CN116946341A - 一种船用襟翼帆操纵机构及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用襟翼帆操纵机构及控制系统，其包括，固定座、支撑柱、第一套筒，固定座的上端外表面安装有管间连锁单元，管间连锁单元的中心位置设置安装支撑柱，第一套筒环套在支撑柱上端位置，第一套筒与支撑柱铰接；第一套筒内设置有第二套筒，第一套筒与第二套筒设置有离合器，第一套筒上设置有主翼，第二套筒上设置有襟翼，第二套筒的顶端设置有风速风向传感器，支撑柱与第一套筒及第二套筒均可以转向。本发明的襟翼帆上设置自动化控制系统，使得可旋转套筒及支撑柱可以根据风速风向自主调节，可以使船舶在航行时更节能和安全，具有使用范围广、场景多、局限性小等优点。

Description

一种船用襟翼帆操纵机构及控制系统

技术领域

本发明涉及风帆技术领域，尤其是涉及一种船用襟翼帆操纵机构及控制系统。

背景技术

由于目前的国际油价上涨，航行排放区域控制增多，环保法规趋严等原因，风能作为船舶的一种无污染动力，正被越来越多地研究。近年来，已有很多科研院所和企业对船舶风帆助航技术开展研究，推动了风能的现代化利用。目前利用马格纳斯效应设计的转筒式风帆已在船上得到应用，风翼式风帆、风筝风帆等新形式风帆设计也进入到人们的视野。

帆船具有悠久的历史，依靠太阳能或自然的风力进行动力驱动，翼帆技术是基于有人帆船技术的历史延续，与现在科技技术的融合，来装备现阶段的远洋船舶，风帆助航船舶上有很多结构，其中就有风帆转向装置；现有的风帆转向装置在使用时存在一定的弊端，现在虽然应用马格纳斯效应的转筒式风帆已经开始应用，但是其结构复杂，消耗能量多，升力系数小等缺点限制了其在远洋船舶上的应用，其他类型的风帆对其空气动力学特性的研究尚不成熟，对风翼失速行为的控制尚不成熟，对于不同角度的风向和风力大小不能做出及时的调整，风能利用率受环境影响较大，当风速较大时对船舶的稳性造成一定的隐患，不能合理利用风能，并且能耗消耗大，不能根据风速风向自动调节襟翼帆的方向，影响帆船的航行，不满足人们的要求。

因此，为了适应翼帆助航船舶发展，我们有必要提出一种船用襟翼帆操纵机构及控制系统。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，本发明所要解决的技术问题是船用襟翼帆操纵机构不能分别转动及没有智能化控制系统的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种船用襟翼帆操纵机构，其特征在于，包括：固定座、支撑柱、第一套筒，所述固定座的上端外表面安装有管间连锁单元，管间连锁单元的中心位置设置安装所述支撑柱，所述第一套筒环套在所述支撑柱上端位置，所述第一套筒与所述支撑柱铰接；所述第一套筒内设置第二套筒，所述第二套筒与所述第一套筒铰接，所述第一套筒与第二套筒上设置有离合器，所述第一套筒上设置有主翼，所述第二套筒上设置有襟翼，所述第二套筒顶端设置有风速风向传感器，所述支撑柱与所述第一套筒及第二套筒均可以转向。

作为本发明所述船用襟翼帆操纵机构的一种优选方案，所述固定座设置在船舱内部与所述管间连锁单元螺栓连接，所述管间连锁单元有若干个不同大小的齿轮组成，所述管间连锁单元旁设置有驱动驱动电机，所述驱动电机与所述管间连锁单元电连接。

作为本发明所述船用襟翼帆操纵机构的一种优选方案，所述支撑柱的底部设置成齿轮状，安装在所述管间连锁单元中心位置，所述支撑柱与所述管间连锁单元内的齿轮啮合。

作为本发明所述船用襟翼帆操纵机构的一种优选方案，所述第二套筒为顶部密封下部开口的中空结构，所述第二套筒设置在所述第一套筒内部，所述第一套筒内壁设有轮齿，所述第二套筒的外壁设有齿轮与所述第一套筒啮合。

作为本发明所述船用襟翼帆操纵机构的一种优选方案，所述支撑柱的内部设置有旋转轴。

作为本发明所述船用襟翼帆操纵机构的一种优选方案，所述第二套筒的内壁设有齿轮。

作为本发明所述船用襟翼帆操纵机构的一种优选方案，所述支撑柱的上半部分外围设置成齿轮状与所述第二套筒内的齿轮啮合，所述支撑柱上设置有限位块，所述限位块圆周设置在所述支撑柱外围。

作为本发明所述船用襟翼帆操纵机构的一种优选方案，所述旋转轴与所述管间连锁单元内的齿轮铰接。

本发明的有益效果，通过对襟翼帆设置成两节科单独旋转的个体，可以根据不同风速风向旋转，通过对套筒和支撑柱分别设置了齿轮，通过管间连锁单元中的转动轴带动套管运转，如果其中一个发生故障另一个还可以继续转动，通过安装风速风向传感器可以使套筒或支撑柱根据现场环境进行调节，为了保证无人帆船按航线航行，在航行途中需要不断调整双元素翼帆的攻角和襟翼帆偏转角，实现Z字形前进，增加了风帆的适应性，提高了风帆的使用率，用途广泛。

鉴于船用襟翼帆操纵问题效率还能进一步提高的问题，提出了一种控制系统。

为解决上述技术问题，本发明还提供如下技术方案：一种控制系统，其包括上述实施例任一所述的船用襟翼帆操纵机构，以及，包括控制组件、自锁单元，所述控制组件安装在所述管间连锁单元的上表面，所述控制组件与所述自锁单元电连接。

作为本发明所述控制系统的一种优选方案，其特征在于：所述控制组件包括：控制器、启停模块、故障模块、报警模块、算数模块、信号收发模块、管间连锁单元、风速风向传感器、驱动电机、传感器通讯模块，所述控制器通过信号线与所述管间连锁单元电连接，所述启停模块与所述驱动电机及所述控制器电连接，所述报警模块、所述风速风向传感器及所述控制器电连接，所述风速风向传感器与所述算数模块及管间连锁单元电连接，所述启停模块与所述管间连锁单元及所述控制器电连接，所述控制器与所述故障模块、所述信号收发模块及控制组件电连接。

本发明的另一有益效果：通过增设控制系统，可以使风帆助航船舶根据当时环境自动控制襟翼帆的方向，通过控制器与传感器及模块之间的配合，襟翼帆可以根据风速风向自动转动调整方向，通过对管间连锁单元及套筒的控制，可以根据控制器智能化工作，不需要人工干预，另外在套筒内还设置安装自锁单元，通过控制器可以对自锁单元进行方向干预，如果遇到风向与帆船航向有偏差时，在套筒转动时启动自锁单元对套筒方向进行锁定，同时在第一套筒与第二套筒上设有离合器，通过离合器可控制主翼及襟翼的旋转。如果转动发生故障，这时会触发故障模块，故障模块会启动报警模块发出警报，通过信号收发模块发送到工作人员设备终端，可以及时维修止损。可达到节能航行，实现全过程智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

其中：

图1为本发明提供的一种实施例所述船用襟翼帆操纵机构及控制系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施例所述船用襟翼帆操纵机构及控制系统的套筒旋转结构示意图；

图3为本发明提供的一种实施例所述船用襟翼帆操纵机构及控制系统的双元素翼帆的示意图；

图4为本发明提供的一种实施例所述船用襟翼帆操纵机构及控制系统的控制系统结构流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1，参照图1～3，本发明第一个实施例，该实施例提供了一种船用襟翼帆操纵机构，包括，固定座101、支撑柱102、第一套筒103，所述固定座101的上端外表面安装有管间连锁单元104，管间连锁单元104的中心位置设置安装所述支撑柱102，所述第一套筒103环套在所述支撑柱102上端位置，所述第一套筒103与所述支撑柱102铰接；所述第一套筒103内设置有第二套筒105，所述第二套筒105与所述第一套筒103铰接，两个套筒上设置不同的翼帆，第一套筒103上设置有主翼107，第二套筒105上设置有襟翼109。为了保证两个套筒可以分别转动调整，在第一套筒103与第二套筒105上设置有离合器202，当按下离合器202时，第一套筒103上的主翼107铰合旋转，第二套筒105上的襟翼109不转动，当离合器202松开时，第二套筒105上的襟翼109铰合转动，第一套筒103上的主翼107不转动，同时为了防止不该转动的套筒转动，在两个套筒上设置有限位销，限位销与离合器202连接，限位销随着离合器202的运动而运动。所述第二套筒105的顶端设置有风速风向传感器106，主翼107和襟翼109会根据风速风向传感器106的数据进行调整，当风吹向主翼107时，主翼107旋转会形成攻角，这时襟翼109会根据主翼107的旋转而调整，同时襟翼109会形成襟翼偏转角，所述支撑柱102与所述第一套筒103及第二套筒105均可以转向。具体的，所述支撑柱102为内设空腔上部密封的柱状体，支撑柱102采用厚度为5cm的空心钢管，为了增强支撑柱102的耐腐性，在所述支撑柱102的外表面涂刷防腐漆。所述固定座101设置在船舱内部与所述管间连锁单元104螺栓连接，所述管间连锁单元104由若干个不同大小的齿轮组成，所述管间连锁单元104旁设置有驱动电机108，所述驱动电机108与所述管间连锁单元104电连接。所述支撑柱102的底部设置成齿轮状，安装在所述管间连锁单元104中心位置，所述支撑柱102与所述管间连锁单元104内的齿轮啮合。固定座101为长方体形状焊接在船舱内部，固定座101上设置若干个螺栓，管间连锁单元104与固定座101螺栓紧固在一起，在管间连锁单元104的侧壁上设置有延伸出来的转轴，转承的一端与管间连锁单元104里的齿轮连接，转轴的另一端也设有齿轮，并通过铰链与驱动电机108上的转动轴铰接，驱动电机108的转动带动延伸出来的转轴转动再带动支撑柱102的转动，以此可以实现支撑柱102的转动。

其中，第二套筒105为顶部密封下部开口的中空结构，所述第二套筒105设置在所述第一套筒103内部，所述第一套筒103内壁设有轮齿，所述第二套筒105的外壁设有轮齿与所述第一套筒103啮合。两个套筒的开口处内壁上均设有齿轮，因为两个套筒环套在所述支撑柱102上端位置，在套筒套在支撑柱102位置处设置有限位块111，限位块111在所述支撑柱102上环形设置，可防止套筒下滑。同时为了防止套筒下滑在支撑柱102的上部密封处设有螺丝孔，在管间连锁单元104的中心设有旋转轴110，旋转轴110的底部设有的齿轮与管间连锁单元104啮合，旋转轴110的顶端穿出第一套筒103用螺母紧固连接，在支撑柱102的顶端与第二套筒105未接触的位置处设有限位弹簧，旋转轴110贯穿弹簧与第二套筒105紧固连接。同时在支撑柱102与第一套筒103的内壁齿轮处设有齿轮，齿轮在支撑柱102的外围呈圆周布置，支撑柱102上端的齿轮与第一套筒103内壁的轮齿啮合，可以为第一套筒103旋转提供支持，同时第一套筒103的内部设置有第二套筒105，第一套筒103内壁设有轮齿，所述第二套筒105的外壁设有轮齿与所述第一套筒103啮合。第二套筒105围绕第一套103转动。旋转轴110的转动可以带动套筒旋转，为了使第一套筒103和第二套筒105旋转到合适位置制动，在套筒与支撑柱102啮合处设置自锁单元201，当第一套筒103旋转到合适位置时，自锁单元201启动对第一套筒103位置固定，当第二套筒105旋转到合适位置时，自锁单元201启动对第二套筒105位置固定。在支撑柱102上设置安装风速风向传感器106，可以通过风速风向传感器106对航行中帆船的航向起到调整作用。可以自主的对帆船航向做出正确判断。

综上，对支撑柱102和套筒及襟翼帆的具体材料和大小不做限制，对支撑柱102上的限位块111的具体位置不做限制，可以根据帆船的大小和使用的场景及襟翼帆的大小做出改变，可以根据需要选择。

实施例2

参照图4，本发明第二个实施例，与上个实施例不同的是，该实施例提供了一种控制系统，解决了风帆助航船舶的襟翼帆操纵机构智能化控制效率可以进一步提高的问题，其包括上述任一实施例所述的船用襟翼帆操作机构，以及，包括控制组件200、自锁单元201、离合器202，所述控制组件200安装在所述管间连锁单元104的上表面，所述控制组件200与所述自锁单元201及所述离合器202电连接。其中，所述控制组件200包括：控制器300、启停模块400、故障模块500、算数模块600、报警模块700、信号收发模块800、管间连锁单元104、风速风向传感器106、驱动电机108、传感器通讯模块900，所述控制器300通过信号线与所述管间连锁单元104电连接，所述启停模块400与所述驱动电机108及所述控制器300电连接，所述报警模块700、所述风速风向传感器106及所述控制器300电连接，所述风速风向传感器106与所述算数模块600及管间连锁单元104电连接，所述启停模块400与所述管间连锁单元104、及所述控制器300电连接，所述控制器300与所述故障模块500、所述信号收发模块800及控制组件200电连接。

具体的，为了提高风帆助航船舶的智能化操作系统，对襟翼帆操纵机构的自动化控制效率有了更高的要求，针对襟翼帆操纵机构中套筒的自锁单元201及离合器202上增设了控制器300，控制器300与自锁单元201、离合器202及驱动电机108和启停模块400电连接，当套筒旋转到算数模块600计算的数据位置时，控制器300会对自锁单元201启动对套筒进行位置锁定，通过模块与传感器及控制器300之间的配合，实现了对套筒及支撑柱102的自动化操作。因为在第二套筒105顶端上设置安装风速风向传感器106，所述风速风向传感器106可以根据风速风向对无人帆船航行时的数据收集调整，通过传感器通讯模块900把数据传输到算数模块600，通过数据计算再传输到控制器300，这时控制器300通过启停模块400开启驱动电机108，这时驱动电机108转动会带动管间连锁单元104，当管间连锁单元104转动时会带动旋转轴110转动并带动套筒旋转。同时套筒是套在支撑柱102的上方，如果套筒发生故障不运转时，支撑柱102会转动并带动套筒一起旋转，从而也可以实现对襟翼帆操纵的自动化控制运转，当支撑柱102旋转到数据计算的位置时，控制器300会通过启停模块400对驱动电机108制动，支撑柱102及套筒不论哪个发生故障，故障模块500都会启动，然后报警模块700会发出警报，把实时数据通过信号收发模块800发送到工作人员终端，同时工作人员会根据故障代码信息对风帆助航船舶的襟翼帆操纵机构进行维修。当然，如果管间连锁单元104发生故障时，故障模块500会启动然后报警模块700发出警报，把故障信息发送到工作人员终端，方便工作人员对无人帆船的精准维修，可以及时维修止损。以实现最大程度风帆助航船舶的智能化操作。

综上，通过风帆助航船舶襟翼帆的设置，实现了风帆助航船舶的智能化的操作，通过模块与传感器的配合可以让风帆助航船舶的襟翼帆自动化控制操纵。实现了襟翼帆不需要人工控制也可直接自主控制，提高了风帆助航船舶自动化操纵效能。通过设置控制器300及管间连锁单元104和自锁单元201、离合器202可以自主的对襟翼帆的方向进行调整，同时满足不同环境不同场景的应用，增加了控制系统的适应性，提高了风帆助航船舶的自动化操作及实用性。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种船用襟翼帆操纵机构，其特征在于，包括：固定座(101)、支撑柱(102)、第一套筒(103)，所述固定座(101)的上端外表面安装有管间连锁单元(104)，所述管间连锁单元(104)的中心位置设置安装所述支撑柱(102)，所述第一套筒(103)环套在所述支撑柱(102)上端位置，所述第一套筒(103)与所述支撑柱(102)铰接；所述第一套筒(103)内设置有第二套筒(105)，所述第二套筒(105)与所述第一套筒(103)铰接，所述第一套筒(103)与第二套筒(105)上设置有离合器(202)，所述第一套筒(103)上设置有主翼(107)，所述第二套筒(105)上设置有襟翼(109)，所述第二套筒(105)的顶端设置有风速风向传感器(106)，所述支撑柱(102)与所述第一套筒(103)及第二套筒(105)均可以转向。

2.根据权利要求1所述船用襟翼帆操纵机构，其特征在于：所述固定座(101)设置在船舱内部与所述管间连锁单元(104)螺栓连接，所述管间连锁单元(104)由若干个不同大小的齿轮组成，所述管间连锁单元(104)旁设置有驱动电机(108)，所述驱动电机(108)与所述管间连锁单元(104)电连接。

3.根据权利要求2所述船用襟翼帆操纵机构，其特征在于：所述支撑柱(102)的底部设置成齿轮状，安装在所述管间连锁单元(104)中心位置，所述支撑柱(102)与所述管间连锁单元(104)内的齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述船用襟翼帆操纵机构，其特征在于：所述第二套筒(105)为顶部密封下部开口的中空结构，所述第二套筒(105)设置在所述第一套筒(103)内部，所述第一套筒(103)内壁设有齿轮，所述第二套筒(105)的外壁设有轮齿与所述第一套筒(103)啮合。

5.根据权利要求1所述船用襟翼帆操纵机构，其特征在于：所述支撑柱(102)的内部设置有旋转轴(110)。

6.根据权利要求5所述船用襟翼帆操纵机构，其特征在于：所述第二套筒(105)的内壁设有齿轮。

7.根据权利要求4所述船用襟翼帆操纵机构，其特征在于：所述支撑柱(102)的上半部分外围设置成轮齿与所述第二套筒(105)内的齿轮啮合，所述支撑柱(102)上设置有限位块(111)，所述限位块(111)圆周设置在所述支撑柱(102)外围。

8.根据权利要求3所述船用襟翼帆操纵机构，其特征在于：所述旋转轴(110)与所述管间连锁单元(104)内的齿轮铰接。

9.一种控制系统，其特征在于：包括权利要求1-8任一所述的船用襟翼帆操纵机构，以及，包括控制组件(200)、自锁单元(201)、离合器(202)，所述控制组件(200)安装在所述管间连锁单元(104)的上表面，所述控制组件(200)与所述自锁单元(201)及所述离合器(202)电连接。

10.根据权利要求9所述控制系统，其特征在于：所述控制组件(200)包括：控制器(300)、启停模块(400)、故障模块(500)、算数模块(600)、报警模块(700)、信号收发模块(800)、管间连锁单元(104)、风速风向传感器(106)、驱动电机(108)、传感器通讯模块(900)，所述控制器(300)通过信号线与所述管间连锁单元(104)电连接，所述启停模块(400)与所述驱动电机(108)及所述控制器(300)电连接，所述报警模块(700)、所述传感器通讯模块(900)、所述风速风向传感器(106)及所述控制器(300)电连接，所述风速风向传感器(106)与所述算数模块(600)及管间连锁单元(104)电连接，所述启停模块(400)与所述管间连锁单元(104)、及所述控制器(300)电连接，所述控制器(300)与所述故障模块(500)、所述信号收发模块(800)及控制组件(200)电连接。