本發(fā)明涉及船舶技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氣動(dòng)注水噴射推進(jìn)的綠色游艇。

背景技術(shù)：

從大航海時(shí)代開始，大大小小的船只就成了文明交流的橋梁。海上貿(mào)易相對(duì)于路上而言成本更加低廉，運(yùn)輸更加便捷。因?yàn)榇幌鄬?duì)于汽車更加碩大，所以燃料也是以柴油和重油為主。柴油比起汽油來，會(huì)含有更多的雜質(zhì)，它燃燒起來也更容易產(chǎn)生煙塵，造成空氣污染。重油機(jī)安裝占地面積較大，安裝周期較長，雖然重油機(jī)的燃油消耗低，但它的一次性投資較大。海運(yùn)采用的這些重型柴油、燃料油和渣油型燃料油，比起輕油質(zhì)量更加低劣，雜質(zhì)會(huì)更多。一項(xiàng)研究表明，海上行駛的船舶所排放的污染物與汽車尾氣一樣能嚴(yán)重污染空氣，從而對(duì)沿海居民的健康造成影響。美國國家海洋和大氣管理局的科研人員在一期《地球物理學(xué)研究雜志》上報(bào)告說，他們對(duì)來往于多條海上的200多艘商船進(jìn)行了污染物排放的檢測。根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行的分析評(píng)估發(fā)現(xiàn)，全球海上船舶每年排放的顆粒污染物可達(dá)約220萬磅，全球每年排放的氮氧化合物氣體中30%來自海上船舶。所以在石油資源即將耗盡的今天，開發(fā)出一種適合輔助船舶前進(jìn)且綠色環(huán)保的裝置顯得尤為重要。

現(xiàn)代船舶也有通過推進(jìn)水泵噴出的水流或者氣體的反作用力來獲得動(dòng)力，并通過操縱舵及倒舵設(shè)備分配和改變分流的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶航向的操作。但是當(dāng)船舶航速較低時(shí)，噴水推進(jìn)的效率比螺旋槳要低些，而且由于增加了外殼體的保護(hù)，推進(jìn)泵葉輪的拆換比螺旋槳復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中提到的問題，本發(fā)明提供了一種利用離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)為氣動(dòng)注水推進(jìn)裝置提供電能的綠色游艇，其技術(shù)方案為：

一種氣動(dòng)注水噴射推進(jìn)的三體式綠色游艇，包括主船體和位于主船體兩側(cè)的浮體，其特征在于：

所述主船體上安裝有太陽能電池板，所述浮體上設(shè)有氣動(dòng)注水噴射裝置和增壓氣室，所述浮體的上層蓋板設(shè)有太陽能集熱板，所述太陽能集熱板為增壓氣室內(nèi)的氣體加熱增壓；

所述氣動(dòng)注水噴射裝置包括貯氣單元、注水單元及噴口，所述貯氣單元通過導(dǎo)管與增壓氣室連接，貯氣單元的貯氣室進(jìn)口與導(dǎo)管之間通過單向進(jìn)氣隔板隔離，所述貯氣室的出口與注水單元的注水室之間通過氣水分隔板隔離，所述注水室的出口與噴口連通，所述氣水分隔板在控制系統(tǒng)控制下，可向注水室方向打開。

在上述方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)或優(yōu)選的方案還包括：

所述控制系統(tǒng)包括壓力開關(guān)和驅(qū)動(dòng)氣水分隔板動(dòng)作的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或鎖止氣水分隔板的自動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)，所述壓力開關(guān)設(shè)有監(jiān)測貯氣室氣壓的壓力傳感器。

所述噴口包括漸縮的棱錐狀主噴口腔，所述主噴口腔末端設(shè)有呈多邊形的一級(jí)出口，所述主噴口腔在靠近一級(jí)出口的各個(gè)錐面上分別安裝有一梯形內(nèi)層封板，所述內(nèi)層封板貼附在錐面上，與對(duì)應(yīng)的錐面保持平行，所述內(nèi)層封板可在第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制下朝著對(duì)應(yīng)錐面的延伸方向向一級(jí)出口外移動(dòng)，到達(dá)極限位置時(shí)，各內(nèi)層封板伸出一級(jí)出口的部分拼合呈漸縮的副噴口腔，所述副噴口腔的末端形成尺寸小于一級(jí)出口的二級(jí)出口。

所述注水單元包括所述注水室和安裝在注水室上方的注水裝置，所述注水裝置為雙渦扇結(jié)構(gòu)，包括同心的內(nèi)渦扇和外渦扇，由內(nèi)渦扇帶動(dòng)外渦扇轉(zhuǎn)動(dòng)，利用外渦扇將氣動(dòng)注水噴射裝置外部的海水壓入注水室；所述內(nèi)渦扇安裝在封閉的殼腔內(nèi)，所述殼腔的底部設(shè)有泄壓槽，內(nèi)渦扇工作時(shí)，將殼腔內(nèi)的氣流下壓，氣流從所述泄壓槽中排入到注水室內(nèi)。

所述內(nèi)渦扇通過從增壓氣室或貯氣單元貯氣室引入的氣流帶動(dòng)，所述氣流的出口設(shè)置在內(nèi)渦扇葉片的上方。

所述內(nèi)渦扇通過從貯氣單元貯氣室引入的氣流帶動(dòng)，所述氣流的入口設(shè)置在貯氣單元貯氣室腔體頂部靠近氣水分隔板的位置，并設(shè)有封閉該入口的堵塞器，所述堵塞器通過從動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)安裝在貯氣單元貯氣室腔體頂部；所述氣水分隔板通過主動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)安裝在貯氣室與注水室的交界處，所述主動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸通過齒輪與從動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接，使氣水分隔板向注水室方向轉(zhuǎn)動(dòng)打開時(shí)，所述堵塞器向氣流入口方向轉(zhuǎn)動(dòng)封閉入口。

所述浮體設(shè)有兩個(gè)交替工作的氣動(dòng)注水噴射裝置。

兩氣動(dòng)注水噴射裝置并列設(shè)置，所述氣動(dòng)注水噴射裝置設(shè)有矢量變向機(jī)構(gòu)，所述矢量變向機(jī)構(gòu)包括連接在注水室與噴口之間的波紋管和控制所述波紋管伸縮的液壓裝置，所述液壓裝置包括設(shè)置在波紋管一側(cè)的液壓缸；兩氣動(dòng)注水噴射裝置的波紋管及噴口部分并列聯(lián)接，兩氣動(dòng)注水噴射裝置的液壓缸分別設(shè)置在其并列整體的左、右兩側(cè)；所述液壓缸的活塞桿向后伸出，與波紋管的末端連接，通過控制兩液壓缸活塞桿的相對(duì)伸縮量調(diào)節(jié)兩噴口的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

在氣動(dòng)注水噴射裝置結(jié)構(gòu)獨(dú)立時(shí)，所述氣動(dòng)注水噴射裝置設(shè)有矢量變向機(jī)構(gòu)，所述矢量變向機(jī)構(gòu)包括連接在注水室與噴口之間的波紋管和控制所述波紋管伸縮的液壓裝置，所述液壓裝置包括對(duì)稱設(shè)置在波紋管兩側(cè)的液壓缸；所述液壓缸的活塞桿向后伸出，與波紋管的末端連接，通過控制兩液壓缸活塞桿的相對(duì)伸縮量調(diào)節(jié)噴口的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

有益效果：

1）本發(fā)明推進(jìn)效率高，結(jié)構(gòu)簡單，能源構(gòu)成多樣，通過混合動(dòng)力系統(tǒng)可提高游艇的航行速度，并降低游艇航運(yùn)成本，充分利用高壓氣體的能量，極大的減少了游艇運(yùn)行中能量的損耗，順應(yīng)綠色造船的時(shí)代趨勢(shì)。

2）由于噴口的能量作用集中，對(duì)輔助舵效十分有利，從而極大地提高船舶操縱性。

3）本發(fā)明結(jié)構(gòu)劃分清晰，具有模塊化潛力，便于安裝、制造和維修。

4）本發(fā)明具有良好的穩(wěn)定性以及耐波性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中氣動(dòng)注水噴射裝置的側(cè)視圖；

圖2為圖1實(shí)施例中氣動(dòng)注水噴射裝置的俯視圖；

圖3為圖1實(shí)施例中導(dǎo)管與貯氣單元交界處的橫向剖視圖；

圖4為噴口伸縮兩種狀態(tài)的對(duì)比示意圖；

圖5為注水裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為主動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)和從動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖7為注水裝置的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明游艇的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)效果，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。

如圖8所示的一實(shí)施例，一種氣動(dòng)注水噴射推進(jìn)的三體式綠色游艇，包括主船體和位于主船體兩側(cè)的浮體。兩浮體上分別安裝有增壓氣室2、空氣壓縮機(jī)3和氣動(dòng)注水噴射裝置1，所述氣動(dòng)注水噴射裝置1安裝在浮體末端，為游艇提供輔助推力。所述主船體的上層甲板和駕駛室頂板上鋪設(shè)有太陽能電池板5，為氣動(dòng)注水噴射裝置1和空氣壓縮機(jī)3提供電能，當(dāng)空氣壓縮機(jī)3工作時(shí)，將壓縮空氣注入增壓氣室2，使增壓氣室2內(nèi)的氣體具有一定壓力。所述浮體的上層蓋板采用太陽能集熱板4制成，通過太陽能集熱板4吸收太陽能，以增壓氣室2內(nèi)的氣體為工質(zhì)，為其加熱增壓，提高噴射氣體的壓力，保證噴射效能。

所述空氣壓縮機(jī)3的箱體頂板鑲嵌在浮體上層蓋板中，與浮體上層蓋板順滑過渡，保持平齊。空氣壓縮機(jī)3箱體頂板設(shè)有進(jìn)氣孔，為了保障空氣壓縮機(jī)3的進(jìn)氣效率，所述箱體頂板及浮體蓋板設(shè)有10°~20°的傾斜角度，向游艇的行進(jìn)方向迎風(fēng)傾斜。

本實(shí)施例中，兩側(cè)浮體上的氣動(dòng)注水噴射裝置1單獨(dú)控制，在一側(cè)氣動(dòng)注水噴射裝置1工作，另一側(cè)停止工作時(shí)，形成力矩，可以輔助游艇的舵效，達(dá)到快速回轉(zhuǎn)的目的。

如圖1所示，所述氣動(dòng)注水噴射裝置1包括依次連接的貯氣單元、注水單元及噴口111，所述貯氣單元通過導(dǎo)管101與增壓氣室2連接，貯氣單元的貯氣室103進(jìn)口與導(dǎo)管101之間通過單向進(jìn)氣隔板117隔離，所述貯氣室103的出口與注水單元的注水室108之間通過氣水分隔板104隔離，所述注水室108的出口與噴口111連通。所示單向進(jìn)氣隔板117上設(shè)有只能朝貯氣室103單向打開的單向進(jìn)氣閥102，當(dāng)增壓氣室2內(nèi)的氣壓達(dá)到單向進(jìn)氣閥102的上限標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，增壓氣室2內(nèi)的氣體進(jìn)入貯氣室103中，在其中形成預(yù)噴氣體。

所述氣水分隔板104在控制系統(tǒng)控制下，可向注水室108方向打開，所述控制系統(tǒng)包括壓力開關(guān)105和驅(qū)動(dòng)氣水分隔板104動(dòng)作的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或鎖止氣水分隔板104的自動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)，所述壓力開關(guān)105設(shè)有監(jiān)測貯氣室103氣壓的壓力傳感器。對(duì)氣水分隔板104采用主動(dòng)控制的方式時(shí)，設(shè)置第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)壓力開關(guān)105發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣水分隔板104打開或關(guān)閉。一般情況下，可采用自動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)控制氣水分隔板104在貯氣室103氣壓未達(dá)標(biāo)時(shí)保持關(guān)閉狀態(tài)，所述自動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)與壓力開關(guān)105連接，根據(jù)壓力開關(guān)105發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，打開鎖止機(jī)構(gòu)，解放其對(duì)氣水分隔板104的約束，使氣水分隔板104在氣流沖擊下打開，在重力作用下回落到初始位置被重新鎖止關(guān)閉。通過預(yù)設(shè)壓力開關(guān)105的壓力系數(shù)來調(diào)節(jié)預(yù)噴氣體的壓力值，可進(jìn)一步改變噴射所需的推力。噴射時(shí)，電子開關(guān)105打開，貯氣室103內(nèi)的高壓氣體頂開氣水分隔板104,在氣流沖擊水體的同時(shí)，氣水分隔板104對(duì)水體也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)推力。在理想狀態(tài)下，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知：

M_船V_船=M_水V_水

其中M_船為船的質(zhì)量，V_船為船的速度，M_水為噴管9噴出水的質(zhì)量，V_水為噴口111噴出水的速度。當(dāng)噴出水的質(zhì)量和速度達(dá)到一定值時(shí)，對(duì)輔助推進(jìn)游艇具有及其可觀的作用。同理可知，游艇自帶增壓氣室2的壓力值越大對(duì)本發(fā)明效能發(fā)揮越有利。

如圖1、2、4所示，所述噴口111包括漸縮的棱錐狀主噴口腔，所述主噴口腔末端設(shè)有呈多邊形的一級(jí)出口，所述主噴口腔在靠近一級(jí)出口的各個(gè)內(nèi)側(cè)錐面上分別安裝有一梯形內(nèi)層封板113，所述內(nèi)層封板113貼附在錐面上，與對(duì)應(yīng)的錐面保持平行，所述內(nèi)層封板113可在第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制下沿導(dǎo)軌112朝著對(duì)應(yīng)錐面的延伸方向向一級(jí)出口外移動(dòng)，到達(dá)極限位置時(shí)，各內(nèi)層封板113伸出一級(jí)出口的部分拼合呈漸縮的副噴口腔，所述副噴口腔的末端形成尺寸小于一級(jí)出口的二級(jí)出口。內(nèi)層封板113沿著導(dǎo)軌112移動(dòng)，填補(bǔ)到一級(jí)噴口的末端，達(dá)到增大噴口處注水空間、減小噴口管徑大小的目的，方便根據(jù)游艇對(duì)不同航速的需求進(jìn)行調(diào)整，從而提高氣動(dòng)注水噴射裝置1的推進(jìn)效能。

所述注水單元包括所述注水室108和安裝在注水室108上方的注水裝置107，所述注水裝置107為雙渦扇結(jié)構(gòu)，包括同心的內(nèi)渦扇107-2和外渦扇107-3，所述內(nèi)渦扇107-2安裝在相對(duì)封閉的殼體內(nèi)，與外部海水隔離，所述殼體的底部設(shè)有泄壓槽107-5，所述泄壓槽為環(huán)形縫隙，如圖5所示，內(nèi)渦扇107-2工作時(shí)，將殼體內(nèi)的氣流下壓，氣體和滲入殼體的海水可通過泄壓槽107-5排出到注水室內(nèi)，又，從卸壓槽107-5噴出的氣或水能為注水單元提高壓力，在貯氣單元沒打開時(shí)依然能促使注水室108中的水向后噴出。

所述外渦扇107-3安裝在內(nèi)渦扇殼體的外圍，由內(nèi)渦扇107-2帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，利用與外部海水接觸的外渦扇107-3將海水壓入注水室108。在氣體或水流噴出泄壓槽107-5時(shí)，由于內(nèi)渦扇殼體內(nèi)的壓力比注水室108壓力大，所以在氣體膨脹的過程中對(duì)卸壓槽縫隙兩邊有力的作用，而反應(yīng)在外渦扇葉根處殼體的力是一個(gè)斜向上的力F，如圖7所示，可以有效減少渦扇工作時(shí)進(jìn)入內(nèi)渦扇室內(nèi)的海水，提高內(nèi)渦扇的工作效率。在氣水分隔板104未打開的狀態(tài)下，注水裝置107為注水室108源源不斷的補(bǔ)充海水，以備噴射使用。當(dāng)一次有效工作結(jié)束，氣水分隔板104兩側(cè)壓強(qiáng)相當(dāng)，在重力作用下回復(fù)到初始關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)注水裝置107開始工作，同時(shí)為氣水分隔板104提供一個(gè)下壓的力，使其更加迅速地回復(fù)到初始關(guān)閉狀態(tài)，防止海水倒灌。

所述內(nèi)渦扇107-2通過從貯氣室103引入的氣流帶動(dòng)，所述氣流的出口設(shè)置在內(nèi)渦扇葉片的上方，所述氣流的入口116設(shè)置在貯氣室103腔體頂部靠近氣水分隔板104的位置，并設(shè)有封閉該入口的堵塞器（未圖示），所述出口與入口116之間通過氣管107-1連接，所述堵塞器通過從動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)106-2安裝在貯氣室103腔體頂部，氣水分隔板104通過主動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)106-1安裝在貯氣室103與注水室108交界處的頂部，所述主動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)106-1的轉(zhuǎn)軸通過齒輪結(jié)構(gòu)與從動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)106-2轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接，使氣水分隔板104向注水室108方向轉(zhuǎn)動(dòng)打開時(shí)，所述堵塞器向氣流入口116方向轉(zhuǎn)動(dòng)封閉入口116，節(jié)約高壓氣體，減少能量的浪費(fèi)。作為優(yōu)選，設(shè)置主動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)106-1轉(zhuǎn)軸打開超過5°時(shí)，從動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)106-2即完全開啟，帶動(dòng)堵塞器堵住入口116，防止貯氣室氣壓不足，氣水分隔板104沒有張開到足夠角度，導(dǎo)致入口116未被完全堵塞時(shí)，氣體從入口116處泄露。所述主動(dòng)、從動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)可以通過不同類型的齒輪相結(jié)合達(dá)到兩個(gè)結(jié)構(gòu)角度的偏差，所述堵塞器由剛性支架和附著在剛性支架上的柔性材料或彈性材料組成，所述柔性材料或彈性材料設(shè)置在朝向入口116的一面，防止堵塞器過度開合損害噴射裝置殼體。

所述浮體設(shè)有兩個(gè)并排的氣動(dòng)注水噴射裝置1，由于注水裝置向注水室108注水至滿水狀態(tài)時(shí)，不可能瞬時(shí)完成，為了解決時(shí)間差以及工作狀態(tài)的連續(xù)性問題，兩噴射裝置1交替工作，循環(huán)往復(fù)可保證噴射的連續(xù)性。。

所述氣動(dòng)注水噴射裝置1設(shè)有矢量變向機(jī)構(gòu)，所述矢量變向機(jī)構(gòu)包括連接在注水室108與噴口111之間的波紋管110和控制所述波紋管110伸縮的液壓裝置，所述液壓裝置包括設(shè)置在波紋管一側(cè)的液壓缸109。兩氣動(dòng)注水噴射裝置1波紋管和噴口部分并列聯(lián)接，兩氣動(dòng)注水噴射裝置1的液壓缸設(shè)置在其并列整體的左、右兩側(cè)，如圖2所示。所述液壓缸109的活塞桿114向后伸出，與波紋管110的末端通過鉸鏈結(jié)構(gòu)115連接，通過控制兩液壓缸活塞桿114的相對(duì)伸縮量（例如一側(cè)活塞桿相對(duì)于另一側(cè)伸長）可調(diào)節(jié)兩噴口111的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。優(yōu)選地，矢量變向機(jī)構(gòu)變向角度設(shè)為正負(fù)35°，以保證推進(jìn)效率。

兩噴射裝置1也可在結(jié)構(gòu)上互相獨(dú)立，則在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在一個(gè)氣動(dòng)注水噴射裝置波紋管110相對(duì)的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)以上的液壓缸，通過控制波紋管相對(duì)位置液壓缸活塞桿的伸縮量即可調(diào)節(jié)其噴口111的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書、說明書及其等效物界定。