CN103895806B - 一种劈形船首喷水船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种劈形船首喷水船，该喷水船船体包括船首、船中和尾傲船尾三部分；船体尾傲最窄处的宽度比船体最宽处的宽度窄20厘米到40厘米；劈形船首前部进水角为25°～35°，劈形船首的长度为船体长度的1/4～1/3，劈形船首的底面与船体的底面在一个平面上；在劈形船首两个侧面的最宽处均设有一个进水口，进水口位于船体吃水线下的劈面上；进水口连接水道，水道上连接喷水机，喷水机末端连接喷水代舵器；喷水机包括螺旋桨，螺旋桨叶片尖端外环固接螺旋桨外齿轮，螺旋桨外齿轮与传动轴主动齿轮啮合，传动轴主动齿轮传动轴通过减速机构与发动机连接。本喷水船科研出敞水螺旋桨无益损失主机功率50％以上的潜力，供航行使用。

Description

一种劈形船首喷水船

技术领域

本发明属于一种船体，具体涉及一种劈形船首喷水船。

背景技术

海洋、内河水面上下各种形状的运动体，推开水线前进形成兴波阻力；压开水前进，形成头望尾下沉的空射分力、迎水增量阻力；船首曲线蔓延至船中，影响惯性运动的形状阻力；急流水冲在舵叶上产生后拉力。

敞水螺旋桨后冲水从叶尖外和叶片尖大量泛散回流，从功能原理看，损失主机功率50％以上。

当前国际技术水平，排水船排水1M³，推进马力12PS时，时速最高到24Km/h，俄美快艇排水1M³，推进马力120PS时，时速最高到60Km/h。

发明内容

本发明的目的是提供一种劈形船首喷水船，能够科研出水上运动体损失主机功率16％以上的潜力；喷水机科研出原敞水螺旋桨无益损失主机功率50％以上；喷水代舵器避免悬挂舵引起的船体横摇、颠簸至倾覆的海损事故发生。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

该喷水船包括船体，船体包括平底劈形船首、直线型横切面梯形船中和船尾三部分；船体尾部最窄处的宽度比船体最宽处的宽度窄20厘米到40厘米；平底劈形船首前部进水角为25°～35°，平底劈形船首的长度为船体长度的1/4～1/3，平底劈形船首的底面与船体的底面在一个平面上；在平底劈形船首两个侧面的最宽处均设有一个进水口，进水口位于船体吃水线下的劈面上；进水口连接水道，水道上连接喷水机，喷水机末端连接喷水代舵器；喷水机包括螺旋桨，螺旋桨叶片尖端外环固接螺旋桨外齿轮，螺旋桨外齿轮与传动轴主动齿轮啮合，传动轴主动齿轮的传动轴通过减速机构与发动机连接。

优选地，船体底部宽度是吃水面宽度的0.8～0.85倍。

优选地，进水口端面上设有十字形或米字形格网。

优选地，进水口端面上设有渣刮器。

优选地，进水口内、螺旋桨前设有粉碎装置。

优选地，进水口端面上设有蒙板。

本喷水船产生的有益效果为：

1、螺旋桨叶片尖端外环固接螺旋桨外齿轮，螺旋桨外齿轮与传动齿轮啮合，使得作用在螺旋桨叶片上的力的力臂大于螺旋桨叶片尖，发动机只需要比较小的输出力就可以驱动螺旋桨。

2、船体外形为直线型，船体的船尾的宽度比船体最宽处窄20厘米到40厘米，喷水船与水面保持最佳平行度，喷水船无论行驶或停靠总是与水面平行。

3、船体底盘宽度是吃水面宽度的0.8～0.85倍，船体的抗倾覆性能比较好。

4、船体前部设有进水角为25°～35°的平底劈形船首，平底劈形船首的长度为船体长度的1/4～1/3，平底劈形船首的底面与船体的底面在一个平面上，船体航行时，就把产生的兴波阻力、空射分力、迎水增量阻力和形状阻力大部分消除。平底劈形船首两个侧面的最宽处均设有一个进水口，进水口位于船体吃水线下的劈面上，可以减少20％以上的迎水阻力，不用吸水机械力，水流自动进入水道水螺旋桨工作。

5、喷水机末端连接喷水代舵器，喷水代舵器左右摆动，克服急流冲在桨叶上产生的后拉力，防止船体左右摇摆和颠簸引起的船体倾覆等海损事故产生，船体稳定性良好，安全性高。

附图说明

图1是本发明的一种劈形船首喷水船的一个实施例的主视结构示意图。

图2是本发明的一种劈形船首喷水船的一个实施例的俯视结构示意图。

图3是本发明的一种劈形船首喷水船的一个实施例的螺旋桨装置的结构示意图。

图4是船舶航行受力示意图。

图5是辘轳提水示意图。

图6是螺旋桨地轴结构示意图

图7是船身结构原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1～图3，图1～图3所示为本发明的一种劈形船首喷水船的一个实施例的结构示意图。在该实施例中，该劈形船首喷水船包括船体1，船体1外形为直线型，船体1包括平底劈形船首2、直线型横切面梯形船中和船尾三部分；船体尾部最窄处的宽度比船体1最宽处的宽度窄20厘米到40厘米；喷水船与水面保持最佳平行度，喷水船无论行驶或停靠总是与水面平行。在船体1前部设有进水角为25°～35°的平底劈形船首2，平底劈形船首2的长度为船体1长度的1/4～1/3，平底劈形船首2的底面与船体1的底面在一个平面上，船体航行时，就把产生的兴波阻力、空射分力、迎水增量阻力和形状阻力消除。在平底劈形船首2两个侧面的最宽处均设有一个进水口3，进水口位于船体1吃水线下的劈面上，可以减少20％以上的迎水阻力，不用吸水机械力，水流自动进入水道水螺旋桨工作。进水口3连接水道4，水道4上连接喷水机5，喷水机5末端连接喷水代舵器6，喷水代舵器左右摆动，克服急流冲在桨叶上产生的后拉力，防止船体左右摇摆、颠簸引起的船体倾覆等海损事故产生，船体稳定性良好，安全性高。喷水机5包括螺旋桨501，螺旋桨501叶片尖端外环固接螺旋桨外齿轮502，螺旋桨外齿轮502与传动齿轮503啮合，传动齿轮503通过减速机构与发动机连接，使得作用在螺旋桨叶片上的力的力臂大于螺旋桨叶片尖，发动机只需要比较小的输出力就可以驱动螺旋桨。

本发明的一种平底劈形船首喷水船的一个实施例中，船体1底部宽度可以是吃水面宽度的0.8～0.85倍，船体的抗倾覆性能比较好。

本发明的一种平底劈形船首喷水船的一个实施例中，进水口3端面上可以设有十字形或米字形格网，能够劈开杂物，阻挡杂物进入水道。

本发明的一种平底劈形船首喷水船的一个实施例中，进水口3端面上可以设有渣刮器，用于削去进水口端面上附着的软皮物。

本发明的一种平底劈形船首喷水船的一个实施例中，进水口3内、螺旋桨501前可以设有粉碎装置，将进入水道的较大渣物粉碎，随水喷出船体。

本发明的一种平底劈形船首喷水船的一个实施例中，进水口3端面上可以设有蒙板，用于船体停靠时，防止小动物和杂物进入水道。

本发明的科研思路如下：

一、研究船舶航行原理

水面上下运动体与水面绝对平行，只克服运动体浸水面与水液的摩擦阻力，水液的稳定性形成的迎水阻力劈开水滑动前进，需要研究吃水线下的船体线型和机务结构，科研出误损主机功耗的潜力。

1、研究水液的稳定系数。

2、研究兴波阻力系数。

3、研究受力液体分子反射运动定律：与牛顿定律及其推论内容相同，只是反作用力与作用力不等值，需要经过多次实验，找出运动规律，运用于生产上。

4、研究喷口修正系数：该系数与水液浓度、温度、地势高度、调剂喷口水液松紧度有关，研究如何把喷口后冲水的反作用力变成与后冲水力相等的船体推进力。

以上研究确定以后，找出准确函数关系，计算出系数的准确常数定值，经过生产模型试验进行修正用于生产。

5、如图4所示：对水面上下运动体的静止、航行进行彻底的受力分析及功耗分析如下：

1)迎水阻力F_迎：该力由水液稳定性造成，运动体吃水线下，有相当于最大横截面面积所受水流阻力阻挡运动体前进。可以通过进水口的设置，劈形船首对水液分解，可以减少迎水阻力92％以上。

2)兴波阻力F_兴：具有相当动量、力、速的运动体，推开水前进，碰击液体分子反转前行，涌堆于船首，形成的阻力叫兴波阻力。研究表明，只要吃水线下船体底面是平面，劈形进水角船首可以完全克服兴波阻力造成的损耗。

3)空射分力F_空：是由于运动体压开水前进，液体对运动体产生反作用力，使得运动体头望尾下沉而形成的，也可以通过设置平行船底、劈形船首克服完。

4)迎水增量阻力F_迎增：运动体头望尾下沉时生成，也可以通过设置平行船底、劈形船首克服。

5)形状阻力F_形：指运动体的船首曲线，蔓延至船中，半节船体受迎水冲击，减小船身长的1/4的惯性运动力，也可以通过设置平行船底、劈形船首克服。

6)后拉力F_拉：是内螺旋桨后急流水冲击在舵叶上产生的后拉力。

7)运动体摩擦阻力F_摩：运动体与水液接触面，航行时产生的摩擦阻力。

8)机动自损功耗W_自损：泛指齿轮变速箱、地轴、螺旋桨等机务机构转动时的功耗。

9)机动磨损功耗W_磨损：指轴承、轴套、水封、油封等产生的功耗。

10)传动功耗W_传：指轮齿间、联轴器间、平键与轴间等的间隙损功耗。

11)如图5、图6所示，图6为水井辘轳提水示意图，通过摇臂增大了力臂，从而节省了力，受此启发，可以将机能作用在如图6所示的螺旋桨桨叶的叶尖或叶尖以外，增大作用在螺旋桨上的力的力臂，从而可以节省机能。

敞水螺旋桨机能功耗平衡解释：

根据简单杠杆机械原理：阻力_E×阻力臂L＝力F×力臂传动轴半径r。比如，敞水螺旋桨和传动轴同在主机那里每转分得机能30牛顿，资料查询，实际调研，科学试验，设计资料表明，螺旋桨直径与传动轴直径之比是8:1到12:1，则得30牛顿×8≠30牛顿×1，即240牛顿·米≠30牛顿·米，机能功耗不平衡，是传动轴半径过短的缘故。

人们总说敞水螺旋桨负荷过重，于是以传动轴平衡功量，即240牛顿·米/8＝30牛顿·米，即30牛顿·米＝30牛顿·米，传动轴就能带动敞水螺旋桨转动了，天下大同，但敞水螺旋桨无效功耗消失50％以上，可惜了。

同上，把传动轴半径增长至大于内螺旋桨半径，即把机能作用在内螺旋桨叶尖外环外圆的轮齿上，以内螺旋桨负荷平衡功量，就把敞水螺旋桨无效功耗消失主机功耗50％以上的潜力科研出来了。

12)现代快艇就是利用三点空射分力为依据造船。当船体推进功率特大时，水液对船体的反作用力也特大，把船体夺出水面飘起跑，这种船体能耗特大，货运量微小，稍微多装点载就跑不动了，巨浪中难以行驶，造成的余浪造成快艇损毁严重，也对人员的生命造成严重威胁。

13)海上潜水艇、冲锋艇等机务机构的推进方式，根据吃水线型造船，跑起来余浪造成的功率损失很大，浪费能源无限。

14)悬挂舵无舵托，上、中舵承间为重劈，中舵承为支点，穿过舵叶的轴段为力臂，用舵时导致船体横摇、颠簸甚至倾覆，形成海损事故。

经过以上受力分析及功耗分析可知，机动自损功耗，船体与水液的摩擦功耗、传动功耗、机务结构的摩擦功耗和迎水阻力功耗等功耗是必须功耗，只能在加工制造过程中通过提高工艺等办法减小；兴波阻力、空射分力、迎水增量阻力和形状阻力等产生的无益功耗占主机功率16％，可以通过如图7所示的平底劈形船首、直线型船中、船尾消除；进水口设计在吃水线下最宽处前的劈面上可以减少20％以上的迎水阻力，不用吸水机械力，水流自动进入水道水螺旋桨工作，船体造成的无益功耗被消除。

如图1、图2所示，喷水代舵器是一根软管，软管左右摆动，改变喷水方向，产生反作用力，使船体甩尾转向。

据以上科研内容，导致创造发明喷水机，用单级或双级齿轮后传动内螺旋桨前通过传动轴变速箱、发动机。

专利保护要求：

1、项目的科研理论是重中之重；

2、平底劈形船首及直线形船体；

3、机能作用在叶尖上的喷水机。

Claims (6)

1.一种劈形船首喷水船，其特征在于：该喷水船包括船体(1)，船体(1)包括平底劈形船首(2)、直线型横切面梯形船中和船尾三部分；船尾最窄处的宽度比船体(1)最宽处的宽度窄20厘米到40厘米；所述平底劈形船首(2)前部进水角为25°～35°，所述平底劈形船首(2)的长度为所述船体(1)长度的1/4～1/3，平底劈形船首(2)的底面与所述船体(1)的底面在一个平面上；在所述平底劈形船首(2)两个侧面的最宽处均设有一个进水口(3)，所述进水口位于船体(1)吃水线下的劈面上；所述进水口(3)连接水道(4)，所述水道(4)上连接喷水机(5)，所述喷水机(5)末端连接喷水代舵器(6)；所述喷水机(5)包括螺旋桨(501)，所述螺旋桨(501)叶片尖端外环固接螺旋桨外齿轮(502)，所述螺旋桨外齿轮(502)与传动轴主动齿轮(503)啮合，所述传动轴主动齿轮(503)的传动轴通过减速机构与发动机连接。

2.根据权利要求1所述的喷水船，其特征在于：所述船体(1)底部宽度是吃水面宽度的0.8～0.85倍。

3.根据权利要求1或2所述的喷水船，其特征在于：所述进水口(3)端面上设有十字形或米字形格网。

4.根据权利要求1或2所述的喷水船，其特征在于：所述进水口(3)端面上设有渣刮器。

5.根据权利要求1或2所述的喷水船，其特征在于：所述进水口(3)内、螺旋桨(501)前设有粉碎装置。

6.根据权利要求1或2所述的喷水船，其特征在于：所述进水口(3)端面上设有蒙板。