專利名稱：旋軌來復(fù)式推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體推進(jìn)器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
船舶推進(jìn)器是流體推進(jìn)器技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，到目前為止，現(xiàn)代船舶推進(jìn)技術(shù)有螺旋槳推進(jìn)器、泵噴推進(jìn)器、磁流體推進(jìn)器、超導(dǎo)磁流體推進(jìn)器技術(shù)等。其中，螺旋槳推進(jìn)器是現(xiàn)代船舶的主要推進(jìn)工具，世界各國大多數(shù)船舶采用螺旋槳推進(jìn)器推迸。自19世紀(jì)30年代船用螺旋槳推進(jìn)器問世以來，螺旋槳推進(jìn)器為人們的水路運(yùn)輸做出了重要貢獻(xiàn)。然而，螺旋槳推進(jìn)器的推進(jìn)工作代價(jià)昂貴，它是以能源的額外高消耗為代價(jià)的，輻射噪聲大、空泡激振、推進(jìn)效率低和航速緩慢是螺旋槳推進(jìn)器存在的嚴(yán)重缺陷。其中，現(xiàn)代大型先進(jìn)船舶的航速仍在20至35節(jié)之內(nèi)徘徊。為了解決這些問題，人們費(fèi)盡心思進(jìn)行研究與改造，先后出現(xiàn)了各種各樣的螺旋槳推進(jìn)器，所有努力的結(jié)果僅得到螺旋槳推進(jìn)器性能指標(biāo)的小幅改善，無法從根本上解決這些嚴(yán)重問題，究其根源，在于螺旋槳推進(jìn)器本身的結(jié)構(gòu)性問題使它先天發(fā)育不良，人們即使付出再大努力，永遠(yuǎn)無法使它具有整體優(yōu)良的性能表現(xiàn)。在某些特殊應(yīng)用環(huán)境中，如現(xiàn)代潛艇為降低輻射噪聲，采用泵噴推進(jìn)器或磁流體推進(jìn)器取代已被廣泛應(yīng)用的七葉大側(cè)斜螺旋槳推進(jìn)器，以盡量降低輻射噪聲、提高其隱蔽性能。然而，泵噴推進(jìn)器仍是ー種變相的螺旋槳推進(jìn)器，其低輻射噪聲優(yōu)點(diǎn)是付出沉重代價(jià)換來的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、制造費(fèi)用高是泵噴推進(jìn)器的嚴(yán)重缺陷。而磁流體推進(jìn)器或超導(dǎo)磁流體推進(jìn)器的源能量轉(zhuǎn)換次數(shù)多，即原動機(jī)能量轉(zhuǎn)換成電能并儲存、電能轉(zhuǎn)換成磁能、電磁能轉(zhuǎn)換成海水的動能等，因此必然帶來轉(zhuǎn)換設(shè)備多、故障概率増大、能量轉(zhuǎn)換損失多、系統(tǒng)重量大、造價(jià)高和強(qiáng)大的磁場輻射等嚴(yán)重缺陷。磁流體推進(jìn)器具有的良好安靜性能，使它不易被反潛聲納監(jiān)測到，但其強(qiáng)大的磁場輻射極易被反潛飛機(jī)上的靈敏磁探儀偵測到，按住葫蘆起了瓢，消除噪音完美隱蔽、強(qiáng)磁輻射暴露無遺。體系模式，所謂體系模式是指推進(jìn)器系統(tǒng)在ー個力學(xué)體系中的歸屬關(guān)系和作用方式。對于僅由相互作用的雙方所構(gòu)成的ー個力學(xué)體系而言，航行器是該力學(xué)體系中相互作用的一方(簡稱航行器方)；流體是該力學(xué)體系中相互作用的另一方(簡稱流體方)；其中，推進(jìn)器系統(tǒng)劃歸航行器方還是劃歸流體方，決定著兩種不同的體系模式。當(dāng)推進(jìn)器系統(tǒng)歸屬航行器方吋，則推進(jìn)器系統(tǒng)的終端控制設(shè)備與流體方直接接觸并相互作用，把這一體系模式稱為被動體系模式(簡稱被動模式)；當(dāng)推進(jìn)器系統(tǒng)歸屬流體方吋，則推進(jìn)器系統(tǒng)的終端控制設(shè)備與航行器方直接接觸并相互作用，把這一體系模式稱為主動體系模式(簡稱主動模式)。所有現(xiàn)代航行器(包括所有船舶和飛機(jī)等)，其推進(jìn)器系統(tǒng)皆歸屬于航行器方，因此，決定了所有現(xiàn)代航行器的體系模式皆為被動體系模式。體系模式?jīng)Q定控制方式。終端控制設(shè)備，所謂終端控制設(shè)備是指推進(jìn)器系統(tǒng)控制航行器前進(jìn)、轉(zhuǎn)向和倒航 的末端操作設(shè)備。例如，船用螺旋槳推進(jìn)器系統(tǒng)的槳葉和方向舵擺板、泵噴推進(jìn)器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉輪和導(dǎo)管、磁流體推進(jìn)器系統(tǒng)的電極和磁場線圈、飛機(jī)的垂尾方向舵板和平尾升降舵板及副翼等等，都是本文所說的推進(jìn)器系統(tǒng)的終端控制設(shè)備。這些現(xiàn)代推進(jìn)器系統(tǒng)的終端控制設(shè)備盡管各具獨(dú)特風(fēng)采，但它們的控制方式卻具有ー個共同的重要特征，就是它們都在其航行器外部工作，換言之，它們必須與其航行器外部的流體(水或空氣)直接接觸并相互作用，即相互作用雙方的作用界面位于航行器外部，方能完成它們的控制使命，否則，它們將控制失靈，一籌莫展，把具有這ー特征的控制方式稱為外置控制方式；當(dāng)這些終端控制設(shè)備一旦出現(xiàn)故障時，人們就必須走到航行器外面并進(jìn)入流體中對其進(jìn)行維護(hù)維修，這對沒有潛水技能的普通維修人員來說是無法完成的任務(wù)，其維護(hù)代價(jià)不言而喻；而對于飛行中的飛機(jī)而言，直到現(xiàn)在，人們根本無法完成這種維修任務(wù)，所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果可想而知； 所有現(xiàn)代航行器的控制方式皆為外置控制方式。與此相反，當(dāng)終端控制設(shè)備工作于航行器內(nèi)部且與航行器直接接觸并相互作用，即相互作用雙方的作用界面位于航行器內(nèi)部吋，則把具有這ー特征的控制方式稱為內(nèi)置控制方式。長期以來，由于人們的思維慣性，使得被動體系模式成為ー種默認(rèn)的唯一體系模式，因而，控制方式只有単一的外置控制方式，所以，有史以來尤其在近代170多年中這ー體系模式和控制方式從未改變過。然而，外置控制方式消極被動、控制效率低下，它對推進(jìn)器系統(tǒng)的終端控制設(shè)備的力學(xué)特性(終端控制設(shè)備與船體之間的匹配平衡問題)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等都提出了額外嚴(yán)格的技術(shù)要求，其維護(hù)環(huán)境更加特殊甚至根本無法維修(如飛行中的飛機(jī))，這是所有現(xiàn)代推進(jìn)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)普遍存在的關(guān)鍵問題。綜上所述，所有現(xiàn)代船舶推進(jìn)器分別存在的推進(jìn)效率低、輻射噪聲大、空泡激振、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、造價(jià)高、強(qiáng)磁輻射、控制方式消極被動等諸多嚴(yán)重缺陷，直接造成寶貴能源的巨大浪費(fèi)、航行速度緩慢、技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、系統(tǒng)性能低下、制造成本高昂、維護(hù)維修艱難等一系列嚴(yán)重問題。鑒于此，創(chuàng)立一種新的體系模式，發(fā)明ー種新的技術(shù)方案，使流體推進(jìn)器技術(shù)發(fā)生根本性的變革，消除現(xiàn)代船舶推進(jìn)器存在的諸多嚴(yán)重缺陷，創(chuàng)造一種技術(shù)性能完備優(yōu)良的全新型流體推進(jìn)器，為人們跨入21世紀(jì)航行新時代提供物質(zhì)技術(shù)保證，具有重大深遠(yuǎn)意義。為便于對本發(fā)明的敘述、檢索和理解，特作以下約定約定一，說明書附圖中各圖的排列順序，按照“層次結(jié)構(gòu)”的形式，依次為總系統(tǒng)圖(圖I)、子系統(tǒng)圖、組件圖(必要時單獨(dú)繪制)等逐層分解排列繪制。約定ニ，附圖標(biāo)記與“層次結(jié)構(gòu)”相適應(yīng)一致，標(biāo)號連續(xù)編號。總系統(tǒng)圖中的四個標(biāo)記(標(biāo)號為1、2、3、4)目標(biāo)對象是四個子系統(tǒng)；當(dāng)目標(biāo)對象是子系統(tǒng)或組件時，其標(biāo)記線指示到該對象的某一條外輪廓線上(在主視圖中)；當(dāng)目標(biāo)對象是部件時，其標(biāo)記線指示到該對象的外輪廓線以內(nèi)。約定三，為便于閱圖，氣控系統(tǒng)(

圖12示意)與U推進(jìn)器(圖9示意)之間的氣路管道被省略畫出，只畫出各種氣閥門以示相互氣路連通。約定四，為便于閱圖，對控制器85和執(zhí)行機(jī)構(gòu)86，只說明其基本原理和作用，原理圖皆被省略畫出，且二者與其他設(shè)備的連接線路和部件也被省略畫出。約定五，一個空心圓柱體有內(nèi)、外兩個圓柱面，即內(nèi)圓柱面(凹面)和外圓柱面(凸面)，約定沿圓柱半徑指向外側(cè)的方向?yàn)橥鈭A柱面法線的正方向，則把外圓柱面稱作正柱面，內(nèi)圓柱面稱作負(fù)柱面。本約定在旋軌驅(qū)動器(標(biāo)號I)命名中應(yīng)用。約定六，在旋軌驅(qū)動器中，對各個部件的命名，根據(jù)該部件所在的柱面是正柱面還是負(fù)柱面，在該部件名稱前冠以“正”或“負(fù)”字。如，正驅(qū)動頭一、負(fù)驅(qū)動頭一、正旋軌一、負(fù)旋軌一等等，g在簡化命名和清晰示意。約定七，對U推進(jìn)器2的ー個彈射單元，把U滑塞一 43位于右止點(diǎn)，彈射滑塞一 52位于左止點(diǎn)的狀態(tài)稱為該彈射單元的初始狀態(tài);U滑塞一 43位于左止點(diǎn)，彈射滑塞一 52位于右止點(diǎn)的狀態(tài)稱為該彈射單元的終端狀態(tài)(同理約定第二彈射單元)；把ー個彈射單元從初始狀態(tài)變化到終端狀態(tài)的過程稱為該彈射単元的推進(jìn)過程或彈射過程；彈射單元從終端狀態(tài)變到初始狀態(tài)的過程稱為該彈射單元的返程過程。約定八，說明書附圖中所有目標(biāo)對象的命名、標(biāo)號和圖號等等統(tǒng)ー匯總登記在“標(biāo)記與命名索引表”中，以便檢索查閱。但說明書文字部分中專門定義的名詞，如體系模式、終端控制設(shè)備、內(nèi)置控制方式、盤龍螺旋軌道、彈射流體、內(nèi)能正反饋、神龍推進(jìn)器等等不在該索引表中登記。標(biāo)記與命名索引表
權(quán)利要求
1.旋軌來復(fù)式推進(jìn)器涉及到動カ的驅(qū)動方式、對流體的推進(jìn)方式、推進(jìn)器系統(tǒng)的推進(jìn)效率、所在力學(xué)體系的體系模式和控制航行器前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、倒航的控制方式，其特征是旋軌驅(qū)動器(I)、U推進(jìn)器(2)、萬向底盤(3)和氣控系統(tǒng)(4)等四個子系統(tǒng)構(gòu)成了一個完整的旋軌來復(fù)式推進(jìn)器系統(tǒng)； 旋軌驅(qū)動器(I)是由主驅(qū)動器(5)、動カ輪￠)、主軸承ー(7)、主軸承ニ(8)、內(nèi)從驅(qū)(9)、外從驅(qū)(10)等組件和部件所構(gòu)成的旋軌驅(qū)動器子系統(tǒng)； 外滑軌ー(11)、外滑軌ニ(12)和外滑軌三(13)是三條橫截面為三角形的長條鋼制滑軌(皆平行于外從驅(qū)(10)軸線)，它們共同構(gòu)成ー組光滑鋼制軌道，兩端固裝于機(jī)殼，其形 狀尺寸與外從驅(qū)(10)正柱面內(nèi)的長條形三角軌道槽(被省略畫出)相匹配，外從驅(qū)(10)可在這組光滑鋼制軌道支撐和約束下沿其軸線方向作來復(fù)式直線運(yùn)動；外卡ロー(14)和外卡ロニ(15)是在外從驅(qū)(10)左端面內(nèi)設(shè)置的兩個卡ロ，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作下，外卡ロ可以自動卡合(咬合)或開啟(張開ロ)，其結(jié)構(gòu)尺寸與U推進(jìn)器(2)上的卡頭相匹配；內(nèi)滑軌一(16)、內(nèi)滑軌ニ(17)和內(nèi)滑軌三(18)是三條橫截面為三角形的長條鋼制滑軌(皆平行于內(nèi)從驅(qū)(9)軸線)，它們共同構(gòu)成ー組光滑鋼制軌道，其形狀尺寸與內(nèi)從驅(qū)(9)負(fù)柱面內(nèi)的長條形三角軌道槽(被省略畫出)相匹配，內(nèi)從驅(qū)(9)可在這組光滑鋼制軌道支撐和約束下沿其軸線方向作來復(fù)式直線運(yùn)動；內(nèi)卡ロー(19)和內(nèi)卡ロニ(20)是在內(nèi)從驅(qū)(9)左端面內(nèi)設(shè)置的兩個卡ロ，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作下，內(nèi)卡ロ可以自動卡合(咬合)或開啟(張開ロ)，其結(jié)構(gòu)尺寸與U推進(jìn)器(2)上的卡頭相匹配；機(jī)架一(21)代表左側(cè)機(jī)殼，機(jī)架ニ(22)和機(jī)座(23)代表右側(cè)和底部機(jī)殼，起固定機(jī)件的作用； 主驅(qū)動器(5)是由主驅(qū)動器柱體(24)、正驅(qū)動頭一(25)、正驅(qū)動頭ニ(26)、負(fù)驅(qū)動頭ー(27)、負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)等部件所構(gòu)成的組件，其中，主驅(qū)動器柱體(24)是ー個鋼制空心圓柱體，在該圓柱體正柱面中部的一條直徑兩端固裝正驅(qū)動頭一(25)和正驅(qū)動頭ニ(26)，在其負(fù)柱面中部的一條直徑兩端固裝負(fù)驅(qū)動頭ー(27)和負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)，且這兩條直徑線互相垂直，各驅(qū)動頭頂部設(shè)有光滑凹槽；當(dāng)動カ輪(6)旋轉(zhuǎn)時，直接驅(qū)動主驅(qū)動器柱體(24)及四個驅(qū)動頭繞其兩端主軸承旋轉(zhuǎn)； 內(nèi)從驅(qū)(9)是由內(nèi)從驅(qū)柱體(29)、正旋軌ー(30)、正旋軌ニ(31)、正島橋ー(32)、正島橋ニ(33)等部件所構(gòu)成的組件，套裝于主驅(qū)動器(5)內(nèi)腔，與主驅(qū)動器共軸線；其中，內(nèi)從驅(qū)柱體(29)是ー個鋼制空心圓柱體，在該圓柱體正柱面內(nèi)加工制造出正旋軌ー(30)、正旋軌ニ(31)兩條螺旋軌道和六個正島橋(圖7中只畫出正島橋ー(32)、正島橋ニ(33)兩個正島橋，其余四個被省略畫出)；正旋軌ー(30)和正旋軌ニ(31)是三維空間中的兩條馬鞍形雙紐線狀閉合回路凹槽式螺旋軌道，且二者呈俯仰式對稱分布于內(nèi)從驅(qū)柱體(29)正柱面內(nèi)，其俯視圖呈一條伯努利雙紐線“⑴”形，把上述特征的兩條正螺旋軌道組合結(jié)構(gòu)稱為正雙龍螺旋軌道；以正旋軌ニ(31)為例，觀察螺旋軌道的軌跡路線和內(nèi)從驅(qū)(9)的運(yùn)動規(guī)律，正旋軌ニ(31)的實(shí)線與虛線分別表示該螺旋軌道從正柱面的迎面繞到背面(由于螺旋軌道的対稱性，在前半個周期的行程中實(shí)線表示迎面螺旋軌道段，而在后半個周期的返程中實(shí)線又可表示背面螺旋軌道段；同理，在前半個周期的行程中虛線表示背面螺旋軌道段，而在后半個周期的返程中虛線又可表示迎面螺旋軌道段)，設(shè)初始狀態(tài)位置為負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)位于正旋軌ニ(31)的左邊底部(負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)作圓周運(yùn)動的方向從左視圖觀察為逆時針旋轉(zhuǎn)方向；負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)被光滑嵌入正旋軌ニ(31)凹槽內(nèi))，當(dāng)負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)自初始狀態(tài)位置開始轉(zhuǎn)動半圈到達(dá)其圓周頂部時，從相對運(yùn)動的角度來看，在這段時間內(nèi)相當(dāng)于負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)走過迎面實(shí)線螺旋軌道段，并到達(dá)正旋軌ニ(31)的中間頂部(作為相對運(yùn)動，實(shí)際是內(nèi)從驅(qū)(9)沿其水平軸線方向向左運(yùn)動四分之一周期)；負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)后半圈，從圓周頂部到達(dá)底部(走完第一圏)，在這段時間內(nèi)相當(dāng)于負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)從正旋軌ニ(31)的中間頂部繞到背面虛線螺旋軌道段，并到達(dá)正旋軌ニ(31)的右邊底部(作為相對運(yùn)動，實(shí)際是內(nèi)從驅(qū)(9)沿其水平軸線方向向左運(yùn)動四分之ニ周期，即內(nèi)從驅(qū)(9)完成了前半個周期的行程，把內(nèi)從驅(qū)(9)在此刻的位置稱作內(nèi)從驅(qū)的左止點(diǎn))；負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)半圈(第二圈開始)，從其圓周底部到達(dá)頂部，在這段時間內(nèi)相當(dāng)于負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)從正旋軌ニ(31)的右邊底部繞到迎面虛線螺旋軌道段(在后半個周期的返程中，虛線又可表示迎面螺旋軌道段)，并到達(dá)正旋軌ニ(31)的中間頂部(作為相對運(yùn)動，實(shí)際是內(nèi)從驅(qū)(9)沿其水平軸線方向向右運(yùn)動四分之三周期)；負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)繼續(xù) 旋轉(zhuǎn)后半圈(第二圈的后半圏)，從圓周頂部到達(dá)底部(走完第二圈回到初始狀態(tài)位置)，在這段時間內(nèi)相當(dāng)于負(fù)驅(qū)動頭ニ(28)從正旋軌ニ(31)的中間頂部繞到背面實(shí)線螺旋軌道段(在后半個周期的返程中，實(shí)線又可表示背面螺旋軌道段)，并到達(dá)正旋軌ニ(31)的左邊底部(作為相對運(yùn)動，實(shí)際是內(nèi)從驅(qū)(9)沿其水平軸線方向向右運(yùn)動四分之四周期，即ー個完整周期的行程結(jié)束，內(nèi)從驅(qū)(9)返回到初始狀態(tài)位置，把內(nèi)從驅(qū)(9)在此刻的位置稱作內(nèi)從驅(qū)的右止點(diǎn))，至此，螺旋軌道正旋軌ニ(31)的完整軌跡路線被走完，這ー軌跡路線具有代表性，旋軌驅(qū)動器(I)中共有四條螺旋軌道，其軌跡路線皆與正旋軌ニ(31)的軌跡路線相同，把軌跡路線與正旋軌ニ(31)的軌跡路線相同的螺旋軌道稱作盤龍螺旋軌道；此后，內(nèi)從驅(qū)(9)的運(yùn)動便周而復(fù)始，重復(fù)這一周期性的來復(fù)式直線運(yùn)動，直到主驅(qū)動器(5)停止驅(qū)動為止；可用同樣方法，對正旋軌ー(30)與負(fù)驅(qū)動頭ー(27)的軌跡路線與運(yùn)動情況進(jìn)行分析，不再贅述；在兩條正螺旋軌道自交叉和互交叉的軌道交叉道口中央處固裝正島橋(如正島橋ー(32)、正島橋ニ(33)等六個正島橋)，用于防止主驅(qū)動器(5)的負(fù)驅(qū)動頭行至交叉道ロ時發(fā)生“踩空”現(xiàn)象，正島橋的形狀尺寸匹配于主驅(qū)動器(5)的負(fù)驅(qū)動頭頂部凹槽；主驅(qū)動器(5)的兩個負(fù)驅(qū)動頭與內(nèi)從驅(qū)(9)的兩條正螺旋軌道一一對應(yīng)，ー個負(fù)驅(qū)動頭被光滑嵌入一條正螺旋軌道凹槽內(nèi)(即ー頭ー軌)，當(dāng)主驅(qū)動器(5)旋轉(zhuǎn)時，其負(fù)驅(qū)動頭作圓周運(yùn)動，并與其正螺旋軌道凹槽壁相互作用，在該作用的驅(qū)動下，內(nèi)從驅(qū)(9)便沿其軸線方向做來復(fù)式直線運(yùn)動；主驅(qū)動器(5)的兩個負(fù)驅(qū)動頭對內(nèi)從驅(qū)(9)構(gòu)成ー個カ偶作用，保證了內(nèi)從驅(qū)(9)在其徑向上的穩(wěn)定性； 外從驅(qū)(10)是由外從驅(qū)柱體(34)、負(fù)旋軌一(35)、負(fù)旋軌ニ(36)、負(fù)島橋一(37)等部件所構(gòu)成的組件，套裝于主驅(qū)動器(5)外圍，與主驅(qū)動器共軸線；其中，外從驅(qū)柱體(34)是ー個鋼制空心圓柱體，在該圓柱體負(fù)柱面內(nèi)加工制造出負(fù)旋軌一(35)、負(fù)旋軌ニ(36)兩條螺旋軌道和六個負(fù)島橋(圖8中只畫出ー個負(fù)島橋ー(37)，其余五個被省略畫出)；負(fù)旋軌ー(35)和負(fù)旋軌ニ(36)是三維空間中的兩條馬鞍形雙紐線狀閉合回路凹槽式螺旋軌道，且二者呈相向側(cè)臥式對稱分布于外從驅(qū)柱體(34)負(fù)柱面內(nèi)，其主視圖呈一條伯努利雙紐線“①”形，把上述特征的兩條負(fù)螺旋軌道組合結(jié)構(gòu)稱為負(fù)雙龍螺旋軌道；這兩條負(fù)螺旋軌道的軌跡路線和外從驅(qū)(10)的運(yùn)動規(guī)律都與內(nèi)從驅(qū)(9)的情況類同，不再贅述；在三維空間中，負(fù)雙龍螺旋軌道與正雙龍螺旋軌道，二者就相應(yīng)的對稱面而言，其相對方位互為垂直正交布局；在兩條負(fù)螺旋軌道自交叉和互交叉的軌道交叉道ロ中央處固裝負(fù)島橋(如負(fù)島橋ー(37)等六個負(fù)島橋)，用于防止主驅(qū)動器(5)的正驅(qū)動頭行至交叉道ロ時發(fā)生“踩空”現(xiàn)象，負(fù)島橋的形狀尺寸匹配于主驅(qū)動器(5)的正驅(qū)動頭頂部凹槽；主驅(qū)動器(5)的兩個正驅(qū)動頭與外從驅(qū)(10)的兩條負(fù)螺旋軌道一一對應(yīng)，一個正驅(qū)動頭被光滑嵌入一條負(fù)螺旋軌道凹槽內(nèi)(即ー頭ー軌)，當(dāng)主驅(qū)動器(5)旋轉(zhuǎn)時，其正驅(qū)動頭作圓周運(yùn)動，并與其負(fù)螺旋軌道凹槽壁相互作用，在該作用的驅(qū)動下，外從驅(qū)(10)便沿其軸線方向做來復(fù)式直線運(yùn)動；主驅(qū)動器(5)的兩個正驅(qū)動頭對外從驅(qū)(10)構(gòu)成ー個カ偶作用，保證了外從驅(qū)(10)在其徑向上的穩(wěn)定性；外從驅(qū)(10)的運(yùn)動分析與內(nèi)從驅(qū)(9)的情況相同，二者的區(qū)別僅在于螺旋軌道所在柱面的正、負(fù)； 內(nèi)從驅(qū)(9)和外從驅(qū)(10)的運(yùn)動方式皆為來復(fù)式直線運(yùn)動，但二者的相對運(yùn)動方向互 為交錯反向，這就構(gòu)成了旋軌驅(qū)動器(I)的來復(fù)式(推拉式)驅(qū)動方式，因此，旋軌來復(fù)式推進(jìn)器能夠?qū)崿F(xiàn)旋軌來復(fù)式驅(qū)動方式；當(dāng)設(shè)定內(nèi)從驅(qū)(9)和外從驅(qū)(10) 二者的長度、質(zhì)量相等時，由于內(nèi)從驅(qū)(9)和外從驅(qū)(10)在軸向上做互為逆向的對稱運(yùn)動(來復(fù)式運(yùn)動)，與主驅(qū)動器(5)的正、負(fù)驅(qū)動頭形成的兩個カ偶作用效果，使得旋軌驅(qū)動器(I)子系統(tǒng)的質(zhì)心位置始終保持固定不動，保證了旋軌驅(qū)動器(I)無機(jī)械振動源，所以，旋軌驅(qū)動器(I)不會產(chǎn)生機(jī)械振動噪聲，因此，旋軌來復(fù)式驅(qū)動方式為旋軌來復(fù)式推進(jìn)器系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行、無機(jī)械振動噪聲提供了物質(zhì)技術(shù)保證； U推進(jìn)器(2)是由U氣橋(38)和兩個彈射単元等所構(gòu)成的U推進(jìn)器子系統(tǒng)；U氣橋(38)是由U滑塞一(43)和U滑塞ニ(57)的右端面及其之間的U形鋼制圓筒的下底部部分所構(gòu)成的ー個密閉定容器，在U氣橋(38)上設(shè)置U氣橋傳感器(39)和U氣橋閥(40);由11卡頭ー(41)、U推桿ー(42)、U滑塞一(43)、U氣室ー(44)、均壓器ー(45)、氣道閥一(46)、氣道傳感器一(47)、管道一(48)、均壓器ニ(49)、彈射頭一(50)、彈射氣室一(51)、彈射滑塞一(52)、彈射ロー(53)、彈射ロ傳感器一(54)等部件構(gòu)成了第一個彈射單兀(簡稱第一彈射器)；由U卡頭ニ(55)、U推桿ニ(56)、U滑塞ニ(57)、U氣室ニ(58)、均壓器三(59)、氣道閥ニ(60)、氣道傳感器ニ(61)、管道ニ(62)、均壓器四(63)、彈射頭ニ(64)、彈射氣室ニ(65)、彈射滑塞ニ(66)、彈射ロニ(67)、彈射ロ傳感器ニ ￠8)等部件構(gòu)成了第二個彈射單元(簡稱第二彈射器)；其中，第一彈射器和第二彈射器的結(jié)構(gòu)尺寸和工作原理完全相同；由均壓器ー(45)、管道一(48)和均壓器ニ(49)構(gòu)成了第一個彈射單元?dú)獾?，由均壓器?59)、管道ニ ￠2)和均壓器四￠3)構(gòu)成了第二個彈射單元?dú)獾?；在第一彈射器中，U卡頭一(41)、U推桿ー(42)、U滑塞一(43)這三個部件固裝成ー個組件，U卡頭ー(41)的結(jié)構(gòu)尺寸與旋軌驅(qū)動器(I)上的內(nèi)、外卡ロ相匹配并可以卡合連接或者開ロ分離，構(gòu)成旋軌驅(qū)動器⑴和U推進(jìn)器⑵二者之間的接ロ界面；U滑塞一(43)可在U氣室ー(44)內(nèi)左右光滑運(yùn)動且與U氣室壁之間為動密封；U氣室ー(44)是由U形鋼制圓筒的一側(cè)直圓筒部分與U滑塞一(43)的左端面所構(gòu)成的ー個變?nèi)萜鳎⑼ㄟ^彈射單元?dú)獾琅c彈射氣室一(51)連通；均壓器ー(45)是ー個圓盒形裝置，它作為彈射單元?dú)獾赖末`個重要組成部件，被用來均衡高壓氣體在彎道處的非対稱沖壓作用，以保障彈射單元?dú)獾赖臍鈩臃€(wěn)定性，每個彈射器中設(shè)有兩個均壓器，其結(jié)構(gòu)尺寸和作用都完全相同；氣道閥一(46)與氣控系統(tǒng)(4)連接，參與實(shí)時調(diào)控彈射単元中的エ質(zhì)氣體量，以維持第一彈射器中エ質(zhì)氣體(把工作介質(zhì)氣體簡稱為エ質(zhì)氣體)的工作壓カ；氣道傳感器一(47)與控制器(85)連接(連接線路被省略畫出)，以實(shí)時監(jiān)測彈射単元中エ質(zhì)氣體的壓カ值，為實(shí)時調(diào)控第一彈射器中エ質(zhì)氣體量提供依據(jù)；管道一(48)是構(gòu)成彈射單元?dú)獾赖匿撝茍A管部件，均壓器ニ(49)用于均衡高壓氣體在彎道處的非対稱沖壓作用；彈射頭一(50)是ー個鋼制圓筒裝置，其右端面為敞開ロ——彈射ロー(53)，它與彈射滑塞一(52)的左端面共同構(gòu)成彈射氣室ー(51)變?nèi)萜?，通過彈射單元?dú)獾溃瑥椛錃馐乙?51)與U氣室ー(44)連通，換言之，由U氣室ー(44)、第一個彈射單元?dú)獾篮蛷椛錃馐乙?51)構(gòu)成了第一彈射器的エ質(zhì)氣體空間"氣室一(44)的最大容積大于彈射氣室一(51)的最大容積；彈射滑塞一(52)可在彈射頭一(50)內(nèi)腔左右光滑自由運(yùn)動，但工作時彈射滑塞一(52)與U滑塞一(43)保持動態(tài)同步，且與彈射頭一(50)內(nèi)壁之間為動密封；彈射ロー(53)是外界流體(水或空氣)進(jìn)出彈射頭ー(50)的入口或出ロ ；把彈射滑塞一(52)位于左止點(diǎn)時，充滿彈射頭一(50)容積的外界流體稱為彈射流體；彈射流體的出ロ方向與船舶前進(jìn)方向相同；彈射ロ傳感器一(54)與控制器(85)連接，以實(shí)時監(jiān)測彈射ロー(53)處外界流體壓カ(靜壓力或動壓力)，為U推進(jìn)器(2)中各エ質(zhì)氣體的工作壓カ調(diào)控提供基準(zhǔn)參照依據(jù)；在第二彈射器中，各個部件的結(jié)構(gòu)尺寸和作用與第一彈射器中的相應(yīng)部件完全相同，且相應(yīng)的名詞(如彈射流體等)也都同理定義并通用； U氣橋(38)具有兩個重要作用，在物理上，它把兩個彈射器的エ質(zhì)氣體空間隔離開，形成兩個彼此獨(dú)立密閉的エ質(zhì)氣體空間，構(gòu)成了兩個獨(dú)立対稱的彈射單元，為匹配旋軌來復(fù)式驅(qū)動方式提供了硬件保障，不僅如此，它還保障彈射單元在返程過程中其U滑塞不受外界流體壓力作用(即無兜風(fēng)現(xiàn)象)，從而避免了能量的無為消耗；在氣動效果上，它又將兩個彈射器的エ質(zhì)氣體空間有機(jī)地關(guān)聯(lián)起來，使得U氣橋(38)的エ質(zhì)氣體空間和兩個彈射器的エ質(zhì)氣體空間這三個彼此獨(dú)立的エ質(zhì)氣體空間形成了一個有機(jī)整體，這使得U推進(jìn)器(2)整體上兩端(兩個彈射滑塞或兩個彈射ロ)所受外界流體壓カ大小相等、方向相反，合カ為零，從而使得U推進(jìn)器(2)無需克服外界流體壓カ(靜壓力或動壓力)做無用功，推力幾乎全部用于做有用功，換言之，彈射能量幾乎全部轉(zhuǎn)換成彈射流體的動能，不僅如此，開始返程的彈射單元還將把其エ質(zhì)氣體的壓縮內(nèi)能(エ質(zhì)氣體因壓縮而増加的分子內(nèi)能)通過U氣橋(38)傳遞給開始推進(jìn)的彈射単元，對推進(jìn)中的彈射單元貢獻(xiàn)正向能量増益，把這種正向能量増益方式稱作內(nèi)能正反饋，內(nèi)能正反饋使得壓縮內(nèi)能不再成為系統(tǒng)能量內(nèi)耗的主角，從而使得U推進(jìn)器(2)子系統(tǒng)壓縮エ質(zhì)氣體所付出的能量代價(jià)降到最低值，所以，U推進(jìn)器(2)具有極高的能量利用率也得益于U氣橋(38)的橋梁紐帶作用和內(nèi)能正反饋方式山氣橋傳感器(39)與控制器(85)連接，以實(shí)時監(jiān)測U氣橋(38)中的エ質(zhì)氣體壓カ值，并為實(shí)時調(diào)控其エ質(zhì)氣體量提供依據(jù)；U氣橋閥(40)與氣控系統(tǒng)(4)連接(連接部件被省略畫出)，參與實(shí)時調(diào)控U氣橋(38)中的エ質(zhì)氣體量，以維持U氣橋(38)中エ質(zhì)氣體的エ作壓カ；U推進(jìn)器(2)子系統(tǒng)的外殼被固裝于船體； 首先觀察在沒有U氣橋(38)連接情況下，一個彈射単元的工作過程，以大地為慣性參考系，設(shè)海水相對大地靜止不動，船舶相對大地的速度為V ，彈射流體的質(zhì)量為M,彈射流體相對船體(彈射頭)的初始速度為V3Wj (該速度也是彈射滑塞相對彈射頭的初始速度，其值為零)，彈射流體相對船體的出ロ速度為(即彈射流體被弾射滑塞推動經(jīng)過彈射ロ處的速度)，彈射滑塞的推水方向與船舶前進(jìn)方向相同，彈射滑塞的半徑為R其行程為L，推力(エ質(zhì)氣體的工作壓力)為Pjt,流體壓カ(彈射ロ處海水的壓力)為P流，合外力對彈射流體所作的功為A，彈射流體的初始動能為EWg、出口動能為Em，彈射流體的動能增量為AE，則有、合外力對彈射流體所作的功為A= (P推-P流)R2XL(1-1) 彈射流體的初始動能為E初始^M (%初+V船)—=全MV船2 彈射流體的出ロ動能為E出口 = iM (V彈出+Vr) ‘=全M%出2 + M%出V船+ i MV船2彈射流體的動能增量為AE = E出口一 E初始;I MV彈出2 + MV彈出V船(I 一 2) 依據(jù)動能定理及(1-1)、(1-2)兩式得(P推-P流)欣2 XL =乏_彈出2 +出V船(1-3) 式(1-3)是在沒有U氣橋(38)連接情況下，ー個彈射單元工作時其彈射流體的動能定理；其中，推力Pjt對彈射流體作正功，彈射流體動能増大；流體壓カP. 對彈射流體作負(fù)功，彈射流體動能減小，換言之，彈射單元需要克服外界流體壓カ(靜壓力或動壓力)做無用 功； 現(xiàn)在，由于有U氣橋(38)將兩個彈射單元エ質(zhì)氣體空間有機(jī)地關(guān)聯(lián)起來，U推進(jìn)器(2)整體上兩端(兩個彈射ロ)所受流體壓カ大小相等、方向相反，其作用相互抵消掉了，因此，在U推進(jìn)器(2)中彈射流體的動能定理應(yīng)為P推TtR2 xL = i MV彈出2 + MV彈出V船(1-4) 比較(1-3)、(1-4)兩式顯然有 P推 JiR2XL > (P推-P流)JiR2XL 則(1-4)式等號右邊的動能増量大于(1-3)式右邊的動能増量，所以說U推進(jìn)器(2)無需克服流體壓カ(靜壓カ或動壓カ)做無用功，推力Pjt全部用于做有用功，或者說，彈射能量全部轉(zhuǎn)換成彈射流體的動能； 式(1-4)表明，U推進(jìn)器⑵中彈射流體的動能增量巧MV彈出2 +MV彈出V船)不僅與彈射流體的出ロ速度有關(guān)，還與船舶的速度Vl&有關(guān)；當(dāng)彈射流體的出ロ速度—定吋，船舶的速度Vl&越大，彈射流體的動能增量就越大，這表明推力(Pjt JiR2)對彈射流體所做的功(Pjt^iR2XL)也越大，由于彈射流體的位移量L(即彈射滑塞的行程)為ー常量，所以，功(Pjt^R2XL)越大是推力(PjtJiR2)增大所產(chǎn)生的結(jié)果，由于作用的相互性(或運(yùn)動的相對性)，便形成了海水(流體)對彈射ロ處逆向作用增強(qiáng)的效果，這就構(gòu)成了 U推進(jìn)器(2)的沖壓彈射推進(jìn)方式，因此，旋軌來復(fù)式推進(jìn)器能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓彈射推進(jìn)方式； 在彈射頭中，由于彈射滑塞的迎水面垂直于彈射流體的運(yùn)動方向，或者說，推力矢量 的方向與彈射流體位移矢量f的方向相同(即兩個矢量夾角a為零)，所以，推力PftTtRi對彈射流體所做的功為A = P推耵R2 L = P^tiR2Lcos a = P擴(kuò)TtR2L(I — 5) 式(1-5)表明，推力對彈射流體所做的功為最大值，換言之，推力無任何分量損失，全部奉獻(xiàn)于做有用功過程；設(shè)旋軌來復(fù)式推進(jìn)器系統(tǒng)摩擦消耗的能量為A e (A e為ー較小值)，考慮到U推進(jìn)器⑵無需克服流體壓カ做無用功、推力Pjt全部用于做有用功和內(nèi)能正反饋方式等，則輸入到旋軌來復(fù)式推進(jìn)器系統(tǒng)的總能量在量值上等于Pjt R2L+A e，參照(1-4)和(1-5)兩式，旋軌來復(fù)式推進(jìn)器系統(tǒng)的推進(jìn)效率ii為
全文摘要
旋軌來復(fù)式推進(jìn)器屬于流體推進(jìn)器技術(shù)領(lǐng)域。所要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)旋軌來復(fù)式驅(qū)動方式，實(shí)現(xiàn)沖壓彈射推進(jìn)方式，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)效率接近1，實(shí)現(xiàn)主動體系模式，在主動體系模式下實(shí)現(xiàn)控制航行器前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、倒航等新的控制方式——內(nèi)置控制方式。解決該問題的技術(shù)方案要點(diǎn)由旋軌驅(qū)動器(1)、U推進(jìn)器(2)、萬向底盤(3)和氣控系統(tǒng)(4)等四個子系統(tǒng)構(gòu)成了一個完整的旋軌來復(fù)式推進(jìn)器系統(tǒng)。旋軌來復(fù)式推進(jìn)器可被廣泛應(yīng)用于所有類型的船舶艦艇中，甚至，它還可被廣泛應(yīng)用于所有類型的飛機(jī)和機(jī)動車中。
文檔編號B63H1/32GK102642607SQ20121013906
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者徐忠斌 申請人:徐忠斌