水下集流排阻运行动力机构的制作方法
水下集流排阻运行动力机构的制作方法
【专利摘要】本发明——水下集流排阻运行动力机构，可以使水中运行体在水下部分排除了运行前方的阻力，达到近乎运行无阻的状态，这就可以使运行体达到且超过现代水下运行器的高速度，并且不受水深和压力等因素的限制，与现代水中运行器相比同样具备结构简单、寿命长等特点，更具备高效节能、噪音小(静音)、浪花小(无浪花)等优点。
【专利说明】水下集流排阻运行动力机构
【技术领域】
[0001] 一直以来存在着运行体在水中运行时，速度每增加一倍，其所需用八倍功的说法。 为了提高在水中的运行速度，人们进行了许多努力：如把运行体在水中部分制作得尖长一 些，并加上流线型设计，同时加大功率（排水量）以克服阻力提高速度；出现了把克服的阻 力转移到水翼的水翼船；用气垫脱离水面的气垫船；减少在水中部分横截面积的双体船； 利用斜面托出水面的快艇及用气穴撑开替代前方阻力的水下导弹、潜艇等。气穴技术在运 行速度上虽然有些突破，但耗能太大且受水深压力等限制，其行程长不了。他们都没有取得 实质性突破，也不可能得到普及。这是一个当今世界正在努力研究亟待解决的问题
【背景技术】
[0002] 如果排除了运行前方阻力，其运行速度就会产生飞跃性的提高，其经济前景，特别 是用在军事上那是无敌的，具有特别重大意义。本发明就是解决并排除了在水中运行体前 的阻力问题。这是一种全新概念的水下运行动力机构。目前我国在领海岛屿问题上受到很 多侵害和威胁。如果此技术首先用在国防上，就能制成前所未有的高速鱼雷、潜艇、战舰。这 是战争取胜的一个重要方面，更具有特别特殊的现实意义。
[0003] 本发明的内容：
[0004] 是在运行体的前尖头部最大横截面前的整体范围内主动排水制造一个负压区域， 排除前方的阻力，并使其在一种近乎无阻力状态下运行，可以实现极高速度。
【专利附图】
【附图说明】：
[0005] 附图（1-23)说明见"【具体实施方式】"部分
【具体实施方式】：
[0006] -.水下集流排阻运行动力机构的基本原理及技术方案
[0007] 关于集流套排阻运行动力机构的基本原理方案是：安在运行体上的水下部分的集 流排阻运行动力机构中设置的集流套，其外观为直套筒状，顺运行方向上看外表面平直，其 处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体最大横截面部分。现代在水中 的快速运行体一般都是长条状，表面均光滑平直，从前尖头到最大横截面的横截面处于扩 大阶段，是产生运行阻力的主要部分，但从最大横截面继续向后的一段横截面不变（也是 直筒状），再向后才有可能出现横截面积缩小，这样的直筒表面在运行体中均只可能产生微 小的摩擦阻力，如果加上减少摩擦阻力的表层，理论上甚至可以忽略不计。如同用理想的薄 皮直平管顺轴向快速直插水中，感觉不到阻力和用理想的光滑平直薄板沿平面在水中快速 摆动，感觉不到阻力一样。同样集流套的外边也是顺运行方向平直，处处横截面积相同，不 产生阻力。这样的总体外观可以保证运行体在排除阻力后的行进中不再产生新的阻力，能 确保运行速度进一步的提1?。
[0008] 集流套前进水口在运行体的头前，由集流套的前进水口向里的横截面内有一段横 截面积缩小的水流通道，同时集流套前进水口向里的横截面积内还含有一段因排水产生水 流加速，水流通道横截面积缩小而让出、加大的运行体的横截面积。集流套的横截面大于并 近似于运行体最大横截面，其前进水口处在运行体的最前端，这就在大于运行体最大横截 面积且运行的前方限制并确定了需排除的阻力范围。在置换运行理论和现在的产生助兴波 理论都认为运行体前最大横截面前的水就是阻力。现代的后驱动力运行体都是靠运行体最 大横截面前的横截面积不断扩大的过程中挤压排开前方产生阻力的水而产生波浪，而集流 排阻动力机构是主动吸入并排除前方产生阻力的水，而不会产生浪花。
[0009] 水流通道上安有向后排水的动力机构，过动力机构后的水流经集流套后出水口排 出以产生运行动力。当向后排水的动力结构作功时必然在动力结构前的水域产生一个负 压，正是这个动力前的负压传到集流套前进水口处时形成的横截面范围的整体负压区域， 也就是在这个产生阻力范围内的水被整体全面吸排到水流通道中，即排除了前方的阻力又 经集流套后出水口排出产生运行动力，也就是集流套前进水口整体吸入前方的水边排除阻 力边前行；后出水口把水排出边产生正压动力边前行，联动到运行体共同前进。不受水深等 限制，也可以说水越深在大的压力下排阻更好些。用置换的理论，就是像钻头钻孔一样把运 行前方的东西转移到运行的后方，置换出自己前进的空间。而把前面的东西移到身后还需 要一个空间，这就是水流通道，也就是集流套的横截面积是运行体最大横截面积与水流通 道横截面积之和，也就是从后出水口排出的水流因出水口所占总横截面积的比越小，其水 流越大越长远，反之越小。
[0010] 水流通道的横截面积不得小于动力结构的作功面积，过动力结构后再向后出水口 的一段距离内横截面积在套内应平稳扩大，这就可以保证动力作功时的效率。相对来说后 出水口横截面积越大，形成水流波浪越小。
[0011] 因为被排除的前方的阻力水是从运行系统内部转移到后方，不受外面水的干扰， 加上集流套及部分运行体的直筒状外形的保证不产生阻力作用，也就是从理论上讲这时的 运行体前行无阻力可以视排水量决定运行速度，并且因动力结构在运行系统内部，且集流 套又可阻挡一部分噪音，便可实现高速高效运行，其优点有不受液态深浅等压力限制，又节 能、浪花小、噪音小。与一般后驱动力的运行体相比较，后驱动力是向后挤压排水产生向前 驱动的力，而水下集流排阻运行动力机构的向前驱动是排除运行前方阻碍运行水的量，不 需要后驱动力向后产生巨大的压力。同样大的排水量并不需要向后驱动力那样大的功率。 虽然都是边前行边排水，但本机构要省力得多，也就不会需要每提高一倍的速度用八倍的 功了。
[0012] 关于运行速度的初步计算方法为：总的排水量+集流套总的横截面积* 一个效率 系数。
[0013] 水下集流排阻运行动力机构的基本原理附图（1-4)的说明，其中附图1为基本外 形示意图；附图2为轴流式结构示意图；附图3为混流式结构示意图。附图4为运行体前尖 头伸出集流套前进水口的结构示意图。
[0014] 1.结构：（注：这是运行体横截面均为距圆形，集流套后出水口在运行体最大横截 面前，动力为单螺旋桨，位于运行体前尖头处的原理示意图）坚导流片③按一定规则分布 在主体⑤的头前表面上，并且支撑固定着集流套①，在集流套①的后出水口与主体⑤之间 的坚导流片上成环状安装着横导流片④，动力结构（螺旋桨）②安在运行体接近尖头的同 心轴线上并处在集流套①的前进水口内的圆中。
[0015] 2.运行机理：在动力螺旋桨叶片的作用下，把集流套①前进水口内前端的水连续 排向后方，后面的坚导流片③处在主体⑤前头表面上，与集流套①内表面连接，坚导流片 的前端有沿水流动弯曲的弧度，能顺水流承接螺旋桨排出的带有沿叶片桨螺旋倾向的水 流，最大限度减少因环状流动产生的能量损失，并顺流弯曲导流，使之流向正后方，达到提 高排水效率的目的，且起到连接固定集流套的作用。经螺旋桨作用的水流，经主体⑤的表 面，坚导流片③与集流套①的内表面结合形成并排的带弧形通道，在运行体最大的横截面 前流出。要求在集流套后出水口能尽量平稳向后流出，产生反作用力推动运行体向前运行。 这里横导流片④起到分层排出，是用自身的导向使得被排出的水更贴运行体表面向后以获 取最大的动力效果。（根据实际情况横导流片可以不用）
[0016] 关于电磁动力级结构基本原理技术方案：在水中的运行体或电磁动力结构的承载 体（这里简称承载体）的表面内植入永磁体或电磁体（最好用超导材料）使产生磁力线的 磁极（N、S)的极面露在表面，并与运行体（或承载体）表面相平；通以直流电的电极（+、-) 嵌在运行体（或承载体）表面中，并且对水导电的电极的极面也与运行体（承载体）表面相 平，所露磁极电极的极面为长条状，且磁极的长大于电极的长，电极磁极的长顺运行方向， 电极磁极的宽垂直于运行方向，并且电极磁极按一电极（如+) -磁极（如N) -电极（-) 一磁极（S)为顺序连续在垂直于运行方向（水流方向）上等距离排放，可以沿运行体（承 载体）触水表面横向内外弯曲排列，也可以继续横向排列，形成这种电磁排放的对接，形成 内外环状。这样的连续排放会形成其中每一电极（如+)左右一定各与其异电极（-)相邻， 并且之间各隔一磁极（N)和一磁极（S)，同样其中每一磁极（如N)左右各与其异磁极（S) 相邻，其中间各隔一电极（+) -电极（-)，这样的结构根据电磁动力的左手定则在此一横向 上的水中形成电磁场的电、磁力线有规律整齐的相交带，可同时产生同一方向的水流。
[0017] 是用通电后正负电极间电场产生弧形的电力线与（N、S)磁极间磁场产生弧形的 磁力线在水中相交，直接产生顺、逆方向的水流动力，这是一种附在运行体（承载体）表层 外横向存在的无形动力，调整电极的正、负方向或电磁极的N、S方向（永磁体不方便）使水 向后流动，作为一个电磁动力级结构。电磁动力级因为是无形动力，不会产生机械的损伤与 阻力。电磁动力级结构在运行体（承载体）表面上横向排列可以是一直线，也可以内外弯 曲成U型，甚至对接连成内外环状。这样的电磁动力级结构在水下运行或管道、渠道运输动 力系统中可以较大距离的多极排放，可以单独作为动力，也可以作为辅助动力。
[0018] 这里需说明的是磁极的长大于电极的长是因为永磁体产生磁力不用电，电磁体通 电后产生磁力耗电少；电极磁极的极面都在运行体（承载体）表面同一平面上，是因为电场 和磁场中的电力线和磁力线在刚离开电极或磁极时都垂直于电磁极表面，然后都有个通向 异极很相似的弧度，这样当电力线与磁力线在水中相交点的上下分布比较均匀，所产生的 动力水流就比较均匀；同样电极磁极等距离排放也是考虑电力线与磁力线相交点在横向距 离上分布较为均匀，所产生的水流动力比较均匀。相比之下电、磁极的极面较宽且之间的距 离大些，所产生的水流的厚度就大些，反之，电磁极面的宽度越窄，相距离越小，水流厚度越 薄越贴近表面并且流速越快些。
[0019] 电极、磁极的长和宽的尺寸特别是各自宽度并它们之间的距离都应根据直流电压 在水中因导电率产生电流，磁体所产生的磁力以及所处水产生的水流，实际情况、综合计 算、实验确定。一般来说，同一电磁动力级的电极、磁极的各自宽度以致距离是一样的，但当 横向并列的表面出现横向和纵向弯曲情况或遇特殊情况时，电、磁极各自的宽度、距离以致 于长度等尺寸都可根据需要变动。
[0020] 人们都知道，关于磁力的计算公式是与两磁极磁场强度的乘积成正比，与两磁极 距离的平方成反比。这就决定了关于磁场作动力时，其两磁极之间的相对距离不会太大，包 括专用于导电液态的电磁泵，电磁泵的作功横截面积不可能大。而电磁动力级的作功原理 与电磁泵是同样的，但电磁动力级大大展开了电磁泵的可作功范围，如①如果是内环状的 电磁动力级，可以加大电磁的作功横截面积②同时如果是电磁动力级成一直线排列，电磁 露在外排列弯曲就会使电磁的水动力露在体外。这些是电磁动力级所特有的无形的水动 力，电磁泵是根本不可能实现的。
[0021] 这里必须说明的是电磁动力级所处在的运行体（承载体）的部位较大范围的材料 为不导电的绝缘体并且是非磁性体，电磁动力级磁部分的磁性材料均可以是永磁体，也可 以是电磁体，但肯定的是电磁体产生的磁力强，也就是可产生的水流强大。另外除电极的 对水导电面要求导电性能良好外，其他方面及电磁的所有接触面对外面都必须处于绝缘状 态。另外对水导电的电极材料也必须是不起化学反应变化的稳定导电材料。
[0022] 附图5 (a，b，c，d)为电磁动力级中电磁极的四种排列顺序的基本结构简图，其中 的磁部分为永磁体或电磁体均可。其中没有导电线圈的为永磁体，含有导电线圈的为电磁 体，导电线圈在软磁体上的位置可根据设计而定，其中横截面上有的电极磁极的极面有凸 起，但顺运行方向上看仍是平直，可同样不产生阻力，均可作为水下动力。
[0023] 附图5磁动力级（e)为电磁动力向外弯曲排列成U形示意图，电磁动力级（f)为 电磁动力向内弯曲排列成U形示意图。
[0024] 向外弯曲排列成U形的电磁动力级可用于水中运行体如舰船在水面以下部分，排 列作为运行动力。
[0025] 向内弯曲排列成U形的电磁动力级可用于污水、水渠等排放，作为逐级的动力。
[0026] 附图5电磁动力级（g)为电磁极连续排列并向内弯曲连接成环状的电磁动力级的 示意图（不一定是正圆环）。可用于水下管道运输，较大距离可连续排放作为污水、海水、 海下矿石的管道运输，也可用在集流套中排水作为运行动力，而电磁动力级的电磁极连续 排列向外弯曲连接成环状（不一定是正圆环），可用于完全处于水中的运行体作为动力，较 近距离连续排列（以电磁动力级不产生相互干扰为准）。电磁动力级排列在水下运行体或 承载体的表面中不限于正圆正方等。如果电磁能力强大（达到超导）可实现极高的运行速 度。
[0027] 附图5中电磁动力级（h)为永磁体N、S磁极在大面上的长扁磁体的横断面示意 图。其中的永磁体的N、S磁极面轮流、连续等距离粘吸在软磁体上。这也是电磁动力级的 一种。
[0028] 为减少水下运行体的横截面积，可以把水下运行体制成筒柱状并串联结成列艇、 列舟，其中电磁动力级可在每一节上作为辅助动力，这种运输形式速度非常快并节能。
[0029] 水下无形集流电磁表层排阻运行动力机构基本原理技术方案：在运行体头前把电 磁动力级逐级小距离向后排列，作功时就形成了附在运行体表层面水流动力，这就是无形 的电磁表层动力机构。用这种电磁动力级结构从运行体前的尖头部向后连续排列，可经过 运行体最大横截面继续向后排列，甚至排列到运行体的中后部组成水下无形集流电磁表层 排阻运行动力机构运行体。其水下运行速度极快，可达到人们传说的USO那样，这是附在运 行体表层上的无形动力，也是未来水下快速运行研究的方向同样无形的电磁表层动力机构 也可以应用在现在的舰船及潜水艇、鱼雷等，运行体的水下部分表面（在不改变现行的外 表下）。如果把集流套视为套内排阻，那么电磁表层动力可称为运行体的体前表外排除阻 力。
[0030] 电磁表层运行动力机构与集流套排阻相比最突出的特点是去掉了集流套的巨大 外形，同时也避免了水中悬浮物造成水流通道的堵滞。
[0031] 运用水下电磁表层排阻动力机构运行的基本原理可制成多种类型水下运行器 (【专利附图】
【附图说明】）。
[0032] 附图6为水下无形集流电磁表层动力排阻运行机构的基本结构原理简图，其上的 电磁动力级为向外非圆环状。这种未来的运行机构其横截面的边缘应该是尖的枣核、菱形 的外型，也可以制成扁长的、甚至是蝶形。其运行速度极快可与UF0相媲美。
[0033] 附图7为电磁表层排阻动力机构与现代驱动力挤压运行排除阻力的比较图。其中 a为现代后驱动力，b为电磁排阻运行动力。
[0034] 附图8为安在现代舰船水下表面部分的电磁表层动力机构示意简图。
[0035] 附图9为安在现代潜水艇表面上的电磁表层动力机构示意简图。
[0036] 附图10为在浅水船下的电磁表层动力示意图。
[0037] 水下无形的电磁表层动力，可免除集流套的庞大外形及水中悬浮物的干扰伤害， 电磁表层动力在水下运行体上从运行前方看，每一动力级前方都有一个负压区，整体为负 压，并形成负压层。正是这个负压主动吸排除了前方的阻力水；从运行体后方看，每个电磁 动力级及整体正压，形成正压层，是靠正压的反推力推动运行体边排阻边前行，特点：电磁 动力排水无噪音同时不产生浪花。
[0038] 这里需要说明的是电磁动力级之间的最小距离以两动力级不互相产生电磁干扰 为准。在运行体上的电磁表层动力机构中因为从最前的尖头处向后到运行体最大横截面是 一个横截面扩大的过程，每一电磁动力级不应一样，其中越是靠前尖头处的电极与磁极的 距离要大些，这样前尖头的水流动力层要厚些，而靠近和处在最大横截面的电磁级之间距 离小些，其水流动力层要薄些，但水流速高这样较为合理。
[0039] 二·综合性技术方案的说明：
[0040] 水下集流排阻运行动力机构的集流套的外观为直套筒状，其运行方向外表平直， 其处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体前最大横截面部分，集流套 前进水口在运行体的头前，集流套横截面形状是根据运行体水下部分最大横截面积位置的 形状、动力结构和相对出水口的情况而定，集流套还可表现为下侧或两侧及U形等多种排 阻（水）形式。
[0041] 现代的水中航行器大体可分为水面的舰船及水面以下的鱼雷潜水艇等两大类，同 时又因各自的需要等制成形态各异大小不同的形体，并且因动力结构不同，作功面积、形 状、大小及安放位置的不同等综合起来，在水下集流排阻运行动力机构中，表现在集流套 的横截面积上考虑除一个整体向四周排水外还可制成：下侧排水，两侧排水及U形排水等 多种形式，如水面的舰船等。但作为潜水艇等水下运行体除四周排水外还可采用两侧或上 下侧排水等（主要是考虑对称性），集流套横截面上的外边，都是根据运行体前最大横截面 积且横截面外边相似，并大约平行于运行体在水中部分最大横截面积的边。这样可以保障 运行时前方能排除阻力又保障了运行时的外侧面不再产生阻力。
[0042] 附图12为船前单螺旋桨动力，最大横截面前集流套后出水口 U形排水示意图.
[0043] 附图13为船前下侧集流套内并排三个螺旋桨动力后出水口在最大横截面前下侧 排水不意图。
[0044] 附图14为船前两侧各集流套内并排两个螺旋桨动力，后出水口在最大横截面前 两侧排水不意图。
[0045] 附图15为集流套在小型船底侧，两种以电磁泵原理为动力的底下侧排水示意图。
[0046] 集流套的前进水口向里的横截面积内有横截面积缩小的水流通道。同时集流套内 前进水口向里的横截面积内还含有因排水产生水流加速，水流通道横截面积缩小而让出、 加大的运行体的横截面积。我们知道同样的排水量，当把水流通道变小后那地方的水流速 就会加快，也就是说当水流加速时所需水流通道的横截面积可以缩小，这就是在集流套内 因水流加速可给运行体让出的横截面积，见附图11。
[0047] 附图11为水流加速与可留面积关系示意图。从图中我们可以看到当1倍流速的 水进入集流套前进水口加速到2倍流速时，可给运行体（主体）留出1/2的横截面积，当水 流加速到3倍流速时，其水流通道横截面积缩到1/3,可给运行体留出2/3的横截面积…… [0048] 一般来说，集流套前进水口处横截面积上的平均流速+水流通道上其中一处横 截面上水的平均流速，就是这一处水流通道所占总横截面积的比例其余面积均可视为让出 主体的横截面积。
[0049] 水流通道上安有向后排水的动力结构，因动力结构的作功方式不同，其作功所占 横截面形状不同，同时作功所占用横截面的大小也不同，集流套的内壁可在相应动力结构 的位置适当增加其横截面积作为补充密封固定。因动力结构不同，且一般相对于运行体要 小，可以单独安放，为了加大排水量也可以并列安放，如为了加大其力度也可以串联，这时 相应集流套内的水流通道可以制成单独的管路，也可以是并排的管状。动力结构的安放位 置可以根据情况安放在运行体前最大横截面前，最大横截面上的位置，或运行体的中、后以 产生最佳动力效果，要求水流通道的横截面积不小于动力结构的作功面积。这样可以保证 作功的动力水流效果达到最佳。
[0050] 相关动力结构的技术方案为：
[0051] (1)集流套内向后排水的动力结构为螺旋桨时，在过螺旋桨后要设置坚导流片，坚 导流片原则上是坚在螺旋桨轴向内心的方向上。坚导流片前部有顺应承接水流的弧度，以 便顺势承接经螺旋桨后带旋转倾向的水流，使之流向正后。作为一套动力单元，螺旋桨动力 可根据情况在一个集流套内设置一套或并列两套以上。
[0052] (2)集流套内向后排水的动力机构为电磁动力级时，电磁动力级可根据情况（如 果是内连成环状作为一个动力单元，如为加大排水量在一个套内可以并排）如为加大速度 可以两级以上串联使用。电磁动力级也可以设置在集流套外和运行体上。
[0053] (3)集流套内向后排水的动力结构为电磁泵时（电磁泵的特征为在水流通道内壁 两边各安有一（N)磁极和一（S)磁极，并同位置的垂直方向各安有一（+)电极和一（-)电 极，用电场的电力线与磁场的磁力线垂直相交产生水流动力，这样的结构作为一个动力单 元）。根据情况可以单独使用，如为加大排水量也可以在集流套内一个横截平面上并排使 用，如为加大速度又可以串联使用。电磁泵的磁部分根据情况可以是永磁体，也可以是电磁 体。
[0054] (4)集流套内、套外向后排水的动力结构可以为以上（1) (2)⑶任何一种或根据 情况组合。
[0055] 在集流套内过动力结构后的水流经集流套后出水口排出产生运行动力。集流套的 后出水口可以在水中运行体头前最大横截面前，最大横截面的位置上或运行体的中后部甚 至尾部。其技术方案为：
[0056] (1)集流套后出水口在运行体前最大横截面前时，后出水口处可设横导流片，以使 出口水流尽量沿运行体最大横截面紧贴向后流出。如果集流套横截面积是运行体最大横截 面积两倍以上，可以考虑不设横导流片。
[0057] (2)集流套后出水口在运行体尾后部时，其内水流通道的横截面由内向后出水口 处要有扩大的面积，可以保证排出的水流尽量与周边的平稳水况相近。
[0058] 如果集流套后出水口在运行体前最大横截面前时，集流套的总横截面积及长度、 外观、总体积就可以制作得不是那么特别大，虽然效率航速比现代的后躯动力强许多，只适 合大吨位航速不快的货轮。后出水口的水流速要比后驱动力产生的向后水流速有低的可 能。
[0059] 如果集流套后出水口在运行体前最大横截面上或运行体中部时，集流套的横截面 积最大。在相应的长度下集流套的外观体积大许多，但同样的功率运行体的效率，航速要比 后出水口开在运行体最大横截面前的强一些。其后出水口向后流出的水流要小些，理论上 讲后出水口横截面积的水出来后留在原地，流向后方的是运行体最大横截面积水的量。
[0060] 当集流套后出水口在运行体的尾后部时，集流套的横截面积也是最大，长度也最 长，外观体积也是非常巨大（与运行体相比）成一直筒状，但同样的功率下其效率、航速最 好。其后出水口向后流出的水流理论上与运行体的前行速度相同或微大，也就是说从侧面 基本上看不到向后流动的水流。这时也可以说集流套和运行体已经合二为一成为一体。因 为整个外观是一个大的直筒，水是从前到后的从内部吸入排出。这是理想化的不受水深水 压限制，具有高速、高效、噪音小（无噪音）、浪花小（无浪花）的运行效果。
[0061] 如果在船上或在一个集流套内并排使用，且螺旋桨作为动力结构时，可能存在动 力部分处集流套内壁收缩过大和带角的动力空白区。此处可设水流通孔。其特征是直孔洞 状，连接动力结构外前后水流通道，是利用动力水流产生的虹吸作用从动力侧面带走那部 分水，从而减少这部分横截面产生的阻力。（见附图10,11，12中流通孔）
[0062] 如果舰船安有水下集流排阻运行动力机构，集流套前进水口处应保持在水面以下 不变。其承载部位放在船的中后方。这样可以保证舰船的正常运行。
[0063] 附图（16-18)为集流套以永磁体为主的电磁泵动力原理的后出水口在运行体最 大横截面前示意图，其中：
[0064] 附图16为运行体最大横截面为圆形，两种集流套两侧排水的在集流套后加电磁 动力级的示意图。
[0065] 附图17为运行体最大横截面前为方形的两种集流套两侧排水的并在集流套前和 集流套后出水口处均有电磁动力级的示意图。
[0066] 附图18运行体为浅水船水下最大横截面为方形的两种集流套内两级动力、集流 套前套后出水口处一级电磁动力级结构示意图。
[0067] 附图19为两种集流套在小船底下侧的两级动力示意图。（图19两种集流套在小 船底侧示意图（其中A-A集流套可以去掉））
[0068] 附图20为在船两侧集流套的两种动力结构。其中（a)为三级电磁动力级，后出水 口在船中后部，（b)为二级电磁泵动力串联，后出水口在船下水中最大横截面上。（图20在 船两侧集流套内两种动力，后出水口 A在中后部B在最大横截面上示意图）
[0069] 附图21集流套内环状排列电磁泵动力后出水口在运行体最大横截面上，其中的 磁部分为永磁体，也可改为电磁体。
[0070] 附图22为现代鱼雷情况改加集流套对比改造简图。其中集流套内动力在尾后部， 后出水口在动力后示意图。
[0071] 附图23集流套在舰船上水位线位置示意图。
[0072] 水下集流排阻运行动力机构可制成多种型式、多种用途、多种规格的系列运行运 输动力机构。如果用于经济，对于船舶的制造、应用具有带头引领作用，其经济意义非常巨 大；如果用于国防可制成超出现代的超高速舰船、鱼雷和潜艇。这是国防、军事战略决胜的 一个法宝。如果广泛应用本发明，中国的海军将无敌于天下。
[0073] 本人认为"水下集流排阻运行动力机构"为全新概念的水下运行动力机构。其经 济、国防意义非常巨大。只有从实践应用的一开始，就由国家统一安排，研发，首先用在军事 上，其实质的作用才能发挥到极致，国家利益将实现最大化。
【权利要求】
1. 一种用于水中运行的一个系列的水下集流排阻运行动力机构，其特征是：安在运行 体上的水下部分的集流排阻运行动力机构中设置的集流套，其外观为直套筒状，顺运行方 向上看外表面平直，其处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体最大横 截面部分，集流套前进水口在运行体的头前，由集流套的前进水口向里的横截面内有一段 横截面积缩小的水流通道，同时集流套前进水口向里的横截面积内还含有一段因排水产生 水流加速，水流通道横截面积缩小而让出、加大的运行体的横截面积，水流通道上安有向后 排水的动力机构，过动力机构后的水流经集流套后出水口排出以产生运行动力，水流通道 的横截面积不得小于动力结构的作功面积，过动力结构后再向后出水口的一段距离内横截 面积在套内应平稳扩大。
2. 在水中的运行体或电磁动力结构的承载体（这里简称承载体）的表面内植入永磁 体或电磁体（最好用超导材料）使产生磁力线的磁极（N、S)的极面露在表面，并与运行体 (或承载体）表面相平，通以直流电的电极（+、_)嵌在运行体（或承载体）表面中，并且对 水导电的电极的极面也与运行体（承载体）表面相平，所露磁极电极的极面为长条状，且磁 极的长大于电极的长，电极磁极的长顺运行方向，电极磁极的宽垂直于运行方向，并且电极 磁极按一电极（如+) -磁极（如N) -电极（-)一磁极（S)为顺序连续在垂直于运行方向 (水流方向）上等距离排放，可以沿运行体（承载体）触水表面横向内外弯曲排列，也可以 继续横向排列，形成这种电磁排放的对接，形成内外环状，是用通电后正负电极间电场产生 弧形的电力线与（N、S)磁极间磁场产生弧形的磁力线在水中相交，直接产生顺、逆方向的 水流动力，这是一种附在运行体（承载体）表层外横向存在的无形动力，调整电极的正、负 方向或电磁极的N、S方向（永磁体不方便）使水向后流动，作为一个电磁动力级结构，可以 单独作为动力，也可以作为辅助动力，在运行体头前把电磁动力级逐级小距离向后排列，作 功时就形成了附在运行体表层面水流动力，这就是无形的电磁表层动力机构，用这种电磁 动力级结构从运行体前的尖头部向后连续排列，可经过运行体最大横截面继续向后排列， 甚至排列到运行体的中后部组成水下无形集流电磁表层排阻运行动力机构运行体。
3. 根据权利要求1所述：水下集流排阻运行动力机构的集流套的外观为直套筒状，其 运行方向外表平直，其处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体前最大 横截面部分，集流套前进水口在运行体的头前，集流套横截面形状是根据运行体水下部分 最大横截面积位置的形状、动力结构和相对出水口的情况而定，集流套还可表现为下侧或 两侧及U形等多种排阻（水）形式。
4. 根据权利要求1所述：集流套的前进水口向里的横截面积内有横截面积缩小的水流 通道，同时集流套内前进水口向里的横截面积内还含有因排水产生水流加速，水流通道横 截面积缩小而让出、加大的运行体的横截面积，水流通道上安有向后排水的动力结构，因动 力结构的作功方式不同，其作功所占横截面形状不同，同时作功所占用横截面的大小也不 同，集流套的内壁可在相应动力结构的位置适当增加其横截面积作为补充密封固定，因动 力结构不同，且一般相对于运行体要小，可以单独安放，为了加大排水量也可以并列安放， 如为了加大其力度也可以串联，这时相应集流套内的水流通道可以制成单独的管路，也可 以是并排的管状，动力结构的安放位置可以根据情况安放在运行体前最大横截面前，最大 横截面上的位置，或运行体的中、后以产生最佳动力效果，要求水流通道的横截面积不小于 动力结构的作功面积。关于动力结构的技术方案为： (1) 集流套内向后排水的动力结构为螺旋桨时，在过螺旋桨后要设置坚导流片，螺旋桨 动力可根据情况在一个集流套内设置一套或并列两套以上。 (2) 集流套内向后排水的动力机构为电磁动力级时，电磁动力级可根据情况（如果是 内连成环状作为一个动力单元，如为加大排水量在一个套内可以并排）如为加大速度可以 两级以上串联使用。电磁动力级也可以设置在集流套外和运行体上。 (3) 集流套内向后排水的动力结构为电磁泵时，根据情况可以单独使用，如为加大排水 量也可以在集流套内一个横截平面上并排使用，如为加大速度又可以串联使用。 (4) 集流套内、套外向后排水的动力结构可以为以上（1) (2) (3)任何一种或根据情况 组合。
5. 根据权利要求1所述：在集流套内过动力结构后的水流经集流套后出水口排出产生 运行动力，集流套的后出水口可以在水中运行体头前最大横截面前，最大横截面的位置上 或运行体的中后部甚至尾部，其技术方案为： (1) 集流套后出水口在运行体前最大横截面前时，后出水口处可设横导流片，以使出口 水流尽量向后； (2) 集流套后出水口在运行体尾后部时，其内水流通道的横截面由内向后出水口处要 有扩大的面积，可以保证排出的水流尽量与周边的平稳水况相近。
6. 如果在船上或在一个集流套内并排使用，且螺旋桨作为动力结构时，可能存在动力 部分处集流套内壁收缩过大和带角的动力空白区。此处可设水流通孔。
7. 如果舰船安有水下集流排阻运行动力机构，集流套前进水口处应保持在水面以下不 变。其承载部位放在船的中后方。
【文档编号】B63H1/28GK104108459SQ201410081532
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】冯永刚 申请人:冯永刚
【专利摘要】本发明——水下集流排阻运行动力机构，可以使水中运行体在水下部分排除了运行前方的阻力，达到近乎运行无阻的状态，这就可以使运行体达到且超过现代水下运行器的高速度，并且不受水深和压力等因素的限制，与现代水中运行器相比同样具备结构简单、寿命长等特点，更具备高效节能、噪音小(静音)、浪花小(无浪花)等优点。
【专利说明】水下集流排阻运行动力机构
【技术领域】
[0001] 一直以来存在着运行体在水中运行时，速度每增加一倍，其所需用八倍功的说法。 为了提高在水中的运行速度，人们进行了许多努力：如把运行体在水中部分制作得尖长一 些，并加上流线型设计，同时加大功率（排水量）以克服阻力提高速度；出现了把克服的阻 力转移到水翼的水翼船；用气垫脱离水面的气垫船；减少在水中部分横截面积的双体船； 利用斜面托出水面的快艇及用气穴撑开替代前方阻力的水下导弹、潜艇等。气穴技术在运 行速度上虽然有些突破，但耗能太大且受水深压力等限制，其行程长不了。他们都没有取得 实质性突破，也不可能得到普及。这是一个当今世界正在努力研究亟待解决的问题
【背景技术】
[0002] 如果排除了运行前方阻力，其运行速度就会产生飞跃性的提高，其经济前景，特别 是用在军事上那是无敌的，具有特别重大意义。本发明就是解决并排除了在水中运行体前 的阻力问题。这是一种全新概念的水下运行动力机构。目前我国在领海岛屿问题上受到很 多侵害和威胁。如果此技术首先用在国防上，就能制成前所未有的高速鱼雷、潜艇、战舰。这 是战争取胜的一个重要方面，更具有特别特殊的现实意义。
[0003] 本发明的内容：
[0004] 是在运行体的前尖头部最大横截面前的整体范围内主动排水制造一个负压区域， 排除前方的阻力，并使其在一种近乎无阻力状态下运行，可以实现极高速度。
【专利附图】
【附图说明】：
[0005] 附图（1-23)说明见"【具体实施方式】"部分
【具体实施方式】：
[0006] -.水下集流排阻运行动力机构的基本原理及技术方案
[0007] 关于集流套排阻运行动力机构的基本原理方案是：安在运行体上的水下部分的集 流排阻运行动力机构中设置的集流套，其外观为直套筒状，顺运行方向上看外表面平直，其 处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体最大横截面部分。现代在水中 的快速运行体一般都是长条状，表面均光滑平直，从前尖头到最大横截面的横截面处于扩 大阶段，是产生运行阻力的主要部分，但从最大横截面继续向后的一段横截面不变（也是 直筒状），再向后才有可能出现横截面积缩小，这样的直筒表面在运行体中均只可能产生微 小的摩擦阻力，如果加上减少摩擦阻力的表层，理论上甚至可以忽略不计。如同用理想的薄 皮直平管顺轴向快速直插水中，感觉不到阻力和用理想的光滑平直薄板沿平面在水中快速 摆动，感觉不到阻力一样。同样集流套的外边也是顺运行方向平直，处处横截面积相同，不 产生阻力。这样的总体外观可以保证运行体在排除阻力后的行进中不再产生新的阻力，能 确保运行速度进一步的提1?。
[0008] 集流套前进水口在运行体的头前，由集流套的前进水口向里的横截面内有一段横 截面积缩小的水流通道，同时集流套前进水口向里的横截面积内还含有一段因排水产生水 流加速，水流通道横截面积缩小而让出、加大的运行体的横截面积。集流套的横截面大于并 近似于运行体最大横截面，其前进水口处在运行体的最前端，这就在大于运行体最大横截 面积且运行的前方限制并确定了需排除的阻力范围。在置换运行理论和现在的产生助兴波 理论都认为运行体前最大横截面前的水就是阻力。现代的后驱动力运行体都是靠运行体最 大横截面前的横截面积不断扩大的过程中挤压排开前方产生阻力的水而产生波浪，而集流 排阻动力机构是主动吸入并排除前方产生阻力的水，而不会产生浪花。
[0009] 水流通道上安有向后排水的动力机构，过动力机构后的水流经集流套后出水口排 出以产生运行动力。当向后排水的动力结构作功时必然在动力结构前的水域产生一个负 压，正是这个动力前的负压传到集流套前进水口处时形成的横截面范围的整体负压区域， 也就是在这个产生阻力范围内的水被整体全面吸排到水流通道中，即排除了前方的阻力又 经集流套后出水口排出产生运行动力，也就是集流套前进水口整体吸入前方的水边排除阻 力边前行；后出水口把水排出边产生正压动力边前行，联动到运行体共同前进。不受水深等 限制，也可以说水越深在大的压力下排阻更好些。用置换的理论，就是像钻头钻孔一样把运 行前方的东西转移到运行的后方，置换出自己前进的空间。而把前面的东西移到身后还需 要一个空间，这就是水流通道，也就是集流套的横截面积是运行体最大横截面积与水流通 道横截面积之和，也就是从后出水口排出的水流因出水口所占总横截面积的比越小，其水 流越大越长远，反之越小。
[0010] 水流通道的横截面积不得小于动力结构的作功面积，过动力结构后再向后出水口 的一段距离内横截面积在套内应平稳扩大，这就可以保证动力作功时的效率。相对来说后 出水口横截面积越大，形成水流波浪越小。
[0011] 因为被排除的前方的阻力水是从运行系统内部转移到后方，不受外面水的干扰， 加上集流套及部分运行体的直筒状外形的保证不产生阻力作用，也就是从理论上讲这时的 运行体前行无阻力可以视排水量决定运行速度，并且因动力结构在运行系统内部，且集流 套又可阻挡一部分噪音，便可实现高速高效运行，其优点有不受液态深浅等压力限制，又节 能、浪花小、噪音小。与一般后驱动力的运行体相比较，后驱动力是向后挤压排水产生向前 驱动的力，而水下集流排阻运行动力机构的向前驱动是排除运行前方阻碍运行水的量，不 需要后驱动力向后产生巨大的压力。同样大的排水量并不需要向后驱动力那样大的功率。 虽然都是边前行边排水，但本机构要省力得多，也就不会需要每提高一倍的速度用八倍的 功了。
[0012] 关于运行速度的初步计算方法为：总的排水量+集流套总的横截面积* 一个效率 系数。
[0013] 水下集流排阻运行动力机构的基本原理附图（1-4)的说明，其中附图1为基本外 形示意图；附图2为轴流式结构示意图；附图3为混流式结构示意图。附图4为运行体前尖 头伸出集流套前进水口的结构示意图。
[0014] 1.结构：（注：这是运行体横截面均为距圆形，集流套后出水口在运行体最大横截 面前，动力为单螺旋桨，位于运行体前尖头处的原理示意图）坚导流片③按一定规则分布 在主体⑤的头前表面上，并且支撑固定着集流套①，在集流套①的后出水口与主体⑤之间 的坚导流片上成环状安装着横导流片④，动力结构（螺旋桨）②安在运行体接近尖头的同 心轴线上并处在集流套①的前进水口内的圆中。
[0015] 2.运行机理：在动力螺旋桨叶片的作用下，把集流套①前进水口内前端的水连续 排向后方，后面的坚导流片③处在主体⑤前头表面上，与集流套①内表面连接，坚导流片 的前端有沿水流动弯曲的弧度，能顺水流承接螺旋桨排出的带有沿叶片桨螺旋倾向的水 流，最大限度减少因环状流动产生的能量损失，并顺流弯曲导流，使之流向正后方，达到提 高排水效率的目的，且起到连接固定集流套的作用。经螺旋桨作用的水流，经主体⑤的表 面，坚导流片③与集流套①的内表面结合形成并排的带弧形通道，在运行体最大的横截面 前流出。要求在集流套后出水口能尽量平稳向后流出，产生反作用力推动运行体向前运行。 这里横导流片④起到分层排出，是用自身的导向使得被排出的水更贴运行体表面向后以获 取最大的动力效果。（根据实际情况横导流片可以不用）
[0016] 关于电磁动力级结构基本原理技术方案：在水中的运行体或电磁动力结构的承载 体（这里简称承载体）的表面内植入永磁体或电磁体（最好用超导材料）使产生磁力线的 磁极（N、S)的极面露在表面，并与运行体（或承载体）表面相平；通以直流电的电极（+、-) 嵌在运行体（或承载体）表面中，并且对水导电的电极的极面也与运行体（承载体）表面相 平，所露磁极电极的极面为长条状，且磁极的长大于电极的长，电极磁极的长顺运行方向， 电极磁极的宽垂直于运行方向，并且电极磁极按一电极（如+) -磁极（如N) -电极（-) 一磁极（S)为顺序连续在垂直于运行方向（水流方向）上等距离排放，可以沿运行体（承 载体）触水表面横向内外弯曲排列，也可以继续横向排列，形成这种电磁排放的对接，形成 内外环状。这样的连续排放会形成其中每一电极（如+)左右一定各与其异电极（-)相邻， 并且之间各隔一磁极（N)和一磁极（S)，同样其中每一磁极（如N)左右各与其异磁极（S) 相邻，其中间各隔一电极（+) -电极（-)，这样的结构根据电磁动力的左手定则在此一横向 上的水中形成电磁场的电、磁力线有规律整齐的相交带，可同时产生同一方向的水流。
[0017] 是用通电后正负电极间电场产生弧形的电力线与（N、S)磁极间磁场产生弧形的 磁力线在水中相交，直接产生顺、逆方向的水流动力，这是一种附在运行体（承载体）表层 外横向存在的无形动力，调整电极的正、负方向或电磁极的N、S方向（永磁体不方便）使水 向后流动，作为一个电磁动力级结构。电磁动力级因为是无形动力，不会产生机械的损伤与 阻力。电磁动力级结构在运行体（承载体）表面上横向排列可以是一直线，也可以内外弯 曲成U型，甚至对接连成内外环状。这样的电磁动力级结构在水下运行或管道、渠道运输动 力系统中可以较大距离的多极排放，可以单独作为动力，也可以作为辅助动力。
[0018] 这里需说明的是磁极的长大于电极的长是因为永磁体产生磁力不用电，电磁体通 电后产生磁力耗电少；电极磁极的极面都在运行体（承载体）表面同一平面上，是因为电场 和磁场中的电力线和磁力线在刚离开电极或磁极时都垂直于电磁极表面，然后都有个通向 异极很相似的弧度，这样当电力线与磁力线在水中相交点的上下分布比较均匀，所产生的 动力水流就比较均匀；同样电极磁极等距离排放也是考虑电力线与磁力线相交点在横向距 离上分布较为均匀，所产生的水流动力比较均匀。相比之下电、磁极的极面较宽且之间的距 离大些，所产生的水流的厚度就大些，反之，电磁极面的宽度越窄，相距离越小，水流厚度越 薄越贴近表面并且流速越快些。
[0019] 电极、磁极的长和宽的尺寸特别是各自宽度并它们之间的距离都应根据直流电压 在水中因导电率产生电流，磁体所产生的磁力以及所处水产生的水流，实际情况、综合计 算、实验确定。一般来说，同一电磁动力级的电极、磁极的各自宽度以致距离是一样的，但当 横向并列的表面出现横向和纵向弯曲情况或遇特殊情况时，电、磁极各自的宽度、距离以致 于长度等尺寸都可根据需要变动。
[0020] 人们都知道，关于磁力的计算公式是与两磁极磁场强度的乘积成正比，与两磁极 距离的平方成反比。这就决定了关于磁场作动力时，其两磁极之间的相对距离不会太大，包 括专用于导电液态的电磁泵，电磁泵的作功横截面积不可能大。而电磁动力级的作功原理 与电磁泵是同样的，但电磁动力级大大展开了电磁泵的可作功范围，如①如果是内环状的 电磁动力级，可以加大电磁的作功横截面积②同时如果是电磁动力级成一直线排列，电磁 露在外排列弯曲就会使电磁的水动力露在体外。这些是电磁动力级所特有的无形的水动 力，电磁泵是根本不可能实现的。
[0021] 这里必须说明的是电磁动力级所处在的运行体（承载体）的部位较大范围的材料 为不导电的绝缘体并且是非磁性体，电磁动力级磁部分的磁性材料均可以是永磁体，也可 以是电磁体，但肯定的是电磁体产生的磁力强，也就是可产生的水流强大。另外除电极的 对水导电面要求导电性能良好外，其他方面及电磁的所有接触面对外面都必须处于绝缘状 态。另外对水导电的电极材料也必须是不起化学反应变化的稳定导电材料。
[0022] 附图5 (a，b，c，d)为电磁动力级中电磁极的四种排列顺序的基本结构简图，其中 的磁部分为永磁体或电磁体均可。其中没有导电线圈的为永磁体，含有导电线圈的为电磁 体，导电线圈在软磁体上的位置可根据设计而定，其中横截面上有的电极磁极的极面有凸 起，但顺运行方向上看仍是平直，可同样不产生阻力，均可作为水下动力。
[0023] 附图5磁动力级（e)为电磁动力向外弯曲排列成U形示意图，电磁动力级（f)为 电磁动力向内弯曲排列成U形示意图。
[0024] 向外弯曲排列成U形的电磁动力级可用于水中运行体如舰船在水面以下部分，排 列作为运行动力。
[0025] 向内弯曲排列成U形的电磁动力级可用于污水、水渠等排放，作为逐级的动力。
[0026] 附图5电磁动力级（g)为电磁极连续排列并向内弯曲连接成环状的电磁动力级的 示意图（不一定是正圆环）。可用于水下管道运输，较大距离可连续排放作为污水、海水、 海下矿石的管道运输，也可用在集流套中排水作为运行动力，而电磁动力级的电磁极连续 排列向外弯曲连接成环状（不一定是正圆环），可用于完全处于水中的运行体作为动力，较 近距离连续排列（以电磁动力级不产生相互干扰为准）。电磁动力级排列在水下运行体或 承载体的表面中不限于正圆正方等。如果电磁能力强大（达到超导）可实现极高的运行速 度。
[0027] 附图5中电磁动力级（h)为永磁体N、S磁极在大面上的长扁磁体的横断面示意 图。其中的永磁体的N、S磁极面轮流、连续等距离粘吸在软磁体上。这也是电磁动力级的 一种。
[0028] 为减少水下运行体的横截面积，可以把水下运行体制成筒柱状并串联结成列艇、 列舟，其中电磁动力级可在每一节上作为辅助动力，这种运输形式速度非常快并节能。
[0029] 水下无形集流电磁表层排阻运行动力机构基本原理技术方案：在运行体头前把电 磁动力级逐级小距离向后排列，作功时就形成了附在运行体表层面水流动力，这就是无形 的电磁表层动力机构。用这种电磁动力级结构从运行体前的尖头部向后连续排列，可经过 运行体最大横截面继续向后排列，甚至排列到运行体的中后部组成水下无形集流电磁表层 排阻运行动力机构运行体。其水下运行速度极快，可达到人们传说的USO那样，这是附在运 行体表层上的无形动力，也是未来水下快速运行研究的方向同样无形的电磁表层动力机构 也可以应用在现在的舰船及潜水艇、鱼雷等，运行体的水下部分表面（在不改变现行的外 表下）。如果把集流套视为套内排阻，那么电磁表层动力可称为运行体的体前表外排除阻 力。
[0030] 电磁表层运行动力机构与集流套排阻相比最突出的特点是去掉了集流套的巨大 外形，同时也避免了水中悬浮物造成水流通道的堵滞。
[0031] 运用水下电磁表层排阻动力机构运行的基本原理可制成多种类型水下运行器 (【专利附图】
【附图说明】）。
[0032] 附图6为水下无形集流电磁表层动力排阻运行机构的基本结构原理简图，其上的 电磁动力级为向外非圆环状。这种未来的运行机构其横截面的边缘应该是尖的枣核、菱形 的外型，也可以制成扁长的、甚至是蝶形。其运行速度极快可与UF0相媲美。
[0033] 附图7为电磁表层排阻动力机构与现代驱动力挤压运行排除阻力的比较图。其中 a为现代后驱动力，b为电磁排阻运行动力。
[0034] 附图8为安在现代舰船水下表面部分的电磁表层动力机构示意简图。
[0035] 附图9为安在现代潜水艇表面上的电磁表层动力机构示意简图。
[0036] 附图10为在浅水船下的电磁表层动力示意图。
[0037] 水下无形的电磁表层动力，可免除集流套的庞大外形及水中悬浮物的干扰伤害， 电磁表层动力在水下运行体上从运行前方看，每一动力级前方都有一个负压区，整体为负 压，并形成负压层。正是这个负压主动吸排除了前方的阻力水；从运行体后方看，每个电磁 动力级及整体正压，形成正压层，是靠正压的反推力推动运行体边排阻边前行，特点：电磁 动力排水无噪音同时不产生浪花。
[0038] 这里需要说明的是电磁动力级之间的最小距离以两动力级不互相产生电磁干扰 为准。在运行体上的电磁表层动力机构中因为从最前的尖头处向后到运行体最大横截面是 一个横截面扩大的过程，每一电磁动力级不应一样，其中越是靠前尖头处的电极与磁极的 距离要大些，这样前尖头的水流动力层要厚些，而靠近和处在最大横截面的电磁级之间距 离小些，其水流动力层要薄些，但水流速高这样较为合理。
[0039] 二·综合性技术方案的说明：
[0040] 水下集流排阻运行动力机构的集流套的外观为直套筒状，其运行方向外表平直， 其处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体前最大横截面部分，集流套 前进水口在运行体的头前，集流套横截面形状是根据运行体水下部分最大横截面积位置的 形状、动力结构和相对出水口的情况而定，集流套还可表现为下侧或两侧及U形等多种排 阻（水）形式。
[0041] 现代的水中航行器大体可分为水面的舰船及水面以下的鱼雷潜水艇等两大类，同 时又因各自的需要等制成形态各异大小不同的形体，并且因动力结构不同，作功面积、形 状、大小及安放位置的不同等综合起来，在水下集流排阻运行动力机构中，表现在集流套 的横截面积上考虑除一个整体向四周排水外还可制成：下侧排水，两侧排水及U形排水等 多种形式，如水面的舰船等。但作为潜水艇等水下运行体除四周排水外还可采用两侧或上 下侧排水等（主要是考虑对称性），集流套横截面上的外边，都是根据运行体前最大横截面 积且横截面外边相似，并大约平行于运行体在水中部分最大横截面积的边。这样可以保障 运行时前方能排除阻力又保障了运行时的外侧面不再产生阻力。
[0042] 附图12为船前单螺旋桨动力，最大横截面前集流套后出水口 U形排水示意图.
[0043] 附图13为船前下侧集流套内并排三个螺旋桨动力后出水口在最大横截面前下侧 排水不意图。
[0044] 附图14为船前两侧各集流套内并排两个螺旋桨动力，后出水口在最大横截面前 两侧排水不意图。
[0045] 附图15为集流套在小型船底侧，两种以电磁泵原理为动力的底下侧排水示意图。
[0046] 集流套的前进水口向里的横截面积内有横截面积缩小的水流通道。同时集流套内 前进水口向里的横截面积内还含有因排水产生水流加速，水流通道横截面积缩小而让出、 加大的运行体的横截面积。我们知道同样的排水量，当把水流通道变小后那地方的水流速 就会加快，也就是说当水流加速时所需水流通道的横截面积可以缩小，这就是在集流套内 因水流加速可给运行体让出的横截面积，见附图11。
[0047] 附图11为水流加速与可留面积关系示意图。从图中我们可以看到当1倍流速的 水进入集流套前进水口加速到2倍流速时，可给运行体（主体）留出1/2的横截面积，当水 流加速到3倍流速时，其水流通道横截面积缩到1/3,可给运行体留出2/3的横截面积…… [0048] 一般来说，集流套前进水口处横截面积上的平均流速+水流通道上其中一处横 截面上水的平均流速，就是这一处水流通道所占总横截面积的比例其余面积均可视为让出 主体的横截面积。
[0049] 水流通道上安有向后排水的动力结构，因动力结构的作功方式不同，其作功所占 横截面形状不同，同时作功所占用横截面的大小也不同，集流套的内壁可在相应动力结构 的位置适当增加其横截面积作为补充密封固定。因动力结构不同，且一般相对于运行体要 小，可以单独安放，为了加大排水量也可以并列安放，如为了加大其力度也可以串联，这时 相应集流套内的水流通道可以制成单独的管路，也可以是并排的管状。动力结构的安放位 置可以根据情况安放在运行体前最大横截面前，最大横截面上的位置，或运行体的中、后以 产生最佳动力效果，要求水流通道的横截面积不小于动力结构的作功面积。这样可以保证 作功的动力水流效果达到最佳。
[0050] 相关动力结构的技术方案为：
[0051] (1)集流套内向后排水的动力结构为螺旋桨时，在过螺旋桨后要设置坚导流片，坚 导流片原则上是坚在螺旋桨轴向内心的方向上。坚导流片前部有顺应承接水流的弧度，以 便顺势承接经螺旋桨后带旋转倾向的水流，使之流向正后。作为一套动力单元，螺旋桨动力 可根据情况在一个集流套内设置一套或并列两套以上。
[0052] (2)集流套内向后排水的动力机构为电磁动力级时，电磁动力级可根据情况（如 果是内连成环状作为一个动力单元，如为加大排水量在一个套内可以并排）如为加大速度 可以两级以上串联使用。电磁动力级也可以设置在集流套外和运行体上。
[0053] (3)集流套内向后排水的动力结构为电磁泵时（电磁泵的特征为在水流通道内壁 两边各安有一（N)磁极和一（S)磁极，并同位置的垂直方向各安有一（+)电极和一（-)电 极，用电场的电力线与磁场的磁力线垂直相交产生水流动力，这样的结构作为一个动力单 元）。根据情况可以单独使用，如为加大排水量也可以在集流套内一个横截平面上并排使 用，如为加大速度又可以串联使用。电磁泵的磁部分根据情况可以是永磁体，也可以是电磁 体。
[0054] (4)集流套内、套外向后排水的动力结构可以为以上（1) (2)⑶任何一种或根据 情况组合。
[0055] 在集流套内过动力结构后的水流经集流套后出水口排出产生运行动力。集流套的 后出水口可以在水中运行体头前最大横截面前，最大横截面的位置上或运行体的中后部甚 至尾部。其技术方案为：
[0056] (1)集流套后出水口在运行体前最大横截面前时，后出水口处可设横导流片，以使 出口水流尽量沿运行体最大横截面紧贴向后流出。如果集流套横截面积是运行体最大横截 面积两倍以上，可以考虑不设横导流片。
[0057] (2)集流套后出水口在运行体尾后部时，其内水流通道的横截面由内向后出水口 处要有扩大的面积，可以保证排出的水流尽量与周边的平稳水况相近。
[0058] 如果集流套后出水口在运行体前最大横截面前时，集流套的总横截面积及长度、 外观、总体积就可以制作得不是那么特别大，虽然效率航速比现代的后躯动力强许多，只适 合大吨位航速不快的货轮。后出水口的水流速要比后驱动力产生的向后水流速有低的可 能。
[0059] 如果集流套后出水口在运行体前最大横截面上或运行体中部时，集流套的横截面 积最大。在相应的长度下集流套的外观体积大许多，但同样的功率运行体的效率，航速要比 后出水口开在运行体最大横截面前的强一些。其后出水口向后流出的水流要小些，理论上 讲后出水口横截面积的水出来后留在原地，流向后方的是运行体最大横截面积水的量。
[0060] 当集流套后出水口在运行体的尾后部时，集流套的横截面积也是最大，长度也最 长，外观体积也是非常巨大（与运行体相比）成一直筒状，但同样的功率下其效率、航速最 好。其后出水口向后流出的水流理论上与运行体的前行速度相同或微大，也就是说从侧面 基本上看不到向后流动的水流。这时也可以说集流套和运行体已经合二为一成为一体。因 为整个外观是一个大的直筒，水是从前到后的从内部吸入排出。这是理想化的不受水深水 压限制，具有高速、高效、噪音小（无噪音）、浪花小（无浪花）的运行效果。
[0061] 如果在船上或在一个集流套内并排使用，且螺旋桨作为动力结构时，可能存在动 力部分处集流套内壁收缩过大和带角的动力空白区。此处可设水流通孔。其特征是直孔洞 状，连接动力结构外前后水流通道，是利用动力水流产生的虹吸作用从动力侧面带走那部 分水，从而减少这部分横截面产生的阻力。（见附图10,11，12中流通孔）
[0062] 如果舰船安有水下集流排阻运行动力机构，集流套前进水口处应保持在水面以下 不变。其承载部位放在船的中后方。这样可以保证舰船的正常运行。
[0063] 附图（16-18)为集流套以永磁体为主的电磁泵动力原理的后出水口在运行体最 大横截面前示意图，其中：
[0064] 附图16为运行体最大横截面为圆形，两种集流套两侧排水的在集流套后加电磁 动力级的示意图。
[0065] 附图17为运行体最大横截面前为方形的两种集流套两侧排水的并在集流套前和 集流套后出水口处均有电磁动力级的示意图。
[0066] 附图18运行体为浅水船水下最大横截面为方形的两种集流套内两级动力、集流 套前套后出水口处一级电磁动力级结构示意图。
[0067] 附图19为两种集流套在小船底下侧的两级动力示意图。（图19两种集流套在小 船底侧示意图（其中A-A集流套可以去掉））
[0068] 附图20为在船两侧集流套的两种动力结构。其中（a)为三级电磁动力级，后出水 口在船中后部，（b)为二级电磁泵动力串联，后出水口在船下水中最大横截面上。（图20在 船两侧集流套内两种动力，后出水口 A在中后部B在最大横截面上示意图）
[0069] 附图21集流套内环状排列电磁泵动力后出水口在运行体最大横截面上，其中的 磁部分为永磁体，也可改为电磁体。
[0070] 附图22为现代鱼雷情况改加集流套对比改造简图。其中集流套内动力在尾后部， 后出水口在动力后示意图。
[0071] 附图23集流套在舰船上水位线位置示意图。
[0072] 水下集流排阻运行动力机构可制成多种型式、多种用途、多种规格的系列运行运 输动力机构。如果用于经济，对于船舶的制造、应用具有带头引领作用，其经济意义非常巨 大；如果用于国防可制成超出现代的超高速舰船、鱼雷和潜艇。这是国防、军事战略决胜的 一个法宝。如果广泛应用本发明，中国的海军将无敌于天下。
[0073] 本人认为"水下集流排阻运行动力机构"为全新概念的水下运行动力机构。其经 济、国防意义非常巨大。只有从实践应用的一开始，就由国家统一安排，研发，首先用在军事 上，其实质的作用才能发挥到极致，国家利益将实现最大化。
【权利要求】
1. 一种用于水中运行的一个系列的水下集流排阻运行动力机构，其特征是：安在运行 体上的水下部分的集流排阻运行动力机构中设置的集流套，其外观为直套筒状，顺运行方 向上看外表面平直，其处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体最大横 截面部分，集流套前进水口在运行体的头前，由集流套的前进水口向里的横截面内有一段 横截面积缩小的水流通道，同时集流套前进水口向里的横截面积内还含有一段因排水产生 水流加速，水流通道横截面积缩小而让出、加大的运行体的横截面积，水流通道上安有向后 排水的动力机构，过动力机构后的水流经集流套后出水口排出以产生运行动力，水流通道 的横截面积不得小于动力结构的作功面积，过动力结构后再向后出水口的一段距离内横截 面积在套内应平稳扩大。
2. 在水中的运行体或电磁动力结构的承载体（这里简称承载体）的表面内植入永磁 体或电磁体（最好用超导材料）使产生磁力线的磁极（N、S)的极面露在表面，并与运行体 (或承载体）表面相平，通以直流电的电极（+、_)嵌在运行体（或承载体）表面中，并且对 水导电的电极的极面也与运行体（承载体）表面相平，所露磁极电极的极面为长条状，且磁 极的长大于电极的长，电极磁极的长顺运行方向，电极磁极的宽垂直于运行方向，并且电极 磁极按一电极（如+) -磁极（如N) -电极（-)一磁极（S)为顺序连续在垂直于运行方向 (水流方向）上等距离排放，可以沿运行体（承载体）触水表面横向内外弯曲排列，也可以 继续横向排列，形成这种电磁排放的对接，形成内外环状，是用通电后正负电极间电场产生 弧形的电力线与（N、S)磁极间磁场产生弧形的磁力线在水中相交，直接产生顺、逆方向的 水流动力，这是一种附在运行体（承载体）表层外横向存在的无形动力，调整电极的正、负 方向或电磁极的N、S方向（永磁体不方便）使水向后流动，作为一个电磁动力级结构，可以 单独作为动力，也可以作为辅助动力，在运行体头前把电磁动力级逐级小距离向后排列，作 功时就形成了附在运行体表层面水流动力，这就是无形的电磁表层动力机构，用这种电磁 动力级结构从运行体前的尖头部向后连续排列，可经过运行体最大横截面继续向后排列， 甚至排列到运行体的中后部组成水下无形集流电磁表层排阻运行动力机构运行体。
3. 根据权利要求1所述：水下集流排阻运行动力机构的集流套的外观为直套筒状，其 运行方向外表平直，其处处横截面外边形状尺寸相同，并总体大于且相似于运行体前最大 横截面部分，集流套前进水口在运行体的头前，集流套横截面形状是根据运行体水下部分 最大横截面积位置的形状、动力结构和相对出水口的情况而定，集流套还可表现为下侧或 两侧及U形等多种排阻（水）形式。
4. 根据权利要求1所述：集流套的前进水口向里的横截面积内有横截面积缩小的水流 通道，同时集流套内前进水口向里的横截面积内还含有因排水产生水流加速，水流通道横 截面积缩小而让出、加大的运行体的横截面积，水流通道上安有向后排水的动力结构，因动 力结构的作功方式不同，其作功所占横截面形状不同，同时作功所占用横截面的大小也不 同，集流套的内壁可在相应动力结构的位置适当增加其横截面积作为补充密封固定，因动 力结构不同，且一般相对于运行体要小，可以单独安放，为了加大排水量也可以并列安放， 如为了加大其力度也可以串联，这时相应集流套内的水流通道可以制成单独的管路，也可 以是并排的管状，动力结构的安放位置可以根据情况安放在运行体前最大横截面前，最大 横截面上的位置，或运行体的中、后以产生最佳动力效果，要求水流通道的横截面积不小于 动力结构的作功面积。关于动力结构的技术方案为： (1) 集流套内向后排水的动力结构为螺旋桨时，在过螺旋桨后要设置坚导流片，螺旋桨 动力可根据情况在一个集流套内设置一套或并列两套以上。 (2) 集流套内向后排水的动力机构为电磁动力级时，电磁动力级可根据情况（如果是 内连成环状作为一个动力单元，如为加大排水量在一个套内可以并排）如为加大速度可以 两级以上串联使用。电磁动力级也可以设置在集流套外和运行体上。 (3) 集流套内向后排水的动力结构为电磁泵时，根据情况可以单独使用，如为加大排水 量也可以在集流套内一个横截平面上并排使用，如为加大速度又可以串联使用。 (4) 集流套内、套外向后排水的动力结构可以为以上（1) (2) (3)任何一种或根据情况 组合。
5. 根据权利要求1所述：在集流套内过动力结构后的水流经集流套后出水口排出产生 运行动力，集流套的后出水口可以在水中运行体头前最大横截面前，最大横截面的位置上 或运行体的中后部甚至尾部，其技术方案为： (1) 集流套后出水口在运行体前最大横截面前时，后出水口处可设横导流片，以使出口 水流尽量向后； (2) 集流套后出水口在运行体尾后部时，其内水流通道的横截面由内向后出水口处要 有扩大的面积，可以保证排出的水流尽量与周边的平稳水况相近。
6. 如果在船上或在一个集流套内并排使用，且螺旋桨作为动力结构时，可能存在动力 部分处集流套内壁收缩过大和带角的动力空白区。此处可设水流通孔。
7. 如果舰船安有水下集流排阻运行动力机构，集流套前进水口处应保持在水面以下不 变。其承载部位放在船的中后方。
【文档编号】B63H1/28GK104108459SQ201410081532
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】冯永刚 申请人:冯永刚
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