一种蒙皮骨架式风帆以及无人风帆航行器制造技术

本发明专利技术公开了一种蒙皮骨架式风帆以及无人风帆航行器，属于海洋航行器技术领域，风帆包括风帆蒙皮和支撑骨架，风帆蒙皮安装于所述支撑骨架并形成帆面，所述支撑骨架包括由顶部弧形肋板、底部弧形肋板和前缘围成的外框架以及位于外框架竖向中心线上的主梁；所述顶部弧形肋板、底部弧形肋板和前缘形成蜂窝网格构造。本风帆具有轻量化设计、强度提升和提升续航能力等优点。这种风帆结构能够有效地利用海洋风能，提供可靠的推进力，同时减轻了帆船的重量，增加了其稳定性和航行性能。增加了其稳定性和航行性能。增加了其稳定性和航行性能。

【技术实现步骤摘要】
一种蒙皮骨架式风帆以及无人风帆航行器


[0001]本专利技术属于海洋航行器
，尤其涉及一种蒙皮骨架式风帆以及无人风帆航行器。

技术介绍

[0002]风帆驱动技术是一种利用海面自然风能来推动船舶和无人航行器前进的技术。相比传统燃油驱动方式，风帆驱动技术显著降低了航行能耗，因此在海洋无人航行器中具有重要的应用价值。风帆作为风能的捕获器，是风帆驱动技术的核心部件。它通过利用自然风的动能来产生推进力，使船舶或无人帆船能够行驶在海面上。为了获取充足的推进力，扩增风帆面积是常见的方式之一。通过增大风帆的面积，可以增加风能的捕获量，从而提供更强大的推进力。
[0003]扩增风帆面积在提升推进力和改善航行性能方面是一种常见的策略，但它也带来了一些挑战。其中两个主要问题是风帆部件重量的增加和在恶劣海况下维持风帆结构强度的挑战。首先，通过扩增风帆面积来增加推进力会导致风帆部件的重量增加。这是由于增加风帆面积需要更多的材料来构建和支撑风帆结构，从而增加了整个风帆系统的重量。然而，风帆部件的重量增加可能会对无人帆船的适航性产生负面影响。其次，扩增风帆面积也带来了在恶劣海况下维持风帆结构强度的挑战。在恶劣的海况下，如强风、大浪和剧烈气候条件，风帆面积的扩增会增加风力和水动力的作用力。这可能对风帆结构的稳定性和耐久性提出更高的要求。风力和水动力的增加可能会对风帆部件施加更大的载荷和应力，导致结构的变形、疲劳和损坏。
[0004]综上所述，针对无人帆船体积小、负载能力较弱的局限，着力开发轻量化、高强度结构风帆显得尤为重要。<br/>
技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种解决通过增加风帆面积的传统改进方式难以适用无人帆船的问题的蒙皮骨架式风帆以及无人风帆航行器。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种蒙皮骨架式风帆，包括风帆蒙皮和支撑骨架，风帆蒙皮安装于所述支撑骨架并形成帆面，其特征在于：所述支撑骨架包括由顶部弧形肋板、底部弧形肋板和前缘围成的外框架以及位于外框架竖向中心线上的主梁；所述顶部弧形肋板、底部弧形肋板和前缘形成蜂窝网格构造。
[0007]在上述技术方案中，优选的，所述支撑骨架还包括至少一个中部弧形肋板和多个辅助梁，所述中部弧形肋板和多个辅助梁与所述外框架形成面状网格结构。
[0008]在上述技术方案中，优选的，所述辅助梁对称分布在所述主梁的两侧且与主梁平行，所述辅助梁的两端分别连接于所述顶部弧形肋板和底部弧形肋板。
[0009]在上述技术方案中，优选的，所述顶部弧形肋板、底部弧形肋板包括工字梁主体，所述工字梁主体的翼板与腹板之间形成梁槽，梁槽内设置若干筋板体，筋板体与工字梁主
体形成蜂窝网格构造的所述顶部弧形肋板、底部弧形肋板。
[0010]在上述技术方案中，优选的，所述工字梁主体的翼板设有用于插装所述风帆蒙皮上边缘或下边缘的横向插槽，所述横向插槽沿所述工字梁主体侧边缘延伸。
[0011]在上述技术方案中，优选的，所述工字梁主体的腹板两端部向侧方延伸并形成插装凸部，所述插装凸部用于插装所述前缘。
[0012]在上述技术方案中，优选的，所述前缘位于所述外框架的两侧部，所述前缘包括竖向延伸的U型凹板和支撑肋板，所述U型凹板的U形开口朝向所述外框架的内侧，并令所述外框架的侧边外缘形成弧形面；所述支撑肋板与所述U型凹板构成位于所述U形开口的、用于插装所述顶部弧形肋板和底部弧形肋板端部的插接凹部；
[0013]在上述技术方案中，优选的，所述U型凹板的内侧部设有用于插装所述风帆蒙皮侧边缘的竖向插槽，所述竖向插槽沿所述U型凹板的边缘延伸。
[0014]在上述技术方案中，优选的，所述U型凹板包括位于外侧的弧面部以及设于所述弧面部两侧的、相互平行的两平面部，所述支撑肋板是连接于两所述平面部之间且与所述平面部垂直的平面板，所述支撑肋板设有沿长度方向间隔设有的镂空孔。
[0015]本专利技术提出了一种蒙皮骨架式风帆，它具有以下优点和效果：
[0016]1、轻量化设计：蒙皮骨架式风帆采用轻量化设计的蜂窝网格构造作为支撑骨架的顶部弧形肋板、底部弧形肋板和前缘。这种设计大幅降低了整体质量，使得无人帆船能够更有效地利用海洋风能进行推进。相比传统的风帆结构，蒙皮骨架式风帆显著减轻了帆船的重量，从而提高了其航行速度和操控性能。
[0017]2、强度提升：蒙皮骨架式风帆的支撑骨架采用蜂窝网格构造，这种设计不仅减轻了重量，还显著提高了风帆的结构强度。蜂窝网格结构能够有效分散和承受外部风力和水动力的载荷，增强了风帆的稳定性和耐久性。在恶劣的海洋环境下，蒙皮骨架式风帆能够保持其形状和性能，确保无人帆船安全稳定地航行。
[0018]3、提升续航能力：蒙皮骨架式风帆的轻量化设计和优异的推进效率使得无人帆船能够更有效地利用海洋风能进行航行。相比传统燃料驱动的船舶，使用风帆推动的无人帆船能够显著降低能耗，从而延长续航时间和自持能力。这对于长时间海洋探测、科学研究或监测任务的无人帆船来说尤为重要。
[0019]4、解决无人帆船体积和负载能力限制：由于无人帆船体积小、负载能力较弱的特性，传统的通过扩增风帆面积来提升推进力和改善航行性能的传动方式无法实现。然而，本蒙皮骨架式风帆以其独特的设计解决了这个问题。通过采用轻量化、高强度的结构设计，蒙皮骨架式风帆实现了在有限体积和负载能力的限制下，提供足够的推进力和良好的航行性能。这意味着无人帆船可以充分利用风能进行推进，实现长时间的自主航行和持续运行，进一步扩大了无人帆船的应用范围和效能。
[0020]综上所述，海洋无人帆船所使用的蒙皮骨架式风帆具有轻量化设计、强度提升和提升续航能力等优点。这种风帆结构能够有效地利用海洋风能，提供可靠的推进力，同时减轻了帆船的重量，增加了其稳定性和航行性能。
[0021]本专利技术的另一目的，提出一种无人风帆航行器，所述无人风帆船装配有上述的蒙皮骨架式风帆。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术中顶部弧形肋板的结构示意图；
[0024]图3是本专利技术中顶部弧形肋板的截面示意图；
[0025]图4是本专利技术中前缘的结构示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]为解决目前通过增加风帆面积的传统改进方式难以适用无人帆船的问题，本专利技术特提供一种蒙皮骨架式风帆以及无人风帆航行器，本蒙皮骨架式风帆具有轻量化设计、强度提升和提升续航能力等优点。为了进一步说明本专利技术的结构，结合附图详细说明书如下：
[0028]实施例一
[0029]请参阅图1，一种蒙皮骨架式风帆，包括风帆蒙皮8和支撑骨架，风帆蒙皮安装于支撑骨架并形成帆面。
[0030]其中，风帆蒙皮在蒙皮骨架式风帆中扮演着重要的作用。其主要功能是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒙皮骨架式风帆，包括风帆蒙皮和支撑骨架，风帆蒙皮安装于所述支撑骨架并形成帆面，其特征在于：所述支撑骨架包括由顶部弧形肋板、底部弧形肋板和前缘围成的外框架以及位于外框架竖向中心线上的主梁；所述顶部弧形肋板、底部弧形肋板和前缘形成蜂窝网格构造。2.根据权利要求2所述蒙皮骨架式风帆，其特征在于：所述支撑骨架还包括至少一个中部弧形肋板和多个辅助梁，所述中部弧形肋板和多个辅助梁与所述外框架形成面状网格结构。3.根据权利要求3所述蒙皮骨架式风帆，其特征在于：所述辅助梁对称分布在所述主梁的两侧且与主梁平行，所述辅助梁的两端分别连接于所述顶部弧形肋板和底部弧形肋板。4.根据权利要求1所述蒙皮骨架式风帆，其特征在于：所述顶部弧形肋板、底部弧形肋板包括工字梁主体，所述工字梁主体的翼板与腹板之间形成梁槽，梁槽内设置若干筋板体，筋板体与工字梁主体形成蜂窝网格构造的所述顶部弧形肋板、底部弧形肋板。5.根据权利要求5所述蒙皮骨架式风帆，其特征在于：所述工字梁主体的翼板设有用于插装所述风帆蒙皮上边缘或下边缘的横向插槽，所述横向插槽沿所述工字梁主体侧边缘延伸。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚楠，孟祥辉，王树新，尹宋炜，王延辉，张宏伟，刘玉红，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：