TWI429560B

TWI429560B - 操作具有至少一馬格努斯轉子之船舶，尤其是貨輪的方法

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Publication number: TWI429560B
Application number: TW100133505A
Authority: TW
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Aloys Wobben
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2014-03-11
Also published as: CN103140418A; WO2012035071A1; TW201238838A; KR20130051003A; US20140102344A1; JP5748855B2; US20130291775A1; CA2811487A1; DE102010040903A1; JP6110426B2; EP2616327A1; JP2015145241A; JP2013537866A; KR101518655B1

Description

操作具有至少一馬格努斯轉子之船舶，尤其是貨輪的方法

本發明涉及一種操作具有至少一個馬格努斯轉子之一船舶(尤其係一貨輪)之方法。

馬格努斯轉子亦稱作弗蘭特納(Flettner)轉子或帆船轉子。

馬格努斯效應闡述在繞其軸旋轉且具有垂直於軸之一集流之一圓柱體之情形下出現一橫向力，亦就是說，垂直於軸且垂直於集流方向。圍繞旋轉圓柱體之流可視為圍繞本體之一同質流與一渦流之一疊加。總體流之不規則分佈提供圓柱體週邊處之一不對稱壓力分佈。因此，一船舶具備在風流中產生垂直於有效風向(亦就是說，藉助最大速度校正之風向)之一力之旋轉或轉動轉子，可與航行時類似地使用該力以推進船舶。垂直安置之圓柱體繞其軸旋轉，且自側面流動至圓柱體之空氣接著較佳地藉助表面摩擦力沿圍繞該圓柱體之旋轉方向流動。因此，在前側上，流動速度較大且靜壓較低以使得船舶接收到沿向前方向之一力。

已自Claus Dieter Wagner：'Die Segelmaschine',Ernst Kabel Verlag GmbH,Hamburg,1991年，第156頁中熟知此一船舶。其調查了一馬格努斯轉子(亦稱作一弗蘭特納轉子)是否可用作一貨輪之一驅動裝置或輔助驅動裝置。

對於此類船舶而言，共同之處係馬格努斯效應僅用以產生對船舶之一向前推進力。

本發明之目標係提供一種操作具有至少一個馬格努斯轉子之一船舶(尤其係一貨輪)之方法，該方法出於進一步目的而非僅為了產生對該船舶之一向前推進力而使用馬格努斯效應。

根據本發明，彼目標係藉由如技術方案1、2及3中所陳述之操作具有至少一個馬格努斯轉子之一船舶(尤其係一貨輪)之一方法以及藉由如技術方案4中所陳述之一船舶而達成。

因此，根據本發明提供一種操作具有至少一個馬格努斯轉子之一船舶(尤其係一貨輪)之方法，該方法包括偵測一風之風向之一步驟。另外，該方法提供以一旋轉方向操作該至少一個馬格努斯轉子以使得風與馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上與船舶之向前方向呈相反關係導引之一力。

以彼方式，可藉由馬格努斯效應產生一向後導引之力以便一方面使船舶向後移動且另一方面自一向前移動產生對船舶之一制動效應。在彼方面，確切而言後者係有利的，乃因一船舶不具有實際意義上之任何制動器，但其向前移動僅可由一相反導引之向後移動來制動。然而，產生此一向後移動在藉助船帆之位置之傳統帆船之情形下係實體上根本不可能，且在具有一螺旋槳驅動裝置之船舶之情形下僅可藉助該螺旋槳驅動裝置而達成。然而，產生一向後導引之螺旋槳力導致船舶之部分上之不需要側向偏轉，此會改變船舶之航線且此在緊急制動(亦就是說，以全功率產生一向後導引之螺旋槳力)之情形下可係如此大以使得彼等側向偏轉可不再藉由船舵總成來補償。

因此，根據本發明之方法，有利於藉助馬格努斯效應產生一向後導引之力以藉此在不使用一螺旋槳推進器且不具有由該螺旋槳推進器導致之側向偏轉之情況下使船舶反向機動，或者使船舶減速，或者藉助馬格努斯效應幫助向後導引之螺旋槳力且藉此更快速地或藉助較少螺旋槳參與而達成機動或制動。

本發明亦涉及一種操作具有至少兩個馬格努斯轉子之一船舶(尤其係一貨輪)之方法，其中至少一個馬格努斯轉子提供於該船舶之左舷側上且至少一個馬格努斯轉子提供於該船舶之右舷側上。該方法包括偵測一風之方向之一步驟。該方法進一步包括以一旋轉方向操作船舶之左舷側上之至少一個馬格努斯轉子以使得風與船舶之左舷側上之至少一個馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上沿船舶之向前方向或向後移動之方向導引之一力之一步驟。同時，以與船舶之左舷側上之至少一個馬格努斯轉子之旋轉方向相反之旋轉方向操作船舶之右舷側上之至少一個馬格努斯轉子以使得風與船舶之右舷側上之至少一個馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上與船舶之左舷側上之至少一個馬格努斯轉子之力之方向呈相反關係導引之一力。

此方法係有利的，乃因沿船舶之左舷側與船舶之右舷側上之相反方向產生之力產生繞船舶之重心的一轉動力矩。藉助彼轉動力矩，可使船舶沿一期望方向轉動，該期望方向可依據左舷馬格努斯轉子及右舷馬格努斯轉子之各別旋轉方向而預先判定。若在彼情形下該船舶未經歷任何其他向前或向後導引之力，則該船舶實質上就地旋轉。若(舉例而言)由一螺旋槳產生一向前或向後導引之力，則可藉助彼轉動力矩使該船舶沿一個方向或另一方向偏轉而不出於彼目的或為了幫助彼目的而在偏轉移動中使用一船舵總成。在彼情形下，可依據該等馬格努斯轉子之各別旋轉速度預先判定由於馬格努斯效應所致之偏轉程度。

本發明亦涉及一種操作具有至少兩個馬格努斯轉子之一船舶(尤其係一貨輪)之方法，其中至少一個馬格努斯轉子提供於該船舶之左舷側上且至少一個馬格努斯轉子提供於該船舶之右舷側上。該方法具有偵測一風之方向之一步驟。該方法進一步具有以相同旋轉方向操作該船舶之左舷側上之至少一個馬格努斯轉子及該船舶之右舷側上之至少一個馬格努斯轉子以使得風與至少兩個馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上沿該船舶之向前方向或向後移動之方向導引之一力的一步驟。在彼情形下，該船舶之左舷側上之至少一個馬格努斯轉子之旋轉速度不同於該船舶之右舷側上之至少一個馬格努斯轉子之旋轉速度。

彼方法係有利的，乃因以彼方式在至少部分地由該等馬格努斯轉子導致之一向前或向後移動之情形下，可僅藉由該等馬格努斯轉子或藉由該等馬格努斯轉子以支援關係實現該船舶之偏轉。因此，可與一船舵總成聯合以幫助後者，或者亦可僅藉由根據本發明操作該等馬格努斯轉子以完全解除該船舵總成上之負荷來實現該偏轉。

本發明亦涉及一種船舶(尤其係一貨輪)，其包括至少一個馬格努斯轉子、與該馬格努斯轉子相關聯之一馬達及一相關聯之轉換器。該船舶進一步具有用於控制該轉換器、該馬達以及該馬格努斯轉子之一控制單元。處於一第一操作模式中之該控制單元經調適以便以一旋轉方向操作該至少一個馬格努斯轉子以使得風與該馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上與該船舶之一向前方向呈相反關係導引之一力。處於一第二操作模式中之該控制單元經調適以便以一第一旋轉方向操作該船舶之左舷側上之一馬格努斯轉子以使得風與該第一馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上沿該船舶之向前方向或向後移動之方向導引之一力。該控制單元進一步經調適以便以與該第一旋轉方向相反之一第二旋轉方向操作該船舶之右舷側上之一第二馬格努斯轉子以使得風與至少一個第二馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上與至少一個第一馬格努斯轉子之力之方向呈相反關係導引之一力。處於一第三操作模式之該控制單元經調適以便以相同旋轉方向操作該船舶之左舷側上之一第一馬格努斯轉子及該船舶之右舷側上之一第二馬格努斯轉子以使得風與該等第一及第二馬格努斯轉子之間的作用提供產生實質上沿該船舶之向前方向或向後移動之方向導引之一力。該第一馬格努斯轉子之旋轉速度不同於該第二馬格努斯轉子之旋轉速度。

在下文中參考以下各圖更全面地闡述本發明之實例性實施例及優點。

圖1展示具有四個馬格努斯轉子10之一船舶之一透視圖。在此情形下，該船舶具有包括一水下區域16及一水上區域15之一船體。該船舶進一步具有配置於該船體之四個拐角處且較佳地係圓柱形之四個馬格努斯轉子10。在此情形下，四個馬格努斯轉子10表示用於根據本發明之船舶之風動驅動裝置。該船舶具有配置於艏艛中之一橋艛30。該船舶在水下具有一螺旋槳50或一推進器50以及一船舵總成60或一船舵60。為了改良之機動性，該船舶亦可具有橫向推力器船舵，其中較佳地一個橫向推力器船舵提供於船艉處且一個至兩個橫向推力器船舵提供於船艏處(未展示)。較佳地，電驅動彼等橫向推力器船舵。在此情形下，橋艛30及露天甲板14上方之所有上部結構皆具有一氣動組態以減少風阻力。特定而言，其藉由實質上避免銳利邊緣及銳利邊緣式結構而達成。為最小化風阻力且達成一氣動組態，提供盡可能少的上部結構。

該船舶具有經配置以平行於龍骨線且水平延伸之一縱向軸3。因此，當徑直向前行進(且不操作橫向推力器船舵)時，縱向軸3對應於該船舶之行進方向。

圖2展示具有四個馬格努斯轉子之船舶之一控制裝置之一方塊電路圖。四個馬格努斯轉子10中之每一者具有其自身之馬達M及一單獨轉換器U。轉換器U連接至一中央控制單元SE。

一柴油機驅動裝置DA連接至一發電機G以產生電能。在彼方面，替代一柴油機驅動裝置DA，可給複數個個別柴油機驅動裝置DA之一陣列提供發電機G或對應數目個個別發電機G，其分別被視為一整體給外部提供與一對應個別大型柴油機驅動裝置DA或發電機G相同之電力。各別轉換器U連接至發電機G。該圖中亦展示一主驅動裝置HA，其亦連接至一電馬達M，電馬達M又與一單獨頻率轉換器U一起既連接至控制單元SE又連接至發電機G。在此情形下，可既個別地又彼此獨立地控制四個馬格努斯轉子10。

對馬格努斯轉子10及主驅動裝置HA之控制由控制單元SE實現，控制單元SE依據當前風量測(風速、風向)E1、E2且基於與目標及實際行進速度E3相關之資訊項(且視需要基於來自一導航單元NE之導航資訊之物項)，判定個別馬格努斯轉子10及主驅動裝置HA之適當旋轉速度及旋轉方向以達成一所期望向前推進力。相依於四個馬格努斯轉子10之推力以及船舶之當前速度及速度之目標值，控制單元SE在必要時沿一向下方向不分級地調節主驅動裝置HA。因此，風能電力可自動並直接轉換為一燃料節省。甚至在不具有主驅動裝置HA之情況下，亦可藉助對馬格努斯轉子10之獨立控制而控制船舶。特定而言，可藉由對各別馬格努斯轉子10之適合控制達成處於一大浪中之船舶之穩定。

另外，可提供一或多個橫向推力器船舵QSA以改良船舶之機動性。在彼方面，可將一橫向推力器船舵QSA配置於船艉處且可將一個至兩個橫向推力器船舵QSA提供於船舶上前部處。用於驅動裝置之一馬達M及一轉換器U與每一橫向推力器船舵QSA相關聯。轉換器U又連接至中央控制單元SE及發電機G。因此，橫向推力器船舵(圖2中僅展示一個)亦可用於控制船舶，乃因其連接至中央控制單元SE(藉助轉換器U)。橫向推力器船舵QSA可各自個別地相對於其旋轉速度及旋轉方向而由中央控制單元SE致動。可如上文所闡述在彼方面實現控制。

圖3展示具有四個馬格努斯轉子10之船舶之一詳細透視圖。圖中展示四個馬格努斯轉子10中之一個別馬格努斯轉子之控制裝置。在此方面，圖中展示用於一個馬格努斯轉子10之柴油機驅動裝置DA、發電機G及轉換器U之致動之控制單元SE。柴油機驅動裝置DA用於驅動發電機G，發電機G又接著產生電能並尤其將該電能饋送至所圖解說明之轉換器U中。根據其致動，轉換器U透過控制單元SE將彼電能饋送至馬達M以根據控制單元SE之設定相對於旋轉方向及旋轉速度操作馬達M。在彼情形下，發電機G亦可將其電能饋送至其他消耗裝置(如圖1中之其他三個馬格努斯轉子10之轉換器U)或亦可饋送至船載網路或橫向推力器船舵及類似物。轉換器U亦可自其他來源接收電能。

控制單元SE連接至可配置於(舉例而言)船舶之橋艛上之一操作單元BE。藉助彼操作單元BE，船舶之船員可致動至控制單元SE之輸入。操作單元BE可具有輸入選項，諸如一鍵盤或一觸碰螢幕顯示器。亦可存在用於按壓或轉動之旋鈕、鍵、開關、操縱桿或類似物作為輸入構件。其可被實體界定及/或可虛擬地顯示於(舉例而言)一觸碰螢幕顯示器上。亦可藉助語音輸入(舉例而言，藉助一麥克風)實施至控制單元SE之輸入。另外，亦可藉助操作單元BE(舉例而言)於顯示元件(諸如，顯示器或監視器)上光學地，藉助揚聲器等以信號或警報聲或一口語訊息之形式聲學地，或者亦藉助一列印機或繪圖儀以一紙上列印輸出之形式或諸如此類來顯示及輸出控制單元SE之資訊項及訊息。

圖4展示具有四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之船舶之一圖解性平面圖。在此情形下，將圖1中之四個馬格努斯轉子10展示為馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d各自由四個各別馬達Ma、Mb、Mc、及Md驅動，四個各別馬達Ma、Mb、Mc、及Md又分別由四個轉換器Ua、Ub、Uc及Ud饋電及致動。四個轉換器Ua、Ub、Uc及Ud由控制單元SE致動，控制單元SE藉助操作單元BE接收其輸入。在彼方面，圖4中所展示之馬達Ma、Mb、Mc、及Md以及轉換器Ua、Ub、Uc及Ud之位置不必對應於實際配置，乃因此圖解性平面圖僅意欲圖解說明馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之控制裝置之在原理上之相互關係。

因此，根據本發明，馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d可各自個別地由控制單元SE藉助轉換器Ua、Ub、Uc及Ud致動。因此，可賦予每一馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d其自身之旋轉速度及出自兩個可能旋轉方向之其自身之旋轉方向。在彼方面，一方面，彼等預設定可由操作單元BE實施，亦就是說對四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d中之每一個別馬格努斯轉子之設定可藉助操作單元BE直接致動，且彼等設定可接著由控制單元SE轉換為用於轉換器Ua、Ub、Uc及Ud之對應控制信號。另一方面，操作單元BE亦可預先判定船舶之操作模式，該等操作模式可接著由控制單元進一步處理以便以使得全部四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之協作提供船舶之預先判定之操作模式之此一方式致動每一個別馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。

下文中將圖解說明根據本發明之起因於用於船舶之四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之彼個別致動之可能選項。

圖5展示具有用於產生一向前推進力之四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之船舶之一圖解性平面圖。為改良圖式之清晰度，此視圖展示四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d而未展示圖4中之馬達Ma、Mb、Mc、及Md，轉換器Ua、Ub、Uc及Ud，控制單元SE及操作單元BE。在此視圖中，一風W自左側(亦就是說，自左舷)作用於船舶或馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。為使用馬格努斯效應產生一向前推進力，因此馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d由控制單元SE以使得該等馬格努斯轉子向右(亦就是說，順時針)旋轉之此一方式致動馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。此外，為藉由四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d中之每一者來產生相同之各別向前推進力，亦以相同轉速操作該四個馬格努斯轉子。在彼方面，為簡化起見，假定風速與馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之轉速匹配，亦就是說假定對全部四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d而言風速係相同的。儘管如此，然而，亦可判定針對每一個別馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之一特定風速及將每一個別馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之轉速調適至該特定風速以針對每一個別馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d達成相同向前推進。

當以使得馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d中之每一者產生相同之向前推進力F_forward 之此一方式致動馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d時，則將四個向前推進力F_forward,1 、F_forward,2 、F_forward,3 及F_forward,4 相加以得到船舶藉助馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d而經歷之船舶之一總向前推進力F_{forward,total} 。同時，理想地，不存在側向力或繞船舶之重心之一力矩。

圖6展示具有用於產生一向後推進力之四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之船舶之一圖解性視圖。出於彼目的，在與圖5中所假定之風條件相同之風條件下，以與圖5中曾使用以產生向前推進力之旋轉方向相反之旋轉方向致動四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。在圖6中所展示之來自左舷之一風W之情形下，其意指以向左旋轉(亦就是說，沿逆時針方向)驅動用於產生一向後推進力之四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。在彼方面，在此情形下，亦可以不同旋轉速度驅動四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d以在每一情形下針對每一馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d達成相同之向後推進力F_rearward 。將彼等四個個別向後推進力F_rearward,1 、F_rearward,2 、F_rearward,3 及F_rearward,4 相加以得到一總向後推進力F_{rearward,total} 。同時，理想地，不發生側向力或繞船舶之重心之一力矩。

一方面，彼總向後推進力F_{rearward,total} 可用以沿向後方向驅動根據本發明之船舶，恰如總向前推進力F_{forward,total} 可沿向前方向驅動根據本發明之船舶。在彼方面，四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之各別總向前推進力F_{forward,total} 或總向後推進力F_{rearward,total} 可單獨用以驅動根據本發明之船舶，亦就是說在一純總向前推進力F_{forward,total} 或總向後推進力F_{rearward,total} 之情形下，不發生側向力或力矩且船舶沿一直線向前或向後行進。

在彼方面，應注意，藉助船舶在媒介(其自身正移動)中之移動，即水、水流及波浪藉助彼等力在任何時間作用於船舶之水下區域16且影響移動方向，亦就是說船舶之航線。同樣地，風W不僅產生馬格努斯效應而且作用於船舶之水上區域15且因此亦導致船舶自其所期望移動方向偏轉及船舶位移至船舶之其中風正吹來所沿之方向(亦就是說，朝向下風向)中。在航海中可必須考量彼等海及風影響以使得將極少發生船舶之一理想純向前或向後移動，但相反四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之所產生之向前推進力F_{forward,total} 或總向後推進力F_{rearward,total} 與作用於船舶之自然力疊加以產生船舶之一實際向前或向後移動。

此外，更進一步地，用於船舶之驅動裝置可另外沿向前方向及沿向後方向兩者起作用。因此，可由一船舶螺旋槳50或類似物藉由一向前推進力F_{forward,screw} 或向後推進力F_{rearward,screw} 幫助船舶之向前行進或向後行進。另外，在船舶之向前或向後行進中，亦可(舉例而言)由橫向推力器船舵產生側向力以使船舶側向地偏轉。同樣地，可藉助船舵總成60施加側向力以使船舶偏轉。將所有彼等力相加以得到船舶之一總向前或向後移動。

另外，四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之總向後推進力F_{rearward,total} 亦可用以制動正向前行進之一船舶以一方面減緩向前行進或另一方面使其向前行進完全停止。若船舶正向前行進且接著施加四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之總向後推進力F_{rearward,total} ，則可發生彼情況。

在彼情形下，可藉由四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之總向前推進力F_{forward,total} 及/或藉由一船舶螺旋槳50或類似物之向前推進力F_{forward,screw} 產生向前移動。若船舶之向前移動至少部分地由四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之總向前推進力F_{forward,total} 產生，則四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之轉速欲減緩降低至一停止條件。接著，欲使旋轉方向反轉且欲達成該旋轉速度，此意欲藉由四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d產生總向後推進力F_{rearward,total} 。在彼方面，對四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之制動及其反轉以及沿相反旋轉方向之加速由控制單元SE以使得在任何時刻總先前推進力F_{forward,total} 至總向後推進力F_{rearward,total} 之反轉盡可能僅分別沿向前或向後方向產生力以避免由於四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d所致之側向力及力矩之此一方式(例如)在四個馬格努斯轉子之間協調。若船舶係由其他驅動力(例如，一船舶螺旋槳50或類似物之向前推進力F_{forward,screw} )向前驅動，亦就是說，四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d係處於一停止條件中，則為藉助馬格努斯效應起始一制動動作，以與前文針對涉及到所涉及力之一反轉之情況闡述之方式相同之方式使該四個馬格努斯轉子沿適當旋轉方向加速至需要之旋轉速度。

在彼方面，對一船舶之制動係特別重要，乃因船舶漂浮在媒介水中移動且在其下方不具有如(舉例而言)一機動車輛之一固體表面，針對該機動車輛，可施加一制動力。因此，迄今藉由反轉螺旋槳50之旋轉方向從而藉此在水中產生與向前移動相反之一力來使船舶減速。由於多數極大型船舶(尤其係貨輪)之巨大慣性，彼減速效應僅極緩慢地起作用，以使得必須在船舶停住之時刻之前的一長時間起始對船舶之制動。因此，一船舶且尤其係一貨輪可幾乎不執行一制動操作以(舉例而言)避免與另一船舶或類似物之一碰撞。此外，藉由螺旋槳50產生一向後力以使水中之船舶減速亦導致使船舶自其實際航線偏轉且必須藉由船舵總成60來補償之一側向力。若實際上由螺旋槳50以全部向後力執行減速，則彼側向力甚至可變得如此大以致其可不再藉由船舵總成60來補償且船舶駛離航線。

因此，藉助四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d來支援一船舶之減速或僅藉由該四個馬格努斯轉子來執行此減速係特別有利的。以彼方式可產生比僅單獨藉由螺旋槳50更大之一向後推進力以使得確切而言在以全功率減速以避免一碰撞之一情況中可達成至一停止條件之較快制動。另外，當僅藉助馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d執行制動時，亦可避免由於螺旋槳50所致之側向作用之力且即使在正減速時，亦可藉由船舵總成60或類似物使船舶可靠地保持於航線上。

圖7展示具有用於產生繞船舶之重心之一力矩的四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之船舶之一圖解性平面圖。在彼方面，假定船舶正經受與圖5及圖6中相同之自左舷起作用之風W。在此情形下，四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d由控制單元SE以如下之此一方式致動：兩個馬格努斯轉子10a及10c以使得兩者相加以得到一總向前推進力F_{forward,total} 之此一方式旋轉且兩個馬格努斯轉子10b及10d以使得兩者相加以得到一總向後推進力F_{rearward,total} 之此一方式旋轉。在圖7情況下，此意指兩個馬格努斯轉子10a及10c正向右(亦就是說，沿順時針方向)旋轉且兩個馬格努斯轉子10b及10d正向左(亦就是說，沿逆時針方向)旋轉。

因此，藉由以彼方式致動之四個馬格努斯轉子在船舶之左舷側上產生一總向前推進力F_{forward,total} 且在船舶之右舷側上產生一總向後推進力F_{rearward,total} 。然而，由於船舶設計為一整體(亦就是說，船舶之兩個側接合在一起)，因此左舷側總向前推進力F_{forward,total} 與右舷側總向後推進力F_{rearward,total} 之彼疊加導致繞船舶之重心S之一旋轉力矩Mm。在彼方面，可以相同轉速或者亦可部分地或分別以不同速度操作四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。

在圖7情況下，彼力矩Mm導致船舶繞其重心S向右(亦就是說，沿順時針方向)旋轉。然而，反轉全部四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之旋轉方向亦可產生沿相反方向(亦就是說，向左，亦就是說，沿逆時針方向)起作用之一力矩Mm。

彼力矩Mm可用以使船舶就地旋轉以藉此使船舶機動。可沿一個旋轉方向使用一旋轉力矩Mm以起始沿彼方向之船舶之旋轉。另外，可藉由反轉旋轉方向而使用相反力矩Mm來制動船舶之旋轉。與在使船舶減速(如圖6中所展示)時相同之考量因素適用於彼方面。

在彼方面，為產生繞船舶之重心之一純旋轉力矩，欲以使得藉助四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之旋轉速度其分別產生一力F_forward,1 、F_rearward,2 、F_forward,3 及F_rearward,4 之此一方式致動該四個馬格努斯轉子，該等力之量值係相同的，且力F_forward,1 及F_forward,3 僅在其正負號上不同於力F_rearward,2 及F_rearward,4 ，亦就是說其分別沿船舶之向前及向後方向定向。

圖8展示具有用於產生一向前推進力及繞船舶之重心之一力矩的四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之船舶之一圖解性平面圖。此處，沿相同旋轉方向以不同旋轉速度驅動四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d。在圖8情形下，一風W再次自左舷作用於船舶。為產生一總向前推進力F_{forward,total} ，對應地向右(亦就是說，順時針)驅動四個馬格努斯轉子，參見圖5。然而，在彼方面，在圖8情形下，以比船舶之右舷側上之兩個馬格努斯轉子10b及10d更大之一旋轉速度驅動船舶之左舷側處之兩個馬格努斯轉子10a及10c。以彼方式，在船舶之左舷側處藉由力F_fofward,1 及F_forward,3 產生比在船舶之右舷側處藉由力F_forward,2 及F_forward,4 產生之更大之一向前推進力。左舷側向前推進力相對於右舷側向前推進力之彼多餘力產生繞船舶之重心S之一力矩Mm(在此情形下係向右(亦就是說，順時針)起作用之一力矩Mm)，參見圖7。總向前推進力F_{forward,total} 及力矩Mm經疊加以得到船舶之一總體移動以使得船舶一方面向前且另一方面同時向右移動。

因此，四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之不同旋轉速度使得可在移動時亦操縱船舶(亦就是說，在圖8中所展示之情形下側向地影響航線)以沿一右手側曲線(亦就是說，朝向右舷之一曲線，亦就是說，沿順時針方向)向前移動行進。若四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之旋轉速度經如此選擇使得兩個右舷側馬格努斯轉子10b及10d產生比兩個左舷側馬格努斯轉子10a及10c更大之向前推進力F_forward,2 及F_forward,4 ，則使船舶向左(亦就是說，朝向左舷，亦就是說，沿逆時針方向)偏轉。

若以使得產生一總向後推進力F_{rearward,total} 之此一方式操作四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d，則在此情形下亦可以圖8中所展示之方式使船舶偏轉，亦就是說同樣在船舶之一向後移動之情形下，不論其係為了制動船舶還是為了船舶之向後移動，皆可藉助具有相同旋轉方向之右舷側及左舷側馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之不同旋轉速度來實現船舶之偏轉。

在所有彼等情形下，可僅藉由具有相同旋轉方向之右舷側及左舷側馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d之不同旋轉速度來實現船舶之側向偏轉，或者亦可與船舵總成60聯合或亦可藉由橫向推力器船舵以幫助其效應來實現此側向偏轉。

與如參考圖5所闡述之一純總向前推進力F_{forward,total} 之產生相比，根據關於圖8之說明，與一力矩Mm組合之一總向前推進力F_{forward,total} 之產生涉及一較小總向前推進力F_{forward,total} 之產生，乃因不能以全功率(亦就是說，最大旋轉速度)操作四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d中之兩者以藉助旋轉速度之彼差異且因此右舷側及左舷側向前推進力產生船舶之偏轉所需要之力矩Mm。因此，施加用於船舶之偏轉之一力矩Mm總是導致總向前推進力F_{forward,total} 之一減少。

關於上文所闡述之使具有馬格努斯轉子之一船舶機動之可能方式，應注意以下事實：在圖5至圖8中公認地展示且參考其闡述四個馬格努斯轉子10a、10b、10c及10d，但只要可如前文所闡述預先判定至少某些馬格努斯轉子之旋轉速度及旋轉方向，則彼等可能選項對馬格努斯轉子之眾多組合係可能的。另外，為產生如圖7及圖8中所展示之一力矩Mm，至少必須具有位於船舶之左舷側上之一各別馬格努斯轉子10a、10c及位於右舷側上之一馬格努斯轉子10b、10d。

圖9展示一船舶之根據本發明之馬格努斯轉子10之一剖視圖。馬格努斯轉子10具有配置於上部區域中之一圓柱形轉子本體8及一端板12。轉子本體8藉助一軸承6可旋轉地安裝於一轉子座架4上。轉子本體8藉助用於力傳送之構件連接至座架4之上部區域中之一驅動馬達106。轉子座架4具有一內側表面7。一量測裝置5配置於內側壁7之在轉子座架4之一下部區域中之區域中。可藉助一工作平臺108到達量測裝置5。

量測裝置5經調適以判定由於軸承6上之一實質上徑向力負載所致之轉子座架上之一撓曲負載，該實質上徑向力負載係由於轉子本體8上之一力之作用所致。該量測裝置具有兩個應變儀感測器9、11，其在當前實例中配置為彼此呈90°之一角。

轉子座架4藉助一凸緣連接110連接至凸緣連接船舶之甲板。

圖10展示穿過根據本發明之一馬格努斯轉子10之一圖解性剖視圖。馬格努斯轉子10具有轉子本體8內之轉子座架4。一第一應變儀感測器9及一第二應變儀感測器11作為量測裝置之部分配置於轉子座架4之內側表面7處。自轉子座架4之中心點觀看時，第一應變儀感測器9位於一第一軸13上。第一軸13相對於船舶之縱向軸3以一角度β延伸。在一特別較佳實施例中，角度β=0。自轉子座架4之中心點考量時，第二應變儀感測器11沿一第二軸17配置於轉子座架4之內側表面7處。在一特別較佳實施例中，第一軸13與第二軸17之間的角度α=90°。

第一應變儀感測器9藉助一信號線19連接至一資料處理設施23。第二應變儀感測器11藉助一第二信號線21連接至資料處理設施23。資料處理設施23藉助一第三信號線25連接至一顯示裝置27。顯示裝置27經調適以顯示作用於轉子座架4之推進力之方向及量值。資料處理分析經調適以執行根據本發明之方法。

除已略去圖解性地指示之信號線及資料處理設施以及顯示裝置之外，圖11至圖13在原理上展示與圖10相同之視圖。藉助圖11至圖13圖解說明其中藉助量測裝置解釋並判定作用於馬格努斯轉子10之力之方式。

自圖11開始，應注意，馬格努斯轉子10具有遠離風之一側及朝向風之一側34。朝向風之側34具有一表面，風以一集流朝向該表面流動。在彼方面，風自一方向以一集流流動至馬格努斯轉子10，該方向不同於靜止考量時之實際風向，乃因船舶通常處於運動中。風沿箭頭33之方向入射於馬格努斯轉子10上，藉此使沿風之方向之一力作用於馬格努斯轉子10。下文中將該力稱作風力或簡稱F_W 。馬格努斯轉子10沿箭頭29之方向旋轉。由於馬格努斯效應，此產生沿箭頭35之方向之一力，如圖12中所展示。下文中將彼力稱作馬格努斯力或簡稱F_M 。向量F_M 相對於向量F_W 正交地延伸。

因此，一方面由風力F_W 且另一方面由馬格努斯力F_M 組成之一力作用於轉子座架4。兩個向量F_W 與F_M 之相加產生總力之一向量，下文中稱作F_G 。向量F_G 係沿箭頭37之方向。

在圖13中，除縱向軸3與其上安置有第一應變儀感測器9之第一軸13重合之外，圖13對應於圖11及圖12以及圖10。在作為彼此呈一直角之兩個向量之一總和進行向量考量之情形下，可解釋已藉由參考圖11及圖12推導出的沿箭頭37之方向之總力F_G 。在一特別較佳實施例中，第一應變儀感測器9與第二應變儀感測器11配置為彼此呈一直角。在圖13實施例中，第一應變儀感測器沿行進方向且因此沿船舶之縱向軸3之方向配置於轉子座架4之內側處，而第二應變儀感測器11正交於第一應變儀感測器且因此(確切而言)實質上在船舶之橫向方向上沿第二軸17配置。

因此，可將總力F_G 之向量劃分為沿縱向軸3或第一軸13之方向之一向量與沿第二軸17之方向之一第二向量。下文中將沿第一軸13或縱向軸3之方向之份額稱作F_V 。下文中將沿第二軸17之方向之向量稱作FQ。_<0}{0> 在彼方面，F_V 表示推進力且沿箭頭39之方向延伸，而F_Q 應解釋為一橫向力且係沿箭頭41之方向。

端視向量F_G 起作用之方向，由第一應變儀感測器9偵測之撓曲負載不同於由第二應變儀感測器11偵測之撓曲負載。沿箭頭39與41之方向之撓曲負載相對於彼此之比率隨著沿箭頭37之方向之總力F_G 與兩個軸13及17中之一者之間的一角度γ改變。對於其中由第一應變儀感測器與第二應變儀感測器11偵測之撓曲負載具有相等量值之情況，總力F_G 與推進力F_V 之間的角度γ=45°。對於其中(舉例而言)由第一應變儀感測器9偵測之撓曲負載係由第二應變儀感測器11偵測之撓曲負載之兩倍大之情況，F_G 至F_V 或相對於第一軸13之角度γ=30°。

因此，概言之，F_G 與F_V 之間的角度γ係依據以下關係得出：γ=反正切(第一應變儀感測器9之信號值/第二應變儀感測器11之信號值)。

同樣地，除作用力F_G 之角度之外，以由個別應變儀感測器9、11確定之兩個信號值為例，可依據該等信號值確定其相對於(選擇性地)第一或第二應變儀感測器量測值之量值。向量之量值依據以下關係提供：F_G =F_V /cos(γ)或信號值等值=(第一應變儀感測器9之信號值)/cos(γ)。

3．．．縱向軸

4．．．轉子座架

5．．．量測裝置

6．．．軸承

7．．．內側表面

8．．．轉子本體

9．．．第一應變儀感測器

10．．．馬格努斯轉子

10a．．．馬格努斯轉子

10b．．．馬格努斯轉子

10c．．．馬格努斯轉子

10d．．．馬格努斯轉子

11．．．第二應變儀感測器

12．．．端板

13．．．第一軸

14．．．露天甲板

15．．．水上區域

16．．．水下區域

17．．．第二軸

19．．．信號線

21．．．第二信號線

23．．．資料處理設施

25．．．第三信號線

27．．．顯示裝置

30．．．橋艛

34．．．朝向風之側

50．．．螺旋槳/推進器

60．．．船舵總成/船舵

106．．．驅動馬達

108．．．工作平臺

110．．．凸緣連接

BE．．．操作單元

DA．．．柴油機驅動裝置

E1．．．風速

E2．．．風向

E3．．．實際行進速度

F_G ．．．總力

F_M ．．．馬格努斯力

F_Q ．．．橫向力

F_V ．．．推進力

F_W ．．．風力

G．．．發電機

HA．．．主驅動裝置

M．．．馬達

Ma．．．馬達

Mb．．．馬達

Mc．．．馬達

Md．．．馬達

Mm．．．力矩

NE．．．導航單元

QSA．．．橫向推力器船舵

S．．．船舶之重心

SE．．．控制單元

U．．．轉換器

Ua．．．轉換器

Ub．．．轉換器

Uc．．．轉換器

Ud．．．轉換器

W．．．風

圖1展示具有四個馬格努斯轉子之一船舶之一透視圖，

圖2展示具有四個馬格努斯轉子之船舶之一控制裝置之一方塊電路圖，

圖3展示具有四個馬格努斯轉子之一船舶之一透視圖，

圖4展示具有四個馬格努斯轉子之船舶之一圖解性平面圖，

圖5展示具有用於產生一向前推進力之四個馬格努斯轉子之船舶之一圖解性平面圖，

圖6展示具有用於產生一向後推進力之四個馬格努斯轉子之船舶之一圖解性平面圖，

圖7展示具有用於產生繞船舶之重心之一力矩的四個馬格努斯轉子之船舶之一圖解性平面圖，

圖8展示具有用於產生一向前推進力及繞船舶之重心之一力矩的四個馬格努斯轉子之船舶之一圖解性平面圖，

圖9展示根據本發明之一馬格努斯轉子之一圖解性剖視圖，

圖10展示具有一轉子座架之一船舶之一馬格努斯轉子之一圖解性平面圖，

圖11以一向量圖展示圖10之視圖，

圖12以一向量圖展示來自圖10及圖11之視圖，且

圖13以一替代向量圖展示來自圖12之視圖。

10‧‧‧馬格努斯轉子

13‧‧‧第一軸

14‧‧‧露天甲板

15‧‧‧水上區域

16‧‧‧水下區域

30‧‧‧橋艛

50‧‧‧螺旋槳/推進器

60‧‧‧船舵總成/船舵

Claims

一種操作具有至少一個馬格努斯轉子(10)之一船舶的方法，其包括以下步驟：偵測一風(W)之風向，及以一旋轉方向操作該至少一個馬格努斯轉子(10)以使得該風(W)與該馬格努斯轉子(10)之間的作用提供產生實質上與該船舶之一向前方向呈相反關係導引之一力。
如請求項1之操作具有至少一個馬格努斯轉子(10)之一船舶的方法，其中該船舶係為一貨輪。
一種操作具有至少一第一及一第二馬格努斯轉子(10a、10b、10c、10d)之一船舶的方法，其中將至少一第一馬格努斯轉子(10a、10c)提供於該船舶之左舷側上且將至少一第二馬格努斯轉子(10b、10d)提供於該船舶之右舷側上，該方法包括以下步驟：偵測一風(W)之風向，以一第一旋轉方向操作該至少一個第一馬格努斯轉子(10a、10c)以使得該風(W)與該至少一個第一馬格努斯轉子(10a、10c)之間的作用提供產生實質上沿該船舶之向前方向或向後移動之方向導引之一力，及同時以與該第一旋轉方向相反之一第二旋轉方向操作該至少一個第二馬格努斯轉子(10b、10d)以使得該風(W)與該至少一個第二馬格努斯轉子(10b、10d)之間的作用提供產生實質上與該至少一個第一馬格努斯轉子(10a、10c)之該力之該方向呈相反關係導引之一力。
一種操作具有至少一第一及一第二馬格努斯轉子(10a、10b、10c、10d)之一船舶的方法，其中將至少一第一馬格努斯轉子(10a、10c)提供於該船舶之左舷側上且將至少一第二馬格努斯轉子(10b、10d)提供於該船舶之右舷側上，該方法包括以下步驟：偵測一風(W)之風向，以相同旋轉方向操作該至少一個第一馬格努斯轉子(10a、10c)及該至少一個第二馬格努斯轉子(10b、10d)以使得該風(W)與該等至少第一及第二馬格努斯轉子(10a、10b、10c、10d)之間的作用提供產生實質上沿該船舶之向前方向或向後移動之方向導引之一力，其中該至少一個第一馬格努斯轉子(10a、10c)之旋轉速度不同於該至少一個第二馬格努斯轉子(10b、10d)之旋轉速度。
如請求項3或4之操作具有至少一第一及一第二馬格努斯轉子(10a、10b、10c、10d)之一船舶的方法，其中該船舶係為一貨輪。
一種船舶，其包括至少一個馬格努斯轉子(10)、與每一馬格努斯轉子相關聯之一馬達(M)及一相關聯之轉換器(U)，至少一個控制單元(SE)，其用於控制該至少一個轉換器以控制該至少一個馬格努斯轉子之旋轉方向及/或旋轉速度，其中處於一第一操作模式中之該控制單元(SE)經調適以便以使得風(W)與該馬格努斯轉子(10)之間的作用提供產生實質上與該船舶之一向前方向呈相反關係導引之一力之此一方式控制該至少一個馬格努斯轉子(10)之該旋轉方向，其中處於一第二操作模式中之該控制單元(SE)經調適以便以一第一旋轉方向操作該船舶之左舷側上之一第一馬格努斯轉子以使得該風(W)與該至少一個第一馬格努斯轉子(10a、10c)之間的該作用提供產生實質上沿該船舶之該向前方向或向後移動之方向導引之一力，且經調適以便以與該第一旋轉方向相反之一第二旋轉方向操作該船舶之右舷側上之一第二馬格努斯轉子以使得該風(W)與該至少一個第二馬格努斯轉子(10b、10d)之間的該作用提供產生實質上與該至少一個第一馬格努斯轉子之該力之該方向呈相反關係導引之一力，及/或其中處於一第三操作模式中之該控制單元經調適以便以相同旋轉方向操作該船舶之該左舷側上之至少一第一馬格努斯轉子及該船舶之該右舷側上之至少一第二馬格努斯轉子以使得該風(W)與該等至少第一及第二馬格努斯轉子(10a、10b、10c、10d)之間的該作用提供產生實質上沿該船舶之該向前方向或該向後移動之方向導引之一力，其中該第一馬格努斯轉子之旋轉速度不同於該第二馬格努斯轉子之旋轉速度。
如請求項4之船舶，其中該船舶係為一貨輪。