母子风帆船制造技术

本发明专利技术公开了一种母子风帆船，它包括母船体、子船体、风帆以及风帆与船体连接物，其特征在于：母船体的机舱内至少有一座主机座，每一座主机座上安装一台船舶主机，在船舶的壳体后部外侧，设置的与主机数量相同的螺旋桨，由传动轴与相对应的主机相连；在母船体的船艉壳体外部的两侧设置舭水板；在子船体内设置至少一套给水排水系统；给水排水系统的管道上方设有可开闭的进气口、进气口开关；正浮时，母船体与子船体的纵中剖面在船舶前方的交角小于２０度。本发明专利技术能提供多达日式“现代风帆船”４－１０倍以上的风帆年平均推力，船舶燃油主机的燃油消耗量大致正比于螺旋桨的推力。极具有经济性、实用性和社会价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种母子风帆船(也称"新型现代风帆船")，主要是一种具有合理稳性、 在可比条件下其风帆的年均推力为单体有桅风帆船年均推力的4至10倍以上的母子风 帆船。
技术介绍
随着自动控制技术的进步，以及1979年全球第二次石油危机导致的节约能源的迫 切要求， 一种以主机-螺旋桨推进为主、以帆推进为辅的、由自动控制装置操纵的单体 风帆船等问世，称"现代风帆船"。近30年来，国际国内在船舶领域一直在加速推进风 帆节能的探索。日本上世纪80年代初研制了 1400吨"新爱德丸"风帆油船，嗣后又有26000吨风 帆油船问世，同时代中国武汉理工大学(原武汉水运工程学院)亦研制了 300吨骨架式 软帆货船，旨在提高运输的经济性，使得在同航速等可比条件下，吨-公里的燃油消耗 减少而获得经济效益。此类单体有桅风帆船是当今节能效果最好的实用风帆船舶，本发 明的文件中称日式"现代风帆船"。日式"现代风帆船"的风帆宽度通常不大于该桅杆设置处的船宽。在同排水量、同 吃水下，对于单体风帆船，即使不顾船舶航行阻力变大，船舶的宽度取大值(此时船舶 的稳性变好，风帆可取较大的宽度，可有较大的风帆特征面积)，以获得更大的推力， 但是，单体船的稳性终归有限，风帆的特征面积依然严重受到稳性的制约。船宽大将增 加船舶阻力，同时，同吨位、同吃水下，船宽大，船长就小，多于一具风帆时，将有更 大的翼柵效应，致使节能效果难以大幅提升。由于上述技术因素的制约，因而至今单体 有桅风帆船舶的大范围推广，近30年来未能实现；另一方面，船宽小，即使船舶租力 因船宽小而变小，由于它的稳性更不足以支持采用大特征面积风帆，它的节能效果更低。前苏联的三体风帆客船，没有设置主机-螺旋桨推进系统，只能在特定的航线上运营。澳大利亚的太阳能-风帆双体实验船，可以设置大面积风帆。与单体风帆船相比， 同载量下它的阻力较大，建造费用约高40%，如果用作货船，则装卸不便。另外，以太阳能为风帆推力的补充，在某些气象条件下(如长期无风的阴天)则邻:以保证航期，至 今未见该方案推广的报道。德国在本世纪开发了风筝帆船，投资很小，只是这种无桅帆主要依靠阻力做功，因而在360度风向角下，平均推力系数及平均推力较小，节能效果也小。对现役船舶的改造，难有显著效果。我国已公开的申请号为86200027的"一种带有在控制下可以活动的副船身的帆船" 专利和申请号为200510026567. 7的"一种多方位利用风能的帆船"专利，它们的主要 特点是主船体的两侧有"副船身"(或浮球)，并与帆同步围绕桅杆旋转。但上述两项专利都存在帆船推力小的问题，主要原因为其一，上述两项专利都采用软质少骨架风帆，此类风帆的推力系数远远小于硬质风帆。其二，上述两项专利的风帆的展弦比远小于l，展弦比小，推力系数小；展弦比小， 风帆不能获取船舶稍上方(由于海面上风速梯度的存在，离海面越高，风能密度越大) 密度大些的风能。其三，设从船艏正前方吹响船舶的风向为O度，则风向角具有0度至左180度和0 度至右180度。在鸟瞰图上，当风帆的弦线与船舶的纵中剖线的夹角最小时，是风帆船 舶作稳性计算时需要核算的状态，此时的倾覆力矩最大。而上述两专利的恢复力矩此时 却处于最小状态，显然，它不能支持风帆获取大的风力。并且，在相同的风向的情况下， 航行船舶的表观风向角，除风向与船舶的纵中剖面平行，即除0度及180度外，总是比 船舶静止时的表观风向角为小。而如果其风帆的转动范围不足够地大，小的表观风向角 下就不能驶帆，则一样会影响风帆对推力的贡献。申请号为86200027的专利说明书中 称"船帆可以在操纵下以主桅杆为轴自行转动，其转动范围可大于90度角，以便在风 向和航向确定后使船帆及时处于最佳迎风角度"。问题在于，该技术所示的风帆， 是小展弦比风帆，失速角约为35度至40度。如果表观风速的风向角为左(或右)35 度至40度，这时，该技术的主桅杆、副桅杆同在船舶的纵中剖面附近。该船比只有主船体时，恢复力矩的增加十分有限，不能支持大的倾覆力矩，也就不能支持大的风 帆推力。如果该专利的风帆转不到上述角度，则其风帆的推力的获取将受到限制。另外，申请号为86200027的技术，如果被货船采用，在码头采用机械化装卸 的方式下，纵然有收拢架、臂的方法，仍然十分麻烦不便，影响装卸。因此，上述专利 的节能效果不理想，使用不方便，也未见有实用的报道。综上，上述几种"现代风帆船"技术，或则节能效果欠佳，或则建造费用高昂，或 则码头装卸不便，或则对航线要求严苛，都难有较满意的效果。若以上述技术对现役船 舶作改造，则更难有理想效果。因此，有必要对现有技术创新，设计一种具有合理稳性、 大推力、建造经济、节能效益明显的新型现代风帆船。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提出了一种母子风帆船。在大多数海洋航线上，本专利技术的风帆 的年均推力，为可比的(同船舶种类、同船舶线型、同排水量、同载量、同航线、同航 速等)日式"现代风帆船"的风帆年均推力的4—IO倍以上。此类船舶风帆的推力，是 用以替代船舶螺旋桨的推力的，而船舶燃油主机的燃油消耗量，大致正比于螺旋桨的推 力。该船舶有合理的稳性，较低的建造费用；能满足装卸作业的要求；能够保证航期； 不受航线的限制；用本专利技术的方法对现役船舶作改造较为容易，且有较满意的效果。本专利技术是一种通过采用提高船舶稳性的方法，使得风帆具有巨大的推力而不使船舶 的阻力有大的增加，并且能够保证航期的船舶，称母子风帆船，见图1，图3，图5、 图7。本专利技术采用以下技术措施来实现。该母子风帆船包括一具母船体，母船体的机舱内至少有一座主机座，安装一台船舶 主机，船舶艉部外后侧设置的与船舶主机数量相同的螺旋桨，由传动轴与相对应的船舶 主机相连。该母子风帆船还包括(a) 至少一具子船体；(b) 至少一套风帆推进系统；(C)相对于母船体，子船体有位移运动；(d) 在子船体内设置至少一套给水排水系统；(e) 子船体的剩余排水量或重力，及与在子船体内设置的给水、排水系统的给水 与排水的组合，至少应满足船舶对稳性的要求；(f) 在母船体的船艉外部的两侧设置舭水板；(g) 风帆系统允许采用手动操纵与自动操纵两种操纵方式；(h) 母船体与子船体的纵中剖面的夹角小于20度；(i) 设有可开闭的进气口，进气口开关；(j)在子船体的船体内设置至少一道横向隔板； 该母子风帆船的组成部分的连接关系如下-一种母子风帆船，它包括母船体，母船体的机舱内至少有一座主机座，每一座主机 座上安装一台船舶主机，在母船体船艉壳体的外部后侧，设置的与船舶主机数量相同的 螺旋桨，由传动轴与相对应的船舶主机相连;在母船体的船艉壳体外部的两侧设置第一、 第二舭水板；其特征在于设置子船体，在子船体内设置至少一套给水排水系统；给水排水系统的管道上方设 有按要求开闭的进气口、进气口开关；正浮时，母船体与子船体的纵中剖面在船舶前方 的交角小于20度；子船体的船体内设置至少一道横向第一隔板；子船体的设计排水量为qi， i=l n， i为正整数，n小于10，母船体的设计排水量为 Q;其比值qi/Q小于0.6;子船体靠近母船体的舷，与母船体靠近子船体的舷均称内舷， 内舷的一侧称内舷侧；子船体在母船体的内舷侧；子船体与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种母子风帆船，在母船体（１）的机舱内至少有一座主机座，每一座主机座上安装一台船舶主机（７），在母船体（１）船艉壳体的外部后侧，设置的与船舶主机（７）数量相同的螺旋桨（８），由传动轴与相对应的船舶主机（７）相连；在母船体（１）的船艉壳体外部的两侧设置第一、第二舭水板（２８ａ）、（２８ｂ）；设有风帆推进系统；风帆的特征面积；在每一具子船体（２）的船体内至少设置一道横向隔板（３０ａ）、及给水排水系统（２９），其特征在于：设置子船体（２），在子船体（２）内设置至少一套给水排水系统（２９）；给水排水系统（２９）的管道上方设有进气口（３１）和进气口开关（３２）；正浮时，母船体（１）与子船体（２）的纵中剖面在船舶前方的交角小于２０度；子船体（２）的船体内设置至少一道横向第一隔板（３０ａ）；子船体（２）的设计排水量为ｑ↓［ｉ，ｉ］＝１～ｎ，ｉ为正整数，ｎ小于１０，母船体（１）的设计排水量为Ｑ；其比值ｑ↓［ｉ］／Ｑ小于０．６；子船体（２）靠近母船体（１）的舷，与母船体（１）靠近子船体（２）的舷均称内舷（１１ａ）、（１１ｂ），内舷（１１ａ）、（１１ｂ）的一侧称内舷侧；子船体（２）在母船体（１）的内舷侧；子船体（２）与母船体（１）之间的距离，使风帆的前缘及尾缘在船舶甲板上的垂直投影不超出至少一个母船体（１）的左外舷（１２）或子船体（２）的左外舷（１４）及至少一个母船体（１）的右外舷（１２）或子船体（２）的右外舷（１４）；在子船体（２）与母船体（１）之间，至少有一件第一结构连接件（９ａ），将子船体（２）与母船体（１）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施立人，施宇蕾，
申请(专利权)人：施立人，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]