專利名稱：船舶的全方位水流推進的制作方法
這是關(guān)于船舶推進方法的發(fā)明，涉及船舶動力及推進的領(lǐng)域。
現(xiàn)行的船舶的螺旋漿的推進有不易轉(zhuǎn)向、不能減少水對動行船體的阻力以及噪音較大的缺點?，F(xiàn)行的單向的噴水推進亦未能全面克服上述缺點。本發(fā)明致力于解決或部分解決上述問題。
本發(fā)明的基本構(gòu)想是，使用一條以上的基本上是水平位置的管道，管道中間設(shè)水泵，管道頭部在船首開口，尾部在船尾開口，在管道頭部吸水、在管道尾部噴水，產(chǎn)生的反作用力推動船體運動。吸水管口將船體前進水阻變成進水動力，因而大大減小船體水阻，甚至使船首部水阻為負。兩條及兩條以上這樣的管道按合理的方向、位置布置于船體，控制這些管道吸、噴水方向的轉(zhuǎn)換及流量的大小，可以獲得任意需要的船體回轉(zhuǎn)運動及平面運動。由于取消螺旋漿，加之對泵及管道口的合理設(shè)計，可以減少噪音，這對于潛艇及某些特殊作業(yè)船舶是有利的。
一種反映上述原理的基本設(shè)計見示意1。1表示船體(船殼)，船首朝上，船尾朝下，2表示左泵，3表示右泵，4表示連通船首、尾并中經(jīng)左泵2的左管道，5表示連通船首、尾并中經(jīng)右泵3的右管道，6、7分別表示左、右管道在船首部的開口，開口較大以減小水阻，8、9分別表示左、右管道在船尾的開口，10、11分別表示開口在船左、右側(cè)并與左、右泵連通的左側(cè)管道與右側(cè)管道。

圖1中的箭頭表示船前行時的水流方向，水從左、右管道4、5在船首部的寬大開口6、7被吸入，經(jīng)泵2、3，從4、5在船尾部開口8、9噴出，這樣產(chǎn)生的吸水及噴水的反作用力，將推動船體前行。
圖2是圖1的右視的示意圖，旋轉(zhuǎn)成水平放置。它顯示出，右管道5在船首部開口7從側(cè)面看也應較寬大，但要注意開口上部不要露出水面。為此，在需要時可設(shè)置一檔板(圖中未示出)，在船空載和船頭昂起狀態(tài)時放在檔板將管道開口上部擋住。同理，左管道以及其它可能存在的管道在船首部的開口也可如是處理。圖2箭頭所示水流方向亦是船前行時的水流方向。
左、右管道可兼作船的空心龍骨，以省去傳統(tǒng)龍骨，減輕重量，提高船體強度。為此，左、右管道應分別貼靠左、右船舷側(cè)并靠近船底放置，與船殼焊成一體。較簡單的辦法，是如船的橫截面示意3所示的那樣，利用船殼1a，左、右各焊一條鋼板，分別形成左管道4a和右管道5a。
泵可用各種型式的。發(fā)明人認為，較好的一種型式是使用本發(fā)明人的美國發(fā)明專利4872536及美國發(fā)明專利4932504的說明書(其附圖的圖4、圖5、圖6)所描述的變效齒輪泵，可以是所描述的外齒輪泵，也可以是所描述的內(nèi)齒輪泵。一種與本發(fā)明的圖1、圖2的型式相應的基本設(shè)計見示意4。相互嚙合的齒輪13、14、15按箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)，12是齒輪泵殼體，其內(nèi)充滿液體。完成齒輪泵軸向密封的側(cè)板圖中未予示出。徑向密封塊16、17的頂部均分別可與齒輪13、14和齒輪14、15的齒頂園周的一段液密地貼合，完成徑向密封，它們均可由其背部固連的伸到殼口之外的桿按箭頭方向推入或拉出。開在側(cè)板上的孔18、19可分別經(jīng)左、右管道與管道在船首部和船尾部的開口連通。按圖4所示齒輪旋轉(zhuǎn)方向，當徑向密封塊16推入與齒輪13、14液密貼合，而徑向密封塊17拉開與齒輪14、15保持足夠距離時，液體從孔18被吸入，在16的徑向密封和側(cè)板的軸向密封下，被齒輪13、14泵出到殼口之內(nèi)，又從孔19排出;反過來，當16拉開而17推入，則液體從孔19吸入而從孔18排出。就是說，控制徑向密封塊16、17的推入和排出，可在齒輪轉(zhuǎn)向不變的情況下，使齒輪泵變換液體流入、流出的方向。用上述原理，當使用更多個相互嚙合的齒輪和/或使用更多個可推入、拉出的徑向密封塊時，可以控制更多個孔道流入、流出液體的方向。圖4中的20是開在側(cè)板上的孔，它可被背部固連著伸出殼口之外的拉桿帶動的蓋21蓋上或打開，當推21使其達虛線位置時，可液密地蓋住孔20，反之當拉21至實線位置時，則孔20被打開。平時孔20關(guān)閉，但當徑向密封塊16、17都推入而孔20打開時，液體同時從孔18、19吸入而從孔20流出。當徑向密封塊16(或17)推入而17(或16)拉開，同時孔20打開時，則液體從孔18(或19)吸入而同時從孔19(或18)、20排出。當開設(shè)更多個20這樣的孔(及蓋21)時，用上述原理，可以控制更多個孔道的液體的是否排出(或流入)。
如同上述美國專利說明書所述的那樣，控制變效齒輪泵的徑向密封塊與齒輪間的距離，可以無級地控制“泵效應”的大小，也就控制了相應泵流量的大小。在本發(fā)明中使用這樣的泵，可在做出上述對流量的方向、通斷的控制的同時，無級的調(diào)節(jié)有關(guān)流量的大小。
本發(fā)明所用的泵，也可以是內(nèi)齒輪泵。一種基本設(shè)計見示意5。24表示可在殼體(未示出)中轉(zhuǎn)動的內(nèi)齒輪，22、23表示與之嚙合的外齒輪，27、28表示可分別由轉(zhuǎn)軸25、26帶動轉(zhuǎn)動的徑向密封塊，它們的兩端可與內(nèi)齒輪24及分別與外齒輪22、23的齒頂圓周的一段液密的貼合，在兩軸向密封側(cè)板(未畫出)的軸向密封作用下，完成泵的密封。圖5中的徑向密封塊27、28如反時針轉(zhuǎn)動，則其端部與齒輪齒頂脫離，泵效應消失，液體可自由通過，控制徑向密封塊轉(zhuǎn)角，可控制泵效應的強弱。29、30是開在側(cè)板上的孔，與前述外齒輪泵相同的原理，按圖5箭頭所示轉(zhuǎn)向徑向密封塊27順時針轉(zhuǎn)動到貼合位置而徑向密封塊28反時針轉(zhuǎn)動到脫離位置時，液體從孔29吸入從孔30排出。反過來，28貼合、27脫離，則液體從孔30吸入從孔29排出。31是開在側(cè)板上的孔，32是可繞軸33轉(zhuǎn)動的蓋，轉(zhuǎn)到虛線位置時可液密地蓋住孔31，轉(zhuǎn)到實線位置則孔31打開，其作用類同于外齒輪泵(圖4)的孔20、蓋21，這樣，上述內(nèi)齒輪泵可象前述外齒輪泵那樣改換液流方向，控制流量大小及有關(guān)孔道的通斷。也可以設(shè)置更多的同時嚙合的齒輪、徑向密封塊及31、32那樣的孔、蓋，以如前述原理那樣求得對更多孔道的液流的控制。
圖1所示的船在2、3所指泵的部位使用圖4或圖5所示的泵，可以構(gòu)成一種全方位水流推進船舶的基本形式。連接方式是，圖4泵的孔18、19(或圖5泵的孔29、30)中一個孔與管道在船首部開口6或7連通，另一個孔與管道在船尾部開口8或9連通，側(cè)蓋上被蓋21控制的孔20(或圖5泵的孔31)與左側(cè)管道10或右側(cè)管道11連通，左、右管道及左、右泵都這樣連接，則船的管道的前開口6、7后開口8、9及側(cè)面管道開口10、11都相應獲得其方向和流量受控制的水流。
以圖1船為例，當側(cè)面管道開口10、11封閉，左、右管道前開口6、7吸水，而8、9噴水，左、右管道4、5流量相等時，船向正前方前進;當6、7噴水，8、9吸水，左管道4與右管道5流量相等時，船向正后方倒退;當左、右管道水流方向相同，但流量不等時，船在前進或倒退的同時有轉(zhuǎn)向運動。例如6、7吸水，8、9噴水，但左管道流量大于右管道流量，則船在前行的同時右轉(zhuǎn)，余可類推;當6、9吸水，7、8噴水，左右管道流量大小相等，船作順時針純回轉(zhuǎn)運動，反之則作反時針純回轉(zhuǎn)運動，若左、右管道流量大小不等，船在回轉(zhuǎn)同時還有前進或倒退的運動，例如6、9吸水而7、8噴水，但左管道流量大于右管道流量，則船在順時針回轉(zhuǎn)的同時還作前進運動，余可類推。以上是側(cè)面管道10、11封閉時的情形。若10、11打開(即孔20或31打開)，則船可產(chǎn)生側(cè)移運動。如10噴水而6、8吸水，船向右平移;11噴水而7、9吸水，船向左側(cè)平移;若6吸水而2、8噴水，船向右前方平移;9吸水而7、11噴水，船向左后方平移;同理類推可取得船向左前方、右后方的平移。若一側(cè)管道的水流使船產(chǎn)生側(cè)移運動，另一側(cè)管道的流量不為零，則船在側(cè)移同時可有任意大小及方向的前進、倒退、順時針或反時針回轉(zhuǎn)，從而使船能夠作出任何一種平面運動，即獲得全方位水流推進。
全方位水流推進原理可以應用于多種特殊場合，茲舉幾例如下應用于潛水艇。增加艇底部管道開口，開口方向向下，可吸水或噴水，向下吸水時，船迅速下潛;向下噴水時，船迅速上浮。這樣可大大縮短船下潛和上浮的時間。
應用于捕魚船。在船首部管道開口處加設(shè)魚網(wǎng)，吸水時魚被吸入網(wǎng)內(nèi)，這樣可在船追趕魚群時進行“吸水捕魚”。
應用于破冰船。船內(nèi)管道設(shè)加熱環(huán)節(jié)，能將水流加熱，則破冰時可從船首管道開口噴出熱水，增加破冰能力。
應用于深海鉆探。例如可將潛水器制成園盤形，園周切向布置管道開口，進行相應吸水、噴水，使?jié)撍骺纱蠊β始兓剞D(zhuǎn)運動，帶動鉆桿在海底鉆孔，所需向下壓力可用頂部噴水或/和底部吸水辦法得到。這樣，只需用纜繩向潛水器輸送鉆桿，用電纜輸送動力，而不需用浮在水面的傳統(tǒng)的鉆井平臺就可進行鉆探，可大大增加深海鉆探的允許水深，加快鉆探進度，避免海面風浪對鉆探的影響，大大降低深海鉆探裝置的造價。
上述的全方位水流推進船所用的泵除齒輪泵外也可用其它類型的泵，如離心泵、葉片泵和螺桿泵。不過有的泵需靠改變泵轉(zhuǎn)向來改變水流方向，相應使機械傳動設(shè)施復雜一些。
為防止過大異物卡住泵，可在進水管道口處設(shè)濾網(wǎng)，網(wǎng)上吸附的異物在該管口噴水時即可除去。
本發(fā)明的全方位水流推進方法可使船舶獲得下列優(yōu)點1.可使船具有在任何自由度上主動運動的能力，大大提高其機動性及作業(yè)的方便性。
2.省去螺旋漿、舵及其傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，泵可由發(fā)動機直接帶動，不僅結(jié)構(gòu)大為簡化，重量、體積減小，造價降低，且從根本上避免了礁石、爆炸、異物纏繞等對螺旋漿和舵的損壞及妨礙，提高船的可靠性。
3.采用船首總的盡可能大的管道開口，將船首部產(chǎn)生的船體前進水阻變成進水動力，從而大大減小船體水阻，甚至使船首部水阻為負，使得同等發(fā)動機功率下船的前進速度可大幅度度提高，燃料消耗降低。
4.從船首至船尾的置于船底部的管道可用做船的龍骨，提高船體強度。
5.由于取消了螺旋漿，如再經(jīng)過對管道及其開口、泵的合理設(shè)計(例如采用低噪音的螺桿泵)，可使船運行時噪音大幅度降低，對于軍用潛艇等有意義。
6.擁有適用于加速潛艇下潛和上浮、吸水捕魚、加熱噴水破冰及不需現(xiàn)行鉆井平臺的深海鉆探等特殊用途的多種變型，具有其它特殊的優(yōu)越性能。
上述的噴水推進方法也可用于水翼船。在船底安裝的水翼的下部裝設(shè)管道和泵，管道吸水朝前，噴水口朝后并以一定角度朝下，產(chǎn)生朝后、朝下噴水兩個分量，朝后噴水分量使船前進，朝下噴水分量則托舉船殼上升到水面以上，使水阻大大減小。為了使這種噴水水翼船在剛起步時船殼就能夠升舉到水面以上，可在上述水翼下部裝設(shè)的管道上再增設(shè)朝下的噴水口，船起步時通過朝下噴水口噴水托舉船殼升到水面以上，同時朝后噴水，使得船能高速起步。這種起步用的朝下噴水口在船正常行駛時可關(guān)閉。
噴水水翼船的一種基本結(jié)構(gòu)可參看示意圖6。34表示船殼，35是安裝于船殼底部的水翼，36是裝設(shè)于水翼下部的管道，37是裝在管道中的泵，38是管道的朝后并朝后并朝下的噴水口，39是管道的朝前的吸水口，40是發(fā)動機，41是連接發(fā)動機和泵的輸送動力的傳動裝置，當發(fā)動機40通過傳動裝置41傳送動力到泵37，使管道按圖中箭頭方向在前開口39吸水在后開口38朝后、朝下噴水，則船殼被托舉到水面以上并高速前進。
托舉船殼的動力也可用裝于船殼下面的具有前部上蹺的斜面可曲面的滑板取得。或是水翼具有水平向后和向下兩個噴水口，分別調(diào)整其噴水量的大小，可以分別調(diào)整船的前進推力和升舉力的大小，使船得到最佳工作狀態(tài)。
水翼下部裝設(shè)的管道上還可在側(cè)面開口，得到如前述可控制的側(cè)向吸水或噴水，使水翼船能夠做前述的全方位水流推進。
權(quán)利要求
1.一種船，其特征是，在船殼水線以下的部分的不同方向上有2個或2個以上的開口，這些開口經(jīng)管道連通，管道中間設(shè)有水泵，水泵運轉(zhuǎn)可經(jīng)管道在一個或一個以上的開口噴水，在另外的一個或一個以上的開口吸水，產(chǎn)生使船按要求方向運動的反作用力。
2.權(quán)利要求1所述的船，其管道在船首部設(shè)有開口，且開口很大，以減小船體運行時的水阻，管道靠船底及船舷，可由船殼加一塊鋼板焊成，兼做船的空心龍骨。
3.權(quán)利要求1或2所述的船，是潛水船，在底部開有向下的管道開口，向下吸水時，船迅速下潛，向下噴水時，船迅速上浮。
4.權(quán)利要求1或2所述的船，在船首部管道開口處加設(shè)魚網(wǎng)，吸水時魚被吸入網(wǎng)內(nèi)，使船能夠在吸水推進時兼行捕魚。
5.權(quán)利要求1或2所述的船，船內(nèi)管道加設(shè)加熱環(huán)節(jié)，船道部管道開口可噴出熱水增加船的破冰能力。
6.權(quán)利要求1所述的船，所說的水泵是一種外齒輪泵，它含有相互嚙合的至少3個外齒輪，至少兩個徑向密封塊，具有軸向密封裝置、殼體和軸，徑向密封塊與齒輪的接合或脫離可控制泵效應的產(chǎn)生及強弱，并可改換泵的孔道內(nèi)液體流動的方向。
7.權(quán)利要求1所述的船，所說的水泵是一種內(nèi)齒輪泵，由殼體、內(nèi)齒輪、外齒輪、軸、軸向密封側(cè)板及其上相應的開孔和徑向密封塊組成，含有至少兩個與內(nèi)齒輪相嚙合的外齒輪，至少兩個徑向密封塊，徑向密封塊與齒輪的接合或脫離可控制泵效應的產(chǎn)生及強弱，并可改換泵的孔道內(nèi)液體流動的方向。
8.權(quán)利要求6或7所述的齒輪泵，在側(cè)板上還另外開有至少一個可以液密地蓋上或打開的孔。
9.權(quán)利要求1或2所述的船，所述的泵是權(quán)利要求6或7或8所述的泵，泵的孔道分別經(jīng)所述管道與其在船首、船尾的開口連通，泵的可液密地蓋上和打開的孔與船側(cè)的管道開口連通，泵在變換水流方向、流量大小及孔的開閉的時候，船在相應的管道開口處吸水、噴水或是流量為零，使船得到所需的運動。
10.權(quán)利要求1所述的船，是一種水翼船，其特征是，在船殼底安裝水翼，在水翼下部裝有管道和泵，泵經(jīng)傳動裝置從發(fā)動機獲得動力，管道在前部、后部和側(cè)面設(shè)有開口，能夠可控制地從前面吸水，向后、向下噴水，或從側(cè)面吸水或噴水，使船能夠在船殼升離水面的狀態(tài)下獲得全方位的高速運動。
全文摘要
船的首部、尾部、舷側(cè)有開口，經(jīng)管道和泵連通，同時吸水、噴水，產(chǎn)生的反作用力可使船得到任意需要的運動。可省去螺旋槳、舵及其傳動、控制系統(tǒng)提高了可靠性，簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，降低造價，減小噪音。在船首部的管道開口盡可能大，使船首的水阻變成進水動力，從而大大減小水阻，增加船的運行速度，管道兼做船的空心龍骨，提高船體強度。其變形可以有加速潛艇上浮及下潛速度，吸水捕魚，噴水破冰及不使用現(xiàn)行鉆井平臺進行海底噴水旋轉(zhuǎn)的深海鉆探等特殊性能。
文檔編號B63H11/04GK1085512SQ9211142
公開日1994年4月20日 申請日期1992年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月14日
發(fā)明者鄭悅 申請人:李斕