CN106956763A - 舰船压缩空气推进技术及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是舰船压缩空气推进技术及装置，主要由舰船发动机、压缩空气箱、压缩空气配送阀、配送管和喷射管等部件通过压缩空气管路连接组成，可分为动力输出、配送及消耗三个系统。利用舰船发动机带动空气压缩机产生压缩空气推动舰船前进，替代了传统的螺旋桨或喷水推进方式；利用舰船尾部对称布置压缩空气喷射管，调控喷气量和压力可实现舰船转向，取代了传统的舵机，如果采用矢量喷管转向效果更为明显，简化了装置并减少了舰船附体阻力；舰船采用舰船压缩空气推进技术及装置，系统能效明显高于传统的螺旋桨或喷水推进，还有独特的优势是航速可以达到传统螺旋桨或喷水推进难以企及的60节以上高航速，甚至有望达到100节或以上。

Description

舰船压缩空气推进技术及装置
技术领域
本发明属于舰船新型动力装置推进技术领域，尤其是涉及一种能综合利用压缩空气能量实现舰船高速高效率推进的新技术和装置。
背景技术
舰船多数是采用螺旋桨推进的，其速度基本不超过30节；只有少数舰船采用喷水推进，其速度很难超过60节，60节以上成为很难逾越的技术瓶颈；另一个主要问题是螺旋桨推进效率很难达到50%，喷水推进效率稍高，但是也很难超过70%。为了实现高速和高效率推进，舰船采用压缩空气推进是个较为理想的技术方案，在当今注重节能环保的背景下，具有广阔的应用前景。
飞机早已采用喷气推进技术数十年，但是舰船喷气推进还是首次提出来的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能综合压缩空气能量实现舰船高速高效率推进的新技术（舰船压缩空气推进技术及装置），综合利用压缩空气膨胀释放能量，实现舰船高速高效率推进的技术优势，克服了传统螺旋桨难于用于高速船（高于30节）以及喷水推进难于应用于超高速（高于60节）的弊端，推进能效也比前述两种舰船推进器要高些，在当今大力倡导节能环保的时代具有重要意义和广阔的应用前景，值得深入研究，大力推广。
为了完成上述发明目的，本发明的总体技术方案是：舰船压缩空气推进技术及装置，主要舰船发动机、压缩空气箱、压缩空气配送阀、配送管和喷射管等部件通过压缩空气管路连接组成；所述的舰船压缩空气推进装置主要由舰船发动机连接并带动空气压缩机（也可以与发电机组及空气压缩机三者做成一体化）组成动力输出系统；由压缩空气配送阀和压缩空气配送管路连接组成动力配送系统；由压缩空气管路和压缩空气喷射管连接组成动力消耗系统。
所述的动力输出系统主要由舰船发动机和空气压缩机组成；根据各种不同需求，它们之间可以有多种连接方式：（1）舰船发动机、发电机和空气压缩机一体化制造，成为一个整体；（2）舰船发动机和空气压缩机之间通过变速箱连接；（3）舰船发动机和空气压缩机之间通过变速箱及离合器连接；（4）根据需要，可以还有其它连接型式，不仅极限上述三种型式。
由压缩空气配送阀和压缩空气配送管路连接组成动力配送系统, 所述的配送系统配送阀和配送管路中可以配有温度和压力传感器以及远传操控装置，压缩空气控制阀门和切换阀门可以通过远传控制机构与轮机控制室或驾驶台控制中心实现远程控制，对推进动力配送系统中的压缩空气即时分配实现远程操控，从而控制舰船航行，实现远程操控或控制保护。
所述的舰船压缩空气推进装置动力消耗系统由压缩空气管路和压缩空气喷射管连接组成；动力消耗系统通过压缩空气喷射管向水中喷出压缩空气，使得压缩空气在水中迅速膨胀释放压缩空气的能量，从而推动舰船前进。压缩空气喷射管既可以是喷管也可以是矢量推力喷嘴；与压缩空气喷射管相连接的压缩空气管路，根据连接匹配需要，既可以是软管也可以是硬管；压缩空气喷射管与船体之间连接，既可以是固定连接，也可以是活动连接，根据工作需要而定。
本专利所述的舰船压缩空气推进装置中与温度和压力传感器相连接的控制单元，根据传感器获取的温度和压力等信息以及舰船操控人员的意图，对系统中的相关阀门进行控制切换，或空气压缩气缸的启停等进行顺序控制，顺序控制还包括系统能量调节、安全保护等。
本发明的目的在于提供一种能综合压缩空气能量实现舰船高速高效率推进的新技术（即舰船压缩空气推进技术及装置），综合利用压缩空气膨胀释放能量，实现舰船高速高效率推进的技术优势，克服了传统螺旋桨难于用于高速船（高于30节）以及喷水推进难于应用于超高速（高于60节）的弊端，推进能效也比前述两种舰船推进器要高些，在当今大力倡导节能环保的时代具有重要意义和广阔的应用前景，值得深入研究，大力推广。
本发明综合利用压缩空气在水中急速膨胀的优点和积极效果，提出了舰船压缩空气推进技术及装置的新技术思路及其动力装置的布置方案。舰船利用压缩空气推进可以省去舵桨等舰船附体装置，大大减少了舰船附体阻力及其维护费用，从而明显提高了舰船的推进效率和经济效益，在当今极力提倡节能环保的背景下具有重大现实意义。对于军舰而言，除了可达到传统螺旋桨推进和喷水推进难以达到的快速性外，还还可明显降低噪音，增强其隐蔽性；压缩空气喷口设计布置合理，如采用矢量喷管，还可具有比舵更好的操控性；对于燃气轮机如采用直接尾部喷气推进，对降低红外泄漏被敌方探测到极有好处，对提高舰船战斗力具有实用意义。
附图说明
图1和图2分别是本发明单体舰船压缩空气推进技术及装置布置原理的主视图和俯视图，图3是本发明双体舰船压缩空气推进技术及装置布置原理的俯视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见本发明附图图1. 单体舰船压缩空气推进技术及装置布置原理的主视图和图2. 单体舰船压缩空气推进技术及装置布置原理的俯视图和3. 双体舰船压缩空气推进技术及装置布置原理的俯视图。本发明是舰船压缩空气推进技术及装置，主要由舰船发动机、压缩空气箱、压缩空气配送阀、配送管和喷射管等部件通过压缩空气管路连接组成；这些部件可以构成以下三个系统：动力输出系统、动力配送系统以及动力消耗系统。
所述的舰船压缩空气推进技术及装置动力输出系统主要由舰船发动机（1）和变速器或离合装器（图中没画出，根据需要可有多种不同配置），连接并带动空气压缩机（也可以与发电机及空气压缩机三者做成一体化）所组成；由压缩空气箱（2）及分配阀（3）和压缩空气配送管（4）连接组成动力配送系统；由压缩空气配送管路（4）和压缩空气喷射管（5）连接组成动力消耗系统。
当舰船定速直线航行时，必须保证尾部各个压缩空气喷射管流量和压力基本均匀和稳定，免得舰船出现侧向推力而导致航迹非直线；当舰船需要加速或减速航行时，可以增加或减少压缩空气喷射管流量或压力；当舰船需要转向时，可根据需要增加转向反侧及（或）减少转向侧的压缩空气喷射管流量，增加和减少两侧的压缩空气喷射管流量差越大其转向效果越明显，必要时还可借助船体对侧的船艏压缩空气喷射管喷射压缩空气，以增加转向效能。
本发明的舰船压缩空气推进技术及装置可以省去舰船的推进器及舵机等附体，明显减少舰船附体阻力，从而提高推进效能，减少舰船附体检修和维护时间及费用；由于省去舰船附体，使得舰船自重得以减轻，而且机舱布置更为简洁和紧凑，提高了机舱空间利用率，节约舰船宝贵的空间，提高了舰船装载量；对军舰而言，大大提高了其操纵性和快速性，可达到传统推进器难以企及的高速航行速度；对于多体船而言，除了上述有点外，使得舰船的能量集中和分配更为便捷，使得单机舱布置成为可能，这点是传统推进方式难以企及的，达到了与舰船电力推进优点难分伯仲的境界。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.舰船压缩空气推进技术及装置，其特征在于：它由舰船发动机、压缩空气箱、压缩空气配送阀、配送管和喷射管等部件通过压缩空气管路连接组成；
所述的舰船发动机连接并带动空气压缩机（也可以与发电机组及空气压缩机三者做成一体化）组成动力输出系统；
由压缩空气配送阀和压缩空气配送管路连接组成动力配送系统；
由压缩空气管路和压缩空气喷射管连接组成动力消耗系统；
利用压缩空气喷射管做为舰船推进器，替代传统的螺旋桨或喷水泵，可以提高推进效率；克服传统的螺旋桨或喷水泵舰船难于达到时速60节以上的瓶颈，使得舰船实现高速飞驰成为可能；省去减速齿轮及传动装置，大大减少舰船动力装置的造价和重量，日常维护保养也更为简便；
对于单体船如果采用2个以上压缩空气喷射管对称布置于船尾，可省去舵装置，减少了舵机故障及舵引起的附体阻力，如果在船艏两侧布置压缩空气喷射管，可省去艏侧推装置，节省造价和日常维护成本； 对于双体船或多体船的推进系统动力布置更为有利，每个船体尾部布置1-2个压缩空气喷射管，可省去尾轴和舵机等的布置麻烦，节约空间和日常检修及维护成本。
2.根据权利1所述的舰船压缩空气推进技术及装置，其特征在于：所述的舰船压缩空气推进动力输出系统，可以由舰船发动机直接或通过变速器连接并带动空气压缩机，也可以把舰船发动机、发电机及空气压缩机三者做成一体； 它们之间还可以连接离合器和扭力传感器以及控制保护单元，当出现超速或过载等异常情况时，舰船发动机可以报警或减速，实现装置的自调节和自保护。
3.根据权利2所述的舰船压缩空气推进技术及装置，其特征在于：所述的舰船压缩空气推进装置动力输出系统，为了使设备更紧凑高效，也可把发动机、发电机及空气压缩机做成一体机，其中的部分气缸可设计成空气压缩气缸，舰船发动机也可以直接或通过变速器连接并带动发电机组，实现发电和压缩空气推进同时进行， 舰船推进速度的调节可通过增减压缩气缸数来实现。
4.根据权利1所述的舰船压缩空气推进技术及装置，其特征在于：所述的舰船压缩空气推进装置动力配送系统，该系统还可以包括压缩空气配送阀和配送管路连接而成，压缩空气配送阀连接温度和压力传感器以及远传操控装置，可以通过远传控制机构与轮机控制室或驾驶台控制中心实现远程控制，根据具体工作需要实现远程操控或控制保护，通过调节压缩空气配送阀使得配送管路内压缩空气流速和压力不同，可以实现舰船转向，替代传统的舵机功能。
5.根据权利1所述的舰船压缩空气推进技术及装置，其特征在于：所述的舰船压缩空气推进装置动力消耗系统由压缩空气管路和压缩空气喷射管连接组成；其主要作用是从压缩空气喷射管向水中喷出压缩空气，通过压缩空气在水中的膨胀释放压力能，从而推动舰船前进。
6.根据权利5所述的舰船压缩空气推进技术及装置，其特征在于：所述的舰船压缩空气推进装置动力消耗系统中，压缩空气喷射管既可以是喷管也可以是矢量推力喷嘴；压缩空气喷射管与船体之间连接，根据工作需要既可以是固定连接，也可以是活动连接；与压缩空气喷射管相连接的压缩空气管路，根据连接匹配需要，既可以是软管也可以是硬管。
7.根据权利2至6任意一个权利要求所述的舰船压缩空气推进技术及装置, 其特征在于：所述的压缩空气分配阀远程控制器及与温度压力传感器相连接的控制单元根据舰船驾驶员意图以及传感器获取的温度压力等信息，对系统中的各个阀门进行压缩空气分配控制，实现舰船的加减速或转向，分配控制还包括系统能量调节、安全保护等。
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