一种新型船用风帆及其控制方法与流程

本发明涉及船舶用风帆，具体涉及一种新型船用风帆及其控制方法。

背景技术：
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能源危机的爆发给船舶运输行业带来了压力，加大了开发可再生能源的紧迫性。我国风能资源丰富，风能具有高效、清洁、无污染的特点，其在大型远洋散货船舶上的应用具有十分重要的意义。目前，风帆助航的装置大多固定于尺寸，不能根据风况智能的调节受风面积，只能升起或者完全降下；由于风速和风向经常变化，这也就需要风帆能够转动其自身的迎风角度，达到最佳迎风角，充分利用风能。另外，简便的操帆方式也是船舶安全、节能运营的保障。目前的风帆结构复杂，因而在船舶运营中尚未得到广泛的应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在在不同风速、风向下航行时对风能的利用问题，提供一种能够根据不同风速及风向进行调节受风面积和迎风角度的新型船用风帆及其控制方法，充分利用风能，大大提高风能的利用率。当处于不同风速、风向中航行时可智能的调节受风面积和迎风角度，充分利用风能，大大提高风能的利用率。

一种新型船用风帆及其控制方法，包括：

风帆，液压控制系统、旋转系统、风向传感器、风速传感器。

所述风帆包括第一节帆体、第二节帆体和第三节帆体，所述第一节帆体、第二节帆体和第三节帆体内部相连通；

液压控制系统，用于根据风力和风向调整风帆的最佳高度；

旋转系统，用于根据风力和风向调整风帆的最佳帆向角；

风向传感器，用于检测风向；

风速传感器，用于检测风力；

电源开关，用于控制整个系统的电力供应。

优选的，所述液压控制系统包括液压推杆、被动推杆、手动控制部分和自动控制部分，所述液压推杆固定设置在第一节帆体内部，液压推杆包括减速电机和主动螺杆，所述减速电机输出端与主动螺杆相连接，主动螺杆上表面与第二节帆体接触连接。

优选的，所述被动推杆包括左被动部和右被动部，所述左被动部和右被动部均由齿条一、齿条二和齿轮组成，所述齿条一固定设置在第二节帆体内部，所述齿条二上表面与第三帆体接触连接，齿轮分别与齿条一、齿条二接触连接。

优选的，所述手动控制部分包括手动开关一，所述手动开关一与减速电机电连接，所述自动控制部分包括上限位开关和下限位开关，所述上限位开关和下限位开关分别与减速电机电连接。

优选的，所述旋转系统包括直流电机、减速箱、手动开关二、左限位开关和右限位开关，所述直流电机输出端与减速箱相连接，所述减速箱输出端与液压推杆相连接，所述手动开关二、左限位开关和右限位开关分别与直流电机电连接。

一种风帆系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

a.打开电源开关；

b.选择是否自动控制，若选择否，则手动控制手动开关一或手动开关二；

c.若选择自动控制，则风速传感器及风向传感器打开，若风速不能达到要求，则液压推杆收起；

d.若风速能够达到要求，则液压推杆升起，若风向与航向夹角不符合公式要求，则每隔30秒执行一次循环；

e.若风向与航向夹角符合公式要求，则启动旋转系统。

本发明的优点在于：该种风帆，采用智能辅助风帆来实现降低船舶的航行能耗的目的，根据研究可以计算出风帆平均可以提供近14.35％的推力，可以实现随风向变化风帆攻角的智能控制以及随风力大小风帆升帆高度的智能控制。

附图说明

图1为本发明所述的风帆的结构示意图。

图2为本发明所述的风帆的控制流程图。

其中：1-第三节帆体，2-齿条一，3-第二节帆体，4-第一节帆体，5-液压推杆，6-齿轮，7-齿条二。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，一种风帆，包括：

风帆本体，包括第一节帆体4、第二节帆体3和第三节帆体1所述第一节帆体4、第二节帆体3和第三节帆体1内部相连通；

液压控制系统，用于根据风力和风向调整风帆的最佳高度；

旋转系统，用于根据风力和风向调整风帆的最佳帆向角；

风向传感器，用于检测风向，风向传感器由风杯、传感器主体、电路模块、传输电缆构成，采用绝对式格雷码盘编码(四位格雷码或七位格雷码)，利用光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息，电压式风向传感器的核心采用精密导电塑料传感器，通过电压信号输出相对应的风向信息，电子罗盘式风向传感器的核心采用电子罗盘定位绝对方向，通过接口输出风向信息，可以得出风向数据，为处理系统执行改变船帆攻角，获得最大推力的功能，提供关键数据；

风速传感器，用于检测风力，采用三杯式风速传感器，三杯式风速传感器由传感器、传感器支架、输出设备和显示屏构成，通过三杯传感器利用超声波涡接测量，热量转移，压差变化等原理对风速数据进行捕捉采集，通过输出设备将数据输出在显示器上显示，可得出风速数据，为处理系统执行船帆自动收拢的功能提供数据；

电源开关，用于控制整个系统的电力供应。

值得注意的是，所述液压控制系统包括液压推杆5、被动推杆、手动控制部分和自动控制部分，所述液压推杆5固定设置在第一节帆体4内部，液压推杆5包括减速电机和主动螺杆，所述减速电机输出端与主动螺杆相连接，减速电机控制推动主动螺杆旋转上升，主动螺杆上表面与第二节帆体3接触连接，主动螺杆推动第二节帆体3上升，所述被动推杆包括左被动部和右被动部，所述左被动部和右被动部均由齿条一2、齿条二7和齿轮6组成，所述齿条一2固定设置在第二节帆体3内部，所述齿条二7上表面与第三帆体接触连接，齿轮6分别与齿条一2、齿条二7接触连接，主动螺杆上升时带动齿条二7同步上升，从而推动第三帆体上升，下降动作的原理与上升动作相同。

在本实施例，所述手动控制部分包括手动开关一，所述手动开关一与减速电机电连接，直接手动控制液压推杆5工作，所述自动控制部分包括上限位开关和下限位开关，所述上限位开关和下限位开关分别与减速电机电连接，液压推杆5上升至设定高度后拨动上限位开关，液压推杆5作反向变换，下降至另一设定高度时拨动下限位开关，液压推杆5反向变换再次上升，往复循环，风帆本体一直做上下升降动作，所述旋转系统包括直流电机、减速箱、手动开关二、左限位开关和右限位开关，所述直流电机输出端与减速箱相连接，所述减速箱输出端与液压推杆5相连接，所述手动开关二、左限位开关和右限位开关分别与直流电机电连接，利用手动开关二可直接控制直流电机通过减速箱带动液压推杆5左右旋转，液压推杆5到达设定角度后拨动左限位开关，直流电机反向旋转带动液压推杆5运行至另一设定角度后拨动右限位开关，如此往复循环，风帆本体一直做左、右摇摆动作。

本发明的控制方法为：

a.打开电源开关；

b.b.选择是否自动控制，若选择否，则手动控制手动开关一或手动开关二；

c.若选择自动控制，则风速传感器及风向传感器打开，若风速不能达到要求，则液压推杆5收起；

d.若风速能够达到要求，则液压推杆5升起，若风向与航向夹角不符合公式要求，则每隔30秒执行一次循环；

e.若风向与航向夹角符合公式要求，则启动旋转系统。

基于上述，该种风帆，采用智能辅助风帆来实现降低船舶的航行能耗的目的，根据研究可以计算出风帆平均可以提供近14.35％的推力，可以实现随风向变化风帆攻角的智能控制以及随风力大小风帆升帆高度的智能控制，本发明提供了一种能够根据风速及风向进行调节的风帆及其控制方法。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。