CN103241356A - 船舶气动推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶气动推进系统，包括：设置于船体上以将外部的气体增压并增速后导入至所述船体中的进气单元；以及设置于所述船体的水线以下的位置以将导入的气体向所述船体的后方喷出至水中的喷出单元；其中，当所述导入的气体的压力大于所述喷出单元处的水的压力时所述导入的气体通过所述喷出单元喷出。根据本发明，能够在船舶的推进过程中有效地实现节能。

Description

船舶气动推进系统

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体地涉及一种船舶气动推进系统。

背景技术

目前，船舶的传统推进方式是螺旋桨推进方式，螺旋桨通常安装于船尾的水线以下，并由桨毂和若干径向地固定于桨毂上的桨叶所组成，该螺旋桨通过船舶动力装置获得动力而旋转。该螺旋桨推进方式主要是利用机翼原理，当螺旋桨旋转时，螺旋桨的桨叶不断将水推向后方而水的反作用力作用于桨叶上，即产生向前的推进力，从而推动船舶向前运动。

在现有技术中，已公开了多种采用螺旋桨的船舶推进方式，例如，在中国专利公开CN 102923288A中，公开了一种船用双螺旋桨推进装置，包括叶片的旋向相反的主螺旋桨及副螺旋桨，以此通过两个螺旋桨推进船舶向前。另外，在中国专利公开CN101074042A中也公开了一种用螺旋桨推进的船体，其利用船尾上设置的至少一个螺旋桨推动船舶向前运动。

但是，使用这种传统的螺旋桨推进方式的效率较高的也只能达到0.7左右。在该推进过程中，能量损失主要有以下几方面：因螺旋桨的桨叶表面的摩擦力而造成的损失；因螺旋桨的桨轴的轴向射流而造成的损失（其占整个推进过程的能量损失的2/3）；因螺旋桨在非旋流中旋转而造成的损失；因螺旋桨的叶梢涡旋而造成的损失；因螺旋桨的桨毂涡旋而造成的损失。

此外，也有采用安装于船尾的水线以上的空气螺旋桨的推进方式，通过螺旋桨的旋转向后方推动空气，从而利用空气的反作用力推动船舶向前运动。

例如，在中国专利公开CN201102626中，公开了一种空气螺旋桨推进器船舶，通过空气螺旋桨推动船舶前进。另外，在中国专利公开CN101857080B中，公开了一种耐震减阻型空气动力船，其行驶的动力是空气螺旋桨驱动空气，而不是驱动水，且在该船的底部具备与空气压缩机相连的气道，以将气体存贮在船的底部，从而起到空气弹簧减震的作用。

但是如上所述的现有的各种船舶推进系统均不能有效地降低船舶推进过程中所消耗的能量。

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够有效地节能的船舶气动推进系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种船舶气动推进系统，包括：设置于船体上以将外部的气体增压并增速后导入至所述船体中的进气单元；以及设置于所述船体的水线以下的位置以将导入的气体向所述船体的后方喷出至水中的喷出单元；其中，当所述导入的气体的压力大于所述喷出单元处的水的压力时所述导入的气体通过所述喷出单元喷出。

根据本发明，通过进气单元将气体导入至船体中，并使该导入的气体具有一定的压力和高速度，然后通过喷出单元将导入的气体向船体的水线以下的后方喷出，由于导入的气体的压力大于喷出单元处的水压，因此喷出的气体会被压入水中并不断向后推动水，从而获得向前的推力推动船舶向前运动，以此作为船舶前进的动力。

采用本发明，以喷射气体作为动力，该气体推动的尾流的质量可大大增加，由此可以减少尾流的动能，达到节能的目的；并且采用本发明的船舶气动推进系统，可以降低传统的螺旋桨的桨轴的轴向射流的能量损失，此外也不具有螺旋桨推进方式的上述其它几种能量损失。因此，本发明提供可以有效地实现节能的船舶推进方式。

又，在本发明中，所述进气单元可以包括：从所述船体向水线以上的方向突出并开口的进气通道；以及设置于所述进气通道的开口中用于导入气体的螺旋桨。

根据本发明，通过设置于进气通道的开口中的螺旋桨的旋转将气体有效地经由进气通道导入至船体中，并且也可以通过该螺旋桨的旋转有效地使导入的气体增压并增速。

又，在本发明中，所述进气单元可以设置于所述船体的前部，所述喷出单元设置于所述船体的水线以下的尾部，且在所述船体的底部设有在所述船体的前后方向上延伸以与所述进气单元及所述喷出单元连通的底部通道。

根据本发明，将进气单元设置于船体的前部以及将喷出单元设置于船体的水线以下的尾部的配置可以充分利用进气单元对外部气体的吸力，进而有利于将导入的气体向船体的后方喷出至水中，从而可以更有效地实现船舶的推进，且由于在船体的底部设有在船体的前后方向上延伸并与进气单元及喷出单元连通的底部通道，可以使大量的气体纵向流经船体，因而可以使船舶的水阻力大大减少，并可以充分利用船身的伴流，此外还有利于保持船舶的航向稳定性。

又，在本发明中，还可以包括设置于所述船体上用于操纵船舶的航向的转向单元。

根据本发明，可以改变船舶行驶方向，以此实现船舶的操纵性。

又，在本发明中，所述转向单元可以包括设置于所述船体的水线以下的位置上的方向转换控制装置；所述方向转换控制装置具备：与所述进气单元连通且在垂直方向上延伸的壳体；以及沿所述壳体的周壁设置的分别朝向不同方向选择性开闭的多个喷气口。

根据本发明，通过沿方向转换控制装置的壳体的周壁设置的分别朝向不同方向选择性开闭的多个喷气口，可以将来自进气单元的气体经由该多个喷气口选择性地向不同的方向喷出至水中，从而利用水的反作用力，使船舶向气体喷出方向的反方向转向。由此，可以有效地实现船舶的操纵性。

又，在本发明中，所述壳体可以为圆形管道，所述多个喷气口通过沿所述圆形管道的周壁的内表面滑动的挡板进行选择性开闭。

根据本发明，通过沿圆形管道形式的壳体的周壁的内表面滑动的挡板可以有效地进行喷气口的开闭，该装置结构简单，易于操作。

又，在本发明中，所述转向单元可以包括设置于所述船体的水线以下的尾部上的舵装置。

根据本发明，可以通过作用于舵装置的舵叶上的流体动力而控制船舶的航向，且设置于船体的水线以下的尾部上的舵装置在改变船的航向上较省力、快捷。

又，在本发明中，可以在所述船体上设有至少一个所述进气单元及与所述进气单元的数量相对应的底部通道。

根据本发明，可根据实际需要设置一个或多个进气单元及与该进气单元数量相对应的底部通道，从而可以调节船舶推进力的大小。

根据下述具体实施方式并参考附图，本发明的上述及其他目的、特征和优点将更加清晰。

附图说明

图1示出配备根据本发明一实施形态的船舶气动推进系统的船舶的侧视图；

图2示出图1所示的船舶的后视图；

图3示出图1所示的船舶的A-A向视图；

图4示出图1所示的船舶的B-B向视图；

图5示出图1所示的船舶的C-C剖视图；

图6示出根据本实施形态的船舶气动推进系统中的进气通道的立体图；

图7示出配备根据本发明另一实施形态的船舶气动推进系统的船舶的侧视图；

图8示出配备根据本发明又一实施形态的船舶气动推进系统的船舶的后视图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详细描述本发明的船舶气动推进系统。

图1示出采用根据本发明一实施形态的船舶气动推进系统的船舶的侧视图。如图1所示，采用本发明的船舶气动推进系统的船舶具备船体1。本发明提供的船舶气动推进系统包括：设置于船体1上以将外部的气体增压并增速后导入至船体1中的进气单元2；以及设置于船体1的水线以下的位置以将导入的气体向船体1的后方喷出至水中的喷出单元3；其中，当导入的气体的压力大于喷出单元3处的水的压力时该导入的气体通过喷出单元3喷出。

本发明的船舶气动推进系统通过进气单元2将气体（该气体例如可以是空气等）导入至船体1中，并使该导入的气体具有一定的压力和高速度，然后通过喷出单元3将导入的气体向船体1的水线以下的后方喷出，由于导入的气体的压力大于喷出单元3处的水压，因此喷出的气体会被压入水中并不断向后推动水，从而获得向前的推力推动船舶向前运动，以此作为船舶前进的动力。该船舶气动推进系统以喷射气体作为动力，可以降低传统的螺旋桨的桨轴的轴向射流的能量损失，此外也不具有螺旋桨推进方式的其它几种能量损失。具体分析如下。

在此以匀速运动的船舶为例进行说明，跟据动量定理及能量定理，匀速运动的船舶，有如下运动特性：

M_船·V_船=M_水·V_水，E=1/2·M_船·V_船 ²+1/2·M_水·V_水 ²；

其中，M_船为船的质量，V_船为船的速度（即航速），M_水为尾流的质量，V_水为尾流的速度，E为在该船舶匀速运动过程中消耗的总能量。

要降低该消耗的总能量，在不影响航速的前提下，只有减少尾流的动能，但不降低尾流的动量。具体为增加尾流的质量，同时等比例地降低尾流的速度，这样尾流的动量没有降低，但由于动能是速度的平方，故尾流的动能会减少。

本发明是在船舶的船体1的水线以下的位置设置喷出单元3以向船体1的后方喷射气体，其推动的尾流的质量大大增加，因而可以达到所需的节能的目的。

此外，在图1至图3及图6所示的本发明的船舶气动推进系统的一实施形态中，进气单元2包括：从船体1向水线以上的方向突出并开口的进气通道21；以及设置于该进气通道21的开口22中用于导入气体的螺旋桨23。且该进气通道21延伸入船体1中与喷出单元3连通，以将由螺旋桨23导入的气体输送至喷出单元3，进而从喷出单元3将导入的气体向船体1的后方喷出至水中，以实现对船舶的推进。在该实施形态中，喷出单元3例如可以是使气体喷出的喷出口。

在本实施形态中，通过设置于进气通道21的开口22中的螺旋桨23的旋转将气体有效地经由进气通道21导入至船体1中，并且也可以通过该螺旋桨23的旋转有效地使导入的气体增压并增速，由此可以有利于进气单元2的运作。但是本发明并不限于此，也可以采用能导入气体并使导入的气体增压增速的其他任意结构的进气单元，例如采用包括空气压缩机等构件的进气单元等。

优选地，如图1所示，进气单元2可以设置于船体1的前部，而喷出单元3可以设置于船体1的水线以下的尾部。且该船舶气动推进系统还可以包括沿船体1的前后方向延伸地设置于船体1的底部并与进气单元2及喷出单元3连通的底部通道4。

在本实施形态中，将进气单元2设置于船体1的前部以及将喷出单元3设置于船体1的水线以下的尾部的配置可以充分利用进气单元2对外部气体的吸力，进而有利于将导入的气体向船体1的后方喷出至水中，从而可以更有效地实现船舶的推进。此外，该底部通道4的作用主要是限制气体尽可能多地纵向流经船的底部，因而可以使船舶的水阻力大大减少，并可以充分利用船身的伴流，此外还有利于保持船舶的航向稳定性。此外，由于船舶在水上行驶，不可避免会有摇摆的情况，喷出的气体在底部通道4中可能会逃逸，但不会影响推进力。

另外，本发明还可以包括设置于船体1上用于操纵船舶的航向的转向单元。在本发明的一实施形态中，如图1、图4及图5所示，该转向单元可以包括设置于船体1的水线以下的位置上的方向转换控制装置5。该方向转换控制装置5具备：与进气单元2连通且在垂直方向上延伸的壳体50；以及沿该壳体50的周壁设置的分别朝向不同方向选择性开闭的多个喷气口。

在本实施形态中，该壳体50为圆形管道，该多个喷气口通过沿圆形管道50的周壁的内表面滑动的挡板53进行选择性开闭。具体地，该壳体50包括与上述进气单元2的进气通道21连通的进气口51。在图4-图5所示的示例中，该多个喷气口包括沿该壳体50的周壁设置的朝向船体的前后左右四个方向的四个喷气口52a-52d，通过沿着壳体50的圆形的周壁的内表面滑动的三个挡板53可对四个喷气口52a-52d选择性开闭，从而通过改变喷气的方向来改变船舶行驶方向。

具体地，设置于向船体1的后方的方向上的喷气口52a打开而其它喷气口关闭时，通过向后方喷气而使船舶往前行驶；同理设置于向船体1的前方的方向上的喷气口52b打开而其它喷气口关闭时，通过向前方喷气而使船舶制动或往后行驶；设置于向船体1的左方的方向上的喷气口52d打开而其它喷气口关闭时，通过向左方喷气而使船舶往右转；且设置于向船体的右方的方向上的喷气口52c打开而其它关闭时，通过向右方喷气而使船舶往左转。借助于此，可以有效地实现船舶的转向。

在本实施形态中，采用沿圆形管道50的周壁的内表面滑动的挡板53选择性开闭各喷气口，其结构简单，易于操作。但本发明并不限于此，也可以采用其他任何合适的开闭机构以选择性开闭喷气口，从而利用水的反作用力，使船舶向气体喷出方向的反方向转向。

又，在本发明的另一实施形态中，如图7所示，转向单元可以包括设置于船体1的水线以下的尾部上的舵装置6。该设置于船体1的尾部上的舵装置6，通过船舶航行时作用于舵叶上的流体动力而控制船舶的航向，其通常由舵叶和舵杆组成，一般位于船尾时，由于船尾距船的转动中心较远，因此设置于尾部的舵装置6在改变船的航向上较省力、快捷。

此外，在本发明中，可以在船体1上设有至少一个进气单元2及与进气单元2数量相对应的底部通道4。如图8所示的实施形态中，示出了设置于船体1上的两个进气单元2，其各自包括进气通道21和螺旋桨23。另外，还设有与两个进气单元2分别相连通的两个底部通道4。由此，可以根据实际需要设置一个或多个进气单元及与该进气单元数量相对应的底部通道，从而可以调节船舶推进力的大小。

综上所述，本发明是通过向水中喷出具有一定的压力及高速度的气体，获得水的反作用力而推动船舶向前行驶或实现船舶的制动及或转向的操纵性。

产业应用性：

本发明的船舶气动推进系统可以作为船舶的主推进系统或辅助推进系统而设置于船舶中。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在本发明中。

Claims (8)

1.一种船舶气动推进系统，其特征在于，包括：

设置于船体上以将外部的气体增压并增速后导入至所述船体中的进气单元；以及

设置于所述船体的水线以下的位置以将导入的气体向所述船体的后方喷出至水中的喷出单元；

其中，当所述导入的气体的压力大于所述喷出单元处的水的压力时所述导入的气体通过所述喷出单元喷出。

2.根据权利要求1所述的船舶气动推进系统，其特征在于，所述进气单元包括：

从所述船体向水线以上的方向突出并开口的进气通道；以及

设置于所述进气通道的开口中用于导入气体的螺旋桨。

3.根据权利要求1或2所述的船舶气动推进系统，其特征在于，所述进气单元设置于所述船体的前部，所述喷出单元设置于所述船体的水线以下的尾部，且在所述船体的底部设有在所述船体的前后方向上延伸以与所述进气单元及所述喷出单元连通的底部通道。

4.根据权利要求1所述的船舶气动推进系统，其特征在于，还包括设置于所述船体上用于操纵船舶的航向的转向单元。

5.根据权利要求4所述的船舶气动推进系统，其特征在于，

所述转向单元包括设置于所述船体的水线以下的位置上的方向转换控制装置；

所述方向转换控制装置具备：

与所述进气单元连通且在垂直方向上延伸的壳体；以及

沿所述壳体的周壁设置的分别朝向不同方向选择性开闭的多个喷气口。

6.根据权利要求5所述的船舶气动推进系统，其特征在于，所述壳体为圆形管道，所述多个喷气口通过沿所述圆形管道的周壁的内表面滑动的挡板进行选择性开闭。

7.根据权利要求4所述的船舶气动推进系统，其特征在于，所述转向单元包括设置于所述船体的水线以下的尾部上的舵装置。

8.根据权利要求3所述的船舶气动推进系统，其特征在于，在所述船体上设有至少一个所述进气单元及与所述进气单元的数量相对应的所述底部通道。

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