U型風帆結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風帆助推船舶，尤其涉及U型風帆結構。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代風帆助推船舶，風帆助推性能主要體現(xiàn)在風帆氣動升力在船舶前進方向上產生的推力分量的大小。風帆單位面積氣動升力越大，其在前進方向產生的推力分量越大，風帆助推效果越好。風帆的橫剖面幾何外形(翼型)是決定風帆單位面積氣動升力特性的主要影響因素，因此，風帆剖面線型設計技術是風帆氣動設計的關鍵技術。目前，現(xiàn)有風帆采用多段組合翼型，雖然帶襟翼的組合翼型因其具有較高的氣動特性而廣泛應用于航空領域，但組合翼型結構形式、襟翼的控制方式相當復雜，如果風帆助推船舶采用該種多段組合翼型，則會大大增加風帆系統(tǒng)的復雜性及建造成本、降低風帆系統(tǒng)的可靠性，特別是當要求風帆具有升起、收回功能時，復雜的多段組合翼型風帆往往無法在工程上實際應用。

【發(fā)明內容】

[0003]本申請人針對上述現(xiàn)有問題，進行了研究改進，提供一種U型風帆結構，本發(fā)明在不增加風帆結構的同時提高了風帆的升力特性、增加了風帆的推進效率，提高了風帆的經濟性、可靠性，有利于風帆助推船舶的推廣使用。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案如下:
[0005]U型風帆結構，包括風帆本體，所述風帆本體通過風帆桅桿與風帆底座連接，所述風帆本體的橫截面形成剖面結構，所述剖面結構由一對主體部、一對拱弧部及一對導圓部一體連接形成“U”形結構，各主體部、拱弧部及導圓部均以風帆轉動軸心為中心對稱布置。
[0006]其進一步技術方案在于:
[0007]所述主體部的厚度沿拱弧部呈遞減趨勢；
[0008]所述風帆本體為矩形、三角形、梯形或橢圓形中的任意一種；
[0009]所述導圓部位于“U”形結構的最外側，所述導圓部與拱弧部的一端連接，所述拱弧部的另一端連接主體部。
[0010]本發(fā)明的有益效果如下:
[0011](I)最大氣動升力系數(shù)高，該風帆本體的剖面結構最大升力系數(shù)可達3.0以上，為一般機翼翼型的2.3倍以上，可大大低提高風帆的助推效能。
[0012](2)外形整潔，該風帆本體的剖面結構采用氣動力性能優(yōu)化設計技術，在不增加風帆結構復雜性的前提下，通過風帆剖面線型設計，有效地提高了風帆的升力特性，相較多段組合式翼型剖面，具有結構簡單的優(yōu)點。
[0013](3)助推有效風向范圍廣，該風帆剖面采用前后對稱結構，可在船舶左右來風情況下具有同樣的助推能力，助推有效風向范圍廣。
[0014](4)工程實用性強，該風帆本體的剖面結構具有較大的厚度，可為風帆的結構強度設計提供較大的自由度，也為風帆收放系統(tǒng)、控制系統(tǒng)提供了較大的布置空間，具有較強的工程實用性。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的剖視結構示意圖。
[0016]圖2為采用本發(fā)明的風帆結構安裝示意圖。
[0017]圖3為風帆帆面輪廓外形示意圖1。
[0018]圖4為風帆帆面輪廓外形示意圖1I。
[0019]圖5為風帆帆面輪廓外形示意圖1II。
[0020]圖6為風帆帆面輪廓外形示意圖1V。
[0021]圖7為帶有本發(fā)明結構的風帆與船體的安裝示意圖。
[0022]圖8為圖7的俯視圖。
[0023]圖9為圖7的側視圖。
[0024]其中:1、剖面結構;101、主體部;102、拱弧部;103、導圓部；2、風帆轉動軸心；3、風帆本體；4、風帆桅桿；5、風帆底座；6、駕駛室；7、船體。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0026]如圖2所示，U型風帆結構包括風帆本體3，風帆本體3通過風帆桅桿4與風帆底座5連接，風帆本體3的橫截面形成剖面結構1，剖面結構I采用前后對稱氣動外形，如圖1所示，剖面結構I由一對主體部101、一對拱弧部102及一對導圓部103 —體連接形成“U”形結構，各主體部101、拱弧部102及導圓部103均以風帆轉動軸心3為中心對稱布置，如圖1所示，主體部101的厚度沿拱弧部102呈遞減趨勢，上述導圓部103位于“U”形結構的最外側，導圓部103與拱弧部102的一端連接，所述拱弧部102的另一端連接主體部101。上述主體部101具有足夠的厚度，其可以為風帆的結構強度設計提供盡可能大的自由度，也為風帆收放系統(tǒng)，控制系統(tǒng)提供較大的布置空間。上述拱弧部102主要用于設計確定拱弧形式及部分剖面的厚度分布形式，以獲得最佳的升力特性，導圓部103的布置可以用于降低氣動阻力。
[0027]如圖3至圖6所示，風帆本體3的側投影根據(jù)生產需要為矩形、三角形、梯形或橢圓形中的任意一種，風帆材料的選用應保證風帆表面的光滑度，風帆本體3具有足夠的剛度和強度，保證風帆在一定保證風帆在一定風場環(huán)境下不被破壞并使風帆變形量保持在較小范圍內；風帆桅桿4支撐并控制風帆本體3的轉動和收放；風帆底座5與船體結構連接，保證風帆在一定風場環(huán)境下不被破壞并避免對船體局部強度構成不良影響。
[0028]本發(fā)明的風帆結構與大型遠洋貨船的安裝結構如圖7至圖9所示，由于大型遠洋貨船的視野較為開闊，在允許操船視線盲區(qū)的范圍內可布置若干個風帆本體3，風帆本體3設置于船體7上，在船體7的前端設置駕駛室6，從而最大限度的提高風帆助推能力，以獲得顯著的節(jié)能減排指標。
[0029]經試驗驗證，本發(fā)明所述風帆結構的最大升力系數(shù)可以達3.0以上，而一般對稱機翼翼型(如NACA0015)的最大升力系數(shù)為1.3左右，即本發(fā)明所述剖面最大升力系數(shù)為一般機翼翼型的2.3倍以上。
[0030]以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發(fā)明的基本結構的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
【主權項】
1.U型風帆結構，其特征在于:包括風帆本體(3)，所述風帆本體(3)通過風帆桅桿(4)與風帆底座(5)連接，所述風帆本體(3)的橫截面形成剖面結構(I)，所述剖面結構(I)由一對主體部(101)、一對拱弧部(102)及一對導圓部(103) —體連接形成“U”形結構，各主體部(101)、拱弧部(102)及導圓部(103)均以風帆轉動軸心(3)為中心對稱布置。2.如權利要求1所述的U型風帆結構，其特征在于:所述主體部(101)的厚度沿拱弧部(102)呈遞減趨勢。3.如權利要求1所述的U型風帆結構，其特征在于:所述風帆本體(3)為矩形、三角形、梯形或橢圓形中的任意一種。4.如權利要求1所述的U型風帆結構，其特征在于:所述導圓部(103)位于“U”形結構的最外側，所述導圓部(103)與拱弧部(102)的一端連接，所述拱弧部(102)的另一端連接主體部(101) ο
【專利摘要】本發(fā)明涉及U型風帆結構，包括風帆本體，所述風帆本體通過風帆桅桿與風帆底座連接，所述風帆本體的橫截面形成剖面結構，所述剖面結構由一對主體部、一對拱弧部及一對導圓部一體連接形成“U”形結構，各主體部、拱弧部及導圓部均以風帆轉動軸心為中心對稱布置。本發(fā)明結構簡單，外形整潔，最大氣動升力系數(shù)高，該風帆本體的剖面結構最大升力系數(shù)可達3.0以上，為一般機翼翼型的2.3倍以上，可大大低提高風帆的助推效能。該風帆本體的剖面結構采用氣動力性能優(yōu)化設計技術，在不增加風帆結構復雜性的前提下，通過風帆剖面線型設計，有效地提高了風帆的升力特性，相較多段組合式翼型剖面，具有結構簡單的優(yōu)點。
【IPC分類】B63H9/08, B63H9/06
【公開號】CN105000159
【申請?zhí)枴緾N201510428463
【發(fā)明人】潘子英, 陳紀軍, 吳寶山, 姚木林, 張威, 李明政
【申請人】中國船舶重工集團公司第七○二研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月20日