船用可变翼型风帆的制作方法

1.本公开属于风帆助航技术领域，特别涉及一种船用可变翼型风帆。


背景技术：

2.越来越多的船舶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。
3.相关技术中，船用的风帆多为翼型风帆。翼型风帆是一种剖面呈对称结构的机翼型。翼型风帆包括多个风翼骨架、蒙皮和桅杆。多个风翼骨架层叠布置，且通过桅杆串接在一起。桅杆与船舶的甲板面上的回转驱动机构可转动地连接。蒙皮包覆在多个风翼骨架外。这样，翼型风帆利用海上风力资源，通过调整桅杆的转动角度，便可调整翼型风帆的攻角(机翼弦线与来风之间的夹角)，使得翼型风帆的向前的动力与船舶航向尽可能一致。最终实现翼型风帆为船舶提供辅助动力。
4.然而，由于以上结构中的翼型风帆的剖面为固定的，这样就会导致翼型风帆的推力效果不佳，影响翼型风帆的推进效率。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种船用可变翼型风帆，可以根据风况，使得襟翼和鼻翼相对主体按指令控制摆动，进而调整翼型风帆的剖面翼型，以提高风帆的推进效率。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种船用可变翼型风帆，所述船用可变翼型风帆包括多个风翼骨架、第一驱动组件、桅杆和蒙皮；每个所述风翼骨架均包括襟翼、主体和鼻翼，所述主体与桅杆连接，且所述主体的延伸方向与所述桅杆垂直，所述多个风翼骨架的各个主体沿所述桅杆的长度方向排列，沿着垂直于桅杆的方向，所述鼻翼和所述襟翼分别连接在对应的所述主体的首尾两侧；所述第一驱动组件与所述风翼骨架连接，且所述第一驱动组件用于驱动所述襟翼和所述鼻翼中的相对于对应的所述主体摆动，以改变所述风翼骨架的剖面的内侧和外侧的弯曲度，所述风翼骨架的剖面为垂直于所述风翼骨架的延伸方向截面，所述内侧和所述外侧分别位于所述风翼骨架的剖面的延伸方向的两侧；所述蒙皮包覆在所述多个风翼骨架外。
7.在本公开的又一种实现方式中，所述船用可变翼型风帆还包括连接板，所述连接板垂直串接在多个所述襟翼上，且所述连接板的长度方向与所述桅杆的轴线方向相同；对于任何一个所述风翼骨架，所述襟翼与对应的所述主体相铰接，且所述襟翼和所述主体的铰接轴与所述风翼骨架的延伸方向垂直；所述第一驱动组件包括第一驱动油缸，所述第一驱动油缸位于其中至少一个所述风翼骨架上，且所述第一驱动油缸的活塞杆端与所连接的所述风翼骨架对应的所述襟翼连接，所述第一驱动油缸的缸体端与所连接的所述风翼骨架对应的所述主体连接，所述第一驱动油缸的活塞杆的伸缩方向与所述风翼骨架的延伸方向相同，且所述第一驱动油缸活塞杆所在的直线与所述襟翼和所述主体的铰接轴不同线。
8.在本公开的又一种实现方式中，所述鼻翼与对应的所述主体相铰接，且所述鼻翼
和对应的所述主体的铰接轴与所述风翼骨架的延伸方向垂直；所述第一驱动组件包括第二驱动油缸，所述第二驱动油缸位于其中至少一个所述风翼骨架上，且所述第二驱动油缸的活塞杆端与所连接的所述风翼骨架对应的所述鼻翼连接，所述第二驱动油缸的缸体端与所连接的所述风翼骨架对应的所述主体连接，所述第二驱动油缸的活塞杆的伸缩方向与所述风翼骨架的延伸方向相同，且所述第二驱动油缸的活塞杆所在的直线与所述鼻翼和所述主体的铰接轴不同线。
9.在本公开的又一种实现方式中，对于同一个风翼骨架，所述第一驱动油缸为两个，两个所述第一驱动油缸以所述襟翼和所述主体的铰接轴所在的直线为对称轴对称布置。
10.在本公开的又一种实现方式中，对于同一个风翼骨架，所述第二驱动油缸为两个，两个所述第二驱动油缸以所述鼻翼和所述主体的铰接轴所在的直线为对称轴对称布置。
11.在本公开的又一种实现方式中，所述襟翼和所述鼻翼中相对于对应的所述主体的摆动范围均为
±
15度。
12.在本公开的又一种实现方式中，所述风翼骨架为对称结构，且所述风翼骨架的对称面过所述风翼骨架的弦线且与所述桅杆的轴线平行。
13.在本公开的又一种实现方式中，述船用可变翼型风帆还包括第二驱动组件，所述第二驱动组件与所述桅杆的底端连接，所述第二驱动组件用于驱动所述桅杆在第一位置与第二位置之间切换，所述第一位置为所述桅杆与船体的甲板垂直时对应的位置，所述第二位置为所述桅杆与所述船体的甲板平行时对应的位置。
14.在本公开的又一种实现方式中，所述第二驱动组件包括第三驱动油缸，所述第三驱动油缸位于所述桅杆的一侧，且所述第三驱动油缸的缸体端与船舶铰接，所述第三驱动油缸的活塞杆端与所述桅杆的底端的外壁连接。
15.在本公开的又一种实现方式中，所述船用可变翼型风帆还包括太阳能板，所述太阳能板贴附在所述蒙皮的外表面。
16.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
17.通过本公开实施例提供的船用可变翼型风帆作为船舶的辅助动力时，由于该翼型风帆包括多个风翼骨架、第一驱动组件、桅杆和蒙皮，且桅杆的底端用于与回转驱动机构连接，这样，便可通过桅杆将该翼型风帆安装在船舶上。
18.与此同时，由于第一驱动组件能够驱动所述襟翼和所述鼻翼中相对于所述主体摆动一定角度，这样便可随时调整翼型风帆的内侧与外侧的弯曲度，进而根据风向和风况，来调整翼型风帆的受风面积，以此大大提高翼型风帆的推进效率。
附图说明
19.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本公开实施例提供的翼型风帆的结构示意图；
21.图2为本公开实施例提供的风翼骨架与第一驱动组件的连接的结构示意图；
22.图3为本公开实施例提供的风翼骨架的结构示意图；
23.图4为本公开实施例提供的风翼骨架的结构示意图；
24.图5为本公开实施例提供的风翼骨架变翼型后的结构示意图；
25.图6为本公开实施例提供的风翼骨架贴附太阳板的结构示意图。
26.图中各符号表示含义如下：
27.1、风翼骨架；11、襟翼；12、主体；13、鼻翼；14、减重孔；15、铰接件；
28.2、第一驱动组件；21、第一驱动油缸；22、第二驱动油缸；
29.3、桅杆；
30.4、蒙皮；
31.5、连接板；
32.6、第二驱动组件；61、第三驱动油缸；62、连接件；
33.7、太阳能板。
具体实施方式
34.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
35.为了清楚的说明本公开实施例提供的翼型风帆，这里优先说明一下翼型风帆的工作原理。
36.翼型风帆在风能的驱动下，能够为船舶提供辅助驱动力。具体原理如下：
37.当空气流动得快的时候，在空气的流动方向上挡住它的物体就会受到空气的冲击，这种冲击产生的压力为动压力。当翼型风帆顺风行驶时，就是空气对翼型风帆的动压力推动船舶前进。
38.当迎风驶帆时，船舶在风的静压力推动下前进。当气流通过翼型风帆时，由于翼型风帆的剖面为弧形，根据伯努利原理，翼型风帆的剖面的前面的气流速度高而产生低压区，这样就会使翼型风帆的和后面产生压强差，这个压强差使翼型风帆产生了向前的动力。
39.本公开实施例提供了一种船用可变翼型风帆，如图1所示，船用可变翼型风帆包括多个风翼骨架1、第一驱动组件2、桅杆3和蒙皮4。多个风翼骨架1与桅杆3连接，且沿桅杆3的长度方向依次排列。第一驱动组件2与其中一个风翼骨架1连接。蒙皮4包覆在多个风翼骨架1外。
40.图2为本公开实施例提供的风翼骨架与第一驱动组件的连接的结构示意图，结合图2，每个风翼骨架1均包括襟翼11、主体12和鼻翼13。主体12与桅杆3连接，且主体12的延伸方向与桅杆3垂直。多个风翼骨架1的各个主体12沿桅杆的长度方向排列。沿着垂直于桅杆3的方向，襟翼11和鼻翼13分别连接在对应的主体12的相对两侧。
41.第一驱动组件2用于驱动襟翼11和鼻翼13中相对于对应的主体12摆动，以改变风翼骨架1的剖面的内侧与外侧的弯曲度，风翼骨架1的剖面为垂直于风翼骨架的延伸方向截面，内侧和外侧分别位于风翼骨架1的剖面的延伸方向的两侧。
42.通过本公开实施例提供的船用可变翼型风帆作为船舶的辅助动力时，由于该翼型风帆包括多个风翼骨架1、第一驱动组件2、桅杆3和蒙皮4，且桅杆3的底端用于与回转驱动机构连接，这样，便可通过桅杆3将该翼型风帆安装在船舶上。
43.与此同时，由于第一驱动组件2能够驱动襟翼11和鼻翼13中的相对于主体12摆动，
这样便可随时调整翼型风帆的内侧与外侧的弯曲度，使得翼型风帆的形成的拱形的拱度可以根据风向和风况进行调整，进而调整翼型风帆的受风面积，大大提高翼型风帆的推进效率。
44.比如，船舶行驶且翼型风帆顺风时，可以通过第一驱动组件2驱动襟翼11和鼻翼13中的相对于主体12摆动，使得翼型风帆的剖面的弦长最大，进而使得翼型风帆的受风面积最大，受到的推动力最大。而当船舶行驶且翼型风帆迎风时，可以通过第一驱动组件2驱动襟翼11和鼻翼13中相对于主体12摆动，使得翼型风帆的内侧的弯曲度和外侧的弯曲度最大(从外侧向内侧的方向与风向相反)，这样便可使得翼型风帆受风面积最大，受到的压强差和推动力最大。
45.本实施例中，襟翼11的长度大于鼻翼13的长度。沿着行驶方向，襟翼11相对鼻翼13位于船舶的外侧。
46.示例性地，以上所说的翼型风帆的内侧与外侧的位置，可以参见图2中的l
内
和l
外
。其中，l
内
为位于直线a的一侧的翼型风帆的弧线，l
外
为位于直线a的另一侧的翼型风帆的弧线。
47.本实施例中，当襟翼11和鼻翼13处于原始状态(即不相对于主体12摆动)风翼骨架1的延伸方向为风翼骨架1的弦长方向，参见图2中直线a所在的方向。
48.翼型风帆的剖面为不规则圆弧形，翼型风帆的剖面的尖尾点为翼型风帆的后缘(如图2中的点p)。在翼型风帆的剖面的轮廓线上，有一点与后缘的距离最大，该点称为翼型风帆的前缘(如图2中点o)。连接前缘和后缘的直线，为翼型风帆的弦线(如图2中直线a)，其中线段po的长度即为翼型风帆的弦线的长度。
49.示例性地，桅杆3的底部与船舶之间通过回转驱动机构连接。这样方便调整桅杆3的转动角度，使得桅杆3在回转驱动机构的驱动下可以让翼型风帆进行360
°
自由的旋转，以适应风向。
50.图3为本公开实施例提供的风翼骨架的结构示意图，结合图3，本实施例中，沿着风翼骨架1的延伸方向，襟翼11、主体12和鼻翼13上均布置有多个相互间隔的减重孔14。
51.在上述实现方式中，减重孔14的布置能够大大减轻风翼骨架1的重量，使得翼型风帆能够实现轻量化。
52.本实施例中行，减重孔14的形状可以为多种，比如，梯形、三角形等等。只要能够与襟翼11、主体12和鼻翼13的形状进行匹配且不影响襟翼11、主体12和鼻翼13的正常使用即可，对此，本公开不做限制。
53.再次参见图1和图2，可选地，船用可变翼型风帆还包括连接板5，连接板5为长条状，连接板5垂直串接在多个襟翼11上，且连接板5的长度方向与所述桅杆3的轴线方向相同。
54.对于任何一个风翼骨架1，襟翼11与对应的主体12相铰接，且襟翼11和主体12的铰接轴与风翼骨架1的延伸方向垂直。
55.第一驱动组件2包括第一驱动油缸21，第一驱动油缸21位于其中至少一个风翼骨架1上，且第一驱动油缸21的活塞杆端与所连接的风翼骨架1对应的襟翼11连接，第一驱动油缸21的缸体端与所连接的风翼骨架1对应的主体12连接，第一驱动油缸21的活塞杆的伸缩方向与风翼骨架1的延伸方向相同，且第一驱动油缸21的活塞杆所在的直线与襟翼11和
主体12的铰接轴不同线
56.在上述实现方式中，由于襟翼11与对应的主体12相铰接，且襟翼11和主体12的铰接轴与风翼骨架1的延伸方向垂直，所以，在第一驱动油缸21的驱动下，襟翼11会相对主体12进行摆动。
57.又因为连接板5用于将多个襟翼11串在一起。这样，当其中一个襟翼11相对主体12摆动时，在连接板5的作用下，其他所有的襟翼11也会跟随一起摆动。
58.也就是说，在第一驱动油缸21的驱动下，只要有一个襟翼11发生摆动，那么其他的襟翼11也会跟随摆动。
59.示例性地，第一驱动油缸21的伸缩端与对应的襟翼11连接，第一驱动油缸21的固定端与对应的主体12连接。这里所说的对应是指第一驱动油缸21与所在的风翼骨架1上的主体12和襟翼11连接。
60.本实施例中，襟翼11与主体12之间的铰接轴(如图2中的点a)位于风翼骨架1的弦线方向(如图2中的直线a所在的方向)上，且第一驱动油缸21位于襟翼11与主体12之间的铰接轴的一侧。
61.图4为本公开实施例提供的风翼骨架的结构示意图，结合图4，示例性地，对于任何一个风翼骨架1，襟翼11与主体12之间通过铰接件15铰接在一起。铰接件15的固定端与主体12连接，铰接件15的旋转端与襟翼11连接。这样能够方便实现襟翼11与主体12之间的铰接。
62.再次参见图2，鼻翼13与对应的主体12相铰接，且鼻翼13和对应的主体12的铰接轴与风翼骨架1的延伸方向垂直。
63.第一驱动组件2包括第二驱动油缸22，第二驱动油缸22位于其中至少一个风翼骨架1上，且第二驱动油缸22的活塞杆端与所连接的风翼骨架1对应的鼻翼13连接，第二驱动油缸22的缸体端与所连接的风翼骨架1对应的主体12连接，第二驱动油缸22的活塞杆的伸缩方向与风翼骨架1的延伸方向相同，且第二驱动油缸22的活塞杆所在的直线与鼻翼13和主体12的铰接轴不同线。
64.在上述实现方式中，第二驱动油缸22用于驱动其中一个鼻翼13相对主体12摆动。由于鼻翼13较短，且外部套接有蒙皮4，所以当其中一个鼻翼13相对主体12摆动时，其他鼻翼13在蒙皮4的带动下，同样也可以发生摆动。也就是说，在第二驱动油缸22的驱动下，只要有一个鼻翼13发生摆动，那么其他的鼻翼13也会跟随摆动。
65.示例性地，第二驱动油缸22的伸缩端与对应的鼻翼13连接，第二驱动油缸22的固定端与对应的主体12连接。这里所说的对应是指第二驱动油缸22与所在的风翼骨架1上的鼻翼13和主体12连接。
66.示例性地，第一驱动组件2可以为2组，其中，两组第一驱动组件2沿连接板5的长度方向分别布置在对应的风翼骨架1上。
67.本实施例中，为了增加第一驱动组件2与对应的风翼骨架1之间的连接牢固度，与第一驱动组件2相连接的风翼骨架1为加强型风翼骨架，即加强型风翼骨架可以不设置减重孔，也可以在原来的风翼骨架1的结构上增加多个加强筋结构，以增加风翼骨架1的强度。
68.本实施例中，沿着风翼骨架1的弦长方向，由于鼻翼13的长度小于襟翼11的长度。所以，鼻翼13可以不需要连接板5进行串接。当然，为了使得鼻翼13摆动的灵活，也可以将鼻翼13通过连接板5串接在一起，类似襟翼11的连接方式，本公开对此不做限制。
69.示例性地，对于任何一个风翼骨架1，鼻翼13与主体12之间也通过铰接件15铰接在一起。铰接件15的固定端与主体12连接，铰接件15的旋转端与鼻翼13连接。这样能够方便实现鼻翼13与主体12之间的铰接。
70.本实施例中，鼻翼13与主体12之间的铰接轴(如图2中的点b)位于鼻翼13的弦线方向上，且第二驱动油缸22位于鼻翼13与主体12之间的铰接轴的一侧。
71.可选地，对于同一个风翼骨架1，第一驱动油缸21为两个，两个第一驱动油缸21以襟翼11和主体12的铰接轴所在的直线为对称轴对称布置在一个风翼骨架1。
72.在上述实现方式中，在同一个风翼骨架1上布置两个第一驱动油缸21，这样可以使得其中一个第一驱动油缸21作为操作油缸，另一个为备用油缸，以避免其中一个第一驱动油缸21出现故障而影响使用。
73.可选地，对于同一个风翼骨架1，第二驱动油缸22为两个，两个第二驱动油缸22以鼻翼13和主体12的铰接轴所在的直线为对称轴对称布置在一个风翼骨架1。
74.在上述实现方式中，在同一个风翼骨架1上布置两个第二驱动油缸22，这样可以使得其中一个第二驱动油缸22作为操作油缸，另一个为备用油缸，以避免其中一个第二驱动油缸22出现故障而影响使用。
75.本实施例中，襟翼11和鼻翼13中相对于对应的主体12的摆动范围为
±
15度。
76.在上述实现方式中，将襟翼11和鼻翼13的摆动范围设置为以上范围，这样能够使得翼型风帆的翼型和迎角最佳，进而产生高效的推动力。
77.也就是说，图5中的角度α为15度。此为襟翼11按照图5中向下摆动的最大范围。类似的，鼻翼13的摆动范围也为如此。
78.示例性地，风翼骨架1为对称结构，且所述风翼骨架1的对称面过所述风翼骨架1的弦线且与所述桅杆3的轴线平行。
79.在上述实现方式中，将风翼骨架1设置为对称结构，这样可以使得翼型风帆在襟翼11和鼻翼13不发生摆动时，翼型风帆的剖面为对称结构，即内侧和外侧相对弦长对称。
80.示例性地，翼型风帆的风翼骨架1为刚性结构。比如，翼型风帆为对称型的naca0009型翼型风帆。
81.再次参见图1，可选地，船用可变翼型风帆还包括第二驱动组件6，第二驱动组件6与桅杆3的底端连接，第二驱动组件6用于驱动桅杆3在第一位置与第二位置之间切换，第一位置为桅杆3与船体的甲板垂直时对应的位置，第二位置为桅杆3与船体的甲板平行时对应的位置。
82.在上述实现方式中，第二驱动组件6用于驱动翼型风帆放平收起。即在不使用或者极端恶劣的天气时，可以通过第二驱动组件6将翼型风帆驱动至第二位置放倒在船舶上，以免破坏翼型风帆。
83.示例性地，第二驱动组件6包括第三驱动油缸61，第三驱动油缸61的固定端与船舶铰接，第三驱动油缸61的伸缩端与桅杆3的底端的外壁连接。
84.在上述实现方式中，第三驱动油缸61能够方便的对桅杆3进行驱动，以便桅杆3在第一位置和第二位置之间切换。
85.可选地，第二驱动组件6还包括连接件62，连接件62套接在桅杆3的底端的外壁，第三驱动油缸61的伸缩端与连接件62连接。
86.在上述实现方式中，连接件62用于将第三驱动油缸61与桅杆3连接在一起。
87.示例性地，第三驱动油缸61可以为两个，两个第三驱动油缸61位于桅杆3的轴线的同一侧，且两个第三驱动油缸61分别与船舶的甲板面铰接。
88.通过布置两个第三驱动油缸61，可以增大第三驱动油缸61的驱动力，进而提高第二驱动组件6的驱动效率。
89.图6为本公开实施例提供的风翼骨架贴附太阳板的结构示意图，结合图6，可选地，船用可变翼型风帆还包括太阳能板7，太阳能板7贴附在蒙皮4的外表面。
90.在上述实现方式中，太阳能板7用于吸收太阳光，以便将太阳能加以利用，用于船舶上。比如，用于船舶的照明等等。
91.本实施例中，太阳能板7对应的贴附在主体12对应的蒙皮4上。
92.下面简单介绍本公开实施例提供的船用可变翼型风帆的工作方式：
93.当船舶行驶且翼型风帆顺风时，可以通过第一驱动组件2驱动襟翼11和鼻翼13中相对于主体12摆动，使得翼型风帆的沿自身的延伸方向的长度最大，进而使得翼型风帆的受风面积最大，受到的推动力最大。
94.而当船舶行驶且翼型风帆迎侧风时，可以通过第一驱动组件2驱动襟翼11和鼻翼13中相对于主体12摆动，使得翼型风帆的内侧长度最小，外侧长度最大(从外侧向内侧的方向与风向相反)，这样便可使得翼型风帆受风面积最大，受到的压强差和推动力最大。
95.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。