一种新型船舶助力风帆制造技术

本发明专利技术公开了一种新型船舶助力风帆，包括船舶主体，所述船舶主体上转动连接有桅杆，所述桅杆上连接有船帆，所述桅杆的下端连接有转向机构，所述船帆的内部安装有变形机构，所述变形机构包括套接在桅杆上的外壳和安装在外壳内的主动转筒和从动转筒，外壳位于主动转筒和从动转筒的上、下端，所述外壳包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体上下交错分布，第一壳体位于桅杆的左侧，第二壳体位于桅杆的右侧，本发明专利技术通过设置可转动角度的桅杆和调节拱度的船帆，并在船帆内设置转筒使船帆转动，通过依次调节船帆的角度、拱度和转动船帆，逐步增大船帆所受到的推力，在不影响正常航行的情况下，最大程度的利用风能。最大程度的利用风能。最大程度的利用风能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型船舶助力风帆


[0001]本专利技术涉及船舶风帆
，具体为一种新型船舶助力风帆。

技术介绍

[0002]传统风帆可在顺风下利用风压助力，逆风与侧风条件下通过调整风帆的与来风之间的攻角，利用风帆两侧的压差产生升力，并靠推力在行驶方向的分力为船舶前进提供动力，虽然传统风帆可在多种风向下发挥作用，但是对非顺风向来风利用率不高。
[0003]近年来，多种新概念的风帆助力系统的在实船上得到应用，其中具有代表性的是天帆系统，天帆系统通过在船舶露天甲板上挂充氦气的风筝帆，通过风筝帆的牵引力来实现对船舶航行的助力，但是由于风筝帆的自由度较高，降低了其操控性与可靠性，所以该装置最大的短板是对风向要求较高，天帆系统无法应用于风向多变的场景，而仅应用于特定航线的远洋船舶。另外还有一种得到认可的新型船帆是转筒帆（也叫转子帆），转筒帆是运用马格努斯效应，使经过转筒的侧向来风在转筒的驱动下在行驶方向产生推力产生压差，进而起到利用风能为船舶助力的作用。在航线经过设计的前提下，上述两种系统可以利用特定方向的风，降低油耗达到20%
‑
30%，但是使用场景受航线与风向的限制，当海况复杂，风向不稳定，风帆助力系统难以发挥作用。综上所述，亟需引入一种新型的助力船帆，在满足对多方向风能的高效利用的同时，提高系统的操纵性与稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种新型船舶助力风帆，通过依次调节船帆与气流之间的攻角、船帆的拱度并转动船帆逐步增大船帆所受到的推力，在保证横向的受力没有超过影响船舶正常航行的阈值的情况下，最大程度的提高对风能的利用率，提高风帆对航行的加速作用，达到降低油耗、节约能源的效果，同时船舶始终处于正常航行状态，提高了船舶的操纵性和稳定性。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：一种新型船舶助力风帆，包括船舶主体，所述船舶主体上转动连接有桅杆，所述桅杆的下端连接有转向机构，所述桅杆上安装有变形机构，变形机构上套接有船帆，所述变形机构包括套接在桅杆上的第一套筒，所述第一套筒上套接有第二套筒，所述第一套筒上连接有上下分布的第二壳体，所述第二套筒上连接有上下分布的第一壳体，所述第一壳体和第二壳体上下交错分布，第二壳体位于桅杆的左侧，第一壳体位于桅杆的右侧，所述第二套筒上还开设有滑动槽用于使第二壳体在滑动槽内转动，所述第一壳体和第二壳体的结构对称，所述第一壳体是横截面为扁平状的环形壳体，所述第一壳体和第二壳体的内壁端部均固定主动转筒，两个主动转筒分别位于第一壳体之间和第二壳体之间，所述船帆套接在两个主动转筒上。
[0006]为了船帆转动更加顺畅，并保证船帆的张力，所述第一壳体包括固定壳体和滑动壳体，两者滑动连接，所述滑动壳体包括转筒安装槽和连接部，所述连接部与固定壳体连接，所述转筒安装槽内安装有多个从动转筒，所述主动转筒固定在转筒安装槽的外侧端部，
所述固定壳体套接在第二套筒上，所述第一套筒与第二壳体的主动转筒之间以及第二套筒与第一壳体的主动转筒之间均连接有伸缩杆，所述伸缩杆位于固定壳体和滑动壳体之间用于保证船帆的张力。
[0007]为了驱动主动转筒旋转，进一步使船帆转动，提高船帆推力，所述主动转筒包括上下两端的安装部和位于中间的旋转部，下端的所述安装部内固定有电动机，所述旋转部与电动机与连接，由电动机驱动旋转，所述船帆套接在旋转部上。
[0008]为了控制桅杆、内套筒和外套筒的转动角度，进一步调整船帆与气流之间的攻角和船帆的拱度，所述转向机构包括旋转平台和控制器，所述旋转平台包括第一平台、第二平台和第三平台，所述第一平台与桅杆连接，所述第二平台固定在桅杆上，与桅杆一起转动，所述第二平台的上表面与第一套筒连接，控制第一套筒的转动，所述第三平台固定在第一套筒，所述第二套筒与第三平台连接，所述控制器控制旋转平台的转动，所述桅杆和船舶主体的甲板之间安装有测力装置，用于检测船舶纵横两向的受力信息，所述测力装置与控制器连接。
[0009]为了提高顺风航行时船帆对风能的利用率，船帆的调节方法如下：船舶顺风航行时，S11、将伸缩杆向两侧拉伸，将船帆完全展开；S12、转向机构旋转调整船帆的迎风角度，增大船帆受到的推力，当纵向推力最大且横向的受力没有超过影响船舶正常航行的阈值时转向机构停止调整；S13、将船帆固定，且船帆内部的主动转筒不转动；船舶受到横向来风时，F
船
为当前船帆所受到的推力，F
阈
为船帆在不影响船舶正常航行所受到的最大值推力；S21、转向机构调整船帆的角度，以增加船帆翼型与气流之间的攻角，增大船帆受到的推力，当F
船
=F
阈
时，旋转平台停止转动，将船帆角度固定；S22、当F
船
<F
阈
，变形机构控制船帆变形，调整船帆的拱度，改变船帆翼型与气流之间的攻角，进一步增大船帆受到的推力，当F
船
=F
阈
时，变形机构停止对船帆拱度的调节；S23、当F
船
<F
阈
，启动主动转筒带动船帆转动，风帆凸面运动方向与气流运动方向相同，帆面对气流起加速作用，进一步提高船帆所受的推力。
[0010]根据上述技术方案，在S21和S22中，船帆的角度转动所受到的推力L为其中α是风帆的攻角，c是来流速度，v是机翼运动速度，ρ是流体密度，可见在一定范围内，随着攻角增大，船帆翼型产生的升力逐渐增大。
[0011]根据上述技术方案，在S23中，由主动转筒转动产生的马格努斯力为其中，n表示主动转筒数量，h表示风帆转筒的高度，A是常数，ω表示转筒旋转的角速度，v是来流速度，r是转筒的半径，风帆所受的合力为F
船
=L+Fm。
[0012]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：通过依次调节船帆与气流之间的攻角、船帆的拱度并转动船帆依次增大船帆所受到的推力，在保证横向的受力没有超过影
响船舶正常航行的阈值的情况下，最大程度的提高对风能的利用率，提高风帆对航行的加速作用，达到降低油耗、节约能源的效果，同时船舶始终处于正常航行状态，提高了船舶的操纵性和稳定性。
附图说明
[0013]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的船帆的局部结构的剖面示意图；图3是本专利技术的船帆的转向机构示意图；图4是本专利技术的船帆结构的俯视示意图；图5是本专利技术的第一壳体的内部结构示意图；图6是本专利技术的主动转筒的内部结构示意图；图7是船舶顺风航行的船帆朝向示意图；图8是船帆在横向来风中的朝向示意图；图9是船帆在横向来风中的拱度变化示意图；图10是船帆在横向来风中的船帆滚动示意图；图中：1、船帆；2、变形机构；4、桅杆；5、旋转平台；51、第一平台；52、第二平台；53、第三平台；6、控制器；7、从动转筒；8、主动转筒；9、船舶主体；101、第一壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型船舶助力风帆，包括船舶主体，所述船舶主体上转动连接有桅杆，所述桅杆的下端连接有转向机构，其特征在于：所述桅杆上安装有变形机构，变形机构上套接有船帆，所述变形机构包括套接在桅杆上的第一套筒，所述第一套筒上套接有第二套筒，所述第一套筒上连接有上下分布的第二壳体，所述第二套筒上连接有上下分布的第一壳体，所述第一壳体和第二壳体上下交错分布，第二壳体位于桅杆的左侧，第一壳体位于桅杆的右侧，所述第二套筒上还开设有滑动槽用于使第二壳体在滑动槽内转动，所述第一壳体和第二壳体的结构对称，所述第一壳体是横截面为扁平状的环形壳体，所述第一壳体和第二壳体的内壁端部均固定主动转筒，两个主动转筒分别位于第一壳体之间和第二壳体之间，所述船帆套接在两个主动转筒上。2.根据权利要求1所述的一种新型船舶助力风帆，其特征在于：所述第一壳体包括固定壳体和滑动壳体，两者滑动连接，所述滑动壳体包括转筒安装槽和连接部，所述连接部与固定壳体连接，所述转筒安装槽内安装有多个从动转筒，所述主动转筒固定在转筒安装槽的外侧端部，所述固定壳体套接在第二套筒上，所述第一套筒与第二壳体的主动转筒之间以及第二套筒与第一壳体的主动转筒之间均连接有伸缩杆，所述伸缩杆位于固定壳体和滑动壳体之间用于保证船帆的张力。3.根据权利要求1所述的一种新型船舶助力风帆，其特征在于：所述主动转筒包括上下两端的安装部和位于中间的旋转部，下端的所述安装部内固定有电动机，所述旋转部与电动机与连接，由电动机驱动旋转，所述船帆套接在旋转部上。4.根据权利要求1所述的一种新型船舶助力风帆，其特征在于：所述转向机构包括旋转平台和控制器，所述旋转平台包括第一平台、第二平台和第三平台，所述第一平台与桅杆连接，所述第二平台固定在桅杆上，与桅杆一起转动，所述第二平台的上表面与第一套筒连接，控制第一套筒的转动，所述第三平台固定在第一套筒，所述第二套筒与第三平台连接，所述控制器控制旋转平台的转动，所述桅杆和船舶主体的甲板之间安装有测力装置，用于检测船舶纵横两向的受力信息，所述测力装置与控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元浩，常书平，刘治国，谢超，
申请(专利权)人：常州玻璃钢造船厂有限公司，
类型：发明
国别省市：