CN1236951C - 船身和螺旋桨结构 - Google Patents

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Abstract

用于水上船舶(1)的船身和螺旋桨结构，设有至少一个螺旋桨(3)，该螺旋桨(3)在船舶的高速度下划水并可使得只有螺旋桨叶片(11)或者其一部分在船舶(1)的高速度下没入水中，船身(2)设有至少一个基本上沿船身(2)纵向延伸的流线形突出部分(4)，突出部分(4)的外部形状在其后端(6)具有一端部边缘(15)，该端部边缘(15)至少部分地基本上垂直于突出部分(4)的纵向方向延伸，螺旋桨(3)位置紧靠该端部边缘(15)的尾部，一部分螺旋桨(3)在径向延伸超过突出部分(4)的限定表面。每个突出部分(4)设置成在船舶(1)的高速度下形成一用于船舶(1)的支承区域(8)，该支承区域(8)主要由突出部分(4)上位置紧靠端部边缘(15)前部且位于突出部分(4)最底部的一部分表面构成。

Description

船身和螺旋桨结构
技术领域
本发明涉及船身和螺旋桨结构。
现有技术
对于水上船舶，特别是快速摩托艇，公知的是这样一种半浸螺旋桨，也就是当船只以高速行进时，螺旋桨的叶片在螺旋桨旋转时交替位于水上位置和水下位置。对于给定的船身和给定的轴功率来讲，半浸螺旋桨能够以比完全没入螺旋桨高得多的速度驱动船只。在半浸螺旋桨的情况下这提高了性能，因为将功率源的旋转功率转化成船身推进力的阻力要远小于常规的完全没入的螺旋桨。
为了减小水动力阻力，要求当船只在行进过程中在水中的部件尽可能少。考虑到船只的推进结构，如果对直接动力传递没有贡献的部件位于水流外部，则会很大程度上满足这种要求。考虑到螺旋桨，如果只有螺旋桨叶片与水直接接触，而螺旋桨轴毂位于水面之上，则会实现该目的。
美国专利US 3 793 980描述了一个带有半浸螺旋桨的系统，通过该半浸螺旋桨，螺旋桨轴毂以可控方式在高速下位于水流外部，而只有螺旋桨叶片与水直接接触。
当船只滑行时，船身以向下压水的力作用于水上，船身由水借助反作用力支承，因而船身与水之间的接触区域比船只以移动速度运行时的接触区域要小。在非常高的速度下，接触区域相对非常小，并位于艇身最尾部。如果船身设计成在滑行时具有多个接触区域，则至少一个接触区域位于艇身最尾部。如果船只的运动例如由于船只在水面波浪上运行而受到干扰，则随后会在划水方向有旋转运动，旋转中心的位置经常靠近船身与水之间的后接触区域。这个运动使在纵向方向与后接触区域相隔一定距离的半浸螺旋桨，基本上向上和向下运动。这就意味着在运动过程中，螺旋桨位于水中的部分的尺寸在变化。有时螺旋桨会被完全提升到水外部。螺旋桨相对于水面的垂直运动导致船只推进的中断，船只推进源的利用较差。
当具有常规半浸螺旋桨结构的船只以刚刚高于从移动推进向滑行推进过渡的速度范围的相对低速行进时，与船身相关的水面高度在紧靠船身尾部位置被提升。这意味着位于该区域中的螺旋桨在这个速度下由水包围，并失去了它的半浸水式操作模式。在船只的移动速度下，螺旋桨同样失去其半浸水式操作模式。
在常规的摩托艇中，螺旋桨或者每个螺旋桨的位置、与驱动轴引入孔、也就是驱动轴从船身内部伸到外部的位置、相距一定距离。因此为了在径向固定螺旋桨，通常紧靠螺旋桨设置一驱动结构，其具有一紧固到一例如轴承支架形式的结构上的轴承，该轴承支架又紧固到船身上。因此驱动结构必须安装在驱动轴引入孔处且紧靠螺旋桨。这种带有用于螺旋桨的轴承以及相应紧固结构的常规结构需要使用多个构造部件，且与水流接触，构成了推进过程中的阻力源。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种用于水上船舶的船身和螺旋桨结构，能够减少对船只推进的干扰。
本发明的另一个目的是提供一种用于水上船舶的船身和螺旋桨结构，能够减少船只推进过程中的阻力。
本发明的又一个目的是提供一种用于水上船舶的船身和螺旋桨结构，能够在比常规船身和螺旋桨结构更大的速度范围内实现高效推进。
本发明的另一个目的是提供一种用于水上船舶的船身和螺旋桨结构，能够简化每个螺旋桨的驱动结构。
发明的描述
本发明的目的是通过提供如下的船身和螺旋桨结构而实现的，所述船身和螺旋桨结构设有两个螺旋桨，该螺旋桨在船舶的高速度下是半浸的并以这样的方式设置，使得只有螺旋桨叶片或者其一部分在船舶的高速度下没入水中，其特征在于，船身设有一个腹部和两个基本上沿船身的纵向延伸的流线形突出部分，每个突出部分的外部形状在其后端具有一端部边缘，该端部边缘至少部分地基本上垂直于突出部分的纵向方向延伸，每个螺旋桨位置紧靠相应端部边缘的尾部，每个螺旋桨的一部分在径向延伸超过相应突出部分的限定表面，所述腹部和突出部分以这样的方式设置，在船舶的高速度下在每个突出部分上形成一用于船舶的后支承区域，该后支承区域主要由相应突出部分上位置紧靠端部边缘前部且位于突出部分最底部的一部分表面构成，在腹部上形成有一个前支承区域，由此，船舶由流过支承区域的水支承，在支承区域上作用有力将船身托起。
每个螺旋桨的位置紧靠一从船身突出部分的后端上的端部边缘的尾部，意味着螺旋桨靠近在高速下一作为支承表面的表面，这又意味着例如由于船只驶入波浪中而导致的船只在纵倾方向的旋转运动，只会使螺旋桨产生很小的垂直运动。这又使螺旋桨叶片相对于水面的运动很小，因而船只推进的任何干扰很小。
每个螺旋桨的位置紧靠从各突出部分的后端上的相应端部边缘的尾部，还意味着即使当船只以刚刚高于从移动推进向飞行推进过渡的速度范围的相对低速行进时，也基本上只有螺旋桨叶片与水流接触。
根据一个实施例，通过其尺寸和定位，螺旋桨在移动速度下，至少在相对较高的移动速度下为半浸式的。
根据本发明，每个螺旋桨设有一轴毂，该轴毂在后限定表面与周边限定表面的交会处设计成一相对锋利的轴毂边缘。该轴毂边缘能够有效地将水流与螺旋桨分离。
每个突出部分上的端部边缘能够有效地将水流与突出部分分离。
突出部分靠近螺旋桨处具有一截面，该截面至少部分基本上成形为类似圆的一部分，该圆的中心径向基本上与螺旋桨的中心重合。上述圆的半径基本上等于一假想圆的半径，该假想圆是在螺旋桨旋转时，由螺旋桨叶片与螺旋桨轴毂的交会区域形成的。这样的结果是，已经离开突出部分的流过的水面以可控的方式基本上与螺旋桨轴毂的周边交会。
根据本发明，驱动轴穿过船身的引入孔位置紧靠螺旋桨轴毂，这简化了螺旋桨的安装，因为这不需要另外的轴承以及船身外部的相应紧固结构。
附图简介
附图中：
图1是从装有本发明的船身和螺旋桨结构的摩托艇的侧面，在某种程度上从下面观察的透视图；
图2是从装有本发明的船身和螺旋桨结构的摩托艇的尾部，在某种程度上从下面倾斜观察的透视图；
图3是从装有本发明的船身和螺旋桨结构的摩托艇的尾部，在某种程度上从下面观察的透视图；
图4表示图1中所示摩托艇后部的放大视图；
图5表示沿本发明的船身和螺旋桨结构的图3中V-V线的剖视图；
图6表示沿本发明的船身和螺旋桨结构的图3中V-V线的剖视图。
优选实施例
图1表示具有一个船身2和两个螺旋桨3的摩托艇1。两个螺旋桨3是半浸水式且反转，其驱动轴在艇1的纵向基本上向前延伸。船身2设有两个突出的部分4。每个突出部分4为流线形，并沿船身2的纵向延伸。每个突出部分4在一前端5的形状以流线的形式与船身2的形状融合。每个前端5在纵向大致位于船身2的中心，在横向位于船身2的中心与其边缘之间。每个突出部分4延伸到一后端6，该后端6位于其中一个螺旋桨3前面并与之非常接近。船身2在其前部是一腹部7的形状，船身2在此处比在多数其它位置都深。
现在参照图2。艇1在高速度下由流过的水在相对较小的支承区域上支承。在这方面，支承区域表示船身2上与流过的水直接接触的区域，力作用于支承区域上，将船身2升起。该示例性实施例中，在高速度下在艇1上形成两个后支承区域8，在图2中它们由划线区域表示，分别由每个突出部分4上从后端6开始向前延伸一相对较短距离的一部分表面构成。在腹部7上形成一前支承区域。
图3中可以看到，每个螺旋桨3设计成具有一相对较大的轴毂9，而该轴毂9设计成基本为一圆盘。
图4中表示轴毂9在其周边上具有一形成一圆柱体的周边限定表面10，该圆柱体的长度基本上对应于形成轴毂9的盘的厚度。多个螺旋桨叶片11，该实施例中是十六个，从周边限定表面10沿径向伸出。
图5表示轴毂9具有一后限定表面12，该表面12基本上沿径向延伸，并定向成基本与周边限定表面10成直角。在后限定表面12与周边限定表面10的交会处形成一相对锋利的轴毂边缘13。该轴毂边缘13能够有效地将水流与螺旋桨3分离。
每个突出部分4的截面至少在后端6基本上是部分圆形。靠近后端6处，截面的半径基本上对应于轴毂9的外径，由截面限定的圆的中心在径向基本上与螺旋桨的中心重合。在后端6，每个突出部分4形成一基本上平行于螺旋桨盘的端面14。在端面14与端面14紧靠前的外表面之间的接合处形成一相对锋利的端部边缘15。该端部边缘15能够有效地将水流与突出部分4分离。考虑实际可能性，使端部边缘15与螺旋桨3之间的距离最小。在任何情况下，它明显小于每个螺旋桨叶片11的长度。
图6表示本发明推进结构的一个效果。水流由艇1下面的直线表示。由于靠近后端6的突出部分4的截面半径基本上对应于轴毂9的外径，且螺旋桨3紧靠后端6尾部，水流的表面在高速度下位于螺旋桨叶片11与轴毂9的周边限定表面10交会的区域中。
如果在高速下，例如由于艇1驶入波浪中而使艇1发生颠簸，则会在后支承区域8的范围中基本上环绕横向方向的一水平轴发生旋转。由于每个螺旋桨3位置紧靠各后支承区域8的尾部，因而靠近旋转中心，上述旋转运动只会使螺旋桨3产生较小的垂直运动。
图5表示螺旋桨3的一部分如何位于船身2中的一凹槽16中。根据本发明，驱动轴17穿过船身2的引入孔18位置紧靠螺旋桨轴毂9，这简化了螺旋桨3的安装，因为这不需要另外的轴承以及船身2外部的相应紧固结构。
将每个螺旋桨3定位成紧靠各突出部分4后面及其垂直定位，都使得即使艇1处于至少相对较高的移动速度时，螺旋桨也是半浸水式的。每个螺旋桨3相对较大这个事实也有助于此。
所述实施例中的摩托艇1上设有两个螺旋桨3，它们在船身2的横向上彼此间隔一定距离。它们以这种方式设置，当摩托艇1处于行进中时，可分别为每个螺旋桨3调节螺旋桨叶片11的纵倾角。结果可以没有舵而完成艇1的转向。舵的省略减少了在艇1行进过程中与水接触部件的数量，并以这种方式减小了艇1推进过程中的阻力。
每个螺旋桨3上的叶片11最好以这样的方式设置，能够在行进过程中调节纵倾角，使它适应艇的运行速度，这又意味着艇1推进源的更有效的利用。

Claims (6)

1.用于水上船舶(1)的船身和螺旋桨结构，设有两个螺旋桨(3)，该螺旋桨(3)在船舶的高速度下是半浸的并以这样的方式设置，使得只有螺旋桨叶片(11)或者其一部分在船舶(1)的高速度下没入水中，其特征在于，
-船身(2)设有一个腹部(7)和两个基本上沿船身(2)的纵向延伸的流线形突出部分(4)，
-每个突出部分(4)的外部形状在其后端(6)具有一端部边缘(15)，该端部边缘(15)至少部分地基本上垂直于突出部分(4)的纵向方向延伸，
-每个螺旋桨(3)位置紧靠相应端部边缘(15)的尾部，每个螺旋桨(3)的一部分在径向延伸超过相应突出部分(4)的限定表面，
-所述腹部(7)和突出部分(4)以这样的方式设置，在船舶(1)的高速度下在每个突出部分上形成一用于船舶(1)的后支承区域(8)，该后支承区域(8)主要由相应突出部分(4)上位置紧靠端部边缘(15)前部且位于突出部分(4)最底部的一部分表面构成，在腹部(7)上形成有一个前支承区域，由此，船舶由流过支承区域的水支承，在支承区域上作用有力将船身托起。
2.根据权利要求1所述的船身和螺旋桨结构，其特征在于，每个突出部分(4)靠近各螺旋桨(3)具有一截面，该截面至少部分基本上成形为类似圆的一部分，该圆在靠近螺旋桨(3)处的中心在径向基本上与螺旋桨的中心重合，该圆在靠近螺旋桨(3)处的半径小于螺旋桨周边的半径。
3.根据权利要求2所述的船身和螺旋桨结构，其特征在于，由突出部分(4)靠近螺旋桨(3)位置的截面形成的圆的半径，基本上等于一假想圆的半径，该假想圆是在螺旋桨(3)旋转时是由螺旋桨叶片(11)与螺旋桨轴毂(9)的交会区域形成的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的船身和螺旋桨结构，其特征在于，每个螺旋桨(3)针对螺旋桨叶片(11)设计有一个相对较大的轴毂(9)，该轴毂(9)在其周边有一基本上成形为一圆柱体的周边限定表面(10)，该轴毂(9)具有一后限定表面(12)，该后限定表面(12)与该周边限定表面(10)之间的接合处设计成一个相对锋利的轴毂边缘(13)。
5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的船身和螺旋桨结构，其特征在于，所述螺旋桨(3)在艇身(2)的横向上间隔一定距离，它们以这样的方式设置，当船舶(1)在行进中时，可分别为每个螺旋桨(3)调节螺旋桨叶片(11)的纵倾角。
6.根据前述权利要求1-3中任一项所述的船身和螺旋桨结构，其特征在于，驱动轴(17)穿过船身(2)的引入孔(18)位置紧靠螺旋桨轴毂(9)。
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