專利名稱：快速的軍用水面艦艇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速的軍用水面艦艇，尤其是護衛(wèi)艦或警衛(wèi)艦，它具有至少兩個可轉(zhuǎn)動的電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置。
美國專利US5,417,597公開了一種快速的軍用水面艦艇，它具有兩個可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置。用于驅(qū)動裝置的電動能量由船舶內(nèi)的一些發(fā)電機組提供，這些發(fā)電機組分別包含一個燃氣輪機，一個發(fā)電機和一個換流器。這種公知艦艇的缺點在于，不能無輻射地運行。此外，所述兩個電動的可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置必須針對船舶戰(zhàn)斗時的航行速度來設(shè)計，也就是說在巡航時它們會不經(jīng)濟地工作。另外，缺點還在于，該艦艇會由于船尾被命中、例如被一個魚雷命中而失去機動能力并停滯不前。該艦艇的最大航行速度也受到限制，這是因為為達到一個最高速度所必需的可轉(zhuǎn)導管螺旋槳外展較大并且嚴重外傾，以致于它們不能安設(shè)在一艘狹長的軍用水面艦艇的船尾部。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種不具有上述缺點的快速的軍用水面艦艇，并尤其顯著提高其相對于已知艦艇的生存能力。在達到巡航速度之前，它應當能無輻射地工作。
上述技術(shù)問題由此來解決，即，針對巡航速度來設(shè)計所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置，其中，該驅(qū)動裝置的可轉(zhuǎn)導管螺旋槳所需的電動能量通過分散布置在艦艇中的各燃料電池單元來產(chǎn)生，并且為達到更高的速度，至少設(shè)有兩個優(yōu)選電動的、帶有水下噴水口的噴水推進器，這些噴水推進器的電動能量優(yōu)選由一些發(fā)電機產(chǎn)生。通過將噴水推進器安裝在船舶內(nèi)比較有利地獲得了這樣的可能性，即，利用設(shè)計得相對較小的、也可無輻射地工作的電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置達到高的戰(zhàn)斗速度。另一優(yōu)點在于，所述噴水推進器可設(shè)置成距離電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳較遠，這樣一來，一次較重的炸彈命中不會導致艦艇的整個驅(qū)動設(shè)備都失去工作能力。此外，更加有利的是，利用噴水推進器可獲得高的航行速度，同時這類驅(qū)動裝置的重量和所占空間位置也不會太高。總之，采用本發(fā)明的技術(shù)解決方案可以在提高戰(zhàn)斗力的同時提高生存能力。
按照本發(fā)明的一有利設(shè)計，可轉(zhuǎn)導管螺旋槳設(shè)置在船尾下方，而噴水推進器則設(shè)置在緊接在船中部后面的船體下方，例如安設(shè)在整個船長度的60％至70％之間。由此可比較有利地實現(xiàn)，所述噴水推進器在電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳失靈時也能控制艦艇。尤其當所述噴水方向沿水平方向偏離艦艇的縱軸線時，更是如此。當設(shè)置噴水方向調(diào)節(jié)裝置時，借助這樣的噴水推進器可進一步提高艦艇的機動能力。這樣一來甚至可以實現(xiàn)精密控制，進一步結(jié)合相對于艦艇縱軸線斜噴出的水流(這些水流就象在一艘雙螺旋槳船上一樣可受到極不相同的推動調(diào)節(jié))，即便在電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳失靈時總體上也可有足夠的機動能力。
按照本發(fā)明另一有利的設(shè)計，所述各噴水推進器具有分別與之相配置的各電動機，這些電動機不是由所述燃料電池來供電而是由一些燃氣輪機發(fā)電機組來供電。由此，這些噴水推進器可不依賴于船舶電網(wǎng)而獨立工作并可有利地在船舶電網(wǎng)完全失效時繼續(xù)工作。為進一步提高運行安全性，在此規(guī)定，所述艦艇具有兩個雙噴水流單元，它們分別帶有兩個電動機，兩個渦輪泵單元和兩個出水噴嘴。由此形成一些冗余驅(qū)動單元，它們特別穩(wěn)定并且即便在艦艇中彈后也有很大可能維持艦艇最低限度的機動功能。
按照本發(fā)明另一有利設(shè)計，所述燃氣輪機的排氣管具有很大的直徑并具有一個很小的彎曲度，這些排氣管通入噴水推進器的噴水泵后的廢氣-水-混合腔室中。這樣的配置會給廢燃氣從由燃氣輪機中排出造成一較小的阻力。然而，相對于優(yōu)選采用的標準的飛機燃氣輪機(例如GE燃氣輪機)將廢燃氣自由排放到空氣中而言，這只會導致一個較小的效率下降。
為此將所述混合腔室設(shè)計成這樣，即，在混合腔室內(nèi)形成一定的負壓。由此可非常有利地將廢氣混合到排出水流中，這樣，廢燃氣的溫度會迅速變得和水溫一樣。這樣一來，即便在采用噴水推進器時也可避免被衛(wèi)星或飛機上的紅外線探測器探測到。所述混合腔室可有利地設(shè)計成能形成廢氣泡，這些氣泡可夾帶在噴水流中。通過形成廢氣泡可將廢氣特別細密地分布在水中。這樣一來，熱燃氣輪機廢氣可特別迅速和均勻地冷卻。在水中不會形成可能會將艦艇出賣給偵察飛機或衛(wèi)星的熱氣。
按照本發(fā)明另一有利的改進設(shè)計，所述噴水流的方向垂直地偏出艦艇的縱向軸線并尤其在可轉(zhuǎn)導管螺旋槳下方傾斜地延伸。由此可非常有利地使可轉(zhuǎn)導管螺旋槳擺脫由噴水推進器噴出的以較高流速向船尾流動的噴水流。因此，可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置即便在噴水推進器工作時也有良好的效率并使艦艇具有很好的操縱性。此外，還避免了空泡問題并可將可轉(zhuǎn)導管螺旋槳保持在更低的轉(zhuǎn)速上。
所述噴水推進器可有利地設(shè)置在由船底向外凸出的殼體內(nèi)。這樣，可以得到一個更簡單的用于噴水泵的進水口，噴水推進器的出口側(cè)也可優(yōu)化成略有流線型。此外，可更方便于在船塢內(nèi)對噴水推進器進行拆裝和維護。
按照本發(fā)明另一有利的設(shè)計，可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的回轉(zhuǎn)圓在船體的橫斷面內(nèi)。此時，噴水推進器的殼體決定了最大的船體橫斷面。這樣一來，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的螺旋槳通過船體橫斷面可避免在船舶可能擱淺時發(fā)生變形。同時如結(jié)構(gòu)上允許，在不失去最大船體橫斷面的保護功能情況下這些螺旋槳應設(shè)置得盡可能地低。
此外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還建議，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳相互之間具有盡可能緊密的間隔距離(例如該間隔距離相當于螺旋槳直徑的1.2倍)并且優(yōu)選在可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的前面或后面設(shè)置一個輔助舵葉，在直線航行時尤其應該應用該輔助舵葉。這樣就十分有利地得到了一種直線航行舵裝置，它能使艦艇很好地直線航行，在此，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳在直線航行時可確定地保持不變。由此轉(zhuǎn)舵輪有特別小的噪音并降低了能量損耗。在電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳之間的小間距還同時使得整個船尾結(jié)構(gòu)更容易設(shè)計構(gòu)造。
在本發(fā)明另一有利的設(shè)計方案中，所述各電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳分別具有一個牽引式推進器。由此可使螺旋槳有利地具有高效率。所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳也可在電動機的兩端具有一些同步的螺旋槳葉，這樣可有利地采用更小尺寸的螺旋槳葉。當艦艇的吃水深度保持較小時也是比較有利的。為此可規(guī)定，該艦艇的吃水深度不超過8米。這樣所述艦艇尤其在歐洲可?？吭S多港口并航行于較大吃水深度的船舶不可能涉足的沿海淺水域。
為提高艦艇的生存能力，所有的驅(qū)動電動機和發(fā)電單元至少應為雙份，并且所有轉(zhuǎn)動的發(fā)電單元和所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳和噴水泵的電動機都減震地安裝支承。
為提高艦艇的生存能力還規(guī)定，艦艇具有一個帶有一些限流器的直流供電網(wǎng)。這些限流器基于其物理過程可在電弧產(chǎn)生時將其熄滅，它們尤其可為高溫超導限流器。這樣可有利地阻止具有極為負面效應的電弧產(chǎn)生。出現(xiàn)一個電弧通常會導致整個艦艇范圍內(nèi)都發(fā)生電故障。通常為熄滅較大的電弧必須切斷總開關(guān)設(shè)備，這樣整艘艦艇就會暫時停電。通過采用高溫超導限流器能可靠地阻止電弧產(chǎn)生，進而避免了要對總開關(guān)拉閘來切斷電弧。由此，排除了一個主要的導致軍用艦艇的電氣系統(tǒng)發(fā)生故障的故障原因并尤其在本發(fā)明的軍用艦艇上保證了，所述由船舶電網(wǎng)供電的電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳即便在艦艇另一處被炸彈命中后仍能繼續(xù)工作。為此，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳比較有利地例如在船尾具有一個應急操縱臺。
為提高在使用噴水推進器時的可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的效率，規(guī)定，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳具有一些可調(diào)(螺距)螺旋槳，這些調(diào)距槳的轉(zhuǎn)速和螺距可與艦艇的航速相匹配。此外還規(guī)定，所述艦艇在其長度的最后25％至30％部段內(nèi)有一個升高的必要時平坦的船體水下部分線型。這樣一來，在船尾區(qū)域就會出現(xiàn)特別良好的排流狀況，這在無需提高驅(qū)動功率的情況下可顯著地提高艦艇的航行速度。采用所述調(diào)距槳以及所述對于船尾部分的專門設(shè)計可提高船速，這可特別有利地使得可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動系統(tǒng)在由燃料電池來供電時較其由燃氣輪機發(fā)電機組來供電時需要更少的電能。為了盡管在船尾部分被升高的情況下仍能提高航向穩(wěn)定性，規(guī)定，所述艦艇在可轉(zhuǎn)導管螺旋槳前面具有一個中間導流艉鰭(Mittelskeg)，它在所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳前約有一個可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的長度。這項措施和輔助舵結(jié)合起來可避免電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳為保持航向而持久運轉(zhuǎn)。因此，用于驅(qū)動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的交流電動機的驅(qū)動能量可相應下降，而交流電動機在操縱可轉(zhuǎn)導管螺旋槳時也會產(chǎn)生暴露艦艇行蹤的噪音。
按照本發(fā)明的另一改進設(shè)計，在噴水推進器單元工作時，所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳無功地一同轉(zhuǎn)動。這樣一來，在艦艇僅僅利用噴水驅(qū)動裝置來運行時，能有利地避免可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的螺旋槳葉帶來的制動效應。只有在需要艦艇的航行速度超過以噴水推進器所能達到的航行速度時，才根據(jù)所需的功率來接通可轉(zhuǎn)導管螺旋槳裝置。此時，比較有利地是所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的調(diào)距槳的轉(zhuǎn)速和螺距與運行狀態(tài)相匹配。在同時開動噴水推進器和可轉(zhuǎn)導管螺旋槳而滿負荷運行時，則會產(chǎn)生最高航行速度。
在此規(guī)定，所述優(yōu)選設(shè)計為三相交流電動裝置的電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳在超過轉(zhuǎn)速n1時在磁場減弱區(qū)域內(nèi)運行。由此確保即便在高速情況下所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳也可輸出最大功率。
下面借助附圖對本發(fā)明予以詳細說明，從這些附圖中可了解到更多的對于本發(fā)明而言也是很重要的細節(jié)。附圖中

圖1是按照本發(fā)明的快速的軍用水面艦艇的示意圖，其中該艦艇局部被剖開示出；圖2是按照本發(fā)明的艦艇船尾側(cè)的視圖。
在圖1中，附圖標記1表示船體，2表示一個必要時可伸縮的雷達天線塔。在該塔內(nèi)還設(shè)有其它為艦艇的安全及控制導航所必需的傳感器等。在艦艇的尾部下面設(shè)有所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳裝置3，在該可轉(zhuǎn)導管螺旋槳裝置3前面有一個優(yōu)選可伸出的輔助舵。該輔助舵尤其用于在巡航時實施操縱，而在戰(zhàn)斗狀態(tài)下必要時可收縮并因此受到特別保護。
在艦艇的中部，所述噴水嘴4連同位于其上的廢燃氣混合裝置以及一個燃氣輪機6和一個發(fā)電機7都設(shè)置在一個單獨的殼體5內(nèi)。在燃氣輪機6和噴水裝置4之間有排氣管8，它設(shè)計得盡可能少地彎曲。
在船首還有一個側(cè)推器9。它也可以用一個可伸縮的小型電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳來替代，這樣艦艇的機動性會得以提高。例如在港口內(nèi)通過設(shè)置在船尾的可轉(zhuǎn)導管螺旋槳單元3和設(shè)置在船首的側(cè)推器或小型可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的共同作用，可完全放棄由拖船助航。所述設(shè)置在船首的小型可轉(zhuǎn)導管螺旋槳在此也可設(shè)計成自給自足地工作的“應急返航(take home)”驅(qū)動器。
在圖2中，附圖標記11表示電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳，12則表示螺旋槳葉。所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳機殼以及螺旋槳葉均有利地由青銅制成，并相應地設(shè)計成使所述螺旋槳葉12向下伸出的深度不會超過噴水推進器13的外殼。為圖示簡潔清晰起見，僅僅分別在船體15的兩側(cè)示出了一個電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳和一個噴水推進器。
所述噴水推進器13和所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳11一樣可由已公知的應用在民用船舶中的機組構(gòu)成。所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳例如可以是西門子-肖特爾聯(lián)合公司生產(chǎn)的產(chǎn)品(其商業(yè)名稱為SSP驅(qū)動裝置)，相應的噴水推進器則采用勞斯萊司海軍有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品(在此尤其可比較有利地采用BJCO-120型噴水推進器)。這些民用驅(qū)動裝置在噪音泄露、磁信號和電信號的標記以及減震方面都符合軍用艦艇的要求。
權(quán)利要求
1.一種快速的軍用水面艦艇，尤其是護衛(wèi)艦或警衛(wèi)艦，它具有至少兩個可轉(zhuǎn)動的電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置，其特征在于，所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置針對巡航速度來設(shè)計，其中，該驅(qū)動裝置的各可轉(zhuǎn)導管螺旋槳所需的電動能量通過分散布置在艦艇中的各燃料電池單元來產(chǎn)生，并且為達到更高的航行速度，至少設(shè)有兩個優(yōu)選電動的、帶有水下噴水嘴的噴水推進器，這些噴水推進器的電動能量優(yōu)選由一些發(fā)電機產(chǎn)生。
2.如權(quán)利要求1所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳設(shè)置在船尾下方，而所述噴水推進器則設(shè)置在緊接在船中部后面的船體下方，例如安設(shè)在整個船長度的60％至70％之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述噴水推進器具有一些噴水方向調(diào)節(jié)裝置。
4.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述各噴水推進器具有分別與之相配置的電動機，這些電動機由一些燃氣輪機發(fā)電機組來供電。
5.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述艦艇具有兩個雙噴水流單元，它們各自帶有兩個電動機，兩個渦輪泵單元和兩個出水噴嘴。
6.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述燃氣輪機的排氣管具有大直徑但同時具有一個小的彎曲度，這些排氣管通入所述噴水推進器的噴水泵后的廢氣-水-混合腔室中。
7.如權(quán)利要求6所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述混合腔室設(shè)計成在其中形成一定的負壓。
8.如權(quán)利要求6或7所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述混合腔室設(shè)計成能形成廢氣泡，這些氣泡可夾帶在噴水流中被一起噴出。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述噴水流的方向垂直地偏離艦艇的縱向軸線并尤其在可轉(zhuǎn)導管螺旋槳下方傾斜地噴出。
10.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述噴水推進器設(shè)置在由船底向外凸出的殼體內(nèi)。
11.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的回轉(zhuǎn)圓在船體的橫斷面內(nèi)，其中，所述噴水推進器的殼體決定了最大的船體橫斷面。
12.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳相互之間具有盡可能狹窄的間距，例如該間距相當于螺旋槳直徑的1.2倍，此外，優(yōu)選在可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的前面或后面設(shè)置一個輔助舵葉，尤其在直線航行時應該使用該輔助舵葉。
13.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述各電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳分別具有一個牽引式推進器。
14.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳在電動機的兩端具有一些同步的螺旋槳葉。
15.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，該艦艇的吃水深度不超過8米。
16.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述用于噴水推進器的燃氣輪機-發(fā)電機-單元大約設(shè)置在船體中部或緊鄰地設(shè)置在船體中部之后。
17.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的和所述噴水泵的各個轉(zhuǎn)動的供電單元及各個電動機都減震地予以支承。
18.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所有的驅(qū)動電動機和供電單元至少為雙份。
19.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，該艦艇具有一個帶有一些限流器的直流供電網(wǎng)，這些限流器基于其物理過程可在電弧產(chǎn)生時將其熄滅，它們尤其可為高溫超導限流器。
20.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳具有一些可調(diào)螺距螺旋槳，這些調(diào)距槳的轉(zhuǎn)速和螺距可與艦艇的航速相匹配。
21.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述艦艇在其長度的最后25％至30％部段內(nèi)有一個升高的船體水下部分線型。
22.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，該艦艇在所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳前面具有一個中間導流艉鰭，它在所述可轉(zhuǎn)導管螺旋槳前約有一個可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的長度。
23.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，在所述噴水推進器單元工作時，所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳無功地一同轉(zhuǎn)動。
24.如權(quán)利要求1至22中任一項所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，在需要最高航速時，所述噴水推進器和所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳同時滿負荷運行，此時，所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳的轉(zhuǎn)速和螺距與這一運行狀態(tài)相匹配。
25.如上述任一項權(quán)利要求所述的快速的軍用水面艦艇，其特征在于，所述優(yōu)選設(shè)計為三相交流電動裝置的電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳在超過轉(zhuǎn)速n1時在磁場減弱區(qū)域內(nèi)運行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速的軍用水面艦艇，尤其是護衛(wèi)艦或警衛(wèi)艦，它具有至少兩個可轉(zhuǎn)動的電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置，其中，所述電動可轉(zhuǎn)導管螺旋槳驅(qū)動裝置針對巡航速度來設(shè)計，其中，該驅(qū)動裝置的各可轉(zhuǎn)導管螺旋槳所需的電動能量通過分散布置在艦艇中的各燃料電池單元來產(chǎn)生，并且為達到更高的航行速度，至少設(shè)有兩個優(yōu)選電動的、帶有水下噴水嘴的噴水推進器，這些噴水推進器的電動能量優(yōu)選由一些發(fā)電機產(chǎn)生。
文檔編號B63H11/00GK1487895SQ02803962
公開日2004年4月7日 申請日期2002年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月22日
發(fā)明者沃爾夫?qū)ぴ禄? 阿明·德雷夫斯, 雷納·哈蒂格, 斯蒂芬·里克特, 卡爾-奧托·薩德勒, 里克特, 哈蒂格, 巒小と 呂, 德雷夫斯, 沃爾夫?qū)?扎德基 申請人:西門子公司