艦艇為什麼不採用矢量發動技術?
或者已經採用了,我不知道。
我主要是看他在海裡面拐彎很費勁,原地打轉多快。
有的,ABB有個Azipod,船舶電氣推進系統。
簡單說就是一個裝了螺旋槳的推進電機吊艙,和飛機的翼下弔掛發動機差不多,可以在平面內旋轉(垂直方向上船舶一般是很穩定的)。
用柴油機帶動發電機,然後再供給吊艙內的推進電機。接觸過的船型中暫時沒有採用矢量推力的,所以憑自己僅有的認識答一下,如有錯誤還望指正。
關於吊艙推力的部分,苧薴說得挺詳細的,補充幾點吧。吊艙推進除去ABB的Azipod,比較成熟的產品還有Siemens的SSP,Rolls-Royce的Mermaid以及STN Atlas的Dolphin。
幾種產品的對比:ABB-Azipod-X
圖片來源:http://www.hightechfinland.com/direct.aspx?area=htfprm1=889prm2=articleABB是船舶電氣行業的翹楚,Azipod產品線非常全,涵蓋從拖輪到破冰船到鑽進平台一系列不同的解決方案。
Siemens-eSiPOD-T
圖片來源:Propulsion - Naval Commercial Vessels與ABB最大的區別在於轉子的兩端都接有螺旋槳,有利於後獎吸收前槳的尾流,可以提高效率。Rolls-Royce-Mermaid
圖片來源:rolls royce它的最大特點是定子與吊艙相嵌,海水可直接對其進行冷卻,因而省去了前兩款產品的空氣冷卻系統,結構更加緊湊。其實作為吊艙推進最最廣泛的應用就是隨處可見的這個:
圖片來源:鎮江船廠三艘55MT全迴轉拖輪完工出廠(圖)-搜狐滾動拖輪對於動力系統的要求,需要其有極高的靈活度、可靠的穩定性以及儘可能小的體積,而吊艙推進本身的設計就使其擁有傳統推進裝置無法比擬的靈活性,而由於吊艙內轉子整體化率較高,省去了大部分傳動部件,結構緊湊,也提高了可靠性和空間利用率。另外拖輪在推動巨輪時,經常會遇到堵槳工況(簡而言之,就是螺旋槳轉得飛快但是推不動),對於傳統的柴油原動機直接驅動螺旋槳,這種額外負荷會造成推進效率降低,甚至影響柴油機運行穩定性,而吊艙推進屬於電力推進的一種(這裡不討論柴油機通過齒輪箱直接向吊艙輸出動力的異端),原動機與推進器分離,使得即使遇到螺旋槳意外絞死的情況,也不會影響柴油機的運行安全。其他應用較多的地方,就如苧薴所說的,主要是破冰船、科考船以及豪華游輪,除了上述諸如佔用空間小、操縱性高等有點外,由於電力推進採用的是高速柴油機,相較用於直接推動的低速柴油機,除了輸出功率和效率有所降低,高速機的運行更加平穩,雜訊和振動更小,柴油機尺寸小,易於機艙布置和做減震處理,非常適合這類對於振動和雜訊有要求的船舶。
除去專門的吊艙推進外,還有一種混合推進模式:對槳推進CRP(Contra-Rotating Propellers),即主槳才採用固定軸推進,副將採用吊艙推進,兼做舵葉。
圖片來源:http://www.joules-project.eu/Joules/technologies/consumption_propulsion兼顧了固定軸推進功率大和吊艙推進操縱性好的特點,同時副將可以利用主槳的尾流,也有利於提高推進效率,缺點是機艙布置較為複雜,推進特性計算繁瑣,安裝要求高,比較考驗船廠的設計和建造水平。感謝 @喬大元 的修改意見,查詢了些相關資料,關於DP的介紹做了些修改。
動力定位系統(Dynamic Positioning System),是近年來發展比較快的一種推進系統。DP與傳統吊艙推進不同的地方在於,它主要用於動力定位,通過遍布全船的感測器,採集海浪、風速、洋流等信息,通過軟體控制位於不同部位的推進模塊,來保證在海上的定位。圖片來源:Dynamic positioning basic principles配圖其實不大對,示意一下就行了,經過知友 @喬大元的指正,常規螺旋槳搭配艏艉側推也是可以實現DP的。
上圖是ABB的Azipod-CZ吊艙推進器,提供小功率但響應靈敏的推進動力。這裡同樣感謝 @喬大元 的補充意見,ABB或其它廠家的吊艙槳一般是指無齒輪傳動電機內置的推進器,而半潛平台採用的是全迴轉舵槳,裡邊是機械傳動分上下兩個齒輪組,電機與推進器是分開的。
除了吊艙推進之外,船舶適量推力系統的另一大門類是噴水推進。
噴水推進的主要原理是利用位於船體內部的推進泵噴出水流產生反作用力來推動船舶前進,通常採用矢量導管來控制水流方向以操控船舶。Rolls-Royce的KaMeWa噴水推進系統
圖片來源:Pump-jet矢量噴水推進的優點在於速度快、操縱性能好、噪音小、吃水要求低,民用方面主要用於小型客輪、渡輪、遊艇以及某些內河船舶,軍用方面由於噴水推進可用於淺灘航行,且內部導流可以屏蔽雜訊,主要用於導彈快艇、登陸艇等對速度和靜音性能要求較高的船舶。此外,還有傳說中的磁流體推進,了解過少,不做展開。
總的來說,船舶對於矢量推進的需求主要集中在操控性、空間佔用、水上定位、雜訊振動控制等方面,其中有些需求通過傳統電力推進就可滿足,對於一般大型船舶,動力系統的操控性要求不高,動力系統的響應通常在分鐘至小時級別,出入港靠拖輪或者側推裝置完成,總體對於矢量推力的需求不高。而且矢量推力系統的價格通常較高,對於設計和安裝能力也有一定要求,也制約了矢量推力在船舶領域的推廣。除了吊艙槳,應用更廣泛的其實是全迴轉舵槳,長這樣
大部分的港作拖輪都是採用這種推進方式,原地掉頭那是很輕鬆的
除拖輪外,帶DP動力定位的船,像是PSV或者是半潛式鑽井平台,也會用到全迴轉舵槳,好處是可以省去艉側推。噴泵water jet也算是矢量推進不過轉向性能稍差一點,因為噴嘴的轉向範圍有限,如果要向側向或者反向推進需要靠翻斗幫忙
我見過的轉向性能最強的推進器是這個,不知算不算矢量推進
我來簡單介紹一下前面有人提到的VSP推進器,這類推進器的中文名為直翼式推進器,其主要特點在於,不同於傳統的螺旋槳推進器旋轉軸與船體縱向軸線相平行,VSP推進器的旋轉軸線垂直於船底表面,推進器的葉片是豎直插入進水中的,具體安裝圖如下所示:
這種推進器在工作中,葉片在繞大盤轉動的同時,各葉片也在繞自己的轉軸進行擺動,這種擺動的目的是為了使水流的和速度對葉片產生一個升力,通過機械控制,可以使每個葉片在不同位置處的升力沿同一方向發出,產生的合力及作為推進器的推力。
推進器的簡單結構以及水動力示意圖如下所示: 這種推進器的結構決定了它可以通過改變葉片的變化規律從而實現向不同方向發出任意大小的力,在這一過程中,大盤的轉動速度可以保證不變,同時由於葉片擺動方式是通過機械控制,從而使得改變推力方向變得十分迅速,基本可以實現瞬時變化。 最後這一推進器主要應用在港口拖輪以及掃雷艇這類對機動性要求很高的船舶上,安裝部位主要集中在船舶中部,這樣做的目的是使船舶旋轉中心與推力中心重合,從而保證船舶在側移過程中不會旋轉。最後放上一段Voith拖輪的視頻:VOITH拖輪—在線播放—優酷網,視頻高清在線觀看視頻高盧雞的西北風就有,不過是輔助動力。為啥打輔助,因為主力崗位它扛不住
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