带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置，含有伸出式可收放中心支架、充气的伞帆、充气抽气装置、伞帆拉索、反面拉索收放器、支架控制器以及支撑平台。伸出式可收放中心支架具有伸缩、仰角角度调节、悬挂伞帆的功能，支撑平台具有随风向进行旋转角度调节的功能，中心支架还具有可以施放及悬挂多个伞帆的多级结构。本发明专利技术通过对伞帆的充气与抽气、反面拉索收放器以及中心支架的伸缩来直接实现伞帆的施放与收回。所提出的装置具有伞帆位置稳定、伞帆形状固定、受风面积大、受风位置较高、风能利用率高、放收操作简便等特点，具有很高的可靠性，既可以作为船舶航行的风力装置，也可以作为现有燃油动力船舶航行时的一个风力补充动力装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用海洋风能作为船舶航行动力的带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置，属于船舶动力及风能利用
技术介绍
当今的大部分能源来源是化石燃料煤、石油以及天然气，以现在的使用速度，已知的剩余煤矿矿藏将在约200年后被用完，而石油和天然气将在不到100年内使用殆尽。化石燃料在使用时会造成大量的环境污染，其中包括导致全球变暖的温室气体。当太阳能辐射到地球表面上时，由于受热不均，将引起大气的流动，加上季节的不同以及地球的自转，在海洋上将形成有规律的季风，这些风为船舶的航行提供了无尽的能源及动力。早在5000多年前，就出现了大型的帆船，开始穿越于地中海之间；为适应各种类型的自然风，帆船的帆、桅杆以及船体逐渐向着精细化、专业化方向发展。在“大航海时代” 的15世纪到19世纪中期，快速帆船、纵帆船、战舰以及各种各样的多帆帆船遍及了全球的海洋，人们充分利用帆船及风能探索海洋、发现新大陆，为推动人类的文明发展做出了重要的贡献。风能是可再生或可持续的能源，在各种风能资源中，海上的风能具有较强的规律性，当然在风力大小以及风向上也具有一定的随机性，因此，可以将风能作为现有船舶动力的一个重要补充，可以节约大量的燃油。在现代船舶中，也出现了带动力的帆船，其结构都是在船体上安装固定桅杆及布帆，并根据风向及航向来控制帆布展开的方向。如1980年下水的“新爱德丸号”货轮，该船在甲板上树立着高高的桅杆，桅上的支架撑起布帆，采用计算机分析风力和天气的情况，并计算出帆和发动机的最佳使用方案，当风力较大以及风向合适时，就可以完全依靠风能来拉动船舶进行航行，当风力及方向不适时，可以综合利用船舶上的内燃机动力以及风力来进行航行，即使将风力仅作为燃油发动机的“额外”补充，就能够节省至少20%的燃料。目前，国际上的货物流通主要通过海上运输来完成的，每年由于海上运输所消耗的燃油能源占到相当大的比重，如何充分利用海上的风能来驱动船舶、或作为现有燃油船舶的动力补充，是目前所应当考虑的问题。对于固定桅杆的帆船，一般都有较高的桅杆，当风力较大时，会产生较大的倾翻力矩，固定的桅杆及布帆将在船舶甲板上占据较大的空间。对于风速来说，随着高度的变化将有明显的不同，该现象称为风切变；一般情况下，因风切变现象产生的风速为高度的指数函数关系；因此，较高位置的风速大，具有较高的风能利用率。因此，具有固定桅杆的帆船因施放布帆的空间较低，造成受风效率较低；若增加固定桅杆的高度以及布帆的面积，也将带来一系列的安全隐患，并且，在船舶进出港口时会由于较高的桅杆也会带来较多的问题。海上风能为可再生的一次能源，若能够直接利用作为动力，无需能量的转换(如发电就需要进行多次的转换)，这本身就可以提高风能利用的效率，若能够利用较高位置的风能，则还能进一步提高利用率，因此，将海上的风能作为现有动力船舶的补充将是一个重要发展的方向，关键是需要设计并制造出安全可靠、使用方便、成本较低的风能驱动装置。近年来，出现了一些利用风能的专利技术设想，如“伞状风帆船”(200810036632. 8)(公开号CN101565100)，它包括风帆、钛合金圆环、液氢罐等复杂装置，但没有放收装置，其稳定性、伞状风帆的可实施性存在较大问题。专利文献“在具有风力驱动装置的船舶中用于飞出的筝帆式迎风部件的张开系统”(200580020233. 7)(公开号CN1968850)提出采用垂直固定装置进行施放，施放平台不能同时进行仰角及自旋转的调整，筝帆回收仅通过主拉索的回收来完成，在遇到风力较小或无风的情况下，若拉索回收不及时，施放后的伞帆将会掉入水中，况且，风力具有一定随机性，也不能频繁地采用主拉索的回收来进行操作。专利文献“一种利用浮动式风帆产生推动力的船用装置” (200810034057. 8)(公开号CN101519114)也提出一个了一个浮动式风帆的设想，对于施放和回收方式、空中漂浮结构、漂浮稳定性等，均未提出具有可实施的方案。专利文献“用于船舶航行的可收放的充气型风能伞帆装置”(201010131058. 1)(公开号101786498A)，给出的伞帆放收装置为单独的支架，仅能起到悬挂的作用，且与伞帆之间为分离状态，靠非受力放收悬挂拉索进行连接，在施放伞帆时，伞帆充气后仅通过风力的吹动来进行施放，由于施放后伞帆与支架之间没有紧密的拉索连接，特别是没有反向拉索， 在有侧向风时、甚至有反向风时，伞帆受风的影响，其位置将变得非常不稳定；在回收时，仅靠伞帆的抽气来进行，然后悬挂在放收装置的支架上，同样，也受到风吹的严重影响，也就是放收装置的支架对伞帆稳定性所起的作用很小，在伞帆施放与收回的可操作性、稳定性方面具有明显的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置，可以通过中心支架的伸出以及对伞帆的充气，使得伞帆得以施放，具有伞帆位置稳定、伞帆形状固定、风能利用率高、放收操作可靠等特点，因而既可以作为船舶航行的风力装置，也可以作为现有燃油动力船舶航行时的一个风力补充动力装置。本专利技术的技术方案如下一种带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置，含有充气型第一伞帆、充气型串联第二伞帆、伞帆第一主拉索、伞帆第二主拉索、与主拉索相连的正面拉索、充气伞面、 充气扩撑伞环、充气抽气装置、伞帆充气软管、以及主拉索放收及受力装置，其特征在于所述装置还含有伸出式可收放中心支架、调整仰角的支架和支撑平台；在充气型第一伞帆和充气型串联第二伞帆的充气伞面上均布置有伞帆中心气流孔，所述的伸出式可收放中心支架的一端与支撑平台铰接，另一端穿过第一伞帆中心气流孔及第二伞帆中心气流孔；所述的调整仰角的支架两端分别通过铰接与支撑平台和伸出式可收放中心支架相连。本专利技术的技术方案还在于在充气型第一伞帆和充气型串联第二伞帆的充气伞面的反面均设有伞帆反面拉索；在伸出式可收放中心支架上还设有反面拉索收放器，第一伞帆反面拉索的一端连接在第一伞帆反面拉索收放器上，另一端连接在充气型第一伞帆的反面上；第二伞帆反面拉索的一端连接在第二伞帆反面拉索收放器上，另一端连接在充气型串联第二伞帆的反面上。本专利技术所述带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置还包括对支撑平台旋转角度以及伞帆的仰角进行控制的支架控制器，该支架控制器位于支撑平台上，通过液压管线和控制线路与调整仰角的支架相连。本专利技术在所述的伸出式可收放中心支架上设有至少两个充气软管限位环，所述的伞帆充气软管通过充气软管限位环附着在伸出式可收放中心支架上。同时，所述的充气型第一伞帆和充气型串联第二伞帆上均设有充气翼。本专利技术与现有技术相比，具有以下特点及突出性效果①采用具有收放功能的中心支架，在施放时，由中心支架的伸出，并结合对伞帆的充气，将直接带动两级伞帆的施放， 使得施放更直接、更可靠，既有施放伞帆的作用，还有悬挂伞帆的作用。②风力将作用在伞帆上，伞帆将拉力通过伞帆的两个主拉索作用在船体上，拉力对船体的作用点位置较低，所产生的倾覆力矩非常小，牵引船舶的航行较为稳定。③充气后的伞帆具有较固定的形状和较大的刚度，伞帆受风时的稳定性较好。④充气型伞帆具有双向拉索，由于使用了伞帆的反面拉索以及反面拉索收放器，使得在有侧向风时、甚至有反向风时，伞帆也具有很好的稳定性。⑤伞帆本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置，含有充气型第一伞帆（１）、充气型串联第二伞帆（２）、伞帆第一主拉索（３）、伞帆第二主拉索（４）、与主拉索相连的正面拉索（５）、充气伞面（１２）、充气扩撑伞环（１３）、充气抽气装置（１６）、伞帆充气软管（１９）、以及主拉索放收及受力装置，其特征在于：所述装置还含有伸出式可收放的中心支架（１４）、调整仰角的支架（１５）和支撑平台（２１）；在充气型第一伞帆（１）和充气型串联第二伞帆（２）的充气伞面上布置有伞帆中心气流孔，所述的伸出式可收放中心支架的一端与支撑平台铰接，另一端穿过第一伞帆中心气流孔（１０）及第二伞帆中心气流孔（１１）；所述的调整仰角的支架（１５）两端分别通过铰接与支撑平台（２１）和伸出式可收放中心支架（１４）相连。
【技术特征摘要】
1.一种带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置，含有充气型第一伞帆(1)、充气型串联第二伞帆O)、伞帆第一主拉索(3)、伞帆第二主拉索G)、与主拉索相连的正面拉索(5)、充气伞面(12)、充气扩撑伞环(13)、充气抽气装置(16)、伞帆充气软管(19)、以及主拉索放收及受力装置，其特征在于所述装置还含有伸出式可收放的中心支架(14)、调整仰角的支架(1 和支撑平台；在充气型第一伞帆(1)和充气型串联第二伞帆(2) 的充气伞面上布置有伞帆中心气流孔，所述的伸出式可收放中心支架的一端与支撑平台铰接，另一端穿过第一伞帆中心气流孔(10)及第二伞帆中心气流孔(11)；所述的调整仰角的支架(1 两端分别通过铰接与支撑平台和伸出式可收放中心支架(14)相连。2.按照权利要求1所述的一种带有中心支架的可收放的充气型风能伞帆装置，其特征在于在充气型第一伞帆和充气型串联第二伞帆的充气伞面的背面均设有伞帆反面拉索； 在伸出式可收放中心支架上还设有反面拉索收放器，第一伞帆反面拉索(7)的一端...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾攀，杨沾沛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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