CN107878720A - 一种可收放的对称翼型风帆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种可收放的对称翼型风帆装置，包括对称翼型风帆、收放帆装置、液压控制装置、自调整攻角装置(16)、风速风向传感器(5)、液压马达控制油管(10)、桅杆(11)和基座(19)；所述对称翼型风帆和所述收放帆装置连接，所述收放帆装置与液压控制装置连接，所述液压控制装置与自调整攻角装置(16)连接。本发明使船舶在航行中利用对称翼型风帆助航，同时自调整攻角装置通过风速风向传感器采集的风向信息自动调整风帆攻角，既提高风能的利用率又提高了调整风帆攻角的灵活性；收放帆装置为船舶航行提供了安全保障。

Description

一种可收放的对称翼型风帆装置
技术领域
本发明涉及风力助航领域，尤其涉及一种可收放的对称翼型风帆装置。
背景技术
风能是自然界中广泛存在的一种清洁能源，在热机出现前的数千年间一直作为船舶的推进动力来源。由于自然风稳定性差，能量密度有限等问题，使得在以蒸汽机为动力的船舶问世以后，柴油机等热机迅速取代了风力作为现代船舶的主要推进动力。然而，一方面随着世界能源的日趋短缺，人们必须迅速找到新的可替代能源；另一方面，公众对环保低碳的要求呼声日益增高的今天，使得人们逐渐将目光转向清洁能源。风能作为清洁能源中技术较为成熟的一种，很早便被应用于船舶工业。近年来，内河、近海、远洋船舶绝大多数采用风帆产生的辅助推力来降低主机功率，达到节能的目的。
风翼帆是一种不同于传统风帆的新型帆，其剖面呈机翼型.风翼帆利用海上风力资源，不断调整攻角使升力与船舶航向尽可能一致，直接转换为船舶推力，其与柴油机一起组成船舶的混合推进动力***，由柴油机提供主动力，风翼帆提供辅助动力。
对于将风翼帆运用在船舶上公开了一些专利，大多数是将帆的形状直接做成翼型。如公告号为CN 201737153U的专利公开了一种翼型风帆，帆面横截面为翼型，桅杆设置于帆面左右受力对称位置，桅杆下端装有转向机构可转动帆面已调整最佳迎风角。
然而，装载这种非对称的单翼型风帆的船舶为了最大程度利用风能，必须要根据风向及时调整风帆的迎风角，当风向有较大变化时，该翼帆需要转动很大的角度，从及时性和节能方面考虑都存在一定弊端；并且该翼帆虽然在静风时设计使桅杆设置于帆面左右受力对称位置，但在有风时，由于桅杆左右的风帆不对称，会产生不同大小的力矩，使桅杆受到较大应力；此外，在风速过高时，该翼帆还缺少收帆装置以确保船舶安全航行。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，而提出一种可收放的对称翼型风帆装置，该装置安全可靠，能够高效利用风力。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种可收放的对称翼型风帆装置，包括对称翼型风帆、收放帆装置、液压控制装置、自调整攻角装置16、风速风向传感器5、液压马达控制油管10、桅杆11和基座19；所述对称翼型风帆和所述收放帆装置连接，所述收放帆装置与液压控制装置连接，所述液压控制装置与自调整攻角装置16连接；
所述对称翼型风帆包括上帆面1、下帆面2、上支架3和下支架4，所述上帆面1与上支架3固定连接，所述下帆面2与下支架4固定连接，所述下支架4与桅杆11固定连接；
所述收放帆装置包括液压马达6和伸缩杆；所述液压马达6与伸缩杆固定连接；所述上帆面1通过上支架3和连接滑块17与液压马达6连接；
所述液压控制装置包括液压控制器15、伸缩杆油槽13、液压马达油槽14和管路；所述伸缩杆油槽13通过管路与伸缩杆连接；所述液压控制器15通过管路分别与伸缩杆油槽13、液压马达油槽14和自调整攻角装置16连接，所述液压马达油槽14通过管路与所述液压马达控制油管10连接；所述液压马达控制油管10与液压马达6连接；
所述自调整攻角装置16通过风速风向传感器5采集的风向信息自动调整风帆攻角；所述风速风向传感器5与上帆面1连接；
所述桅杆11通过轴承12与基座19连接。
进一步地，所述伸缩杆包括第一伸缩杆7、第二伸缩杆8和第三伸缩杆9；第一至第三伸缩杆依次连接。
进一步地，所述伸缩杆伸缩高度达到上限时，上帆面1和下帆面2无缝对接；伸缩高度达到下限时，上帆面1和下帆面2高度平齐。
进一步地，所述对称翼型风帆装置还包括定位槽18，所述定位槽18装设于桅杆11上，其底部为半圆弧形槽，上部为直线形槽。
进一步地，所述液压马达6的转动令连接滑块17在半圆弧形槽中转动，使上帆面1转至下帆面2的相对侧；所述伸缩杆的上下移动带动连接滑块17使上帆面1移动至下帆面2平齐以实现收帆，此时连接滑块17与定位槽18卡定。
进一步地，所述对称翼型风帆横截面为对称的两个薄翼型，中间连接处平滑过渡。
本发明优点主要体现在以下几个方面：
1、本发明利用可收放的对称翼型风帆助航，显著提高了风能的利用率，节约能源；
2、本发明设计的对称翼型风帆减少了在航行中由于非对称的受力而导致桅杆所产生扭曲力矩；
3、本发明设计的对称翼型风帆在风向较大角度变化时，利用对称的设计相较于单翼型风帆减小攻角的偏转量，从而提高了调整风帆攻角的灵活性与及时性，提高助航能力；
4、本发明设计的对称翼型风帆采用硬质材料，其造型简单，空气动力性能和稳定性优于传统软质帆；
5、控制采用液压装置，安全耐用，定位销槽定位，结构简单，操作方便；
6、所设计的收放帆装置提高了船舶在大风浪航行时的安全性；
7、自调整攻角装置可根据海上实时风况改变风帆攻角以提高助航效率，并且提高了船舶的自适应性。
附图说明
图1为可收放的对称翼型风帆装置的结构示意图；
图2为液压马达与上支架连接的俯视示意图(断面图)；
图3为桅杆和定位槽的正视示意图；
图4为收帆过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1、图2和图3，一种可收放的对称翼型风帆装置，包括对称翼型风帆、收放帆装置、液压控制装置、自调整攻角装置16、风速风向传感器5、液压马达控制油管10、桅杆11和基座19；所述对称翼型风帆和所述收放帆装置连接，所述收放帆装置与液压控制装置连接，所述液压控制装置与自调整攻角装置16连接；
所述对称翼型风帆包括上帆面1、下帆面2、上支架3和下支架4，所述上帆面1与上支架3固定连接，所述下帆面2与下支架4固定连接，所述下支架4与桅杆11固定连接；
所述收放帆装置包括液压马达6和伸缩杆；所述液压马达6与伸缩杆固定连接；所述上帆面1通过上支架3和连接滑块17与液压马达6连接；
所述液压控制装置包括液压控制器15、伸缩杆油槽13、液压马达油槽14和管路；所述伸缩杆油槽13通过管路与伸缩杆连接；所述液压控制器15通过管路分别与伸缩杆油槽13、液压马达油槽14和自调整攻角装置16连接，所述液压马达油槽14通过管路与所述液压马达控制油管10连接；所述液压马达控制油管10与液压马达6连接；液压控制器15可自动分配液压油路控制液压马达6、伸缩杆、自调整攻角装置16；所述伸缩杆油槽13、液压马达油槽14与桅杆11中的管路相配合，即使桅杆11在旋转中也可实现液压油的供给。
所述自调整攻角装置16通过风速风向传感器5采集的风向信息自动调整风帆攻角；所述风速风向传感器5与上帆面1连接；
所述桅杆11通过轴承12与基座19连接。
所述伸缩杆包括第一伸缩杆7、第二伸缩杆8和第三伸缩杆9；第一至第三伸缩杆依次连接。
所述伸缩杆伸缩高度达到上限时，上帆面1和下帆面2无缝对接；伸缩高度达到下限时，上帆面1和下帆面2高度平齐。
所述对称翼型风帆装置还包括定位槽18，所述定位槽18装设于桅杆11上，其底部为半圆弧形槽，上部为直线形槽。
所述液压马达6的转动令连接滑块17在半圆弧形槽中转动，使上帆面1转至下帆面2的相对侧；所述伸缩杆的上下移动带动连接滑块17使上帆面1移动至下帆面2平齐以实现收帆，此时连接滑块17与定位槽18卡定。
所述对称翼型风帆横截面为对称的两个薄翼型，中间连接处平滑过渡，采用玻璃纤维加强塑料制成。
该装置的工作过程如下：
结合图4，船舶在正常航行中利用对称翼型风帆辅助航行。通过风速风向传感器5采集的实时风况信息自动计算风帆偏转攻角，同时将信号传入液压控制器15控制液压油至自调整攻角装置16旋转桅杆11，进而调整风帆攻角。
当船舶在恶劣海况航行时，液压控制器15控制液压油经过液压马达油槽14、桅杆11中的液压马达控制油管10至液压马达6，使与其连接的连接滑块17在桅杆11上的定位槽18中顺时针转动180°，从而使上帆面1转至下帆面2的相对侧。
此时液压控制器15控制第一伸缩杆7、第二伸缩杆8和第三伸缩杆9的液压油经过伸缩杆油槽13依次泄放，使伸缩杆下降从而带动连接滑块17使上帆面1移动至与下帆面2平齐的位置以实现收帆。
本发明的工作原理是：
可收放的对称翼型风帆横截面为对称的两个薄翼型，中间连接处平滑过渡。以左侧来风为例，风以一定攻角流过帆面，会使左侧帆的上表面流线变密，下面变疏，根据伯努利定理，帆的上表面空气流速度大、压力小，下表面流速小、压力大，上下表面的压力差对左侧帆面产生升力；同时风流过右侧帆面，可看做流过圆弧形帆表面，由风的动能转化成推动右侧风帆的机械能。左右两侧帆面所受的合力即对称翼型风帆所产生的推力。
通过在优化攻角下对风帆截面的优化，可使左右帆面的合力沿航向方向最大，同时横向受力相抵消，减少了由于非对称的受力而导致桅杆所产生扭曲力矩。此外当风向较大角度变化时，利用对称的设计相较于单翼型风帆减小攻角的偏转量，从而提高了调整风帆攻角的灵活性与及时性。
相较于现有技术，本发明使船舶在航行中利用对称翼型风帆助航，同时自调整攻角装置通过风速风向传感器采集的风向信息自动调整风帆攻角，既提高风能的利用率又提高了调整风帆攻角的灵活性；收放帆装置为船舶航行提供了安全保障。
以上对本发明所提供的一种可收放的对称翼型风帆装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种可收放的对称翼型风帆装置，其特征在于：包括对称翼型风帆、收放帆装置、液压控制装置、自调整攻角装置(16)、风速风向传感器(5)、液压马达控制油管(10)、桅杆(11)和基座(19)；所述对称翼型风帆和所述收放帆装置连接，所述收放帆装置与液压控制装置连接，所述液压控制装置与自调整攻角装置(16)连接；
所述对称翼型风帆包括上帆面(1)、下帆面(2)、上支架(3)和下支架(4)，所述上帆面(1)与上支架(3)固定连接，所述下帆面(2)与下支架(4)固定连接，所述下支架(4)与桅杆(11)固定连接；
所述收放帆装置包括液压马达(6)和伸缩杆；所述液压马达(6)与伸缩杆固定连接；所述上帆面(1)通过上支架(3)和连接滑块(17)与液压马达(6)连接；
所述液压控制装置包括液压控制器(15)、伸缩杆油槽(13)、液压马达油槽(14)和管路；所述伸缩杆油槽(13)通过管路与伸缩杆连接；所述液压控制器(15)通过管路分别与伸缩杆油槽(13)、液压马达油槽(14)和自调整攻角装置(16)连接；所述液压马达油槽(14)通过管路与所述液压马达控制油管(10)连接；所述液压马达控制油管(10)与液压马达(6)连接；
所述自调整攻角装置(16)通过风速风向传感器(5)采集的风向信息自动调整风帆攻角；所述风速风向传感器(5)与上帆面(1)连接；
所述桅杆(11)通过轴承(12)与基座(19)连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述伸缩杆包括第一伸缩杆(7)、第二伸缩杆(8)和第三伸缩杆(9)；第一至第三伸缩杆依次连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述伸缩杆伸缩高度达到上限时，上帆面(1)和下帆面(2)无缝对接；伸缩高度达到下限时，上帆面(1)和下帆面(2)高度平齐。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述对称翼型风帆装置还包括定位槽(18)，所述定位槽(18)装设于桅杆(11)上，其底部为半圆弧形槽，上部为直线形槽。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述液压马达(6)的转动令连接滑块(17)在半圆弧形槽中转动，使上帆面(1)转至下帆面(2)的相对侧；所述伸缩杆的上下移动带动连接滑块(17)使上帆面(1)移动至下帆面(2)平齐以实现收帆，此时连接滑块(17)与定位槽(18)卡定。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述对称翼型风帆横截面为对称的两个薄翼型，中间连接处平滑过渡。
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