CN104890845B - 横向可折叠自动收放翼型帆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种横向可折叠自动收放翼型帆，多节式主桅杆上端固定设有第一个定滑轮，上方的框架横杆右端固定设置第二个定滑轮，下方的框架横杆右端固定设置第三个定滑轮；上下两个弹簧伸缩杆左端分别固定连接对应的一个框架横杆、右端分别固定连接位于卡槽内的对应的一个滑块；靠近多节式主桅杆右侧设置第一根帆体固定桅杆，第二根帆体固定桅杆上端固定连接上方的第一个滑块、下端固定连接下方的第二个滑块；第一根拉索一端固定连接底座内部下端、另一端与第一个滑块固定连接；第二根拉索一端固定连接多节式主桅杆内部的上端、另一端与第二个滑块固定连接；仅利用液压升降杆为动力带动风帆自动展开与收起，提高了风能利用率。

Description

横向可折叠自动收放翼型帆

技术领域

本发明涉及一种安装在船舶上的风帆，张开时能利用风力推动船舶，具体涉及一种自动收放的翼型帆。

背景技术

风帆在船舶航海的发展过程中经历了由古代软质帆到现代硬质帆，风帆帆型出现过三角帆、四边形帆、弧形帆，发展到如今的翼型帆，翼型帆的上表面弯曲，下表面平坦，帆翼与空气相对运动时，流过上表面的空气在同一时间内走过的路程比流过下表面的空气的路程远，所以在上表面的空气的相对速度比下表面的空气小，因此上表面的空气施加给帆翼的压力小于下表面的空气施加给帆翼的压力，上下压力的合力必然向上产生了升力。

中国专利公开号为CN203528799的文献记载了一种翻转式风帆，包含有多块可翻转风帆、不可翻转风帆、一对液压齿条杆、风帆横梁以及一对液压杆套等，该翻转式风帆为了能够实现风帆的上下收放，其风帆形状须采用平板式风帆，风能利用率不高，风帆产生的推力效果不佳，而且该翻转式风帆虽然能够根据实际航行状况调节风帆尺寸、位置，但是风帆尺寸受到了滑台尺寸的限制，而设置在船舶甲板上的滑台不可能做的面积过大，故因风帆尺寸的限制严重影响了助航性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有尺寸和位置可调的风帆存在的风能利用率不高的问题，提出一种横向可折叠自动收放翼型帆，采用对称翼型帆面，仅利用液压升降杆为动力带动翼型帆展开与收起，自动化程度高且减小甲板占用率，提高风能利用率和推力效果。

本发明采用的技术方案是：本发明包括框架组件、帆体支撑组件和帆面，框架组件支撑帆体支撑组件，帆体支撑组件上布置帆面，框架组件包括位于整个框架组件左下部且固定在甲板上的底座，所述底座固定连接多节式主桅杆下端，多节式主桅杆上端固定设有第一个定滑轮；底座内部设置液压升降装置，液压升降装置连接多节式主桅杆；多节式主桅杆下端和上端分别固定连接一个左右横向布置的框架横杆，上方的框架横杆右端固定设置第二个定滑轮，下方的框架横杆右端固定设置第三个定滑轮；上下两个框架横杆上开有横向的卡槽，卡槽内放置弹簧伸缩杆，上下两个框架横杆右端的卡槽内分别设置一个滑块；上下两个弹簧伸缩杆左端分别固定连接对应的一个框架横杆、右端分别固定连接位于卡槽内的对应的一个滑块；靠近多节式主桅杆右侧设置第一根帆体固定桅杆，第一根帆体固定桅杆上端和下端分别固定连接在上下两个框架横杆，上下两个框架横杆右端之间固定设置第二根帆体固定桅杆，第二根帆体固定桅杆上端固定连接上方的第一个滑块、下端固定连接下方的第二个滑块；第一根拉索一端固定连接底座内部下端、中间由多节式主桅杆内部向上经第一个定滑轮后沿着上方的框架横杆方向向右，再经第二个定滑轮后另一端与第一个滑块固定连接；第二根拉索一端固定连接多节式主桅杆内部的上端，中间沿着多节式主桅杆方向向下且穿过底座上的开孔后，沿下方的框架横杆方向向右，再经第三个定滑轮后另一端与第二个滑块固定连接；所述帆体支撑组件包括上下布置的多层帆体支撑架，每层帆体支撑架的左右端分别可转动地连接对应的左右两根帆体固定桅杆。

本发明采用上述技术方案后具有以下优点：

本发明采用旋转电机带动风帆根据风向的不同实时调整最适角度，采用液压升降装置带动风帆桅杆的升降。升帆时，桅杆向上运动，拉索拉动与帆体固定桅杆连接的帆体支撑架沿框架横杆运动，当帆体支撑架运动到离多节式桅杆最大距离时，弹簧伸缩杆达到最大伸长状态，提供的拉力与拉索提供的拉力相平衡，各个弧形连杆截面紧密贴合，实现锁定支撑，完成自动展帆过程。收帆时，液压装置带动多节式桅杆向下运动，拉索呈松弛状态，此时拉索提供给滑块的力小于弹簧伸缩杆提供的力，故帆体固定伸缩杆在弹簧伸缩杆的拉力作用下向多节式桅杆移动，同时带动帆体支撑架做折叠运动，完成自动收帆过程。本发明仅利用液压升降杆为动力带动风帆自动展开与收起，不影响船舶稳性及安全性，解决了软质帆收帆困难的问题，自动化程度高，操作简便，所需动力少，消耗能源低，便于维修与保养，减少了对人力的要求，收帆速度快，占用甲板面积小，提高了在不利风况下的船舶安全性。本发明同时采用了升阻比大的对称翼型帆面，提高了风能利用率，具有优良的风动力性能。

附图说明

图1为本发明横向可折叠自动收放翼型帆的整体结构示意图；

图2为图1中的框架组件1的结构示意图；

图3为图1的正视剖面图；

图4为图3中A局部放大示意图；

图5为图1中帆体支撑组件2的连接示意图；

图6为图5中B局部放大示意图；

图7为图6的分解图；

图8为图5中单层帆体支撑架的结构示意图；

图9为图8中C局部放大图；

图10为图9中D局部分解放大图；

图11为本发明横向可折叠自动收放翼型帆在去掉帆面之后的收帆状态图。

图中：1.框架组件；2.帆体支撑组件；3.帆面；11.底座；12.多节式主桅杆；13.框架横杆；14.帆体固定桅杆；15.弹簧伸缩杆；16.定滑轮；17.拉索；18.滑块；21.帆体支撑架；111.液压升降装置；112.电机；113.一对传动齿轮；211.变曲率弧形连杆；212.连杆转轴装置；2121、2122.弧形固定板；2123.转轴；2124.转轴孔。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括框架组件1、帆体支撑组件2和帆面3。框架组件1支撑帆体支撑组件2，帆体支撑组件2上布置帆面3，帆面3为软质帆面。

框架组件1包括底座11、多节式主桅杆12、框架横杆13、帆体固定桅杆14、弹簧伸缩杆15、定滑轮16、拉索17和滑块18。其中，底座11位于整个框架组件1的左下部，固定在甲板上。底座11固定连接多节式主桅杆12下端，多节式主桅杆12垂直于底座11和甲板，多节式主桅杆12上端固定安装第一个定滑轮16。在多节式主桅杆12下端和上端分别固定连接一个左右横向布置的框架横杆13，上下两个框架横杆13相互平行。在上方的框架横杆13右端固定设置了第二个定滑轮16，同时在下方的框架横杆13右端固定设置第三个定滑轮16。

在上下两个框架横杆13上开有横向的卡槽，在卡槽内放置弹簧伸缩杆15，在上下两个框架横杆13右端的卡槽内分别设置一个滑块18。弹簧伸缩杆15左端固定连接框架横杆13，弹簧伸缩杆15右端固定连接位于卡槽内的对应的一个滑块18。具体是上方的弹簧伸缩杆15右端固定连接上方卡槽内的第一个滑块18，下方的弹簧伸缩杆15右端固定连接下方卡槽内的第二个滑块18。

再参见图2，在靠近多节式主桅杆12的右侧并且于两个框架横杆13之间固定安装第一根帆体固定桅杆14，第一根帆体固定桅杆14的上端和下端分别固定连接在上下两个框架横杆13上。在上下两个框架横杆13右端之间固定安装第二根帆体固定桅杆14，两根帆体固定桅杆14均与多节式主桅杆12平行。第二根帆体固定桅杆14的上端固定连接上方的第一个滑块18、下端固定连接下方的第二个滑块18。

再参见图3，第一根拉索17一端固定在底座11内部的下端，然后第一根拉索17的中间部分由多节式主桅杆12内部向上，穿出多节式主桅杆12上端后，经第一个定滑轮16，沿着上方的框架横杆13方向向右，再经第二个定滑轮16，最后，使第一根拉索17另一端与第一个滑块18固定连接。第二根拉索17一端固定在多节式主桅杆12内部的上端，沿着多节式主桅杆12方向向下，穿过底座11上的开孔后，沿下方的框架横杆13方向向右，经第三个定滑轮16，最后，使第二根拉索17另一端与第二个滑块18固定连接。

参见图3，在底座11内部设置液压升降装置111、电机112、一对传动齿轮113。液压升降装置111连接多节式主桅杆12，穿过多节式主桅杆12内部，带动穿过多节式主桅杆12做上下升降运动。电机112的输出轴经一对传动齿轮113连接底座11，电机112带动一对传动齿轮113啮合，从而带动底座11转动，实现帆角的实时转动。

参见图4，在上方的框架横杆13下表面上开横向的卡槽，第二个定滑轮16安装在上方的框架横杆13的上表面上，第一根拉索17经第二个定滑轮16后，穿过上方的框架横杆13上表面上的通孔后进入卡槽内，再固定连接第一个滑块18的右端。同理，上下对称地，在下方的框架横杆13上表面上开横向的卡槽，第三个定滑轮16安装在下方的框架横杆13的下表面上，第二根拉索17经第三个定滑轮16后，穿过下方的框架横杆13下表面上的通孔后进入卡槽内，再固定连接第二个滑块18的右端。

参见图5，在两根帆体固定桅杆14之间设置帆体支撑组件2，帆体支撑组件2包括上下布置的多层帆体支撑架21，帆面3布置于多层帆体支撑架21上，将多层帆体支撑架21包裹在内。每层帆体支撑架21的左右端分别可转动地连接于左右两根帆体固定桅杆14，使每层帆体支撑架21均可绕帆体固定桅杆14转动。

参见图6和图7，帆体支撑架21和帆体固定桅杆14连接时，在帆体固定桅杆14的每处连接处设置两个转轴，而帆体支撑架21连接端部设置转轴孔，转轴有间隙地套在转轴孔中，这样帆体支撑架21可绕帆体固定桅杆14进行轴向转动。

两根帆体固定桅杆14都为可嵌套式上下收缩式多节中空杆，帆体固定桅杆14为市购件，要求其每节长度为：最下一节的长度最短，由下向上每节的长度依次增加，相邻两节的长度之差应能满足：当帆体固定桅杆14向下收缩时，帆体固定桅杆14与帆体支撑架21的孔轴连接处对帆体固定桅杆14向下收缩无妨碍。

再参见图8，每层帆体支撑架21均由多节变曲率弧形连杆211和多个连杆转轴装置212组成。多节变曲率弧形连杆211的曲率设置应为：当帆体支撑架21展开时其整体构成一个对称翼型，其中，每节变曲率弧形连杆211为该对称翼型的一段弧杆，每节变曲率弧形连杆211的曲率依次按照所选取的翼型曲率设置。当随帆体支撑架21运动展开时，每节变曲率弧形连杆211首尾相连后形成所选取的对称翼型状态，优选的翼型面为NACA 00XX对称翼型面。相邻的两节变曲率弧形连杆211通过连杆转轴装置212铰接，实现相对转动。

再参见图9、10，每个连杆转轴装置212均由两个相互转动配合的弧形固定板2121、2122组成，在弧形固定板2121上固定转轴2123，在弧形固定板2122上设置转轴孔2124，转轴孔2124与转轴2123相配合，使两个弧形固定板2121、2122之间相互可转动。对于相邻的两个变曲率弧形连杆211，带转轴2123的弧形固定板2121上固定设置在前一个变曲率弧形连杆211尾部时，带转轴孔2124的弧形固定板2122便固定设置在后一个变曲率弧形连杆211的首部，后一个变曲率弧形连杆211的尾部也固定设置带转轴孔2124的弧形固定板2122， 后一个变曲率弧形连杆211上的这两个带转轴孔2124的弧形固定板2122一个面向对称翼型的中线，另一个背向对称翼型的中线，依此类推地交替布置多个连杆转轴装置212，即相邻的两个连杆转轴装置212一个面向翼型的中线，另一个则背向对称翼型的中线，如此地交替布置，使相邻的两节变曲率弧形连杆211通过连杆转轴装置212实现相对转动。

变曲率弧形连杆211为圆形杆件，当相邻两个变曲率弧形连杆211绕连杆转轴装置212转动，转动到前后相邻的两个变曲率弧形连杆211的尾端面与首端面完全贴合，此时带转轴孔2124的弧形固定板2122的弧面被带转轴2123的弧形固定板2121卡住，两个弧形固定板2121转动到极限位置被限位，使相邻的相两个变曲率弧形连杆211无法继续相对转动。

参见图3-11，当海面风况不利于风帆航行时，液压升降装置111工作带动多节式桅杆12缓慢向下收起，两根拉索17与两根弹簧伸缩杆15都将处于松弛状态。此时在位于多节式桅杆12内部，原来处于绷紧状态的两根拉索17作用于与其连接的两个滑块18上的拉力减小，两根拉索17缓慢松驰，由于弹簧伸缩杆15处于拉伸状态产生的拉力作用，弹簧伸缩杆15带动滑块18连同与滑块18右端连接的拉索17在框架横杆13的卡槽内向左侧的多节式主桅杆12处运动，从而两个滑块18又带动右侧的第二根帆体固定桅杆14向左侧的多节式主桅杆12处运动。当右侧的第二根帆体固定桅杆14向左运动时，带动与其相连的帆体支撑架21的右端的第一变曲率弧形连杆211运动，其可绕帆体固定桅杆14转动到中线两侧，同时在右端第一个连杆转轴212的作用下，右端的第一节变曲率弧形连杆211与第二节变曲率弧形连杆211发生相对转动，实现这两根变曲率弧形连杆的折叠收起。随着帆体固定桅杆14继续向左运动，右侧的第二节变曲率弧形连杆211通过右侧的第二个连杆转轴装置212与右侧的第三节变曲率弧形连杆211发生相对转动，实现其折叠收起。以此种方式，当多节式主桅杆12向下完全收起时，右侧的第二帆体固定桅杆14运动到最左侧位置时，弹簧伸缩杆15正好处于松弛状态内部没有拉力存在，位于多节式桅杆12内部的两根拉索17随帆体固定桅杆14的运动被拉伸到框架横杆13的卡槽内。在多节式主桅杆12缓慢向下收起时，可同时带动帆体固定桅杆14向下收起，从而带动多层的帆体支撑架21层距减小，使得整个帆体高度降低，完成收帆过程。当海面风况较好，利于风帆航行时，此时液压升降装置111工作，带动多节式主桅杆12向上缓慢伸长。由于两根拉索17与多节式主桅杆12内部固定连接，当多节式主桅杆12向上伸长时，在弹簧伸缩杆15的作用下，两根拉索17向右运动，在拉索17向右运动的同时带动了第二根帆体固定桅杆14向右运动，由于帆体固定桅杆14与帆体支撑架21相连接，当帆体固定桅杆14向右移动时，必然带动帆体支撑架21的多节变曲率弧形连杆211和多个连杆转轴装置212的相对转动，从而带动折叠收起的帆体支撑架21依次展开。当多节式主桅杆12上升到最大高度时，此时两根拉索17将第二根帆体固定桅杆14拉动到右端最大距离处，两根弹簧伸缩杆15均处于拉伸状态，弹簧伸缩杆15向左的拉力与对应的拉索17提供的向右的拉力达到平衡。在多节式主桅杆12向上运动的同时，带动上部的框架横杆13向上运动，同时带动了与其连接的帆体固定桅杆14向上运动，从而完成了整个风帆的展开。

Claims (6)

1.一种横向可折叠自动收放翼型帆，包括框架组件（1）、帆体支撑组件（2）和帆面（3），框架组件（1）支撑帆体支撑组件（2），帆体支撑组件（2）上布置帆面（3），框架组件（1）包括位于整个框架组件（1）左下部且固定在甲板上的底座（11），其特征是：所述底座（11）固定连接多节式主桅杆（12）下端，多节式主桅杆（12）上端固定设有第一个定滑轮（16）；底座（11）内部设置液压升降装置（111），液压升降装置（111）连接多节式主桅杆（12）；多节式主桅杆（12）下端和上端分别固定连接一个左右横向布置的框架横杆（13），上方的框架横杆（13）右端固定设置第二个定滑轮（16），下方的框架横杆（13）右端固定设置第三个定滑轮（16）；上下两个框架横杆（13）上开有横向的卡槽，卡槽内放置弹簧伸缩杆（15），上下两个框架横杆（13）右端的卡槽内分别设置一个滑块（18）；上下两个弹簧伸缩杆（15）左端分别固定连接对应的一个框架横杆（13）、右端分别固定连接位于卡槽内的对应的一个滑块（18）；靠近多节式主桅杆（12）右侧设置第一根帆体固定桅杆（14），第一根帆体固定桅杆（14）上端和下端分别固定连接在上下两个框架横杆（13），上下两个框架横杆（13）右端之间固定设置第二根帆体固定桅杆（14），第二根帆体固定桅杆（14）上端固定连接上方的第一个滑块（18）、下端固定连接下方的第二个滑块（18）；第一根拉索（17）一端固定连接底座（11）内部下端、中间由多节式主桅杆（12）内部向上经第一个定滑轮（16）后沿着上方的框架横杆（13）方向向右，再经第二个定滑轮（16）后另一端与第一个滑块（18）固定连接；第二根拉索（17）一端固定连接多节式主桅杆（12）内部的上端，中间沿着多节式主桅杆（12）方向向下且穿过底座（11）上的开孔后，沿下方的框架横杆（13）方向向右，再经第三个定滑轮（16）后另一端与第二个滑块（18）固定连接；所述帆体支撑组件（2）包括上下布置的多层帆体支撑架（21），每层帆体支撑架（21）的左右端分别可转动地连接对应的左右两根帆体固定桅杆（14）。

2.根据权利要求1所述横向可折叠自动收放翼型帆，其特征是：每层帆体支撑架（21）均由多节变曲率弧形连杆（211）和多个连杆转轴装置（212）组成，相邻的两节变曲率弧形连杆（211）通过连杆转轴装置（212）铰接，帆体支撑架（21）展开时多节变曲率弧形连杆（211）整体成对称翼型，相邻的两个连杆转轴装置（212）一个面向对称翼型的中线、另一个则背向对称翼型的中线。

3.根据权利要求2所述横向可折叠自动收放翼型帆，其特征是：每个连杆转轴装置（212）均由带转轴（2123）的第一个弧形固定板（2121）和带转轴孔（2124）的第二个弧形固定板（2122）相互可转动配合组成；对于相邻的两个变曲率弧形连杆（211），第一个弧形固定板（2121）上固定设置在前一个变曲率弧形连杆（211）尾部，第二个弧形固定板（2122）固定设置在后一个变曲率弧形连杆（211）的首部，后一个变曲率弧形连杆（211）的尾部也固定设置第二个弧形固定板（2122），后一个变曲率弧形连杆（211）上的两个第二个弧形固定板（2122）一个面向对称翼型的中线，另一个背向对称翼型的中线。

4.根据权利要求3所述横向可折叠自动收放翼型帆，其特征是：变曲率弧形连杆（211）为圆形杆件，当帆体支撑架（21）展开时，两个带转轴（2123）的第一个弧形固定板（2121）转动到极限位置，相邻的两个变曲率弧形连杆（211）的尾端面与首端面完全贴合。

5.根据权利要求1所述横向可折叠自动收放翼型帆，其特征是：多节式主桅杆（12）垂直于底座（11），上下两个框架横杆（13）相互平行，两根帆体固定桅杆（14）均与多节式主桅杆（12）平行。

6.根据权利要求1所述横向可折叠自动收放翼型帆，其特征是：底座（11）内部设有电机（112）和一对传动齿轮（113），电机（112）的输出轴经一对传动齿轮（113）连接底座（11）带动底座（11）转动。