基于扑翼的船舶举升与推进装置的制作方法

1.本发明属于船舶动力与节能减阻领域，具体涉及一种基于扑翼的船舶举升与推进装置。


背景技术：

2.船舶主要使用柴油机作为动力装置，柴油机需要消耗大量的化石燃料，且排放物会污染环境。航运业对化石燃料消耗造成的污染问题已经不容忽视，船舶排放的废气中的氮氧化物和硫化物会导致土壤酸化，并严重破坏生态环境，废气还会影响地球生物的健康。研究人员正试图找出减少船舶排放和节能的解决方案，如船体润滑减阻、船舶减速、采用绿色燃料等措施。船体润滑减阻只能降低船体与水之间的摩擦阻力系数，对船舶节能减排的效果有限。船舶减速则违背了经济全球化发展对快速物流的需求。采用绿色燃料作为船舶减排方案时，其所消耗的燃料也是不可再生的资源。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种基于扑翼的船舶举升与推进装置，以减小船舶航行时的水阻力。本发明装置通过扑翼在水中进行往复的踩水运动来产生驱动船舶前进的动力以及举升船舶的支撑力，将船体托离水面以消除船体水阻从而减少船舶的能源消耗。
4.根据本发明实施例的一方面，提供一种船舶举升与推进装置，包括：
5.多个扑翼；
6.驱动机构，所述驱动机构使所述扑翼在水中上下运动产生船舶推进力和举升力，所述驱动机构包括：曲轴；驱动所述曲轴转动的动力系统；多个连杆，每个所述连杆两端分别活动连接所述曲轴和一个推力杆以将所述曲轴的扭矩转化为驱动所述推力杆上下运动的动力，所述推力杆远离所述连杆的一端连接所述扑翼；
7.攻角控制系统，用于控制所述扑翼的攻角。
8.在一些示例中，所述攻角控制系统对船舶上的所述扑翼的攻角进行分区控制。
9.在一些示例中，所述攻角控制系统分别控制船舶左前区域、右前区域、左后区域、右后区域内所述扑翼的攻角。
10.在一些示例中，所述推力杆与船体接触的位置设有确保所述推力杆垂向运动将所述扑翼产生的推进力传递给船体的多个支撑部。
11.在一些示例中，所述支撑部为滚轮。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
13.图1是一种基于扑翼的船舶举升与推进装置示意图。
14.图2是推力杆及船体上支撑推力杆的滚轮的侧视图。
15.图3是推力杆及船体上支撑推力杆的滚轮的俯视图。
16.图4是一种基于扑翼的船舶举升与推进装置攻角控制分组图。
17.图5是安装了船舶举升与推进装置的船舶。
18.附图标记说明：
[0019]1‑
飞轮；
[0020]2‑
曲轴；
[0021]3‑
连杆；
[0022]4‑
推力杆；
[0023]5‑
扑翼；
[0024]6‑
滚轮；
[0025]
i
‑
船舶左前区域攻角控制组；
[0026]
ii
‑
船舶右前区域攻角控制组；
[0027]
iii
‑
船舶左后区域攻角控制组；
[0028]
iv
‑
船舶右后区域攻角控制组。
具体实施方式
[0029]
图1为本发明一实施例提供的一种基于扑翼的船舶举升与推进装置示意图。如图1，所述装置包括飞轮1、曲轴2、多个连杆3、多个推力杆4、多个扑翼5和攻角控制系统。曲轴 2的两端固定安装了飞轮1，可通过船上的电机驱动飞轮1旋转，飞轮1再带动曲轴2旋转。连杆3的两端分别活动连接曲轴2和推力杆4。曲轴2转动时，连杆3将曲轴2的扭矩转化为驱动推力杆4上下运动的动力，推力杆4的上下运动带动与其连接的扑翼5在水中上下运动。扑翼5在水中上下运动时，所述攻角控制系统对每个扑翼5的攻角进行调节，使扑翼5 产生举升船舶和推进船舶的动力。所述攻角控制系统根据船舶重力大小和船舶所需要的前进速度来实时调节每个扑翼5的攻角。当扑翼5向下运动时增大扑翼5的攻角可以获得较大的船舶举升力和推力，扑翼5向上运动时无法产生船舶举升力力但是可以产生船舶推进力，因此扑翼5向上运动时的攻角应较小或者为零。在一种可能的实施方式中，扑翼5连接有电机，所述攻角控制系统通过电机调节扑翼5每个区域的攻角。此外，本申请并不限定扑翼5的具体数量，其可船舶重力大小和船舶所需要的前进速度来确定。
[0030]
如图2、图3所示，扑翼5上所产生的船舶推进力和举升力均由推力杆4传递给船体，因此在推力杆4和船体之间的间隙中安装了多个滚轮6，滚轮6是围绕推力杆4的表面安装的，以保证推力杆4的垂向运动。推力杆6在上下滑动的过程中，滚轮6一方面用于减少推力杆4与船体之间的摩擦力，另一方面将扑翼5产生的船舶推进力传递给船体。
[0031]
图4本发明一实施例提供的一种扑翼攻角控制分组图。本发明装置安装至船舶后，实现船舶纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和艏摇的控制。为了实现船舶6自由度的稳定控制，通过将所有扑翼5分成前后左右四个区域，对扑翼攻角进行分区控制，以提高了船舶的操纵性能。图4中，船舶上的所有扑翼5被分为i、ii、iii、iv四个区域，所述攻角控制系统对这四个区域进行不同的攻角设定来实现船舶的稳定控制。当船舶发生横倾或者横摇时，通过调节船舶左边区域(i、iii)与船舶右边区域(ii、iv)之间的攻角差来使船舶获得减摇力矩。当船舶发生纵倾或者纵摇时，通过调节船舶船艏区域(i、ii)与船艉区域(iii、iv)之间的攻角差
来使船舶获得减摇力矩。
[0032]
图5示出了安装了所述的基于扑翼的船舶举升与推进装置的船舶。本发明装置安装至船舶后，扑翼5依此在水中进行重复的踩水运动并产生举升船舶和推进船舶的力。
[0033]
水翼船只有在一定的航速才可以通过水翼将船体托举离水面，本发明装置在船舶低航速时也可以将船舶举升水面达到消除船体阻力的效果。并且水翼船需要设置螺旋桨作为动力，而本发明装置通过扑翼在水中的踩水运动产生船舶动力，因此本发明装置具有更小的噪声。
[0034]
本发明装置通过扑翼的踩水运动将船体举离水面。船体被举升出水面后船体湿表面积变为零，船体水阻力变为零。因此本发明装置可以很好地实现船舶的节能减排。
[0035]
船舶前进的动力和船舶举升力产生于扑翼的踩水运动，相比于螺旋桨动力装置驱动的船舶具有更低的振动和噪声。
[0036]
通过控制船舶左舷和右舷扑翼的攻角差来控制船舶的航向，在船舶零航速时也可以实现船舶的掉头，因此安装了本发明装置的船舶具有很好的操纵性能。


技术特征：
1.一种船舶举升与推进装置，其特征在于，包括：多个扑翼；驱动机构，所述驱动机构使所述扑翼在水中上下运动产生船舶推进力和举升力，所述驱动机构包括：曲轴；驱动所述曲轴转动的动力系统；多个连杆，每个所述连杆两端分别活动连接所述曲轴和一个推力杆以将所述曲轴的扭矩转化为驱动所述推力杆上下运动的动力，所述推力杆远离所述连杆的一端连接所述扑翼；攻角控制系统，用于控制所述扑翼的攻角。2.根据权利要求1所述的船舶举升与推进装置，其特征在于，所述攻角控制系统对船舶上的所述扑翼的攻角进行分区控制。3.根据权利要求2所述的船舶举升与推进装置，其特征在于，所述攻角控制系统分别控制船舶左前区域、右前区域、左后区域、右后区域内所述扑翼的攻角。4.根据权利要求1或2所述的船舶举升与推进装置，其特征在于，所述推力杆与船体接触的位置设有确保所述推力杆垂向运动将所述扑翼产生的推进力传递给船体的多个支撑部。5.根据权利要求4所述的船舶举升与推进装置，其特征在于，所述支撑部为滚轮。

技术总结
公开了一种船舶举升与推进装置，包括：多个扑翼(5)；驱动机构，所述驱动机构使所述扑翼(5)在水中上下运动产生船舶推进力和举升力，所述驱动机构包括：曲轴(2)；驱动所述曲轴(2)转动的动力系统；多个连杆(3)，每个所述连杆(3)两端分别活动连接所述曲轴(2)和一个推力杆(3)以将所述曲轴(2)的扭矩转化为驱动所述推力杆(4)上下运动的动力，所述推力杆(4)远离所述连杆的一端连接所述扑翼(5)；攻角控制系统，用于控制所述扑翼(5)的攻角。本发明装置通过扑翼(5)在水中进行往复的踩水运动来产生驱动船舶前进的动力以及举升船舶的支撑力，将船体托离水面以消除船体水阻从而减少船舶的能源消耗。源消耗。源消耗。


技术研发人员：徐立 章义平 刘越 陈森杨 夏梦寒
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2021.06.25
技术公布日：2021/11/4