一种利用近椭圆运动轨迹的桨叶驱动的船机系统技术方案

一种利用近椭圆运动轨迹的桨叶驱动的船机系统，其由船体结构、近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统、动力系统、航行控制系统等组成，工作过程中，桨叶结构相对于船体做近椭圆轨迹的运动，在接水、驱动、离水的整个过程中，桨叶结构及整个推进系统只形成向下和向后的击水力量——击水升力和击水推进力，故其在整个过程中可不对船机系统形成接水阻力，当相应船机系统完全处于依靠船体或及空中机翼等提供的气动升力实现支撑的状态时，前进方向上的水阻力为零，故可以实现水面的高速巡航过程。同时，利用相对强大及主动、灵活、可靠的桨叶击水升力和击水推进力，可实现对高速巡航的地效飞机等船机系统的可靠操控，推动其实现大规模的安全应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用近椭圆运动轨迹的桨叶驱动的船机系统
[0001]所属领域
[0002]水上、空中运载工具领域。

技术介绍

[0003]人类追求高速、高效、可靠的运载工具的需求与目标是无止境的，但又不能不受到物理定律、地球环境及认知过程等的影响与限制，客观上不可能，终无法获得，客观可能、实现突破也要有一个探索和认知的过程。在已知的运输工具系统中，水上地效飞机具有更加高速、高效及可高载的明显优势，其也被人们较深刻地探索和尝试了许多，但仍未获得较成功的大量应用，其现实的明显不足是其水面运行的操控可靠性、安全性不足，可靠性、安全性成为限制地效飞机大规模应用的核心瓶颈，要打破可靠性、安全性的瓶颈，需要清晰规律和另辟蹊径。
[0004]地效飞机可靠性的问题是与其地面效应所带来的独特优势相伴生的，近水面运动可实现的高升阻比也带来了近水面高速、较高速巡航的可靠性与安全问题。新的解决路径应该是由防止水面巡航时被动触水及造成相应的隐患与危险向水面巡航时主动接水、借助水力实现水面高速(较高速)巡航时对整个船机系统的高效推进及可靠与高效的控制。
[0005]主动接水就是要形成可靠的接水升力、接水动力，以实现对高速巡航船机系统的可靠控制，同时要避免形成新的(或任何)接水阻力，这样的主动接水(推进)过程，依靠传统的螺旋桨、喷水推进、轮式水车乃至履带式水车等推进方式是难以高效地实现的，但从仿生学的角度出发，可以设想水面煽动翅膀或滑翔飞行的大鸟，也可以同时利用其可快速接水后划的脚蹼来实现相应的水面动升力与前进动力，从而可以使其实现更加接近水面的可靠飞行过程。这提醒我们只要能够在水上地效飞机这一人造大鸟之上加设相应的可高速接水后划(同时可空中高效回位)的人造脚蹼驱动系统，则相应的水面高速巡航的操控可靠性问题可得到较好的解决，明确这要的思路后，设计和制造出高效的人造脚蹼驱动系统就成为关键。
[0006]从最简单的(轮式)水车推进方式看，其上面的桨叶若入水、推水及出水角度适宜的话可以成为所需的高效人造脚蹼，但其明显的或说是致命的缺点是：要实现上述目的必要条件之一是水车的直径要足够大，这对于水面高速巡航的地效飞机而言是无法选择的。
[0007]若采用履带式水车的方式，其结构的复杂性、可靠性等也是难以适应水面高速、高效、可靠巡航之要求的。
[0008]水上螺旋桨推进因其难以消除推进器的逆水结构面，必然造成高速船机系统出现陡增的巨大的高速逆水阻力，再加上高速螺旋桨的空蚀现象等，使其难以在地效飞机等更加高速化的船机系统上成功地应用。
[0009]借鉴赛艇、皮划艇等的人力划桨方式似乎更加简洁和高效，关键是要转化出高效适宜的机械驱动形态。
[0010]首先，最简单的可以考虑采用倾斜设置的水空两栖螺旋桨的方式——其突出优点是简洁，可适用于更加高速的中小型水上地效飞机之上，其不足在于：一是受桨叶倾斜角度
等的影响、可提供的控制升力的大小会受到较大限制，从而难以实现对较大船机系统的可靠控制。其二、螺旋桨在提供升力及推进力的同时，会伴生向船体两侧拨水、分水的力量，由于桨叶的线速度很高，将不可避免地造成相应的能量损耗与行波阻力效应。其三、其占用的工作空间仍会较大，也会较严重地影响高速巡航船机系统的综合运行效率。
[0011]其二，可考虑采用相对简单的更易机械控制及驱动的“人造脚蹼”系统，借助其成就高速、高效及可高载的大中型地效飞机等新的水上高速运输系统。
[0012]专利技术创造的目的
[0013]通过采用更加高效的接水推进系统，使高速船舶、地效飞机或及水上飞机等船机系统获得更加高效、可靠、安全的起降、巡航等工作过程，为水上及水空联合运输系统的更加高效化提供可靠的支持。
[0014]专利技术创造的内容与有益效果
[0015]本专利技术创造的目的是这样实现的：采用结构相对简洁、高效的近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统，使相应水上船机系统、特别是高速船机系统的推进和操控性能明显提升。
[0016]所述近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统，可由其下部做近椭圆运动的桨臂结构、处于桨臂结构上端的桨臂往返运动控轨结构系统，处于桨臂结构中或中上部的桨臂圆周循环运动控制结构系统，直接或间接地设置于桨臂结构下部的近椭圆运动桨叶结构或浮脚结构或桨叶与浮脚的组合结构等组成。
[0017]使桨叶等结构相对于船体做近椭圆轨迹的运动的实现方式与工作原理为：在桨臂往返运动控轨结构系统的支持下，使桨臂结构上部的一点做直线或曲线形式的往返运动，在做圆周运动的曲柄或偏心轴承等结构系统——在桨臂圆周循环运动控制结构系统的支持下，使桨臂结构中部或中上部的一点做圆周运动。通过上述的结构设置与相应运动控制过程，可使直接或间接地设置于桨臂结构下部的近椭圆运动桨叶结构或浮脚结构或桨叶与浮脚的组合结构做可实现高效接水驱动的近椭圆轨迹的运动，所述近椭圆轨迹的长轴沿水平方向延展。
[0018]较具体而言：工作过程中，桨叶等结构相对于船体做近椭圆轨迹的运动，所述近椭圆运动轨迹的长轴处于近水平方向之上，或完全水平或形成小的水平倾角，以适宜的向后推水和向下压水的角度(向后和向下击水角度)接水的桨叶结构在水中/触水完成较长行程的驱动过程后，以适宜的向后推水/击水的角度出水/离水，再通过空中回桨过程，为下一次的接水驱动做好准备。
[0019]在船机系统主机体结构横向中间位置上设置近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统或在船机系统主机体结构的两侧左右完全对称地设置两套或多套近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统或在同一船机系统之上同时设置处于上述主机体结构中间位置及两侧位置的多套近椭圆运动桨叶驱动系统。
[0020]在相应(高速)船机系统主机体结构的两侧左右完全对称地设置两套或多套近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统，并使其与相应的其它结构系统形成适宜的配合关系及相对位置关系，更具普遍意义。
[0021]在相应(高速)船机系统的后部等的中间位置等适宜空间处设置独立的近椭圆运动桨叶驱动系统，并使其与相应的其它结构系统形成适宜的配合关系及相对位置关系。在(高速)船机系统后部中间等位置处设置的独立的近椭圆运动桨叶驱动系统所可以提供的
“
击水升力”、“击水推进力”可更加有力地确保整个(高速)船机系统行驶过程中的纵向平衡与稳定，并可通过对船机系统纵向倾角的控制间接地使可设于主机体结构两侧的左右完全对称的近椭圆运动的“主力桨叶驱动系统”始终处于高效的工作角度状态。
[0022]由于在接水、接水驱动、离水的整个过程中，桨叶结构及整个推进系统只形成向下和向后的击水力量——触水力量，故其在整个过程中不对船机系统形成接水阻力，当船机系统同时依靠船体或及空中机翼实现的气动升力(气垫升力)支撑前进时，前进方向上的水阻力为零，故可以实现采用近椭圆运动轨迹的桨叶驱动的船机系统在水面的高速、超高速巡航过程。同时，利用可相对强大及主动、灵活、可靠的桨叶击水升力和击水推进力，可实现对高速、超高速巡航的地效飞机等船机系统的可靠操控，从而打破其操控性能不(够)可靠的瓶颈，推动其实现大规模的安全应用。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用近椭圆运动轨迹的桨叶驱动的船机系统，其至少包括：船体结构、近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统、动力系统、动力传递系统、航行控制系统，其特征是：工作过程中，桨叶结构相对于船体做近椭圆轨迹的运动，所述近椭圆运动轨迹的长轴处于近水平方向之上，或完全水平或形成小的水平倾角，以向后推水和向下压水角度入水的桨叶结构在水中完成长行程驱动过程后，以向后推水的角度出水、离水，再通过空中回桨过程，为下一次的接水驱动做好准备；所述近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统，至少由其下部做近椭圆运动的桨臂结构(1)、处于桨臂结构(1)上端的桨臂往返运动控轨结构系统，处于桨臂结构(1)中部或中上部的桨臂圆周循环运动控制结构系统，直接或间接地设置于桨臂结构(1)下部的近椭圆运动桨叶结构(26)或浮脚结构或桨叶与浮脚的组合结构组成；在桨臂往返运动控轨结构系统的支持下，桨臂结构上部的一点做直线或曲线形式的往返运动，在做圆周运动的曲柄结构或偏心轴承结构所参与构成的桨臂圆周循环运动控制结构系统的控制下，桨臂结构中部或中上部的一点做圆周运动，通过上述的结构设置与相应运动控制过程，使直接或间接地设置于桨臂结构下部的近椭圆运动桨叶结构或浮脚结构或桨叶与浮脚的组合结构系统做可实现高效接水驱动的近椭圆轨迹的运动；在船机系统主机体结构横向中间位置上设置近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统或在船机系统主机体结构的两侧左右完全对称地设置两套或多套近椭圆运动轨迹的桨叶驱动系统或在同一船机系统之上同时设置处于上述主机体结构中间位置及两侧位置的多套近椭圆运动桨叶驱动系统。2.根据权利要求1所述的船机系统，其特征是：所述桨臂往返运动控轨结构系统可包括摆臂式或导轨式或导轮式多种结构形式：摆臂式桨臂往返运动控轨结构系统可由相应的桨臂摆杆结构(3)、桨臂摆杆内枢轴结构(4)、桨臂摆杆外枢轴结构(5)、桨臂摆杆支架结构(6)等组成。桨臂摆杆结构(3)的外侧通过桨臂摆杆外枢轴结构(5)与桨臂结构(1)的上部相互枢接，桨臂摆杆结构(3)的内侧通过桨臂摆杆内枢轴结构(4)与桨臂摆杆支架结构(6)相枢接，桨臂摆杆支架结构(6)直接或间接地固定于船体(2)的相应骨架结构之上；导轨式桨臂往返运动控轨结构系统可由相应的桨臂导轨结构(7)、桨臂导轨导轮结构(8)、桨臂导轨导轮连板结构(9)、桨臂——导轨导轮连板枢轴结构(10)等组成。与桨臂导轨结构(7)相互衔接及配合的三个或更多个桨臂导轨导轮结构(8)设置于桨臂导轨导轮连板结构(9)之上，桨臂导轨导轮连板结构(9)通过桨臂——导轨导轮连板枢轴结构(10)与桨臂结构(1)的上部相互枢接，桨臂导轨结构(7)直接或间接地设置于船体(2)的相应骨架结构之上；导轮式桨臂往返运动控轨结构系统可由相应的桨臂(直接)控制导轮结构(11)、桨臂控制导轮连板结构(12)、桨臂控制导轮连板支架结构(13)、支架——桨臂控制导轮连板枢轴结构(14)等组成，与桨臂结构(1)上部直接衔接及配合的三个或更多个桨臂控制导轮结构(11)设置于桨臂控制导轮连板结构(12)之上，桨臂控制导轮连板结构(12)通过支架——桨臂控制导轮连板枢轴结构(14)与桨臂控制导轮连板支架结构(13)相枢接，桨臂控制导轮连板支架结构(13)直接或间接地设置于船体(2)的相应骨架结构之上。3.根据权利要求1所述的船机系统，其特征是：所述桨臂圆周循环运动控制结构系统采
用曲柄式的结构形式，曲柄式的桨臂圆周循环运动控制结构系统可由相应的曲柄结构(15)、曲柄中轴结构(16)曲柄中轴轴座结构(17)、曲柄中轴轴座支架结构(18)、曲柄外侧枢轴结构(19)等组成；曲柄结构(15)的一端固结在曲柄中轴结构(16)之上，曲柄中轴结构(16)枢接在曲柄中轴轴座结构(17)之上，曲柄中轴轴座结构(17)设置在曲柄中轴轴座支架结构(18)、曲柄中轴轴座支架结构(18)固定于船体(2)的相应骨架结构之上；桨臂结构(1)的上中部通过曲柄外侧枢轴结构(19)与曲柄结构(15)相枢接，相应枢接点的运动轨迹被整个曲柄式圆周循环运动结构系统所控制；电力或其它机械动力乃至人力可通过曲柄式(桨臂)圆周循环运动结构系统直接或间接地传到曲柄中轴结构(16)、曲柄结构(15)、桨臂结构(1)、桨叶等结构之上；在船机系统启动及航行过程中，处于桨臂结构(1)下部的椭圆运动桨叶结构(26)或浮脚结构(27)或桨叶与浮脚的组合结构等结构系统在桨臂结构(1)的带动下，做可实现高效驱船前进的近椭圆轨迹的运动。4.根据权利要求1所述的船机系统，其特征是：可设计和制造可使多桨叶高效联动的联动桨叶结构系统，以提高整个船机系统的推进效率；联动桨叶结构系统的较具体结构为：在船体两侧或其它适宜位置上，沿前后方向相互对称地布设两套或多套其下部做近椭圆运动的桨臂结构(2)，同时使它们的下端均与相应的桨叶联动骨架结构(28)或联合浮脚结构(29)等相互枢接，从而可带动桨叶联动骨架结构(28)或联合浮脚结构(29)做可实现高效驱动的近椭圆轨迹的运动；在桨叶联动骨架结构(28)或及联合浮脚结构(29)之上可同时设置至少两个角度固定或角度可调节的近椭圆运动联动桨叶结构(30)，如此可明显地增加椭圆运动桨叶结构总的击水(推水)面积，使相应的后退联动水体的总表面面积、总水体体积及质量明显增加，由此可大大降低后退联动水体的后退速度，这一速度的降低可以使在向船体提供相同推进力、相同推进冲量的情况下，大大降低整个后退联动水体的动能，从而大大提升整个推进系统的推进效率。并且，使这种推进效率的大大提升在抵消掉因整个椭圆运动的桨臂结构系统质量等的增加所形成的不利影响后仍可以是明显的；根据需要，联动桨叶结构(30)的前面可设计成低阻力的流线体等形式，以大大减小其在空中高速回桨过程中所形成的气动阻力。5.根据权利要求1所述的船机系统，其特征是：可设计和制造可使多桨叶高效联动的联动桨叶结构系统，以提高整个船机系统的推进效率；联动桨叶结构系统的较具体结构为：在船体两侧或其它适宜位置上设置相应形式的桨叶联动骨架结构(28)或联合浮脚结构(29)，同时使桨叶联动骨架结构(28)或联合浮脚结构(29)的一端与相应桨臂结构(2)做近椭圆运动的下端(下部)相互枢接，另一端与相应的做往返运动的摆杆结构相互枢接，或者通过桨叶联动骨架导轮结构(31)与桨叶联动骨架导轨结构(32)相配合并被桨叶联动骨架导轨结构(32)所控制。在桨叶联动骨架结构(28)或联合浮脚结构(29)靠近其与桨臂结构(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClB六三H一三零，
申请(专利权)人：孟杰，
类型：发明
国别省市：