CN105000159A - U型风帆结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及U型风帆结构，包括风帆本体，所述风帆本体通过风帆桅杆与风帆底座连接，所述风帆本体的横截面形成剖面结构，所述剖面结构由一对主体部、一对拱弧部及一对导圆部一体连接形成“U”形结构，各主体部、拱弧部及导圆部均以风帆转动轴心为中心对称布置。本发明结构简单，外形整洁，最大气动升力系数高，该风帆本体的剖面结构最大升力系数可达3.0以上，为一般机翼翼型的2.3倍以上，可大大低提高风帆的助推效能。该风帆本体的剖面结构采用气动力性能优化设计技术，在不增加风帆结构复杂性的前提下，通过风帆剖面线型设计，有效地提高了风帆的升力特性，相较多段组合式翼型剖面，具有结构简单的优点。

Description

U型风帆结构

技术领域

本发明涉及风帆助推船舶，尤其涉及U型风帆结构。

背景技术

现代风帆助推船舶，风帆助推性能主要体现在风帆气动升力在船舶前进方向上产生的推力分量的大小。风帆单位面积气动升力越大，其在前进方向产生的推力分量越大，风帆助推效果越好。风帆的横剖面几何外形(翼型)是决定风帆单位面积气动升力特性的主要影响因素，因此，风帆剖面线型设计技术是风帆气动设计的关键技术。目前，现有风帆采用多段组合翼型，虽然带襟翼的组合翼型因其具有较高的气动特性而广泛应用于航空领域，但组合翼型结构形式、襟翼的控制方式相当复杂，如果风帆助推船舶采用该种多段组合翼型，则会大大增加风帆系统的复杂性及建造成本、降低风帆系统的可靠性，特别是当要求风帆具有升起、收回功能时，复杂的多段组合翼型风帆往往无法在工程上实际应用。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种U型风帆结构，本发明在不增加风帆结构的同时提高了风帆的升力特性、增加了风帆的推进效率，提高了风帆的经济性、可靠性，有利于风帆助推船舶的推广使用。

本发明所采用的技术方案如下：

U型风帆结构，包括风帆本体，所述风帆本体通过风帆桅杆与风帆底座连接，所述风帆本体的横截面形成剖面结构，所述剖面结构由一对主体部、一对拱弧部及一对导圆部一体连接形成“U”形结构，各主体部、拱弧部及导圆部均以风帆转动轴心为中心对称布置。

其进一步技术方案在于：

所述主体部的厚度沿拱弧部呈递减趋势；

所述风帆本体为矩形、三角形、梯形或椭圆形中的任意一种；

所述导圆部位于“U”形结构的最外侧，所述导圆部与拱弧部的一端连接，所述拱弧部的另一端连接主体部。

本发明的有益效果如下：

(1)最大气动升力系数高，该风帆本体的剖面结构最大升力系数可达3.0 以上，为一般机翼翼型的2.3倍以上，可大大低提高风帆的助推效能。

(2)外形整洁，该风帆本体的剖面结构采用气动力性能优化设计技术，在不增加风帆结构复杂性的前提下，通过风帆剖面线型设计，有效地提高了风帆的升力特性，相较多段组合式翼型剖面，具有结构简单的优点。

(3)助推有效风向范围广，该风帆剖面采用前后对称结构，可在船舶左右来风情况下具有同样的助推能力，助推有效风向范围广。

(4)工程实用性强，该风帆本体的剖面结构具有较大的厚度，可为风帆的结构强度设计提供较大的自由度，也为风帆收放系统、控制系统提供了较大的布置空间，具有较强的工程实用性。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为采用本发明的风帆结构安装示意图。

图3为风帆帆面轮廓外形示意图Ⅰ。

图4为风帆帆面轮廓外形示意图Ⅱ。

图5为风帆帆面轮廓外形示意图Ⅲ。

图6为风帆帆面轮廓外形示意图Ⅳ。

图7为带有本发明结构的风帆与船体的安装示意图。

图8为图7的俯视图。

图9为图7的侧视图。

其中：1、剖面结构；101、主体部；102、拱弧部；103、导圆部；2、风帆转动轴心；3、风帆本体；4、风帆桅杆；5、风帆底座；6、驾驶室；7、船体。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图2所示，U型风帆结构包括风帆本体3，风帆本体3通过风帆桅杆4与风帆底座5连接，风帆本体3的横截面形成剖面结构1，剖面结构1采用前后对称气动外形，如图1所示，剖面结构1由一对主体部101、一对拱弧部102及一对导圆部103一体连接形成“U”形结构，各主体部101、拱弧部102及导圆部103均以风帆转动轴心3为中心对称布置，如图1所示，主体部101的厚度沿拱弧部102呈递减趋势，上述导圆部103位于“U”形结构的最外侧，导圆部103与拱弧部102的一端连接，所述拱弧部102的另一端连接主体部101。上述主体部101具有足够的厚度，其可以为风帆的结构强度设计提供尽可能大 的自由度，也为风帆收放系统，控制系统提供较大的布置空间。上述拱弧部102主要用于设计确定拱弧形式及部分剖面的厚度分布形式，以获得最佳的升力特性，导圆部103的布置可以用于降低气动阻力。

如图3至图6所示，风帆本体3的侧投影根据生产需要为矩形、三角形、梯形或椭圆形中的任意一种，风帆材料的选用应保证风帆表面的光滑度，风帆本体3具有足够的刚度和强度，保证风帆在一定保证风帆在一定风场环境下不被破坏并使风帆变形量保持在较小范围内；风帆桅杆4支撑并控制风帆本体3的转动和收放；风帆底座5与船体结构连接，保证风帆在一定风场环境下不被破坏并避免对船体局部强度构成不良影响。

本发明的风帆结构与大型远洋货船的安装结构如图7至图9所示，由于大型远洋货船的视野较为开阔，在允许操船视线盲区的范围内可布置若干个风帆本体3，风帆本体3设置于船体7上，在船体7的前端设置驾驶室6，从而最大限度的提高风帆助推能力，以获得显著的节能减排指标。

经试验验证，本发明所述风帆结构的最大升力系数可以达3.0以上，而一般对称机翼翼型(如NACA0015)的最大升力系数为1.3左右，即本发明所述剖面最大升力系数为一般机翼翼型的2.3倍以上。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (4)

1.U型风帆结构，其特征在于：包括风帆本体(3)，所述风帆本体(3)通过风帆桅杆(4)与风帆底座(5)连接，所述风帆本体(3)的横截面形成剖面结构(1)，所述剖面结构(1)由一对主体部(101)、一对拱弧部(102)及一对导圆部(103)一体连接形成“U”形结构，各主体部(101)、拱弧部(102)及导圆部(103)均以风帆转动轴心(3)为中心对称布置。

2.如权利要求1所述的U型风帆结构，其特征在于：所述主体部(101)的厚度沿拱弧部(102)呈递减趋势。

3.如权利要求1所述的U型风帆结构，其特征在于：所述风帆本体(3)为矩形、三角形、梯形或椭圆形中的任意一种。

4.如权利要求1所述的U型风帆结构，其特征在于：所述导圆部(103)位于“U”形结构的最外侧，所述导圆部(103)与拱弧部(102)的一端连接，所述拱弧部(102)的另一端连接主体部(101)。