CN109533255A - 流体推进器及航行器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种流体推进器，包括第一管道、流体加速装置和第二管道。所述第一管道具有第一进水口和第一出水口。所述第一进水口至所述第一出水口的截面面积逐渐减小。所述流体加速装置与所述第一管道的所述第一出水口连接。所述第二管道具有第二进水口和第二出水口。所述第二进水口与所述流体加速装置连接。所述流体加速装置设置于所述第一管道和所述第二管道之间。本申请提供了一种流体航行器。本申请通过所述第一管道、所述流体加速装置和所述第二管道的配合，能够在不增加能耗的情况下，大大提升船舶的航行速度。同时本申请还能够克服波障，适用性大大增加。
Description
技术领域
本申请涉及航行装置技术领域，特别是涉及流体推进器及航行器。
背景技术
目前，正如飞机的最大飞行速度受到音障的限制一样，船舶在水中航行时也会受到水波速度即“波障”(船舶的最大航速受到行波消散速度的制约，存在一个理论极限，称为“波障”)的制约，导致船舶的最大航行速度都不是特别的理想。
目前飞机已突破了音速，船舶却仍然停留在波速之内。即便飞机突破了音速，也是以增加能耗实现的，而船舶不是在弹性气体中航行，是在刚性液体中航行，其航行阻力是以速度的指数增加的。
目前，传统的船舶在克服速度阻力的能耗已经接近了效率极限，航行速度已无法继续再提升。
发明内容
基于此，有必要针对现有船舶在克服速度阻力的能耗已经接近了效率极限，无法继续提升航行速度的问题，提供一种流体推进器及航行器。
一种流体推进器，包括：
第一管道，具有第一进水口和第一出水口，所述第一进水口至所述第一出水口的截面面积逐渐减小；
流体加速装置，与所述第一管道的所述第一出水口连接；
第二管道，具有第二进水口和第二出水口，所述第二进水口与所述流体加速装置连接，所述流体加速装置设置于所述第一管道和所述第二管道之间；
壳体，所述第一管道、所述流体加速装置和所述第二管道均安装于所述壳体内，且所述壳体从所述第一进水口至所述第二出水口的截面面积相同。
在其中一个实施例中，所述第二管道的所述第二进水口至所述第二出水口的截面面积逐渐增大。
在其中一个实施例中，所述第一管道的所述第一进水口的流量小于或等于所述第二管道的所述第二出水口的流量。
在其中一个实施例中，所述流体加速装置包括：
加速器，设置于所述设置于所述第一管道和所述第二管道之间。
在其中一个实施例中，所述流体加速装置还包括：
第一连接管，所述加速器通过所述第一连接管与所述第一出水口连通。
在其中一个实施例中，所述流体加速装置还包括：
第二连接管，所述加速器通过所述第二连接管与所述第二进水口连通。
在其中一个实施例中，所述壳体沿第一方向的截面面积与所述第一管道的所述第一进水口的截面面积相同。
一种流体航行器，包括如上述任一项实施例所述的流体推进器，所述流体航行器还包括：
所述壳体内设置有第一空腔和第二空腔，所述第一管道、所述流体加速装置和所述第二管道均安装于所述第一空腔或所述第二空腔内。
在其中一个实施例中，所述流体航行器还包括：
甲板，设置于所述壳体。
在其中一个实施例中，所述流体推进器的数量为至少一个。
与现有技术相比，上述流体推进器，包括第一管道、流体加速装置和第二管道。所述第一管道具有第一进水口和第一出水口。所述第一进水口至所述第一出水口的截面面积逐渐减小。所述流体加速装置与所述第一管道的所述第一出水口连接。所述第二管道具有第二进水口和第二出水口。所述第二进水口与所述流体加速装置连接。所述流体加速装置设置于所述第一管道和所述第二管道之间。本申请通过所述第一管道、所述流体加速装置和所述第二管道的配合下，化解了波障的阻力，不但能够减少能耗，还大大提升了船舶的航行速度。同时本申请还可乘人载物、潜水航天，极大的增强了实用性。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的流体推进器的结构示意图一；
图2为本申请一实施例提供的流体推进器的结构示意图二；
图3为本申请一实施例提供的流体推进器的结构示意图三；
图4为本申请一实施例提供的流体航行器的结构示意图一；
图5为本申请一实施例提供的流体航行器的结构示意图二。
10 流体推进器
100 第一管道
101 第一挡板
102 第二挡板
103 第三挡板
104 第四挡板
110 第一进水口
120 第一出水口
20 流体航行器
200 流体加速装置
210 加速器
220 第一连接管
230 第二连接管
300 第二管道
301 第五挡板
302 第六挡板
310 第二进水口
320 第二出水口
400 壳体
401 第一方向
410 第一空腔
420 第二空腔
430 甲板
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1和图2，本申请一实施例提供一种流体推进器10，包括第一管道100、流体加速装置200、第二管道300和壳体400。所述第一管道100具有第一进水口110和第一出水口120。所述第一进水口110至所述第一出水口120的截面面积逐渐减小。所述流体加速装置200与所述第一管道100的所述第一出水口120连接。所述第二管道300具有第二进水口310和第二出水口320。所述第二进水口310与所述流体加速装置200连接。所述流体加速装置200设置于所述第一管道100和所述第二管道300之间。所述第一管道100、所述流体加速装置200和所述第二管道300均安装于所述壳体400内。所述壳体400从所述第一进水口110至所述第二出水口320的截面面积相同。
可以理解，所述第一管道100的材质不限，只要保证形成即可。在一个实施例中，所述第一管道100的材质可为高强度钢。在一个实施例中，所述第一管道100的材质可为钛合金。所述第一管道100的具体材质，可根据实际需求进行选择。
可以理解，所述第一管道100的形状不限，只要保证所述第一进水口110至所述第一出水口120的截面面积逐渐减小即可。在一个实施例中，所述第一管道100的形状可为圆形漏斗状。在一个实施例中，所述第一管道100的形状可为方形漏斗状。所述第一管道100的具体形状，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述第一管道100的截面面积可采用伯努利函数进行计算，使得所述第一进水口110至所述第一出水口120的截面面积逐渐减小，从而使得流体的速度逐渐增大。
在一个实施例中，所述第一管道100可由第一挡板101、第二挡板102、第三挡板103和第四挡板104拼接密封组成。在一个实施例中，由第一挡板101、第二挡板102、第三挡板103和第四挡板104拼接密封组成的所述第一管道100的第一进水口110可为方形，所述第一管道100的第一出水口120可为圆形。采用此种设计能够使得所述第一管道100在单位时间内增加流体的流量。
在一个实施例中，所述第一挡板101与所述第三挡板103相对设置，所述第二挡板102和所述第四挡板104相对设置。在一个实施例中，当所述第一挡板101水平放置于所述壳体400内时，所述第二挡板102、所述第三挡板103和所述第四挡板104围绕所述第一挡板101，并形成具有漏斗形状的结构(即所述第一管道100从所述第一进水口110至所述第一出水口120的截面面积逐渐减小)。在一个实施例中，所述第一挡板101、第二挡板102、第三挡板103和第四挡板104也可直接拼接密封形成具有漏斗形状的结构(即所述第一管道100)。
可以理解，所述流体加速装置200的具体结构不做具体的限定，只要保证能够对流体进行变速即可。在一个实施例中，所述流体加速装置200可为螺旋桨。在一个实施例中，所述流体加速装置200可为加速泵。所述流体加速装置200的具体结构，可根据需求进行选择。
可以理解，所述流体加速装置200与所述第一管道100的所述第一出水口120的连接方式不限，只要保证密封且固定即可。在一个实施例中，所述流体加速装置200可通过第三管道与所述第一出水口120连通。在一个实施例中，所述流体加速装置200也可直接与所述第一出水口120连通。
可以理解，所述流体加速装置200与所述第二进水口310的连接方式不限，只要保证密封且固定即可。在一个实施例中，所述流体加速装置200可通过第四管道与所述第二进水口310连通。在一个实施例中，所述流体加速装置200也可直接与所述第二进水口310连通。在一个实施例中，所述第三管道和所述第四管道的截面面积相同，以保证流体在所述第三管道或所述第四管道内流通时流速不变。
可以理解，所述第二管道300的材质不限，只要保证形成即可。在一个实施例中，所述第二管道300的材质可为高强度钢。在一个实施例中，所述第二管道300的材质可为钛合金。所述第二管道300的具体材质，可根据实际需求进行选择。
在一个实施例中，所述第二管道300可为圆柱形。在一个实施例中，所述第二管道300也可为从所述第二进水口310至所述第二出水口320的截面面积逐渐增大的漏斗状。所述第二管道300用于收集所述流体加速装置200喷出流体的流体动能，所述流体加速装置200喷出流体的反作用力推动所述流体推进器10行进，其动能耗尽在所述第二管道300所能容纳的流体体积之内，以达到充分利用所述流体加速装置200喷出流体的动能。
在一个实施例中，所述第二管道300可由第五挡板301、第六挡板302、第七挡板(图中未画出)和第八挡板(图中未画出)拼接密封组成。在一个实施例中，由第五挡板301、第六挡板302、第七挡板和第八挡板拼接密封组成的所述第二管道300的第二出水口320可为方形，所述第二管道300的第二进水口310可为圆形。采用此种设计能够使得所述第二管道300在单位时间内增加流体的流量。
可以理解，所述壳体400的材质不限，只要保证形状即可。在一个实施例中，所述壳体400的材质可为高强度钢。在一个实施例中，所述壳体400的材质可为钛合金。所述壳体400的具体材质，可根据实际需求进行选择。
可以理解，所述壳体400的形状不限，只要保证所述壳体400从所述第一进水口110至所述第二出水口320的任何位置的截面面积相同即可。所述壳体400的具体形状，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述壳体400的形状可为圆柱形。在一个实施例中，所述壳体400的形状可为长方体形。
本实施例中，通过所述第一管道100、所述流体加速装置200和所述第二管道300的配合下，化解了波障的阻力，不但能够减少能耗(若忽略壁厚和摩擦阻力，则所述流体加速装置200提供的动力，全部作用于流体推进器10，从而可提升航行速度)，还大大提升了流体推进器10的航行速度。本实施例具有在流体中航行适用性强的特点。
在一个实施例中，所述第二管道300的所述第二进水口310至所述第二出水口320的截面面积逐渐增大。在一个实施例中，所述第二管道300的截面面积可采用伯努利函数进行计算，使得所述第二进水口310至所述第二出水口320的截面面积逐渐增大，从而使得流体的速度逐渐减小。当流体从所述第二管道300喷出时，会给所述流体推进器10一个反作用力，使得所述体推进器10向前运动(与流体喷出的方向相反)，进而克服波障。采用此种设计，能够提升所述流体推进器10的航行速度。
在一个实施例中，所述第五挡板301与所述第七挡板(图中未画出)相对设置，所述第六挡板302和所述第八挡板(图中未画出)相对设置。在一个实施例中，当所述第五挡板301水平放置于所述壳体400内时，所述第六挡板302、第七挡板和第八挡板围绕所述第一挡板101，形成具有漏斗形状的结构(即所述第二管道300的所述第二进水口310至所述第二出水口320的截面面积逐渐增大)。在一个实施例中，所述第五挡板301、第六挡板302、第七挡板(图中未画出)和第八挡板(图中未画出)也可直接拼接密封形成具有漏斗形状的结构(即所述第二管道300)。
在一个实施例中，所述第一管道100的所述第一进水口110的流量小于或等于所述第二管道300的所述第二出水口320的流量。在一个实施例中，当所述第一进水口110的流量小于或等于所述第二出水口320的流量时，可避免所述第一进水口110处存在积水，进而可提高所述流体推进器10的航行速度。
请参见图3，在一个实施例中，所述流体加速装置200包括加速器210。设置于所述设置于所述第一管道100和所述第二管道300之间。可以理解，所述加速器210的具体结构不做具体的限定，只要保证能够对流体进行变速即可。在一个实施例中，所述加速器210可为螺旋桨。在一个实施例中，所述加速器210可为加速泵。利用所述加速器210对所述第一出水口120处的流体进行加速，然后通过所述第二管道300喷出，从而提升流体推进器10的航行速度。
在一个实施例中，所述流体加速装置200还包括第一连接管220。所述加速器210通过所述第一连接管220与所述第一出水口120连通。在一个实施例中，所述第一连接管220可为圆柱形。在一个实施例中，所述第一连接管220任何位置的截面面积与其他位置的截面面积相同，从而保证所述第一连接管220内部的流体速度不变。
在一个实施例中，所述流体加速装置200还包括第二连接管230。所述加速器210通过所述第二连接管230与所述第二进水口310连通。在一个实施例中，所述第二连接管230可为圆柱形。在一个实施例中，所述第二连接管230任何位置的截面面积与其他位置的截面面积相同，从而保证所述第二连接管230内部的流体速度不变。在一个实施例中，所述第一连接管220和所述第二连接管230的截面面积相同。在一个实施例中，所述第一连接管220和所述第二连接管230的长度与所述流体推进器10自身重量成正比例函数。
在一个实施例中，所述壳体400沿第一方向401的截面面积与所述第一管道100的所述第一进水口110的截面面积相同。在一个实施例中，所述第一方向401是指与所述第一管道100内流体方向垂直的方向。在一个实施例中，当所述壳体400沿第一方向401的截面面积与所述第一管道100的所述第一进水口110的截面面积相同时，可避免因所述壳体400所形成的阻力，从而可提升所述流体推进器10的航行速度。
在一个实施例中，当所述流体推进器10可用于船舶时，所述第一管道100的长度，不小于液体质量受一个大气压作用下落至所述第一管道100的高度所用的时间，与船舶即时速度航行所述第一管道100的长度所用的时间之比。
在一个实施例中，当所述流体推进器10可用于潜水器时，所述第一管道100的长度，不小于所述第一管道100体积中的液体压强作用的质量加速度时间，与潜水器即时速度航行所述第一管道100的长度所用的时间之比。
在一个实施例中，当所述流体推进器10可用于飞行器时，所述第一管道100的长度，不小于所述第一管道100体积中的气体压强作用质量加速度时间，与飞行器即时速度航行所述第一管道100的长度所用的时间之比。
请参见图4和图5，本申请另一实施例提供一种流体航行器20，包括上述任一项实施例所述的流体推进器10，所述流体航行20还包括：所述壳体400内设置有第一空腔410和第二空腔420。所述第一管道100、所述流体加速装置200和所述第二管道300均安装于所述第一空腔410或所述第二空腔420内。
在一个实施例中，当所述第一管道100、所述流体加速装置200和所述第二管道300均安装于所述第一空腔410时，所述第二空腔420可用于安装设备和存放物件，所述第二空腔420还可作为人员的工作仓。在一个实施例中，所述第二空腔420的空间大小，可根据需求进行设计。
在一个实施例中，当所述第一管道100、所述流体加速装置200和所述第二管道300均安装于所述第二空腔420第一空腔410时，所述第一空腔410可用于安装设备和存放物件，所述第一空腔410还可作为人员的工作仓。在一个实施例中，所述第一空腔410的空间大小，可根据需求进行设计。
本实施例中，所述流体航行器20通过所述第一管道100、所述流体加速装置200和所述第二管道300的配合，能够在不增加能耗的情况下，克服波障，大大提升所述流体航行器20的航行速度。
在一个实施例中，所述流体航行器20还包括甲板430。所述甲板430设置于所述壳体400。可以理解，所述甲板430的材质不限，只要保证形状即可。在一个实施例中，所述甲板430的材质可为钢板。在一个实施例中，所述甲板430的材质也可为木板。所述甲板430可用于载物。
在一个实施例中，所述流体推进器10的数量为至少一个。在一个实施例中，可通过增加所述流体推进器10的数量来增加所述流体航行器20的航行速度。
综上所述，本申请通过所述第一管道100、所述流体加速装置200和所述第二管道300的配合，能够在不增加能耗的情况下，克服波障，大大提升船舶的航行速度。本申请还具有适用性强的特点。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种流体推进器，其特征在于，包括：
第一管道(100)，具有第一进水口(110)和第一出水口(120)，所述第一进水口(110)至所述第一出水口(120)的截面面积逐渐减小；
流体加速装置(200)，与所述第一管道(100)的所述第一出水口(120)连接；
第二管道(300)，具有第二进水口(310)和第二出水口(320)，所述第二进水口(310)与所述流体加速装置(200)连接，所述流体加速装置(200)设置于所述第一管道(100)和所述第二管道(300)之间；
壳体(400)，所述第一管道(100)、所述流体加速装置(200)和所述第二管道(300)均安装于所述壳体(400)内，且所述壳体(400)从所述第一进水口(110)至所述第二出水口(320)的截面面积相同。
2.根据权利要求1所述的流体推进器，其特征在于，所述第二管道(300)的所述第二进水口(310)至所述第二出水口(320)的截面面积逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的流体推进器，其特征在于，所述第一管道(100)的所述第一进水口(110)的流量小于或等于所述第二管道(300)的所述第二出水口(320)的流量。
4.根据权利要求1所述的流体推进器，其特征在于，所述流体加速装置(200)包括：
加速器(210)，设置于所述设置于所述第一管道(100)和所述第二管道(300)之间。
5.根据权利要求4所述的流体推进器，其特征在于，所述流体加速装置(200)还包括：
第一连接管(220)，所述加速器(210)通过所述第一连接管(220)与所述第一出水口(120)连通。
6.根据权利要求5所述的流体推进器，其特征在于，所述流体加速装置(200)还包括：
第二连接管(230)，所述加速器(210)通过所述第二连接管(230)与所述第二进水口(310)连通。
7.根据权利要求1所述的流体推进器，其特征在于，所述壳体(400)沿第一方向(401)的截面面积与所述第一管道(100)的所述第一进水口(110)的截面面积相同。
8.一种流体航行器，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的流体推进器(10)，所述流体航行器还包括：
所述壳体(400)内设置有第一空腔(410)和第二空腔(420)，所述第一管道(100)、所述流体加速装置(200)和所述第二管道(300)均安装于所述第一空腔(410)或所述第二空腔(420)内。
9.根据权利要求8所述的流体航行器，其特征在于，还包括：
甲板(430)，设置于所述壳体(400)。
10.根据权利要求8所述的流体推进器，其特征在于，所述流体推进器(10)的数量为至少一个。
Priority Applications (2)
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2018
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- 2018-11-27 CN CN202211547202.9A patent/CN116176819A/zh active Pending
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