CN104369852A - 风帆辅助推进双体太阳能船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风帆辅助推进双体太阳能船，包括两个分别装有螺旋桨的单侧片体、蓄电池组、电动主机、轴系、甲板、风帆、太阳能电池板和飞桥架，风帆通过风帆桅杆竖立在甲板上；飞桥架包括拱形架和一对斜撑杆。全透明的三角风帆支撑在三角风帆桅杆上部，三角风帆桅杆上部还通过连接杆与拱形架顶部固定连接，三角风帆桅杆下部与设置在甲板上的风帆摆动装置连接。本发明以太阳能双体船为载体，飞桥架克服了常规太阳能双体船甲板上无上层建筑的缺点。风帆摆动装置可采用智能控制，从而使得三角帆与风向成所需的最佳角度，能够实现在无光无电状态下的顺风或逆风行驶。本发明采用电力或风帆推进，无污染无排放，符合现代绿色船舶的发展方向。

Description

风帆辅助推进双体太阳能船

技术领域

本发明涉及一种双体太阳能船，特别涉及一种采用风帆辅助推进的双体太阳能船。属于船舶工程技术领域。 

背景技术

双体船是一种甲板面积宽阔，横向稳定性好的新型的优良船型。现已出现全电力驱动的双体船，如公开号为CN101941519的中国发明专利申请公开说明书公开了一种“风光能、岸电充电的蓄电池电动船及控制方法” 该电动船包括双体船船体，电力推进装置分别与蓄电池和充电机连接，充电机与蓄电池连接，充电机上设有岸电接入装置。风力发电机和太阳能电池板通过控制台与充电机连接。该电动船可利用岸电接入或太阳能电池板或风力发电对其提供动力能源。 

但该电动船需要在船体上侧竖立多台装有叶轮的垂直轴风力发电机，占用了较大的甲板面积，且由于垂直轴风力发电机具有一定的高度，造成电动船的重心较高，严重影响了船体的稳性，给船舶航行安全带来较大的隐患。 

以太阳能电池板为能源收集装置，通过储存线路可用于生活用电以及推进用电。在现有的小型太阳能船上，其太阳能板的布置需要无遮挡的环境，因此太阳能电池都布置于上层建筑以上，该做法大大的提高了船舶的重心，降低了船舶的初始横稳性高。太阳能板以上都没有其他设备的思想限制了太阳能船的外形美观设计。同时太阳能船一定需要较为宽阔的甲板，为其收集足够的能量做基础，这种结构增大了太阳能船的自重。混合绿色能源船使用两种或两种以上的绿色能源互为补充，方便了能源使用。但是现有的混合能源多为太阳能-波浪能、太阳能-风电能，两者都需要加上发电机保证能源的转化，增加了设备重量同时提高了船舶的重心，降低了安全性，且两种能源的并网也是很大的问题。 

    风能具有分布面广、清洁无污染、可再生等优点，是一种取之不竭的可再生清洁能源。风能可以通过风力发电机来收集，但是在船舶上安装风力发电机提高了船舶重心，进而降低稳性等缺点。风帆受到较大的横向力矩时，风帆船容易倾覆，因此单体帆船船底都会安装中插板，防止横向漂移和倾覆，也正因如此，帆船不能在浅水区航行。 

公开号为CN103963950A的中国发明专利申请公开说明书提供了一种双向航行的太阳能风帆船，其包括两个通过桥接部相连的船单体，以及安装在所述桥接部上的风帆和太阳能供电系统，所述船单体的两端为对称的尖形结构。该发明申请独创性地去掉了推进使用的螺旋桨以及船舵，使用了两头尖的船单体，使得它可以在风帆的推动下双向航行。但是，该发明申请风帆采用固定在桅杆上的矩形硬帆，并且安装有三条水平帆梁使之加固，风帆结构复杂，船舶稳性较差。为了提高船舶稳性，在桥接部下侧设置了平衡中体，同样不能在浅水区航行。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有三角风帆推进的双体太阳能船，以实现无阳光无电力驱动状态下双体船行驶或回航。 

本发明通过以下技术方案予以实现。 

    一种风帆辅助推进双体太阳能船，包括两个分别装有螺旋桨的单侧片体、蓄电池组、电动主机、轴系、甲板、风帆、太阳能电池板和飞桥架，所述两个单侧片体通过甲板连接成一体，多根纵向骨材和多根横向桁材纵横交错成网格状固定在甲板上，太阳能电池板铺设在网格上且覆盖住整个甲板；蓄电池组和电动主机设置在单侧片体内，电动主机通过轴系与螺旋桨连接；风帆通过风帆桅杆竖立在甲板上；所述飞桥架包括垂直设置在甲板中部上的拱形架和朝着船尾方向的一对斜撑杆，所述一对斜撑杆上端分别与拱形架顶部固定连接，拱形架底部和一对斜撑杆底部分别插入垂直固定在甲板下的单侧片体中各自对应的套管中，并通过横穿过套管的连接螺栓螺母组使拱形架底部、一对斜撑杆底部分别与对应的套管固定连接；所述风帆为可智能控制的全透明三角风帆，所述三角风帆支撑在三角风帆桅杆上部，三角风帆桅杆上部通过连接杆与拱形架顶部固定连接，三角风帆桅杆下部与设置在甲板上的风帆摆动装置连接。 

    本发明的目的还可以通过以下技术来进一步实现。 

    前述的风帆辅助推进双体太阳能船，其中所述风帆摆动装置包括步进电机、传动箱体、蜗杆和蜗轮，所述步进电机固定在传动箱体外，步进电机轴与支撑在传动箱体内的蜗杆连接，蜗杆和蜗轮啮合，水平设置的蜗轮上下端分别支撑在传动箱体的上下侧，三角风帆桅杆下端支撑在支撑法兰中，所述支撑法兰固定在传动箱体上侧，三角风帆桅杆下端端头与蜗轮固定连接。 

    前述的风帆辅助推进双体太阳能船，其中所述拱形架和一对斜撑杆均采用型钢制成，连接杆一端与拱形架顶端中部固定连接，连接杆另一端通过弹性夹和锁紧螺钉与三角风帆桅杆上部铰接。所述弹性夹外端内侧开有对称的凹部，所述凹部内装有三角风帆桅杆轴承，螺钉锁住弹性夹的开口端，三角风帆桅杆上端支撑在三角风帆桅杆轴承内；所述三角风帆摆动角度为±90°。 

    前述的风帆辅助推进双体太阳能船，其中风帆高度h与船长L之比为h：L=0.5-1.2：1；船体宽度c与船长L之比为c：L=0.3-0.5：1。 

本发明以太阳能双体船为载体，在甲板中部横置的飞桥架，可以悬挂吊舱或作为传感器平台，作为上层建筑的飞桥架具有结构轻、强度大和无遮挡等优点，克服了常规太阳能双体船甲板上无上层建筑的缺点。风帆摆动装置可采用智能控制，从而使得三角帆与风向成所需的最佳角度，能够实现在无光无电状态下的顺风或逆风行驶。本发明的三角帆结构避免了在船体下侧设置平衡中体，使得本发明可在浅水区航行。本发明采用电力或风帆推进，无污染无排放，符合现代绿色船舶的发展方向。 

    本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。 

附图说明

图1是本发明的主视图； 

图2是本发明的放大后视图；

图3是图2的A-A放大剖视图；

图4是图3的B-B放大剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

如图 1～图4所示，本发明包括两个分别装有螺旋桨9的单侧片体1、蓄电池组2、电动主机3、轴系4、甲板5、风帆6、太阳能电池板7和飞桥架8，通过控制两个螺旋桨9的差动，可实现本发明的转弯或者原地回转。两个单侧片体1为斧首方尾且瘦长形船体,通过甲板5连接成一体，甲板5采用较厚的钢板，多根纵向骨材51和多根横向桁材52纵横交错成网格状固定在甲板5上，极大地增强了船体上部的强度，太阳能电池板7铺设在网格上且覆盖住整个甲板5。甲板5和单侧片体1内侧连接处用圆弧肘板11过渡，确保两者连接的可靠性。蓄电池组2和电动主机3设置在单侧片体1内，电动主机3通过轴系4与螺旋桨9连接。太阳能电池板7通过控制模块分配可直接为电动主机3供电，通过轴系4带动螺旋桨9工作，进而实现前进后退转弯等功能。多余的太阳能可以通过线路为蓄电池组2充电，本实施例的蓄电池组2为铅酸电池，也可采用其他类型的蓄电池。蓄电池组2可在无光无风的环境下为本发明供电，或夜间回船坞时将多余的电能并入电网。 

本实施例的风帆6为三角风帆，三角风帆通过风帆桅杆61竖立在甲板5上。飞桥架8包括垂直设置在甲板5中部的拱形架81和朝着船尾方向的一对斜撑杆82，拱形架81和一对斜撑杆82均采用型钢制成，本实施例采用矩形钢管制成，其内可以布置电缆。斜撑杆82上端与拱形架81顶部焊连，拱形架81底部和一对斜撑杆82底部分别插入垂直固定在甲板5下单侧片体1中各自对应的套管83中，并通过横穿过套管83的连接螺栓螺母组84使拱形架81底部、一对斜撑杆82底部分别与对应的套管83固定连接。飞桥架8采用了可拆卸型式，其结构可根据船型而更改。飞桥架8顶部可悬挂控制吊舱、或安装传感器和摄像头。飞桥架8的结构避免了采用实体的船舶上层建筑挡住了太阳光，确保太阳能电池板7产生最大的发电量，同时，飞桥架8也提供了对风帆桅杆61上部的支撑。 

连接杆62一端与拱形架81顶端中部焊连，另一端通过弹性夹621和锁紧螺钉64与三角风帆桅杆61上部铰接。三角风帆桅杆61下部与设置在甲板5上的风帆摆动装置10连接。 

如图3所示，风帆摆动装置10包括步进电机101、传动箱体102、蜗杆103和蜗轮104，步进电机101固定在传动箱体102的左端，步进电机轴与支撑在传动箱体102内的蜗杆103连接，蜗杆103和蜗轮104啮合，水平设置的蜗轮104上下端分别通过蜗轮轴承105支撑在传动箱体102的上下侧，支撑法兰106固定在传动箱体102上侧，三角风帆桅杆61下端通过轴承107支撑在支撑法兰106中，三角风帆桅杆61下端端头与蜗轮104固定连接。蜗杆蜗轮传动速比大且具有自锁作用，可以将三角风帆锁定在需要的角度上。 

如图4所示，弹性夹621外端内侧开有对称的凹部622，所述凹部622内装有三角风帆桅杆轴承63，三角风帆桅杆61上端支撑在三角风帆桅杆轴承63内，螺钉64锁住弹性夹621的开口端，防止三角风帆桅杆轴承63脱离弹性夹621。三角风帆摆动角度为±90°。在控制装置的指令下，步进电机101驱动蜗杆103旋转，从带动下端固定在蜗轮104中的三角风帆桅杆61摆动，三角风帆摆动角度为±90°，其中0°~30°用于逆风行驶。三角风帆采用用全透明材质制成，是为了避免了因不透明帆引起的太阳能损失，也很好的结合了风能和太阳能的综合使用。三角风帆可以增大，或增加其数量以保证本发明的正常行驶。太阳能和风能两种推进形式互相补充为本发明提供能量，提高了本发明的可靠性。 

风帆高度h与船长L之比为h：L=0.5-1.2：1；风帆宽度c与船长L之比为c：L=0.3-0.5：1。控制风帆的大小，可以提高风能的利用率，同时也会增加辅助推进力，节约太阳能的使用。 

    除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。 

Claims (7)

1.一种风帆辅助推进双体太阳能船，包括两个分别装有螺旋桨的单侧片体、蓄电池组、电动主机、轴系、甲板、风帆和太阳能电池板，所述两个单侧片体通过甲板连接成一体，多根纵向骨材和多根横向桁材纵横交错成网格状固定在甲板上，太阳能电池板铺设在网格上且覆盖住整个甲板；蓄电池组和电动主机设置在单侧片体内，电动主机通过轴系与螺旋桨连接；风帆通过风帆桅杆竖立在甲板上；其特征是，还包括飞桥架，所述飞桥架包括垂直设置在甲板中部上的拱形架和朝着船尾方向的一对斜撑杆，所述一对斜撑杆上端分别与拱形架顶部固定连接，拱形架底部和一对斜撑杆底部分别插入垂直固定在甲板下的单侧片体中各自对应的套管中，并通过横穿过套管的连接螺栓螺母组使拱形架底部、一对斜撑杆底部分别与对应的套管固定连接；所述风帆为可智能控制的全透明三角风帆，所述三角风帆支撑在三角风帆桅杆上部，三角风帆桅杆上部通过连接杆与拱形架顶部固定连接，三角风帆桅杆下部与设置在甲板上的风帆摆动装置连接。

2.如权利要求1所述的风帆辅助推进双体太阳能船，其特征是，所述风帆摆动装置包括步进电机、传动箱体、蜗杆和蜗轮，所述步进电机固定在传动箱体外，步进电机轴与支撑在传动箱体内的蜗杆连接，蜗杆和蜗轮啮合，水平设置的蜗轮上下端分别支撑在传动箱体的上下侧，三角风帆桅杆下端支撑在支撑法兰中，所述支撑法兰固定在传动箱体上侧，三角风帆桅杆下端端头与蜗轮固定连接。

3.如权利要求1所述的风帆辅助推进双体太阳能船，其特征是，所述拱形架和一对斜撑杆均采用型钢制成，连接杆一端与拱形架顶端中部固定连接，连接杆另一端通过弹性夹和锁紧螺钉与三角风帆桅杆上部铰接。

4.如权利要求3所述的风帆辅助推进双体太阳能船，其特征是，所述弹性夹外端内侧开有对称的凹部，所述凹部内装有三角风帆桅杆轴承，螺钉锁住弹性夹的开口端，三角风帆桅杆上端支撑在三角风帆桅杆轴承内。

5.    如权利要求2所述的风帆辅助推进双体太阳能船，其特征是，所述三角风帆摆动角度为±90°。

6.    如权利要求1所述的风帆辅助推进双体太阳能船，其特征是，船体高度h与船长L之比为h：L=0.5-1.2：1。

7.    如权利要求1所述的风帆辅助推进双体太阳能船，其特征是，船体宽度c与船长L之比为c：L=0.3-0.5：1。