CN102101526A

CN102101526A - 水下涡旋推进器

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Publication number: CN102101526A
Application number: CN2010100038871A
Authority: CN
Inventors: 汪一平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2030-01-06
Also published as: CN102101526B

Abstract

一种综合的水下涡旋推进器。包括涡旋推进器构造、工作方法和系列传动连接装置。其主要特征是，动力作用使涡旋推进器内部的“叶片和筒架”发生旋转，对水体持续地进行长距离、长时间地三维涡旋加速，制造集束涡旋水流，籍助水体反作用力成为新型、强力的推进器。与现有螺旋桨工作及传动装置比较：(1)将传统的螺旋桨的平面(或不充分的三维)空间旋转作用力，改革为完全的三维涡旋空间作用力。(2)将传统的由主传动轴同时承受“轴向力”和“旋转力”的方法进行分离设置。(3)将传统的一机(动力机)一推(推进器)改革为一机多推进器传动装置。实现高速(行驶)、高效(动力转化率高)，高静(音)，(结构)安全、灵活(进退与转弯)。适应于各种不同类型船体(商船、舰船、潜艇、航母以及可遥控水下鱼雷、侦察艇等推进器，……等)规模的需求。

Description

水下涡旋推进器

技术领域：

本发明涉及一种新型的、综合的水下涡旋推进器。包括涡旋推进器构造、工作方法和系列传动连接装置。由动力作用使水下涡旋推进器旋转，产生对水体三维涡旋的加速作用力，制造强力的集束涡旋水流。具体地说，是一种在动力设备驱使下，在推进器内通过流线型，连续式的螺旋叶片和叶片筒架，建立充分的三维涡旋空间，对水体实施较长距离和长时间的加速度，产生高效集束式、高压、高静音涡旋水流，然后通过系列传动连接装置，籍助水体的反作用力，推动船体行驶。

技术背景：

当前水面、水下船体的行驶，依靠二、三百多年来的几乎是二维平面(或不充分的三维)空间旋转的螺旋桨，对水的反作用力来推动船体行驶，这种传统的螺旋桨最根本，也是难以克服的缺陷是，螺旋桨叶面迎面阻力大、动力转化效率低(指动力旋转力转化为水体推动力的效率比)、行驶慢、噪声大、灵活性差、水波横向扩散快，特别是用于军事方面这个缺陷是致命的。为了克服上述缺陷，本发明对传统的螺旋桨构造、工作原理和传动连接装置，进行重大的改革，(1)把二维平面(或不充分的三维)旋转空间，改革为充分的涡旋三维空间，提高了涡旋推进器对水体的“质量—空间—时间—能量—动量”作用，制造高效、强力、集束式的涡旋水流；(2)把传统的一机(动力机)一推(推进器)及主传动轴同时承受“轴向力”和“旋转力”的方法进行分离，改革为由推进器外壳与船钵直接连接承受“轴向力”和主传动轴仅承受“旋转力”的方法，实施一机多推进器连接传动装置，使水体的反作用力可靠地转化为船体推动力，具有更高效、更快、更静、更灵活地行驶。这不仅是世界范围内船体行驶迫切需要解决的问题，也是我国国防上急待解决，提高海军战斗力的重要举措之一。

发明内容：

本发明的目的是要提出一种新型的水下涡旋推进器。包括涡旋推进器构造、工作方法和系列传动连接装置。以特殊的涡旋叶片和叶片筒架(对水体)组成的三维加速涡旋空间，替代现有传统螺旋桨(对水体)的二维平面旋转空间和系列传动连接装置。也就是说，根据新涡旋动力学原理分析，传统的螺旋桨二维平面运转方式是以叶片正面(或不充分的三维)迎向水流，阻力大(速度愈大，阻力也愈大)，叶片背后必然出现真空现象拆离出水中空气，产生较大的噪声(速度愈大，噪声愈大)，加上叶片对水体的作用，几乎是接近二维(包括第三维涡旋空间相对较小的高弯角螺旋浆)，对水体作用距离短、时间少、加速度小、速度受限、不具灵活性、多余的动力被转为无效的横向水波推力、动力资源浪费很大。因此说“高阻力—高噪声—低动力转化率”是传统螺桨难以克服的缺陷，其根源在于它不能完整地符合新涡旋动力学原理。本发明的涡旋推进器，能很好地应用新涡旋动力学原理，充分发挥涡旋叶片和叶片筒架的旋转(对水体)产生三维涡旋加速作用力，也就是说“涡旋叶片和叶片筒架”是一种以长条的流线型、连续的、螺旋式的新型构造，它以叶片侧面(或以较小的锐角)迎向水体，在叶片筒架三维涡旋空间内，以较长的“空间—时间”施以涡旋加速度，提高了对水体的“质量—能量—动量—时间—空间”作用，产生高压的、集束式的、高静音的涡旋水流，还具有极大限度地减小了水体对叶片阻力和无效的横向水波动力消耗，提高了动力转化推力的效率，同时还以集束涡旋流方式排水(水波的波动向中心集束)，直到纵向足够运处才散开，具有隐敝性；此外又通过改革的配套系列机械传动装置和设施，使船体实现实现高速(行驶)、高效(动力转化率高)，高静(音)，(结构)安全、灵活(进退与转弯)。

本发明的水下涡旋推进器及其工作方法，其特征有：

1、一种综合的水下涡旋推进器，包括涡旋推进器构造、工作方法和系列传动连接装置。其主要特征是，动力作用使涡旋推进器内部的“叶片和筒架”发生旋转，对水体持续地进行长距离、长时间地三维涡旋加速、加压，制造集束涡旋水流，籍助水体反作用力成为新型、强力的推进器。

2、所述的水下涡旋推进器，包括的工作方法和传动连接装置，其特征在于所说的伞形齿轮变速箱和万向节联动工作方法，通过(1)主动、从动伞形齿轮和二个万向节的自动紧密配合，成为仅传递“旋转力”和改变旋转力方向的装置；(2)涡旋推进器外壳与船体连接传递“轴向力”；这样将传统的由主传动轴同时承受“轴向力”和“旋转力”的工作方法可靠地分离，便于地实施“一机(动力机)多推(推进器)”工作。

3、所述的水下涡旋推进器，包括的工作方法和传动连接装置，其特征在于所说的多级变速齿轮箱，通过主动、从动齿轮及可操控的滑移型齿轮的连接，使这三个齿轮紧密灵活的楔合，实行齿轮间多级变速，其中“主多级变速齿轮箱”操控船体，“分多级变速齿轮箱”操控各单体推进器。

4、所述的水下涡旋推进器，包括涡旋推进器构造、工作方法和传动连接装置，其特征在于所说的“叶片和筒架”对水体的三维空间工作原理，也可以逆向为水体(汽、风、其他动力等)的三维空间工作原理，由叶片带动轴杆转动，成为水(风、汽等)轮机等类似设施。

本发明的水下涡旋推进器的方法，积极效果是：

充分地利用新涡旋动力学原理，推进器“叶片和筒架”对水体的作用从二维(包括高弯角螺旋桨的非充分三维)空间引向充分的三维涡旋空间制成涡旋水流，实现了对传统的平面式螺旋桨工作方式重大的改革，极大地增加船体行驶速度、船体的灵活性、船体的静音性、节省动力资源。其中：

1、涡旋推进器的“叶片和筒架”，以三维涡旋方向对水体作用力，也就是说，在半封闭的涡旋转动过程中实施加速、加压，提高了叶片对水体的“质量—能量—动量—空间—时间”的作用，产生强大的涡旋水流，具有动力转化效率高、速度快、高静音等优点。

2、通过船体安装大于二个以上的可改变方向和速度的“一机(动力机)多推(推进器)”的工作连接装置，可靠地调节单个推进器转速差和正反旋转方向，实现船体平稳行驶，快速进退，灵活转弯。

3、在每一条传动连接装置工作线上，设置有二个多级变速齿轮箱、伞形齿轮箱和二个万向节等设施，可以在驾驶室内任意操控齿轮转速和方向，使船体设施具有操控方便、安装灵活、维修容易、工作可靠。

附图说明

图1：涡旋叶片构造及安装示意图

图2：涡旋推进器安装流程示意图

图3：涡旋推进器工作布置示意图

图4：多级变速齿轮箱构造及安装示意图

图5：万向节构造示意图

图6：伞形齿轮箱构造示意图

其中标号：1.叶片(奇数)及其安装剖面；2.叶片筒架(水果瓣内衬)；3.推进器外筒壳体；4.1^#(柱式)方向止推轴承及支承；5.2^#(柱式)止推轴承及支承；6.主轴及支承；7.惯性平衡轮；8.内止推轴承套及支座；9.外止推轴承套及支座；10.轴承密封套；11.连轴杆加固套；12.主动齿轮；13.滑移齿轮；14.滑移齿轮轴杆；15.从动齿轮；16.主动连杆；17.主动万向节箍；18.从动万向节箍；19.从动连杆；20.1^#伞形齿轮箱；21.2^#伞形齿轮箱；22.多级变速齿轮箱(设：主多级变速齿轮箱、分变速齿轮箱)；23.定位弹簧；24.拉线(或拉杆)；25.橄榄齿轮拨叉器；26.主动伞形齿轮；27.从动伞形齿轮；28.推进器防护栏罩及连杆支座；29.动力设备；30.推进器连接外套座；31.推进器及水平尾舵与船体连接支架；32.万向节；33.涡旋推进器；34.垂直尾舵；35.水平尾舵；36.船体。

具体实施方式

以上结合实施实例附图对发明的技术方案作进一步说明。

如图1，所示为本发明对涡旋推进器及其作用方法示意图。在半封闭的推进器筒内，长条流线型螺旋式叶片1和叶片筒架2连接为整体，又以侧斜面迎向水体方式与连动轴杆19连接，其中：叶片1和叶片筒架2通过剖面(A-A)表示了叶片对水体产生最小阻力，叶片背后的环向进水，使水体在叶片筒架2周边先旋转然后引向中心形成涡旋，克服了由真空噪声源；剖面(B-B)表示叶片1和叶片筒架2的三维涡旋转动，从大半径到小半径变化的半封闭涡旋空间中，对水体实施长距离、长时间的三维涡旋加速、加压；剖面(C-C)表示涡旋水流的排出，保持着由边界向中心的切向涡旋运动，防止水波的横向扩散的干扰；通过剖面(D-D)使叶片筒架2通过内、外止推轴承套及支座8、9将受到的水体反作用力传给推进器外筒壳体3，为维持转动的惯性及平衡，叶片筒架2内设有惯性平衡轮7；整个连接及其工作过程，形成强大、高压、静音涡旋水流，使水的反作用力可靠、安全地转变为推动力，实施涡旋推进器功能。

如图2，所示为涡旋推进器工作流程示意图。由动力设备(设施)29，通过主轴连杆6、16、19与二组多级变速箱22，二组球形万向节32，涡旋推进器33，最后通过推进器33、水平尾舵34、、支座架31、垂直尾舵35与船体36连接，传递水反作用力。这样将传统的由主传动轴同时承受“轴向力”和“旋转力”的方法可靠地分离，便于地实施“一机(动力机)多推(推进器)”工作，体现了力学传递的合理性。

如图3所示为涡旋推进器与船体的几种方式安装示意图。其中：

1、一机一推(推进器)，适用于中、小型船体，船体转向依靠船舵。

2、一机三推(推进器)适用于中型船体，多个推进器可以左右调节转速快慢和正反方向，灵活进退和转向，船舵作用为备用(以下同)。

3、一机多推(推进器)适用于大型、超级型、航母等船体。

如图4，所示为多级齿轮变速箱构造示意图。设主多级齿轮变速箱操控船体36驶速，次齿轮变速箱操控涡旋推进器33，齿轮变速箱22内采用主动、从动、滑移齿轮的楔合进行变速工作，其中主动齿轮12，滑移齿轮13，从动齿轮15，齿轮表面分有若干阶梯的等距的不同半径齿轮，其间可通过拉线(拉杆)24，定位弹簧23、调节拨叉器25、操控各组齿轮13的移动，可以调整传速比及正反转速，籍此灵活地调整船体行驶速度和转弯方向。

如图5，所示为球形万向节示意图，其特征在于所说的采用球形套内设置主动万向节半圆型套箍17、从动万向节半圆型套箍18，仅能用于传递转速及改变转速方向，不承受连杆轴向推力，同时通过二个球形万向节的连动作用，调整非直线连杆及不可预测因素造成非正常力，保证推进器工作的可靠性和稳定性。

如图6所示为伞形齿轮箱安装示意图。伞形齿轮箱20、21内设(一个)主动伞形齿轮26与(多个)从动伞形齿轮27之间的不同楔合传递力的方法，有：三齿轮式、二齿轮式形式，使一个主动伞形齿轮驱动下，沿正交轴的另外三个方向传递转动力，也就是说通过伞形齿轮的设置可以传递旋转作用力改变传递旋转方向，带动(多机)推进器。

Claims

1.一种综合的水下涡旋推进器，包括涡旋推进器构造、工作方法和系列传动连接装置。其主要特征是，动力作用使涡旋推进器内部的“叶片和筒架”发生旋转，对水体持续地进行长距离、长时间地三维涡旋加速、加压，制造集束涡旋水流，籍助水体反作用力成为新型、强力的推进器。

2.根据权利要求1，所述的水下涡旋推进器，包括的工作方法和传动连接装置，其特征在于所说的伞形齿轮变速箱和万向节联动工作方法，通过(1)主动、从动伞形齿轮和二个万向节的自动紧密配合，成为仅改变传递“旋转力”和旋转力方向；(2)涡旋推进器外壳与船体连接传递“轴向力”，这样将传统的由主传动轴同时承受“轴向力”和“旋转力”的工作方法可靠地分离，便于地实施“一机(动力机)多推(推进器)”工作。

3.根据权利要求1，所述的水下涡旋推进器，包括的工作方法和传动连接装置，其特征在于所说的多级变速齿轮箱，通过主动、从动齿轮及可操控的滑移型齿轮的连接，使这三个齿轮紧密灵活的楔合，实行齿轮间多级变速，其中“主多级变速齿轮箱”操控船体，“分多级变速齿轮箱”操控各单体推进器。

4.根据权利要求1，所述的水下涡旋推进器，包括涡旋推进器构造、工作方法和连接装置，其特征在于所说的叶片对水体的三维空间工作原理，也可以逆向为水体(汽、风、其他动力等)的三维空间工作原理，由叶片带动轴杆转动，成为水(风、汽等)轮机等类似设施。