CN104812662B - 船 - Google Patents

Abstract

船包括船体(10)以及适合地联接到船内驱动装置(8)的推进装置(3)，其特征在于，所述船体(10)设置有至少一个中空部(2)，该至少一个中空部(2)被适合地成形以至少部分地容纳所述推进装置(3)，所述中空部(2)设置有至少一个管(21)和至少一个大气压空气入口(220)，使得推进装置，即，水面螺旋桨(3)能够相对于这样产生的人造水面连续工作在最佳状态下。

Description

船

技术领域

本发明涉及船，具体涉及装备有发动机推进装置的船。

背景技术

目前，采用几种方法来减少船前进的阻力，诸如研究船体的空气动力学轮廓，以减小其对水的摩擦，或确定推进装置的流体动力学行为以尽量使得推进装置在水中的行为尽可能有效。

还研究了不同的船内传动/推进系统，这些系统采用旨在利用由流体(在这种情况下为水)的加速度所提供的推力以移动船的各种推进装置(诸如推进螺旋桨、叶轮或桨轮)。

通常使用的船内传动/推进系统包括：具有传统浸没式轴的系统、具有传统船内/船外船尾组件的系统、具有喷水组件的系统、水面推进系统、具有船内/船外IPS(船内性能系统)组件的系统以及具有船内/船外POD(推进驱动优化)组件的系统。

配有传统浸没式轴的推进系统是最普遍、最可靠的，但是该推进系统需要精确的对准，并且需要使用若干构件。

在一些情况下，因为发动机相对于船体被设置得过于靠前，传统的发动机-轴的联接会导致重量分布的问题，这对为高速而设计的船来说尤其如此。

即使在深水中，用于浸没的附属物的摩擦，所以前进阻力大，其中浸没的附属物阻力随速度的平方增大，从而减小了俯仰角并且因此增大了湿表面。

轴及其支承件被设置在推进螺旋桨的前面，与经过螺旋桨的上部的水流相互作用，并且在高速时产生气泡和气蚀，而气泡和气穴会导致振动并降低推进螺旋桨的效率。

具有传统的船内/船外组件(诸如Z驱动系统、一种船舶推进系统，具体为方位推进系统)被安装在艉板处，并且与船内的发动机相联接。

推进螺旋桨被完全浸没，并且通过两对锥形齿轮以90度的角度传递运动，从而允许推进螺旋桨在不相对于自由水流倾斜的情况下运行，所述两对锥形齿轮还使得能够使用支承附件，该支承附件被良好地成锥形并且与螺旋桨的毂相连接；这一方面在传动方向改变时导致功率损耗，另一方面，导致与常规系统相比的、良好的推力产量。

然而，存在与附件的摩擦相关的问题以及与传动装置的机械零件暴露与含盐的污染物相关的问题，这些问题增大了附件和传动装置的机械零件的腐蚀和磨损。

具有喷水组件的推进系统利用容纳于在船体中形成的中空部内的泵。

推力由叶轮产生，该叶轮从管吸水，然后加速并将水排出。

该解决方案的问题涉及水的路径，水多次经过吸入-排放循环，从而增加了损耗，并且由叶轮吸收的水产生挤压力，该挤压力进一步阻碍了船的前进。

在水面推进系统，推进螺旋桨在水面上运行，并且当在最大推动状态下推进螺旋桨盘的直径的一半被浸没时实现了最佳工作状态。

该系统并不显示推进螺旋桨盘的浸没的一半前的湍流以及推进螺旋桨的节距角的周期性变化，因为推进螺旋桨盘的一半前在水之外运行；这导致最佳的工作效率。

这些问题包括在反向运行中的贫弱的转向能力。

另外，该系统在应用于长度小于11米、速度低于40节的船时不太适合，并且效率低，因为所述船倾向于在这些状态下纵摇，从而导致推进螺旋桨的气穴。

具有船内/船外IPS组件(Volvo Penta)的特征在于推动推进螺旋桨绕相同轴线反向旋转以及船内发动机。传动通过两对成90度角的圆锥齿轮进行，该传动允许将传动的方向旋转约180度。该系统允许推进螺旋桨在最佳状态下运行而没有湍流，从而实现降低振动、最大推力以及良好管理。

然而，这些推进螺旋桨的问题在于在螺旋桨的流后的区域中的摩擦以及在船的静止附属物处摩擦，它们呈锥形，但依然笨重，因为它们必须容纳从动齿轮。另外，该系统还易于受到浸没或部分浸没物体的潜在冲击，浸没或部分浸没物体会卡在螺旋桨之间或在螺旋桨与船体的龙骨之间，从而对传动装置和船体本身造成严重损坏。

具有船内/船外POD组件(ZF)的推进系统包括被安装到吊杆并与船内发动机相联接的传动系统。通过即使在冲击的情况下也会阻止水流入舱底的增强膜来获得水密密封。传动由两对成90度角的锥形齿轮来执行，这两对锥形齿轮耗散功率但通过用完全浸没的反向旋转推动螺旋桨使推力朝向船尾对齐允许推进螺旋桨在不相对于水流倾斜的情况下运行。问题是附件的摩擦保护螺旋桨免受潜在的冲击。

这些类型的推进系统的目的在于减少推进螺旋桨的区域中的摩擦和气穴，或在于在喷水系统的情况下，提高船的效率和功率产额，增强其在不同的海和海底条件下的转向能力，并且降低其机械部件的磨损和腐蚀，其中，在喷水系统中，推进螺旋桨被泵替代。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种船，该船的特征在于船体，该船体能够降低船的前进阻力、消耗、振动和摩擦损失。

另一目的是提供能够与推进装置有效地合作以降低船在推进区域处的摩擦损失的船体。

因此，本发明的目的是提供一种船，其包括船体以及适当地联接到船内驱动装置的推进装置，其特征在于，所述船体设置有至少一个中空部，所述中空部还被适当地成形以至少部分地容纳所述推进装置，所述中空部设置有至少一个大气压空气入口，所述空气入口优选与容纳驱动装置的船体的舱室连通。

当船以巡航速度行驶时，进气口允许利用所谓的文丘里效应(Venturi effect)来对由在船下流动的水造成的、中空部的空气抽吸的效应进行补偿，从而允许以基本上恒定的压力将推进装置保持在合适的“气垫”中。

有利地，所述中空部能够设置为与加压的气态流体(优选来自发动机排气部)连通，以在没有文丘里效应的情况下使容纳推进装置的中空部保持充分无水，并因此在没有由大气压空气管带来的效果的情况下使容纳推进装置的中空部保持充分无水。然而，在这些工作条件下，需要装置来阻止气体通过大气压空气管倒流，并且该方法允许在转向条件下容易地控制船。

附图说明

本发明的以上特征和其他特征以及从这些特征衍生的优点将在以下参照附图通过非限制性的示例对本发明的优选实施方式的详细描述变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的船的侧视图，其中推进装置处于推配置中；

图2是根据本发明的船的侧视图，其中推进装置处于拉配置中；

图3是图1所示的船的船尾的纵向剖视详图；

图4是图1所示的结构的侧视图，具有用于从动轴的第二支撑件；

图5是根据本发明的船的船尾从后面观察的剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的、推进装置在推配置中的船的侧视图；

船1包括船体10、转向装置7、至少一个发动机装置8、从动轴4、推进装置3、燃料箱9以及支承装置40。

所述船体10的特征在于位于船体10的后部的容纳中空部2，所述容纳中空部2能够容纳推进装置3。

该容纳中空部2适当地成形以容纳所述推进装置3，因此，其形状和几何结构不标准，因为所述形状和几何结构会与应用的类型、推进装置3的存储、所采用的动力、船体10的种类和截面相关并成比例；在优选实施方式中，容纳中空部2应容纳水面推进装置3的体积的至少百分之五十。

参照图1，所述容纳中空部2有利地既具有比推进装置3的最大尺寸值大至少百分之三十的高度，还具有相对于正交于理论水线6的纵向竖直平面比推进装置3的最大尺寸值大至少百分之三十的最大宽度。

另外，所述容纳中空部2以其总高度的至少百分之二十在理论水线6之上延伸，并且容纳中空部2的顶部由门20水密地闭合。

所述水密门20允许对容纳中空部2进行检查，并且允许从推进装置3清除在中空部中有水时所沉积的污垢、藻类或异物。

从附图中能够推断不同组件的设置：发动机装置8设置在船体10的中央部分，并且其可操作地连接到从动轴4，推进装置3跟随从动轴4，燃料箱9则设置在所述船体10的后部或船尾。

图中示出了推进装置3设置在推配置中，并且位于容纳中空部2内。

从动轴4以悬臂方式安装，并且不需要任何附加支承件，从而便于推进装置3的维护和清洁。

如图3中所示最佳，所述容纳中空部2具有至少一个管21，该至少一个管21设有用于在大气压力下供给空气的空气入口220，所述管21还有利地设有止逆装置(诸如止回阀211、拦截阀221和偏转器210)，以防止水和气体流回船体。

实际上，当船前进时在中空部2内产生的文丘里效应被利用，以从所述容纳中空部2自动地去除水，以使水位与沿龙骨的底部经过的流体流线齐平，从而允许推进装置3工作在最佳条件下，因为由流出水在中空部2内形成的低压由流经管21的空气抵消。

实际上，所述推进装置3的一半在半气穴条件下在未扰动的水中运行，以确定强横向载荷的推力功，而所述推进装置3的另一半在空气中运行，以在船体10下分配从吸入管21吸入的大气压空气。

当船以巡航速度行驶时，连接到管21的大气压力进气部允许利用文丘里效应，以对由在船体下流动的水引起的、中空部的空气抽吸的效应进行补偿，从而允许推进装置3在基本上恒定的压力下保持在合适的“气垫”中。

另外，可从附图中推断的是，将理论水线6作为参照物，舵7的下端浸没在与螺旋桨和构造线相同的深度。

实际上，考虑到由虚线5所代表的、推进装置3的下端的浸没深度，会注意到舵7的下端位于相同的浸没深度。

在优选实施方式中，所述推进装置3包括具有三个叶片的水面螺旋桨，该三个叶片根据应用以从0度到12度的范围内的倾角(倾角为叶片的斜度，定义为由通过叶片的横截面的直线相对于与螺旋桨的轴线垂直的平面形成的角度)倾斜，以优化推力并使推力与船体10的流体流线对齐。

水面螺旋桨在静态设置(set-up)条件下通常被完全淹没，而水面螺旋桨在滑动设置条件下最佳地运行。

从一个设置到另一设置的过渡是很困难的，所以通常用压缩空气辅助螺旋桨盘的上部，以在从静态设置至滑动设置的过渡期间创造最佳滑动条件。

抑制螺旋桨盘上部的水的阻力以及防止发动机装置过载的其他方法包括：使排气在隧道式舵(索尼利维驱动单元系统(Sonny Levi Drive Unit system))之上流动；或使用侧部开放式管将排气输送至船尾区域，所述侧部开放式管设有铰链襟部，从而允许使流体流线与螺旋桨毂对齐(英国专利申请GB2381514A)；或采用可变设置、可变方向水面传动装置，该水面传动装置与液压活塞协作以根据船体的速度和设置来改变螺旋桨的可操作高度。然而，根据本发明的、以容纳中空部2为特征的船体不需要上述方法，因为，如上所述，以容纳中空部2为特征的船体利用文丘里效应来缩短使所述船体进入滑动设置条件的时间。

图2是根据本发明的船的侧视图，其中推进装置处于拉配置中；

图2中示出了这些部件的设置与如图1所示的推配置中的部件设置不同。

实际上，燃料箱9位于船体10的中央部分，而发动机8则设置在所述船体10的后部或船尾。

该配置适用于出现空间或重量分布问题的情况或适用于需要高速的应用。

实际上，文丘里效应的使用自动从所述容纳中空部去除水，以使水位与沿龙骨的底部经过的流体流线齐平，从而为推进装置3实现最佳条件。

实际上，所述推进装置3的一半在半气穴化条件下在未扰动的水中运行，以便确定强横向载荷的推力功，而所述推进装置3的另一半在空气中运行，以在船体10下将从管21吸入的大气压空气分配为减低其阻力的薄膜。

图3是图1所示的船的船尾的详图。

图3示出了包括管21的容纳螺旋桨的中空部2，其中，管21通过进气口220吸入大气压空气，以将空气带入和带出发动机室的船体舱10。

根据本发明的船体10的特征在于，所述容纳中空部根据其中所要容纳的推进装置的几何结构和特征进行适当地成形，使得所述推进装置的活动推盘部分从船体突出。

从图3中可以推断出的是，所述容纳中空部2在理论水线6之上延伸至少容纳推进装置所需的体积，并允许打开上部进行检查，同时防止水流入。实际上，容纳中空部2的顶部设有水密门20，水密门20允许对容纳中空部2进行检查，并且允许从推进装置3清洗在中空部中有水时沉积的污垢、藻类或异物。

位于连接到中空部的部分中的所述进气管21，在空气流速截面没有减小的情况下，由导向装置210保护，导向装置210将从中空部吸入的空气流降低到相对于螺旋桨的毂合适的高度，并且通过止回装置211和截止阀221防止排气在转向静止状态下回流到发动机室中，管21还连接到大气压空气入口220。

另外，所述中空部2通过管82与发动机排气部80连通。

当船在与流体相比缓慢地行进时，大气压力空气入口220允许利用文丘里效应，以对由在船体下流动的水造成的中空部的吸气效应进行补偿，从而允许以基本上恒定的压力将推进装置保持在合适的“气垫”中。

如前所述以及在本文中更好地所述，所述容纳中空部2具有与大气压空气入口220和发动机排气部80二者连通的至少一个管21。

所述发动机排气部80设有拦截装置800以及将发动机排气部80连接到中空部2的至少一个管82，所述管82设有合适的拦截装置820。

所述管82允许根据运行需要将排气提供至中空部2，特别是在转向操作期间。

另外，流入中空部2的排气允许在静止状态下或在没有动态现象的情况下改善船体的转向能力，因为流入中空部2的排气允许对所述中空部2的填充进行控制和限制。实际上，气体的供应能够通过拦截装置820、800、221进行手动或自动管理，其中，拦截装置820、800、221根据发动机的运行机制来激活。

所述管21有利地设有大气压空气入口220、拦截装置221和偏转装置210或适于防止从排放部82进入吸入管21才排气在静止状态下倒流到吸入管21中的其他区装置。

拦截装置820被驱动以使发动机排气部80在船处于静止状态下或优选地没有发动机空转或反转的动态现象的情况下与管82和中空部2相连通，使得流入中空部2的排气能够限制水对中空部的填充，并且清洁螺旋桨盘的上半部。在这种条件下，管21通过闭合装置221闭合，以防止气体回流到船体舱10中。实际上，利用当船前进时在中空部2内产生的文丘里效应以使水位与经过龙骨的底部的流体流线齐平，从而允许推进装置3工作在最佳条件下，因为由流出水在中空部2内形成的低压由流经管21的空气或由通过管82可控制地供应的排气抵消。

图3中所示的实施方式仅包括一个用于从动轴4的支承件40，支承件40以悬臂方式安装以便于组件的维修。

图4是图1中所示结构的侧视图，该结构具有用于从动轴的第二支承件41。

实际上，图中示出了发动机装置8、用于从动轴4的第一支承件40、推进装置3以及用于所述从动轴4的第二支承件41，其中，发动机装置8通过从动轴4可操作地连接到推进装置3。

用于从动轴4的所述支承件41位于推进装置3后面，并且附接至船1的船体10。

该方法比图3中所述的方法更复杂，但该方法允许抵抗在用于水面应用的推力状态下发生的侧向荷载，同时减少传动装置的振动，从而减少了传动装置的磨损。

当推进装置3在如图2所示的推配置中时，用于从动轴4的第二支承件也能够适用，从而带来相同的优点。

图5是根据本发明的船的船尾从后面观察的剖视图。

可从图5中推断出的是，每个推进装置3都容纳在相应的容纳中空部2中，容纳中空部2适当地成形，以容纳所述推进装置3并使所述推进装置3的性能最大化。

参照图5，所述容纳中空部2有利地相对于与理论水线6正交的横向垂直平面具有最大宽度，该最大宽度比推进装置3的最大值至少大百分之十五。

依然参照该附图，可从图中推断出的是，舵7被设置为与从推进装置3延伸的流体流线平行和相切。

有利地，转向装置包括两个舵7，但可以想到，可使用一个舵7，所述一个舵被浸没在水线以下，并相对于两个推进装置3对称地位于中心；这种设备选择无法利用浅吃水的优势。

另外，可从图5中推断出的是，舵7的下端浸没在与螺旋桨相同的深度处。

实际上，考虑到由虚线5所表示的推进装置3的下端的浸没深度，可以注意到舵7的下端位于相同的浸没深度处，从而导致在与浅海床或部分浸没的漂浮物的碰撞的情况下的显著优势。

图5示出了用于补偿由两个推进装置3产生的侧向推力分量的两个发动机；实际上，推进装置3在相对的方向上转动，从而相互抑制由它们产生的侧向推力。

另外，与其他方法和应用相比，图中所示的双发动机版本的推进装置3的浸没深度被极度降低，即，超过船体10的底部几厘米；这在与浅海床或部分浸没的漂浮物的碰撞的情况下是很有利的。根据本发明的船体10的特征在于容纳中空部2，船体10允许在水面推进系统中甚至是在长度小于11米的船上使用包括螺旋桨的推进装置，由于像海豚一样的设置而不会发生螺旋桨的气穴问题。

实际上，容纳中空部2与推进装置3协作以阻止纵摇引起气穴使得系统还适用于在术语中被限定为“短”的船，即，长度小于10米的船。

另外，如上所述，根据本发明的船体非常灵活，适合于各种应用，即发动机位于船的中心且中空部2基本上位于龙骨的中间处，或发动机位于船尾且中空部在推配置时设置在艉板附近，或发动机位于船尾且中空部基本上位于龙骨的中间处，从而避免使用更繁琐且更昂贵的V型驱动方法，并允许对现有和使用中的滑动龙骨再次变换。

Claims (11)

1.一种船，其包括船体(10)以及适合地联接到船内驱动装置的推进装置，其中，所述船体(10)设置有至少一个中空部(2)，所述至少一个中空部(2)还适合地成形以至少部分地容纳所述推进装置，并设置有至少一个大气压空气入口(220)，其特征在于，利用当所述船前进时在所述中空部(2)内产生的文丘里效应来从所述中空部(2)自动地去除水，从而使水位与沿龙骨的底部经过的流体流线齐平，因为由流出的水在所述中空部(2)内形成的低压由流过进气管(21)的空气而平衡或由通过管(82)在回路中可控制地供给的排气而平衡。

2.根据权利要求1所述的船，其中，所述推进装置包括水面螺旋桨，所述水面螺旋桨的运行设置不论是在横摇还是纵摇的情况下都始终保持恒定，从而保持所述水面螺旋桨的恒定性能。

3.根据权利要求1所述的船，其中，所述进气管(21)在其整个延伸上都完全没有流速限制，并且所述进气管(21)与容纳所述驱动装置的船体(10)相连通。

4.根据权利要求2所述的船，其中，所述驱动装置至少包括内燃机装置(8)。

5.根据权利要求4所述的船，其中所述内燃机装置(8)包括发动机排气部(80)和至少一个管(82)，所述发动机排气部(80)设有拦截装置(800)，所述至少一个管(82)将所述发动机排气部(80)连接至所述中空部(2)，所述至少一个管(82)设有适合的拦截装置(820)。

6.根据权利要求1所述的船，其中，所述中空部(2)通过适合的进气管(21)与所述大气压空气入口相连通，所述进气管(21)设有止回装置(211)、拦截装置(221)和偏转装置(210)或适于在静止状态下阻止从发动机排气部(80)进入所述中空部(2)的排气流回所述进气管(21)的其他装置。

7.根据权利要求1所述的船，其中，所述中空部(2)能够容纳所述推进装置以至少容纳所述推进装置的毂。

8.根据权利要求1所述的船，其中，所述中空部(2)相对于与理论水线(6)正交的横向垂直平面具有最大宽度，所述最大宽度对应于所述推进装置的最大尺寸值加至少百分之十五。

9.根据权利要求2所述的船，其中，轴(4)容纳在所述中空部(2)内，并且由跨立于所述水面螺旋桨的两个支承件(40、41)支承。

10.根据权利要求4所述的船，其中，所述内燃机装置设置在所述船的中心处，并且所述中空部(2)位于所述龙骨的中间处。

11.根据权利要求4所述的船，其中，当所述船体(10)处于推配置中时，所述内燃机装置设置在船尾处，并且所述中空部(2)设置在艉板附近。