变轨式桨叶双链装置在船舰的应用

摘要

本发明为采用变轨式桨叶双链装置在船舰的应用，发明的目的就是将一种效率高、以桨叶面推水以推动船舰运行的方式应用与船舰；同时，它也使船舰可以象汽车一样运行，即可前进，也可后退，也可转弯；以避免或减少象泰克坦尼号、库尔斯克号类似事件的发生。变轨式桨叶双链装置在船舰的应用的技术方案，特征是，变轨式桨叶双链装置设在船舰两侧、主动轮轴、从动轮轴固定于船体上，主动轮轴与船体动力相联接。变轨式桨叶双链装置既主动轮轴、从动轮轴各设两个齿轮；两条环形传动链条安套在由主动齿轮至从动齿轮上，以一可伸缩杆和两支撑杆将桨叶安设在两条环形传动链条之间；在主动齿轮、从动齿轮之间传动链条设一套变距轨槽，传动链条位于变距轨槽内。

说明书

技术领域：

本发明涉及船舰领域，特别是涉及推动船舰在水中运行方式的应用。

背景技术：

目前船舰运行仍然是已有百年历史的后置螺旋桨推动船舰运行，依靠船舵调整前进方向；由于只能前 进不能后退，船舵调整方向缓慢，出现了象泰克坦尼号等客轮及很多油轮触礁及沉没事件；象俄罗斯库尔 斯克号核潜艇沉没事件；类似事件目前仍时有发生。

后置螺旋桨推动船舰运行，最大的优点是可靠性强；但从功率利用方面来看，动力轴输出功率作用于 螺旋桨约只有30-40％的有效功率；其中，螺旋桨在旋转中除产生向后推力外，同时也产生横向推力而白白 浪费并影响后推力的效率，此项动力轴输出功率损失在50％左右；由于螺旋桨后置，船体后部往往较宽且 螺旋桨工作时，船体两侧水流倒流船尾，使动力轴输有效出功率又有损失。

以人工划桨推动船体运行这一古老方式在一些地方仍在使用，它不能适应现代化需要，只能在一些不 发达或受自然条件的地方或作为旅游项目仍在使用；虽然古老，但桨划水，尤其是整个浆面垂直推水，仍 然是一个有效功率极高方式。

发明内容：

本发明为采用变轨式桨叶双链装置应用与船舰，发明的目的就是将一种效率高、以桨叶面推水方式应 用与船舰；同时，它也使船舰可以象汽车一样运行，即可前进，也可后退，也可转弯；以避免或减少象泰 克坦尼号类似事件的发生。

以桨叶面推水以推动潜水艇运行的方式；即可快速潜水，也可快速上浮；即可快速前进，也可快速后 退，也可快速转弯；同时，也可依靠人力将潜水艇潜入水下或浮上水面；以避免或减少库尔斯克号类似事 件的发生。

变轨式桨叶双链在装置船舰的应用的技术方案，特征是，变轨式桨叶双链装置主动轮轴与船舰体动力 相联接。

变轨式桨叶双链既装置既设主动轮轴和从动轮轴，主动轮轴、从动轮轴各设两个轮；两条环形传动带 安套在由主动轮至从动轮的轮上，以一可伸缩杆和两支撑杆将桨叶安设在两条环形传动带之间；在主动轮 和从动轮之间一组传动带为变距运行；主动轮、从动轮轴固定于船体上，或仅主动轮固定于船体上；也可 以不固定于船体上；既设一支架固定于船体，主动轮、从动轮轴固定于支架上；主动轮轴与船体动力相联 接，所述动力即可是人工动力；也可是非人工动力。船舰体既水中运行体统称，也包括如船、舰、潜水艇、 游艇等依靠自身提供动力的人造水中运行体。

轮轴各设两个轮，即可是齿轮，也可是皮带轮、三角皮带轮、绳索轮等；传动带既动力传动带，其即 可是铁链条、钢丝绳、齿链条(与齿轮相配套，以下也称链条)等；也可是柔性带，如传送皮带、绳索(绳， 或绳上有节或扣)、三角带等(通篇以自行车链条与齿轮相同原理)。

桨叶是在动力作用下推动水体运行从而推动船体运行的物件，它既可是长方形或圆角矩形等具有一定 形状的硬性板块状物件，也可是如兜、浅底袋相似等柔性物件；如：桨叶为圆角矩形硬性板块，桨叶横向 位于中心线设一条孔洞，以便可伸缩杆穿过并控制桨叶；桨叶一面横向中心线附近设有链接点并在与中心 线相垂直相等分线上或设一滑槽，桨叶此面横向中心线或设一条管或多个环在桨叶上。

可伸缩杆两端固定(或链接)在两条环形传动带上，可伸缩杆位于整个桨叶横向中心线位置或穿过桨 叶中心线孔洞，可伸缩杆中心与桨叶中心线中心相重合；也可以将可伸缩杆安设在桨叶设有连接点一面， 或穿过桨叶一面所设一条管或多个环，桨叶可以围绕可伸缩杆上转动。

两等长支撑杆一端各链接在桨叶链接点或滑槽上，另一端各链接在两条环形传动带上。

在主动轮至从动轮之间一组传动带为变距运行；一组传动带既有两根传动带由主动轮至从动轮之间在 一个面为一组(因此方案主动轮至从动轮各为两个轮故为两组)；一组传动带为变距运行既同在一个面两 根传动带在由主动轮向从动轮(也可由从动轮向主动轮)运行时之间距离发生变化。

在主动轮至从动轮之间一组传动带为变距运行；既在两根传动带由主动轮至从动轮之间运行时，由主 动轮端至中间等长距离呈梯形变化(喇叭口状)，相互间距离有大变小；在经过等长距离至从动轮端，呈 倒梯形变化(倒喇叭口状)，相互间距离由小变大；在从动轮向主动轮运行时同样发生。

在传动带由梯形口和进入等长距离(或由等长距离进入倒梯形口)的变化点，可以设有滑轮或滚轴的 支撑点槽，传动带由支撑点槽内经过以进行等距运行(或传动带由支撑点槽内经过以进行变距运行)；也 可采用设有滑轮或滚轴的变距槽既梯形边槽，传动带由梯形边槽内经过以进行等距运行；也可采用设有滑 轮或滚轴的梯形边槽、等距边槽、倒梯形边轨槽，既变距轨槽，既主动轮至从动轮之间一组传动带在由槽 内进行运行；轨槽横截面形状似槽钢状。

对于变轨式桨叶双链装置在船舰的应用。

变轨式桨叶双链装置设在船舰两侧，主动齿轮、从动齿轮轴固定于船舰体上；主动齿轮、从动齿轮之 间以两条环形链条相联接，两条环形链条分别套装在主动齿轮至从动轮的齿轮上，主动齿轮轴与船体动力 相联接；在两条环形链条之间，以可伸缩杆将桨叶置于在两条环形链条之间；可伸缩杆两端固定在两条环 形链条上；桨叶位于中心线设一条孔洞，可伸缩杆穿过桨叶中心线孔洞，可伸缩杆中心位于桨叶中心线中 心；桨叶一面中心线附近设有链接点并位于与中心线相垂直等分线上；桨叶链接点与两等长支撑杆一端相 链接，两支撑杆另一端链接在两条环形链条上。在主动齿轮、从动齿轮之间上部链条设有两根变距轨槽(主、 从动齿轮之间上、下链条均可设轨槽，各两根，共四根；其中一组两根轨槽中间段距离较窄，既变距轨槽； 以下以只设两根变距轨槽并设在齿轮上方链条为例，理由为：1、上方桨叶垂直推水时，下方桨叶处于水 平位对上方不干扰；2、减少轨槽对链条的摩擦力；3、减少轨槽；下方链条可以设支撑点轨槽进行控制或 引导；实施时需注意避免上、下方桨叶链条共振现象发生)；轨槽通过固定件固定于船体上；链条设在变 轨槽内，轨槽横截面形状似槽钢状。

工作原理：变轨式桨叶双链装置主动齿轮轴由船舰体获得动力而转动，在主动齿轮转动的作用下，整 个链条随齿轮转动而运行，带有桨叶的链条单子(本例单子既每节链条，带有桨叶的链条单子是指与可伸 缩杆、支撑杆相联的单子；单子设有齿槽，各单子通过铁环穿过两单子孔相联接，主要是易于通过变距轨 槽变距部分，变距拐点或整个变距轨槽应设滚轴，以减少摩擦力，有利于链条通过)在两链条牵引下进入 变轨槽内运行时，由于轨槽逐渐变窄，可伸缩杆向内收缩；两支撑杆链接链条一端无法伸展，另一端只有 通过链接点推动桨叶向上运行，桨叶在支撑杆的推动下围绕可伸缩杆转动至与两链条相垂直；此时，两轨 槽距离为最窄并保持到变宽点，既等距轨槽；可伸缩杆和支撑杆在链条拉动下沿等距轨槽继续运行，桨叶 也随着可伸缩杆和支撑杆推水运行从而推动船舰体运行；当达到变宽点时，两轨槽距离逐渐变宽至最宽处 止，可伸缩杆逐渐被拉至最长时止；支撑杆链接链条一端也随着向两边运行，支撑杆另一端由链接点拉动 桨叶逐渐下降至原来点位止，桨叶在支撑杆的拉动下围绕可伸缩杆转动至原来位置，既与两链条在一个平 面，后经过从动齿轮进入等距水平运行至主动齿轮，再经过主动齿轮进入变距运行；如此循环，在齿轮不 断转动下，链条不断拉着可伸缩杆和支撑杆带着每个桨叶推水运行从而推动船舰运行；齿轮转速越快，链 条拉着可伸缩杆和支撑杆带着每个桨叶推水运行越快，从而推动船体运行也越快。

对于变轨式桨叶双链装置在潜水艇的应用。

四个变轨式桨叶双链装置设在潜水艇两侧，主动齿轮轴固定于潜水艇上，在主、从动齿轮轴端以支架 相联固定【齿轮轴通过轴承在支架内转动；支架也可以通过控制管(齿轮轴承在管内)进入潜水艇，支架 与控制管相联，控制管外设轴承可以在潜水艇内转动以控制变轨式桨叶双链装置位置】，变距传动带可设 变距轨槽或设梯形边槽或设支撑点槽通过固定件固定于支架上，对于另一组传动链条以支撑点槽控制运 行，支撑点槽固定于支架上；支架设有数个螺纹孔并设钢丝绳耳环；潜水艇外壳设钢丝绳滚筒通过钢丝绳 控制变轨式桨叶双链装置位置，潜水艇设有螺纹杆以固定支架从而固定变轨式桨叶双链装置【考虑潜水艇 依靠人工动力使变轨式桨叶双链装置运行，人工动力以四人一组、至少两组为要求，既两个变轨式桨叶双 链装置运行，当然四个能运行更好；以便出现类似库尔斯克号类似事故后，由于水中浮力作用依靠人工动 力可以将潜水艇浮出水面，图28以虚线标示与水平线有一较小夹角的变轨式桨叶双链装置即是为此种考 虑而设计，旦发生事故，将动力由机械档调成人工动力档(人工齿轮齿与主动齿轮齿数比依人工转动主 动齿轮、转速、人工数而定)并调整支架位置并通过螺纹杆固定，依靠人工动力使变轨式桨叶双链装置运 行，从而将潜水艇浮出水面；对于民用潜水艇可布置一个或两个小型变轨式桨叶双链装置】。

当潜水艇需水平运行时，其与变轨式桨叶双链装置在船舰的应用方式相同。

当潜水艇需下潜或上浮运行时，将变轨式桨叶双链装置调整为与潜水艇相垂直位置并对其提供动力， 在齿轮转动下，链条拉着可伸缩杆和支撑杆带着桨叶推水运行从而推动潜水艇下潜或上浮运行。

附图说明：

图1、图2、图3分别为两侧设有变轨式桨叶双链装置船舰体俯视、左、右侧视结构示意图；

图4、为变轨式桨叶双链装置固定于船舰体俯视结构示意图；

图5、图6、图7分别为变轨式桨叶双链装置主视、仰视(半)、侧视结构示意图；

图8A-A分别为变轨式桨叶双链装置(桨叶水平横切)剖视放大结构示意图；

图9、图10为桨叶(垂直位、水平位)及桨叶连接点与可伸缩杆、支撑杆和链条结构示意图；

图11、图12、图13、图14分别为支撑杆与相联单子主视、俯视、左、右侧视结构示意图；

图15为联接单子用的铁环结构示意图；

图16、图17、图18、图19分别为可伸缩杆与相联单子主视、俯视、左、右侧视结构示意图；

图20桨叶及桨叶连接点与可伸缩杆、支撑杆运行过程相互关系示意图；

图21为齿轮结构示意图；

图22、图23分别铁环链条、皮带与可伸缩杆、支撑杆结构示意图。

图24桨叶及桨叶连接点、滑槽与可伸缩杆、支撑杆运行过程相互关系示意图；

图25、图26、图27分别为两侧设有变轨式桨叶双链装置的潜水艇俯视、左、右侧视结构示意图；

图28为变轨式桨叶双链装置与潜水艇垂直位、水平位结构示意图；

图29、图30、图31分别为用于潜水艇的变轨式桨叶双链装置俯视、主视、仰视(半)结构示意图；

具体实施方式：

变轨式桨叶双链装置在船舰的应用

变轨式桨叶双链装置2设于船舰体1两侧，变距轨槽10通过固定件16固定于船舰体1上，主动齿轮 4轴、从动齿轮5轴固定于船舰体1上，主动齿轮4轴与船舰体1动力相联接；主动齿轮4轴、从动齿轮 5轴每轴各设两个将动齿轮，两条环形链条3分别套装在由两个主动齿轮4至两个从动齿轮5上，在两条 环形链条3之间，以可伸缩杆7将桨叶6置于在两条环形链条3之间；可伸缩杆7两端固定在两条环形链 条3上；桨叶6位于中心线为一条孔洞，可伸缩杆7穿过桨叶6中心线孔洞，可伸缩杆7中心位于桨叶6 中心线中心；桨叶6一面中心线附近设有链接点9并位于与中心线中心相垂直等分线上；桨叶6链接点9 与两等长支撑杆8一端相链接，两支撑杆8另一端链接在两条环形链条3上；在主动齿轮4、从动齿轮5 之间上部两根链条3设有变距轨槽10(图5)；链条3设在变轨槽10内(图9)。

工作过程：

通过船舰1体前进或后退运行挡位，确定前进或后退；变轨式桨叶双链装置2主动齿轮4轴由船舰体 1获得动力而转动，在主动齿轮4转动的作用下，带有桨叶6的链条单子11、15(本例单子11、15既每 节链条，带有桨叶6的链条单子11、15是指与可伸缩杆7单子15、支撑杆8单子11相联的；单子11、 15设有齿槽12，各单子11、15通过铁环14穿过单子11、15的孔13相联接，主要是易于通过变距轨槽 10变距部分)在两链条3牵引下进入变距轨槽10内行时，由于轨槽10逐渐变窄，可伸缩杆7向内收缩； 两支撑杆8链条3一端无法伸展，另一端只有通过链接点9推动桨叶6向上运行，桨叶6在支撑杆8的推 动下围绕可伸缩杆7转动至与两链条3相垂直；此时，两轨槽10距离为最窄并保持到变宽点，可伸缩杆7 和支撑杆8在链接3拉动下沿轨槽10运行，桨叶6也随着可伸缩杆7和支撑杆8推水运行从而推动船舰 体1运行；当达到变宽点时，两轨槽10距离逐渐变宽至最宽处止，可伸缩杆7逐渐被拉至最长时止；支 撑杆8链接链条3一端也随着向两边运行，支撑杆8另一端由链接点9拉动桨叶6逐渐下降至原点止，桨 叶6在支撑杆8的拉动下围绕可伸缩杆7转动至原来位置，既与两链条3在一个平面，后经过从动齿轮5 进入等距水平运行至主动齿轮4，再经过主动齿轮4进入变距运行；如此循环，在主动齿轮4、从动齿轮5 不断转动下，链条3小断拉着可伸缩杆7和支撑杆8带着每个桨叶6推水运行从而推动船舰体1运行；主 动齿轮4、从动齿轮5转速越快，链条3拉着可伸缩杆7和支撑杆8带着每个桨叶6推水运行越快，从而 推动船舰体1运行也越快，从而快速前进或后退。

对于变轨式桨叶双链装置在潜水艇的应用。

四个变轨式桨叶双链装置2设在潜水艇1两侧，主动齿轮4轴固定于潜水艇1上，在主动齿轮4轴、 从动齿轮5轴端以支架17相联固定，变距传动链3的变距轨槽10通过固定件16固定于支架17上，对于 另一组传动链条3以支撑点槽控制运行，支撑点槽固定于支架17上；支架17设有两个螺纹孔18、19并 设钢丝绳20耳环21；潜水艇1外壳设钢丝绳20滚筒22通过钢丝绳22控制变轨式桨叶双链装置2位置， 潜水艇1设有螺纹杆以固定支架17从而固定变轨式桨叶双链装置2。

当潜水艇1需水平运行时，通过钢丝绳20滚筒22转动卷起钢丝绳22通过钢丝绳耳环21将变轨式桨 叶双链装置2拉至水平位，潜水艇1螺纹杆插入支架17两个螺纹孔18、19拧紧固定；通过潜水艇1前进 或后退运行挡位，从而确定前进或后退，潜水艇1对主动齿轮4提供动力，在主动齿轮4转动下，链条3 拉着可伸缩杆7和支撑杆8带着桨叶6推水运行从而推动潜水艇1水平运行；通过潜水艇1挡位，从而确 定前进或后退。

当潜水艇1需下潜或上浮运行时，将变轨式桨叶双链装置2通过钢丝绳20滚筒22转动放下钢丝绳22， 通过钢丝绳耳环21将变轨式桨叶双链装置2调整为与潜水艇1相垂直位置，潜水艇1螺纹杆插入支架17 螺纹孔19拧紧固定并对其提供动力，通过潜水艇1下潜或上浮运行挡位，确定下潜或上浮运行，在主动 齿轮4转动下，链条3拉着可伸缩杆7和支撑杆8带着桨叶6推水运行从而推动潜水艇1下潜或上浮运行。

当潜水艇1依靠人工动力将潜水艇1浮出水面时；将动力由机械动力档调成人工动力档，以两个变轨 式桨叶双链装置2运行为例，将变轨式桨叶双链装置2通过钢丝绳20滚筒22转动调整支架17位置至人 工动力位(以图28以虚线标示位)，通过螺纹杆插入支架17螺纹孔18、19拧紧固定后由人工提供动力转 动主动齿轮4，在主动齿轮4被转动情况下，链条3拉着可伸缩杆7和支撑杆8带着桨叶6推水运行从而 推动潜水艇1上浮运行至浮出水面。

从变轨式桨叶双链装置2结构、工作原理和工作过程来看，其特点：

1、从零配件看，配件少。除去主动齿轮4、从动齿轮5外，仅有链条3、桨叶6、可伸缩杆7、支撑 杆8、轨槽10及连接可伸缩杆7、支撑杆8的单子11、15和铁链14计7个配件，即使加上主动齿轮4、 从动齿轮5也就8个配件；如果采用铁环链条如图23作为链条3，计6个配件，加上主动齿轮4、从动齿 轮5也就7个配件。

2、从结构看，结构简单。主动齿轮4、从动齿轮5轴固定在船舰体1上，主动轮4轴与船舰1动力相 联接，链条3套装在主动齿轮4、从动齿轮5上，以一可伸缩杆7和两支撑杆8将桨叶6安设在两条链条 3之间，在主动齿轮4、从动齿轮5之间上部链条3设两根变距轨槽10；轨槽10通过固定件固定于船舰体 1上，链条3设在变轨槽10内。

3、从工作原理和工作过程看，也是简单。链条3拉着可伸缩杆7和支撑杆8带着桨叶6进、出变距 轨槽10便把水体推动，也就推动了船舰1运行。

从以上3点来看，制造、使用和维护比较简单；由于简单，所以可靠性也比较强，尤其采用铁环链条 制造、使用和维护更简单，可靠性更强。

从变轨式桨叶双链装置在船舰应用来看，使用方便，效率高。

1、运行使用方便、安全，可以有效避免或减少象泰克坦尼号等客轮类似事件的发生。

船舰即可向前运行，也可向后运行或运行时停船；在向后运行或运行时停船，只要将主动轮齿轮轴转 向调整反转即可；在船舰调向拐弯时，只需将一侧变轨式桨叶双链装置的主动轮齿轮停止运行或后倒，另 一侧变轨式桨叶双链装置的主动轮齿轮向前或停止运行即可；由于有了上述功能，可以有效避免或减少象 泰克坦尼号等客轮及很多油轮触礁及沉没事件类似事件的发生。

以桨叶面推水以推动潜水艇运行的方式；即可快速潜水，也可快速上浮；即可快速前进，也可快速后 退，也可快速转弯；同时，也可依靠人力将潜水艇潜入水下或浮上水面；以避免或减少库尔斯克号类似事 件的发生。

2、可以提高有效功率并有利于船速的提高。

由于带有变轨式桨叶双链装置运行的船舰不设螺旋桨，链条拉动整个桨叶面垂直推水，轮轴所输出的 有效功率将大大提高；由于不设船舵和螺旋桨，船尾设计如鱼尾状，从而更能提高有效功率并有利于船速 的提高，这一点对大型船舰如大型油轮、矿物散货船、航空母舰尤为重要。

3、易安装、制造，也可和螺旋桨或船舵混合使用。

变轨式桨叶双链装置即可设在船舰底部，也可设在船舰两侧；对于大型船舰如航空母舰采用铁环链条 方式为好(此时齿轮为双齿轮以卡住铁环链条的铁环见图22，如煤矿用双链刮板机方式)，因铁环链条荷 载力大，可靠性强，相对功率也大；也可采用多组变轨式桨叶双链装置设在船舰两侧以提高使用效能和提 高速度。设计时，既可以单独采用变轨式桨叶双链装置推动船舰运行(技术、工艺和使用较成熟后)；也 可与螺旋桨或船舵混合使用(技术、工艺和使用初期)，共同推动船舰运行。