[实用新型]利用马格纳斯效应的圆台形旋筒风帆装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及船舶中利用风能助力风帆方面的研究领域，尤其是一种利用马格纳斯效应将风能高效的转化为动能的圆台形旋筒风帆装置。

背景技术

由于目前的燃油成本高、排放区域控制多、环保法规日趋严格等原因，风能作为船舶的一种“原始”动力,逐渐回归人们的视野。近年来，已有不少公司和研究机构对船舶风动力技术进行了深入研究，实现了风能的现代化利用。马格纳斯效应设计的风筒推进装置能够有效的节省能源，降低单位推力投资成本，结构简单，易于操作和控制。基于这些优点，积极的开展对马格纳斯效应应用的研究有助于推动船舶工业的发展。

虽然马格纳斯效应的发现已有一百多年，但是对于马格纳斯效应在船舶推进方面的应用只是近十几年的研究，其在具体的实际应用方面还存在一定的缺陷与弊端，常见的圆柱形风筒装置对于不同角度的风向不能做出及时的调整，风能利用率受环境影响较大，当风速较大时大型装置的稳固性存在一定的隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述缺陷，提出了一种利用马格纳斯效应的圆台形旋筒风帆装置，该装置可以在船舶运输过程中有效利用风能，为船舶提供动力，并且针对不同情况下的风动力环境进行适当调整，将风能高效的利用起来，更大的节约了燃料成本，避免了对环境的破环，并提高了运行过程中的稳固性，大大降低了船舶运行成本。

本实用新型的技术方案是：一种利用马格纳斯效应的圆台形旋筒风帆装置，其中，包括旋筒风帆、GPS传感系统、自动控制系统和电动机，旋筒风帆、GPS传感系统和电动机分别与自动控制系统连接；

所述旋筒风帆包括与甲板通过铰接固定的旋筒主轴、用来固定翼型风帆的轴承、圆台形风筒和翼形风帆，旋筒主轴由外圈与内圈组成，外圈和内圈之间通过滚动轴承连接，旋筒主轴的内圈与甲板之间通过铰链连接，旋筒主轴内圈与电动机Ⅰ连接，旋筒主轴的外圈通过齿轮传动装置与电动机Ⅱ相连，圆台形风筒固定套在旋筒主轴上，圆台形风筒呈上小下大设置，圆台形风筒的外侧设有两个翼型风帆，两个翼型风帆相对于旋筒主轴呈对称设置，翼型风帆通过滚动轴承设置在圆台形风筒两侧，滚动轴承上设有控制翼型风帆闭合的传动装置，主轴和翼型风帆的传动装置以及电动机分别与自动控制系统连接；

所述圆台形风筒产生的马格纳斯驱动力大小为：

其中r为圆台旋筒风帆的水平横截面最小直径，R为圆台旋筒风帆的水平横截面最大直径；H为圆台形旋筒风帆的总高度；ω为旋筒风帆的旋转角速度；v为垂直于旋筒风帆主轴的风速大小；ρ为流体密度；A为常数。

GPS传感系统主要用于实时感知风向和风速，并将其感知到的风向和风速信号传递至自动控制系统，自动控制系统根据风向和风速，控制旋筒主轴的转动和与翼型风帆连接的传动装置，通过铰链实现旋筒主轴在竖直平面的偏转，通过与旋筒主轴连接的电动机带动圆台形风筒的旋转，通过滚动轴承上的传动装置控制圆台形风筒两侧翼型风帆的开合。

本实用新型中，自动控制系统包括控制面板，可以通过控制面板输入旋筒风帆的转速和旋筒风帆需要偏移的角度等数值。

所述圆台形风筒采用铝制成。

所述翼型风帆采用帆布制成。

本实用新型的有益效果：

(1)采用圆台形旋转风筒，使风筒所受到的马格纳斯力为梯度力，受力中心下移，航行过程中船舶更加稳定；

(2)设置风筒的主轴为竖直平面上角度可调节形式，使得船舶在航行过程中不仅仅在受到横向风时可以利用马格纳斯效应将风能转化为动能为船舶提供推进力，而且，可以在船舶顺风和逆风行驶时都能有效的利用风能，节约能源；

(3)采用圆筒风帆与翼型风帆组合的结构，使得船舶在顺风行驶时最大化的利用风能提供推进力，大大减少了能源的消耗，节约了运行成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为圆筒形风帆的马格纳斯力受力示意图；

图3为本实用新型中圆台形风帆的马格纳斯力受力示意图；

图4为顺风行驶时旋筒风帆产生升力示意图。

图中：1旋筒主轴；2翼型风帆固定轴承；3圆台形风筒；4翼型风帆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：