CN103693183A - 一种利用高空风能的新型拖船 - Google Patents

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Abstract

一种利用高空风能的新型拖船，它涉及一种大型船舶的辅助动力装置。它包含水面平台系统(1)、水下阻力和航向系统(2)和空中动力风帆系统(3)，水面平台系统(1)的一端下方设置有水下阻力和航向系统(2)，水面平台系统(1)的上方与空中动力风帆系统(3)连接。它将传统的将风能利用装置从船舶本身移出到分开独立的小型船体中，再将牵引力传回到船舶，从而避开了在现有的大型船舶上加装各类风帆、筝帆等装置的船舶改造过程中所必须经历的各种审查和认证工作。

Description

一种利用高空风能的新型拖船
技术领域：
本发明涉及一种大型船舶的辅助动力装置，具体涉及一种利用高空风能的新型拖船。
背景技术：
干散货船和远洋船舶的大型化，使装机容量很大，耗费大量燃料，年消耗在几万吨。
随着燃料价格的日益升高，辅助牵引所节约的燃料成本可观，经济上具有实用性。
目前使用的风力辅助动力技术，各种帆等装置均安装在船舶本身上，无论是利用低空还是高空的风能，这类技术需要进行船体改造，工程量大，和船舶形成的安装接口复杂，所引发的设计，审查，认证工作，周期长而难以预测，实用性和可操纵行差。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用高空风能的新型拖船，它可以智能地，协调自动的配重系统和水下的阻力生成系统，把来自高空的风能转化成对其所牵引的大型船舶的拖力，从而部分的节约大型船舶的能耗。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：将传统的将风能利用装置从船舶本身移出到分开独立的小型船体中，再将牵引力传回到船舶，从而避开了在现有的大型船舶上加装各类风帆、筝帆等装置的船舶改造过程中所必须经历的各种审查和认证工作。
利用高空风能的新型拖船，它包含水面平台系统1、水下阻力和航向系统2和空中动力风帆系统3，水面平台系统1的一端下方设置有水下阻力和航向系统2，水面平台系统1的上方与空中动力风帆系统3连接。
所述的水面平台系统1包含配重装置1-1、空中动力风帆系统的存纳装置1-2、动力驱动装置1-3、拖拽装置1-4和水面平台1-5，水面平台1-5的上方固定设置有配重装置1-1，配重装置1-1的上方设置有拖拽装置1-4，水面平台1-5的底部设置有动力驱动装置1-3，水面平台1-5的末端设置有空中动力风帆系统的存纳装置1-2。
所述的空中动力风帆系统3采用多具风帆组成阵列，阵列中各具风帆的控制机构通过中央控制指挥系统统一协调信息，同步各自动作，同时风帆本身具有(迎风)面积可变可控，俯冲、飘落姿态可控的特点。
本发明的工作原理为：a、当大型船舶完全顺风航行时，拖船依靠自动配重装置1-1来平衡产生牵引的垂直分力，水下阻力系统基本不起作用；
空中动力风帆系统3在空中时受控做8字，圆圈等各种动作，保持对风迎角，以形成最大的牵引力；
在此过程中，牵引力是以交变的形式传递给被牵引的大型船舶，水面平台1-5在动力系统不开机的情况下，将靠近大型船舶，在到达最近点时，中央控制指挥系统将指令空中动力风帆系统3将迎角改变，直至不产生牵引力，拖曳装置1-4把空中动力风帆系统3降低高度，在合适的低空再将空中动力风帆系统3阵列的姿态改变，牵引拖船自身到达远离大型船舶的作业点，重新开始飞出到高空，形成最大牵引力。
b、当大型船舶在完全逆风航行时，即航向于风向成180度，拖船在风力作用下，向被拖动的大型船舶靠近，水下阻力和航向系统2的控制机构综合洋流，空中动力风帆系统3拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最大的阻力生成作用，大型船舶的牵引力主要是靠拖船的水下阻力形成；
拖船的航迹是直线式往复行驶，在最靠近被牵引的大型船舶时，智能型中央控制指挥系统，将综合各方面因素，包括气象条件，在合适的时机发指令给空中动力风帆系统3，改变迎角，使其进入牵引力最小状态，动力驱动装置1-3和水下阻力和航向系统2配合将拖船快速行驶到上风方向的折返点，在此过程中，水下阻力和航向系统2改变角度、姿态，不形成阻力，也对大型船舶不提供牵引力，到达上风侧的折返点附近，中央控制系统再发指令给空中动力风帆系统3的控制机构，使其配合水下阻力和航向系统2的动作和配重系统，同步地进入牵引力最大状态，此后拖船处于向大型船舶靠近的过程中，直到到达预设的最靠近的折返点，再重复上述过程；
在整个过程中，中央控制指挥系统在和大型船舶处于通信状态，交换包括拖船位置，牵引力方向，牵引力大小等等数据信息，以确保被牵引船舶的自身动力系统发挥最优效能；
c、当大型船舶完全侧风航行时，即航向与风向成90度垂直，水下阻力和航向系统2的控制机构综合洋流，空中动力风帆系统3系统拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最大的阻力生成作用；拖船的航迹应为在大型船舶的既定航向前方以类似Z字型前进；在到达折返点时，智能型中央控制指挥系统，将综合各方面因素，包括气象条件，在合适的时机发指令给空中动力风帆系统3的控制机构，使其进入牵引力最小状态，动力驱动装置1-3和水下阻力和航向系统2配合将拖船行驶到上风方向的折返点，在此过程中，对大型船舶不提供牵引力，到达上风侧的折返点附近，中央控制系统再发指令给空中动力风帆系统3的控制机构，使其配合水下阻力和航向系统2的动作和配重，同步地进入牵引力最大状态，在整个过程中，中央控制指挥系统在和大型船舶处于通信状态，交换包括拖船位置，牵引力方向，牵引力大小等等数据信息，以确保在扇形的经过区域内，整体牵引合力(积分)和既定航向一致；
d、当大型船舶在顺侧风向航行时，即航向与风向成锐角，水下阻力和航向系统2的控制机构综合洋流，动力风帆系统拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最合适的阻力生成作用，尽量保持拖船的航迹和被拖动的大型船舶的既定航线吻合；同时中央控制指挥系统，在特定气象，海况具体条件下，适时启动动力系统，对航向进行微调，以保证航迹和牵引力方向的稳定，实际上，拖船的动作是步骤b和步骤c中所有各系统动作的组合；
e、当大型船舶在逆侧风航行时，即既定航向和风向成钝角，拖船动作为步骤b和步骤c的组合，仍然确保总体牵引矢量的积分合力和既定航向一致；
本发明具有以下有益效果：它可以智能地，协调自动的配重系统和水下的阻力生成系统，把来自高空的风能转化成对其所牵引的大型船舶的拖力，从而部分的节约大型船舶的能耗。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2本发明的剖面结构示意图。
具体实施方式：
参照图1-2，本具体实施方式采取以下技术方案：将传统的将风能利用装置从船舶本身移出到分开独立的小型船体中，再将牵引力传回到船舶，从而避开了在现有的大型船舶上加装各类风帆、筝帆等装置的船舶改造过程中所必须经历的各种审查和认证工作。
利用高空风能的新型拖船，它包含水面平台系统1、水下阻力和航向系统2和空中动力风帆系统3，水面平台系统1的一端下方设置有水下阻力和航向系统2，水面平台系统1的上方与空中动力风帆系统3连接。
所述的水面平台系统1包含配重装置1-1、空中动力风帆系统的存纳装置1-2、动力驱动装置1-3、拖拽装置1-4和水面平台1-5，水面平台1-5的上方固定设置有配重装置1-1，配重装置1-1的上方设置有拖拽装置1-4，水面平台1-5的底部设置有动力驱动装置1-3，水面平台1-5的末端设置有空中动力风帆系统的存纳装置1-2。
所述的空中动力风帆系统3采用多具风帆组成阵列，阵列中各具风帆的控制机构通过中央控制指挥系统统一协调信息，同步各自动作，同时风帆本身具有(迎风)面积可变可控，俯冲、飘落姿态可控的特点。
本发明的工作原理为：a、当大型船舶完全顺风航行时，拖船依靠自动配重装置1-1来平衡产生牵引的垂直分力，水下阻力系统基本不起作用；
空中动力风帆系统3在空中时受控做8字，圆圈等各种动作，保持对风迎角，以形成最大的牵引力；
在此过程中，牵引力是以交变的形式传递给被牵引的大型船舶，水面平台1-5在动力系统不开机的情况下，将靠近大型船舶，在到达最近点时，中央控制指挥系统将指令空中动力风帆系统3将迎角改变，直至不产生牵引力，拖曳装置1-4把空中动力风帆系统3降低高度，在合适的低空再将空中动力风帆系统3阵列的姿态改变，牵引拖船自身到达远离大型船舶的作业点，重新开始飞出到高空，形成最大牵引力。
b、当大型船舶在完全逆风航行时，即航向于风向成180度，拖船在风力作用下，向被拖动的大型船舶靠近，水下阻力和航向系统2的控制机构综合洋流，空中动力风帆系统3拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最大的阻力生成作用，大型船舶的牵引力主要是靠拖船的水下阻力形成；
拖船的航迹是直线式往复行驶，在最靠近被牵引的大型船舶时，智能型中央控制指挥系统，将综合各方面因素，包括气象条件，在合适的时机发指令给空中动力风帆系统3，改变迎角，使其进入牵引力最小状态，动力驱动装置1-3和水下阻力和航向系统2配合将拖船快速行驶到上风方向的折返点，在此过程中，水下阻力和航向系统2改变角度、姿态，不形成阻力，也对大型船舶不提供牵引力，到达上风侧的折返点附近，中央控制系统再发指令给空中动力风帆系统3的控制机构，使其配合水下阻力和航向系统2的动作和配重系统，同步地进入牵引力最大状态，此后拖船处于向大型船舶靠近的过程中，直到到达预设的最靠近的折返点，再重复上述过程；
在整个过程中，中央控制指挥系统在和大型船舶处于通信状态，交换包括拖船位置，牵引力方向，牵引力大小等等数据信息，以确保被牵引船舶的自身动力系统发挥最优效能；
c、当大型船舶完全侧风航行时，即航向与风向成90度垂直，水下阻力和航向系统2的控制机构综合洋流，空中动力风帆系统3系统拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最大的阻力生成作用；拖船的航迹应为在大型船舶的既定航向前方以类似Z字型前进；在到达折返点时，智能型中央控制指挥系统，将综合各方面因素，包括气象条件，在合适的时机发指令给空中动力风帆系统3的控制机构，使其进入牵引力最小状态，动力驱动装置1-3和水下阻力和航向系统2配合将拖船行驶到上风方向的折返点，在此过程中，对大型船舶不提供牵引力，到达上风侧的折返点附近，中央控制系统再发指令给空中动力风帆系统3的控制机构，使其配合水下阻力和航向系统2的动作和配重，同步地进入牵引力最大状态，在整个过程中，中央控制指挥系统在和大型船舶处于通信状态，交换包括拖船位置，牵引力方向，牵引力大小等等数据信息，以确保在扇形的经过区域内，整体牵引合力和既定航向一致；
d、当大型船舶在顺侧风向航行时，即航向与风向成锐角，水下阻力和航向系统2的控制机构综合洋流，动力风帆系统拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最合适的阻力生成作用，尽量保持拖船的航迹和被拖动的大型船舶的既定航线吻合；同时中央控制指挥系统，在特定气象，海况具体条件下，适时启动动力系统，对航向进行微调，以保证航迹和牵引力方向的稳定，实际上，拖船的动作是步骤b和步骤c中所有各系统动作的组合；
e、当大型船舶在逆侧风航行时，即既定航向和风向成钝角，拖船动作为步骤b和步骤c的组合，仍然确保总体牵引矢量的积分合力和既定航向一致。
本具体实施方式具有以下有益效果：它可以智能地，协调自动的配重系统和水下的阻力生成系统，把来自高空的风能转化成对其所牵引的大型船舶的拖力，从而部分的节约大型船舶的能耗。

Claims (12)

1.一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于将传统的将风能利用装置从船舶本身移出到分开独立的小型船体中，再将牵引力传回到船舶，从而避开了在现有的大型船舶上加装各类风帆、筝帆等装置的船舶改造过程中所必须经历的各种审查和认证工作。
2.一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于它包含水面平台系统(1)、水下阻力和航向系统(2)和空中动力风帆系统(3)，水面平台系统(1)的一端下方设置有水下阻力和航向系统(2)，水面平台系统(1)的上方与空中动力风帆系统(3)连接。
3.根据权利要求2所述的水面平台系统(1)包含配重装置(1-1)、空中动力风帆系统的存纳装置(1-2)、动力及驱动装置(1-3)、拖拽装置(1-4)和水面平台(1-5)，水面平台(1-5)的上方设置有配重装置(1-1)，配重装置(1-1)的上方设置有拖拽装置(1-4)，水面平台(1-5)的底部设置有动力驱动装置(1-3)，集成有水下阻力和航向系统(2)，水面平台(1-5)的端部设置有空中动力风帆系统的存纳装置(1-2)。
4.根据权利要求2所述的水面平台系统(1)，其特征在于它包括多个子系统，可以由双体或多体船构成。
5.根据权利要求3所述的一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于所述的配重装置(1-1)和拖曳装置(1-4)置配合，在工作状态下，动态调整拖曳系统以及平台(船体)和水面之间的距离；垂直或水平分成了几个隔舱，通过不同数量的隔舱进水来对应不同的风帆阵列组合，从而在垂直方向平衡不同的牵引力；隔舱底部设有单向阀，配重系统在提升时，单向阀关闭，下降入水时，打开。
6.根据权利要求2所述的一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于所述的空中动力风帆系统的存纳装置(1-2)，作为工作装置，只有在和被拖曳的大型船舶联接后，才可以展开施放工作。
7.根据权利要求3所述的一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于所述的动力及驱动装置(1-3)，特征为吊舱式，驱动方向按照水面平台(1-5)中的中央控制指挥系统的指令偏转。
8.根据权利要求3所述的一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于所述的拖拽装置(1-4)，由主滑轮和回转支承以下的大臂，小臂等变幅机构组成，非工作状态下，处于完全折叠收拢位置。
9.根据权利要求3所述的一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于所述的水面平台(1-5)，包括中央控制指挥系统和系缆搭接系统等各辅助系统。
10.根据权利要求2所述的一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于所述的空中动力风帆系统(3)采用多具风帆组成阵列，阵列中各具风帆的控制机构通过中央控制指挥系统统一协调信息，同步各自动作，同时作为一种飞行器，具有迎风面积(牵引力)可变可控，俯冲、飘落姿态可控的特点。
11.根据权利要求2中所述的水下阻力和航向系统(2)，其特征在于它还包含：新型的类水翼／外龙骨装置，以及其连接控制机构，其工作面积可变可控，同步组合船舵或推力吊舱的动作和其方向，从而合成对抗高空动力风帆拉力的水下阻力(侧向推力)，进而形成对平台(拖船)所拖曳的大型船舶的牵引力；
12.根据权利要求1所述的一种利用高空风能的新型拖船，其特征在于它的工作原理为：(a)、当大型船舶完全顺风航行时，拖船依靠自动配重装置(1-1)来平衡产生牵引的垂直分力，水下阻力系统基本不起作用；
空中动力风帆系统(3)在空中是受控做8字，圆圈等各种动作，保持对风迎角，以形成最大的牵引力；
在此过程中，牵引力是以交变的形式传递给被牵引的大型船舶，水面平台(1-5)在动力系统不开机的情况下，将靠近大型船舶，在到达最近点时，中央控制指挥系统将指令空中动力风帆系统(3)将迎角改变，直至不产生牵引力，拖曳装置(1-4)把空中动力风帆系统(3)降低高度，在合适的低空再将空中动力风帆系统(3)阵列的姿态改变，牵引拖船自身到达远离大型船舶的作业点，重新开始飞出到高空，形成最大牵引力。
(b)、当大型船舶在完全逆风航行时，即航向于风向成180度，拖船在风力作用下，向被拖动的大型船舶靠近，水下阻力和航向系统(2的控制机构综合洋流，空中动力风帆系统(3)拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最大的阻力生成作用，大型船舶的牵引力主要是靠拖船的水下阻力形成；
拖船的航迹是直线式往复行驶，在最靠近被牵引的大型船舶时，智能型中央控制指挥系统，将综合各方面因素，包括气象条件，在合适的时机发指令给空中动力风帆系统(3)，改变迎角，使其进入牵引力最小状态，动力驱动装置(1-3)和水下阻力和航向系统(2)配合将拖船快速行驶到上风方向的折返点，在此过程中，水下阻力和航向系统(2)改变角度、姿态，不形成阻力，也对大型船舶不提供牵引力，到达上风侧的折返点附近，中央控制系统再发指令给空中动力风帆系统(3)的控制机构，使其配合水下阻力和航向系统(2)的动作和配重系统，同步地进入牵引力最大状态，此后拖船处于向大型船舶靠近的过程中，直到到达预设的最靠近的折返点，再重复上述过程；
在整个过程中，中央控制指挥系统在和大型船舶处于通信状态，交换包括拖船位置，牵引力方向，牵引力大小等等数据信息，以确保被牵引船舶的自身动力系统发挥最优效能；
(c)、当大型船舶完全侧风航行时，即航向与风向成90度垂直，水下阻力和航向系统(2)的控制机构综合洋流，空中动力风帆系统(3)系统拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最大的阻力生成作用；拖船的航迹应为在大型船舶的既定航向前方以类似Z字型前进；在到达折返点时，智能型中央控制指挥系统，将综合各方面因素，包括气象条件，在合适的时机发指令给空中动力风帆系统(3)的控制机构，使其进入牵引力最小状态，动力驱动装置(1-3)和水下阻力和航向系统(2)配合将拖船行驶到上风方向的折返点，在此过程中，对大型船舶不提供牵引力，到达上风侧的折返点附近，中央控制系统再发指令给空中动力风帆系统(3)的控制机构，使其配合水下阻力和航向系统(2)的动作和配重，同步地进入牵引力最大状态，在整个过程中，中央控制指挥系统在和大型船舶处于通信状态，交换包括拖船位置，牵引力方向，牵引力大小等等数据信息，以确保在扇形的经过区域内，整体牵引合力和既定航向一致；
(d)、当大型船舶在顺侧风向航行时，即航向与风向成锐角，水下阻力和航向系统(2)的控制机构综合洋流，动力风帆系统拉力，海况等条件，复合调节类水翼和船舵的动作角度，发挥最合适的阻力生成作用，尽量保持拖船的航迹和被拖动的大型船舶的既定航线吻合；同时中央控制指挥系统，在特定气象，海况具体条件下，适时启动动力系统，对航向进行微调，以保证航迹和牵引力方向的稳定，实际上，拖船的动作是步骤b和步骤c中所有各系统动作的组合；
(e)、当大型船舶在逆侧风航行时，即既定航向和风向成钝角，拖船动作为步骤b和步骤c的组合，仍然确保总体牵引矢量的积分合力和既定航向一致。
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