專利名稱：太陽能雙氣囊無舵船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水上新能源船，尤其是無燃料、無舵船。
背景技術(shù)：
地球表面70%是水，寬闊的水域光照充足，適合太陽能船最大限度利用太陽能航行，泊岸時太陽能船也能將轉(zhuǎn)化的電能儲存，供續(xù)航和夜晚使用。由于太陽能取之不盡用之不竭且無污染，世界許多國家已研制出不同類型的太陽能船，其中著名的是新西蘭設(shè)計、德國建造的“圖蘭星球太陽號”全太陽能動力船。這艘被稱為全球最大最先進(jìn)的太陽能船重達(dá)60噸，在搭載數(shù)人的情況下最高時速26公里，環(huán)球一圈包括沿途停留訪問歷時584天。盡管其已創(chuàng)造4項世界吉尼斯紀(jì)錄，但仍在諸多方面存在不足，主要問題是光伏電池覆蓋面積和攜帶動力電池數(shù)量不夠，發(fā)電量儲能量少，電源系統(tǒng)不能提供足夠電能，造成驅(qū)動系統(tǒng)功率小，加之自身過重，限制了 “圖蘭星球太陽號”的航行速度?！ぐl(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有太陽能船普遍存在的發(fā)電、儲能、功率、速度和載荷方面的技術(shù)難題，本實用新型提供一種太陽能雙氣囊無舵船，該船不僅結(jié)構(gòu)簡單、性價比高，而且自重輕、速度快、航程遠(yuǎn)、載荷大，并可實現(xiàn)自動化操縱。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將駕駛艙、頭等艙設(shè)在長方形船艙前端，滕出空間增加長方形檐頂光伏發(fā)電面積；長方形船艙內(nèi)設(shè)置I個儲能電源艙和4個動力電池艙，大幅增加儲能量和輸出功率；采用雙氣囊船體結(jié)構(gòu)降低自重，減少阻力，提高有效載荷和抗沉性；4臺電動螺旋槳對稱安裝在船體甲板前后兩側(cè)，去掉水下螺旋槳和船舵，改變傳統(tǒng)的推進(jìn)和操縱方式，提高航行速度和實現(xiàn)智能控制。本實用新型由船體系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和乘客艙構(gòu)成船體系統(tǒng)包括雙氣囊船體、U型骨架、橡膠氣胎、微型氣門芯、微型氣壓傳感器、船體甲板、氣動導(dǎo)流槽、長方形船艙及長方形檐頂。船體流線外形由U形骨架保持，其材料采用輕合金或碳纖維。U型骨架與船體甲板對接固定，內(nèi)設(shè)防脹橫壁，每2排氣胎為I個單元，外面用不銹鋼絲繩縱橫拉緊加固。外殼采用高性能橡膠簾子布材料或高韌性復(fù)合材料，按先進(jìn)工藝制作、安裝、加固。圓柱形橡膠氣胎的直徑和高度根據(jù)氣囊空間大小確定，氣胎上層加厚，外套下小上大的防脹纖維布袋。微型氣門芯和微型氣壓傳感器安裝在上層柱面中間，以便于檢測和更換。氣胎從船體甲板眾多預(yù)留口置入，每單元6個，填裝后緊固蓋板。氣胎充氣調(diào)壓可通過船體甲板預(yù)留凹孔，用高壓空氣泵或氦氣裝置充至標(biāo)準(zhǔn)氣壓。船體上層建筑為長方形船艙，其艙頂與左右、后端艙檐融為一體，形成長方形檐頂。長方形船艙和長方形檐頂用輕合金和復(fù)合材料構(gòu)建，要求能抗9級風(fēng)力。整個船體外表除有機玻璃、光伏電池外均涂白色或水晶藍(lán)色。電源系統(tǒng)包括薄膜電池、光伏電池板、飛輪電池組(待定)、高能鎳碳超級電容器(待定)、電源管理系統(tǒng)、逆變器、儲能電源艙、動力電池艙、外接電源插座及電纜連接線。低速船其長方形檐頂四周和前端擋風(fēng)有機玻璃下方粘貼轉(zhuǎn)換率20%以上的薄膜電池，中間位置安裝轉(zhuǎn)換率30%以上的光伏電池板；中高速船其長方形檐頂全部粘貼轉(zhuǎn)換率20%以上的薄膜電池。長方形船艙正中間設(shè)有I個15平方米的儲能電源艙，可容納5噸以上高能鎳碳超級電容器組，4個電動螺旋槳固定支架旁各設(shè)有I個6平方米、可容納2噸以上飛輪電池組的動力電池艙。在使用過程中，光伏電池將陽光轉(zhuǎn)化為電能儲存到高能鎳碳超級電容器組，當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)需要電能時，電源管理系統(tǒng)通過逆變器向其輸電。航行中的動力供電以飛輪電池組為主，高能鎳碳超級電容器組在向飛輪電池組補充電源的同時，還承擔(dān)其他電器、儀表、燈具的供電。右前舷門旁設(shè)有外接電源插座，用于泊岸時充電，正常天氣狀況下，自身攜帶的蓄電池充滿電可航行300公里以上。驅(qū)動系統(tǒng)包括變頻調(diào)速控制器、電動螺旋槳及固定支架。中高速船采用的4臺電動螺旋槳對稱安裝在船體甲板前后兩側(cè)，低速船采用的2臺電動螺旋槳對稱安裝在船體甲板后端兩側(cè)，用固定支架與船體甲板連接。變頻調(diào)速控制器既可控制每臺電動螺旋槳正旋、反旋和旋速，亦可利用不同位置的推力或反推力改變船體的運動方向。智能控制系統(tǒng)通過變頻調(diào)速可實現(xiàn)對船舶前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、移位、調(diào)頭和速度控制?？刂葡到y(tǒng)包括駕駛艙、一體化船電系統(tǒng)、障礙探測預(yù)警系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、高清觸摸屏、氣胎壓力顯示器、空調(diào)控制器、音響視頻控制器及人工操作系統(tǒng)。一體化船電系統(tǒng)涵蓋目前國內(nèi)外先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航、通訊信號、儀器儀表、氣象監(jiān)測、安全監(jiān)控等船舶電子裝·備。障礙探測預(yù)警系統(tǒng)可顯示航線內(nèi)移動目標(biāo)和靜止障礙物圖像，對危及航行安全的情況進(jìn)行預(yù)警。智能控制系統(tǒng)的計算機軟硬件及操作系統(tǒng)按國際航運標(biāo)準(zhǔn)配置，終端為高清觸摸屏。艙內(nèi)的變頻調(diào)速控制器、電源管理系統(tǒng)、空調(diào)控制器、音響視頻控制器、障礙探測預(yù)警系統(tǒng)及一體化船電系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)鏈接，通過程序控制實現(xiàn)整個運行過程的自動化和觸摸化操作。駕駛以自動化為主，人工操作為輔。駕駛艙設(shè)在長方形船艙前端，與頭等艙左右相鄰。乘客艙包括頭等艙、觀光艙、商務(wù)艙、輕質(zhì)防火沙發(fā)椅、空調(diào)器、服務(wù)臺、通道、衛(wèi)生間、蓄水艙、舷門、舷臺、音響視頻頭及救生消防器材。頭等艙、觀光艙分別設(shè)在船艙前端和左右兩側(cè)，商務(wù)艙設(shè)在中間段。舷門外設(shè)有長I. 2米寬I米的舷臺，便于乘客上下船和在登船梯的支撐下保持船體橫向平衡?？照{(diào)器在過冷過熱季節(jié)使用，常溫下艙內(nèi)空氣用自然風(fēng)調(diào)節(jié)。音響視頻頭設(shè)在每個艙室便于觀察的位置，供駕駛員掌握情況。救生消防器材存放在4個動力電池艙上層的儲柜里，可應(yīng)急時使用。儲能電源艙前面設(shè)有I個8平方米的服務(wù)臺，其后面設(shè)有2個各6平方米的衛(wèi)生間，其上層為蓄水艙。船體甲板四周設(shè)有8個不銹鋼錨鉤，供泊岸時用纖繩固定。服務(wù)臺備有2個應(yīng)急使用的便攜式纖繩船錨。本實用新型的有益效果是解決了制約太陽能船實用化的技術(shù)難題，其優(yōu)點是駕駛艙、頭等艙設(shè)在長方形船艙前端以便于觀察操作和觀賞風(fēng)景，騰出的空間可增加光伏發(fā)電面積；寬敞的長方形船艙可更多安裝蓄電池，增加電容量和輸出功率；采用空氣螺旋槳取代水下螺旋槳和船舵，改變傳統(tǒng)的推進(jìn)和操縱方式，可提高航行速度和便于智能控制；雙氣囊船體自重輕浮力大、氣動導(dǎo)流阻力??；采用橡膠氣胎取代水密艙壁和內(nèi)底，抗沉性更強，且造價低，使用效能高。主要缺點是抗風(fēng)浪能力弱于鋼質(zhì)船，6級以上風(fēng)力不宜出港；能量密度和功率低于燃料動力，不適合重載運輸；控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)購置成本高，不適合低收益項目使用。本實用新型適用于水上觀光旅游、交通運輸和遠(yuǎn)洋漁業(yè)等。與現(xiàn)有太陽能船相比，速度更快、載荷更大、日航程更遠(yuǎn)、性價比更高。根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，去掉載客設(shè)置，可改裝成不同外形、不同用途、不同噸位、不同速度的船舶。在商業(yè)化應(yīng)用方面，最具前景的項目是名勝景區(qū)水上旅游觀光船、海灣海峽城際間高速客運船和遠(yuǎn)洋高速漁業(yè)船。遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源無償，利潤豐厚，關(guān)鍵在成本和速度。太陽能高速漁業(yè)船集機械捕撈、速凍冷藏、漁獲運輸于一體，具有得天獨厚的優(yōu)勢無燃料支出，成本領(lǐng)先；高速追蹤漁群，搶占先機；航行中下網(wǎng)、收網(wǎng)、冷藏，流水作業(yè)；往返高速，贏得時間和高效。在船舶科技方面，本實用新型具備5項創(chuàng)造世界紀(jì)錄的潛力一是水上航行，可創(chuàng)造太陽能船速度最快的世界紀(jì)錄；二是水上航行，可創(chuàng)造太陽能船日航程最遠(yuǎn)的世界紀(jì)錄；三是水上航行，可創(chuàng)造太陽能船載荷最大的世界紀(jì)錄；四是環(huán)球航行，可創(chuàng)造太 陽能船航時最短的世界紀(jì)錄；五是載人載貨航運，可創(chuàng)造太陽能船運輸成本最低的世界紀(jì)錄。以下結(jié)合附圖
和模擬實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明圖I是本實用新型模擬實施例太陽能雙氣囊無舵船三視圖圖中I、駕駛艙2、頭等艙3、觀光艙4、舷門5、舷臺6、長方形船艙7、長方形檐頂8、薄膜電池9、電動螺旋槳10、雙氣囊船體11、氣動導(dǎo)流槽圖2是本實用新型太陽能雙氣囊無舵船乘客艙示意圖圖中I、駕駛艙2、頭等艙3、觀光艙4、商務(wù)艙5、服務(wù)臺6、儲能電源艙7、衛(wèi)生間8、通道9、動力電池艙具體實施方式
在圖I中，客船停泊在福建平潭某港口客運碼頭。此次是第三次載客試驗航行，目的地臺灣新竹。蓄電池已完成充電，港務(wù)人員將輸電電纜收回。8點10分，I名駕駛員和2名乘務(wù)員從右前舷門(4)登船，進(jìn)入各自崗位例行檢查、準(zhǔn)備。8點20分，126名乘客經(jīng)安檢后從右前后舷門(4)登船，進(jìn)入頭等艙(2)、觀光艙(3)、商務(wù)艙各自座位。港務(wù)人員關(guān)好舷門(4)，將登船梯撤離舷臺(5)。8點35分，氣象條件良好，海風(fēng)3-4級，港務(wù)調(diào)度中心下達(dá)啟航指令，駕駛員啟動既定任務(wù)程序，客船進(jìn)入自動化駕駛狀態(tài)船上啟航笛、指示燈鳴閃，港務(wù)人員迅速解脫右甲板前后錨鉤上的纖繩，I分鐘后4臺電動螺旋槳(9)旋轉(zhuǎn)，右側(cè)的2臺旋速逐漸加快，客船向左航行，駛離碼頭后，左側(cè)的2臺旋速加快，客船駛?cè)爰榷ê降溃?臺電動螺旋槳(9)旋速同步。航行中駕駛艙(I)里的智能控制系統(tǒng)根據(jù)障礙探測預(yù)警系統(tǒng)的提示調(diào)整航向和速度，躲避風(fēng)險，高清觸摸屏顯示客船各系統(tǒng)運行狀態(tài)和長方形客艙(6)里乘客情況。8點50分，4臺電動螺旋槳(9)高速旋轉(zhuǎn)，雙氣囊船體(10)浮出水面在浪尖上疾駛，時速達(dá)到150公里。長方形檐頂(7)在風(fēng)浪中經(jīng)受了考驗，未出現(xiàn)彎曲變形現(xiàn)象，氣動導(dǎo)流槽(11)減少了空氣和流體阻力，智能控制系統(tǒng)通過控制每臺電動螺旋槳(9)旋速，保持了船體在高速狀態(tài)下的平穩(wěn)。9點20分，客船進(jìn)入新竹海域，時速降至100公里。到達(dá)港口附近時降至30公里。前2臺電動螺旋槳(9)利用不同旋速控制航向，后2臺電動螺旋槳(9)已停旋，客船以慣性滑向碼頭。9點35分，客船抵達(dá)新竹客運碼頭，4臺電動螺旋槳(9)反旋制動，使客船準(zhǔn)確停在錨泊位置。港務(wù)人員用纖繩將客船錨定后，4臺電動螺旋槳(9)停旋，登船梯靠上舷臺(5)，乘務(wù)員打開舷門(4)，供乘客下船。此次試航歷時I小時整，平均時速125公里，獲取或驗證了薄膜電池(8)發(fā)電量、蓄電池攜帶量、電動機功率、螺旋槳直徑、氣胎標(biāo)準(zhǔn)壓力等12項匹配參數(shù)的最佳值。
權(quán)利要求1.一種太陽能雙氣囊無舵船，水下無驅(qū)動裝置和船舵，其特征是4臺電動螺旋槳對稱安裝在船體甲板前后兩側(cè)或2臺電動螺旋槳對稱安裝在船體甲板后端兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能雙氣囊無舵船，其特征是駕駛艙、頭等艙設(shè)在長方形船艙前端，駕駛艙位于正中間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能雙氣囊無舵船，其特征是雙氣囊船體中間為氣動導(dǎo)流槽，雙氣囊內(nèi)填充眾多圓柱形橡膠氣胎，氣胎內(nèi)充入高壓空氣或氦氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能雙氣囊無舵船，其特征是長方形船艙艙頂與左右、后端艙檐融為一體，形成長方形檐頂。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能雙氣囊無舵船，其特征是長方形檐頂表面粘貼薄膜電池或四周粘貼薄膜電池，中間安裝光伏電池板。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能雙氣囊無舵船，其特征是長方形船艙正中間設(shè)有I個儲能電源艙，4臺電動螺旋槳固定支架旁各設(shè)有I個動力電池艙，右前艙門旁設(shè)有外接電源插座。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能雙氣囊無舵船，其特征是去掉載客設(shè)置，可改裝成不同外形、不同用途、不同噸位、不同速度的船舶。
專利摘要一種太陽能雙氣囊無舵船，采取增能降重提速的技術(shù)方案解決太陽能船電源不足、航速慢和有效載荷低的技術(shù)難題，其要點是駕駛艙、頭等艙設(shè)在長方形船艙前端以便于觀察操作和觀賞風(fēng)景，騰出的空間可增加光伏發(fā)電面積；寬敞的長方形船艙可更多安裝蓄電池，增加電容量和輸出功率；采用空氣螺旋槳取代水下螺旋槳和船舵，改變傳統(tǒng)的推進(jìn)和操縱方式，可提高航行速度和便于智能控制；雙氣囊船體自重輕浮力大，氣動導(dǎo)流阻力?。徊捎孟鹉z氣胎取代水密艙壁和內(nèi)底，抗沉性更強，且造價低，使用效能高。本實用新型由船體系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、乘客艙構(gòu)成，適用于水上觀光旅游、交通運輸和遠(yuǎn)洋漁業(yè)等。在船舶科技方面具備5項創(chuàng)造世界紀(jì)錄的潛力。
文檔編號B63B7/08GK202686735SQ201220302090
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月16日
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