利用波浪能推进的船舶及一种稳定的水上漂浮建筑制造技术

本发明专利技术创立一种新颖结构的船舶，可吸收波浪的能量作为推进船舶的动力。同时，该船舶具有良好的耐波适航性，乘座舒适，并可消除前进方向的水阻力，自身的总阻力很小，可制成纯利用天然能源的绿色海洋船舶。本发明专利技术也可用于建造其他水上漂浮建筑，由于其水阻力小，稳定性好，波涛中摇摆轻微，可用于制造急流浮桥、海上机场、海上公路、人工岛及漂浮防波堤等，其建筑自身兼有消减海面波浪及发电的功能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及造船及海洋工程，也可用于环境保护、防波和波能利用等领域。波浪历来给航海家和船舶设计师造成麻烦，波浪使船舶摇摆颠簸，造成乘客眩晕，甚至可使船舶倾覆，酿成海难，波浪使航行中的船舶失速而油耗增加，波浪还使船舶产生很大的附加内应力，为保证船舶在波涛中具有足够的强度，造船时必须使用更多的材料和资金。同时，现有船舶航行时都要兴波，船舶因兴波而产生的兴波阻力随船速的6次方增长，这是现有高速船能耗巨大而航速难于进一步提高的主要原因。高速船严重兴波，还冲刷堤岸，对周围船舶及水上建筑造成不利影响，也影响水域生态系统。因此，水运事业的进一步发展，急切盼望在大幅减低船舶的兴波阻力，提高海船的耐波适航性，消减水面波浪和利用波浪能推动船舶等诸多课题取得技术突破。本专利技术的目的在于为解决上述诸课题而创立一种新颖的船舶结构，和现有船舶相比，既要有好得多的阻力性能--航行时自身的粘压阻力和兴波阻力都很小，又要在航行时能够吸收水面的波浪能并将其转化为推进船舶前进的动力，从而使利用波能推进的船舶具有实用的航速。本专利技术之船舶航行时由于其浸水面的“船水相对速度”很小，自身兴波甚微，同时又可大幅减低波浪对船舶的不利影响，使所建之船舶在波涛中摇摆振动轻微，乘座舒适，耐波适航，并可进一步与利用风能和利用太阳能相结合，制成综合利用海上三大自然能源的高性能的海上绿色船舶，以利保护我们星球的海洋环境。本专利技术也可用于建造其他水上漂浮建筑，使所建水上结构稳定并容易锚固，且建筑自身还能兼作消波发电装置。譬如用于建造急流浮桥、海上机场、海上公路等，也可用作港湾的“漂浮防波堤”及“人工岛”等。广泛用于保护环境及经济开发。为实现上述目的，本专利技术之船舶设计成由具有通常船舶系统的承载客货的船舶本体(1)和多个具有可转动的浮具装置(3)的浮具系统单元(2)所组成。每个单元(2)的可转动的浮具装置(3)的一部分浸入水中产生浮力，共同均衡地支承船舶本体(1)并使船舶本体(1)位于水面之上。浮具系统单元(2)由可转动的浮具链带总成(3)和支架结构(4)构成，浮具链带(3)转动时，可改变“船水相对速度”从而可改变船舶所遭受的水阻力(以上利用了本人专利专利技术“一种可消除水阻力的船舶”的成果。专利号97107602．2)其原理参见图2，船舶水阻力R的数值可由公式R=CR1／2ρAVn确定，式中V为船水相对速度，设船舶在水中以速度V′向前航行，船舶本体(1)及与其相连的各浮具系统单元(2)的支架(4)亦以V′速向前运动，若此时浮具链带(3)在动力链轮(13)的作用下做图示之顺时针方向转动，就浮具链带(3)的浸水部分而言，则是以V1的线速度相对于支架(4)(也即相对于船舶本体1)向船舶后方运动，由矢量合成法则可知此时决定水阻力的船舶浸水面与水的“船水相对速度”也即浮具链带(3)之浸水部分与水的相对运动速度，其值为V′-V1，在此必须指出，V1是可由人为调控改变的，当V′-V1＞0时，即浮具链带(3)转动较慢，其浸水部分相对于水仍有向前的速度，此时船舶的水阻力减低，若V＇-V1=0，即浮具(3)的浸水部分与水相对静止，此时船舶前进方向的水阻力完全消失。此时动力装置只需克服船舶的空气阻力和机械系统(包括转动浮具系统)的内摩擦阻力就可使船舶保持V′速航行。若V′-V1＜0即浮具链带(3)的转速已加快，此时浮具链带(3)的浸水部分相对于水的速度方向是向船后的，也即浮具(3)的浸水部分已在划水推船前进。若此划水推力等于V′航速时的空气阻力，船舶亦可维持V′速匀速前航。所以本专利技术在消减船舶水阻力的同时，又可实现利用水阻力改变方向后推进船舶，由于水阻力通常要占船舶总阻力的百分之九十以上，所以本专利技术有超常的减阻效果，以上特点也为研制具有实用性的波能推进船舶建立了技术基础。本专利技术的多个浮具系统单元(2)通过柔性连接装置(5)连接并支承船舶本体(1)，柔性连接装置可以由弹簧构成，但最好是由气缸活塞组件构成的气压装置或由波纹壁气箱构成的气压装置，当然也可以由弹簧装置和气压装置混合构成，柔性连接装置(5)要能够让浮具系统单元(2)相对于船舶本体(1)作上下运动，可移动的距离(即行程)要与设计确定的波高相适应。当浮具系统单元(2)处于波浪上时，随着波峰波谷的周期变化，水对浮具的浮力和冲击力的合力将发生周期性改变，由此引起浮具单元(2)随着波峰波谷的周期变化而上下移动从而吸收波浪的能量，为了将此能量转化为推进船舶的动力，本专利技术装设了以棘轮齿条为主要件的机械转换装置和以空气蜗轮发电机组和电动机为主要设备的电力转换装置。机械装置可实现机械能直接转换，环节少、效率高，而电力转换则便于船舶总的能源的调配与综合。二者配合使用则可收到高效和便利的双重效果。在机械转换装置方面，可在浮具系统的动力轮轴上(也可另轴安装)安装单向转动的棘轮齿轮(6)，而在船舶本体(1)上安装与棘轮(6)相啮合的齿条部件(7)，由于棘轮只能单向旋转反向相对于轴空转，当棘轮随着浮具上下升降运动时，安装于船舶本体(1)上的齿条就会通过棘轮给动力链轮轮轴一个单向的转矩带动链轮及浮具链带装置(3)转动推船前进，在电力转换装置方面，由于本船舶的柔性连接装置是气压装置，为了使气压装置的支承力比较稳定，各柔性可伸缩的压气装置的空腔是和储气室相连通的，如果在通道中间安装空气蜗轮发电机组，当气缸或波纹气箱伸长或缩短时，其间的气体会因压缩或膨胀而和储气室产生压力差，造成气体在管路冲流动，流动的气体则可推动空气蜗轮发电机组发电，通过蓄电池组及电力调配系统，即可驱动浮具系统单元(2)上安装的电动机带动动力链轮转动驱使浮具链带(3)划水推船前进。本专利技术的效果是明显的，首先，本专利技术开创了利用波浪能推进船舶的先例。据统计，海洋上百分之七十以上的时间均有波浪，而船舶则是必须穿行其间的水上运输工具，最宜利用波能、无论对节能、环保和可持续开发利用海洋，还是在开创新型船舶和建立新的船舶理论方面，其技术经济价值都是巨大的，第二、海洋船舶在波涛中的稳定适航性，历来是船舶界最关心也最难办的事情之一，近数十年来，陆运和空运在速度和舒适性方面有很大发展，相比之下海运发展较慢，关键的制约因素有两个，一是现有船舶的水阻力随航速呈高次方增长，高速船能耗巨大且航速也难进一步提高，另一个重要因素则是船舶在海浪上剧烈地摇摆颠簸，适航性难于达到人们的要求。而本专利技术之船舶恰好能同时对这两方面作出根本性的改善，《可消除水阻力的船舶》创立并采用了<相对运动速度转换>消除水阻力原理，减阻效果是超常的，因之也超常节能，这为利用密度较小的自然能源推进船舶的实际应用打下基础，可转动的浮具装置容易提供足够的浮力支承力，又可兼作船舶的推进器和转向操纵装置，而将其制成多个浮具系统单元以柔性装置与船舶本体相连，可以分散和减缓波浪对船舶本体的冲击力，各浮具系统单元随波起伏并不断吸收和转化波浪的能量，而船舶本体(1)则相对于整个海平面平稳的航行，尤其是当柔性连接装置为与储气室相连通的充气结构时。由于其内部气压变化很小，浮具系统单元虽随波起伏而对船舶本体的支承力却变化很小，况且各浮具系统又总是处于波阵面不同的相位上运动，其各支承力的变化在时间上是随机错开的，而船舶本体却集中了船舶绝大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶，具有包括通常的船舶系统的承载客货的船舶本体（１）其特征在于：船舶本体（１）由多个具有可转动浮具装置的浮具系统单元（２）所支承，每个浮具系统单元（２）的可转动浮具装置（３）的下部浸入水中产生浮力以支承系统单元（２）及船舶本体（１），使船舶本体（１）位于水面之上。浮具装置（３）转动时可以改变其浸水面与水的相对运动速度。浮具单元（２）用可上下伸缩的柔性装置（５）和船舶本体（１）相连接并可随波峰波谷的变化相对于船舶本体（１）作上下往复运动，浮具系统单元（２）上安装有机械的和电转换的装置，可将其上下移动运动换变成可转动的浮具装置（３）的转动，浮具装置（３）的浸水部分则划水推动船舶前进。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周德群，
申请(专利权)人：周德群，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]