专利名称：小水线面三体太阳能风帆船的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三体太阳能风帆船，特别是一种小水线面三体太阳能风帆船，属
于船舶海洋工程技术领域。
背景技术：
在已有技术中，申请号为200820057744.7的"氢腾太阳能风帆船"实用新型专利，所述的风帆是一个由钛合金做成的圆环，该圆环由氢气充盈组件提携而升空，接收太阳能。由于圆环的面积有限，不能完全替代船舶需要的全部常规能源。申请号为CN200810029639. 7的"一种以风能和太阳能为主要动力源的交通运输船"发明专利，是借助船舶本身面积以粘贴太阳能电池板。也局限于船舶本身面积的尺度而不能获得足够的能量以驱动船上体。申请号为200920068028. 3的"一种新型单体浮萍打捞船"实用新型专利，公开了一种新型单体浮萍打捞船，包括船上体和动力装置。所述的动力装置为太阳能风帆带动增压泵排水推进。这种船没有采用太阳能以外的其他能源，在没有太阳光的时节不能运行。普通的船型结构，也增加了太阳能的低功率驱动船舶的运行困难。
中国远洋运输集团与澳洲环保航海科技公司Solar Sailor合作，计划在船队选出散货与油轮各一艘，安装由澳洲研制的太阳能风帆，希望能藉此有效降低航运业界燃料成本和污染物排放。两家联合研制的太阳能风帆船，是一种在船上体上装置刚性风帆，风帆的宽度小于船宽，风帆的表面贴有太阳能光伏电池板，在以风力推动向前行进时，还可以吸收太阳能而发电驱动电机，助力于船舶推进。由于风帆的面积过于狭小，可替代船舶的能耗的最大比例低于30%，无法进一步提高绿色能源替代的份额。 为了要进一步提高绿色能源在全船能源消耗的比例，以致达到全部替代的目标，必须扩大风帆的面积，既能增加风力驱动的能量，又可以增加太阳能吸收总量而提高光伏电池的发电功率。风帆的加大必然威胁船舶的稳定性，需要加大船上体，从而增加了船舶行进的阻力。
发明内容
为了克服已有技术的缺陷和不足，本发明提供一种小水线面三体太阳能风帆船。这种船采用了大面积的帆，可以接收功率巨大的风能，以驱动船舶前进，又可以大面积吸收太阳能，使其表面粘贴的太阳能光伏阵列得以发出大功率的电力，被存储后作为无风无阳光时的船舶驱动力和全船使用的电力。由于它采用了三体船的结构，除了主船以外，左右各有两个辅船承担支撑的任务，使巨大的太阳能风帆不至失去平衡，整个船上体也不会发生侧翻事故。三个船上体都采用小水线面结构，大幅度降低了兴波阻力，使船舶得以快速航行。当风向与航向不符时，两个辅船上体会根据指令，调整各自的方位，牵引太阳能风帆的迎风角度发生精确的转变，使船舶顺利前行。由于侧向风的作用，船舶前行的同时也受到横向的推力。为了减小船上体发生横向的偏移，此时主船上体的两侧应插下中插板，以增加横向偏移的阻力。
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在船舶进港或经过狭窄港湾或航道时，两个辅船上体能够采取前后直线的排列分 布，使三个船上体的主轴线重合，而形成一个狭长的船上体，减小所占航道或港口的横向空 间。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。本发明包括主船、两个辅船、主 桅杆、辅桅杆、上帆梁、中帆梁、下帆梁、横梁、上桅、中桅、下桅、中插板、电流分配器、充放电 控制器、超级电容组、电磁接触器、逆变器、变压器和电力推进器。 其中，主船由主船上体、三根主支柱和主下潜体构成。辅船由辅船上体、辅支柱和 辅下潜体构成。主船和辅船穿过水面的部分只是三根主支柱和两根辅支柱，使三体船形成 小水线面的结构，大幅度降低了三体船航行的兴波阻力。三台电力推进器分别安装在主船 上体和两个辅船上体的艉部，两块中插板分别悬挂在主船上体舷外两侧。
主桅杆安装在主船上体上，两个辅桅杆分别安装在两个辅船上体上。它们都可以 绕本身的主轴线转动。上帆梁、中帆梁、下帆梁和横梁自上而下平行安装，并与主桅杆和两 辅桅杆铰接。上桅悬挂在上帆梁下，中桅悬挂在中帆梁下，下桅悬挂在下帆梁下。上桅、中 桅和下桅都由质地致密而坚固的尼龙纤维制成，能够经受狂风的吹席。上桅、中桅和下桅的 表面都粘贴着多块太阳能电池板。多块太阳能电池板由导线互相连接，组成太阳能光伏阵 列。上桅、中桅和下桅的面积大小，不受主船本身尺寸大小的限制，它可以制成面积很大的 结构，以便安装尽可能多的太阳能电池板，组成强大的太阳能光伏阵列，提供浩大的电量， 同时接收足够的风能动力。太阳能光伏阵列的输出端与电流分配器的输入端连接，电流分 配器的输出端分别与充放电控制器的输入端和逆变器的输入端连接。充放电控制器的输出 端与超级电容组的输入端相连接，超级电容组的输出端通过电磁接触器也与逆变器的输入 端连接。电磁接触器的控制端与电流分配器的控制端相连，并由电流分配器控制电磁接触 器的动作。逆变器的输出端通过变压器与主船、辅船的电力推进器联接。
太阳能光伏阵列在阳光的照射下，可以持续发电、输出电流。当太阳能充足时，太 阳能光伏阵列发出的直流电，通过充放电控制器调制到适当的电流和电压水平，输送到超 级电容组的输入端，向超级电容组充电。超级电容组存储的电能，可在任何时刻使用，以驱 动船舶。用于驱动推进器的电能通过逆变器转变为交流电，经由变压器引入电力推进器的 输入端。当太阳能光伏阵列达不到足够的电流输出、风力又不足以驱动船舶时，电流分配器 控制电磁接触器联通，使超级电容组向逆变器的输入端放电。电流经逆变器的输出端流出 后，经变压器引入主船、辅船的电力推进器的输入端口。在主船的电力推进器的驱动下，船 舶前进。在辅船的电力推进器的的驱动下，两个辅船协同主船调整相对位置，形成前后直线 的排列分布，或者根据指令，协同调整各自的方位，牵引太阳能风帆的迎风角度发生精确的 转变，船舶即使在侧逆风的情况下，仍然能够顺利前行。 当风力过大时，上帆梁、中帆梁和下帆梁都能够根据指令而下降一定的高度，以减 少上桅、中桅和下桅的迎风面积，以提高船舶的稳定性。 当船舶进港或经过狭窄港湾或航道时，两个辅船协同调整相对位置，形成前后直 线的排列分布，使三个船上体的主轴线重合，组成一个狭长的船上体，减小所占航道或港口 的横向空间，以便顺利的通航和停泊。当风向与航向不符时，两个辅船将根据指令，协同调 整各自的方位，牵引太阳能风帆的迎风角度发生精确的转变，船舶即使在侧逆风的情况下， 仍然能够顺利前行。此时，由于侧向风的作用，船舶前行的同时也受到横向的推力。为了减小船上体发生横向的偏移，此时中插板从主船上体的两侧落下插入水中，以增加横向偏移的阻力。 本发明的有益效果本发明采用了三体船的结构，除了主船以外，左右各有两个辅船承担支撑的任务，使巨大的太阳能风帆不至失去平衡，整个船上体也不会发生侧翻事故。三个船上体都采用小水线面结构，大幅度降低了兴波阻力，使船舶得以快速航行。本发明可在不同的环境条件下，选择由风能单独驱动船舶；由太阳能单独驱动船舶；由太阳能和风
力共同驱动；或是利用超级电容组储存的电能驱动，使船舶总是可以持续地正常航行。本发明为绿色海洋建设和绿色船舶建设奠定了坚实的基础，具有巨大的经济效益和社会效益。
图1是本发明太阳能风帆船的正视示意图。
图2是本发明太阳能风帆船的俯视示意图。
图3是本发明中主船和辅船的侧视示意图。 图4是本发明太阳能风帆船进港时主船和辅船的相对位置示意图。 图5是本发明太阳能风帆船在斜风中航行时主船和辅船的相对位置示意图。 图6是本发明太阳能风帆船的电力驱动系统结构框图。 图中，1是主船上体，2是主下潜体，3是主支柱，4是辅船上体，5是辅下潜体，6是辅支柱，7是主桅杆，8是辅桅杆，9是上帆梁，10是中帆梁，11是下帆梁，12是横梁，13是上桅，14是中桅，15是下桅，16是中插板，17是电流分配器，18是充放电控制器，19是超级电容组，20是电磁接触器，21是逆变器，22是变压器，23是电力推进器。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。 如图1、图2、图3、图6所示，本发明包括主船、两个辅船、主桅杆7、辅桅杆8、上帆梁9、中帆梁10、下帆梁11、横梁12、上桅13、中桅14、下桅15、中插板16、电流分配器17、充放电控制器18、超级电容组19、电磁接触器20、逆变器21、变压器22、电力推进器23。
其中，主船由主船上体1、三根主支柱3和主下潜体2构成。辅船由辅船上体4、辅支柱6和辅下潜体5构成。主船和辅船穿过水面的部分只是三根主支柱3和两根辅支柱6，使三体船形成小水线面的结构，大幅度降低了三体船航行的兴波阻力。三台电力推进器23分别安装在主船上体1和两个辅船上体4的艉部，两块中插板16分别悬挂在主船上体1舷夕卜两侦ij。 主桅杆7安装在主船上体1上，两个辅桅杆8分别安装在两个辅船上体4上。它们都可以绕本身的主轴线转动。上帆梁9、中帆梁10、下帆梁11和横梁12自上而下平行安装，并与主桅杆7和两辅桅杆8铰接。上桅13悬挂在上帆梁9下，中桅14悬挂在中帆梁10下，下桅15悬挂在下帆梁11下。上桅13、中桅14和下桅15都由质地致密而坚固的尼龙纤维制成，能够经受狂风的吹席。上桅13、中桅14和下桅15的表面都粘贴着多块太阳能电池板。多块太阳能电池板由导线互相连接，组成太阳能光伏阵列。上桅13、中桅14和下桅15的面积大小，不受主船本身尺寸大小的限制，它可以制成面积很大的结构，以便安装尽可能多的太阳能电池板，组成强大的太阳能光伏阵列，提供浩大的电量，同时接收足够的风能动力。太阳能光伏阵列的输出端与电流分配器17的输入端连接，电流分配器17的输出端 分别与充放电控制器18的输入端和逆变器21的输入端连接。充放电控制器18的输出端 与超级电容组19的输入端相连接，超级电容组19的输出端通过电磁接触器20也与逆变器 21的输入端连接。电磁接触器20的控制端与电流分配器17的控制端相连，并由电流分配 器17控制电磁接触器20的动作。逆变器21的输出端通过变压器22与主船、辅船的电力 推进器23联接。 太阳能光伏阵列在阳光的照射下，可以持续发电、输出电流。当太阳能充足时，太 阳能光伏阵列发出的直流电，通过充放电控制器18调制到适当的电流和电压水平，输送到 超级电容组19的输入端，向超级电容组19充电。超级电容组19存储的电能，可在任何时 刻使用，以驱动船舶。用于驱动推进器的电能通过逆变器21转变为交流电，经由变压器22 引入电力推进器23的输入端。当太阳能光伏阵列达不到足够的电流输出、风力又不足以驱 动船舶时，电流分配器17控制电磁接触器20联通，使超级电容组19向逆变器21的输入端 放电。电流经逆变器21的输出端流出后，经变压器22引入主船、辅船的电力推进器23的 输入端口。在主船的电力推进器23的驱动下，船舶前进。在辅船的电力推进器23的的驱 动下，两个辅船协同主船调整相对位置，形成前后直线的排列分布，或者根据指令，协同调 整各自的方位，牵引太阳能风帆的迎风角度发生精确的转变，船舶即使在侧逆风的情况下， 仍然能够顺利前行。 当风力过大时，上帆梁9、中帆梁11和下帆梁12都能够根据指令而下降一定的高 度，以减少上桅13、中桅14和下桅15的迎风面积，以提高船舶的稳定性。
如图4、图5所示，当船舶进港或经过狭窄港湾或航道时，两个辅船协同调整相对 位置，形成前后直线的排列分布，使三个船上体的主轴线重合，组成一个狭长的船上体，减 小所占航道或港口的横向空间，以便顺利的通航和停泊。当风向与航向不符时，两个辅船将 根据指令，协同调整各自的方位，牵引太阳能风帆的迎风角度发生精确的转变，船舶即使在 侧逆风的情况下，仍然能够顺利前行。此时，由于侧向风的作用，船舶前行的同时也受到横 向的推力。为了减小船上体发生横向的偏移，此时中插板16从主船上体1的两侧落下插入 水中，以增加横向偏移的阻力。三体船的前进动力，仅来自于主船的电力推进器。两艘辅船 的电力推进器只是协同主船的运行，承担太阳能风帆的重量，以及克服风帆的迎风阻力。辅 船的电力推进器不承担驱动三体船推进的功能。
权利要求
一种小水线面三体太阳能风帆船，包括主船、两个辅船、主桅杆(7)、两个辅桅杆(8)、上帆梁(9)、中帆梁(10)、下帆梁(11)、横梁(12)、上桅(13)、中桅(14)、下桅(15)、中插板(16)、电流分配器(17)、充放电控制器(18)、超级电容组(19)、电磁接触器(20)、逆变器(21)、变压器(22)、电力推进器(23)。其特征在于，主船由主船上体(1)、三根主支柱(3)和主下潜体(2)构成。辅船由辅船上体(4)、辅支柱(6)和辅下潜体(5)构成。三台电力推进器(23)分别安装在主船上体(1)和两个辅船上体(4)的艉部，两块中插板(16)分别悬挂在主船上体(1)舷外两侧。主桅杆(7)安装在主船上体(1)上，两个辅桅杆(8)分别安装在两个辅船上体(4)上。上帆梁(9)、中帆梁(10)、下帆梁(11)和横梁(12)自上而下平行安装，并与主桅杆(7)和两辅桅杆(8)铰接。上桅(13)悬挂在上帆梁(9)下，中桅(14)悬挂在中帆梁(10)下，下桅(15)悬挂在下帆梁(11)下。上桅(13)、中桅(14)和下桅(15)的表面都粘贴着多块太阳能电池板。多块太阳能电池板由导线互相连接，组成太阳能光伏阵列。太阳能光伏阵列的输出端与电流分配器(17)的输入端连接，电流分配器(17)的输出端分别与充放电控制器(18)的输入端和逆变器(21)的输入端连接。充放电控制器(18)的输出端与超级电容组(19)的输入端相连接，超级电容组(19)的输出端通过电磁接触器(20)也与逆变器(21)的输入端连接。电磁接触器(20)的控制端与电流分配器(17)的控制端相连，逆变器(21)的输出端通过变压器(22)与主船、辅船的电力推进器(23)连接。
2. 根据权利要求l所述的小水线面三体太阳能风帆船，其特征是所述的上桅(13)、中桅(14)和下桅(15)都由质地致密而坚固的尼龙纤维制成。
全文摘要
小水线面三体太阳能风帆船，属于船舶海洋工程技术领域。本发明包括主船、两个辅船、桅杆、帆梁、横梁、中插板、电力驱动系统。本发明采用了三体船的结构，除了主船以外，左右各有两个辅船承担支撑的任务，使巨大的太阳能风帆不至失去平衡，整个船上体也不会发生侧翻事故。三个船上体都采用小水线面结构，大幅度降低了兴波阻力，使船舶得以快速航行。本发明可在不同的环境条件下，选择由风能或太阳能单独驱动船舶；由太阳能和风能共同驱动；或是利用超级电容组储存的电能驱动，使船舶总是可以持续地正常航行。本发明为绿色海洋建设和绿色船舶建设奠定了坚实的基础，具有巨大的经济效益和社会效益。
文档编号B63H19/00GK101716990SQ20091031204
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者于招阳, 任龙飞, 孟健, 张桂臣, 马捷 申请人:上海交通大学