CN1085512A - 船舶的全方位水流推进 - Google Patents

Abstract

船的首部、尾部、舷侧有开口，经管道和泵连通， 同时吸水、喷水，产生的反作用力可使船得到任意需 要的运动。可省去螺旋桨、舵及其传动、控制系统提 高了可靠性，简化结构，减轻重量，降低造价，减小噪 音。在船首部的管道开口尽可能大，使船首的水阻变 成进水动力，从而大大减小水阻，增加船的运行速度， 管道兼做船的空心龙骨，提高船体强度。其变形可以 有加速潜艇上浮及下潜速度，吸水捕鱼，喷水破冰及 不使用现行钻井平台进行海底喷水旋转的深海钻探 等特殊性能。

Description

这是关于船舶推进方法的发明，涉及船舶动力及推进的领域。

现行的船舶的螺旋浆的推进有不易转向、不能减少水对动行船体的阻力以及噪音较大的缺点。现行的单向的喷水推进亦未能全面克服上述缺点。本发明致力于解决或部分解决上述问题。

本发明的基本构想是，使用一条以上的基本上是水平位置的管道，管道中间设水泵，管道头部在船首开口，尾部在船尾开口，在管道头部吸水、在管道尾部喷水，产生的反作用力推动船体运动。吸水管口将船体前进水阻变成进水动力，因而大大减小船体水阻，甚至使船首部水阻为负。两条及两条以上这样的管道按合理的方向、位置布置于船体，控制这些管道吸、喷水方向的转换及流量的大小，可以获得任意需要的船体回转运动及平面运动。由于取消螺旋浆，加之对泵及管道口的合理设计，可以减少噪音，这对于潜艇及某些特殊作业船舶是有利的。

一种反映上述原理的基本设计见示意图图1。1表示船体（船壳），船首朝上，船尾朝下，2表示左泵，3表示右泵，4表示连通船首、尾并中经左泵2的左管道，5表示连通船首、尾并中经右泵3的右管道，6、7分别表示左、右管道在船首部的开口，开口较大以减小水阻，8、9分别表示左、右管道在船尾的开口，10、11分别表示开口在船左、右侧并与左、右泵连通的左侧管道与右侧管道。图1中的箭头表示船前行时的水流方向，水从左、右管道4、5在船首部的宽大开口6、7被吸入，经泵2、3，从4、5在船尾部开口8、9喷出，这样产生的吸水及喷水的反作用力，将推动船体前行。

图2是图1的右视的示意图，旋转成水平放置。它显示出，右管道5在船首部开口7从侧面看也应较宽大，但要注意开口上部不要露出水面。为此，在需要时可设置一档板（图中未示出），在船空载和船头昂起状态时放在档板将管道开口上部挡住。同理，左管道以及其它可能存在的管道在船首部的开口也可如是处理。图2箭头所示水流方向亦是船前行时的水流方向。

左、右管道可兼作船的空心龙骨，以省去传统龙骨，减轻重量，提高船体强度。为此，左、右管道应分别贴靠左、右船舷侧并靠近船底放置，与船壳焊成一体。较简单的办法，是如船的横截面示意图图3所示的那样，利用船壳1a，左、右各焊一条钢板，分别形成左管道4a和右管道5a。

泵可用各种型式的。发明人认为，较好的一种型式是使用本发明人的美国发明专利4872536及美国发明专利4932504的说明书（其附图的图4、图5、图6）所描述的变效齿轮泵，可以是所描述的外齿轮泵，也可以是所描述的内齿轮泵。一种与本发明的图1、图2的型式相应的基本设计见示意图图4。相互啮合的齿轮13、14、15按箭头所示方向旋转，12是齿轮泵壳体，其内充满液体。完成齿轮泵轴向密封的侧板图中未予示出。径向密封块16、17的顶部均分别可与齿轮13、14和齿轮14、15的齿顶园周的一段液密地贴合，完成径向密封，它们均可由其背部固连的伸到壳口之外的杆按箭头方向推入或拉出。开在侧板上的孔18、19可分别经左、右管道与管道在船首部和船尾部的开口连通。按图4所示齿轮旋转方向，当径向密封块16推入与齿轮13、14液密贴合，而径向密封块17拉开与齿轮14、15保持足够距离时，液体从孔18被吸入，在16的径向密封和侧板的轴向密封下，被齿轮13、14泵出到壳口之内，又从孔19排出;反过来，当16拉开而17推入，则液体从孔19吸入而从孔18排出。就是说，控制径向密封块16、17的推入和排出，可在齿轮转向不变的情况下，使齿轮泵变换液体流入、流出的方向。用上述原理，当使用更多个相互啮合的齿轮和/或使用更多个可推入、拉出的径向密封块时，可以控制更多个孔道流入、流出液体的方向。图4中的20是开在侧板上的孔，它可被背部固连着伸出壳口之外的拉杆带动的盖21盖上或打开，当推21使其达虚线位置时，可液密地盖住孔20，反之当拉21至实线位置时，则孔20被打开。平时孔20关闭，但当径向密封块16、17都推入而孔20打开时，液体同时从孔18、19吸入而从孔20流出。当径向密封块16（或17）推入而17（或16）拉开，同时孔20打开时，则液体从孔18（或19）吸入而同时从孔19（或18）、20排出。当开设更多个20这样的孔（及盖21）时，用上述原理，可以控制更多个孔道的液体的是否排出（或流入）。

如同上述美国专利说明书所述的那样，控制变效齿轮泵的径向密封块与齿轮间的距离，可以无级地控制“泵效应”的大小，也就控制了相应泵流量的大小。在本发明中使用这样的泵，可在做出上述对流量的方向、通断的控制的同时，无级的调节有关流量的大小。

本发明所用的泵，也可以是内齿轮泵。一种基本设计见示意图图5。24表示可在壳体（未示出）中转动的内齿轮，22、23表示与之啮合的外齿轮， 27、28表示可分别由转轴25、26带动转动的径向密封块，它们的两端可与内齿轮24及分别与外齿轮22、23的齿顶圆周的一段液密的贴合，在两轴向密封侧板（未画出）的轴向密封作用下，完成泵的密封。图5中的径向密封块27、28如反时针转动，则其端部与齿轮齿顶脱离，泵效应消失，液体可自由通过，控制径向密封块转角，可控制泵效应的强弱。29、30是开在侧板上的孔，与前述外齿轮泵相同的原理，按图5箭头所示转向径向密封块27顺时针转动到贴合位置而径向密封块28反时针转动到脱离位置时，液体从孔29吸入从孔30排出。反过来，28贴合、27脱离，则液体从孔30吸入从孔29排出。31是开在侧板上的孔，32是可绕轴33转动的盖，转到虚线位置时可液密地盖住孔31，转到实线位置则孔31打开，其作用类同于外齿轮泵（图4）的孔20、盖21，这样，上述内齿轮泵可象前述外齿轮泵那样改换液流方向，控制流量大小及有关孔道的通断。也可以设置更多的同时啮合的齿轮、径向密封块及31、32那样的孔、盖，以如前述原理那样求得对更多孔道的液流的控制。

图1所示的船在2、3所指泵的部位使用图4或图5所示的泵，可以构成一种全方位水流推进船舶的基本形式。连接方式是，图4泵的孔18、19（或图5泵的孔29、30）中一个孔与管道在船首部开口6或7连通，另一个孔与管道在船尾部开口8或9连通，侧盖上被盖21控制的孔20（或图5泵的孔31）与左侧管道10或右侧管道11连通，左、右管道及左、右泵都这样连接，则船的管道的前开口6、7后开口8、9及侧面管道开口10、11都相应获得其方向和流量受控制的水流。

以图1船为例，当侧面管道开口10、11封闭，左、右管道前开口6、7吸水，而8、9喷水，左、右管道4、5流量相等时，船向正前方前进;当6、7喷水，8、9吸水，左管道4与右管道5流量相等时，船向正后方倒退;当左、右管道水流方向相同，但流量不等时，船在前进或倒退的同时有转向运动。例如6、7吸水，8、9喷水，但左管道流量大于右管道流量，则船在前行的同时右转，余可类推;当6、9吸水，7、8喷水，左右管道流量大小相等，船作顺时针纯回转运动，反之则作反时针纯回转运动，若左、右管道流量大小不等，船在回转同时还有前进或倒退的运动，例如6、9吸水而7、8喷水，但左管道流量大于右管道流量，则船在顺时针回转的同时还作前进运动，余可类推。以上是侧面管道10、11封闭时的情形。若10、11打开（即孔20或31打开），则船可产生侧移运动。如10喷水而6、8吸水，船向右平移;11喷水而7、9吸水，船向左侧平移;若6吸水而2、8喷水，船向右前方平移;9吸水而7、11喷水，船向左后方平移;同理类推可取得船向左前方、右后方的平移。若一侧管道的水流使船产生侧移运动，另一侧管道的流量不为零，则船在侧移同时可有任意大小及方向的前进、倒退、顺时针或反时针回转，从而使船能够作出任何一种平面运动，即获得全方位水流推进。

全方位水流推进原理可以应用于多种特殊场合，兹举几例如下：

应用于潜水艇。增加艇底部管道开口，开口方向向下，可吸水或喷水，向下吸水时，船迅速下潜;向下喷水时，船迅速上浮。这样可大大缩短船下潜和上浮的时间。

应用于捕鱼船。在船首部管道开口处加设鱼网，吸水时鱼被吸入网内，这样可在船追赶鱼群时进行“吸水捕鱼”。

应用于破冰船。船内管道设加热环节，能将水流加热，则破冰时可从船首管道开口喷出热水，增加破冰能力。

应用于深海钻探。例如可将潜水器制成园盘形，园周切向布置管道开口，进行相应吸水、喷水，使潜水器可大功率纯回转运动，带动钻杆在海底钻孔，所需向下压力可用顶部喷水或/和底部吸水办法得到。这样，只需用缆绳向潜水器输送钻杆，用电缆输送动力，而不需用浮在水面的传统的钻井平台就可进行钻探，可大大增加深海钻探的允许水深，加快钻探进度，避免海面风浪对钻探的影响，大大降低深海钻探装置的造价。

上述的全方位水流推进船所用的泵除齿轮泵外也可用其它类型的泵，如离心泵、叶片泵和螺杆泵。不过有的泵需靠改变泵转向来改变水流方向，相应使机械传动设施复杂一些。

为防止过大异物卡住泵，可在进水管道口处设滤网，网上吸附的异物在该管口喷水时即可除去。

本发明的全方位水流推进方法可使船舶获得下列优点：

1.可使船具有在任何自由度上主动运动的能力，大大提高其机动性及作业的方便性。

2.省去螺旋浆、舵及其传动系统和控制系统，泵可由发动机直接带动，不仅结构大为简化，重量、体积减小，造价降低，且从根本上避免了礁石、爆炸、异物缠绕等对螺旋浆和舵的损坏及妨碍，提高船的可靠性。

3.采用船首总的尽可能大的管道开口，将船首部产生的船体前进水阻变成进水动力，从而大大减小船体水阻，甚至使船首部水阻为负，使得同等发动机功率下船的前进速度可大幅度度提高，燃料消耗降低。

4.从船首至船尾的置于船底部的管道可用做船的龙骨，提高船体强度。

5.由于取消了螺旋浆，如再经过对管道及其开口、泵的合理设计（例如采用低噪音的螺杆泵），可使船运行时噪音大幅度降低，对于军用潜艇等有意义。

6.拥有适用于加速潜艇下潜和上浮、吸水捕鱼、加热喷水破冰及不需现行钻井平台的深海钻探等特殊用途的多种变型，具有其它特殊的优越性能。

上述的喷水推进方法也可用于水翼船。在船底安装的水翼的下部装设管道和泵，管道吸水朝前，喷水口朝后并以一定角度朝下，产生朝后、朝下喷水两个分量，朝后喷水分量使船前进，朝下喷水分量则托举船壳上升到水面以上，使水阻大大减小。为了使这种喷水水翼船在刚起步时船壳就能够升举到水面以上，可在上述水翼下部装设的管道上再增设朝下的喷水口，船起步时通过朝下喷水口喷水托举船壳升到水面以上，同时朝后喷水，使得船能高速起步。这种起步用的朝下喷水口在船正常行驶时可关闭。

喷水水翼船的一种基本结构可参看示意图6。34表示船壳，35是安装于船壳底部的水翼，36是装设于水翼下部的管道，37是装在管道中的泵，38是管道的朝后并朝后并朝下的喷水口，39是管道的朝前的吸水口，40是发动机，41是连接发动机和泵的输送动力的传动装置，当发动机40通过传动装置41传送动力到泵37，使管道按图中箭头方向在前开口39吸水在后开口38朝后、朝下喷水，则船壳被托举到水面以上并高速前进。

托举船壳的动力也可用装于船壳下面的具有前部上跷的斜面可曲面的滑板取得。或是水翼具有水平向后和向下两个喷水口，分别调整其喷水量的大小，可以分别调整船的前进推力和升举力的大小，使船得到最佳工作状态。

水翼下部装设的管道上还可在侧面开口，得到如前述可控制的侧向吸水或喷水，使水翼船能够做前述的全方位水流推进。

Claims (10)

1、一种船，其特征是，在船壳水线以下的部分的不同方向上有2个或2个以上的开口，这些开口经管道连通，管道中间设有水泵，水泵运转可经管道在一个或一个以上的开口喷水，在另外的一个或一个以上的开口吸水，产生使船按要求方向运动的反作用力。

2、权利要求1所述的船，其管道在船首部设有开口，且开口很大，以减小船体运行时的水阻，管道靠船底及船舷，可由船壳加一块钢板焊成，兼做船的空心龙骨。

3、权利要求1或2所述的船，是潜水船，在底部开有向下的管道开口，向下吸水时，船迅速下潜，向下喷水时，船迅速上浮。

4、权利要求1或2所述的船，在船首部管道开口处加设鱼网，吸水时鱼被吸入网内，使船能够在吸水推进时兼行捕鱼。

5、权利要求1或2所述的船，船内管道加设加热环节，船道部管道开口可喷出热水增加船的破冰能力。

6、权利要求1所述的船，所说的水泵是一种外齿轮泵，它含有相互啮合的至少3个外齿轮，至少两个径向密封块，具有轴向密封装置、壳体和轴，径向密封块与齿轮的接合或脱离可控制泵效应的产生及强弱，并可改换泵的孔道内液体流动的方向。

7、权利要求1所述的船，所说的水泵是一种内齿轮泵，由壳体、内齿轮、外齿轮、轴、轴向密封侧板及其上相应的开孔和径向密封块组成，含有至少两个与内齿轮相啮合的外齿轮，至少两个径向密封块，径向密封块与齿轮的接合或脱离可控制泵效应的产生及强弱，并可改换泵的孔道内液体流动的方向。

8、权利要求6或7所述的齿轮泵，在侧板上还另外开有至少一个可以液密地盖上或打开的孔。

9、权利要求1或2所述的船，所述的泵是权利要求6或7或8所述的泵，泵的孔道分别经所述管道与其在船首、船尾的开口连通，泵的可液密地盖上和打开的孔与船侧的管道开口连通，泵在变换水流方向、流量大小及孔的开闭的时候，船在相应的管道开口处吸水、喷水或是流量为零，使船得到所需的运动。

10、权利要求1所述的船，是一种水翼船，其特征是，在船壳底安装水翼，在水翼下部装有管道和泵，泵经传动装置从发动机获得动力，管道在前部、后部和侧面设有开口，能够可控制地从前面吸水，向后、向下喷水，或从侧面吸水或喷水，使船能够在船壳升离水面的状态下获得全方位的高速运动。

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