高压环流，使船体两侧速度场水位上升，压力分布均衡。高速高压流的水平分量及对曲面的法向压力作用于两侧流线型去流段。 

a.能激发产生使船前进的水动推进力。 

b.能抬升船体，产生从高水头至低水头的下滑动力，加上引前水推进正面阻力小，提高船舶逆水航行性能。 

c.能干扰剩余兴波与消除艉波及伴流。 

d.能稳定边界层片流流态与边界层离体，降低摩擦阻力。 

e.能阻挠海潮与涌浪，避免漂流物的撞碰及偏转水面攻击物轨迹，降低船体两侧的水位与压力差，减轻横摇增幅甚至共振。 

f.可配合设置侧铲戽或侧铲舵替代侧推进器，减免重复装机。 

g.可利用二侧差速实现无舵操控，消除舵阻力，同时一改常规的摆艉操控为挥艏操控，有利于及时灵活地修正航行轨迹，执行紧急规避海事。 

h.能成型前肩部最大横截面及船浮心前移，给前机型与前楼设置提供了优选条件，并可降低船楼高度，便于视察船前动态与操控。 

i.逆转了原船航行艏部兴波增压，艉部推进压降，似逆向航行的姿态。 

j.倒车反应快，效能高。 

4.打破了目前高性能船列中小型化及低载荷，高耗功率，经济效率低，适应水域界限，续航能力低的局面 

引前水推进可消除兴波阻力，扭转了长期以来以加大船体长宽比与加大轴功率应对兴波及其峰值阻力的常规做法，给打造高性能，高强度大型甚至超临界巨型船舶或经济型的短深型、短肥型船舶提供了技术保障，填补了大型或巨型船舶高性能的船史空白。 

5.解决了快速性与稳性的矛盾 

引前水推进船舶可消除或消减兴波，使波系阻力得以消除或降低外，也使航行波系平稳。另外设置艏进水口与流道能吸收及缓解浪潮对艏部的砰击，反而提高了桨叶的前级压力。船舶的大型化及艏前管鼻体及艉围鳍的设置能增大运动阻尼，提升了垂向，纵向与横向的稳定。提高了船舶的快速、稳定、安全的综合性能。 

6.改变了原艏艉的结构功能 

原为缓和兴波设置的长轴线尖锐艏的功能消逝，相应延长平行中体或流线型体长度，有利于降低摩擦阻力。原为压艉设置的悬艉的功能也同时消逝，均有利于降低结构成本，提高载荷。 

7.创建了管鼻体引水与导航新技术 

管鼻体除增大升沉阻尼外： 

a.能起到水下推进揳入导向。 

b.能产生附加波系。 

c.能稳定艏部的吃水深度，确保稳定引水。 

d.不扰动底水及侧水入口。 

e.能建制一个提前量 

f.平缓艏侧下部排水进角。 

g.底部抬升及两翼上跷能起到深部排水与高速时的水翼作用。 

8.派生发明了宜设置于船两侧部的管道式推进器及管鼻式推进器，该两种推进器集进出水口与推进装置于一体而内阻小，其前后向设置及切入引水使动力及推进器效率得到提高或创新。 

9.维护推进器工作正常 

引前水推进船舶的推进装置可设置于出水口或管道内，可不受边界层，涡流或伴流的干扰，也不会引起船体偏侧。进水口可设置排污栅控制推进介质质量，有效地保护流道及推进装置的安全。并且推进装置的安装、调试、保养维修均于体内进行，工作环境得到改善，既安全又方便。 

10.能适用现有船舶改造并提升现有技术效率。 

如配合现有艉推进船舶设置前部两侧管鼻式推进器，也能干扰消除兴波阻力与消减摩擦阻力，并改善艉部介质状况，实现无舵操控，配备侧铲戽或侧铲舵就能使船舶具备侧推进功能，而且现有船舶改造工费低，适应性广。又如现有艉推进的邮轮可配合设置艏两侧明轮式推进器推进，也能实现前部两侧推进的功能与效率，并能体现古典文明与现代船舶技术溶为一体的价值观。 

附图说明

图1是引前水艏两侧推进结合艉螺旋桨推进及流线型体设置示意图 

图2是图1所示船舶的侧视图 

图3是图1所示船舶调整设置泵推进示意图 

图4是图3设置的平面布置图 

图5是艏两侧设置管鼻式推进器的示意图 

图6是图5所示设置的侧视图 

图7是艏两侧设置明轮式推进器的示意图 

图8是艏两侧外管鼻式推进器独立设置侧视图 

图中 船体或型线1 船艏2 前肩部3 管鼻体5 流线型去流段6 外飘部7 圆舭8 艉围鳍9 船艉或艉尖12 外凸体14 出水道15 水位线18 进水口21 出水口22 侧流管25 上引段26 进水口扩展槽29 螺旋桨或螺旋桨推进装置31 推进泵32 管鼻式推进器33 管道式推进器34 柴油机35 汽轮机或燃汽轮机36 明轮式推进器37 排污栅41 排气管42 侧铲戽43 侧铲舵44 

具体实施方式

实施例 

结合附图对本发明引前水推进船舶、及设置引前水艏两侧推进方案以实施例作进一步描述。 

如图1图2所示，于船艏2正前投影内的水位线下设置双坡犁头型管鼻体5，以其两侧坡面设置的鼻管作分进水口21，其底轴线是船底纵轴线斜抬的延伸，底部两侧上跷成双翼形的V型，其两侧及上部与艏部2顺接，并于两侧分进水口21外设置可调控的横栅型排污栅41。于船体1两侧前肩部3的圆舭8上部分别设置对称位及对称口型的半外凸于型线1外的后向型艏两侧出水口22，该两侧出水口22前的船艏2部位分别设置对称形的半圆锥体形外凸体14，其后的船体1部位分别设置对称形半圆锥凹槽作出水道15，该两侧出水道15于出水22后的一段设置成侧铲戽43。于船艏2内底两侧及两侧外凸体14内分别设置对称位及对称形的侧流管25，其前后分别贯通同侧的进水口 21及出水口22，该侧流管25后段顶部设置排气管42，并联通上部排气口。艏两侧出水口22内分别设置同类型螺旋桨推进装置31，分别由机仓内配置的同类型柴油机35驱动。艏两侧出水口22后的水位线18附近及以下部份船体1分别设置对称型直壁流线型去流段6，该两侧去流段以上部份船体设置成外飘部7并延伸到艏部或及艉部，其投影复盖两侧外凸体14与出水口22及下述的艉围鳍9与艉螺旋桨31。于船艉12底部后端及对称两侧设置艉围鳍9，并于艉围鳍9上部的艉尖12部设置螺旋桨31，由船艉12内配置的柴油机35驱动。 

本实施例可调整设置成引前水艏两侧推进泵喷水推进。 

如图3所示，将管鼻体5底轴线调整为与船底纵轴线持平，相应扩大引水系统。艏两侧出水口22及与其配合设置的外凸体14，出水道15同步上移，于两侧出水口内分别设置同类型推进泵32。两侧侧流管25如图4调整走向，其后段调整为兼推进泵32进水管的上引段26，并分别于两侧外凸体14内与推进泵32衔接贯通。排气管42设置于上引段26顶部。推进泵32分别由附近设置的汽轮机36经变速器驱动。同时艉螺旋桨调整为柴燃组合驱动，原柴油机作巡航动力。 

本实施例引水及推进系统可调整设置成艏两侧管道式推进器或明轮式推进器推进。 

如图5图6所示：于原艏两侧出水口22设置位分别设置对称型的半外凸的管道式推进器34，其后船体位分别设置出水道15及侧铲戽43，其前内侧艏部分别设置进水口扩展槽29，两侧所设管道式推进器34由两侧机仓内配置同类型柴油机35驱动。上述管道式推进器34还可如图8所示，于艏部两侧外分别独立设置内置推进装置组的扁圆形及长喇叭管型进口的管鼻式推进器33替代。 

如图7所示：于船两侧前肩部分别设置同类型的明轮式推进器37，由附近机仓内分别配置的同类型柴油机驱动。 

本发明引前水推进船舶技术可适应常规排水型船舶的设计、制造及现有此类船舶的改造，更适应经济型的大型、巨型船舶的设计、制造或改造。 

Claims (11)

1.一种引前水推进船舶，包括具有动力、推进装置的常规排水型的船舶、及前向型进水口、后向型出水口与流道，其特征是：船前部水位线下的艏前设置前向型进水口、船两侧前肩部设置出水方向是与船纵轴线或两侧出水口后型线平行或似平行的后向型出水口，前向型进水口与后向型出水口间配合设置流道，后向型出水口内设置推进装置，或是船两侧前肩部设置出水方向是与船纵轴线或两侧推进装置后型线平行或似平行的前后向推进装置，并将船两侧后向型出水口或前后向推进装置后船中体及船艉水位线附近及以下部位设置成对称型的流线型去流段，船艉螺旋桨下的艉尖的底后及对称二侧外设置使艉螺旋桨引侧水推进的艉围鳍，后向型出水口内的推进装置或前后向推进装置工作，引船前方水或原前方水为推进介质，向后向型出水口或前后向推进装置后方推射或喷射，以引前水前部两侧推进方式推动船舶航行。

2.根据权利要求1所述引前水推进船舶，其特征是：所述船两侧前肩部设置后向型出水口、或者船两侧前肩部设置前后向推进装置的引前水前部两侧推进船舶结合现有排水型船艉螺旋浆推进设置。

3.根据权利要求1所述引前水推进船舶，其特征是：所述以引前水前部两侧推进方式推动船舶航行，该推进方式包括后向型出水口或前后向推进装置分别设置于船两侧前肩部或艏部的引前水艏两侧推进。

4.根据权利要求1所述引前水推进船舶，其特征是：所述船前部水位线下的艏前设置前向型进水口，是艏部直接设置的倒喇叭口型艏进水口，或者是艏前水位线下增设的管鼻体的鼻管替代艏进水口，该艏进水口是船纵轴线位设置的总进水口，或者是纵轴线两侧分进水口，总进水口宽度或分进水口总宽度等于或小于船宽，所述总进水口或分进水口面或前部附设排污栅。

5.根据权利要求1所述引前水推进船舶，其特征是：所述流道，是船艏两侧对称位及对称型设置的侧流管，侧流管的部分对称外凸设置于船两侧型线外。

6.根据权利要求1所述引前水推进船舶，其特征是：所述船两侧前肩部设置前后向推进装置，是管道式推进装置，或者是管鼻式推进装置，或者是明轮式推进装置。

7.根据权利要求6所述引前水推进船舶，其特征是：所述管道式推进装置或管鼻式推进装置，该推进装置是船体外独立设置，或是全部或部分设置于船两侧型线内的、并于所述推进装置的前部或后部设置半圆锥形凹槽作进水槽或出水道，该推进装置分别设置于两侧前肩部的、于其进水口前内侧沿艏两侧分别设置对称形的半圆锥形凹槽作进水口扩展槽。

8.根据权利要求6所述引前水推进船舶，其特征是：所述管道式推进装置或管鼻式推进装置，是前后向推进装置的桨盘外附设有同轴线或同心段管道的推进装置，所述管道是内外同轴线的直通圆管道，或者是内径自前向后渐缩截面的喇叭管型，或者是推进装置前或前后对称或不对称的喇叭管型；其中管鼻式推进装置的进口是同心或不同心的喇叭管型，管道式推进装置或管鼻式推进装置内孔是适应竖列2台以上推进装置组的扁圆形或半圆外形的，该两种推进装置的前端口或口外附设排污栅。

9.根据权利要求1所述引前水推进船舶，其特征是：所述后向型出水口，是船两侧前肩部对称位及对称型设置，该后向型出水口的部分或全部是外凸设置的、于其前配合设置半圆锥形外凸体，并与侧流管于外凸体内贯通，该后向型出水口的部分或全部是内凹设置的，于其后配合设置半圆锥形凹槽式出水道。

10.根据权利要求1所述引前水推进船舶，其特征是：所述后向型出水口或前后向推进装置后的出水道一段，船体于该部位的板块设置成半倒车戽形的侧铲戽或侧铲舵的可调段块，或于该部位附设可调段块。

11.根据权利要求5所述引前水推进船舶，其特征是：所述侧流管后端顶部或侧流管后端附设上引段的顶部设置排气管。

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