CN1043025C - 船用半浸入式推进器 - Google Patents

Abstract

提供了一种推进器装置，包括一个螺旋桨轴，安装成其位置在船体停泊或移动时可相对于船体改变。螺旋桨叶安装在桨轴上，在进入水中时，桨叶把它们的推进侧与船的纵向中心面垂直。按照本发明，螺旋桨叶可相对纵向中心面和船的基准面或同时相对两者改变位置，因而提高速度、灵敏性、经济性及安全性。

Description

船用半浸入式推进器

本发明涉及船用半浸入式推进器，更具体地是涉及可相对船体运动地安装的推进器。

现有技术已知有一种半浸入式推进器(SU.A.No.535186)，包括带有螺旋凸缘的侧装螺旋叶片，装在水平面中与船的纵向轴线夹约45°角的轴上。

但是这种推进器不能对船提供高的推进速度，效率及机动性。

现有技术还已知一种半浸入式推进器，(UA.A.1831)，包括一螺旋桨轴，设成与船的纵向中心面成一角度，还有螺旋桨叶装在螺旋桨轴上。

为了增加牵引力，该现有技术的推进器包括至少两个螺旋浆，螺旋桨轴与船的纵向中心面夹一个角度α(45°＜α＜70°)，螺旋桨叶的结构使得当在轴上转动时，它们的驱动面在浸入水中时，与船的纵向中心面垂直，也就是各叶片的驱动面传给水一个轴向速度，并受到一个反向推力。

但是，这种推进器的经济指标低，推进特点也局限。

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种半浸入式推进器，通过改变推进器与船体的机械连接而提高性能。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种半浸入式推进器，包括一个螺旋桨轴，设置成与船的纵向中心面成一角度关系，还有装

在螺旋桨轴上的半浸入式螺旋桨叶，其结构设置成使得浸入水中时，桨叶的驱动面设置成与船的纵向中心面垂直，按照本发明，所述的螺旋桨叶装在螺旋桨轴上可以相对船的纵向中心面和/或基准面改变位置。

螺旋桨叶和桨轴这种连接使推进器的推进性能提高，也就是提高了推进速度，灵活性及出事故时的安全性及经济性。

在本发明的推进器中，螺旋桨叶所取位置实际上不受限制，因为成角度设置的螺旋桨轴可取各种位置，桨叶也可同时相对于船的纵向中心面及船的基准面改变其位置。

螺旋桨叶可装在螺旋桨轴上作相对于与螺旋桨轴的垂直面作±30°角范围内的倾斜，它们也可绕自身的轴线旋转，而此轴线可以相对于其在起始位置上的垂直于螺旋桨叶轴线的平面设在±30°角的范围内。

有时，实际上可以通过使螺旋桨轴相对于船的纵向中心面作9°-90°角的改进来改变螺旋桨叶的位置。

可以通过把螺旋桨叶装在螺旋桨轴上而使轴作相对于基准平面作0°-30°角的运动来改变螺旋桨叶在空间内的位置。

在本发明的一个实施例中可以有利地将螺旋桨叶装在螺旋桨轴上而使此轴绕垂直于船的基准面的轴线运动。

按照本发明，桨轴角度可调，并且螺旋桨叶可相对船的纵向中心面或船的基准面改变位置，使螺旋桨叶可设在使它们最有效地工作的任意位置，可以不改变桨轴的转动速度和方向使船完成各种运行的动作，甚至在紧急情况下也是如此。

与现有技术的推进器相比，本发明对船或其它运载工具，例如自推进的航空站，离岸平台等都能提供更高的经济性、速度、安全性和机动性。这些性能对于那些船头和/或船尾的螺旋桨轴可与船的纵向中心面定位成0°至90°角的空气升力船来说最能显现出来。

下面是附图的说明。

图1是示出四叶片单位置半浸入或螺旋推进器的侧视图；

图2是图的半浸入式螺旋桨推进器的前视图；

图3是示出四叶片双位置半浸入式螺旋桨推进器的侧视图；

图4是示出四叶片双位置半浸入式螺旋桨推进器的前视图；

图5是示出双叶片多位置带型半浸入式螺旋桨推进器的侧视图；

图6是一个两叶片多位置带型螺旋桨推进器的顶视图；

图7是在四个角上设置四叶片带型螺旋桨推进器的自推进式海上平台的底视图；

图8是图7平台的侧视图；

图9是设有叶片可转动及倾斜的四个双叶片单位置螺旋桨推进器的排水型船的船头及船尾的侧视图；

图10是图9的排水型船的底视图；

图是将两个月牙形两叶片单位置螺旋桨推进器布置在水翼艇船尾上时的底视图；

图12是图11水翼艇的后视图；

图13是左边及右边分别示出四发动机及双发动机的垂直起落换向式飞机的前视图，示有两种尺寸不同的四叶片单位置螺旋桨推进器；

图14是图13所示的垂直起落换向式飞机的底视图，示出了螺旋桨推进器的各种布置；

图15是浸在水中的属已知技术的明轮桨叶的水平截面在水平面上的投影；

图16是普通螺旋桨上两个相互成角度的叶片的示意图；

图17是对本发明的推进器叶片在水中以与船的垂直断面成0-90°的角度作平行于其本身的移动所作举例性示意图；

图18是以百分比表示本发明螺旋桨推进器的牵引力与叶片相对于船的垂直断面所作运动的方向之间关系的曲线图；

图19是对本发明螺旋桨推进器叶片在船的各种运动中在水中的可能位置所作举例性示意图；

图20是在使船尾和/或船头向左侧位移时叶片转动情况的举例性示意图。

下面详细说明本发明。

设计用来由水或空气动力的作用所支承的装于船上的本发明的单位置四叶片螺旋桨推进器具有(见图1)转动的螺旋桨叶，桨叶装在流线型桨毂2上，桨轴及减速齿轮装置以及叶片转动装置设置在壳体3中。壳体3和在其上部与其接合的空心伸缩式支座4沿线5作可转动的连接，使壳体3可在两个方向上作0-90°范围的转动。伸缩式支座4设在外壳6中，该外壳6的上部通过凸耳8与船身7作可绕枢轴转动的连接，而外壳6的中部与机构9作可绕枢轴转动的连接以便使外壳6倾转。各种船可装结构及形状不同的螺旋桨叶。

桨叶有时可以是有翼型的叶片如叶片10(图2)，有时可以是普通螺旋桨的叶片，如叶片(见图2虚线所示)。

在大容量气垫船上，可使用双位置或四位置推进器，(图3,4)具有在桨轴上在一定的几个间距上设置的两套或多套螺旋桨叶12。用任意的机构，例如伸缩式支座13，螺旋桨叶12可浸入水中任意深度并可沿直线14作转动调节。

一个多位置的双叶片或多叶片的推进器(图5及图6)可以有螺旋带15的形状，好象几个叶片肩并肩连接着，并与桨轴16相隔一定距离地固定在杆17上。

多位置的推进器(图7,8)可设在离岸平台18上。

它们可用于全天候的自推进的航空站，趸船机构，高功率拖船，浮动电厂等。

图9和10示出排水型船21的船头19及船尾20，该船装有四个单位置双叶片螺旋桨2，它有可通过通常用于转动及叶片的机构23来转动倾转及倾转叶片22。

这种螺旋桨装置可用于大型油船、拖网渔船等。

在船身宽度小的船上(例如水翼艇)，可以使用两个同轴及同时及相对转动的螺旋桨(见图11的底视图和图12的后视图)，它们具有月牙形叶片24，使叶片24旋转和倾斜的机构25，升降螺旋桨的机构26，它们用来当船被水翼27升离水面时提供叶片24在水中的最佳位置。在螺旋桨上方设有一安全挡板28。

本发明的螺旋桨可以是翼型的(见图13的前视图及图14的底视图)。

这种螺旋桨可用于垂直起落换向式飞机，如双发动机结构29，四发动机结构30和多发动机结构，各有普通的机翼31和可收缩的机翼32。

在这种螺旋桨中，桨叶33装在桨轴的转动的桨毂34内，该毂34可被一个机构35调整用来升降该毂到适合的位置以使垂直起落换向式飞机起动、滑行、在气垫支承下运动或起飞。

在水中运动的桨叶所施加的牵引力取决于桨叶运动方向与船的垂直断面夹的角度。

如果观察单个桨叶41(图15)在沿虚线42方向运动并推压水的情况，则水沿箭头43的方向退却，此箭头的长度就体现出水退却的力度及此力的方向。

当螺旋桨在其轴上转动时，在水中从公共点46向不同方向分开的两个桨叶44,45(图16)所产生的作用效果可用箭头47、48来表示，这两箭头体现着水退却的方向和力度(最终它们成为螺旋桨的总牵引力)，而箭头49,50示出与水的退却同时产生的使水侧向涡旋和散开的方向及力，总起来箭头49,50代表的力构成由水的涡旋和散开造成的损失，这些对传统的螺旋桨来说是显著的,但是对本发明的螺旋桨来说实际上不存在。

当本发明的螺旋桨叶在水中的运动方向与船的断面夹角在0°到90°角的范围内变化时牵引力的大小取决于这些角度的大小如下(图17)。当桨叶从位置51变化到位置52上(在船的断面上)时并没有牵引力，只是在叶片在角度位置上从位置51改变到位置53至58时牵引力才出现。在本发明的一个实施例中，在使推进器叶片转移到15,30,45,60,75和90°的角度位置上时牵引力分别是系泊状态下最大拉力的37,68,91,99,81和55％。

上述数据取自对系泊状态下拉力百分比与桨叶相对于船的垂直断面移动的方向之间的关系所作试验曲线图(图18)。

本发明螺旋桨的特点是它适合于当桨叶绕其轴转动时用作一个“主动舵”。

在桨叶不同的位置下，推进力及使船尾和/或船头转向的侧向分量就会改变(图19)。但是这仅仅是在船头的右侧螺旋桨和船尾左侧螺旋桨的叶片在纸面上作逆时针方向的转动，并使其从左上象限到右下象限沿着虚线的方向从位置Ⅰ到Ⅴ移动的情况下才会发生。

在这样移动在纸面上作反时针转动0至90度角的桨叶时(如图所示)，船尾和/或船头将从右边位移到左边。

当桨叶在纸面上作顺时针转动时(如图20所示)，推进力先减小(位置Ⅱ)然后就消失(位置Ⅲ)，而在桨叶的某些位置上(位置Ⅳ)甚至出现制动作用及相反的侧向分量。

在操作中，螺旋桨轴按要求定位在与纵向中心面夹一角度，例如45°，而桨叶高度的三分之二浸在水中，并在转动之前定位在位置51上(图17)。

当螺旋桨轴开始朝位置55转动时，在其上产生了一个推进力，因为水是沿着实线箭头方向退却的。在运动时，桨叶受到水的反推力，同时沿着压力前沿滑动。

在螺旋桨轴上转动时，桨叶仅仅当浸在水中时作上述运动，但是在进入及离开水时它是斜的，因此实际上在任何情形下，在第一个放下叶片阶段，叶片部分地把水往下压送，而在第二阶段使它升起。但是由于始终是有后一个叶片在水中运动因此不会有提升水的现象。另外，叶片以好象是滑出的方式上升出水。

当螺旋桨转动时，螺旋桨轴置于与水平面夹一个角度，例如+30°或-30°(图1)，就会产生向上力或向下力，而在将桨叶转向船的垂直断面的这一侧或另一侧而使叶片到达位置Ⅰ到Ⅴ(图19)时，就会产生推进力，它使船(船头或船尾)往某一方向转弯。

装在螺旋桨轴上的桨叶数目越多(图3,4)或带形螺旋桨越长(图5,6)，在其它参数不变的情况下推进力也越大。

本发明的螺旋桨在垂直起落换向式飞机上以类似的方式工作(图13,14)。

在气垫支承下滑行加速和运行时，螺旋桨设置成与垂直起落换向式飞机的对称面成一角度，从前后位置看，叶片描画出如图中虚线所示的椭圆形(图13)。

在双发动机换向式飞机起飞前进行加速后，其螺旋桨轴更靠拢纵向中心面，而桨叶越来越趋近于垂直断面。当螺旋桨轴置于与对称面平行并突然增加发动机转速时(为在螺旋桨的螺旋距减小的过程中降低加速的倾向)，双发动机垂直起落换向式飞机就起飞。

对四发动机垂直起落换向式飞机也可以采用这样一种起飞方案，即两个内螺旋桨还在水中工作时(图13)，而另外两个外螺旋桨则已经在水外工作以受到空气的反作用力。

带型螺旋桨以类似于上述桨叶的方式工作。带型螺旋桨的不同点仅在于在桨叶之间没有间隙，并且当螺旋桨轴按虚线所示转动时(图5)，水沿实线所示的方向加速，因而导致船沿着相反方向的运动。

用在海上平台上的带型螺旋桨(图7，图8)允许它们进行任何运动(向前，向后或向各侧运动以及作旋转运动)。

本发明的螺旋桨可用在离岸平台、浮动电站以及排水型高速(200-400Km/h)的航海或内河船只上。它们也可用于艇外推进机和气垫运输工具和垂直起落换向式飞机上。

Claims (6)

1．一种半浸入式推进器，包括具有一个螺旋桨轴，设置成与船的纵向中心面成一个角度关系，还有装在螺旋桨轴上的半浸入式螺旋桨叶，其结构设置成使得浸入水中时，推进器的驱动面设置成与船的纵向中心面垂直，其特征在于所述的螺旋桨叶装在螺旋桨轴上可以相对船的纵向中心面和/或船的基准面改变位置。

2．按照权利要求1的推进器，其特征在于所述的螺旋桨叶装在螺旋桨轴上可相对于螺旋桨轴的垂直面作±30°角范围内的倾斜。

3．按照权利要求1的推进器，其特征在于所述的螺旋桨叶装在螺旋桨轴上可绕轴线转动，轴线位于与螺旋桨轴的垂直面成±30°角的范围内。

4．按照权利要求的推进器，其特征在于所述的螺旋桨叶装在螺旋桨轴上，此轴可相对于船的纵向中心面作0°-90°角的移动。

5．按照权利要求的推进器，其特征在于所述的螺旋桨叶装在螺旋桨轴上，此轴可相对于船的基准面作0°-30°的移动。

6．按照权利要求的推进器，其特征在于所述的螺旋桨叶装在螺旋桨轴上，此轴可绕与船的基准面垂直的轴线移动。

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