CN87105745A - 活塞式推进器及其船舶 - Google Patents

Abstract

一种全新的推进器及其船舶。继降落伞推进器(86108352号和86108768号中国发明专利申请)之后再次突破螺旋桨的范围。当活塞4将导管1中的水向右推出时，外面的水从导管2、3经通水口8流进导管1。当活塞4向左运动，水从导管2、3向右流出。往复运动动力机6使活塞4不断作往复运动，水的反作用力总是指向左方。该装置安在船底。其实用推进器效率也可达67—95％(螺旋桨才60％以下)，且效率与推力同时提高(螺旋桨等则不能)。

Description

本发明提供了一种新型船舶推进器-活塞式推进器，以及相应的新型船舶-活塞推进船舶。

船舶推进器有众多的种类，但从原始的桨、篙撑，到明轮、喷水、旋筒、平旋推进器，以至当代使用最广泛的螺旋桨，都有一些共同的缺点：它们的推水面积都不可能太大，因此实用推进器效率都比较低（例如螺旋桨最高才50-60%）。而且效率和推力互相矛盾。例如螺旋桨转速每增加10转/分，效率降低2.5%。这是一个致命的缺陷，它极大地阻碍了船速和效率的提高。此外，螺旋桨还有理论与实验研究太复杂，以及空泡、斜流、激振、谐鸣和噪音等缺陷。

在86108352号和86108768号中国发明专利申请中，提出了全新的“降落伞推进器”及相应的船舶和潜水艇。可使实用推进器效率达到80-95%，并可克服螺旋桨等推进器的上述其他缺点。但降落伞在水下闭合向前运动时，仍会产生一定阻力。

本发明的目的，是提供另一种全新的推进器-活塞式推进器，它同样具有降落伞推进器的基本优点，并能更大程度地减小阻力。

本发明的基本构思是：用往复运动装置带动活塞在一种特殊的双筒或三筒导管中往复运动，并能不断把水向一个方向推动，在另一个方向产生反作用力，就构成全新的“活塞式推进器”（详见下文）。将它安装在各种船的船底，就能构成全新的活塞推进船舶。

本发明共有九个实施例，10幅附图。

图1是带阀门的活塞式推进器的俯视结构示意图。

图2是不带阀门的活塞式推进器的俯视结构示意图。

图3是一种带有软质活塞的活塞式推进器的侧视结构示意图。

图4是另一种带有软质活塞的活塞式推进器的侧视结构示意图。

图5是硬质骨架软质活塞的结构示意图。

图6是只有两个导管的活塞式推进器的侧视结构示意图。

图7是带有两个活塞的活塞式推进器的俯视结构示意图。

图8是有空心圆筒的活塞式推进器的立体结构示意图。

图9是活塞推进船舶的侧视结构示意图。

图10是双身活塞推进船舶的正视结构示意图。

一、活塞式推进器

实施例一：在图1中，三个隧道或导管1、2、3平行紧挨着连在一起，它们的右端都开口，左端在两个通水口8处连通。两通水口8的横截面积之和大致等于导管1右端开口处的横截面积。导管1中的活塞4通过连杆5和往复运动力机6相连接。7是两个阀门。7′是另外两个阀门。

将上述装置放置于水中，当往复运动动力机6使活塞4在导管1中向右运动时，活塞4将导管1中的水向右推动（从右端推出导管1），同时两阀门7打开（向右或向内），两阀门7′关闭，水从阀门7处向右流进导管1中。当往复运动动力机6使活塞4向左运动时，活塞4将导管1中的水向左推动，水使两阀门7关闭，使两阀门7′打开，这时导管1中的水只能流过两通水口8，分别同时从另外两导管2和3的右端开口处（即阀门7′处）向右流出。

这样，活塞4不断向左、向右作往复运动，而水总是被推向一个方向（右方），水的反作用力也总是指向一个相反的方向（左方）。

上述装置可称为“活塞式推进器”。

柴油机、电动机、蒸气机等是产生原始动力的原动机。而在原动机的作用下，液压油缸、曲柄摇杆机构、曲柄连杆等机械装置，可以产生往复运动，因此可将它们称为“往复运动机”。原动机和往复运动机一起，就是本发明所说的“往复运动动力机”6。它和下文中能使其他物体（如活塞4）产生往复运动的装置（如图1中的连杆5等）一起，在本发明中统称为“往复运动装置”。

按照上述定义，蒸气机既是原动机又是往复运动机。因此，蒸气机本身就是一种往复运动动力机。除了上述例子外，往复运动动力机6在现代工业中种类还很多，可视其性能与需要任意选择。看来液压油缸是其中较好的一种。而和往复运动动力机6组合而成的往复运动装置，也可以设计出多种，详见下文。

导管1、2、3可以由各种不同材料制成（如金属、塑料、水泥等），其横截面也可以有各种不同形状（圆形、矩形等）。特别是可以有不同的长短。也可以不是2个，而是1个、4个或多个用同样的方式与导管1相连的导管。

实施例二：图2所示的活塞式推进器与图1（实施例一）有两点区别：①三个导管左端无阀门7，它是由一块或数块板牢固连结成的整块顶面，上面穿了孔可让活塞连杆5穿进并可往复运动。②导管2、3比导管1短，并且它们的右端无阀门7′。

当活塞4将导管1中的水向右推动时，导管外面的水立即从导管2、3右端开口处流入，并经过两通水口8流入导管1。当活塞4向左运动时，导管1中的水又经两通水口8沿导管2、3右端开口处向右流出。这样，活塞往复运动，水总是被推向右方，水的反作用力总是指向左方。导管2、3比导管1短，可以使从导管1向右（或向左）流出的水与从导管2、3向左（或向右）流入的水互相不发生冲突。

实施例三：活塞式推进器的活塞4，一般是由硬质材料，特别是金属材料制成。但为了将它做得更大，以推动更多的水，提高推进器效率。也可以用软质材料制做，例如用高强度合成纤维或金属丝编织而成，只是四周边缘处用硬质材料制做。这样，往复运动装置的结构也要作相应的改变。例如，在图3中，4是导管1中的软质活塞，一系列连绳9将活塞4与绳10连结，绳10环绕在两个位于导管1两端的定滑轮11上，并与往复运动动力机6连接。这样，往复运动动力机6就可通过绳10、连绳9使活塞4在导管1中往复运动。

导管1仍然按图1或图2所示方式（有阀门7、7′或无阀门7、7′均可）与导管2、3平行连接，仍有通水口8和三个导管连通，但在图3中未画出。图3中导管2、3是在与纸面垂直的位置与导管1连接。

这样，软质活塞4在导管1中往复运动时，仍然总是将水向右推动（分别从导管1、2、3右端出水口流出），向左产生反作用力。

实施例四：活塞4的结构如图5所示：矩形的四条边和两条对角线由硬质材料制成，形成矩形活塞的骨架，矩形的其余部分由软质材料制成。当然，这种活塞也可以是圆形、椭圆形或其他形状。往复运动装置结构如下：见图4，两个定滑轮11仍在导管1的两端，第二个定滑轮11′在导管1的左端中央（即实施例二的连杆5由此穿孔进入导管1之处）。第四个定滑轮11″在导管1的右端中央，由两根或多根固定杆10′固定在右端进水口上（注意：图4中固定杆10′只是两根杆，对水进、出导管1阻碍不大）。绳10环绕在四个定滑轮上，并与活塞4和往复运动动力机6相连。为了使活塞4与绳10连接得更稳固，可适当加一些起固定作用的绳或杆4′。该推进器其余部分的结构和运动方式与实施例三完全一样。

用这种结构，同样可以将活塞4做得非常之大，以推动更多的水，从而提高推进器效率。

实施例五：如图6所示，不要导管3，只有导管2与导管1平行紧挨着连接。通水口8和导管2右端开口处的横截面积均分别与导管1右端开口处的横截面积大致相等。导管1左端的阀门7、导管2右端的阀门7′可要、可不要。这样，往复运动动力机6使活塞4在导管1中向右推水时，导管外面的水又从导管2的右端（或经阀门7）流入，经通水口8流入导管1。当活塞4向左运动时，导管1中的水又经通水口8从导管2右端出水口向右流出（如有阀门7，则它此时关闭。如有阀门7′，则它此时打开）。活塞4往复运动，反作用力总是指向左方。

实施例六：如果活塞4用硬质材料制做，它的推水面积仍不可能太大，也就限制了效率的提高。为此，可采取两个活塞的办法。

如图7，两导管1、1′均与中间的大导管2平行相连。两通水口8的横截面积之和（以及导管1右端出水口横截面积跟导管1′右端出水口横截面积之和），大致等于导管2右端出水口横截面积。两活塞4、4′分别位于导管1、1′中，并分别通过连杆5、5′与往复运动动力机6、6′相连（阀门7、7′可要、可不要）。

当两活塞4、4′向右推水时，外面的水从导管2右端经两通水口8流入导管1、1′中（假如无阀门7、7′）。当两活塞4、4′向左运动时，导管1、1′中的水通过两通水口8从导管2向右流出。两活塞4、4′不断往复运动，水总是被向右推动，反作用力总是指向左方。

用同样的道理，还可以设计三个活塞、四个活塞、……多个活塞的活塞式推进器。这样，推水面积更大，推进器效率更高。

实施例七：见图8，一个较大的、形如冬瓜的空心圆筒状导管2′，一端开口（图8中是右端），另一端（左端）穿有孔。两端开口的导管1从导管2′的开口端穿进导管2′，但不与另一端（左端）顶部接触，而是在导管1与导管2′之间通过一些固定杆（或薄片）10′牢固连结。导管1中的活塞4与连杆5相连，连杆5穿过导管2′左端上的孔与往复运动动力机6相连。

当活塞4向右推动导管1中的水时，外面的水就从导管2′右端流入，经通水口8流入导管1。当活塞4向左运动时，就将导管1、导管2′中的水从导管2′的右端出水口推出。这样，活塞4不断往复运动，水总是被推向右方，水的反作用力也总是推向左方。这种活塞式推进器的运动和作用方式与上述各实施例类似。很明显，它最好不要前面所说的阀门7、7′。

二、活塞推进船舶

实施例八：将实施例-七（图1-图8）所述的活塞式推进器安装在船12的船底，就成为活塞推进船舶。见图9，导管1、2、3在垂直于纸面的方向平行紧挨着放置，因图9是侧视图，只看得见一个导管。往复运动装置一部分在船底（例如，图9中的导管1、2、3，活塞4，连杆5），一部分在船上（包括柴油机、电动机等原动机）。往复运动动力机6一部分在船上，一部分在船底。

在图9中，活塞式推进器不断将水向右推动，水的反作用力不断将船向左推动。

实施例九：为了使推进器的活塞有更大的推水面积，有更高的推进器效率，这种船最好也做成双身船。见图10，两船身12和上部船身13之间的宽广水域，安装活塞式推进器的导管1、2、3（也可以是两个导管或多个导管）和往复运动装置的一部分，另一部分安装在上部船身13上（图10中未画出）。

也可以做成多身船，在每两个船身之间按上述方式安装活塞式推进器。

本发明的主要优点是：

-活塞式推进器和导管螺旋桨相比，制造活塞比制造螺旋桨，在制造工艺、难度等方面，要简易得多。

-活塞在往复运动的全过程中，都将水向后推，几乎不产生阻力，而降落伞在收缩时（闭合往前运动时），毕竟还有一定阻力（虽然很小，但也应注意到。见86108352号专利申请）。

-和降落伞推进器一样，本发明同样能克服螺旋桨的周向损失、空泡、斜流、激振、谐鸣和噪音等缺陷。

-更重要的是：和86108352号及86108768号专利申请中的降落伞一样，本发明中的活塞可以做得很大，特别是当活塞用软质材料（如高强度纤维编织物）制造时（见实施例三，图3）。即使用硬质材料制造，多个活塞加起来，它们的总推水面积也可以很大（见实施例五，图5）。这样，再加上导管的作用，单位时间内推动的水的质量M就可以很大，甚至大到超过船本身的质量m（包括自重和载重），从而使水船质量比 (M)/(m) 大于1。这样，推进器效率就可按如下公式进行计算：

$\mathrm{\eta \; =}\frac{1}{\mathrm{1\; +}\frac{m}{\mathrm{2\; M}}}$

同时，效率η、水船质量比 (M)/(m) 、瞬时船速V和被推动水的水速u就遵守86108352号专利申请说明书附图中图12、图13所表示的规律。

按照这些公式和规律：①有实用意义的推进器效率可达67-95%（M＝m-10m），比螺旋桨高出40%左右。②效率与推力能同时提高，从而也能克服螺旋桨等 (M)/(m) 远小于1的推进器推力-效率互相矛盾的致命缺陷。

这些优点和现实性（可行性），在86108352号中国发明专利申请中，已有详细论证（该申请已于87、7、22由中国专利局公布）。

Claims (10)

1、一种新型推进器，其特征是：活塞4位于导管1中，并与往复运动装置相连接，另外的导管与导管1相连并都通过通水口8与导管1连通，所有导管均在同一端开口，另一端闭合，有的导管的另一端穿有孔，作为往复运动装置的组成部分的连杆5或绳10由此孔穿过。

2、如权利要求1所述的活塞式推进器，其特征是：另外的导管2、3在开口的一端有阀门7′，另一端闭合，但有阀门7，活塞4与连杆5连结，连杆5与导管1外的往复运动动力机6相连。

3、如权利要求1或2所述的活塞式推进器，其特征是：活塞4由软质材料制成，外边缘有一圈硬质材料，其往复运动装置的结构如下：一系列连绳9将活塞4与绳10连结，绳10环绕在导管1两端的定滑轮11上，并与往复运动动力机6相连。

4、如权利要求1或2所述的活塞式推进器，其特征是：①活塞4的外边缘和中间数根杆由硬质材料制成，形成活塞4的骨架，活塞4的其余部分由软质材料制成;②其往复运动装置的结构如下：两个定滑轮11位于导管1的两端，定滑轮11′位于导管1穿有孔的一端中央，定滑轮11″位于导管1另一端（开口端）中央，由固定杆10′固定在该端进水口上，绳10环绕在上述四个定滑轮上，并与活塞4和往复运动动力机6相连，活塞4和绳10之间，连结有杆或绳4′。

5、如权利要求1或2所述的活塞式推进器，其特征是它只有两个导管-导管1和导管2，它们只由一个通水口8连通。

6、如权利要求1或2所述的活塞式推进器，其特征是：它有两个（或多个）活塞4和4′，分别位于导管1、1′（或多个导管）中并分别通过连杆5、5′（或多个连杆）与往复运动动力机6、6′（或多个往复运动动力机）相连，导管1、1′（或多个导管）分别由通水口8与导管2相连通。

7、如权利要求1所述的活塞式推进器，其特征是：另一较大的导管2′一端开口，另一端穿有孔，两端开口的导管1从导管2′的开口端穿进导管2′，但不与另一端顶部接触，而是通过一些固定杆（或薄片）10′与导管2′牢固连结，导管1中的活塞4与连杆5相连，连杆5穿过导管2′另一端上的孔与往复运动动力机6相连。

8、如权利要求1或2、3、4、5、6、7所述的活塞式推进器，其特征是它的往复运动机是液压油缸。

9、一种船舶，其特征是：将权利要求1或2、3、4、5、6、7、8所述的活塞式推进器，安装在船上。

10、如权利要求9所述的活塞推进船舶，其特征是它的船是双身船（或多身船），而活塞式推进器安装在上部船身13的底部，位于两个船身12之间（对多身船来说是每两个船身之间）。

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