CN109649619B - 井桁式风帆帆面骨架结构 - Google Patents

井桁式风帆帆面骨架结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种井桁式风帆帆面骨架结构，所述风帆帆面包括位于中间的中部帆面(11a)，连接在中部帆面(11a)上方的第二端部(12)、连接在中部帆面(11a)下方的第三端部(13)、连接在中部帆面(11a)左侧的第四端部(14)，以及连接在中部帆面(11a)右侧的第五端部(15)；中部帆面(11a)内部设置多个第一横向支撑结构(1)，以及多个第一垂向支撑结构(2)，多个第一横向支撑结构(1)与多个第一垂向支撑结构(2)之间的夹角为90°；第一垂向支撑结构(2)的上、下两端分别延伸至第二端部(12)及第三端部(13)内；本发明可有效控制帆面骨架的重量，提高材料利用率。通过上述布置，结构满足在风载荷、重力和惯性载荷的共同作用下的强度要求，且重量得到优化。

Description

井桁式风帆帆面骨架结构
技术领域
本发明涉及风帆船舶建造技术领域，更具体的说，涉及井桁式风帆帆面骨架的布置结构。
背景技术
风能资源在船舶上的应用愈发受到重视，节能环保型船舶愈发受到市场青睐，硬质升力型风帆可高效地利用清洁的风能，被越来越多地应用在船舶领域。为了获得可观的助推效果，风帆的面积和高度往往很大。如图1所示，在现有的风帆建造技术领域中，并没有与风帆帆面的剖面形状相对应的风帆骨架的标准结构可以参考利用，如采用常规的结构布置，如图2所示，通过分析，该结构的局部应力在265Mpa左右，重量约22吨，完成焊接工作需要约120小时。那么如何在减轻风帆自身重量前提下，保证风帆的结构强度及简化加工工艺降低制造成本成为风帆建造领域的一个难题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种井桁式风帆帆面骨架结构，在节约钢材的前提下，减少焊接工作量与风帆帆面重量；通过布置帆面中部与端部的骨架结构间距，从而有效提高钢材利用率的同时，简化了建造、加工工艺，减轻了重量，减少了焊接工作量，达到成本低、强度高的效果。
为了达到上述目的，本发明提供一种井桁式风帆帆面骨架结构，包括风帆帆面，所述风帆帆面包括位于中间的中部帆面，连接在所述中部帆面上方的第二端部、连接在所述中部帆面下方的第三端部、连接在所述中部帆面左侧的第四端部，以及连接在所述中部帆面右侧的第五端部。
所述中部帆面内部等间隔平行设置多个第一横向支撑结构，并且所述中部帆面内部等间隔平行设置的多个第一垂向支撑结构。
所述第一垂向支撑结构的上、下两端分别延伸至所述第二端部及所述第三端部内；所述第一横向支撑结构的左、右两端分别延伸置所述第四端部及所述第五端部内。
其中，相邻的两个所述第一横向支撑结构之间的间距A不大于所述风帆帆面总长度B的10％；相邻的两个所述第一垂向支撑结构之间的间距C不大于所述风帆帆面总宽度D的12％。
所述第二端部内部平行设置多个第二横向支撑结构。
并且，相邻的两个所述第二横向支撑结构之间的间距E不大于所述间距A的50％，且不小于所述间距A的30％；
所述第三端部内部平行设置多个第三横向支撑结构；
并且，相邻的两个所述第三横向支撑结构之间的间距F不大于所述间距A的25％，且不小于所述间距A的20％；
所述第四端部及所述第五端部的内部平行设置多个第四垂向支撑结构，相邻的两个所述第四垂向支撑结构之间的间距G不大于所述间距C的60％。
上述井桁式风帆帆面骨架结构，优选方式下，多个所述第一横向支撑结构与多个所述第一垂向支撑结构之间的夹角为90°。
上述井桁式风帆帆面骨架结构，优选方式下，所述第二横向支撑结构与所述第一垂向支撑结构之间的夹角为90°。
上述井桁式风帆帆面骨架结构，优选方式下，所述第三横向支撑结构与所述第一垂向支撑结构之间的夹角为90°。
上述井桁式风帆帆面骨架结构，优选方式下，所述第一垂向支撑结构采用连续型的结构。
本发明采用的风帆帆面垂向结构与横向结构的骨架布置形式，通过计算得到风帆帆面在中部与端部布置间距的上限，对比现有技术的大幅减少焊接工作量和风帆帆面重量，提高了钢材利用率；垂向支撑结构的连续形式，可有效地传递风载荷。因此，本发明的骨架布置形式使得建造重量、焊接工作量降低，同时满足结构强度要求，即成本低、强度高的优点。
附图说明
图1是现有风帆帆面的剖面形状；
图2是骨架均匀布置方案示意图；
图3是本发明基于现有风帆帆面的剖面形状的井桁式风帆帆面骨架布置形式的示意图；
图4是风帆帆面中部与端部划分的示意图；
图中，1、第一横向支撑结构，2、第一垂向支撑结构，3、第二横向支撑结构，4、第三横向支撑结构，5、第四垂向支撑结构，11、风帆帆面，11a、中部帆面，12、第二端部，13、第三端部，14、第四端部，15、第五端部。
具体实施方式
如图3、图4所示，本发明一种井桁式风帆帆面骨架结构，是基于图1中的风帆帆面11的剖面形状，进行风帆帆面11骨架的布置，所述风帆帆面11包括位于中间的中部帆面11a，连接在所述中部帆面11a上方的第二端部12、连接在所述中部帆面11a下方的第三端部13、连接在所述中部帆面11a左侧的第四端部14，以及连接在所述中部帆面11a右侧的第五端部15。
所述中部帆面11a内部等间隔平行设置多个第一横向支撑结构1，并且所述中部帆面11a内部等间隔平行设置的多个第一垂向支撑结构2。多个所述第一横向支撑结构1与多个所述第一垂向支撑结构2之间的夹角为90°。所述第一垂向支撑结构2的上、下两端分别延伸至所述第二端部12及所述第三端部13内；所述第一横向支撑结构1的左、右两端分别延伸置所述第四端部14及所述第五端部15内。
相邻的两个所述第一横向支撑结构1之间的间距A不大于所述风帆帆面11总长度B的10％；相邻的两个所述第一垂向支撑结构2的间距C不大于所述风帆帆面11总宽度D的12％。
所述第二端部12内部平行设置多个第二横向支撑结构3，所述第二横向支撑结构3与所述第一垂向支撑结构2之间的夹角为90°。相邻的两个所述第二横向支撑结构3的间距E不大于所述间距A的50％，且不小于所述间距A的30％。
所述第三端部13内部平行设置多个第三横向支撑结构4，所述第三横向支撑结构4与所述第一垂向支撑结构2之间的夹角为90°；相邻的两个所述第三横向支撑结构4之间的间距F不大于所述间距A的25％，且不小于所述间距A的20％。
所述第四端部14及所述第五端部15的内部平行设置多个第四垂向支撑结构5，相邻的两个所述第四垂向支撑结构5之间的间距G不大于所述间距D的60％。
如图1、图2是采用支撑结构均匀布置的方案，横向支撑结构7与垂向支撑结构8之间的夹角α’布置为90°。横向支撑7的间距A’等于帆面总长度B’的20％；垂向支撑结构8的间距C’等于帆面总宽度D’的17％。通过分析，在风压力和惯性载荷作用下，均匀布置方案的全部帆面最大应力值在265Mpa左右，重量约22吨，完成焊接工作需要约120小时。
实施例1：
在图4所示的实施例中，风帆帆面11的中部帆面11a与端部区域划分中，在中部帆面11a的垂向布置上，相邻两个第一横向支撑结构1之间的间距A等于风帆帆面11总长度B的10％；横向布置上，相邻两个第一垂向支撑结构2之间的间距C等于风帆帆面11总宽度D的12％。
而在中部帆面11a垂直方向的上端的第二端部12中，相邻的两个第二横向支撑结构3之间的间距E等于所述间距A的45％；在中部帆面11a垂直方向的下端的第三端部13中，相邻的两个第三横向支撑结构4之间的间距F等于所述间距A的25％。
在中部帆面11a横向方向的两端，相邻两个第四垂向支撑结构5之间的间距G等于所述间距C的55％。
第一垂向支撑结构2采用连续型的结构设计，即第一横向支撑结构1在第一垂向支撑结构2处断开，可考虑风载荷产生的垂直弯矩的影响。在此布置方案下，在风压力和惯性载荷作用下，本发明全部帆面最大的应力值在268Mpa左右，重量约12吨。
对比实施例1和图2所述的均匀布置方案，结构应力在同一量级，本发明方案重量较均匀布置方案降低约45％。由此本发明方案优点在于不仅满足结构强度，同样能够进行重量控制。
实施例2：
风帆帆面11的中部帆面11a与端部区域划分中，在中部帆面11a的垂向布置上，相邻两个第一横向支撑结构1之间的间距A等于风帆帆面11总长度B的10％；横向布置上，相邻两个第一垂向支撑结构2之间的间距C等于风帆帆面11总宽度D的12％。
而在中部帆面11a垂直方向的上端的第二端部12中，相邻的两个第二横向支撑结构3之间的间距E等于所述间距A的30％；在中部帆面11a垂直方向的下端的第三端部13中，相邻的两个第三横向支撑结构4之间的间距F等于所述间距A的20％。
在中部帆面11a横向方向的两端，相邻两个第四垂向支撑结构5之间的间距G等于所述间距C的60％。
第一垂向支撑结构2采用连续型的结构设计，即第一横向支撑结构1在第一垂向支撑结构2处断开，可考虑风载荷产生的垂直弯矩的影响。在此布置方案下，在风压力和惯性载荷作用下，本发明全部帆面最大的应力值在265Mpa左右，重量约14吨。
对比实施例2和图2所述的均匀布置方案，结构应力在同一量级，本发明方案重量较均匀布置方案降低约35％。由此本发明方案优点在于不仅满足结构强度，同样能够进行重量控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种井桁式风帆帆面骨架结构，包括风帆帆面(11)，其特征在于：
所述风帆帆面(11)包括位于中间的中部帆面(11a)，连接在所述中部帆面(11a)上方的第二端部(12)、连接在所述中部帆面(11a)下方的第三端部(13)、连接在所述中部帆面(11a)左侧的第四端部(14)，以及连接在所述中部帆面(11a)右侧的第五端部(15)；
所述中部帆面(11a)内部等间隔平行设置多个第一横向支撑结构(1)，并且所述中部帆面(11a)内部等间隔平行设置多个第一垂向支撑结构(2)；
所述第一垂向支撑结构(2)的上、下两端分别延伸至所述第二端部(12)及所述第三端部(13)内；所述第一横向支撑结构(1)的左、右两端分别延伸置所述第四端部(14)及所述第五端部(15)内；
其中，相邻的两个所述第一横向支撑结构(1)之间的间距A不大于所述风帆帆面(11)总长度B的10％；相邻的两个所述第一垂向支撑结构(2)之间的间距C不大于所述风帆帆面(11)总宽度D的12％；
所述第二端部(12)内部平行设置多个第二横向支撑结构(3)；
并且，相邻的两个所述第二横向支撑结构(3)之间的间距E不大于所述间距A的50％，且不小于所述间距A的30％；
所述第三端部(13)内部平行设置多个第三横向支撑结构(4)；
并且，相邻的两个所述第三横向支撑结构(4)之间的间距F不大于所述间距A的25％，且不小于所述间距A的20％；
所述第四端部(14)及所述第五端部(15)的内部平行设置多个第四垂向支撑结构(5)，相邻的两个所述第四垂向支撑结构(5)之间的间距G不大于所述间距C的60％。
2.根据权利要求1所述井桁式风帆帆面骨架结构，其特征在于：多个所述第一横向支撑结构(1)与多个所述第一垂向支撑结构(2)之间的夹角为90°。
3.根据权利要求1或2所述井桁式风帆帆面骨架结构，其特征在于：所述第二横向支撑结构(3)与所述第一垂向支撑结构(2)之间的夹角为90°。
4.根据权利要求3所述井桁式风帆帆面骨架结构，其特征在于：所述第三横向支撑结构(4)与所述第一垂向支撑结构(2)之间的夹角为90°。
5.根据权利要求1、2、4任一所述井桁式风帆帆面骨架结构，其特征在于：所述第一垂向支撑结构(2)采用连续型的结构。
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