专利名称：鳍状物推进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于海船的推进系统，其中，用于推进的装置包括拍动或摆动的 箔或鳍状物。根据一个方面，本发明涉及一种布置在海船的船体中的推进装置。该装置包括至少一个横向平移的推进鳍状物，该推进鳍状物固定在鳍状物轴上。 用于驱动该鳍状物的装置包括曲轴；倾斜(pitching)机构，用于使得鳍状物绕鳍状物轴 的轴线旋转；以及起伏(heave)机构，用于使得鳍状物沿基本横向于鳍状物轴和船只的轴 线的方向平移。
背景技术：
多年来，推进系统已经特别用于推进海船，目前使用的大部分推进系统是旋转螺 旋桨推进器。尽管旋转螺旋桨推进系统提供了非常可靠和简单的结构，不过它在正常状态 下不能提供非常高的效率，因此提出了可选的推进系统，以便克服该缺点。在引言中所述类型的机构先前已经提出为旋转螺旋桨推进器的代替形式，以便获 得不同的优点，例如提高效率和降低噪音。美国专利No. 5401196(TRIANTAFYLL0U)特别介绍了这样的推进系统，其中，一个 或多个推进鳍状物布置在该推进系统中并进行操作，以便沿选定的速度方向提供推进。鳍 状物通过组合使用起伏机构和倾斜机构来操作，且起伏机构使得推进鳍状物基本沿横向于 选定方向的方向摆动，而倾斜机构使得鳍状物绕枢轴拍动，以便改变它相对于相同速度方 向的倾斜角。根据美国专利No. 5401196 (TRIANTAFYLLOU)，通过使用该系统可以相对于普通旋 转螺旋桨推进系统获得明显提高的推进效率。这样增加效率通过优化起伏和倾斜机构的组 合运动来提供，这样，鳍状物操作成以非常类似于鱼翅的形式来运动。尽管提出了鳍状物推进系统例如由美国专利No. 5401196 (TRIANTAFYLLOU)提出 的鳍状物推进系统以便明显提高效率，但是这样的系统例如由于推进机构的复杂性而没有 在商业上广泛用于推进器，特别是用于海船的推进器。因此还需要进一步发展这样的推进 系统。FR1330218A(B0UIGES)教导了一种水上自行车，它通过平移的鳍状物来推进，其 中，平移和/或起伏机构(包括倾斜机构)安装在单个曲轴上。在强制对称下操作的机构 暴露于环境中，而且，该机构局部浸没在水线下。DE2849027A1 (KRAUS HELMUT)教导了一种通用鳍状物驱动机构，它通过水平或竖 直布置的鳍状物来操作。DE102004004236A1 (KLUDSZUWEIT ALFRED)教导了一种船只推进系统，它包括框 架，该框架使得叶片摆动，该叶片有两个平行的、与船只的轴线平行的纵向部件。叶片纵向 和异相运动，且它们的端部通过摆动连杆连接。前部连杆具有操作杆，该操作杆可以与发动 机连接，而平行纵向部件的后部连杆通过中间连杆而与桨板连接。中间连杆和桨板可以为
4柔性，或者可以有枢轴，该枢轴有弹簧，从而允许中间连杆运动通过一定角度。
公开日为2003年4月3日的TO03/026954A1 (Inocean)提出了一种系统，它利用 正弦形式的运动来推进或能量回收。系统包括多个刚性船体元件，这些船体元件布置成排， 并可旋转地相互安装，用于绕平行旋转轴线旋转，该旋转轴线横过该排船体元件的纵向尺 寸。系统还包括用于使得船体元件彼此相对旋转的运动装置或者用于回收能量(由于船体 元件彼此相对旋转而产生)的运动装置。
公开日为2006 年 4 月 13 日的 W02006/038808A1 (ClavisBiopropulsion)提出了 一种装置，它包括至少一个横向平移的鳍状物。该装置包括开动和驱动装置，从而允许鳍状 物基本自由的摆动运动。该装置通过由驱动装置形成的脉冲来操作，很多循环(cycle)和 弹簧用于储存由驱动装置提供的脉冲能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种推进系统，它可靠和结构简单，同时提供了将系统优化 成比普通旋转螺旋桨更高的效率的选择。根据本发明，提出了一种推进装置，用于在流体中提供推进，特别是用于海船的推 进。推进系统包括至少一个推进鳍状物和用于驱动该推进鳍状物的装置。用于驱动推进鳍状物的装置包括曲轴；倾斜机构，用于使得推进鳍状物绕鳍状 物轴的轴线旋转；以及起伏机构，用于使得推进鳍状物沿横向于船只的纵向轴线的方向和 基本横向于鳍状物轴的轴线的方向而平移，其中，曲轴驱动倾斜机构和起伏机构。起伏机构和倾斜机构都通过曲轴铰接，该曲轴通过在曲轴上的单个曲柄而与起伏 和倾斜机构连接，或者通过相对于曲轴的旋转轴线有基本相同的半径和角度位置的分离的 曲柄而与起伏和倾斜机构连接。因为起伏和倾斜机构都与在曲轴上的相同或基本相似的曲柄连接，因此本发明提 供了用于组合起伏和倾斜机构的、非常简单的结构，且一方面提供了具有相对较少单独部 件的结构的选择，另一方面提供了优化推进系统以便以比普通螺旋桨推进系统更高的效率 来操作的选择(由于它的相对对称的运动形式)。在优选实施例中，推进鳍状物通过鳍状物轴而安装在托架上，从而使得鳍状物轴 和鳍状物能够绕它的轴线相对于托架旋转。托架可相对于曲轴滑动地安装，这样，它能够沿 接近和离开曲轴的方向摆动。起伏机构使得托架与曲轴上的曲柄连接，倾斜机构使得鳍状物轴与曲轴上的曲柄 连接。本发明特别优选是，起伏机构和倾斜机构都由公共的推/拉杆来提供，该公共推/ 拉杆在一端与驱动轴的曲柄连接，在另一端刚性安装在鳍状物倾斜轴上并基本横向于该鳍 状物倾斜轴延伸，该鳍状物倾斜轴可旋转地与托架连接，这样，当曲轴旋转时，推/拉杆驱 动托架，以便接近和离开曲轴地摆动运动，同时驱动鳍状物倾斜轴旋转。因此，分离部件的 数目减少至很少。在可选的优选实施例中，起伏机构包括在托架中的狭槽和在曲轴上的曲柄，该曲 柄可滑动地布置在狭槽中，而倾斜机构包括倾斜杆，该倾斜杆在一端处沿基本横向于鳍状 物轴的轴线的方向与该鳍状物轴连接，并在它的另一端处安装在曲轴上的曲柄上，且倾斜杆可伸缩，或者通过滑动衬套而与鳍状物倾斜轴或曲轴连接，这样，倾斜杆补偿在鳍状物轴 和曲轴之间的变化距离，且当曲轴旋转时，起伏机构驱动托架接近和离开曲轴而摆动，同 时，倾斜机构驱动鳍状物倾斜轴，以便以摆动方式旋转。因此，传递给鳍状物的起伏力主要 通过起伏机构来传递，倾斜力通过倾斜机构来传递。当倾斜力相对于起伏力非常小时，这可 以提供更轻结构的倾斜机构。在还一实施例中，鳍状物倾斜轴和鳍状物轴相同，从而提供了包括相对很少单独 部件的、非常简单的结构。在优选的可选实施例中，倾斜机构包括同步连杆，该同步连杆使得鳍状物倾斜轴 与鳍状物轴连接，所述同步连杆布置成用于使得鳍状物轴的旋转与鳍状物倾斜轴的旋转同 步。因此，可以使得多个鳍状物与相同鳍状物倾斜轴和倾斜机构连接，还提供了更大的自 由度来根据特殊需要改变鳍状物的位置，例如改变设计以便布置在海船的船体的有限空间 中。上述推/拉杆或倾斜杆可以与鳍状物倾斜轴刚性连接，但是在优选实施例中，在 推/拉杆或倾斜杆和鳍状物倾斜轴之间的连接件包括用于调节在鳍状物倾斜轴和推/拉杆 或倾斜杆之间的角度的装置。因此，提供了一种根据特殊需要调节鳍状物角度的简单方法， 例如在转向时改变所需的推力方向。在非常简单和因此优选的实施例中，鳍状物轴平行于鳍状物倾斜轴。也可选择，鳍状物轴优选是可以布置成基本横向于鳍状物倾斜轴，这样，可以改变 驱动器的设计以便用于特殊需要，例如改变设计以便布置在海船的船体的有限空间中。在还一优选实施例中，推进系统包括两个或更多鳍状物，这些鳍状物通过单个同 步连杆而与相同鳍状物倾斜轴连接，这样，单独部件的数目保持相对很少。根据本发明的另一方面，提供了一种通过根据本文件的教导的推进装置来推进船 只的方法。
图1是包括本发明的鳍状物推进系统的船只的示意侧视图。图2是图1中所示的船只的示意俯视图。图3是图1和2的推进系统的单个鳍状物的详细侧视图。图4至10是表示用于本发明的推进系统的机械驱动器的不同优选主要实施例的 视图。
具体实施例方式图1表示了船只1的示意侧视图，该船只1有鳍状物2，用于提供推进。这样的鳍 状物已知用于船只或任意其它海船中的推进系统，但是也用于其它推进目的，鳍状物推进 系统的总体说明特别在美国专利No. 5401196 (TRIANTAFYLLOU)的摘要中公开，该文献被本 文参引。图2表示了图1的船只的俯视图，其中，两组的三个鳍状物2布置成用于向船只1 提供推进。鳍状物2的数目和鳍状物2的组数可以在不脱离本发明的情况下进行变化，以 便适应特殊船所需的推进，但是如图所示，优选是鳍状物成对布置，以相反相位操作，以便在推进过程中抵消作用在船体上的横向力。根据例如在美国专利No. 5401196 (TRIANTAFYLL0U)中所述的鳍状物推进器的总 体原理，鳍状物2布置成从船只延伸至水中，且在所示实施例中，鳍状物2从船只1的船体 通过开口 7(图3)延伸至水线4下面。不过，在其它实施例中(图中未示出)，鳍状物2可 以选择地从水线4上面的任何位置处从船只伸入水中。根据图2和3，可以看见，鳍状物2 各自通过鳍状物轴6而安装在托架5上，该鳍状物轴6从鳍状物2伸出穿过托架5，这样，各 鳍状物2能够在托架5中绕它的鳍状物轴6旋转。各托架5通过滑动器而可滑动地安装在 船体2中，从而使得托架能够沿基本横向于船只的中心线8的方向而滑动和往复运动。如图2中所示，各托架可以装有多个鳍状物2。通过鳍状物2沿横向于船只的中心线的方向往复运动和同时驱动各鳍状物2绕它 的鳍状物轴6转动的组合运动，可以获得对于船只的推进效果，且通过控制鳍状物角度与 它横向于船只中心线8的运动的比较关系，能够提供非常高效和/或安静的船只推进。图3详细表示了一个鳍状物2从船只1的船体伸入水中。如上所述，鳍状物2在 本发明的该优选实施例中布置在水线4下面，因此，托架5包括密封船体中的开口 7的密封 板或者托架5。图4-10介绍了多个不同原理的本发明实施例的、用于鳍状物2的驱动系统。所有这些实施例的共同点是它们都包括曲轴9，该曲轴9绕它的纵向轴线13旋转， 并有曲柄10，用于分别驱动起伏驱动机构和倾斜驱动机构。根据本发明，曲柄10可以包括单个曲柄或者两个基本相同的曲柄(对于它们相对 于曲轴9的中心轴线13的角度位置和半径)。根据本发明，不同实施例都还包括托架5，该托架5可滑动地布置在滑动器12 中；以及至少一个鳍状物2。根据所示实施例，推进效果是施加力或进行推进，船只的方向如箭头或标记17所
7J\ ο图4表示了本发明的推进系统的特别简单和可靠的结构，其中，托架5的往复运动 14和鳍状物2的倾斜运动都通过单个推/拉杆15来提供，该推/拉杆15在一端与曲轴9 上的曲柄10连接，在另一端与鳍状物轴6刚性连接。当曲轴9如箭头16所示转动时，推/拉杆15将作用在托架5上，与普通燃烧发动 机中的活塞杆类似，且同时通过它的鳍状物轴6而使得鳍状物2转动。因此，起伏驱动机构 和倾斜驱动机构都由推/拉杆来驱动。图5表示了本发明的可选实施例，其中，倾斜杆18布置成代替图4的推/拉杆。倾斜杆18通过滑动连接件19而安装在曲柄10上，从而使得倾斜杆18能够在曲 轴9和曲柄10转动时在滑动连接件19中滑动。在该实施例中，倾斜杆18只驱动倾斜驱动 机构，并因此通过它与鳍状物轴6的刚性连接而驱动鳍状物2的倾斜。在该实施例中，起伏驱动机构由狭槽21提供，该狭槽21可滑动地与曲柄10连接， 这样，当曲轴9转动时，托架5如箭头14所示往复运动。图6至8都表示与图5中所示相同原理的驱动机构，但是在这些可选实施例中，鳍 状物2的位置和/或鳍状物2的数目可以变化，而并不改变起伏和倾斜驱动机构的设计。这 通过将同步连杆22、23添加在倾斜驱动机构上来实现，这样，倾斜杆18刚性安装在倾斜轴20上，从而驱动同步连杆22、23，以便使得鳍状物轴6转动，从而使得鳍状物2转动。通过选择连杆22、23的长度，可以获得用于特殊目的的传动。在不脱离本发明的情况下，将同步连杆22、23添加在倾斜驱动机构上的原理可以 用于图4中所示的实施例，并有相同的效果。图9表示了本发明的还一可选实施例，其中，角度起伏和倾斜驱动器与图4中所示 相同，但是在鳍状物2和推/拉杆15之间的角度可以通过布置在推/拉杆15和倾斜杆25 之间的线性马达24(例如液压活塞)来调节，该倾斜杆25与鳍状物轴6刚性连接。显然， 也可以通过包括倾斜杆25 (代替推/拉杆15)来将该结构变化成上述实施例。因此，在鳍 状物2和倾斜杆或推/拉杆之间的角度可以优化成用于特殊目的，特别是鳍状物2定位成 与托架5的运动平行，从而不会有明显的推进效果。本领域技术人员显然知道，也可以有其它可选方式来调节鳍状物2相对于推/拉 杆15或倾斜杆25的角度的角度位置。图10表示了本发明的另一可选实施例，其中，传动装置26布置在鳍状物轴6和鳍 状物倾斜轴20之间，从而使得鳍状物2能够相对于鳍状物倾斜轴20以一定角度延伸。因 此，传动装置可以制成为各种实施例，图10只公开了作为封闭齿轮箱的传动装置。图10表 示了鳍状物轴6横向于鳍状物倾斜轴20布置，但是显然，传动装置可以布置成用于在鳍状 物轴6和鳍状物倾斜轴20之间提供其它角度。在该实施例中，速度17的方向与图4至9 中所示的方向不同。在上述说明中，针对本发明的推进效果来说明本发明。不过本领域技术人员显然 知道，任何鳍状物推进系统(也包括本发明的鳍状物推进系统)也可以用于发电。这是因 为在给定流速/船速下，机构将在低于临界曲轴速度时用作发电机，在高于临界曲轴速度 时用作推进器。这使得系统能够发电。而且，起伏方向可以为任意方向，包括水平(例如鱼)和竖直(例如海豚)，只要它 与预定的主推动方向成较大角度，最好是几乎垂直。倾斜轴与两个前述方向有较大角度，最 好是几乎垂直。
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权利要求
一种布置在海船的船体(1)中的推进装置，它包括至少一个横向平移的推进鳍状物(2)，该推进鳍状物固定在鳍状物轴(6)上；以及用于驱动所述鳍状物(2)的装置，它包括曲轴(9)；倾斜机构，用于使得所述鳍状物(2)绕所述鳍状物轴(6)的所述轴线旋转；以及起伏机构，用于使得所述鳍状物(2)沿基本横向于所述鳍状物轴(6)和所述船的所述轴线的方向而平移，其中，所述曲轴(9)驱动所述倾斜机构和所述起伏机构，其特征在于所述起伏机构和所述倾斜机构都与在所述曲轴(9)上的单个曲柄(10)连接，或者与两个单独的曲柄连接，这两个单独的曲柄相对于所述曲轴(9)的旋转轴线(13)有基本相同的半径和角度位置。
2.根据权利要求1所述的推进装置，其特征在于所述鳍状物轴(6)安装在托架(5) 上，从而使得所述鳍状物轴(6)和所述鳍状物(2)相对于所述托架(5)绕它的轴线旋转，且 所述托架(5)可相对于所述曲轴(9)滑动地安装，且所述起伏机构使得所述托架(5)与所 述曲轴(9)上的曲柄(10)连接，所述倾斜机构使得所述鳍状物轴(6)与所述曲轴(9)上的 曲柄(10)连接。
3.根据权利要求2所述的推进装置，其特征在于所述起伏机构和所述倾斜机构都由 公共的推/拉杆(15) (18)来提供，该公共推/拉杆在一端与驱动轴的所述曲柄(10)连接， 在另一端处安装在鳍状物倾斜轴(20)上并从该鳍状物倾斜轴基本横向延伸，该鳍状物倾 斜轴可旋转地与所述托架(5)连接，这样，当所述曲轴(9)旋转时，所述推/拉杆(15) (18) 驱动所述托架(5)，以便接近和离开所述曲轴(9)地摆动运动或平移，同时驱动所述鳍状物 倾斜轴(20)旋转。
4.根据权利要求2所述的推进装置，其特征在于所述起伏机构包括在所述托架(5) 中的狭槽(21)和在所述曲轴(9)上的曲柄(10)，该曲柄可滑动地布置在所述狭槽(21)中， 而所述倾斜机构包括倾斜杆(18)，该倾斜杆在一端处安装在所述鳍状物倾斜轴(20)上并 基本从所述鳍状物倾斜轴横向延伸，在它的另一端处安装在所述曲轴(9)上的曲柄(10) 上，且所述倾斜杆(18)可伸缩，或者通过滑动衬套(19)而与所述鳍状物倾斜轴(20)或所 述曲柄连接，这样，所述倾斜杆(18)补偿在所述鳍状物轴(6)和所述曲柄(10)之间的变化 距离，且当所述曲轴(9)旋转时，所述起伏机构驱动所述托架(5)接近和离开所述曲轴(9) 而摆动或平移，同时，所述倾斜机构驱动所述鳍状物倾斜轴(20)以便旋转。
5.根据权利要求3或4所述的推进装置，其特征在于所述鳍状物倾斜轴(20)和所述 鳍状物轴(6)相同。
6.根据权利要求3或4所述的推进装置，其特征在于所述倾斜机构包括同步连杆或 传动装置(22)，该同步连杆或传动装置使得所述鳍状物倾斜轴(20)与所述鳍状物轴(6)连 接，所述同步连杆(22)布置成用于使得所述鳍状物轴(6)的旋转与所述鳍状物倾斜轴(20) 的旋转同步。
7.根据权利要求2或4所述的推进装置，其特征在于所述装置包括用于调节在所述 鳍状物倾斜轴(20)和所述推/拉杆(15)、(18)或倾斜杆(15)、(18)之间的角度的装置。
8.根据权利要求6所述的推进装置，其特征在于所述鳍状物轴(6)平行于所述鳍状 物倾斜轴(20)。
9.根据权利要求6所述的推进装置，其特征在于传动装置布置在所述鳍状物轴(6) 和所述鳍状物倾斜轴(20)之间，这样，所述鳍状物轴(6)布置成与所述鳍状物倾斜轴(20)的角度不为零。
10.根据权利要求6所述的推进装置，其特征在于所述装置包括两个或更多鳍状物 (6)，这些鳍状物通过一个或多个同步连杆(22)而与所述相同鳍状物倾斜轴(20)连接。
11.一种通过如前述任意一个权利要求所述的推进装置来推进船只的方法，其中所 述起伏机构和所述倾斜机构与所述曲轴(9)上的单个曲柄(10)连接，或者与两个单独的曲 柄连接，这两个单独的曲柄相对于所述曲轴(9)的旋转轴线(13)有基本相同的半径和角度 位置。全文摘要
本发明公开了一种推进装置，用于在流体中进行推进，它包括至少一个推进鳍状物，该推进鳍状物固定在鳍状物轴上；以及用于驱动推进鳍状物的装置，它包括曲轴；倾斜机构，用于使得推进鳍状物绕鳍状物轴的轴线旋转；以及起伏机构，用于使得推进鳍状物沿基本横向于鳍状物轴的轴线的方向而平移，其中，曲轴驱动倾斜机构和起伏机构。通过使得起伏机构和倾斜机构安装在曲轴上的单个曲柄上或者安装在单独的曲柄上而获得简单、可靠和高效的结构，该单独的曲柄相对于曲轴的旋转轴线有基本相同的半径和角度位置。
文档编号B63H1/36GK101909984SQ200880124370
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月9日 优先权日2007年12月10日
发明者J·霍弗特韦尔梅登 申请人:A.P.穆勒-马士基有限公司