一种大型船舶舰艇用的动力系统和方法与流程

本发明涉及船舶舰艇的结构构造设计，具体为大型船舶舰艇用的动力系统和方法。

背景技术：

1、大型船舶舰艇是指用于海洋运输、军事作战或其他特定用途的巨大船舶。这些船舶的规模庞大，通常具有巨大的载货能力和远洋航行能力。在海洋运输领域，大型船舶舰艇扮演着重要的角色。它们能够承载大量货物，满足全球贸易的需求。货轮和集装箱船是最常见的大型商用船舶，它们具有高度优化的设计，以最大限度地提高货物的搭载量和运输效率。这些船舶通常配备了现代化的货舱设施和起重设备，可以容纳和操作各种吨位的货物，从原材料到成品，涵盖了各行各业的货物运输需求。

2、在军事领域，大型军舰如航母、巡洋舰和驱逐舰是海上力量的核心。它们不仅能够携带大量军事装备和人员，还具备强大的作战能力和远洋行动能力。这些舰艇常用于执行军事打击、防御、海上监视和海上援助等任务，展现出强大的军事实力和战略影响力。

3、此外，大型船舶舰艇还被用于其他特定用途，如海洋科学研究、油田勘探、深海采矿等。科考船和海洋研究船承载着科学家和仪器设备，进行对海洋环境、生物和地质的研究。勘探船和钻井平台则为石油和天然气行业提供了强大的勘探和开采能力，满足能源需求。

4、大型船舶舰艇的设计和运用都与其特定用途密切相关。无论是为了促进贸易和经济发展，还是为了维护国家安全和实现科学研究，这些船舶的巨大规模、高效能力和远洋航行能力都为各个领域的发展和利益的实现做出了重要贡献。

5、大型船舶舰艇主要依靠推进系统进行前进。其驱动原理一般为使用发动机产生动力，通过传动装置将动力传递到螺旋桨上，从而产生推力推动船舶前进。常见的驱动系统包括内燃机和蒸汽机。

6、在内燃机系统中，常用的发动机类型包括柴油机和涡轮机。柴油机以柴油燃烧产生高温高压气体推动活塞运动，通过连杆和曲轴传递动力到主轴，再通过一系列传动机构把动力传递到螺旋桨上。涡轮机则是利用高温高压蒸汽推动涡轮转动，通过减速机将旋转速度转变为螺旋桨的转动速度。

7、而蒸汽机系统需要先通过燃烧产生蒸汽，然后利用蒸汽的压力通过蒸汽机动力装置将动力传递到螺旋桨上。蒸汽机可以分为多级蒸汽燃烧蒸汽机和透平蒸汽机两种类型。多级蒸汽燃烧蒸汽机通过蒸汽在多级活塞上的膨胀驱动活塞运动，最终将动力传递到螺旋桨上。透平蒸汽机则是通过蒸汽在透平上的膨胀使叶片旋转，从而产生推力。

8、除了动力系统，大型船舶舰艇的螺旋桨设计也非常重要。巨型螺旋桨的尺寸往往与船舶的规模有密切关系，通常直径达到数十米。这样的大尺寸螺旋桨能够为船舶提供足够的推进力，使其能够在水中迅速前进。同时，大尺寸螺旋桨还能够提高船舶的航速和机动性，增加船舶与水的相互作用面积，提高推力效率。然而，巨型螺旋桨也存在一些弊端。首先，其巨大的尺寸对船舶的设计和建造提出更高的要求。此外，大尺寸螺旋桨在推进时产生的涡流也会对船舶的稳定性和操控性产生一定的影响，需要合理的设计和船舶操纵技巧来克服这些问题。另外，螺旋桨的维护和保养也具有一定的复杂性和成本，需要定期检查、清洗和修复，以保证其正常运行和高效推进。另一方面，大型船舶舰艇的船头，特别是处于吃水线以下的部分，在航行过程中会受到很大阻力，船舶的船头在水中行进时会形成弧形的波浪，这种波浪会产生阻力，并对船舶前行产生阻碍，另外，船舶在航行过程中，船头部分与前方的水体产生接触，会受到大量的水体形成的阻力影响，特别是当船速较高时，船舶前部由于与水相互作用强烈，阻力很大，而这样的大阻力，需要消耗很大的推进力来抵消，从而需加大驱动动能，增大了螺旋桨的受力，从而提高了其螺旋桨的规格性能的条件和要求。

9、而制造巨型螺旋桨需要使用大型的设备和机械来加工和铸造。这些设备的成本较高，同时需要专业的技术人员来操作和维护这些设备。巨型螺旋桨的设计和制造需要进行复杂的计算和模拟分析。这包括对船舶的性能要求、运行环境、航行速度等进行综合考虑，并进行流体力学模拟，以确保螺旋桨的设计能够满足船舶的要求。这些计算和模拟需要使用先进的计算机软件和专业的工程师进行研究和分析，也会增加制造成本。另外，巨型螺旋桨的加工和制造工艺相对复杂。大型的螺旋桨通常需要用到特殊的材料，如高强度合金和不锈钢，这些材料的成本很高。总之，制造巨型螺旋桨的成本较高主要是由于其需要大型设备、复杂的工艺和专业人员的投入，以及特殊材料的使用等因素，大型船舶的动力来源于大型燃气轮机或大型内燃机，这种大型机器制造难度大，且终身不能更换，不利于新技术升级产品更新。

10、综上所述，目前的大型船舶舰艇存在以下问题：

11、设计和建造要求高：大型船舶舰艇的规模庞大，需要满足复杂的设计和建造要求。这包括结构重量的增加、阻力的增加等要求，增加了设计和建造的难度。

12、船头阻力大：大型船舶舰艇的船头在水中行进时会形成弧形的波浪，产生额外的阻力，增加了推进的能量消耗。

13、螺旋桨设计复杂：巨型螺旋桨的设计和制造需要进行复杂的计算和模拟分析，采用特殊材料和工艺，增加了制造成本，转向困难。

14、维护和保养困难：大型螺旋桨需要定期检查、清洗和修复，以保证其正常运行和高效推进，维护和保养工作复杂且成本高。

15、加工和制造成本高：制造巨型螺旋桨需要使用大型设备和机械来加工和铸造，使用特殊材料和工艺，需要专业人员操作和维护这些设备，成本较高。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，发明人经过理论推理和设计，提供了一种针对性解决上述缺陷的驱动结构设计，很好的适用于大型船舶舰艇。本发明创新性的设计了新的动力系统设计，实现船舶快速前行；通过船底安装的动力管，实现前吸后排的连续流体运动设计，水体从船头实现进水，降低了水体对船头的阻力，水体从大型通管中流过，在内置的数台螺旋桨作用下，快速的流体为船体提供推进力；这种结构设计省去了大型螺旋桨的结构，能有效降低成本，通过前吸后排连续流体运动设计，能显著降低航行过程中船头的阻力，提高船舶的速度和前行效率并节约很多能源。

2、具体的，本发明是这样实现的：

3、一种大型船舶舰艇用的动力系统，包括内燃机或电动机组，与内燃机或电动机组连接的传动组件(2)，若干个通过传动组件(2)连接的动力螺旋桨(1)，内燃机组或电动机通过传动组件(2)能带动动力螺旋桨(1)旋转而提供推进力；其中：动力管(3)，沿船纵向布置安装在船体底部吃水线以下的区域内，且动力管(3)贯通整个船体纵向，进水口置于船头方向，出水口置于船尾方向；动力管(3)至少呈一排，多根并排；动力管(3)的前后端处内置有第一阀门；所述动力螺旋桨(1)的大小与每根进动力管(3)的管径大小相适配的安装，每根动力管(3)内布置有若干个动力螺旋桨(1)；若干个动力螺旋桨(1)共同运作将所述动力管(3)内的水体向后排出，形成前吸后排的连续流体运动，从而推动船舶舰艇快速前行；船头下方位于动力管(3)的进水口前方区域设置有进水窗口(31)结构第一阀门；所述动力管(3)的排水口处安装有能水平转向的半球形水口(32)，半球形水口(32)的转向能改变排水的方向。

4、进一步的，还包括侧向排水管(4)，所述侧向排水管(4)为若干组，沿船体侧壁布置，每组包括若干根侧向排水管(4)，侧向排水管(4)的内端连接至与其相邻的动力管(3)上，第一阀门其外端则设置安装在船体侧壁上；侧向排水管(4)的外端口处设置有可以开闭的仓门(41)；所述侧向排水管(4)内安装有第二阀门，所述第二阀门包括安装在侧向排水管(4)壁外侧的第二阀门驱动电机、与所述第二阀门驱动电机的传动连接的第二转动杆竖向延伸进侧向排水管(4)内，第二转动杆与第二圆形阀门板固定连接，所述第二圆形阀门板与侧向排水管(4)内壁尺寸相互适配；第二转动杆能带动第二圆形阀门板沿杆轴转动，以实现对侧向排水管(4)的开闭控制。

5、进一步的，所述侧向排水管(4)向后斜向延伸连接至动力管(3)并连通，当所述动力管(3)内的动力螺旋桨(1)反向旋转时，所述仓门(41)和第二阀门均打开，水体能从动力管(3)流入侧向排水管(4)并从外端口排出，构成对船体的侧向推力。

6、进一步的，所述进窗口(31)上安装有格栅网(33)，格栅网(33)为网状结构或竖条或横向的格栅状结构。

7、进一步的，在格栅网(33)外侧安装有切割装置(5)，所述切割装置(5)能对缠绕、吸附在格栅网(33)表面上的物体进行切割造碎处理。

8、进一步的，所述切割装置(5)为防水链锯机构(53)和旋切结构，所述旋切结构包括沿格栅网(33)长度方向布置在船体侧壁上的滑槽或滑杆(51)，安装在滑槽或滑杆(51)上的横移机构；横移机构包括防水驱动电机、传动件和驱动件，能通过驱动件带动旋切结构(52)本体在滑槽或滑杆(51)上横向往复位移；所述防水链锯机构(53)安装在横移机构上，其链锯竖向布置，且切割长度覆盖格栅网(33)的高度，链锯能转动运行，对贴近格栅网(33)的外表面，能沿滑槽或滑杆(51)横向往复移动对其上的吸附物进行切割造碎。

9、进一步的，所述切割装置(5)为若干个旋转刀头(54)结构，每个旋转刀头(54)结构包括：安装在格栅网(33)上内侧的驱动电机，驱动杆延伸至格栅网(33)外侧，并在驱动杆上于格栅网(33)外侧安装有旋动切割刀片，所述驱动电机能带动旋动切割刀片旋转，并贴近格栅网(33)的外表面，通过旋转能对格栅网(33)上的吸附物进行切割造碎。

10、进一步的，所述旋转刀头(54)结构为大小型号，小型号的旋转刀头(54)结构安装在大型号的旋转刀头(54)结构之间的区域处，尽可能铺满整个格栅网(33)的覆盖区域。

11、进一步的，所述第一阀门，包括安装在管壁外侧的第一阀门驱动电机、与所述第一阀门驱动电机的传动连接的第一转动杆竖向延伸进动力管内，第一转动杆与第一圆形阀门板固定连接，所述第一圆形阀门板与动力管内壁尺寸相互适配；第一转动杆能带动第一圆形阀门板沿杆轴转动，以实现对动力管的开闭控制。

12、本发明的另一方面，提供了一种大型船舶舰艇用的动力驱动方法，包括以下步骤：

13、s1、在船体吃水线以下的底部设置有贯通前后的若干根动力管，内置数个动力螺旋桨共同作用，通过前端吸水进入、后端排水形成连续的水体运动从而产生推进作用力，驱动船体行驶；

14、s2、船体侧壁上开设有若干侧向排水管的出水口，侧向排水管连通至最靠边的一根排水通管上；

15、船舶舰艇需要侧向行驶或转向时：减弱其余动力管内的动力螺旋桨转速，反向转动对向一侧的动力管内的动力螺旋桨转速，该动力管内的部分水体通过侧向排水管排出，形成侧向推力，从而实现船舶舰艇的侧向行驶或转向；

16、所述出水口处设置有闸门结构，当船舶舰艇正常航行时为关闭态，当船舶舰艇需要侧向行驶或转向时，为开启态；

17、s3、船舶舰艇的船头结构在吃水线以下的部位、位于动力管的进水口前方区域设置有进水窗口结构，海水或水体从进水窗口进入动力管的进水端区域，且进水窗口处设置有格栅网，用于阻挡体积过大的水生物或异物进入；

18、s4、在格栅网的外表面区域上安装有切割装置，用于对吸附在格栅网上的异物进行切割、造碎，防止堵塞格栅网；

19、s5、动力管的排水口处安装有能水平转向的半球形水口，半球形水口的转向能改变排水口的朝向，从而实现船体的转向行驶。

20、本发明的设计构思和工作原理：

21、本发明提供的大型船舶舰艇动力系统方案具有巧妙的设计构思和结构设计，利用多根布置在吃水线以下的船体底部且贯穿前后的动力管，通过内燃机和动力螺旋桨的传动连结，在每根进动力管内部安装多组动力螺旋桨提供动力，在水下船底底部动力管中形成连续的高速水流，从而推动船舶快速前行。出水端设置可以水平转向的半球形出水口，用于控制出水水流方向，用于船体转向行驶；也可以在转向或侧向停靠时，通过一侧边的进排水通道内的动力螺旋桨反转，向侧向排水管的出水口排水产生侧向推力，实现辅助船体的侧移和转向。进水窗口结构的设计是为了在船体前端形成广阔的进水腔体区域，进入该区域的水体会被动力管产生的吸力，形成负压区从而被吸入动力管内，从而不会对船体船头产生水阻，大大减小了船头的阻力。为了防止水生物和异物进入通道，船头下方设置了进水窗口结构，并在其中安装了阻挡格栅。格栅的外部还安装了切割装置，用于切割和破碎吸附在格栅上的异物，以防止堵塞。切割装置可以是防水链锯机构或旋转刀头结构。防水链锯机构安装在侧壁上，可以沿着滑槽或滑杆进行水平移动，以切割和破碎吸附在格栅表面的异物。旋转刀头结构则是通过驱动电机旋转刀片，对格栅上的吸附物进行切割和破碎。为了覆盖整个格栅网的区域，小型号的旋转刀头结构安装在大型号旋转刀头结构之间。

22、本发明相比现有技术具备的有益技术效果：

23、1.高效推进力：利用位于吃水线以下的整个区域构建的多根动力管和多套动力螺旋桨的组合，能够形成连续高速经过的水流，从而提供强大的推进力，使大型船舶能够快速前行。且这样的设计减小了船头正面受到的水体阻力，从而大大减小了船舶舰艇的航行阻力，能提高推进效力；提高船舶行驶的速度，从而节省能源。

24、2.降低了螺旋桨的制造成本和难度：传统船舶通常需要使用超大型的巨型螺旋桨来提供足够的推力，往往需要更大的内燃机系统和巨型的传动部件，这些巨型部件的设计制造成本很高。而本发明在船体底部动力管中设置多个动力螺旋桨，可以减小单个螺旋桨的尺寸，使用小型内燃机或电动机带动螺旋桨，大大降低制造成本和难度，并可以利用多个小型的动力螺旋桨替代一个大型的螺旋桨，从而降低了螺旋桨的制造成本和难度。

25、3.整体结构的稳定性好：通过控制动力螺旋桨的转动方向和速度，以及侧向排水管的使用，可以实现船舶的侧移和原地掉头，提高了船舶的操纵性能和机动性。通过格栅网和切割装置的设置，可以阻止水生物和异物进入通道，防止堵塞，并采取切割和破碎操作，保护进水口的格栅不受阻挡，从而可以满足正常的进水量，以保证航行所需的动力。整体上本发明实现了高效推进力、操纵性能的提升、减小船头阻力、提高船体稳定性以及防止堵塞的有益技术效果。这些效果将有助于提升大型船舶的性能和效率，提高大型船舶舰艇的航行速度、稳定性、高效性和经济性。