[發(fā)明專利]母子風(fēng)帆船

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810048212.1
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101314397A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施立人;施宇蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 施立人
• 主分類號: B63B9/06
• 分類號: B63B9/06;B63H9/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所
• 代理人: 王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種母子風(fēng)帆船(也稱“新型現(xiàn)代風(fēng)帆船”)，主要是一種具有合理穩(wěn)性、在可比條件下其風(fēng)帆的年均推力為單體有桅風(fēng)帆船年均推力的4至10倍以上的母子風(fēng)帆船。

背景技術(shù)

隨著自動控制技術(shù)的進(jìn)步，以及1979年全球第二次石油危機(jī)導(dǎo)致的節(jié)約能源的迫切要求，一種以主機(jī)-螺旋槳推進(jìn)為主、以帆推進(jìn)為輔的、由自動控制裝置操縱的單體風(fēng)帆船等問世，稱“現(xiàn)代風(fēng)帆船”。近30年來，國際國內(nèi)在船舶領(lǐng)域一直在加速推進(jìn)風(fēng)帆節(jié)能的探索。

日本上世紀(jì)80年代初研制了1400噸“新愛德丸”風(fēng)帆油船，嗣后又有26000噸風(fēng)帆油船問世，同時(shí)代中國武漢理工大學(xué)(原武漢水運(yùn)工程學(xué)院)亦研制了300噸骨架式軟帆貨船，旨在提高運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，使得在同航速等可比條件下，噸-公里的燃油消耗減少而獲得經(jīng)濟(jì)效益。此類單體有桅風(fēng)帆船是當(dāng)今節(jié)能效果最好的實(shí)用風(fēng)帆船舶，本發(fā)明的文件中稱日式“現(xiàn)代風(fēng)帆船”。

日式“現(xiàn)代風(fēng)帆船”的風(fēng)帆寬度通常不大于該桅桿設(shè)置處的船寬。在同排水量、同吃水下，對于單體風(fēng)帆船，即使不顧船舶航行阻力變大，船舶的寬度取大值(此時(shí)船舶的穩(wěn)性變好，風(fēng)帆可取較大的寬度，可有較大的風(fēng)帆特征面積)，以獲得更大的推力，但是，單體船的穩(wěn)性終歸有限，風(fēng)帆的特征面積依然嚴(yán)重受到穩(wěn)性的制約。船寬大將增加船舶阻力，同時(shí)，同噸位、同吃水下，船寬大，船長就小，多于一具風(fēng)帆時(shí)，將產(chǎn)生較大的翼柵效應(yīng)，致使節(jié)能效果難以大幅提升。由于上述技術(shù)因素的制約，因而至今單體有桅風(fēng)帆船舶的大范圍推廣，近30年來未能實(shí)現(xiàn)；另一方面，船寬小，即使船舶阻力因船寬小而變小，由于它的穩(wěn)性更不足以支持采用大特征面積風(fēng)帆，它的節(jié)能效果更低。

前蘇聯(lián)的三體風(fēng)帆客船，沒有設(shè)置主機(jī)-螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，只能在特定的航線上運(yùn)營。

澳大利亞的太陽能-風(fēng)帆雙體實(shí)驗(yàn)船，可以設(shè)置大面積風(fēng)帆。與單體風(fēng)帆船相比，同載量下它的阻力較大，建造費(fèi)用約高40％，如果用作貨船，則裝卸不便。另外，以太陽能為風(fēng)帆推力的補(bǔ)充，在某些氣象條件下(如長期無風(fēng)的陰天)則難以保證航期，至今未見該方案推廣的報(bào)道。

德國在本世紀(jì)開發(fā)了風(fēng)箏帆船，投資很小，只是這種無桅帆主要依靠阻力做功，因而在360度風(fēng)向角下，平均推力系數(shù)及平均推力較小，節(jié)能效果也小。對現(xiàn)役船舶的改造，難有顯著效果。

我國已公開的申請?zhí)枮?6200027的“一種帶有在控制下可以活動的副船身的帆船”專利和申請?zhí)枮?00510026567.7的“一種多方位利用風(fēng)能的帆船”專利，它們的主要特點(diǎn)是主船體的兩側(cè)有“副船身”(或浮球)，并與帆同步圍繞桅桿旋轉(zhuǎn)。

但上述兩項(xiàng)專利都存在帆船推力小的問題，主要原因?yàn)椋?/p>

其一，上述兩項(xiàng)專利都采用軟質(zhì)少骨架風(fēng)帆，此類風(fēng)帆的推力系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于硬質(zhì)風(fēng)帆。

其二，上述兩項(xiàng)專利的風(fēng)帆的展弦比遠(yuǎn)小于1，展弦比小，推力系數(shù)小；展弦比小，風(fēng)帆不能獲取船舶稍上方(由于海面上風(fēng)速梯度的存在，離海面越高，風(fēng)能密度越大)密度大些的風(fēng)能。

其三，設(shè)從船艏正前方吹響船舶的風(fēng)向?yàn)?度，則風(fēng)向角具有0度至左180度和0度至右180度。在鳥瞰圖上，當(dāng)風(fēng)帆的弦線與船舶的縱中剖線的夾角最小時(shí)，是風(fēng)帆船舶作穩(wěn)性計(jì)算時(shí)需要核算的狀態(tài)，此時(shí)的傾覆力矩最大。而上述兩專利的恢復(fù)力矩此時(shí)卻處于最小狀態(tài)，顯然，它不能支持風(fēng)帆獲取大的風(fēng)力。并且，在相同的風(fēng)向的情況下，航行船舶的表觀風(fēng)向角，除風(fēng)向與船舶的縱中剖面平行，即除0度及180度外，總是比船舶靜止時(shí)的表觀風(fēng)向角為小。而如果其風(fēng)帆的轉(zhuǎn)動范圍不足夠地大，小的表觀風(fēng)向角下就不能駛帆，則一樣會影響風(fēng)帆對推力的貢獻(xiàn)。申請?zhí)枮?6200027的專利說明書中稱“船帆可以在操縱下以主桅桿為軸自行轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動范圍可大于90度角，以便在風(fēng)向和航向確定后使船帆及時(shí)處于最佳迎風(fēng)角度”。問題在于，該實(shí)用新型所示的風(fēng)帆，是小展弦比風(fēng)帆，失速角約為35度至40度。如果表觀風(fēng)速的風(fēng)向角為左(或右)35度至40度，這時(shí)，該實(shí)用新型的主桅桿、副桅桿同在船舶的縱中剖面附近。該船比只有主船體時(shí)，恢復(fù)力矩的增加十分有限，不能支持大的傾覆力矩，也就不能支持大的風(fēng)帆推力。如果該專利的風(fēng)帆轉(zhuǎn)不到上述角度，則其風(fēng)帆的推力的獲取將受到限制。

另外，申請?zhí)枮?6200027的實(shí)用新型，如果被貨船采用，在碼頭采用機(jī)械化裝卸的方式下，縱然有收攏架、臂的方法，仍然十分麻煩不便，影響裝卸。因此，上述兩項(xiàng)專利的節(jié)能效果不理想，使用不方便，也未見有實(shí)用的報(bào)道。