專利名稱:滑行船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
該發(fā)明應(yīng)用于高性能船艇領(lǐng)域,具體為滑行船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù):
螺旋槳作為海上船只的主要推動器代替明輪推動器出現(xiàn)在19世紀(jì)中葉。常規(guī)的船舶螺旋 漿推動是通過撥水向后產(chǎn)生推力,推動船只前進(jìn)。常規(guī)船用推進(jìn)式螺旋槳系統(tǒng)由發(fā)動機(jī).l、 齒輪箱2、傳動軸3、傳動軸支架4和推力螺旋槳5構(gòu)成,如圖1所示。從位置上看,傳動軸 3和支架4位于推力螺旋槳5的前方,水流的流線將受到傳動軸3和傳動軸支架4擾動,使 水流無法做到平滑,導(dǎo)致推力螺旋槳5的推進(jìn)效率下降。而且,傳動軸3及其支架4阻擋了 水流的流動,產(chǎn)生了附體阻力。發(fā)動機(jī)l、齒輪箱2和傳動軸3組成推力式螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng), 機(jī)艙的所占空間極大,如圖1中L1,使船只有效容積的布置困難。在船艇設(shè)計過程中,為了 減少吃水,螺旋槳位置處開挖船體隧道8。開挖隧道位于船體后側(cè),這樣便造成的滑行面的 損失。為了補(bǔ)償船體滑行面的損失,不得不在船體后側(cè)設(shè)計附體7,增加了船體阻力。如果 將船艇尾部的螺旋槳5改為拉力螺旋漿10,將之移到船體下部,作為拉力式螺旋槳驅(qū)動船只, 適當(dāng)改變開挖隧道形式ll,可能避免上述常規(guī)推力式螺旋槳驅(qū)動滑行船艇的缺點,如圖2所 示,這也成為了我們發(fā)明拉力式螺旋槳驅(qū)動滑行船艇的一個出發(fā)點。我們發(fā)明了滑行船艇拉 力螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),'減少了船艇的航行阻力,提高了船艇在同樣功率條件下船艇的速度。
發(fā)明內(nèi)容
本專利發(fā)明了滑行船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),其主要特征在于,該船艇在船底部 安裝拉力式的螺旋槳,采用V型齒輪箱,船體隧道由三條不同曲率的曲線構(gòu)成,船尾設(shè)置雙 舵葉。
圖1常規(guī)螺旋槳推進(jìn)船艇示意圖
附圖中1-發(fā)動機(jī)、2-齒輪箱、3-傳動軸、4-傳動軸支架、5-常規(guī)螺旋槳、6-舵葉、7-船附體、8-船體隧道。
圖2拉力式螺旋槳驅(qū)動船艇示意圖
附圖中9-V型齒輪箱、10-拉力螺旋槳、11-船體隧道。
圖3拉力式螺旋槳驅(qū)動船艇尾部舵葉布置。圖4船體隧道壓力分解示意圖。
附圖中12-沿隧道曲面壓力、13-水平方向的分力、14-垂直向上的分力。 圖5拉力式螺旋槳產(chǎn)生拉力分解示意圖。
附圖中15-沿傳動軸的拉力、16-水平方向的分力、17-垂直向下的分力。 具體實施方法
(a) 滑行船艇拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)
圖2所示,拉力式螺旋槳船艇動力由發(fā)動機(jī)1提供,通過V型齒輪箱9調(diào)配,傳動軸3 將動力提供給拉力螺旋槳10。拉力螺旋槳10工作后,產(chǎn)生向前拉力,帶動船只的運(yùn)動。在 這里,齒輪箱選用V'型齒輪箱9,提供了變方向的驅(qū)動力,即將發(fā)動機(jī)傳動方向轉(zhuǎn)一定角度。 采用V型齒輪箱9,大大節(jié)省了船機(jī)艙的空間,即圖中2中L3小于圖1中的L1。因此,拉力 螺旋槳驅(qū)動的船艇,節(jié)省的機(jī)艙空間,可以用作更多其他輔助的布置,如空調(diào)布置, 一些貨 倉等等。拉力螺旋槳10前方的水流并沒有與常規(guī)推力螺旋槳5那樣,受到了船傳動軸3和傳 動軸支架4阻擋和擾動,水流更加平滑。因此,提高了拉力螺旋槳10的效率,增加了同樣功 率條件下船艇的航速。拉力螺旋槳10驅(qū)動船艇的設(shè)計,使拉力螺旋槳10距離舵葉6遠(yuǎn),如 圖2中L4大于圖1中的L2,這勢必降低了拉力螺旋槳驅(qū)動滑行船艇的舵葉效率,影響了船 體操控性能。所以我們修改一般常規(guī)螺旋槳驅(qū)動船艇,船尾中間位置處單個舵葉設(shè)計,改為 拉力式螺旋槳驅(qū)動的船尾兩側(cè)的雙舵葉設(shè)計,在其船尾板左右兩側(cè)分別設(shè)置一個舵葉6,.改 善其操控性能,如閨3所示。為了減少螺旋槳吃水,拉力螺旋槳10處開挖了船體隧道11。 隧道曲線經(jīng)過精心設(shè)計,由三條不同曲率的曲線a,b,c構(gòu)成,這三條曲線的曲率經(jīng)過計算獲 得的,計算中主要考慮了水流的動壓力和船體的阻力綜合因素,如圖4所示。
(b) 拉力螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)工作原理
拉力螺旋槳的滑行船艇的前進(jìn)主要依靠螺旋槳所產(chǎn)生的拉力15驅(qū)動,如圖5所示。將螺 旋槳產(chǎn)生的拉力進(jìn)行正交分解,可以獲得水平方向的力16和垂直向下的力17。水平方向的 拉力16是我們需要的,提供船艇前進(jìn)的動力。垂直向下的分力17需要我們采取措施進(jìn)行平 衡。對于某種固定船型的船艇,其姿態(tài)的設(shè)計尤為重要。船只的姿態(tài)控制設(shè)計需要綜合考慮 船型和船的重量重心布置,否則,無法得到船艇優(yōu)異的航行性能。對于拉力螺旋槳10驅(qū)動的 船,垂直向下的分力,17將使船體后部尾傾力矩加大,而且V型齒輪箱9和發(fā)動機(jī)1均放在后 機(jī)艙處,勢必加重了船體后部的重量。如果單憑船體的重量重心設(shè)計時,將垂直向下的分力 17平衡,這是很困難的工作。因此,我們設(shè)計船體隧道11由三條不同曲率的曲線構(gòu)成。船
4體隧道11曲線設(shè)計可以使船艇航行過程中,提供沿船體隧道曲面水動壓力12。水動壓力12 的可以提供垂直向上的分力14,可以為平衡拉力螺旋槳的垂直向下的分力17做出一定的貢 獻(xiàn),如圖4所示。綜合船艇的重量重心設(shè)計和船體隧道借助水流所提供動壓力設(shè)計,平衡了 拉力螺旋槳10向下的分力17作用,最終實現(xiàn)拉力螺旋槳驅(qū)動的滑行船艇良好的的航行姿態(tài)。 常規(guī)的螺旋槳驅(qū)動的船艇,為了降低螺旋槳的吃水,會在船艇后部開挖隧道8。但是作為滑 行艇,船尾開挖隧道8,勢必造成了船艇尾部滑行面的損失。為了補(bǔ)償滑行面的損失, 一般 的做法,是在船尾部添加船附體7,如圖1所示。但是,添加了船附體7,也增加了船艇的航 行阻力,勢必降低同功率下船艇的航行速度。我們設(shè)計的拉力螺旋槳驅(qū)動的滑行船艇,開挖 船體隧道ll,因船尾部基本上保持了原有的滑行面,并未對滑行船艇的滑行面造成過大的損 失,不用增加船附體7進(jìn)行補(bǔ)償,減少了工作量。然而,這種拉力螺旋槳驅(qū)動的船體隧道的 設(shè)計,在提供向上的分力14同時,也提供了向后水平方向的分力13,增加了船體阻力。因 此,船體隧道11曲線的確定將取決了它所提供的向上分力對船艇整體設(shè)計的貢獻(xiàn)程度大于其 所增加船體阻力的作用。拉力螺旋槳10工作時,將會攪動水流,產(chǎn)生拉力的同時,將會有大 量的氣泡產(chǎn)生。氣泡產(chǎn)生后,因壓力的緣故,氣泡將會升至水面消失。在氣泡上升過程中, 將會有一部分氣泡沿著船體向上移動,并有一定量的會短時間附著船體上面,減少了水體與 船體的附著,減少的船體濕表面積,起到了降低船體與水流的摩擦阻力的作用。我們設(shè)計了 13米滑行船艇,分別采用了拉力螺旋槳驅(qū)動和常規(guī)螺旋槳推進(jìn)兩種方式。同樣的功率條件下, 拉力螺旋槳驅(qū)動的船速度達(dá)到了 33. 3節(jié),而常規(guī)螺旋槳船速度達(dá)到29. 6節(jié),整整高了 3. 9 節(jié),測試結(jié)果說明了采用拉力螺旋漿驅(qū)動的滑行船艇的速度優(yōu)勢。 (c)拉力螺旋槳驅(qū)動滑行船艇的優(yōu)點
滑行船艇的拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)與常規(guī)螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)相比,具有以下優(yōu)點第一個優(yōu) 點拉力式螺旋槳驅(qū)動的船節(jié)約船的機(jī)艙空間;第二個優(yōu)點消除了傳動軸和其支架對水流擾動, 使水流流線更為平滑,增加拉力螺旋槳的效率;第三個優(yōu)點減小船體與水流的摩擦阻力,增 加相同的功率下的船艇速度。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明專利為滑行船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),其主要特征在于,該船艇在船底部安裝拉力式的螺旋槳,采用V型齒輪箱,船體隧道由三條不同曲率的曲線構(gòu)成,船尾設(shè)置雙舵葉;
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述滑行船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),其主要特征在于,拉力式 螺旋槳驅(qū)動的船艇的齒輪箱選用V型齒輪箱,大大節(jié)省了船機(jī)艙的空間;.
3, 根據(jù)權(quán)利要求1所述滑行船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),其主要特祉在于,控力式 螺旋槳驅(qū)動的滑行船艇采用雙舵葉設(shè)計,改善其操控性能;
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滑杼船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),其主要特征在于,拉力式 螺旋衆(zhòng)驅(qū)動的船艇,綜合船艇的重量重心設(shè)計和船體隧道借助水流所提供動壓力設(shè)訐,實現(xiàn) 拉力螺旋槳驅(qū)動的滑行船艇良好的的航行姿態(tài)-;
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述滑行船H一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),其主要特征在于,拉力螺 旋槳工作時,將會攪動水流,產(chǎn)生拉為的同時,將會有大量的氣泡產(chǎn)生。氣泡產(chǎn)坐后,因壓 力的緣故,氣泡將會升至水面消失。在氣泡上升過程中,將會有一部分氣泡沿著船體向上移 動,并有一定量的氣泡短時間附著船體上面,這勢必減少了水體與船體的附著,減少的船體 濕表面積,起到了減少船體與水體的摩擦阻力的效果。
全文摘要
本發(fā)明為滑行船艇一種拉力式螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng),其主要特征為在于該船只在船底部安裝拉力式的螺旋槳,采用V型齒輪箱,船體隧道由三條不同曲率的曲線構(gòu)成,船尾設(shè)置雙舵葉。拉力式螺旋槳驅(qū)動的滑行船艇具有節(jié)約船的機(jī)艙空間、消除了傳動軸和其支架對水流擾動、減小船體與水流的摩擦阻力的優(yōu)點。這些優(yōu)點增加相同的功率下的驅(qū)動效率。我們設(shè)計13米滑行船艇,分別采用常規(guī)螺旋槳驅(qū)動和拉力式螺旋槳驅(qū)動兩種方式,拉力式螺旋漿驅(qū)動船艇的速度要高于常規(guī)螺旋槳驅(qū)動船艇速度3.9節(jié),驗證了滑行船艇拉力螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)的有效性。
文檔編號B63H23/00GK101565101SQ20091010571
公開日2009年10月28日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者劉紅軍, 軍 施, 青 曾, 胡照會 申請人:深圳市海斯比船艇科技發(fā)展有限公司