CN104044719A - 帆船用风帆联动增效系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种帆船用风帆联动增效系统，其包括控制系统以及至少一组双风帆联动机构，双风帆联动机构包括两面沿帆船中心线纵向排列的风帆，两面风帆转轴间的间距为风帆前缘到转轴长度的2～3倍，按船行进方向排列位于前方的风帆迎风角大于位于后方的风帆迎风角，并且每个风帆上分别设有测量装置以及驱动装置，所述测量装置以及驱动装置均与所述控制系统相连。本发明通过帆翼的合理布置控制，可以提高双帆系统升阻比10-20%，综合推进效率提高10-15%左右。

Description

帆船用风帆联动增效系统

技术领域

本发明涉及一种船舶与海洋工程领域的一种帆船风帆系统，特别是涉及一种帆船用风帆联动增效系统。

背景技术

帆船是一种利用清洁绿色的天然能源——风能作为主要推进动力的一种古老船舶。在能源和全球变暖问题日趋严峻的今天，风帆动力得到越来越多的重视。然而风帆船的利用仍然存在较多的问题，如效率不高、无法全天候航行、侧向力降低船舶稳性等问题。

中国专利CN102190078A公开一种帆船，该帆船是包括具有硬帆的扬帆机构的装有帆的船，硬帆的高度可变。包括扬帆机构，该扬帆机构具有：硬帆集合体，由上下排列并层叠的多个翼截面筒体的硬帆片构成，除了最下段的硬帆片的各段的硬帆片与正下段的硬帆片外嵌合；桅集合体，由上下排列并层叠的多个筒体的桅片构成，除了最下段的桅片的各段的桅片与正下段的桅片内嵌合；连结体，将同一段的硬帆片的上端部与桅片的上端部连结；第一驱动单元，将除了最下段的桅片的各段的桅片相对于正下段的桅片进行接近分离驱动；以及第二驱动单元，将桅集合体围绕长度方向轴线进行旋转驱动，通过对层叠的桅片间的上下方向重叠量进行可变控制，对层叠的硬帆片间的上下方向重叠量进行可变控制，可以使硬帆集合体伸展收缩。

中国专利CN101209752公开了一种风帆作为辅助动力的远洋货轮。该货轮安装有多面风帆用作推进动力。

这些风帆船局限在单面风帆的技术改进上，即便使用了多面以上的风帆，也没有考虑他们之间的相互作用，实际上通过合理的利用多面风帆之间的空气动力学特性，可以提高推进效率，因此需要研发一种帆船用风帆联动增效系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种帆船用风帆联动增效系统，用于解决现有技术中风帆间不能联动，风帆单独作用其推进效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种帆船用风帆联动增效系统，所述风帆联动增效系统包括控制系统以及至少一组双风帆联动机构，双风帆联动机构包括两面沿帆船中心线纵向排列的风帆，两面风帆转轴间的间距为风帆前缘到转轴长度的2～3倍，按船行进方向排列位于前方的风帆迎风角大于位于后方的风帆迎风角，并且每个风帆上分别设有测量装置以及驱动装置，所述测量装置以及驱动装置均与所述控制系统相连。

优选的，所述风帆为硬质对称翼型风帆。

优选的，所述双风帆联动机构中的风帆采用对称转向方式。

优选的，所述测量装置包括设于风帆顶部的风向传感器以及风速传感器。

优选的，所述驱动装置内设有帆角传感器。

如上所述，本发明的帆船用风帆联动增效系统，具有以下有益效果：采用双帆联动机构确保双帆之间的位置关系，利用前帆后缘下侧产生的相对高压流场，抑制后帆后缘上侧的边界层分离，以提高帆翼的动态失速角，从而提高整个双帆联动机构的效率，以实现双帆之间空气动力学耦合效应，以此提高推进帆船行进效率。

附图说明

图1显示为本发明的帆船用风帆联动增效系统示意图。

图2显示为本发明的双风帆联动机构中双帆的角度示意图。

图3显示为本发明的双风帆联动机构中双帆间距示意图。

图4显示为本发明的双风帆联动机构的控制系统框图。

元件标号说明

1              帆船

2              驱动装置

3              测量装置

4              风帆

5              测量装置

6              风帆

7              驱动装置

8              控制系统

9              帆角传感器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、图2及图3所示，本发明提供一种帆船用风帆联动增效系统，风帆联动增效系统包括控制系统以及至少一组双风帆联动机构，双风帆联动机构包括两面沿帆船中心线AA纵向排列的风帆4、6，两面风帆转轴间的间距H为风帆前缘到转轴长度L的2～3倍（见图3所示），按船行进方向排列位于前方的风帆4的迎风角大于位于后方的风帆6的迎风角，即alpha1>alpha2，并且每个风帆上分别设有测量装置3、5以及驱动装置2、7，测量装置3、5以及驱动装置2、7均与所述控制系统相连。本发明采用双帆联动机构确保双帆之间的位置关系，利用前帆后缘下侧产生的相对高压流场，抑制后帆后缘上侧的边界层分离，以提高帆翼的动态失速角，从而提高整个双帆联动机构的效率，以实现双帆之间空气动力学耦合效应，以此提高推进帆船行进效率。

上述双风帆联动机构中的风帆4、6采用对称转向方式（见图3所示）；风帆为硬质对称翼型风帆，上述风帆前缘即翼帆前缘，风帆采用平衡帆设计，即将风帆转动轴设计在风帆的空气动力中心，以减少转帆机构的动力需求。

两面风帆4、6沿帆船1的中心线AA纵向布置，上述测量装置3、5包括设于风帆顶部的风向传感器以及风速传感器；通过位于风帆顶部的风向传感器以及风速传感器获取实时风向和风速，通过信号电缆传回控制系统8。如图4所示，控制系统8得到实时风速、风向以及导航信息即由船舶导航系统传回的航向信息（如果存在），计算得到风帆实时的转角。控制系统8得到风帆的转角控制指令信号后，输入到下级帆角随动控制系统，即根据驱动机构2、7中的帆角传感器9反馈回来的实际风帆转角和转角指令，通过一定的控制算法控制驱动装置2、7，进而驱动风帆4、6转动到目标位置。

帆船上可设置多组上述双风帆联动机构，其可根据实际需求增加帆的数量组成阵列，但组与组间风帆的间距应既能一定程度上抑制边界层分离，又能方便风帆的旋转，每组内风帆的间距须达到风帆前缘到转轴长度L的2～3倍。

综上所述，本发明的帆船用风帆联动增效系统，其通过帆翼的合理布置控制，可以提高双帆系统升阻比10-20%，综合推进效率提高10-15%左右。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种帆船用风帆联动增效系统，其特征在于，所述风帆联动增效系统包括控制系统（8）以及至少一组双风帆联动机构，双风帆联动机构包括两面沿帆船中心线纵向排列的风帆（4、6），两面风帆转轴间的间距（H）为风帆前缘到转轴长度（L）的2～3倍，按船行进方向排列位于前方风帆（4）的迎风角大于位于后方风帆（6）的迎风角，并且每个风帆上分别设有测量装置（3、5）以及驱动装置（2、7），所述测量装置（3、5）以及驱动装置（2、7）均与所述控制系统（8）相连。

2.根据权利要求1所述的帆船用风帆联动增效系统，其特征在于：所述风帆（4、6）为硬质对称翼型风帆。

3.根据权利要求1所述的帆船用风帆联动增效系统，其特征在于：所述双风帆联动机构中的风帆采用对称转向方式。

4.根据权利要求1所述的帆船用风帆联动增效系统，其特征在于：所述测量装置包括设于风帆顶部的风向传感器以及风速传感器。

5.根据权利要求1所述的帆船用风帆联动增效系统，其特征在于：所述驱动装置（2、7）内设有帆角传感器（9）。