专利名称:活塞式推进器及其船舶的制作方法
本发明提供了一种新型船舶推进器-活塞式推进器，以及相应的新型船舶-活塞推进船舶。
船舶推进器有众多的种类，但从原始的桨、篙撑，到明轮、喷水、旋筒、平旋推进器，以至当代使用最广泛的螺旋桨，都有一些共同的缺点它们的推水面积都不可能太大，因此实用推进器效率都比较低(例如螺旋桨最高才50-60%)。而且效率和推力互相矛盾。例如螺旋桨转速每增加10转/分，效率降低2.5%。这是一个致命的缺陷，它极大地阻碍了船速和效率的提高。此外，螺旋桨还有理论与实验研究太复杂，以及空泡、斜流、激振、谐鸣和噪音等缺陷。
在86108352号和86108768号中国发明专利申请中，提出了全新的“降落伞推进器”及相应的船舶和潜水艇。可使实用推进器效率达到80-95%，并可克服螺旋桨等推进器的上述其他缺点。但降落伞在水下闭合向前运动时，仍会产生一定阻力。
本发明的目的，是提供另一种全新的推进器-活塞式推进器，它同样具有降落伞推进器的基本优点，并能更大程度地减小阻力。
本发明的基本构思是用往复运动装置带动活塞在一种特殊的双筒或三筒导管中往复运动，并能不断把水向一个方向推动，在另一个方向产生反作用力，就构成全新的“活塞式推进器”(详见下文)。将它安装在各种船的船底，就能构成全新的活塞推进船舶。
本发明共有九个实施例，10幅附图。
图1是带阀门的活塞式推进器的俯视结构示意图。
图2是不带阀门的活塞式推进器的俯视结构示意图。
图3是一种带有软质活塞的活塞式推进器的侧视结构示意图。
图4是另一种带有软质活塞的活塞式推进器的侧视结构示意图。
图5是硬质骨架软质活塞的结构示意图。
图6是只有两个导管的活塞式推进器的侧视结构示意图。
图7是带有两个活塞的活塞式推进器的俯视结构示意图。
图8是有空心圆筒的活塞式推进器的立体结构示意图。
图9是活塞推进船舶的侧视结构示意图。
图10是双身活塞推进船舶的正视结构示意图。
一、活塞式推进器实施例一在图1中，三个隧道或导管1、2、3平行紧挨着连在一起，它们的右端都开口，左端在两个通水口8处连通。两通水口8的横截面积之和大致等于导管1右端开口处的横截面积。导管1中的活塞4通过连杆5和往复运动力机6相连接。7是两个阀门。7′是另外两个阀门。
将上述装置放置于水中，当往复运动动力机6使活塞4在导管1中向右运动时，活塞4将导管1中的水向右推动(从右端推出导管1)，同时两阀门7打开(向右或向内)，两阀门7′关闭，水从阀门7处向右流进导管1中。当往复运动动力机6使活塞4向左运动时，活塞4将导管1中的水向左推动，水使两阀门7关闭，使两阀门7′打开，这时导管1中的水只能流过两通水口8，分别同时从另外两导管2和3的右端开口处(即阀门7′处)向右流出。
这样，活塞4不断向左、向右作往复运动，而水总是被推向一个方向(右方)，水的反作用力也总是指向一个相反的方向(左方)。
上述装置可称为“活塞式推进器”。
柴油机、电动机、蒸气机等是产生原始动力的原动机。而在原动机的作用下，液压油缸、曲柄摇杆机构、曲柄连杆等机械装置，可以产生往复运动，因此可将它们称为“往复运动机”。原动机和往复运动机一起，就是本发明所说的“往复运动动力机”6。它和下文中能使其他物体(如活塞4)产生往复运动的装置(如图1中的连杆5等)一起，在本发明中统称为“往复运动装置”。
按照上述定义，蒸气机既是原动机又是往复运动机。因此，蒸气机本身就是一种往复运动动力机。除了上述例子外，往复运动动力机6在现代工业中种类还很多，可视其性能与需要任意选择。看来液压油缸是其中较好的一种。而和往复运动动力机6组合而成的往复运动装置，也可以设计出多种，详见下文。
导管1、2、3可以由各种不同材料制成(如金属、塑料、水泥等)，其横截面也可以有各种不同形状(圆形、矩形等)。特别是可以有不同的长短。也可以不是2个，而是1个、4个或多个用同样的方式与导管1相连的导管。
实施例二图2所示的活塞式推进器与图1(实施例一)有两点区别①三个导管左端无阀门7，它是由一块或数块板牢固连结成的整块顶面，上面穿了孔可让活塞连杆5穿进并可往复运动。②导管2、3比导管1短，并且它们的右端无阀门7′。
当活塞4将导管1中的水向右推动时，导管外面的水立即从导管2、3右端开口处流入，并经过两通水口8流入导管1。当活塞4向左运动时，导管1中的水又经两通水口8沿导管2、3右端开口处向右流出。这样，活塞往复运动，水总是被推向右方，水的反作用力总是指向左方。导管2、3比导管1短，可以使从导管1向右(或向左)流出的水与从导管2、3向左(或向右)流入的水互相不发生冲突。
实施例三活塞式推进器的活塞4，一般是由硬质材料，特别是金属材料制成。但为了将它做得更大，以推动更多的水，提高推进器效率。也可以用软质材料制做，例如用高强度合成纤维或金属丝编织而成，只是四周边缘处用硬质材料制做。这样，往复运动装置的结构也要作相应的改变。例如，在图3中，4是导管1中的软质活塞，一系列连绳9将活塞4与绳10连结，绳10环绕在两个位于导管1两端的定滑轮11上，并与往复运动动力机6连接。这样，往复运动动力机6就可通过绳10、连绳9使活塞4在导管1中往复运动。
导管1仍然按图1或图2所示方式(有阀门7、7′或无阀门7、7′均可)与导管2、3平行连接，仍有通水口8和三个导管连通，但在图3中未画出。图3中导管2、3是在与纸面垂直的位置与导管1连接。
这样，软质活塞4在导管1中往复运动时，仍然总是将水向右推动(分别从导管1、2、3右端出水口流出)，向左产生反作用力。
实施例四活塞4的结构如图5所示矩形的四条边和两条对角线由硬质材料制成，形成矩形活塞的骨架，矩形的其余部分由软质材料制成。当然，这种活塞也可以是圆形、椭圆形或其他形状。往复运动装置结构如下见图4，两个定滑轮11仍在导管1的两端，第二个定滑轮11′在导管1的左端中央(即实施例二的连杆5由此穿孔进入导管1之处)。第四个定滑轮11″在导管1的右端中央，由两根或多根固定杆10′固定在右端进水口上(注意图4中固定杆10′只是两根杆，对水进、出导管1阻碍不大)。绳10环绕在四个定滑轮上，并与活塞4和往复运动动力机6相连。为了使活塞4与绳10连接得更稳固，可适当加一些起固定作用的绳或杆4′。该推进器其余部分的结构和运动方式与实施例三完全一样。
用这种结构，同样可以将活塞4做得非常之大，以推动更多的水，从而提高推进器效率。
实施例五如图6所示，不要导管3，只有导管2与导管1平行紧挨着连接。通水口8和导管2右端开口处的横截面积均分别与导管1右端开口处的横截面积大致相等。导管1左端的阀门7、导管2右端的阀门7′可要、可不要。这样，往复运动动力机6使活塞4在导管1中向右推水时，导管外面的水又从导管2的右端(或经阀门7)流入，经通水口8流入导管1。当活塞4向左运动时，导管1中的水又经通水口8从导管2右端出水口向右流出(如有阀门7，则它此时关闭。如有阀门7′，则它此时打开)。活塞4往复运动，反作用力总是指向左方。
实施例六如果活塞4用硬质材料制做，它的推水面积仍不可能太大，也就限制了效率的提高。为此，可采取两个活塞的办法。
如图7，两导管1、1′均与中间的大导管2平行相连。两通水口8的横截面积之和(以及导管1右端出水口横截面积跟导管1′右端出水口横截面积之和)，大致等于导管2右端出水口横截面积。两活塞4、4′分别位于导管1、1′中，并分别通过连杆5、5′与往复运动动力机6、6′相连(阀门7、7′可要、可不要)。
当两活塞4、4′向右推水时，外面的水从导管2右端经两通水口8流入导管1、1′中(假如无阀门7、7′)。当两活塞4、4′向左运动时，导管1、1′中的水通过两通水口8从导管2向右流出。两活塞4、4′不断往复运动，水总是被向右推动，反作用力总是指向左方。
用同样的道理，还可以设计三个活塞、四个活塞、……多个活塞的活塞式推进器。这样，推水面积更大，推进器效率更高。
实施例七见图8，一个较大的、形如冬瓜的空心圆筒状导管2′，一端开口(图8中是右端)，另一端(左端)穿有孔。两端开口的导管1从导管2′的开口端穿进导管2′，但不与另一端(左端)顶部接触，而是在导管1与导管2′之间通过一些固定杆(或薄片)10′牢固连结。导管1中的活塞4与连杆5相连，连杆5穿过导管2′左端上的孔与往复运动动力机6相连。
当活塞4向右推动导管1中的水时，外面的水就从导管2′右端流入，经通水口8流入导管1。当活塞4向左运动时，就将导管1、导管2′中的水从导管2′的右端出水口推出。这样，活塞4不断往复运动，水总是被推向右方，水的反作用力也总是推向左方。这种活塞式推进器的运动和作用方式与上述各实施例类似。很明显，它最好不要前面所说的阀门7、7′。
二、活塞推进船舶实施例八将实施例-七(图1-图8)所述的活塞式推进器安装在船12的船底，就成为活塞推进船舶。见图9，导管1、2、3在垂直于纸面的方向平行紧挨着放置，因图9是侧视图，只看得见一个导管。往复运动装置一部分在船底(例如，图9中的导管1、2、3，活塞4，连杆5)，一部分在船上(包括柴油机、电动机等原动机)。往复运动动力机6一部分在船上，一部分在船底。
在图9中，活塞式推进器不断将水向右推动，水的反作用力不断将船向左推动。
实施例九为了使推进器的活塞有更大的推水面积，有更高的推进器效率，这种船最好也做成双身船。见图10，两船身12和上部船身13之间的宽广水域，安装活塞式推进器的导管1、2、3(也可以是两个导管或多个导管)和往复运动装置的一部分，另一部分安装在上部船身13上(图10中未画出)。
也可以做成多身船，在每两个船身之间按上述方式安装活塞式推进器。
本发明的主要优点是-活塞式推进器和导管螺旋桨相比，制造活塞比制造螺旋桨，在制造工艺、难度等方面，要简易得多。
-活塞在往复运动的全过程中，都将水向后推，几乎不产生阻力，而降落伞在收缩时(闭合往前运动时)，毕竟还有一定阻力(虽然很小，但也应注意到。见86108352号专利申请)。
-和降落伞推进器一样，本发明同样能克服螺旋桨的周向损失、空泡、斜流、激振、谐鸣和噪音等缺陷。
-更重要的是和86108352号及86108768号专利申请中的降落伞一样，本发明中的活塞可以做得很大，特别是当活塞用软质材料(如高强度纤维编织物)制造时(见实施例三，图3)。即使用硬质材料制造，多个活塞加起来，它们的总推水面积也可以很大(见实施例五，图5)。这样，再加上导管的作用，单位时间内推动的水的质量M就可以很大，甚至大到超过船本身的质量m(包括自重和载重)，从而使水船质量比 (M)/(m) 大于1。这样，推进器效率就可按如下公式进行计算η =11 +m2 M]]>同时，效率η、水船质量比 (M)/(m) 、瞬时船速V和被推动水的水速u就遵守86108352号专利申请中图12、图13所表示的规律。
按照这些公式和规律①有实用意义的推进器效率可达67-95%(M＝m-10m)，比螺旋桨高出40%左右。②效率与推力能同时提高，从而也能克服螺旋桨等 (M)/(m) 远小于1的推进器推力-效率互相矛盾的致命缺陷。
这些优点和现实性(可行性)，在86108352号中国发明专利申请中，已有详细论证(该申请已于87、7、22由中国专利局公布)。
权利要求
1.一种新型推进器，其特征是活塞4位于导管1中，并与往复运动装置相连接，另外的导管与导管1相连并都通过通水口8与导管1连通，所有导管均在同一端开口，另一端闭合，有的导管的另一端穿有孔，作为往复运动装置的组成部分的连杆5或绳10由此孔穿过。
2.如权利要求
1所述的活塞式推进器，其特征是另外的导管2、3在开口的一端有阀门7′，另一端闭合，但有阀门7，活塞4与连杆5连结，连杆5与导管1外的往复运动动力机6相连。
3.如权利要求
1或2所述的活塞式推进器，其特征是活塞4由软质材料制成，外边缘有一圈硬质材料，其往复运动装置的结构如下一系列连绳9将活塞4与绳10连结，绳10环绕在导管1两端的定滑轮11上，并与往复运动动力机6相连。
4.如权利要求
1或2所述的活塞式推进器，其特征是①活塞4的外边缘和中间数根杆由硬质材料制成，形成活塞4的骨架，活塞4的其余部分由软质材料制成;②其往复运动装置的结构如下两个定滑轮11位于导管1的两端，定滑轮11′位于导管1穿有孔的一端中央，定滑轮11″位于导管1另一端(开口端)中央，由固定杆10′固定在该端进水口上，绳10环绕在上述四个定滑轮上，并与活塞4和往复运动动力机6相连，活塞4和绳10之间，连结有杆或绳4′。
5.如权利要求
1或2所述的活塞式推进器，其特征是它只有两个导管-导管1和导管2，它们只由一个通水口8连通。
6.如权利要求
1或2所述的活塞式推进器，其特征是它有两个(或多个)活塞4和4′，分别位于导管1、1′(或多个导管)中并分别通过连杆5、5′(或多个连杆)与往复运动动力机6、6′(或多个往复运动动力机)相连，导管1、1′(或多个导管)分别由通水口8与导管2相连通。
7.如权利要求
1所述的活塞式推进器，其特征是另一较大的导管2′一端开口，另一端穿有孔，两端开口的导管1从导管2′的开口端穿进导管2′，但不与另一端顶部接触，而是通过一些固定杆(或薄片)10′与导管2′牢固连结，导管1中的活塞4与连杆5相连，连杆5穿过导管2′另一端上的孔与往复运动动力机6相连。
8.如权利要求
1或2、3、4、5、6、7所述的活塞式推进器，其特征是它的往复运动机是液压油缸。
9.一种船舶，其特征是将权利要求
1或2、3、4、5、6、7、8所述的活塞式推进器，安装在船上。
10.如权利要求
9所述的活塞推进船舶，其特征是它的船是双身船(或多身船)，而活塞式推进器安装在上部船身13的底部，位于两个船身12之间(对多身船来说是每两个船身之间)。
专利摘要
一种全新的推进器及其船舶。继降落伞推进器(86108352号和86108768号中国发明专利申请)之后再次突破螺旋桨的范围。当活塞4将导管1中的水向右推出时，外面的水从导管2、3经通水口8流进导管1。当活塞4向左运动，水从导管2、3向右流出。往复运动动力机6使活塞4不断作往复运动，水的反作用力总是指向左方。该装置安在船底。其实用推进器效率也可达67—95％(螺旋桨才60％以下)，且效率与推力同时提高(螺旋桨等则不能)。
文档编号B63H1/32GK87105745SQ87105745
公开日1988年2月3日 申请日期1987年8月19日
发明者郭建平, 王济堂, 张昆 申请人:郭建平, 王济堂, 张昆导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan