专利名称：用于快速航海船舶、尤其是军舰的推进系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于快速航海船舶、尤其是军舰的推进系统，它利用至少一束在带有出水喷嘴的一泵机组中所形成的喷水射流和一由至少一个螺旋桨形成的螺旋桨尾流来实施推进。
本发明的目的在于为一快速航海船舶，例如一客船或一滚装卸船，但尤其是一军舰提供一推进系统。它相对于迄今业已公知的系统来说可避免产生废气排放痕迹，并使得利用公知的传感器诸如红外线传感器和光学传感器来确定该船舶的位置变得很困难或不可能。
通过喷水和螺旋桨转动来推进快速航海军舰是一种业已公知的建议。例如从“海军论坛(Marineforum)”期刊第76年发行年度，2001年9月，第8页上Guenter Guseck的论文“将来的护卫舰来自德国吗？(Kommt dieFregatte der Zukunft aus Deutschland)”中可了解到这样的建议。
然而从迄今业已公知的建议，例如从Rolls-Royce公司的互联网网页上的信息中却了解不到，怎样构造一种很少排放污染或没有排放污染的由一喷水推进器驱动的快速航海船舶。在这些业已公知的建议中尤其没有提到在这类船舶的船底导引水流。
上述目的这样来达到，即，所述喷水射流将在所述泵机组之后掺混进来的气体、尤其是至少一个尤其由一能量产生装置和一发电机组成的驱动装置的废气一同携带走，其中，所述喷水射流在至少一个喷水驱动单元中借助一通过例如一电动机或直接通过一柴油机或一燃气轮机来驱动的泵来产生，该泵的驱动能量通过例如一发电机组来产生。
采用本发明的技术解决方案就可将废气直接输入水流中，这一点特别有利。公知的废气痕迹消失了并因此既不能通过红外传感器也不能通过光学传感器来确定船舶的位置。这在满负荷运行亦即在高速航行时也特别有利。废气排放管所产生的典型噪音也一并消失了。所述废气在此既可能来自于一柴油机设备也可能来自于一燃气轮机设备，或者一蒸汽轮机或者一用于驱动所述喷水驱动单元的联合驱动设备。
按照本发明的一有利的设计，所述气体在一带有泵的泵机组的喷出水流区域内的一负压区中掺混输入到所述喷水射流中。这样可有利地无需为废气的排放另外耗费辅助能量，并省略一相应的设备。在此特别有利的是，在一个由一燃气轮机和一发电机组成的燃气轮机发电机组上，不会因背压恶化该燃气轮机的效率。这样，与将燃气轮机废气流自由地排放到大气中相比，燃气轮机的效率不但没有变糟，反而可能略有改善。
按照本发明的另一改进设计，所述喷水射流相对于所述船底向下倾斜地喷射出。任意一种能量产生单元的废气，例如一蒸汽轮机设备或一燃料电池设备的一柴油重整器的废气也可这样被导入到该水流中。这样，可有利地减少喷射水流在船底上的摩擦，同时均匀地将夹带的废气分散到水中。
按照本发明的有利设计，可由所述喷水射流形成气泡并且该气泡中的绝大部分被偏转导引到所述船舶的船底下方。这样，可有利地将所述气泡一直导引到船尾之后，在那里这些气泡随船尾的涡流解散在船舶的尾流区中，并因此使得无法通过对废气排放的探测来确定船舶的位置。乘客，例如站在一艘轻型快艇的船尾甲板上也注意不到这样的废气排放。
另外可让所述气泡部分地在所述船舶两侧浮出。这样，可有利地减小在船舶两侧的摩擦。
在本发明的推进系统的又一改进设计中，该系统除所述喷水驱动单元之外还具有两个螺旋桨驱动单元、优选是两个电动舵螺旋桨推进器，并且所述夹带有气泡的喷水流在所述船底下方基本上在这两个螺旋桨推进器之间的正中间穿流过。这样，尽管设置了两个完全不同的驱动部分，但仍可使设置于船尾的驱动部分具有有利的迎流。在此比较有利的是将所述螺旋桨，例如电动舵螺旋桨推进器调节成适应于在一气泡-水混合物中实施推进。由此使该推进系统具有一有利的总效率。
所述推进系统的水-气-混合物可有利地在所述船舶的中部形成并且从那儿基本上顺着船底向船尾方向流去。这样就可有利地在一较长的路程中将气泡与水混合起来。此外，比较有利的是，所述各个驱动部分在空间上相隔较远。这样在例如一艘军舰被击中后可提高所述驱动系统的生命力。
此外还比较有利的是，所述水-气-混合物被设计成多射束并且分别本身由上浮气泡形成旋转涡流。这样，可有利地将所述气体特别良好地分散到所述船舶的尾流区中。
在本发明的另一设计中，所述水-气-混合物被设计成多射束的扇面形流束。这样的设计会导致形成摩擦特别小的尾流并允许所述泵机组只比所述船舶船底略微突出一些。这样的设计因此特别适用于相对较小的单元，如快艇或扫雷艇，但也适用于大型游艇(Megayachten)。
按照本发明的一有利设计，设置一用于所述推进系统的喷水形成单元，该喷水形成单元具有一腔室，优选一同心的废气喷嘴弧段(KADS)，以便将所述气体、尤其是废气输入到喷水射流中，其中，输入所述气体在该腔室的一负压区内进行。这样就实现了导入所述气体、尤其是废气而无需其他辅助设备。
在此比较有利的是，所述用于喷出水的喷嘴及其壳体不是圆形，而尤其是椭圆形。这样可使所述气-水混合物在船底下方形成一特别有利的射流。在此，所述用于喷出水的喷嘴也可具有一扁平的矩形形状。这样，在所述船底下方导引所述水-气混合物的有利效果得以保持的同时，可进一步减小所述泵机组壳体在所述船底下方的突起度。
比较有利的是，所述用于喷出水的喷嘴具有一些位于所述同心的废气喷嘴弧段(KADS)内的、可改变所述喷出水流的横断面及方向的元件，例如一环形孔板或一钢板百叶窗。这样，就可以调节控制所述船舶的航行速度以及方向。
所述喷水形成单元可有利地设置在所述船舶的一向上提升的区段中。这样，可使所述船底具有一特别有利于流动的造型，同时只会有略微增大由所述喷水形成单元的外壳所导致的阻力。
下面借助附图所示对本发明予以详细说明，从这些图中以及从属权利要求中可了解到其他一些对于本发明来说很重要的细节。附图中
图1示出两个喷水推进器的外壳和该喷水推进器吊舱区域内的船底形状的网格拓扑结构；图2示出在所述喷水推进器和舵螺旋桨之间的水流线型；图3示出所述舵螺旋桨推进器的螺旋桨盘面中的尾流区；图4是在所述喷水水流的四个横断面内的水流流动向量图；图5是带有将废气混合到同心的废气喷嘴弧段(KADS)内的结构的一喷水推进器的原理性草图。
在图1和2中，附图标记1和2表示所述喷水推进器的外壳。它们位于所述船舶船底4的一提升部段3中。在这个位置，对于喷水推进器1和2来说有特别好的流入和流出特性。这两个喷水推进器1和2在其相对于船底4的距离方面可有利地大体上与船底的斜升角相匹配。
在图2中，附图标记5和6表示一对喷水推进器的外壳，7和8则表示电动舵螺旋桨推进器的外壳。如从图中可看到的那样，在对所述电动舵螺旋桨推进器7和8的推进功率(转速和扭矩)作相应的调节时，从所述喷水推进器的外壳5和6出来的流线9与10在所述舵螺旋桨推进器7和8的区域内收缩聚束。图2是一个计算机模拟图。事实上所述流线在其他航行状态下时会有一定的扇形扩张。但所述喷水推进器的主流通过所述舵螺旋桨推进器7和8的内部区域流过，这一基本原理仍得以保留。
从图3中可看到在所述电动舵螺旋桨推进器12的螺旋桨11盘面中的流线分布。基本上有一个封闭的流场，其结果是大量的气泡在船舶的尾流区(伴流场)中排出，并且由于在此处出现的涡旋流下降到一个不可被检测到的数量。
从图4中可看到，排流中的喷水射流是如何表现的。在附图标记14所代表的横断平面内，该排流还呈封闭状，但在间距增大时会呈扇状散开，这一点在用附图标记15，17和16表示的排流横断面中示出。从所述排出点到所述喷水推进器壳体的间距的逐步增大可从所述逐渐变小的参数值X看出。上浮气泡会明显导致所述流场的扭曲变形。
在图5中，附图标记22表示在泵轴23末端处的工作叶轮。该泵轴23通过轴24与一发动机，例如一电动机但也可以是一柴油机或一燃气轮机连接。该发动机在图中没有示出。轴24的长度取决于该发动机的设计结构。为了尽可能将该轴24的长度设计得短，采用一个较小尺寸的发动机是比较有利的，例如采用具有由高温超导体导线制成的绕组的电动机。
附图标记25表示所述喷水射流。它在夹带由所述排气管20掺混输入的废气的情况下从所述混合腔室中流出。该混合腔室21有利地设计成同心的废气喷嘴弧段(KADS)。该废气喷嘴弧段(KADS)有利地构成一吊舱壳体27的后部尾段。所述泵外壳2位于该吊舱内。该泵的入水流用附图标记28表示。
权利要求
1.一种用于快速航海船舶、尤其是军舰的推进系统，它利用至少一束在带有出水喷嘴的一泵机组中所形成的喷水射流和一由至少一个螺旋桨形成的螺旋桨尾流来实施推进，其特征在于，所述喷水射流(25)将在所述泵机组(22，26)之后掺混进来的气体、尤其是至少一个尤其由一能量产生装置和一发电机组成的驱动装置的废气一同携带走，其中，所述喷水射流(25)在至少一个喷水驱动单元中借助一通过例如一电动机来驱动的泵(22)来产生，该泵的驱动能量通过例如一发电机组来产生。
2.如权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述气体在一带有泵(22)的泵机组(22，26)的喷出水流区域内的一负压区中掺混输入到所述喷水射流(25)中。
3.如权利要求1或2所述的推进系统，其特征在于，所述气体在所述泵机组(22，26)的喷出水流的所述上方区域内的一负压区中掺混输入到所述喷水射流中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的推进系统，其特征在于，所述喷水射流(25)通过一喷嘴相对于所述船底向下倾斜地喷射出，该喷射倾斜角在3度至7度之间。
5.如权利要求1至4中任一项所述的推进系统，其特征在于，由所述喷水射流(25)形成气泡并且该气泡中的绝大部分被偏转导引到所述船舶的船底下方。
6.如权利要求1至4中任一项所述的推进系统，其特征在于，所述气泡部分地在所述船舶侧面排出。
7.如上述任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于，该系统除所述喷水驱动单元(5，6)之外还具有两个螺旋桨驱动单元、优选是两个电动舵螺旋桨推进器，并且所述夹带有气泡的喷水流(9，10)在所述船底下方在这两个螺旋桨推进器之间的基本上正中间穿流过。
8.如上述任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于，所述螺旋桨，例如所述电动舵螺旋桨推进器(7，8)被调节成适应于在一气泡-水混合物中实施推进。
9.如上述任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于，所述推进系统的水-气-混合物在所述船舶的中部形成并且从那儿基本上顺着船底向船尾流去。
10.如上述任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于，所述水-气-混合物被设计成多射束并且分别本身由上浮气泡形成旋转涡流。
11.如上述任一项权利要求所述的推进系统，其特征在于，所述水-气-混合物被设计成多射束的扇面形流束。
12.一种用于如上述任一项权利要求所述推进系统的喷水形成单元，其特征在于，该喷水形成单元具有一腔室(21)，优选一同心的喷嘴弧段，以便将所述气体、尤其是废气输入到喷水射流(25)中，其中，所述气体的输入在该腔室(21)的一负压区内进行。
13.如权利要求12所述的喷水形成单元，其特征在于，所述用于喷出水的喷嘴及其壳体(27)不是圆形，而尤其是椭圆形。
14.如权利要求12所述的喷水形成单元，其特征在于，所述用于喷出水的喷嘴基本上具有一扁平的矩形形状。
15.如权利要求12至14中任一项所述的喷水形成单元，其特征在于，所述用于喷出水的喷嘴具有一些可改变所述喷出水流的横断面及方向的元件，例如一环形孔板或一钢板百叶窗。
16.如权利要求12至15中任一项所述的喷水形成单元，其特征在于，该喷水形成单元设置在所述船舶船底(4)的一向上提升的区域(3)中。
全文摘要
本发明涉及一种用于快速航海船舶、尤其是军舰的推进系统，它利用至少一束在带有出水喷嘴的一泵机组中所形成的喷水射流和一由至少一个螺旋桨形成的螺旋桨尾流来实施推进，其特征在于，所述喷水射流将在所述泵机组之后掺混进来的气体、尤其是至少一个尤其由一能量产生装置和一发电机组成的驱动装置的废气一同带走，其中，所述喷水射流在至少一个喷水驱动单元中借助一通过例如一电动机来驱动的泵来产生，该泵的驱动能量通过例如一发电机组来产生。
文档编号B63B1/38GK1659079SQ03813153
公开日2005年8月24日 申请日期2003年5月16日 优先权日2002年5月29日
发明者穆斯塔法·阿卜戴-梅克苏德, 沃尔夫冈·扎德基, 卡尔-奥托·萨德勒 申请人:西门子公司