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创新发明:可用于船舶驱动的百叶窗板式推进桨

已有 5103 次阅读 2017-6-6 12:45 |系统分类:科研笔记|关键词:船舶,螺旋桨,柴油机,发动机,摇橹,航空母舰,护卫舰,军事,空化,cavitation| 发动机, 螺旋桨, 船舶, 柴油机, 摇橹

上一篇博文谈到我的创新发明,如何用于可垂直起飞的扑翼飞机推进桨。根据触类旁通的思维模式,其实同样的发明思路,也可用于船舶推进桨,以取代传统的螺旋桨。

其实,板式推进法早就用于人力驱动的小船,只是达不到动力学意义上的精致。

下图的小木船上,小伙子荡起的双桨,本质上就是板式推进桨:

摇橹.jpg

相似的还有棹、橹。本网名博武际可教授,还专门写了一篇大作,详细分析了摇橹的力学性质,吸引了一万六千人围观:谈摇橹

鱼类的尾巴,动物的鸭掌,还有游泳爱好者常用的助推工具--脚蹼,都属于板式桨这一大类。

   

稍微带点情趣的当属娱乐性质的脚踏船,如下图:


这种板式驱动,实际上是基于旋转运动的板式驱动,其动画原理图如下:

脚踏船.gif

上述传统推进模式,因船体受力方向,无法与推水方向严格平行,故而效率很低,直接用于大型机动船舶是不可行的。

大型船舶100%使用螺旋桨推进系统,如下图:

marine-propeller3.jpg

其水流情况见下图:

marine-propeller5.jpg

然而,螺旋桨并没有好到哪里去,只是驱动简单而已。总之,使用旋转的驱动方式,是人类的独门偏好。

有没有比螺旋桨效率还要高的推进方式呢?当然有,而且效率也许能成倍提高!

下图是我发明的船用4-百叶窗板式桨原理图:


简化的单百叶窗推进桨系统如下图。此方案类似于单二极管半波整流,不像4百叶窗“全桥整流”那么高效。驱动连杆回撤时,相当于空载,不推进船体。


工作原理几乎一目了然,而且我早先的文章中已有详细描述,恕不赘言。

用上我的百叶窗板式推进桨后,船体驱动力,可以始终平行于水面和前进方向,理论上最大限度地利用了动力能源,能很好契合船用柴油发动机的威力。

更奇妙的是,通过控制4扇百叶窗,可以省去或辅助舵控系统,实现方便的转向功能。例如右边的两扇百叶窗全开,可以右舷转弯;左边两扇百叶窗全开,则左舷转弯。

由于水的比重比空气大数百倍,不像用了同样推进系统的扑翼机,非得使用脉冲输入,船用完全无需驱动端脉冲输入。现有船用柴油机生产厂,若能生产直接往复式冲击的柴油机,既可节约成本,又方便了新的动力推进系统的应用。

直接应用现有内燃机,还得配置将圆周运动转换为往复运动的变速箱,虽麻烦且效率略有降低,但也很方便,不用惊动内燃机厂改生产线。

下图示意了船尾的推进系统布局:


采用此系统的船舶,过去螺旋桨特有的空化(cavitation)现象,可以有效杜绝,能提高桨的使用寿命。

螺旋桨旋转时,虽然水主要产生平动,但还会附带产生旋动,而旋动会产生很大的浪花,造成局部低压。此时水中游泳的人,或者大鱼,若是过于靠近螺旋桨,基本上必死无疑,而且死的很惨。

我的百叶窗桨就无此问题。水不带旋,人或鱼若意外靠近,虽仍有危险,但要命的可能性低得多,一般会被直推到船尾很远处。

本发明用于潜艇推进,性价比也优越于螺旋桨。

推广创新发明之所以不易,有时主要因为产业联动的配套跟不上。拿这个发明来说,需要配套的船用柴油机,最好应改型,以适应直线驱动的需要。这些都是牵一发而动全身的事情。

再此,我愿意登高一呼:内燃机产业,别死守扭矩输出的传统产品一辈子,要尽快成立一个行业联盟,指导直线驱动发动机的标准化,为其分出一部分产能,以呼应新的驱动方式如雨后春笋般涌现的局面。

据说中国以后的航空母舰、护卫舰,将像下饺子那样,大批量生产、下水服役。若能使用我的这一发明,当惊世界殊!

真有趣,我的创新发明,本质上像是一颗大白菜,拿来炒了三道味道鲜美的好菜!呵呵。






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