一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统技术方案

本发明专利技术涉及水上交通工具动力技术领域，具体指一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统；包括船舶和若干马格努斯转子，所述若干马格努斯转子竖直地设置在船舶上且马格努斯转子的顶部设有超声波传感器，若干马格努斯转子均由独立的电马达驱动且电马达上配置有变流器；所述船舶上设有主控计算机，主控计算机分别与若干马格努斯转子上的超声波传感器和变流器连接；本发明专利技术结构合理，通过传感器监测和主控计算机分析结合，使马格努斯转子船舶航行推进力最大化增强，节省能量以获得更好的经济性；自动化程度高，通过重力传感器和侧面的反径向力推进器，实现船舶防碰防侧翻的应用，对于驾驶员技术要求降低，提高船舶安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统
本专利技术涉及水上交通工具动力
，具体指一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统。
技术介绍
马格努斯效应的基本原理与机产生升力的原理类似。当旋转圆柱体受到横向流动的流体作用时，将改变圆柱体周围流体的速度分布。圆柱体上半部顺着横向流体流动的方向转动，增大了流体的速度。圆柱体下半部对着横向流体流动的方向转动，减小了流体的速度。根据伯努利(Bernoulli)定理，旋转圆柱体上半部压力比下半部压力小，这样产生了一个向上的合力P，称为马格努斯效应力。当横向流体流动的方向不变时，改变圆柱体的旋转方向，马格努斯效应力的作用方向改变180°。因此，船设有旋转的或转动的转子，转子在风流中产生相对于有效的、随着最高速度修正的风向垂直的力，力与在帆船行驶时相似地用于推进船。垂直直立的圆柱体围绕其轴线转动，那么从侧面流过的空气由于表面摩擦优选地沿转动方向围绕圆柱体流动。因此，在前侧上，流动速度是较大的并且静态压力时较小的，使得船获得沿前进方向的力。从US4,602,584中已知一种用于船的驱动系统，所述驱动系统具有带有一个或多个转子帆的传统的螺旋桨和舵装置。在此，推进力的产生经由传统的驱动装置和利用通过转子帆产生的马格努斯效应来实现，所述传统的驱动装置通过传统的控制来控制。传统的驱动装置能够驱动转子帆，所述自动化转子帆固然也能够通过自有的驱动装置来驱动。对转子帆的控制通过设在转子帆上风向风力传感器的控制单元来进行，所述控制单元具有两个显示仪器和备用操纵杆，经由所述传感器连接的自动化设备和备用操纵杆能够调节转子帆的转速和转动方向，以便由此对通过马格努斯效应引起的推动力的方向产生影响。目前所研究的马格努斯效应在船只上的应用仅限于推进力的补充，独立控制的转子并不能很好的随着风力和风向进行调整，导致风力与推进力的转换效率不高。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、通过对各马格努斯转子所处位置的风力监测，由主控计算机分析和控制各马格努斯转子的转向与转速，可实现船舶推进力和航行平稳性增强的应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统,包括船舶和若干马格努斯转子，所述若干马格努斯转子竖直地设置在船舶上且马格努斯转子的顶部设有超声波传感器，若干马格努斯转子均由独立的电马达驱动且电马达上配置有变流器；所述船舶上设有主控计算机，主控计算机分别与若干马格努斯转子上的超声波传感器和变流器连接。根据以上方案，所述至少有两个马格努斯转子分别设置在船舶的船体两侧，且这两个马格努斯转子横向设置从而构成船体两侧的反径向力推进器。根据以上方案，所述船舶的重心处设有重力感应器，重力感应器与主控计算机连接。根据以上方案，所述船舶的主推进器包括至少一个的马格努斯转子。根据以上方案，所述超声波传感器可同时检测风向和风力的变化情况，且超声波传感器以无线的方式连接主控计算机。本专利技术有益效果为：本专利技术结构合理，通过传感器监测和主控计算机分析结合，使马格努斯转子船舶航行推进力最大化增强，节省能量以获得更好的经济性；自动化程度高，通过重力传感器和侧面的反径向力推进器，实现船舶防碰防侧翻的应用，对于驾驶员技术要求降低，提高船舶安全性。附图说明图1是本专利技术的系统整体在船舶上的布局结构示意图。图中：1、超声波传感器；2、重力感应器；3、马格努斯转子；4、主控计算机；5、反径向力推进器；6、主推进器。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术的技术方案进行说明。如图1所示，本专利技术所述的一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统,包括船舶和若干马格努斯转子3，所述若干马格努斯转子3竖直地设置在船舶上且马格努斯转子3的顶部设有超声波传感器1，若干马格努斯转子3均由独立的电马达驱动且电马达上配置有变流器；所述船舶上设有主控计算机4，主控计算机4分别与若干马格努斯转子3上的超声波传感器1和变流器连接；所述主控计算机4是船舶自动化行驶的主控制中心，提前输入有船舶运行的四个运行模式：风力不足模式、风力充足模式、停靠模式、紧急模式；主控计算机4根据超声波传感器1获取的船舶各位置风力数据判断得出船舶最佳行驶模式，通过变流器调整电马达的转速和转向，从而调节各马格努斯转子3的运行工况以实现风力的最大化应用。所述至少有两个马格努斯转子3分别设置在船舶的船体两侧，且这两个马格努斯转子3横向设置从而构成船体两侧的反径向力推进器5；当船舶处于大型风浪中有侧翻危险时，或者船舶存在即将碰撞的风险时，通过反径向力推进器5稳定船身加速转弯，避免事故的发生；反径向力推进器5需要操作人员启动紧急模式。所述船舶的重心处设有重力感应器2，重力感应器2与主控计算机4连接；所述重力感应器2应用于船舶的自动驾驶状态下，当船舶处于较大的风浪环境下，主控计算机4根据重力感应器2的数据分析得出侧翻风险时，可自行启动紧急模式开启反径向力推进器5以稳定船身。所述船舶的主推进器6包括至少一个的马格努斯转子3，船舶航行的动力由马格努斯转子3提供，主推进器6与主控计算机4连接可根据不同情况下的行驶模式进行调整，降低船舶驾驶难度，提高船舶行驶安全性。所述超声波传感器1可同时检测风向和风力的变化情况，且超声波传感器1以无线的方式连接主控计算机4，主控计算机4根据超声波传感器1获得的数据，通过风力数据判断船舶的最佳行驶模式和各马格努斯转子3的合理运行工况，提高风力应用和转化效率。本系统的运行方法如下：1、风力风向监控信号的传输二要素超声波传感器，通过与主控制系统的无线连接完成信号传输，船舶行驶实时风力以及风向通过传感器通过无线传输数据至主控制系统，由于马格努斯转子在船舶上位置并不相同，导致各马格努斯转子的最佳转动方向和转速并不相同，则各马格努斯转子的上方都设有传感器；信号传输一共有四组数据分别对应四个马格努斯转子周围的风向风力情况。2、主控制系统接收与处理信号数据主控制系统即主控计算机接收到四组信号数据后，分别对四组数据进行分析计算，控制单元为了确定马格努斯转子的转速和转动方向而应用特性曲线，所述特性曲线设在控制单元中；通过应用能够对每个马格努斯单独设置的特性曲线，能够为每个单独的马格努斯转子最优化推进，因为马格努斯转子的转速和转动方向与风速相关地产生推进力时它的特性是已知的，特性曲线能够通过对每个马格努斯转子的计算或测量来单独地或共同地确定。2、三种航海模式以及紧急模式的启动方法船舶正常行驶情况下分为风力不足情况和风力富足情况，这两种情况船舶的运行模式调整由风力决定。当风力富足情况，船舶推进由马格努斯转子产生能量供给即可。当风力不足情况，船舶推进由马格努斯转子和电马达共同供给。则航行模式船舶行驶基本由自动化设备完成。出于经济性考虑，船舶需停靠港口或者船舶抛锚时，马格努斯转子停止运行节省能量。启动此模式需要人工按下马格努斯转子停止运行按钮。需要考虑的是处于大风浪情况，该模式不建议使用，操作人员根据海面情况自行操作。船舶处于特大风浪或即将发生碰撞事故时，为防止船舶发生侧翻，则需要船舶两侧的径向反向推进器工作来防止事故发生。具体的紧急模式分为自动启动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统,包括船舶和若干马格努斯转子(3)，其特征在于：所述若干马格努斯转子(3)竖直地设置在船舶上且马格努斯转子(3)的顶部设有超声波传感器(1)，若干马格努斯转子(3)均由独立的电马达驱动且电马达上配置有变流器；所述船舶上设有主控计算机(4)，主控计算机(4)分别与若干马格努斯转子(3)上的超声波传感器(1)和变流器连接。

【技术特征摘要】
1.一种应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统,包括船舶和若干马格努斯转子(3)，其特征在于：所述若干马格努斯转子(3)竖直地设置在船舶上且马格努斯转子(3)的顶部设有超声波传感器(1)，若干马格努斯转子(3)均由独立的电马达驱动且电马达上配置有变流器；所述船舶上设有主控计算机(4)，主控计算机(4)分别与若干马格努斯转子(3)上的超声波传感器(1)和变流器连接。2.根据权利要求1所述的应用马格努斯效应的船只自动化行驶系统，其特征在于：所述至少有两个马格努斯转子(3)分别设置在船舶的船体两侧，且这两个马格努斯转子(...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡清波，辛贵鹏，姜计荣，王晓阳，程昭熙，刘杰鑫，李梦霞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42