CN101870331A - 高速节能气隔舰 - Google Patents

Abstract

本发明高速节能气隔舰属舰艇技术领域，它是一种将气隔船的基本原理和船体基本结构用于舰体的，有多道纵向大梁的，装有喷气式发动机的，每个螺旋桨轴上安装双层螺旋桨的，无顶凸，无底肋，无舰舵的新型军舰。它既极大限度地减小水阻力的同时，又合理地使用动力，不仅把军舰的最高航速提到极限，而且十分显著地减少能耗，破解了该领域内至今未能被破解的一大世界难题，另外它还充分地利用了水浮力，完全发挥舰体载重量大的优势，且结构整体刚度大，强度高，抗浪打能力强，适用范围广，能满足现代化战斗任务要求。

Description

高速节能气隔舰

(1)技术领域

本发明-<高速节能气隔舰>属舰艇技术领域，它是一种将<气隔船>的基本原理和船体基本结构用于舰体的，有多道纵向大梁的，装有喷气式发动机的，每个螺旋桨轴上安装双层螺旋桨的，无顶凸，无底肋，无舰舵的新型军舰。它在极大限度地减小水阻力的同时，又合理地使用动力，不仅把军舰的最高航速提到极限，而且十分显著地减少能耗，破解了该领域内至今未能被破解的一大世界难题，另外它还充分地利用了水浮力，完全发挥舰体载重量大的优势，且结构整体刚度大，强度高，抗浪折能力强，适用范围广，能满足现代化战斗任务要求。

(2)背景技术

现有的各种军舰，水面以下的舰体表面直接与水接触面积很大，受的水阻力是空气阻力的很多倍。根据运动学的基本原理，只有动力大于阻力时，军舰才会加速航行。军舰航行中的动力由螺旋桨的推水力和军舰惯性力构成。螺旋桨推水力的大小是由发动机消耗能量的多少来确定的，两者之间呈代数级数关系，而阻力的大小与速度平方值的大小成正比，两者之间呈几何级数关系。由于发动机消耗能量数与阻力值不在同一级数关系上，且因速度的增加，级差甚大，要获得一点点提速，必须消耗大量的能量，所以既要军舰以极大限度地高速航行的同时，又要军舰极大限度地节能，就成为至今未能被破解的一大世界难题。

军舰航速越高，惯性力越大，推水力越小。当螺旋桨有效推水距离和螺旋桨转速的乘积等于军舰的航速时，螺旋桨推水效用系数为零，只有两者的乘积大于军舰的航速时，螺旋桨才能获得推水力，所以军舰以最高航速航行时，军舰惯性力是主要动力，其推水力只起到维持军舰高航速航行的次要作用，此时发动机转速最高，能量消耗最大，因螺旋桨推水效用系数极低，所以绝大部分能耗都百百地浪费掉了，且对海洋造成了严重危害。

现有传统研究观念是，一方面采用尖首流线面舰体，以减小水阻力，另一方面加大动力装置功率，以提高航速。因水阻力再也减不下来，以至于不惜采用几万，乃至几十万马力的大功率发动机，使大型运输舰、护卫舰、驱逐舰、巡洋舰的最高航速接近40节，使航空母舰的最高航速超过30节。我国现有最先进的171号新型防空驱逐舰采用柴燃联合动力，最大输出功率近80000马力，最高航速达29节，我国未来177号新型防空驱逐舰采用全燃联合动力，最大输出功率约100000马力，最高航速为32节，这比以往的军舰有了很大的进步，但与外国技术先进的现代化军舰相比，还有一定的差距。主要原因是，除了水面以下的舰体表面直接与水接触面积大，受水阻力大外，还有承受占总水阻力约25％的顶凸，承受占总水阻力近10％的两道底肋和承受较大水阻力的舰舵，另外就是我国动力装置的研制还不能满足新型军舰要求，用于大型军舰还遥遥无期，作为171号新型防空驱逐舰主机的燃气轮机，只能进口，不但昂贵，还得承受一定的风险(见2007年8月号《舰载武器》刊登的中国海军171号新型防空驱逐舰两视图和中国海军未来177号新型防空驱逐舰设想图，及《中国新型防空驱逐舰发展浅析》一文)。至今世界上还没有一种既高速，又节能的军舰出现，破解这一世界难题。

(3)发明技术

本发明技术排除现有军舰理念的影响，突破传统研究观念的束缚，解放思想，开创新路，尊重科学，大胆改革，从舰体表面直接与流体接触面积的大小及流体密度的大小上入手，合理地使用动力，在极大限度地减小阻力的同时，又极大限度地减少能耗，采取以下技术方案：

1.将<气隔船>的发明技术(公开号：CN 101353079A)的基本原理和船体基本结构用于舰体，不另外增加动力，完全靠军舰自身航速，用斜通管和输气带不断地将舰首前的部分高压空气自动地送入舰底，形成舰底空气层、舰壁滚动气泡层和舰尾旋流气泡层，用舰底空气层、舰壁滚动气泡层和舰尾旋流气泡层把85％左右的水面以下舰体表面与水隔离，使舰首水体正压力与输气带滚筒轴承摩擦力和输气带与空气及水摩擦力相当，变舰底与水流摩擦力为舰底与空气摩擦力，变舰壁与水流滑动摩擦力为舰壁与气泡滚动摩擦力，变舰尾与水体旋流后拽力为舰尾与气泡旋流后拽力，从而大大地减小了水阻力，又因舰底空气层、舰壁滚动气泡层和舰尾旋流气泡层都很薄，舰体吃水深度变化极小，所以充分地利用了水浮力。

2.取消粗大的舰首顶凸，或适当减小舰首顶凸直径，使舰首顶凸的水阻力消除或减小。

3.取消舰底两个加劲肋，采用多道纵向大梁和增加底板厚度来保证舰体的结构整体刚度和强度，防止舰体浪折，并使舰底水阻力减小。

4.取消舰尾舰舵，取而代之的是在舰底前、后各安装一台隐蔽在舰底大前梁上的，不受很大水阻力的，垂直于军舰纵轴的横向轴流螺旋桨。不论启动前、后横向轴流螺旋桨中的哪一个，其推水力都相对于军舰质心的力臂大，形成的力矩大，军舰转弯半径小，效果优于舰舵，若同时反向启动前、后两个轴流螺旋桨，可使军舰急转，或使处在静止状态下的军舰定点旋转，若同时同向启动前、后两个轴流螺旋桨，则可使军舰横行，提高了军舰的灵活性。

5.每个螺旋桨轴上都安装双层螺旋桨，两层螺旋桨的前后相隔一段距离。因前层螺旋桨推水作用，水体向后移动一段距离后，速度有所降低，后层螺旋桨再次推水，使水体向后移动速度再次加速，又获得一次推水力，从而提高了桨用发动机的效率。

6.将舰尾直升机平台层升高一层，在直升机平台层之下的层面上，左、右各安装一台或两台喷气式发动机，喷气式发动机前部有开畅空间，外侧装有悬挂活门，以减小空气阻力，内侧有防火墙，保证安全。在高速航行时，启动喷气式发动机时，将悬挂活门完全打开，以保证有足够的进气量，此时关闭桨用发动机，将螺旋桨的桨轴挂在空挡上，两道螺旋桨的水阻力仅与螺旋桨轴的轴承摩擦力相当，不仅阻力小，而且合理地使用动力，大大地减少能耗。

由上，本发明在极大限度地减小水阻力的同时，又合理地使用动力，不仅把军舰的最高航速提到极限，而且十分显著地减少能耗，破解了该领域内至今未能被破解的一大世界难题，另外它还充分地利用了水浮力，完全发挥舰体载重量大的优势，且结构整体刚度大，强度高，抗浪折能力强，适用范围广。

(4)图示说明

图1本发明纵剖面示意图；

图2本发明舰尾横剖面示意图。

图中：(1)舰首顶凸，(2)舰底空气层，(3)舰壁滚动气泡层，(4)舰尾旋流气泡层，(5)前横向轴流螺旋桨，(6)后横向轴流螺旋桨，(7)桨用发动机，(8)双层螺旋桨，(9)喷气式发动机，(10)悬挂活门，(11)直升飞机平台，(12)舰底大梁，(13)防火墙。

本发明采取的技术方案如下：

1)将<气隔船>的发明技术(公开号：CN 101353079A)的基本原理和船体的基本结构用于舰体，不另外增加动力，完全靠军舰自身航速，用斜通管和输气带不断地将舰首前的部分高压空气自动地送入舰底，形成(2)舰底空气层、(3)舰壁滚动气泡层和(4)舰尾旋流气泡层，用(2)舰底空气层、(3)舰壁滚动气泡层和(4)舰尾旋流气泡层把85％左右的水面以下舰体表面与水隔离，使舰首水体正压力与输气带滚筒轴承摩擦力和输气带与空气及水摩擦力相当，变舰底与水流摩擦力为舰底与空气摩擦力，变舰壁与水流滑动摩擦力为舰壁与气泡滚动摩擦力，变舰尾与水体旋流后拽力为舰尾与气泡旋流后拽力，从而大大地减小了水阻力。又因(2)舰底空气层、(3)舰壁滚动气泡层和(4)舰尾旋流气泡层都很薄，所以它又充分地利用了水浮力，完全发挥了舰体载重量大的优势。

2)取消粗大的(1)舰首顶凸，或适当减小(1)舰首顶凸直径(见虚线部分)。粗大的(1)舰首顶凸的主要作用是加大舰首刚度和强度。早期的军舰因通讯、导航、雷达、探測等技术不发达，海底情况不清楚，航海员对航道不够熟悉，为了防止触礁，碰撞等事故的发生，采用粗大的顶凸是十分必要的。如今通讯、导航、雷达、探測等现代化技术非常先进，海底情况十分清楚，航海员对航道了如指掌，且大型军舰多在深海区航行，触礁，碰撞的可能性几乎没有，取消粗大的(1)舰首顶凸，或适当减小(1)舰首顶凸直径是顺理成章之事，使(1)舰首顶凸的水阻力消除或减小。

3)取消舰底两个加劲肋。舰底两个加劲肋的主要作用是加大舰底刚度和强度，本发明采用多道纵向(12)舰底大梁和增加底板厚度来保证舰体结构整体刚度和强度，舰体抗浪折能力强，并使舰底水阻力减小。

4)取消舰舵。舰舵的主要作用是使舰体转弯，舰舵在主螺旋桨之后的不远处，因螺旋桨的推水作用，舵面与水流的相对速度远远大于军舰航速，相同面积上的舵面受的水阻力要比舰体受的水阻力大得多。舰舵又在军舰纵轴线上，尽管转弯时舰舵偏转，使舵面水阻力剧增，但因舵面水阻力的合力中心线相对于军舰质心的力臂小，形成的力矩小，所以军舰转弯半径大，效果差，取消舰舵，使舰舵水阻力消除。取而代之的是在水面以下的舰底前、后各安装一台隐蔽在(13)舰底大梁上的，不受很大水阻力的，垂直于军舰纵轴的(4)、(5)横向轴流螺旋桨。不论启动(4)、(5)横向轴流螺旋桨中的哪一个，其推水力都相对于军舰质心的力臂大，形成的力矩大，军舰转弯半径小，效果优于舰舵，若同时反向启动前后(4)、(5)两个轴流螺旋桨，可使军舰急转，或使处在静止状态下的军舰定点旋转，若同时同向启动前后(4)、(5)两个轴流螺旋桨，则可使军舰横行舰体，提高了军舰的灵活性。

5)每个螺旋桨轴上安装(8)双层螺旋桨，两层螺旋桨的前后相隔一段距离。因前层螺旋桨推水作用，水体向后移动一段距离后，速度有所降低，后层螺旋桨再次推水，使水体向后移动速度再次加速，又获得一次推水力，尽管每层螺旋桨都有推水效用系数降低问题，但(8)双层螺旋桨推水效用综合系数优于单层的推水效用系数，从而提高了(7)桨用发动机的效率，减少能耗。

6)将舰尾(11)直升机平台升高一层，在此平台层之下的层面上左、右各安装一台或两台(9)喷气式发动机，喷气式发动机前面有开畅空间，外侧装有(10)悬挂活门，以减小空气阻力，内侧有(13)防火墙，以保证安全。启动(9)喷气式发动机时，将(10)悬挂活门完全打开，以保证有足够的进气量。当军舰以极高的航速前进时，启动(9)喷气式发动机。尽管(9)喷气式发动机的功率比(7)桨用发动机的功率小很多，但(9)喷气式发动机的喷气速度远远大于军舰航速，其动力可充分发挥作用，使军舰的航速进一步提高，此时关闭(7)桨用发动机，将(8)双层螺旋桨的桨轴挂在空挡上，(8)双层螺旋桨的水阻力仅与螺旋桨轴的轴承摩擦阻力相当，不仅水阻力小，而且大大地减少了能耗。

由上，本发明在极大限度地减小水阻力的同时，又合理地使用动力，不仅把军舰的最高航速提到极限，而且十分显著地减少能耗，破解了该领域内至今未能被破解的一大世界难题，另外它还充分地利用了水浮力，完全发挥舰体载重量大的优势，且结构整体刚度大，强度高，抗浪折能力强，适用范围广。

本发明的两边的(2)舰底空气层厚度可自动调节，当两边(2)舰底空气层厚度不同时，两边舰底压力差所产生的对于纵轴的力矩，可减小舰体摇晃或转弯时的倾斜度，提高了舰体航行时的平稳性。

本发明原理明确，结构简单，采用普通设备和现有技术就可实施，且结构整体刚度大，强度高，抗浪折能力强，既适用于各种不同类型舰艇的新建，又能在不改变现有舰体结构的情况下，仅进行外部改造，便可实施。

Claims (7)

1.本发明属军舰舰体技术领域。它是一种将<气隔船>的基本原理和船体基本结构用于舰体的，有多道纵向大梁的，装有喷气发动机的，每个螺旋桨轴上安装双层螺旋桨的，无舰首顶凸，无舰底两肋，无舰尾舰舵的新型军舰。

2.根据权利要求1所述的<气隔船>，其特征是：将(气隔船)的发明技术(公开号：CN 101353079A)的基本原理和船体的基本结构用于舰体，用舰底空气层、舰壁滚动气泡层和舰尾旋流气泡层把85％左右的水面以下舰体表面与水隔离。

3.根据权利要求1所述的舰首顶凸，其特征是：取消粗大的舰首顶凸，或适当减小舰首顶凸直径。

4.根据权利要求1所述的舰底两肋，其特征是：取消舰底两个加劲肋，采用多道纵向大梁和增加底板厚度来保证舰体结构整体刚度和强度满足使用要求。

5.根据权利要求1所述的舰尾舰舵，其特征是：取消舰尾舰舵，取而代之的是在舰底前、后各安装一台隐蔽在舰底大梁上的，不受很大水阻力的，垂直于军舰纵轴的横向轴流螺旋桨。

6.根据权利要求1所述的双层螺旋桨，其特征是：每个螺旋桨轴上都安装双层螺旋桨，两层螺旋桨的前、后相隔一段距离。

7.根据权利要求1所述的喷气式发动机，其特征是：将舰尾直升机平台层升高一层，在直升机平台层之下的层面上左、右各安装一台或两台喷气式发动机，喷气式发动机前部有开畅空间，外侧装有悬挂活门，内侧有(13)防火墙。

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