旋軌來複式推進器的製作方法

2023-10-11 11:40:49 1

專利名稱：旋軌來複式推進器的製作方法
技術領域：
本發明屬於流體推進器技術領域。
背景技術：
船舶推進器是流體推進器技術的重要應用領域之一，到目前為止，現代船舶推進技術有螺旋槳推進器、泵噴推進器、磁流體推進器、超導磁流體推進器技術等。其中，螺旋槳推進器是現代船舶的主要推進工具，世界各國大多數船舶採用螺旋槳推進器推迸。自19世紀30年代船用螺旋槳推進器問世以來，螺旋槳推進器為人們的水路運輸做出了重要貢獻。然而，螺旋槳推進器的推進工作代價昂貴，它是以能源的額外高消耗為代價的，輻射噪聲大、空泡激振、推進效率低和航速緩慢是螺旋槳推進器存在的嚴重缺陷。其中，現代大型先進船舶的航速仍在20至35節之內徘徊。為了解決這些問題，人們費盡心思進行研究與改造，先後出現了各種各樣的螺旋槳推進器，所有努力的結果僅得到螺旋槳推進器性能指標的小幅改善，無法從根本上解決這些嚴重問題，究其根源，在於螺旋槳推進器本身的結構性問題使它先天發育不良，人們即使付出再大努力，永遠無法使它具有整體優良的性能表現。在某些特殊應用環境中，如現代潛艇為降低輻射噪聲，採用泵噴推進器或磁流體推進器取代已被廣泛應用的七葉大側斜螺旋槳推進器，以儘量降低輻射噪聲、提高其隱蔽性能。然而，泵噴推進器仍是ー種變相的螺旋槳推進器，其低輻射噪聲優點是付出沉重代價換來的，結構複雜、重量大、製造費用高是泵噴推進器的嚴重缺陷。而磁流體推進器或超導磁流體推進器的源能量轉換次數多，即原動機能量轉換成電能並儲存、電能轉換成磁能、電磁能轉換成海水的動能等，因此必然帶來轉換設備多、故障概率増大、能量轉換損失多、系統重量大、造價高和強大的磁場輻射等嚴重缺陷。磁流體推進器具有的良好安靜性能，使它不易被反潛聲納監測到，但其強大的磁場輻射極易被反潛飛機上的靈敏磁探儀偵測到，按住葫蘆起了瓢，消除噪音完美隱蔽、強磁輻射暴露無遺。體系模式，所謂體系模式是指推進器系統在ー個力學體系中的歸屬關係和作用方式。對於僅由相互作用的雙方所構成的ー個力學體系而言，航行器是該力學體系中相互作用的一方(簡稱航行器方)；流體是該力學體系中相互作用的另一方(簡稱流體方)；其中，推進器系統劃歸航行器方還是劃歸流體方，決定著兩種不同的體系模式。當推進器系統歸屬航行器方吋，則推進器系統的終端控制設備與流體方直接接觸並相互作用，把這一體系模式稱為被動體系模式(簡稱被動模式)；當推進器系統歸屬流體方吋，則推進器系統的終端控制設備與航行器方直接接觸並相互作用，把這一體系模式稱為主動體系模式(簡稱主動模式)。所有現代航行器(包括所有船舶和飛機等)，其推進器系統皆歸屬於航行器方，因此，決定了所有現代航行器的體系模式皆為被動體系模式。體系模式決定控制方式。終端控制設備，所謂終端控制設備是指推進器系統控制航行器前進、轉向和倒航 的末端操作設備。例如，船用螺旋槳推進器系統的槳葉和方向舵擺板、泵噴推進器系統的轉子葉輪和導管、磁流體推進器系統的電極和磁場線圈、飛機的垂尾方向舵板和平尾升降舵板及副翼等等，都是本文所說的推進器系統的終端控制設備。這些現代推進器系統的終端控制設備儘管各具獨特風採，但它們的控制方式卻具有ー個共同的重要特徵，就是它們都在其航行器外部工作，換言之，它們必須與其航行器外部的流體(水或空氣)直接接觸並相互作用，即相互作用雙方的作用界面位於航行器外部，方能完成它們的控制使命，否則，它們將控制失靈，一籌莫展，把具有這ー特徵的控制方式稱為外置控制方式；當這些終端控制設備一旦出現故障時，人們就必須走到航行器外面並進入流體中對其進行維護維修，這對沒有潛水技能的普通維修人員來說是無法完成的任務，其維護代價不言而喻；而對於飛行中的飛機而言，直到現在，人們根本無法完成這種維修任務，所導致的嚴重後果可想而知； 所有現代航行器的控制方式皆為外置控制方式。與此相反，當終端控制設備工作於航行器內部且與航行器直接接觸並相互作用，即相互作用雙方的作用界面位於航行器內部吋，則把具有這ー特徵的控制方式稱為內置控制方式。長期以來，由於人們的思維慣性，使得被動體系模式成為ー種默認的唯一體系模式，因而，控制方式只有単一的外置控制方式，所以，有史以來尤其在近代170多年中這ー體系模式和控制方式從未改變過。然而，外置控制方式消極被動、控制效率低下，它對推進器系統的終端控制設備的力學特性(終端控制設備與船體之間的匹配平衡問題)和結構強度等都提出了額外嚴格的技術要求，其維護環境更加特殊甚至根本無法維修(如飛行中的飛機)，這是所有現代推進器系統設計普遍存在的關鍵問題。綜上所述，所有現代船舶推進器分別存在的推進效率低、輻射噪聲大、空泡激振、結構複雜、重量大、造價高、強磁輻射、控制方式消極被動等諸多嚴重缺陷，直接造成寶貴能源的巨大浪費、航行速度緩慢、技術實現複雜、系統性能低下、製造成本高昂、維護維修艱難等一系列嚴重問題。鑑於此，創立一種新的體系模式，發明ー種新的技術方案，使流體推進器技術發生根本性的變革，消除現代船舶推進器存在的諸多嚴重缺陷，創造一種技術性能完備優良的全新型流體推進器，為人們跨入21世紀航行新時代提供物質技術保證，具有重大深遠意義。為便於對本發明的敘述、檢索和理解，特作以下約定約定一，說明書附圖中各圖的排列順序，按照「層次結構」的形式，依次為總系統圖(圖I)、子系統圖、組件圖(必要時單獨繪製)等逐層分解排列繪製。約定ニ，附圖標記與「層次結構」相適應一致，標號連續編號。總系統圖中的四個標記(標號為1、2、3、4)目標對象是四個子系統；當目標對象是子系統或組件時，其標記線指示到該對象的某一條外輪廓線上(在主視圖中)；當目標對象是部件時，其標記線指示到該對象的外輪廓線以內。約定三，為便於閱圖，氣控系統(

圖12示意)與U推進器(圖9示意)之間的氣路管道被省略畫出，只畫出各種氣閥門以示相互氣路連通。約定四，為便於閱圖，對控制器85和執行機構86，只說明其基本原理和作用，原理圖皆被省略畫出，且二者與其他設備的連接線路和部件也被省略畫出。約定五，一個空心圓柱體有內、外兩個圓柱面，即內圓柱面(凹面)和外圓柱面(凸面)，約定沿圓柱半徑指向外側的方向為外圓柱面法線的正方向，則把外圓柱面稱作正柱面，內圓柱面稱作負柱面。本約定在旋軌驅動器(標號I)命名中應用。約定六，在旋軌驅動器中，對各個部件的命名，根據該部件所在的柱面是正柱面還是負柱面，在該部件名稱前冠以「正」或「負」字。如，正驅動頭一、負驅動頭一、正旋軌一、負旋軌一等等，g在簡化命名和清晰示意。約定七，對U推進器2的ー個彈射單元，把U滑塞一 43位於右止點，彈射滑塞一 52位於左止點的狀態稱為該彈射單元的初始狀態;U滑塞一 43位於左止點，彈射滑塞一 52位於右止點的狀態稱為該彈射單元的終端狀態(同理約定第二彈射單元)；把ー個彈射單元從初始狀態變化到終端狀態的過程稱為該彈射単元的推進過程或彈射過程；彈射單元從終端狀態變到初始狀態的過程稱為該彈射單元的返程過程。約定八，說明書附圖中所有目標對象的命名、標號和圖號等等統ー匯總登記在「標記與命名索引表」中，以便檢索查閱。但說明書文字部分中專門定義的名詞，如體系模式、終端控制設備、內置控制方式、盤龍螺旋軌道、彈射流體、內能正反饋、神龍推進器等等不在該索引表中登記。標記與命名索引表
權利要求
1.旋軌來複式推進器涉及到動カ的驅動方式、對流體的推進方式、推進器系統的推進效率、所在力學體系的體系模式和控制航行器前進、轉向、倒航的控制方式，其特徵是旋軌驅動器(I)、U推進器(2)、萬向底盤(3)和氣控系統(4)等四個子系統構成了一個完整的旋軌來複式推進器系統； 旋軌驅動器(I)是由主驅動器(5)、動カ輪￠)、主軸承ー(7)、主軸承ニ(8)、內從驅(9)、外從驅(10)等組件和部件所構成的旋軌驅動器子系統； 外滑軌ー(11)、外滑軌ニ(12)和外滑軌三(13)是三條橫截面為三角形的長條鋼製滑軌(皆平行於外從驅(10)軸線)，它們共同構成ー組光滑鋼製軌道，兩端固裝於機殼，其形 狀尺寸與外從驅(10)正柱面內的長條形三角軌道槽(被省略畫出)相匹配，外從驅(10)可在這組光滑鋼製軌道支撐和約束下沿其軸線方向作來複式直線運動；外卡ロー(14)和外卡ロニ(15)是在外從驅(10)左端面內設置的兩個卡ロ，在執行機構的操作下，外卡ロ可以自動卡合(咬合)或開啟(張開ロ)，其結構尺寸與U推進器(2)上的卡頭相匹配；內滑軌一(16)、內滑軌ニ(17)和內滑軌三(18)是三條橫截面為三角形的長條鋼製滑軌(皆平行於內從驅(9)軸線)，它們共同構成ー組光滑鋼製軌道，其形狀尺寸與內從驅(9)負柱面內的長條形三角軌道槽(被省略畫出)相匹配，內從驅(9)可在這組光滑鋼製軌道支撐和約束下沿其軸線方向作來複式直線運動；內卡ロー(19)和內卡ロニ(20)是在內從驅(9)左端面內設置的兩個卡ロ，在執行機構的操作下，內卡ロ可以自動卡合(咬合)或開啟(張開ロ)，其結構尺寸與U推進器(2)上的卡頭相匹配；機架一(21)代表左側機殼，機架ニ(22)和機座(23)代表右側和底部機殼，起固定機件的作用； 主驅動器(5)是由主驅動器柱體(24)、正驅動頭一(25)、正驅動頭ニ(26)、負驅動頭ー(27)、負驅動頭ニ(28)等部件所構成的組件，其中，主驅動器柱體(24)是ー個鋼製空心圓柱體，在該圓柱體正柱面中部的一條直徑兩端固裝正驅動頭一(25)和正驅動頭ニ(26)，在其負柱面中部的一條直徑兩端固裝負驅動頭ー(27)和負驅動頭ニ(28)，且這兩條直徑線互相垂直，各驅動頭頂部設有光滑凹槽；當動カ輪(6)旋轉時，直接驅動主驅動器柱體(24)及四個驅動頭繞其兩端主軸承旋轉； 內從驅(9)是由內從驅柱體(29)、正旋軌ー(30)、正旋軌ニ(31)、正島橋ー(32)、正島橋ニ(33)等部件所構成的組件，套裝於主驅動器(5)內腔，與主驅動器共軸線；其中，內從驅柱體(29)是ー個鋼製空心圓柱體，在該圓柱體正柱面內加工製造出正旋軌ー(30)、正旋軌ニ(31)兩條螺旋軌道和六個正島橋(圖7中只畫出正島橋ー(32)、正島橋ニ(33)兩個正島橋，其餘四個被省略畫出)；正旋軌ー(30)和正旋軌ニ(31)是三維空間中的兩條馬鞍形雙紐線狀閉合迴路凹槽式螺旋軌道，且二者呈俯仰式對稱分布於內從驅柱體(29)正柱面內，其俯視圖呈一條伯努利雙紐線「⑴」形，把上述特徵的兩條正螺旋軌道組合結構稱為正雙龍螺旋軌道；以正旋軌ニ(31)為例，觀察螺旋軌道的軌跡路線和內從驅(9)的運動規律，正旋軌ニ(31)的實線與虛線分別表示該螺旋軌道從正柱面的迎面繞到背面(由於螺旋軌道的対稱性，在前半個周期的行程中實線表示迎面螺旋軌道段，而在後半個周期的返程中實線又可表示背面螺旋軌道段；同理，在前半個周期的行程中虛線表示背面螺旋軌道段，而在後半個周期的返程中虛線又可表示迎面螺旋軌道段)，設初始狀態位置為負驅動頭ニ(28)位於正旋軌ニ(31)的左邊底部(負驅動頭ニ(28)作圓周運動的方向從左視圖觀察為逆時針旋轉方向；負驅動頭ニ(28)被光滑嵌入正旋軌ニ(31)凹槽內)，當負驅動頭ニ(28)自初始狀態位置開始轉動半圈到達其圓周頂部時，從相對運動的角度來看，在這段時間內相當於負驅動頭ニ(28)走過迎面實線螺旋軌道段，併到達正旋軌ニ(31)的中間頂部(作為相對運動，實際是內從驅(9)沿其水平軸線方向向左運動四分之一周期)；負驅動頭ニ(28)繼續旋轉後半圈，從圓周頂部到達底部(走完第一圏)，在這段時間內相當於負驅動頭ニ(28)從正旋軌ニ(31)的中間頂部繞到背面虛線螺旋軌道段，併到達正旋軌ニ(31)的右邊底部(作為相對運動，實際是內從驅(9)沿其水平軸線方向向左運動四分之ニ周期，即內從驅(9)完成了前半個周期的行程，把內從驅(9)在此刻的位置稱作內從驅的左止點)；負驅動頭ニ(28)繼續旋轉半圈(第二圈開始)，從其圓周底部到達頂部，在這段時間內相當於負驅動頭ニ(28)從正旋軌ニ(31)的右邊底部繞到迎面虛線螺旋軌道段(在後半個周期的返程中，虛線又可表示迎面螺旋軌道段)，併到達正旋軌ニ(31)的中間頂部(作為相對運動，實際是內從驅(9)沿其水平軸線方向向右運動四分之三周期)；負驅動頭ニ(28)繼續 旋轉後半圈(第二圈的後半圏)，從圓周頂部到達底部(走完第二圈回到初始狀態位置)，在這段時間內相當於負驅動頭ニ(28)從正旋軌ニ(31)的中間頂部繞到背面實線螺旋軌道段(在後半個周期的返程中，實線又可表示背面螺旋軌道段)，併到達正旋軌ニ(31)的左邊底部(作為相對運動，實際是內從驅(9)沿其水平軸線方向向右運動四分之四周期，即ー個完整周期的行程結束，內從驅(9)返回到初始狀態位置，把內從驅(9)在此刻的位置稱作內從驅的右止點)，至此，螺旋軌道正旋軌ニ(31)的完整軌跡路線被走完，這ー軌跡路線具有代表性，旋軌驅動器(I)中共有四條螺旋軌道，其軌跡路線皆與正旋軌ニ(31)的軌跡路線相同，把軌跡路線與正旋軌ニ(31)的軌跡路線相同的螺旋軌道稱作盤龍螺旋軌道；此後，內從驅(9)的運動便周而復始，重複這一周期性的來複式直線運動，直到主驅動器(5)停止驅動為止；可用同樣方法，對正旋軌ー(30)與負驅動頭ー(27)的軌跡路線與運動情況進行分析，不再贅述；在兩條正螺旋軌道自交叉和互交叉的軌道交叉道口中央處固裝正島橋(如正島橋ー(32)、正島橋ニ(33)等六個正島橋)，用於防止主驅動器(5)的負驅動頭行至交叉道ロ時發生「踩空」現象，正島橋的形狀尺寸匹配於主驅動器(5)的負驅動頭頂部凹槽；主驅動器(5)的兩個負驅動頭與內從驅(9)的兩條正螺旋軌道一一對應，ー個負驅動頭被光滑嵌入一條正螺旋軌道凹槽內(即ー頭ー軌)，當主驅動器(5)旋轉時，其負驅動頭作圓周運動，並與其正螺旋軌道凹槽壁相互作用，在該作用的驅動下，內從驅(9)便沿其軸線方向做來複式直線運動；主驅動器(5)的兩個負驅動頭對內從驅(9)構成ー個カ偶作用，保證了內從驅(9)在其徑向上的穩定性； 外從驅(10)是由外從驅柱體(34)、負旋軌一(35)、負旋軌ニ(36)、負島橋一(37)等部件所構成的組件，套裝於主驅動器(5)外圍，與主驅動器共軸線；其中，外從驅柱體(34)是ー個鋼製空心圓柱體，在該圓柱體負柱面內加工製造出負旋軌一(35)、負旋軌ニ(36)兩條螺旋軌道和六個負島橋(圖8中只畫出ー個負島橋ー(37)，其餘五個被省略畫出)；負旋軌ー(35)和負旋軌ニ(36)是三維空間中的兩條馬鞍形雙紐線狀閉合迴路凹槽式螺旋軌道，且二者呈相向側臥式對稱分布於外從驅柱體(34)負柱面內，其主視圖呈一條伯努利雙紐線「①」形，把上述特徵的兩條負螺旋軌道組合結構稱為負雙龍螺旋軌道；這兩條負螺旋軌道的軌跡路線和外從驅(10)的運動規律都與內從驅(9)的情況類同，不再贅述；在三維空間中，負雙龍螺旋軌道與正雙龍螺旋軌道，二者就相應的對稱面而言，其相對方位互為垂直正交布局；在兩條負螺旋軌道自交叉和互交叉的軌道交叉道ロ中央處固裝負島橋(如負島橋ー(37)等六個負島橋)，用於防止主驅動器(5)的正驅動頭行至交叉道ロ時發生「踩空」現象，負島橋的形狀尺寸匹配於主驅動器(5)的正驅動頭頂部凹槽；主驅動器(5)的兩個正驅動頭與外從驅(10)的兩條負螺旋軌道一一對應，一個正驅動頭被光滑嵌入一條負螺旋軌道凹槽內(即ー頭ー軌)，當主驅動器(5)旋轉時，其正驅動頭作圓周運動，並與其負螺旋軌道凹槽壁相互作用，在該作用的驅動下，外從驅(10)便沿其軸線方向做來複式直線運動；主驅動器(5)的兩個正驅動頭對外從驅(10)構成ー個カ偶作用，保證了外從驅(10)在其徑向上的穩定性；外從驅(10)的運動分析與內從驅(9)的情況相同，二者的區別僅在於螺旋軌道所在柱面的正、負； 內從驅(9)和外從驅(10)的運動方式皆為來複式直線運動，但二者的相對運動方向互 為交錯反向，這就構成了旋軌驅動器(I)的來複式(推拉式)驅動方式，因此，旋軌來複式推進器能夠實現旋軌來複式驅動方式；當設定內從驅(9)和外從驅(10) 二者的長度、質量相等時，由於內從驅(9)和外從驅(10)在軸向上做互為逆向的對稱運動(來複式運動)，與主驅動器(5)的正、負驅動頭形成的兩個カ偶作用效果，使得旋軌驅動器(I)子系統的質心位置始終保持固定不動，保證了旋軌驅動器(I)無機械振動源，所以，旋軌驅動器(I)不會產生機械振動噪聲，因此，旋軌來複式驅動方式為旋軌來複式推進器系統的平穩運行、無機械振動噪聲提供了物質技術保證； U推進器(2)是由U氣橋(38)和兩個彈射単元等所構成的U推進器子系統；U氣橋(38)是由U滑塞一(43)和U滑塞ニ(57)的右端面及其之間的U形鋼製圓筒的下底部部分所構成的ー個密閉定容器，在U氣橋(38)上設置U氣橋傳感器(39)和U氣橋閥(40);由11卡頭ー(41)、U推桿ー(42)、U滑塞一(43)、U氣室ー(44)、均壓器ー(45)、氣道閥一(46)、氣道傳感器一(47)、管道一(48)、均壓器ニ(49)、彈射頭一(50)、彈射氣室一(51)、彈射滑塞一(52)、彈射ロー(53)、彈射ロ傳感器一(54)等部件構成了第一個彈射單兀(簡稱第一彈射器)；由U卡頭ニ(55)、U推桿ニ(56)、U滑塞ニ(57)、U氣室ニ(58)、均壓器三(59)、氣道閥ニ(60)、氣道傳感器ニ(61)、管道ニ(62)、均壓器四(63)、彈射頭ニ(64)、彈射氣室ニ(65)、彈射滑塞ニ(66)、彈射ロニ(67)、彈射ロ傳感器ニ ￠8)等部件構成了第二個彈射單元(簡稱第二彈射器)；其中，第一彈射器和第二彈射器的結構尺寸和工作原理完全相同；由均壓器ー(45)、管道一(48)和均壓器ニ(49)構成了第一個彈射單元氣道，由均壓器三(59)、管道ニ ￠2)和均壓器四￠3)構成了第二個彈射單元氣道；在第一彈射器中，U卡頭一(41)、U推桿ー(42)、U滑塞一(43)這三個部件固裝成ー個組件，U卡頭ー(41)的結構尺寸與旋軌驅動器(I)上的內、外卡ロ相匹配並可以卡合連接或者開ロ分離，構成旋軌驅動器⑴和U推進器⑵二者之間的接ロ界面；U滑塞一(43)可在U氣室ー(44)內左右光滑運動且與U氣室壁之間為動密封；U氣室ー(44)是由U形鋼製圓筒的一側直圓筒部分與U滑塞一(43)的左端面所構成的ー個變容器，並通過彈射單元氣道與彈射氣室一(51)連通；均壓器ー(45)是ー個圓盒形裝置，它作為彈射單元氣道的ー個重要組成部件，被用來均衡高壓氣體在彎道處的非対稱衝壓作用，以保障彈射單元氣道的氣動穩定性，每個彈射器中設有兩個均壓器，其結構尺寸和作用都完全相同；氣道閥一(46)與氣控系統(4)連接，參與實時調控彈射単元中的エ質氣體量，以維持第一彈射器中エ質氣體(把工作介質氣體簡稱為エ質氣體)的工作壓カ；氣道傳感器一(47)與控制器(85)連接(連接線路被省略畫出)，以實時監測彈射単元中エ質氣體的壓カ值，為實時調控第一彈射器中エ質氣體量提供依據；管道一(48)是構成彈射單元氣道的鋼製圓管部件，均壓器ニ(49)用於均衡高壓氣體在彎道處的非対稱衝壓作用；彈射頭一(50)是ー個鋼製圓筒裝置，其右端面為敞開ロ——彈射ロー(53)，它與彈射滑塞一(52)的左端面共同構成彈射氣室ー(51)變容器，通過彈射單元氣道，彈射氣室一(51)與U氣室ー(44)連通，換言之，由U氣室ー(44)、第一個彈射單元氣道和彈射氣室一(51)構成了第一彈射器的エ質氣體空間"氣室一(44)的最大容積大於彈射氣室一(51)的最大容積；彈射滑塞一(52)可在彈射頭一(50)內腔左右光滑自由運動，但工作時彈射滑塞一(52)與U滑塞一(43)保持動態同步，且與彈射頭一(50)內壁之間為動密封；彈射ロー(53)是外界流體(水或空氣)進出彈射頭ー(50)的入口或出ロ ；把彈射滑塞一(52)位於左止點時，充滿彈射頭一(50)容積的外界流體稱為彈射流體；彈射流體的出ロ方向與船舶前進方向相同；彈射ロ傳感器一(54)與控制器(85)連接，以實時監測彈射ロー(53)處外界流體壓カ(靜壓力或動壓力)，為U推進器(2)中各エ質氣體的工作壓カ調控提供基準參照依據；在第二彈射器中，各個部件的結構尺寸和作用與第一彈射器中的相應部件完全相同，且相應的名詞(如彈射流體等)也都同理定義並通用； U氣橋(38)具有兩個重要作用，在物理上，它把兩個彈射器的エ質氣體空間隔離開，形成兩個彼此獨立密閉的エ質氣體空間，構成了兩個獨立対稱的彈射單元，為匹配旋軌來複式驅動方式提供了硬體保障，不僅如此，它還保障彈射單元在返程過程中其U滑塞不受外界流體壓力作用(即無兜風現象)，從而避免了能量的無為消耗；在氣動效果上，它又將兩個彈射器的エ質氣體空間有機地關聯起來，使得U氣橋(38)的エ質氣體空間和兩個彈射器的エ質氣體空間這三個彼此獨立的エ質氣體空間形成了一個有機整體，這使得U推進器(2)整體上兩端(兩個彈射滑塞或兩個彈射ロ)所受外界流體壓カ大小相等、方向相反，合カ為零，從而使得U推進器(2)無需克服外界流體壓カ(靜壓力或動壓力)做無用功，推力幾乎全部用於做有用功，換言之，彈射能量幾乎全部轉換成彈射流體的動能，不僅如此，開始返程的彈射單元還將把其エ質氣體的壓縮內能(エ質氣體因壓縮而増加的分子內能)通過U氣橋(38)傳遞給開始推進的彈射単元，對推進中的彈射單元貢獻正向能量増益，把這種正向能量増益方式稱作內能正反饋，內能正反饋使得壓縮內能不再成為系統能量內耗的主角，從而使得U推進器(2)子系統壓縮エ質氣體所付出的能量代價降到最低值，所以，U推進器(2)具有極高的能量利用率也得益於U氣橋(38)的橋梁紐帶作用和內能正反饋方式山氣橋傳感器(39)與控制器(85)連接，以實時監測U氣橋(38)中的エ質氣體壓カ值，並為實時調控其エ質氣體量提供依據；U氣橋閥(40)與氣控系統(4)連接(連接部件被省略畫出)，參與實時調控U氣橋(38)中的エ質氣體量，以維持U氣橋(38)中エ質氣體的エ作壓カ；U推進器(2)子系統的外殼被固裝於船體； 首先觀察在沒有U氣橋(38)連接情況下，一個彈射単元的工作過程，以大地為慣性參考系，設海水相對大地靜止不動，船舶相對大地的速度為V ，彈射流體的質量為M,彈射流體相對船體(彈射頭)的初始速度為V3Wj (該速度也是彈射滑塞相對彈射頭的初始速度，其值為零)，彈射流體相對船體的出ロ速度為(即彈射流體被弾射滑塞推動經過彈射ロ處的速度)，彈射滑塞的推水方向與船舶前進方向相同，彈射滑塞的半徑為R其行程為L，推力(エ質氣體的工作壓力)為Pjt,流體壓カ(彈射ロ處海水的壓力)為P流，合外力對彈射流體所作的功為A，彈射流體的初始動能為EWg、出口動能為Em，彈射流體的動能增量為AE，則有、合外力對彈射流體所作的功為A= (P推-P流)R2XL(1-1) 彈射流體的初始動能為E初始^M (%初+V船)—=全MV船2 彈射流體的出ロ動能為E出口 = iM (V彈出+Vr) 『=全M%出2 + M%出V船+ i MV船2彈射流體的動能增量為AE = E出口一 E初始;I MV彈出2 + MV彈出V船(I 一 2) 依據動能定理及(1-1)、(1-2)兩式得(P推-P流)欣2 XL =乏_彈出2 +出V船(1-3) 式(1-3)是在沒有U氣橋(38)連接情況下，ー個彈射單元工作時其彈射流體的動能定理；其中，推力Pjt對彈射流體作正功，彈射流體動能増大；流體壓カP. 對彈射流體作負功，彈射流體動能減小，換言之，彈射單元需要克服外界流體壓カ(靜壓力或動壓力)做無用 功； 現在，由於有U氣橋(38)將兩個彈射單元エ質氣體空間有機地關聯起來，U推進器(2)整體上兩端(兩個彈射ロ)所受流體壓カ大小相等、方向相反，其作用相互抵消掉了，因此，在U推進器(2)中彈射流體的動能定理應為P推TtR2 xL = i MV彈出2 + MV彈出V船(1-4) 比較(1-3)、(1-4)兩式顯然有 P推 JiR2XL > (P推-P流)JiR2XL 則(1-4)式等號右邊的動能増量大於(1-3)式右邊的動能増量，所以說U推進器(2)無需克服流體壓カ(靜壓カ或動壓カ)做無用功，推力Pjt全部用於做有用功，或者說，彈射能量全部轉換成彈射流體的動能； 式(1-4)表明，U推進器⑵中彈射流體的動能增量巧MV彈出2 +MV彈出V船)不僅與彈射流體的出ロ速度有關，還與船舶的速度Vl&有關；當彈射流體的出ロ速度—定吋，船舶的速度Vl&越大，彈射流體的動能增量就越大，這表明推力(Pjt JiR2)對彈射流體所做的功(Pjt^iR2XL)也越大，由於彈射流體的位移量L(即彈射滑塞的行程)為ー常量，所以，功(Pjt^R2XL)越大是推力(PjtJiR2)增大所產生的結果，由於作用的相互性(或運動的相對性)，便形成了海水(流體)對彈射ロ處逆向作用增強的效果，這就構成了 U推進器(2)的衝壓彈射推進方式，因此，旋軌來複式推進器能夠實現衝壓彈射推進方式； 在彈射頭中，由於彈射滑塞的迎水面垂直於彈射流體的運動方向，或者說，推力矢量 的方向與彈射流體位移矢量f的方向相同(即兩個矢量夾角a為零)，所以，推力PftTtRi對彈射流體所做的功為A = P推耵R2 L = P^tiR2Lcos a = P擴TtR2L(I — 5) 式(1-5)表明，推力對彈射流體所做的功為最大值，換言之，推力無任何分量損失，全部奉獻於做有用功過程；設旋軌來複式推進器系統摩擦消耗的能量為A e (A e為ー較小值)，考慮到U推進器⑵無需克服流體壓カ做無用功、推力Pjt全部用於做有用功和內能正反饋方式等，則輸入到旋軌來複式推進器系統的總能量在量值上等於Pjt R2L+A e，參照(1-4)和(1-5)兩式，旋軌來複式推進器系統的推進效率ii為
全文摘要
旋軌來複式推進器屬於流體推進器技術領域。所要解決的技術問題是實現旋軌來複式驅動方式，實現衝壓彈射推進方式，實現推進效率接近1，實現主動體系模式，在主動體系模式下實現控制航行器前進、轉向、倒航等新的控制方式——內置控制方式。解決該問題的技術方案要點由旋軌驅動器(1)、U推進器(2)、萬向底盤(3)和氣控系統(4)等四個子系統構成了一個完整的旋軌來複式推進器系統。旋軌來複式推進器可被廣泛應用於所有類型的船舶艦艇中，甚至，它還可被廣泛應用於所有類型的飛機和機動車中。
文檔編號B63H1/32GK102642607SQ20121013906
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者徐忠斌 申請人:徐忠斌