CN1876491A - 高速船推进器 - Google Patents

Abstract

一种高速船推进器，具有矩形筒体5和输送管1。矩形筒体5内腔对称设有两组由喷气层板31和分隔层板32两相间隔层叠的多层带有通孔6的层板3。通孔6一端开有与管腔相通的流道7。输送管1与通孔6管接。层板3两端分别是喇叭状的入口2和喷管4。喷气层板31和分隔层板32的厚度取值范围均为0.1～4mm。该推进器采用层板缝隙高压燃气引射气水两相喷射推进，既能实现气水混合均匀喷射，又具有提速潜力大、提速响应迅速的特性。还能达到减小推进器几何尺寸和减轻重量等效果，是一种高效率、无污染、经济实用、机动性好的两栖推进动力系统。

Description

高速船推进器

技术领域

本发明涉及一种用于高速船舶或其它快速水面运动器的推进系统。尤其是一种利用层板气水引射混合与喷射结构的高速船推进装置。

背景技术

推进器技术是高速船的核心技术。现有的船用推进装置多为内燃机或蒸汽轮机，使用电动机或变速器驱动螺旋桨转动，从而为船舶提供推进动力。它们有一个共同点，就是把燃料燃烧产生的热能，通过内燃机或其他方式转变为机械能或电能来驱动推进装置。研究与实践表明，随着航速的提高，螺旋桨转数必然加快，然而，当转速超过一定的范围，其推进效率便开始下降。要提高航速就必须增大动力的功率，而增大动力的功率就会加大艇重，艇重加大必然导致航行的阻力增大，推进效率得不到提高。为了提高航速，人们采用了区别于螺旋桨推进的其他推进方式。

其一，采用了喷水或喷气推进装置。这种装置较适用高速航行的船舶。喷水推进技术的采用使船体以下的突出附体几乎消失，大大减小了附体阻力。当航速达到50kn左右时其推进效率可以超过高效螺旋桨，这样，水面机动性能趋好，可以在浅水区航行。就航速而论，喷水推进技术已使得航速达100kn的小型快艇出现。因为使用这种技术的快艇没有螺旋桨，所以运行时不会出现螺旋桨被江海中的绳网及漂浮硬物打坏的现象。但喷水推进装置要获得大的推进力，必须提高水泵的供水压力。而随着供水压力的提高，水泵的效率又会降低。这是因为水泵的汽蚀是一个很大的限制因素。而且这一推进方式难以实现两栖应用，进一步提速的潜力不大，提速响应也不如两相流推进和火箭发动机喷气推进迅速。喷气推进装置虽然流体速度高，但气体密度很低，于是推进力的提高受到限制。将航空喷气发动机作为推进装置用于船舶，备受各种条件的制约而难于实现。

其二，设计出了气水喷射推进或喷雾推进这种两相流推进方式。这种方式克服了喷气推进由于介质密度低而推进效率低的缺陷，在气流中加入水，既能提高介质的密度，增加推力，又能保留喷水推进的优点。国内外已有的研究表明：当快艇的速度在80kn以上时，混合较均匀的气水喷射推进有接近0.5的推进效率。如果不加液相水，单纯气相也可以产生一半左右的推力，因此这一类推进器本身具有两栖性；在80kn以上的速度时，气水推进效率要明显高于高效螺旋桨和喷水推进效率。气水混合的均匀程度直接影响推进效率，已有的在高速气流中加水或在高速水流中加气的方式其部件的设计都很复杂，工艺难度也较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，为船舶提供一种结构简单、加工容易、成本低而效率高的高速船推进器。使用该推进器还能够实现水陆两栖推进。

本发明的技术解决方案是，所述高速船推进器，参见图1～4，具有矩形筒体5和输送管1。该矩形筒体5内腔对应的两底面上，对称设置有两组由喷气层板31和分隔层板32两相间隔层叠的多层带有通孔6的层板3。相邻两层喷气层板31和分隔层板32的通孔6同轴线相叠。其中喷气层板31的通孔6径向朝管形内腔一端开有与管腔相通的流道7。上述输送管1与该矩形筒体5的层板3的通孔6管接。上述对称设置的层板3轴向两端分别是内腔截面呈喇叭状的入口2和喷管4。该喷管4与上述流道7同向。所述喷气层板31和分隔层板32的厚度取值范围均为0.1～4mm。

上述入口2至喷管4之间的矩形筒体5内对称设置的层板3所形成的内腔依序可划为如图1所示的吸入区8、分层流动区9、混合区10、喷射区11。

为能够实现转向推进，可在本发明的高速推进器喷管4后端设置转向装置和倒车装置。

以下结合附图对本发明做进一步说明。

由以上构件构成的本发明的高速船推进器，如图1所示，主要由供应燃气的输送管1和与之管通的矩形筒体5组成。矩形筒体5内对称设置两组多层带有通孔6的层板3。通孔6管接上述输送管1。矩形筒体5两端是内腔截面呈类似喇叭状的入口2和喷管4。推进器工作时，水，海水或江水，流入入口2、层板3所夹空腔、喷管4。层板3，如图2所示，由数个刻有燃气通孔6及燃气喷射流道7的喷气层板31，如图3所示；和数个仅刻有燃气通孔6的分隔层板32，如图4所示，间隔叠加而成并在流道7壁面形成若干燃气喷射缝隙，从而使之具有喷射引射功能。上述喷气层板3形成的流道7使得气体加速，分隔层板32将高速气流以分层状态高速喷入分层流动区9，以引射的方式将吸入区8的水吸入到分层流动区，层状高速气流与层状水流之间的剪切力作用使得吸入的水破碎形成雾状，在混合区10达到均匀混合。由此而来的燃气引射气水喷射推进的工作过程是，推进器利用高水蒸气含量的高压燃气通过输送管1，注入层板结构中的燃气通孔6，到达缝隙喷管流道7产生多层状态的高速燃气射流。高速燃气射流进入到推进器的分层流动区9时发生引射效应，将海水或江水从入口2的吸入区8吸入到分层流动区9，然后到达混合区10，在混合区10内，气体与液体进行动量交换。气液交换后，气体能量减少，液体能量增加，最终形成气水两相均匀混合的喷射流体，该喷射流体即射流可由缝隙结构和燃气参数的合理匹配实现设计要求的气液质量比和滑流比，最后经喷管4内的喷射区11后高速喷出。根据反冲原理，由此产生的反冲力推动船舶高速运动。

本发明以液体火箭发动机燃气发生器、层板式喷注器、层板式流体混合器以及层板交错发汗喷注的最新研究进展为背景，提出一种新型气水两相喷射推进器。这种新的气水引射混合喷射推进器，不同于在高速气流中注入水或在高速水流中注入气体形成两相喷射的常规推进方式，而是由高水蒸气含量的燃气，通过层板结构的分布式缝隙喷管产生多层状态的高速喷射气流，以引射的方式吸入海水或江水并将其剪切破碎成雾状，形成气水两相流喷射产生推力。

本发明的有益效果是，该推进器采用层板缝隙高压燃气引射气水两相喷射推进，既能实现气水混合均匀喷射，又具有提速潜力大、提速响应迅速的特性。同时还能达到减小推进器几何尺寸和减轻重量等效果，是一种高效率、无污染、经济实用、机动性好的两栖推进动力系统。

附图说明

图1是本发明高速船推进器一个具体实施例的结构示意图；

图2是层板结构示意图；

图3、图4分别是相邻两层不同板体的结构示意图。

图1～4中标示为：

1—输送管，

2—入口，

3—层板，

31—喷气层板，

32—分隔层板，

4—喷管，

5—矩形筒体，

6—通孔，

7—流道，

8—吸入区，

9—分层流动区，

10—混合区，

11—喷射区。

具体实施方式

参见附图1～4，本发明高速船推进器的该实施例取材厚度为2mm的不锈钢板型材制作喷气层板31和分隔层板32。该二层板呈长方形，尺寸为64×192mm²，对应一侧呈圆弧状凸起，弧面直径Φ22mm。板体上均刻有对称的通孔6。相邻两层喷气层板31和分隔层板32的通孔6同轴线相叠。上述喷气层板31和分隔层板32分两组多层间隔层叠成二层板3，即层板3的喷气层板31之间均设有分隔层板32并经焊接而成型。该二层板3又对称设置，二层板3轴向两端联结呈类似喇叭状的入口2和喷管4。二层板3外围裹以一层熔焊层构成的并具有一定强度的矩形筒体5。上述喷气层板31的通孔6径向朝管形内腔渐成喇叭状喷管4的一端开有与管腔相通的流道7，故流道7与喷管4同向。而分隔层板32上只开设有供燃气通过的流动通孔6。输送管1亦采用耐热不锈钢管材，壁厚3.5mm。输送管1与上述矩形筒体5所包覆之层板3的通孔6管接。

由此构成的本发明的高速船推进器经试制试用被证明效果显著，达到了设计要求。该高速船推进器试用记录记载，河域试验时，高压气体经过输送管进入上述分布式缝隙燃气分气与喷射引射部件层板，形成多层状态的气流，海水在高速气流的引射作用下，经推进器的水流入口进入到层板气水混合喷射管，最后在多层高速气流的剪切作用下雾化扩散至燃气之中以气水均匀混合状态喷射流出喷管，从而产生了巨大的推进动力；而且试验证明，该实施例的高速船推进器不仅适用于水运推进，而且还适用于水陆两栖推进。

Claims (3)

1、一种高速船推进器，其特征在于，它具有矩形筒体(5)和输送管(1)，该矩形筒体(5)内腔对应的两底面上，对称设置有两组由喷气层板(31)和分隔层板(32)两相间隔层叠的多层带有通孔(6)的层板(3)，相邻两层喷气层板(31)和分隔层板(32)的通孔(6)同轴线相叠，其中喷气层板(31)的通孔(6)径向朝管形内腔一端开有与管腔相通的流道(7)，上述输送管(1)与该矩形筒体(5)的层板(3)的通孔(6)管接，上述对称设置的层板(3)轴向两端分别是内腔截面呈喇叭状的入口(2)和喷管(4)，该喷管(4)与上述流道(7)同向。

2、根据权利要求1所述的高速船推进器，其特征在于，所述喷气层板(31)的厚度取值范围为0.1～4mm。

3、根据权利要求1所述的高速船推进器，其特征在于，所述分隔层板(32)的厚度取值范围为0.1～4mm。

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