專利名稱：高速船推進器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高速船舶或其它快速水面運動器的推進系統(tǒng)。尤其是一種利用層板氣水引射混合與噴射結(jié)構(gòu)的高速船推進裝置。
背景技術(shù)：
推進器技術(shù)是高速船的核心技術(shù)?，F(xiàn)有的船用推進裝置多為內(nèi)燃機或蒸汽輪機，使用電動機或變速器驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動，從而為船舶提供推進動力。它們有一個共同點，就是把燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，通過內(nèi)燃機或其他方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能或電能來驅(qū)動推進裝置。研究與實踐表明，隨著航速的提高，螺旋槳轉(zhuǎn)數(shù)必然加快，然而，當轉(zhuǎn)速超過一定的范圍，其推進效率便開始下降。要提高航速就必須增大動力的功率，而增大動力的功率就會加大艇重，艇重加大必然導(dǎo)致航行的阻力增大，推進效率得不到提高。為了提高航速，人們采用了區(qū)別于螺旋槳推進的其他推進方式。
其一，采用了噴水或噴氣推進裝置。這種裝置較適用高速航行的船舶。噴水推進技術(shù)的采用使船體以下的突出附體幾乎消失，大大減小了附體阻力。當航速達到50kn左右時其推進效率可以超過高效螺旋槳，這樣，水面機動性能趨好，可以在淺水區(qū)航行。就航速而論，噴水推進技術(shù)已使得航速達100kn的小型快艇出現(xiàn)。因為使用這種技術(shù)的快艇沒有螺旋槳，所以運行時不會出現(xiàn)螺旋槳被江海中的繩網(wǎng)及漂浮硬物打壞的現(xiàn)象。但噴水推進裝置要獲得大的推進力，必須提高水泵的供水壓力。而隨著供水壓力的提高，水泵的效率又會降低。這是因為水泵的汽蝕是一個很大的限制因素。而且這一推進方式難以實現(xiàn)兩棲應(yīng)用，進一步提速的潛力不大，提速響應(yīng)也不如兩相流推進和火箭發(fā)動機噴氣推進迅速。噴氣推進裝置雖然流體速度高，但氣體密度很低，于是推進力的提高受到限制。將航空噴氣發(fā)動機作為推進裝置用于船舶，備受各種條件的制約而難于實現(xiàn)。
其二，設(shè)計出了氣水噴射推進或噴霧推進這種兩相流推進方式。這種方式克服了噴氣推進由于介質(zhì)密度低而推進效率低的缺陷，在氣流中加入水，既能提高介質(zhì)的密度，增加推力，又能保留噴水推進的優(yōu)點。國內(nèi)外已有的研究表明當快艇的速度在80kn以上時，混合較均勻的氣水噴射推進有接近0.5的推進效率。如果不加液相水，單純氣相也可以產(chǎn)生一半左右的推力，因此這一類推進器本身具有兩棲性；在80kn以上的速度時，氣水推進效率要明顯高于高效螺旋槳和噴水推進效率。氣水混合的均勻程度直接影響推進效率，已有的在高速氣流中加水或在高速水流中加氣的方式其部件的設(shè)計都很復(fù)雜，工藝難度也較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，為船舶提供一種結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、成本低而效率高的高速船推進器。使用該推進器還能夠?qū)崿F(xiàn)水陸兩棲推進。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述高速船推進器，參見圖1～4，具有矩形筒體5和輸送管1。該矩形筒體5內(nèi)腔對應(yīng)的兩底面上，對稱設(shè)置有兩組由噴氣層板31和分隔層板32兩相間隔層疊的多層帶有通孔6的層板3。相鄰兩層噴氣層板31和分隔層板32的通孔6同軸線相疊。其中噴氣層板31的通孔6徑向朝管形內(nèi)腔一端開有與管腔相通的流道7。上述輸送管1與該矩形筒體5的層板3的通孔6管接。上述對稱設(shè)置的層板3軸向兩端分別是內(nèi)腔截面呈喇叭狀的入口2和噴管4。該噴管4與上述流道7同向。所述噴氣層板31和分隔層板32的厚度取值范圍均為0.1～4mm。
上述入口2至噴管4之間的矩形筒體5內(nèi)對稱設(shè)置的層板3所形成的內(nèi)腔依序可劃為如圖1所示的吸入?yún)^(qū)8、分層流動區(qū)9、混合區(qū)10、噴射區(qū)11。
為能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向推進，可在本發(fā)明的高速推進器噴管4后端設(shè)置轉(zhuǎn)向裝置和倒車裝置。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
由以上構(gòu)件構(gòu)成的本發(fā)明的高速船推進器，如圖1所示，主要由供應(yīng)燃氣的輸送管1和與之管通的矩形筒體5組成。矩形筒體5內(nèi)對稱設(shè)置兩組多層帶有通孔6的層板3。通孔6管接上述輸送管1。矩形筒體5兩端是內(nèi)腔截面呈類似喇叭狀的入口2和噴管4。推進器工作時，水，海水或江水，流入入口2、層板3所夾空腔、噴管4。層板3，如圖2所示，由數(shù)個刻有燃氣通孔6及燃氣噴射流道7的噴氣層板31，如圖3所示；和數(shù)個僅刻有燃氣通孔6的分隔層板32，如圖4所示，間隔疊加而成并在流道7壁面形成若干燃氣噴射縫隙，從而使之具有噴射引射功能。上述噴氣層板3形成的流道7使得氣體加速，分隔層板32將高速氣流以分層狀態(tài)高速噴入分層流動區(qū)9，以引射的方式將吸入?yún)^(qū)8的水吸入到分層流動區(qū)，層狀高速氣流與層狀水流之間的剪切力作用使得吸入的水破碎形成霧狀，在混合區(qū)10達到均勻混合。由此而來的燃氣引射氣水噴射推進的工作過程是，推進器利用高水蒸氣含量的高壓燃氣通過輸送管1，注入層板結(jié)構(gòu)中的燃氣通孔6，到達縫隙噴管流道7產(chǎn)生多層狀態(tài)的高速燃氣射流。高速燃氣射流進入到推進器的分層流動區(qū)9時發(fā)生引射效應(yīng)，將海水或江水從入口2的吸入?yún)^(qū)8吸入到分層流動區(qū)9，然后到達混合區(qū)10，在混合區(qū)10內(nèi)，氣體與液體進行動量交換。氣液交換后，氣體能量減少，液體能量增加，最終形成氣水兩相均勻混合的噴射流體，該噴射流體即射流可由縫隙結(jié)構(gòu)和燃氣參數(shù)的合理匹配實現(xiàn)設(shè)計要求的氣液質(zhì)量比和滑流比，最后經(jīng)噴管4內(nèi)的噴射區(qū)11后高速噴出。根據(jù)反沖原理，由此產(chǎn)生的反沖力推動船舶高速運動。
本發(fā)明以液體火箭發(fā)動機燃氣發(fā)生器、層板式噴注器、層板式流體混合器以及層板交錯發(fā)汗噴注的最新研究進展為背景，提出一種新型氣水兩相噴射推進器。這種新的氣水引射混合噴射推進器，不同于在高速氣流中注入水或在高速水流中注入氣體形成兩相噴射的常規(guī)推進方式，而是由高水蒸氣含量的燃氣，通過層板結(jié)構(gòu)的分布式縫隙噴管產(chǎn)生多層狀態(tài)的高速噴射氣流，以引射的方式吸入海水或江水并將其剪切破碎成霧狀，形成氣水兩相流噴射產(chǎn)生推力。
本發(fā)明的有益效果是，該推進器采用層板縫隙高壓燃氣引射氣水兩相噴射推進，既能實現(xiàn)氣水混合均勻噴射，又具有提速潛力大、提速響應(yīng)迅速的特性。同時還能達到減小推進器幾何尺寸和減輕重量等效果，是一種高效率、無污染、經(jīng)濟實用、機動性好的兩棲推進動力系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明高速船推進器一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是層板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4分別是相鄰兩層不同板體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1～4中標示為1—輸送管，2—入口，3—層板，31—噴氣層板，32—分隔層板，
4—噴管，5—矩形筒體，6—通孔，7—流道，8—吸入?yún)^(qū)，9—分層流動區(qū)，10—混合區(qū)，11—噴射區(qū)。
具體實施例方式
參見附圖1～4，本發(fā)明高速船推進器的該實施例取材厚度為2mm的不銹鋼板型材制作噴氣層板31和分隔層板32。該二層板呈長方形，尺寸為64×192mm2，對應(yīng)一側(cè)呈圓弧狀凸起，弧面直徑Φ22mm。板體上均刻有對稱的通孔6。相鄰兩層噴氣層板31和分隔層板32的通孔6同軸線相疊。上述噴氣層板31和分隔層板32分兩組多層間隔層疊成二層板3，即層板3的噴氣層板31之間均設(shè)有分隔層板32并經(jīng)焊接而成型。該二層板3又對稱設(shè)置，二層板3軸向兩端聯(lián)結(jié)呈類似喇叭狀的入口2和噴管4。二層板3外圍裹以一層熔焊層構(gòu)成的并具有一定強度的矩形筒體5。上述噴氣層板31的通孔6徑向朝管形內(nèi)腔漸成喇叭狀噴管4的一端開有與管腔相通的流道7，故流道7與噴管4同向。而分隔層板32上只開設(shè)有供燃氣通過的流動通孔6。輸送管1亦采用耐熱不銹鋼管材，壁厚3.5mm。輸送管1與上述矩形筒體5所包覆之層板3的通孔6管接。
由此構(gòu)成的本發(fā)明的高速船推進器經(jīng)試制試用被證明效果顯著，達到了設(shè)計要求。該高速船推進器試用記錄記載，河域試驗時，高壓氣體經(jīng)過輸送管進入上述分布式縫隙燃氣分氣與噴射引射部件層板，形成多層狀態(tài)的氣流，海水在高速氣流的引射作用下，經(jīng)推進器的水流入口進入到層板氣水混合噴射管，最后在多層高速氣流的剪切作用下霧化擴散至燃氣之中以氣水均勻混合狀態(tài)噴射流出噴管，從而產(chǎn)生了巨大的推進動力；而且試驗證明，該實施例的高速船推進器不僅適用于水運推進，而且還適用于水陸兩棲推進。
權(quán)利要求
1.一種高速船推進器，其特征在于，它具有矩形筒體(5)和輸送管(1)，該矩形筒體(5)內(nèi)腔對應(yīng)的兩底面上，對稱設(shè)置有兩組由噴氣層板(31)和分隔層板(32)兩相間隔層疊的多層帶有通孔(6)的層板(3)，相鄰兩層噴氣層板(31)和分隔層板(32)的通孔(6)同軸線相疊，其中噴氣層板(31)的通孔(6)徑向朝管形內(nèi)腔一端開有與管腔相通的流道(7)，上述輸送管(1)與該矩形筒體(5)的層板(3)的通孔(6)管接，上述對稱設(shè)置的層板(3)軸向兩端分別是內(nèi)腔截面呈喇叭狀的入口(2)和噴管(4)，該噴管(4)與上述流道(7)同向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速船推進器，其特征在于，所述噴氣層板(31)的厚度取值范圍為0.1～4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速船推進器，其特征在于，所述分隔層板(32)的厚度取值范圍為0.1～4mm。
全文摘要
一種高速船推進器，具有矩形筒體5和輸送管1。矩形筒體5內(nèi)腔對稱設(shè)有兩組由噴氣層板31和分隔層板32兩相間隔層疊的多層帶有通孔6的層板3。通孔6一端開有與管腔相通的流道7。輸送管1與通孔6管接。層板3兩端分別是喇叭狀的入口2和噴管4。噴氣層板31和分隔層板32的厚度取值范圍均為0.1～4mm。該推進器采用層板縫隙高壓燃氣引射氣水兩相噴射推進，既能實現(xiàn)氣水混合均勻噴射，又具有提速潛力大、提速響應(yīng)迅速的特性。還能達到減小推進器幾何尺寸和減輕重量等效果，是一種高效率、無污染、經(jīng)濟實用、機動性好的兩棲推進動力系統(tǒng)。
文檔編號B63H11/00GK1876491SQ20061003174
公開日2006年12月13日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者劉偉強, 張峰, 張擘毅 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)