CN104955725B - 包括具有靠近旋筒布置的翼片的旋筒的船舶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶(1)，包括船体(3)、甲板(2)和大致圆筒形的旋筒(6)，该旋筒具有能相对于甲板(2)绕纵向中心线(20)旋转外周壁(8)，该旋筒(6)如此安装在甲板(2)上，使得在运行状态下该旋筒(6)基本竖直定向，其特征在于，翼片(18)大致在平行于旋筒(6)的旋转轴线的平面内延伸地靠近该旋筒(6)布置，且该翼片的弦长(Rfc)为旋筒(6)直径(Dr)的20％‑90％，其中，该翼片(18)的位置能够相对于纵向中心线(20)进行调节。

Description

包括具有靠近旋筒布置的翼片的旋筒的船舶

技术领域

本发明涉及一种船舶，该船舶包括船体和甲板、具有外周壁的大致圆筒形的旋筒，该外周壁可相对于甲板绕纵向中心线旋转。该旋筒以这样的方式安装在甲板上，使得在运行状态下，该旋筒基本竖直定向。本发明还涉及一种用于操作具有这样的翼片的旋筒的方法。

背景技术

旋筒船，或弗莱特纳船，是被设计成利用马格纳斯效应来提供推进力的船舶。为了利用这种效应，船舶采用了由驱动马达提供动力的圆筒形旋筒。马格纳斯效应是垂直于气流方向作用在运动气流中的旋转体上的力。这种力能够被好好利用来推动船舶行进，从而节省燃料。

这样的弗莱特纳旋筒的缺点是它们需要很大，并因此很重很庞大，以便为船舶提供足够的推进力。因此，弗莱特纳旋筒还使用大量材料来建造它们。弗莱特纳旋筒的另一缺点是它们在低风速下以及利用自不期望风向吹来的风的情况下性能较低。

本发明的一个目的是克服或改善上述至少其中一个缺点。

发明内容

在此，根据本发明的船舶的特征在于，翼片大致在平行于旋筒的旋转轴线的平面内延伸地靠近该旋筒布置，且该翼片的弦长Rfc为旋筒直径的20％-90％，其中，该翼片的位置可相对于纵向中心线进行调节。该翼片显著增强了旋筒的举力，因此，允许旋筒在产生相同推进力情况下较小，还能使得旋筒能采用更少量的材料构造成。此外，由于翼片的可调整性，弗莱特纳旋筒船舶在低风速和存在从不期望风向吹来的风的情况下的性能得到改善。

优选地，该旋筒和翼片将由选自但不限于重型铸铁、铝、铝合金或具有高强度-重量比的层压材料如复合材料、碳纤维和玻璃纤维制成。

有利地，通过将翼片弦长增加至高达某一特定值，该旋筒力向量以及因此的升力和升阻比将呈指数级增加。另一有利之处是将翼片与旋筒一起使用，因为翼片的使用能够在风速很高时将旋筒转速提高至高达1500转/分。

此外，翼片可具有一定的曲度，该曲度将增加由旋筒产生的举力。该翼片曲度可利用多种公知方法中的其中一种方法实现，所述方法包括一种或多种铰接和/或开槽部件以满足在两个航向上的运行。

优选地，该翼片将由选自但不限于平板形、中空叶片形或机翼形的横截面形状。

有利地，通过使翼片具有一定弧度，这能为具有不同几何形状的旋筒提供额外的方案并且这种适应将取决于旋筒的几何形状以及该旋筒将要运转的船舶。此外，提供具有不同横截面形状的翼片是有利的，因为这有利于减少在旋筒中使用的材料并增强升力并降低旋筒的升阻比。

在本发明的一个优选实施例中，该翼片包括上端和下端，该翼片的下端沿支承在甲板上的圆形轨道被引导，该圆形轨道的中心与旋筒的纵向中心线对准。

这提供的优点是具有独立的系统，用于翼片在旋筒周围的位置的精确可控性，以最优化旋筒的马格纳斯效应。

此外，该翼片可在旋筒上端的上方或在旋筒上端处通过翼片的上端在纵向中心线上的某位置处被铰接至该旋筒。

此外，该翼片包括上端和下端，该翼片在旋筒的下端附近通过翼片的下端在纵向中心线上的某位置处被铰接至该旋筒。或者该翼片在旋筒上端附近通过翼片的上端在纵向中心线的某位置处被铰接至旋筒。另一个翼片端也在靠近另一翼片端的相应旋筒端附近在纵向中心线上的某位置处被铰接至该旋筒。

有利地，通过将翼片铰接至该旋筒，该旋筒和该翼片可容易被组装或拆卸。而且，这种配置将为该组件提供额外的强度。

应当理解，该旋筒可例如通过旋筒的下边缘和/或上边缘或在下边缘和上边缘之间的位置被可旋转地安装在固定柱上，其中，该固定柱被连接至旋筒的外周壁。

有利地，这建立了翼片相对于旋筒的自主性，以这种方式，该翼片可独立于旋筒来进行调节，为旋筒提供最佳控制，以减少能量消耗。

因此，该翼片包括前边缘和后边缘，该翼片的前边缘位于离旋筒的外周壁0-1米的距离D处。此外，该翼片设置有翼片定位机构，其允许翼片以这样的方式被定位，即翼片的弦与相对风成30°-60°的角α。

该翼片可在不同距离处与相对风呈特定角度定位的事实有利地提供了非常有效的方法来最佳化翼片的使用，以提供旋筒所需的额外的升力，并且这种事实还提供了具有相对较轻的旋筒的可能性。

在一个优选实施例中，该翼片是楔形翼片，其具有介于旋筒直径Dr的10％-70％的弦长Rfc。该楔形翼片可包括在后边缘处连接在一起的两个侧壁，相对于它们在后边缘处的连接位置，两个侧壁相对于彼此最大夹角为150°。

有利地，这种特定配置将改善翼片的空气动力学，提供轻量级结构并通过帮助控制旋筒来增强翼片的效力。

因此，该翼片可包括在翼片后边缘上的翼梢小翼。该翼梢小翼在翼片后边缘的每侧沿远离翼片弦的方向横向延伸出约0.5-1米并且其大致垂直于翼片弦Rfc延伸。

有利地，在翼片后边缘上的该翼梢小翼通过改进旋筒的升阻比增强了翼片在翼片的两侧以及旋筒自身表面上的效力。

优选地，该翼梢小翼将具有选自但不限于平板形、中空叶片形、楔形或圆形的横截面形状。

此外，本发明涉及一种操作旋筒的方法，包括将该翼片定向成使得该翼片弦具有相对于纵向中心线成45°-60°的角度β的步骤。

有利地，通过使翼片定向成相对于纵向中心线成45°-60°的角度，该旋筒和该翼片将在它们的最好状态下运行，以增强升力和升阻比。

根据本发明的一个实施例，旋筒可与翼片同时从垂直位置折叠到水平位置处。该旋筒和翼片的收拢可在旋筒和翼片边缘被组装的状态下实现。

有利的是提供这种一种船舶，其中在大风条件下旋筒和翼片处于折叠位置的船舶是有利的，以便降低旋筒端部和翼片与波浪和风的相互作用。

此外，该船舶可设置有液压系统，用于帮助旋筒和翼片的收拢。该液压系统尤其是在高湿度和盐含量干扰运动部件时提供了相对可靠操作的益处。

具有小翼片的、用于产生高驱动力的设备在美国专利US4,630,997中有所记载。该文献描述了一种具有小翼片的非圆形中空体，该翼片相对于该非圆形的中空体向外伸出。该非圆形的中空体能够在非圆形旋筒的倾角小于90°时降低阻力。该非圆形筒体不得不很好地定向以正确地运行，因为如果不是这种情况，则该非圆形筒体的旋转会延迟并降低空气流从该旋筒的非圆形表面上的分离并且增加在该非圆形中空体上的涡流空气量。此外，在US4,630,997中描述的翼片与本专利申请中所述的旋筒不兼容，因为US4,630,997中的主体不得不是静止的以便运行，这与本申请所述的液压的、旋转的旋筒截然相反。

此外，US2,713,392描述了在船舶上用于提供推进力的竖直的圆筒体的使用，具有空气可渗透的筒体，其将空气吸入筒体内来维持筒体表面附近的空气流。短折流板导致筒体周围气流的分离以具有不同长度的路径，产生在筒体上的横向力。这种配置需要额外的力来使该筒体运动并且还因为所需驱动力而具有大量的能量消耗，并且由于需要以每分钟几百转的转速来使筒体连续旋转以提供期望的推进力所导致的不期望的机械复杂性。由于涉及不同的机械学，因此，US2,713,392中的折流板并不适合与翼片旋筒一起使用。

附图说明

通过参考结合了附图的优选实施例的下文详细说明以及从所附权利要求中所述，本发明的其它方面、特征和细节将容易被理解。在所附附图中:

图1示出了装备有旋筒和翼片的船舶的侧视示意图，其中该旋筒被安装在船舶的甲板上；

图2示出了直接流动到旋筒和翼片上的风的示意图；

图3示出了处于组装状态下的旋筒和翼片的透视图；

图4示出了处于组装状态下的旋筒和翼片的主视图；

图4a示出了处于组装状态下的旋筒和翼片沿图4中示出的IVa-IVa线的横截面视图；

图4b示出了处于组装状态下的旋筒和翼片的沿图4中示出的IVb-IVb线的横截面视图；

图5示出了翼片铰接件的透视图；

图6示出了处于组装状态下的楔形翼片和翼梢小翼的详细视图；以及

图7示出了旋筒和在收拢状态下铰接连接的翼片。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的装配有运行状态下的旋筒6和翼片18的船舶1的侧视示意图。该船舶1设置有甲板2，该甲板在船体3的上部形成。旋筒6优选是大体圆筒形的，并且该旋筒布置在船舶1的甲板2上。该旋筒6包括外周壁8，该外周壁8可绕纵向中心线20相对于该甲板2旋转。该旋筒6还包括上端6a和下端6b。平行于该旋筒设置有相对于该旋筒6具有转动自由度的翼片18。该转动自由度涉及绕旋筒6的纵向中心线20的旋转。该翼片18包括上端18a和下端18b。该翼片18还在其下端18b处包括支承在甲板2上用于沿圆形轨迹被引导以提供转动自由度的机构。该翼片18的下端18b可通过不同的方式以这样的轨迹引导翼片18用于使翼片18具有固定的或可变的路径。并且，布置在翼片下端18b下方的轮子可用于环绕旋筒6引导该翼片18。

在一个结构性的变型中，在此示出的旋筒6和翼片18可以是可收拢的/可展开的，其可从甲板2被折叠至在接纳腔(未示出)内的收拢状态。

或者，翼片18可在纵向中心线20上的某一位置处靠近其上端18a铰接或枢转地连接至旋筒6。在一个优选实施例中，该翼片18可在纵向中心线上的某一位置处靠近其下端18b铰接至旋筒6并且通过这样的轴承旋转，该轴承插入或以某种方式实施在将旋筒6和翼片18的下端18b附近部分连接在一起的铰接机构内。

图2示出了示意图，其中该旋筒6包括楔形翼片18，其中风流动使旋筒6运动并且该楔形翼片18被相应地定向，以提高旋筒6的升力和升阻比。并且，该楔形翼片18包括在后边缘27处连接在一起的侧壁24a、24b。此外，楔形翼片18的每个侧壁24a、24b均包括布置在旋筒6附近的前边缘26，所述前边缘基本在与旋筒6的旋转轴线平行的平面内延伸。

应当注意，楔形翼片18的侧壁24a、24b可设置有不同的曲度，以改善在低风速下的升力。在一个特定的形式中，侧壁24a、24b可具有相对于风流动方向的凹形表面。

应当理解，楔形翼片的弦长Rfc明显小于旋筒6的直径Dr。楔形翼片18以相对于风流动方向成翼片偏转角α示出。相关的风速流使得旋筒6相对于甲板2绕纵向中心线20旋转。该翼片偏转角α优选相对于航行风/相对风流在30°-60°之间。

图3示出了处于组装状态下的旋筒6和楔形翼片18。应当理解，该楔形翼片18通过铰接机构在下部和上部6a、6b处被铰接至该旋筒6。如图所示，铰接件36在旋筒6和翼片18的上端6a、18a处将旋筒6和楔形翼片18相连接。该铰接件通过紧固机构38固定至该旋筒6的上端。该紧固机构38选自但不限于螺丝钉、销、螺栓或螺母。如图所示，固定柱7在旋筒6的下边缘6b附近被连接至该旋筒6。此外，该楔形翼片18在其后边缘27处包括翼梢小翼30，该翼梢小翼在翼片后边缘27的每侧横向延伸，且优选在每一侧延伸0.5-1米。如在本文中呈现的那样，该楔形翼片18与该旋筒6的外周壁8相距距离D。应当理解，在旋筒6的外周壁8与楔形翼片18的前边缘26之间的距离D优选介于0-1米，且更优选为介于0.5-1米之间，取这样的距离D是取决于不同参数如旋筒6的翼片的弦长Rfc或旋筒6的直径Dr。此外，可以看出滑入固定柱7内的翼片铰接件44在翼片的下部18b处与该翼片18呈组装状态。

图4示出了处于组装状态下的旋筒6与翼片18的主视图。处于组装状态的旋筒6和翼片沿线IVa-IVa和IVb-IVb的横截面视图分别在图4a和图4b中示出。该旋筒6包括限定出旋筒6的总高度的上板32和下板34。该下板34位于该固定柱7上。该上板32和下板34均沿旋筒6的外周壁8的每侧横向延伸。从沿线IVa-IVa的横截面视图将理解，该下板34包括与楔形翼片18的形状相符的后边缘。并且，从沿线IVa-IVa和IVb-IVb的横截面视图将理解，该楔形翼片18就位在距离旋筒6距离D处。此外，该楔形翼片18大致平行于旋筒6的旋转轴线延伸并且该楔形翼片18的下端18b在其最下部大致平行于该固定柱7，如在沿IVb-IVb的横截面视图中所示。固定柱7的直径Dm优选为旋筒6的直径的50％-80％。应当理解，翼片的弦长Rfc优选为旋筒6的直径Dr的10％-70％，且更优选为旋筒6的直径Dr的40％-70％。该翼片的总弦长Rfc例如可被计算出占旋筒6的直径Dr的50％和翼片与旋筒6的外周壁8之间的距离D的20％。

图5示出了处于拆卸状态下的翼片铰接件44的透视图。该翼片铰接件44包括环形部分46和支承部分48。该环形部分46在其内侧包括上轴承40和下轴承42。在翼片18被固定连接至该翼片铰接件44的支承部分48时，该翼片铰接件44将滑入该固定柱7内。将理解，该上轴承和下轴承40、42帮助该翼片铰接件44关于该纵向中心线20旋转，且该翼片18可平行于该旋筒6的旋转轴线定向。并且，该上轴承和下轴承40、42提供了翼片18相对于固定柱7的相对运动。

图6示出了该楔形翼片18在其运行状态下在其后边缘27处包括被刚性连接至该翼片后边缘27的翼梢小翼30。应当理解，该楔形翼片18还包括三角形支承结构25，其提供额外的强度给该楔形翼片18，并因此在强风状态下增强结构稳定性。此外，该支承结构25将优选具有在翼片的弦Rfc的40％-70％之间的弦Rs。如所能看到的，该翼梢小翼30具有在翼片后边缘27的每侧相同地延伸的对称结构。

图7示出了处于组装状态下的旋筒6和翼片18，其中，该组件处于大致水平的收拢位置处。该旋筒6和翼片18由对称的铰接组件50支承，该对称的铰接组件包括下铰接部分52和上铰接部分54。该下铰接部分52被固定附接至甲板2。包括活塞的液压系统将旋筒6和翼片18与下铰接部分52连接，并因此与该船舶1的甲板2连接。该液压系统包括柱状本体58，其可在中空筒体56内往复运动。该中空筒体56将上铰接部分54与翼片铰接件44连接，而柱状本体58连接下铰接部分52和上铰接部分54。在该柱状本体58的相对侧，该下铰接部分52与该上铰接部分54被连接在一起。该液压系统将会限制该下铰接部分52和该上铰接部分54之间的倾斜角度。优选地，该倾斜角度落在70°-90°之间。

Claims (13)

1.一种船舶(1)，包括船体(3)、甲板(2)和大致圆筒形的旋筒(6)，该旋筒具有能相对于甲板(2)绕纵向中心线(20)旋转的外周壁(8)，该旋筒(6)如此安装在甲板(2)上，使得在运行状态下该旋筒(6)基本竖直定向，其特征在于，翼片(18)大致在平行于旋筒(6)的旋转轴线的平面内延伸地靠近该旋筒(6)布置，且该翼片的弦长(Rfc)为旋筒(6)直径(Dr)的20％-90％，其中，该翼片(18)的位置能够相对于该纵向中心线(20)进行调节；其中该翼片(18)包括前边缘(26)和后边缘(27)；并且该翼片(18)包括在翼片的后边缘(27)上的翼梢小翼(30)。

2.根据权利要求1所述的船舶(1)，其中，该翼片(18)包括上端(18a)和下端(18b)，该翼片的下端(18b)支承在甲板(2)上沿圆形轨迹被引导，该圆形轨迹的中心与旋筒(6)的纵向中心线(20)对准。

3.根据权利要求2所述的船舶(1)，其中，该翼片(18)在旋筒的上端(6a)的上方或在该旋筒的上端处通过翼片(18)的上端(18a)在纵向中心线(20)上的某位置处被铰接至该旋筒(6)。

4.根据权利要求1所述的船舶(1)，其中，该翼片(18)包括上端(18a)和下端(18b)，该翼片(18)靠近旋筒下端(6b)通过翼片(18)的下端(18b)在纵向中心线(20)上的某位置处被铰接至旋筒(6)，或者该翼片(18)靠近旋筒的上端(6a)通过翼片(18)的上端(18a)在纵向中心线(20)的某位置处被铰接至旋筒(6)。

5.根据权利要求4所述的船舶(1)，其中，另一翼片(18)端也在接近另一翼片端(18a；18b)的相应旋筒端(6a；6b)附近在纵向中心线(20)上的某位置处被铰接至该旋筒(6)。

6.根据权利要求1所述的船舶(1)，其中，该翼片(18)的前边缘(26)位于离旋筒(6)的外周壁(8)0-1米的距离(D)处。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的船舶(1)，其中，该翼片(18)设置有翼片定位机构，其允许翼片(18)定位成使得翼片的弦与相对风成30°-60°的角α。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的船舶(1)，其中，该翼片(18)为楔形翼片。

9.根据权利要求8所述的船舶(1)，其中，该楔形翼片(18)的弦长(Rfc)为旋筒(6)直径(Dr)的10％-70％。

10.根据权利要求8所述的船舶(1)，其中，该楔形翼片(18)包括在后边缘(27)处连接在一起的两个侧壁(24a、24b)，相对于它们在后边缘(27)处的连接位置，两个侧壁相对于彼此的最大夹角为150°。

11.根据权利要求1所述的船舶(1)，其中，该翼梢小翼(30)在翼片后边缘(27)的每一侧沿远离翼片的弦的方向横向延伸0.5-1米。

12.根据权利要求1或11所述的船舶(1)，其中，该翼梢小翼(30)大致垂直于该翼片的弦延伸。

13.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的船舶的方法，包括将该翼片(18)定向成使得该翼片的弦具有相对于纵向中心线(20)成45°-60°的角度β的步骤。