[实用新型]风扇增升式风帆

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种由风力直接作用的船用推进技术领域的装置，具体是一种风扇增升式风帆。 

背景技术

自1973年石油危机以来，燃油价格急剧上涨随着全球能源日趋短缺，发展可再生能源已成趋势，节省燃油、提高经济性已被提升到一个新的高度，加之联合国和国际海事组织对船舶排放的严格监控，进一步发展利用新能源的节能减排型船舶迫在眉睫。在这样一个趋势下，过去逐渐衰落的风帆推进又逐渐受到人们的重视。风帆在现代船舶上的研究和应用虽然已经较为普遍，但其仍有风能利用率低、占用船舶空间大、恶劣条件下稳定性差的缺点。因此，如何增加风帆能够提供的推力，起到更大的节能效果成为一个具有实际意义的研究方向。 

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102700697，公开日2012-10-03，记载了一种船用风帆，包括风帆框架，在船体内设置有双绳辊电机，双绳辊电机的输出端分别缠绕有缠绕方向相反的正向拉索和反向拉索，正向拉索的两端分别通过定滑轮改变方向后、通过扭转支架与风帆框架的两端相连，反向拉索的两端同样分别通过定滑轮改变方向后、通过扭转支架与风帆框架的两端相连。该结构布局合理，能够利用自动控制系统让风帆实现摆动和升降动作的船用风帆，但是该技术主要针对的是帆的控制问题。 

另外，中国专利文献号CN102032104，公开日2011-04-27，记载了一种翼形风帆，包括风帆头、两个风帆面以及位于翼形风帆内部的射流气道，通过单元射流气道组成的冲压喷气系统，使得整个风帆增强了向风帆头部方向运动的合力，同时也降低了风帆面的迎风阻力，同时可以电控射流气道的开合度实现对气流强弱的控制。但该技术结构比较复杂，且由混凝土制造，质量较大，可能会较大地影响船舶的重心和稳性，因此在船上的应用受到很大的限制。 

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种风扇增升式风帆，利用横流风机优化风帆周围流场、提高推进效率的硬帆，克服原有风帆的缺点，提高风帆的推进效率，达到节约船舶耗能的目的。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：风帆和横流式风机，其中：横流式风机的旋转轴与风帆的桅杆同轴设置且位于风帆的气流通道中，以提高风帆的空气动力； 

气流通道的横向截面结构为Z字形结构，横流式风机位于该Z字形结构的中间位置， 气流通道的出口和入口分别位于风帆的两侧边缘。 

所述的气流通道的出口和入口的结构均为：从内向外的宽度变大的喇叭结构，以气流通道所在水平截面中，以风机圆截面的圆心为坐标原点，以截面对称轴为Y轴，X轴垂直Y轴并指向出风口方向，则该风帆的背风面在截面中的结构为圆弧；该风帆在以Y轴所在直线作为角度计算的起始位置，其背风面在截面中的圆弧所对应的角度为-37°至+37°；进一步优选为：所述的气流通道的入口在风帆的圆弧上所占的角度范围是-37°到-27°，气流通道出口在该圆弧上所占的角度范围是5°至37°。 

所述的风帆为硬帆，其骨架结构包括尺寸比例为10：8的上半部分和下半部分，其中：上、下半部分中间设置用于支撑和分界的肋板。 

下半部分包括：竖直设置于风帆中部的强度支柱组、至少2层用于支撑帆面的肋骨、位于底部的底板和设置于风帆边缘的导边及随边支柱，其中：各层肋骨为横向设置，肋骨的横向中部为气流通道，强度支柱组穿过各层肋骨的中心位置，该中心位置设置横流式风机。 

所述的各层肋骨的竖直方向设置用于支持肋骨的辅助强度支柱。 

所述的风帆起增升效果时的绝对风速角为80°至125°，该绝对风速角是指绝对风速与航向的夹角，该角度时能够有较好的增加推力、节约能源的效果，在其他绝对风速角下效果与普通帆相同。 

技术效果 

本实用新型通过横流风机的设置，使得空气从风帆的背面后方加速喷出，一方面减小了风帆的背面压力，进一步增加了风帆上的空气压力差，增加了风帆的推力，另一方面减少了风帆背面气流的分离，使得流场得到优化，风帆的空气动力性能得到提高。 

附图说明

图1为本实用新型的轴视图； 

图2为本实用新型的右视图和正视图； 

图3为本实用新型的俯视图； 

图4为本实用新型的仰视图； 

图5为图2的A-A剖面的俯视图； 

图6为图2的B-B剖面的仰视图； 

图7为本实用新型气体流动示意图； 

图8为不同绝对风速角和不同风速下，本实用新型和普通无风机增升的风帆节省的功率的对比图；