CN101565101A - 滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明为滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统，其主要特征为在于：该船只在船底部安装拉力式的螺旋桨，采用V型齿轮箱，船体隧道由三条不同曲率的曲线构成，船尾设置双舵叶。拉力式螺旋桨驱动的滑行船艇具有节约船的机舱空间、消除了传动轴和其支架对水流扰动、减小船体与水流的摩擦阻力的优点。这些优点增加相同的功率下的驱动效率。我们设计13米滑行船艇，分别采用常规螺旋桨驱动和拉力式螺旋桨驱动两种方式，拉力式螺旋浆驱动船艇的速度要高于常规螺旋桨驱动船艇速度3.9节，验证了滑行船艇拉力螺旋桨驱动系统的有效性。

Description

滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统

技术领域

该发明应用于高性能船艇领域，具体为滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统。

背景技术

螺旋桨作为海上船只的主要推动器代替明轮推动器出现在19世纪中叶。常规的船舶螺旋浆推动是通过拨水向后产生推力，推动船只前进。常规船用推进式螺旋桨系统由发动机1、齿轮箱2、传动轴3、传动轴支架4和推力螺旋桨5构成，如图1所示。从位置上看，传动轴3和支架4位于推力螺旋桨5的前方，水流的流线将受到传动轴3和传动轴支架4扰动，使水流无法做到平滑，导致推力螺旋桨5的推进效率下降。而且，传动轴3及其支架4阻挡了水流的流动，产生了附体阻力。发动机1、齿轮箱2和传动轴3组成推力式螺旋桨推进系统，机舱的所占空间极大，如图1中L1，使船只有效容积的布置困难。在船艇设计过程中，为了减少吃水，螺旋桨位置处开挖船体隧道8。开挖隧道位于船体后侧，这样便造成的滑行面的损失。为了补偿船体滑行面的损失，不得不在船体后侧设计附体7，增加了船体阻力。如果将船艇尾部的螺旋桨5改为拉力螺旋浆10，将之移到船体下部，作为拉力式螺旋桨驱动船只，适当改变开挖隧道形式11，可能避免上述常规推力式螺旋桨驱动滑行船艇的缺点，如图2所示，这也成为了我们发明拉力式螺旋桨驱动滑行船艇的一个出发点。我们发明了滑行船艇拉力螺旋桨驱动系统，减少了船艇的航行阻力，提高了船艇在同样功率条件下船艇的速度。

发明内容

本专利发明了滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统，其主要特征在于，该船艇在船底部安装拉力式的螺旋桨，采用V型齿轮箱，船体隧道由三条不同曲率的曲线构成，船尾设置双舵叶。

附图说明

图1常规螺旋桨推进船艇示意图

附图中：1-发动机、2-齿轮箱、3-传动轴、4-传动轴支架、5-常规螺旋桨、6-舵叶、7-船附体、8-船体隧道。

图2拉力式螺旋桨驱动船艇示意图

附图中：9-V型齿轮箱、10-拉力螺旋桨、11-船体隧道。

图3拉力式螺旋桨驱动船艇尾部舵叶布置。

图4船体隧道压力分解示意图。

附图中：12-沿隧道曲面压力、13-水平方向的分力、14-垂直向上的分力。

图5拉力式螺旋桨产生拉力分解示意图。

附图中：15-沿传动轴的拉力、16-水平方向的分力、17-垂直向下的分力。

具体实施方法

(a)滑行船艇拉力式螺旋桨驱动系统

图2所示，拉力式螺旋桨船艇动力由发动机1提供，通过V型齿轮箱9调配，传动轴3将动力提供给拉力螺旋桨10。拉力螺旋桨10工作后，产生向前拉力，带动船只的运动。在这里，齿轮箱选用V型齿轮箱9，提供了变方向的驱动力，即将发动机传动方向转一定角度。采用V型齿轮箱9，大大节省了船机舱的空间，即图中2中L3小于图1中的L1。因此，拉力螺旋桨驱动的船艇，节省的机舱空间，可以用作更多其他辅助的布置，如：空调布置，一些货仓等等。拉力螺旋桨10前方的水流并没有与常规推力螺旋桨5那样，受到了船传动轴3和传动轴支架4阻挡和扰动，水流更加平滑。因此，提高了拉力螺旋桨10的效率，增加了同样功率条件下船艇的航速。拉力螺旋桨10驱动船艇的设计，使拉力螺旋桨10距离舵叶6远，如图2中L4大于图1中的L2，这势必降低了拉力螺旋桨驱动滑行船艇的舵叶效率，影响了船体操控性能。所以我们修改一般常规螺旋桨驱动船艇，船尾中间位置处单个舵叶设计，改为拉力式螺旋桨驱动的船尾两侧的双舵叶设计，在其船尾板左右两侧分别设置一个舵叶6，改善其操控性能，如图3所示。为了减少螺旋桨吃水，拉力螺旋桨10处开挖了船体隧道11。隧道曲线经过精心设计，由三条不同曲率的曲线a，b，c构成，这三条曲线的曲率经过计算获得的，计算中主要考虑了水流的动压力和船体的阻力综合因素，如图4所示。

(b)拉力螺旋桨驱动系统工作原理

拉力螺旋桨的滑行船艇的前进主要依靠螺旋桨所产生的拉力15驱动，如图5所示。将螺旋桨产生的拉力进行正交分解，可以获得水平方向的力16和垂直向下的力17。水平方向的拉力16是我们需要的，提供船艇前进的动力。垂直向下的分力17需要我们采取措施进行平衡。对于某种固定船型的船艇，其姿态的设计尤为重要。船只的姿态控制设计需要综合考虑船型和船的重量重心布置，否则，无法得到船艇优异的航行性能。对于拉力螺旋桨10驱动的船，垂直向下的分力17将使船体后部尾倾力矩加大，而且V型齿轮箱9和发动机1均放在后机舱处，势必加重了船体后部的重量。如果单凭船体的重量重心设计时，将垂直向下的分力17平衡，这是很困难的工作。因此，我们设计船体隧道11由三条不同曲率的曲线构成。船体隧道11曲线设计可以使船艇航行过程中，提供沿船体隧道曲面水动压力12。水动压力12的可以提供垂直向上的分力14，可以为平衡拉力螺旋桨的垂直向下的分力17做出一定的贡献，如图4所示。综合船艇的重量重心设计和船体隧道借助水流所提供动压力设计，平衡了拉力螺旋桨10向下的分力17作用，最终实现拉力螺旋桨驱动的滑行船艇良好的的航行姿态。常规的螺旋桨驱动的船艇，为了降低螺旋桨的吃水，会在船艇后部开挖隧道8。但是作为滑行艇，船尾开挖隧道8，势必造成了船艇尾部滑行面的损失。为了补偿滑行面的损失，一般的做法，是在船尾部添加船附体7，如图1所示。但是，添加了船附体7，也增加了船艇的航行阻力，势必降低同功率下船艇的航行速度。我们设计的拉力螺旋桨驱动的滑行船艇，开挖船体隧道11，因船尾部基本上保持了原有的滑行面，并未对滑行船艇的滑行面造成过大的损失，不用增加船附体7进行补偿，减少了工作量。然而，这种拉力螺旋桨驱动的船体隧道的设计，在提供向上的分力14同时，也提供了向后水平方向的分力13，增加了船体阻力。因此，船体隧道11曲线的确定将取决了它所提供的向上分力对船艇整体设计的贡献程度大于其所增加船体阻力的作用。拉力螺旋桨10工作时，将会搅动水流，产生拉力的同时，将会有大量的气泡产生。气泡产生后，因压力的缘故，气泡将会升至水面消失。在气泡上升过程中，将会有一部分气泡沿着船体向上移动，并有一定量的会短时间附着船体上面，减少了水体与船体的附着，减少的船体湿表面积，起到了降低船体与水流的摩擦阻力的作用。我们设计了13米滑行船艇，分别采用了拉力螺旋桨驱动和常规螺旋桨推进两种方式。同样的功率条件下，拉力螺旋桨驱动的船速度达到了33.3节，而常规螺旋桨船速度达到29.6节，整整高了3.9节，测试结果说明了采用拉力螺旋浆驱动的滑行船艇的速度优势。

(c)拉力螺旋桨驱动滑行船艇的优点

滑行船艇的拉力式螺旋桨驱动系统与常规螺旋桨驱动系统相比，具有以下优点：第一个优点拉力式螺旋桨驱动的船节约船的机舱空间；第二个优点消除了传动轴和其支架对水流扰动，使水流流线更为平滑，增加拉力螺旋桨的效率；第三个优点减小船体与水流的摩擦阻力，增加相同的功率下的船艇速度。

Claims (4)

1.本发明专利为滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统，其主要特征在于，该船艇在船底部安装拉力式的螺旋桨，采用V型齿轮箱，船体隧道由三条不同曲率的曲线构成，船尾设置双舵叶；

2.根据权利要求1所述滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统，其主要特征在于，拉力式螺旋桨驱动的船艇的齿轮箱选用V型齿轮箱，大大节省了船机舱的空间；

3，根据权利要求1所述滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统，其主要特征在于，拉力式螺旋桨驱动的滑行船艇采用双舵叶设计，改善其操控性能；

4.根据权利要求1所述滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统，其主要特征在于，拉力式螺旋桨驱动的船艇，综合船艇的重量重心设计和船体隧道借助水流所提供动压力设计，实现拉力螺旋桨驱动的滑行船艇良好的的航行姿态；

5.根据权利要求1所述滑行船艇一种拉力式螺旋桨驱动系统，其主要特征在于，拉力螺旋桨工作时，将会搅动水流，产生拉力的同时，将会有大量的气泡产生。气泡产生后，因压力的缘故，气泡将会升至水面消失。在气泡上升过程中，将会有一部分气泡沿着船体向上移动，并有一定量的气泡短时间附着船体上面，这势必减少了水体与船体的附着，减少的船体湿表面积，起到了减少船体与水体的摩擦阻力的效果。

Images