[发明专利]母子风帆船

说明书

技术领域

本发明涉及一种母子风帆船(也称“新型现代风帆船”)，主要是一种具有合理稳性、在可比条件下其风帆的年均推力为单体有桅风帆船年均推力的4至10倍以上的母子风帆船。

背景技术

随着自动控制技术的进步，以及1979年全球第二次石油危机导致的节约能源的迫切要求，一种以主机-螺旋桨推进为主、以帆推进为辅的、由自动控制装置操纵的单体风帆船等问世，称“现代风帆船”。近30年来，国际国内在船舶领域一直在加速推进风帆节能的探索。

日本上世纪80年代初研制了1400吨“新爱德丸”风帆油船，嗣后又有26000吨风帆油船问世，同时代中国武汉理工大学(原武汉水运工程学院)亦研制了300吨骨架式软帆货船，旨在提高运输的经济性，使得在同航速等可比条件下，吨-公里的燃油消耗减少而获得经济效益。此类单体有桅风帆船是当今节能效果最好的实用风帆船舶，本发明的文件中称日式“现代风帆船”。

日式“现代风帆船”的风帆宽度通常不大于该桅杆设置处的船宽。在同排水量、同吃水下，对于单体风帆船，即使不顾船舶航行阻力变大，船舶的宽度取大值(此时船舶的稳性变好，风帆可取较大的宽度，可有较大的风帆特征面积)，以获得更大的推力，但是，单体船的稳性终归有限，风帆的特征面积依然严重受到稳性的制约。船宽大将增加船舶阻力，同时，同吨位、同吃水下，船宽大，船长就小，多于一具风帆时，将产生较大的翼柵效应，致使节能效果难以大幅提升。由于上述技术因素的制约，因而至今单体有桅风帆船舶的大范围推广，近30年来未能实现；另一方面，船宽小，即使船舶阻力因船宽小而变小，由于它的稳性更不足以支持采用大特征面积风帆，它的节能效果更低。

前苏联的三体风帆客船，没有设置主机-螺旋桨推进系统，只能在特定的航线上运营。

澳大利亚的太阳能-风帆双体实验船，可以设置大面积风帆。与单体风帆船相比，同载量下它的阻力较大，建造费用约高40％，如果用作货船，则装卸不便。另外，以太阳能为风帆推力的补充，在某些气象条件下(如长期无风的阴天)则难以保证航期，至今未见该方案推广的报道。

德国在本世纪开发了风筝帆船，投资很小，只是这种无桅帆主要依靠阻力做功，因而在360度风向角下，平均推力系数及平均推力较小，节能效果也小。对现役船舶的改造，难有显著效果。

我国已公开的申请号为86200027的“一种带有在控制下可以活动的副船身的帆船”专利和申请号为200510026567.7的“一种多方位利用风能的帆船”专利，它们的主要特点是主船体的两侧有“副船身”(或浮球)，并与帆同步围绕桅杆旋转。

但上述两项专利都存在帆船推力小的问题，主要原因为：

其一，上述两项专利都采用软质少骨架风帆，此类风帆的推力系数远远小于硬质风帆。

其二，上述两项专利的风帆的展弦比远小于1，展弦比小，推力系数小；展弦比小，风帆不能获取船舶稍上方(由于海面上风速梯度的存在，离海面越高，风能密度越大)密度大些的风能。

其三，设从船艏正前方吹响船舶的风向为0度，则风向角具有0度至左180度和0度至右180度。在鸟瞰图上，当风帆的弦线与船舶的纵中剖线的夹角最小时，是风帆船舶作稳性计算时需要核算的状态，此时的倾覆力矩最大。而上述两专利的恢复力矩此时却处于最小状态，显然，它不能支持风帆获取大的风力。并且，在相同的风向的情况下，航行船舶的表观风向角，除风向与船舶的纵中剖面平行，即除0度及180度外，总是比船舶静止时的表观风向角为小。而如果其风帆的转动范围不足够地大，小的表观风向角下就不能驶帆，则一样会影响风帆对推力的贡献。申请号为86200027的专利说明书中称“船帆可以在操纵下以主桅杆为轴自行转动，其转动范围可大于90度角，以便在风向和航向确定后使船帆及时处于最佳迎风角度”。问题在于，该实用新型所示的风帆，是小展弦比风帆，失速角约为35度至40度。如果表观风速的风向角为左(或右)35度至40度，这时，该实用新型的主桅杆、副桅杆同在船舶的纵中剖面附近。该船比只有主船体时，恢复力矩的增加十分有限，不能支持大的倾覆力矩，也就不能支持大的风帆推力。如果该专利的风帆转不到上述角度，则其风帆的推力的获取将受到限制。

另外，申请号为86200027的实用新型，如果被货船采用，在码头采用机械化装卸的方式下，纵然有收拢架、臂的方法，仍然十分麻烦不便，影响装卸。因此，上述两项专利的节能效果不理想，使用不方便，也未见有实用的报道。