本发明属于船舶自发电技术领域，具体涉及一种高灵活性的新能源船舶。
背景技术：
目前常规的商业船舶大多是使用重油作为燃料的，船上电力系统的根本来源大部分也是来自重油的燃烧，但是我们都知道重油加热燃烧会产生芳香环类化学物质，这些物质会对人体产生很大的危害；重油的燃烧也会产生大量的二氧化碳加剧温室效应；重油又叫做可持久性油类，顾名思义，这种油就比较粘稠，难挥发，一旦泄露将会对海洋环境造成巨大的危害。综合种种危害，我们有必要在船上减少对重油的使用，改用绿色无污染的新能源，商业船舶的体型较大在航行过程中遇到暗礁、冰山等障碍物紧急改变航向或转弯需要输出很大的动力，无疑会增大重油的使用并且机动性不强，灵活性没有小型船舶高。
技术实现要素：
本发明针对船舶重油使用量过大及船舶机动性不高的问题，提供一种利用船舶上的螺旋桨发电，发电量大，并将电能作为船舶动能，螺旋桨采用单独控制方式实现精确改变船舶方向和位置且不受暗流影响的一种高灵活性的新能源船舶。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种高灵活性的新能源船舶，包括船体，安装在船体底部及船体侧面的螺旋桨，船体底部前后端安装有螺旋桨，船体中部下方两侧安装有螺旋桨，船体底部后端的螺旋桨与船体内部的发电机连接，发电机与储能装置连接，储能装置与船体内部的电动机，电动机分别与船体底部前端的螺旋桨及船体中部下方两侧安装的螺旋桨连接，现有的船舶大多数均设有螺旋桨或为螺旋桨船舶，可见螺旋桨在船舶中使用范围及使用量很大，现有处螺旋桨采用重油驱动势必会使用大量的重油，本发明利用船舶尾部在水里的螺旋桨受到海水作用转动的原理带动发电机转动发电形成新能源，并将发电的所获得的电能储存到储能装置中作为船舶两侧及前端及中部两侧螺旋桨及船舶其他地方的供电，实现减少船舶重油使用量或船舶不使用重油，其中海水带动螺旋桨转动是利用海水内流动的水流或潮流能等海洋能量。
优选的，螺旋桨包括桨叶，桨叶通过大力臂安置于圆柱形壳体中心处，大力臂与壳体轴心线相垂直，壳体两端面分别连接有电控伸缩的小力臂b和小力臂a，小力臂b和小力臂a的顶端通过连接杆与大力臂连接，小力臂b、小力臂a与大力臂在同一平面上，相互平行，船体上的每个螺旋桨均为单独控制的，可通过单独控制每个螺旋桨来精确改变船体的行驶方向和位置，具体的讲：通过控制小力臂b、小力臂a的高度来实现大力臂方向发生变化改变外壳与大力臂的位置关系实现螺旋桨的方向变化，例如通过控制小力臂a的长度缩短，小力臂b的长度伸长，外壳与大力臂的位子关系发生变化，外壳的方向朝下，螺旋桨的方向与外壳发生一致的位置关系变化，实现推力朝斜向上的方向，又如大力臂向左旋转时可使螺旋桨和外壳出现的向左偏移量，即可实现推力方向向右推。
优选的，壳体与大力臂连接处设有球孔，大力臂上设有与球孔形状对应的球体，通过大力臂上的球体和其对应的球空可实现大力臂绕球孔转动及小力臂a和小力臂b之间的升降来实现大力臂的状态变化，从而实现桨叶随大力臂、小力臂a、小力臂b不同状态变化而变化桨叶的位置关系。
壳体内壁环绕设有导流条，导流条上下表面与壳体上下表面平齐，导流条底部为长方体，长方体表面设有弧形板，弧形板中部开设有弧形孔，弧形板的弧度为π/6～π/4，通过设置的导流条可使水流在经过壳体内壁时水流受到弧形板的阻碍发生流向变化，即原来水流为直线型状态通过壳体内壁水流变成水流流线具有弧度的水流状态，使水流在相同长度空间内的水流流线变长，水流在通过壳体内部的时候，水流流线为弧线形的水流会增大水流对螺旋桨的挤压力及冲击力，提高螺旋桨的旋转速度利于提高船体1的行驶速度及螺旋桨的发电效率，根据公式k＝1.5(0.16ure-1/8)2和
优选的，桨叶环绕设置在转轴上形成一组桨叶组，转轴上均布有多组桨叶组，转轴中部设有锥齿轮，大力臂与转轴连接，其中大力臂7底端设有与锥齿轮对应配合的锥齿轮，通过设置多组桨叶组来有效保证在水流的冲击下带动桨叶转动实现转轴处于转动状态，通过大力臂底部与转轴连接额实现大力臂位置关系变化时转轴的位置关系也跟随着发生变化，即实现通过大力臂改变螺旋桨的位置关系，其中通过转轴旋转时带动锥齿轮来带动大力臂底端的锥齿轮实现力传递，再由大力臂将该机械力传递至发电机进行发电。
桨叶表面上半部分连接有与桨叶倾斜且形状类似的小桨叶，小桨叶表面均设有流通孔，流通孔之间通过流通槽连接，小桨叶与桨叶倾斜角β＝15°～35°，且小桨叶与桨叶上部之间设有弯形支撑板，通过在桨叶表面设置小桨叶，利用小桨叶保持桨叶的负荷径向不变，使桨叶表面压力趋于均匀，从而改善桨叶的空泡性能，并通过设置小桨叶与桨叶的夹角β来解决桨叶拱度较大、攻角较小容易产生面空泡的问题，小桨叶与桨叶的倾斜角处于上述范围内时螺旋桨上整个桨叶的表面压力分布趋于均匀分布，整个桨叶面的空泡裕度提高，背空泡裕度也有所提高，利于推迟整个桨叶背泡状空泡的发生实现螺旋桨水动力性能的提高，还设置弯形的支撑板来预防水流冲击量过大导致小桨叶断裂的情况出现。
优选的，桨叶内部中空，中部设有一隔板，隔板上下表面与桨叶中空内壁之间连接有均布的支撑条，支撑条与隔板的夹角α为45°～65°，支撑条与桨叶中空内壁连接处呈弯钩状，选用中空的桨叶的结构设计可减轻桨叶的重量，利于减少桨叶的制造成本，并且增加桨叶的浮力，有利于利用潮流即水流带动螺旋桨的转动来发电的发电效率，具有弯钩状的支撑条为桨叶提供足够的支撑强度，且在桨叶受到水流冲击产生旋转的同时使水流的冲击力均匀分散到桨叶各表面，同时使螺旋桨不受暗流影响，当桨叶受到暗流冲击影响的时候，弯钩状的支撑条可吸收冲击力，冲击力集中与支撑条的弯钩处，随着承受的力的加大弯钩变形加大，当力减小时，弯钩将力释放复原，实现降低桨叶表面所承受的载荷，在桨叶承受水流冲击时桨叶表面会由于支撑条发生一定的形变，桨叶的表面积发生变化，使桨叶表面各半径处的螺距角分布改变至螺旋桨上个桨叶的螺距变小，改变桨叶的水动力性能，实现螺旋桨不受暗流冲击的影响，根据公式
优选的，各螺旋桨均采用单独控制方式控制，可通过单独控制每个螺旋桨来精确改变船体的行驶方向和位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1)利用船舶尾部在水里的螺旋桨受到海水作用转动的原理带动发电机转动发电形成新能源，并将储存的能源用于船舶动能，实现减少船舶重油使用量或船舶不使用重油；2)通过单独控制每个螺旋桨来精确改变船体的行驶方向和位置；3)通过壳体内部的导流条增大水流对螺旋桨的挤压力及冲击力，提高螺旋桨的旋转速度利于提高船体的行驶速度及螺旋桨的发电效率；4)设计的桨叶重量轻，制造成本低，可使螺旋桨不受暗流影响同时桨叶表面受力均匀，水动力性能优异。
附图说明
图1为本发明一种高灵活性的新能源船舶侧视图；
图2为本发明一种高灵活性的新能源船舶后视图；
图3为本发明一种高灵活性的新能源船舶前视图；
图4为本发明大力臂与螺旋桨的连接示意图；
图5为实施例2中小力臂a、b变换状态后螺旋桨推力方向变化示意图；
图6为实施例2中大力臂变换状态后螺旋桨推力方向变化示意图；
图7为桨叶与转轴的连接示意图；
图8为桨叶剖视图；
图9为壳体示意图；
图10为导流条示意图；
图11为本发明的一种高灵活性的新能源船舶动力产生及输出流程图；
图12为本发明的一种高灵活性的新能源船舶动力产生的流程图；
图13为本发明的一种高灵活性的新能源船舶动力输出流程图；
图14为实施例6中两种负荷分布形式图；
图15为实施例6中常规桨叶的剖面负荷弦向分布；
图16为实施例6中本发明桨叶的剖面负荷弦向分布。
附图标记说明：1.船体；2.发电机；3.储能装置；4.电动机；5.螺旋桨；501.桨叶；501a.隔板；501b.支撑条；502.小桨叶；502a.支撑板；503.流通孔；504.转轴；505.锥齿轮；6.吃水线；7.大力臂；701.小力臂b；702.小力臂a；8.外壳；801.球孔；9.导流条。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：
实施例1：
如图1-3和11-13所示一种高灵活性的新能源船舶，包括船体1，安装在船体1底部及船体1侧面的螺旋桨5，船体1底部前后端安装有螺旋桨5，船体1中部下方两侧安装有螺旋桨5，船体1底部后端的螺旋桨5与船体1内部的发电机2连接，发电机2与储能装置3连接，储能装置3与船体1内部的电动机4，电动机4分别与船体1底部前端的螺旋桨5及船体1中部下方两侧安装的螺旋桨5连接，现有的船舶大多数均设有螺旋桨或为螺旋桨船舶，可见螺旋桨在船舶中使用范围及使用量很大，现有处螺旋桨采用重油驱动势必会使用大量的重油，本发明利用船舶尾部在水里的螺旋桨5受到海水作用转动的原理带动发电机2转动发电形成新能源，并将发电的所获得的电能储存到储能装置3中作为船舶两侧及前端及中部两侧螺旋桨5及船舶其他地方的供电，实现减少船舶重油使用量或船舶不使用重油，其中海水带动螺旋桨5转动是利用海水内流动的水流或潮流能等海洋能量。
实施例2
如图4-6所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化方案为：各螺旋桨5均采用单独控制方式控制，可通过单独控制每个螺旋桨5来精确改变船体1的行驶方向和位置，螺旋桨5包括桨叶501，桨叶501通过大力臂7安置于圆柱形壳体8中心处，大力臂7与壳体8轴心线相垂直，壳体8两端面分别连接有电控伸缩的小力臂b701和小力臂a702，小力臂b701和小力臂a702的顶端通过连接杆与大力臂7连接，小力臂b701、小力臂a702与大力臂7在同一平面上，相互平行，船体1上的每个螺旋桨5均为单独控制的，可通过单独控制每个螺旋桨5来精确改变船体1的行驶方向和位置，具体的讲：通过控制小力臂b701、小力臂a702的高度来实现大力臂7方向发生变化改变外壳8与大力臂7的位置关系实现螺旋桨5的方向变化，例如，如图5所示，通过控制小力臂a的长度缩短，小力臂b的长度伸长，外壳8与大力臂7的位子关系发生变化，外壳8的方向朝下，螺旋桨5的方向与外壳8发生一致的位置关系变化，实现推力朝斜向上的方向，又如，如图6所示，大力臂7向左旋转时可使螺旋桨5和外壳8出现的向左偏移量，即可实现推力方向向右推。
实施例3：
如图9、10所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化方案为：壳体8与大力臂7连接处设有球孔801，大力臂7上设有与球孔801形状对应的球体，通过大力臂7上的球体和其对应的球空801可实现大力臂7绕球孔801转动及小力臂a和小力臂b之间的升降来实现大力臂7的状态变化，从而实现桨叶501随大力臂7、小力臂a、小力臂b不同状态变化而变化桨叶501的位置关系，壳体8内壁环绕设有导流条9，导流条9上下表面与壳体8上下表面平齐，导流条9底部为长方体，长方体表面设有弧形板，弧形板中部开设有弧形孔，弧形板的弧度为π/6～π/4，通过设置的导流条9可使水流在经过壳体8内壁时水流受到弧形板的阻碍发生流向变化，即原来水流为直线型状态通过壳体8内壁水流变成水流流线具有弧度的水流状态，使水流在相同长度空间内的水流流线变长，水流在通过壳体8内部的时候，水流流线为弧线形的水流会增大水流对螺旋桨5的挤压力及冲击力，提高螺旋桨5的旋转速度利于提高船体1的行驶速度及螺旋桨5的发电效率，根据公式k＝1.5(0.16ure-1/8)2和
实施例4：
如图7、8所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化方案为：桨叶501环绕设置在转轴504上形成一组桨叶组，转轴504上均布有多组桨叶组，转轴504中部设有锥齿轮505，大力臂7与转轴504连接，其中大力臂7底端设有与锥齿轮505对应配合的锥齿轮，通过设置多组桨叶组来有效保证在水流的冲击下带动桨叶转动实现转轴504处于转动状态，通过大力臂7底部与转轴504连接实现大力臂7位置关系变化时转轴504的位置关系也跟随着发生变化，即实现通过大力臂7改变螺旋桨5的位置关系，其中通过转轴504旋转时带动锥齿轮505来带动大力臂7底端的锥齿轮实现力传递，再由大力臂7将该机械力传递至发电机2进行发电。
桨叶501表面上半部分连接有与桨叶501倾斜且形状类似的小桨叶502，小桨叶502表面均设有流通孔503，流通孔503之间通过流通槽连接，优选小桨叶502与桨叶501倾斜角β＝20°，且小桨叶502与桨叶501上部之间设有弯形支撑板502a，通过在桨叶501表面设置小桨叶502，利用小桨叶保持桨叶501的负荷径向不变，使桨叶501表面压力趋于均匀，从而改善桨叶501的空泡性能，并通过设置小桨叶502与桨叶501的夹角β来解决桨叶501拱度较大、攻角较小容易产生面空泡的问题，小桨叶502与桨叶501的倾斜角处于上述范围内时螺旋桨5上整个桨叶的表面压力分布趋于均匀分布，整个桨叶面的空泡裕度提高，背空泡裕度也有所提高，利于推迟整个桨叶背泡状空泡的发生实现螺旋桨5水动力性能的提高，还设置弯形的支撑板502a来预防水流冲击量过大导致小桨叶502断裂的情况出现。
桨叶501内部中空，中部设有一隔板501a，隔板501a上下表面与桨叶501中空内壁之间连接有均布的支撑条501b，支撑条501b与隔板501a的夹角α为45°～65°，支撑条501b与桨叶501中空内壁连接处呈弯钩状，选用中空的桨叶501的结构设计可减轻桨叶501的重量，利于减少桨叶501的制造成本，并且增加桨叶501的浮力，有利于利用潮流即水流带动螺旋桨5的转动来发电的发电效率，具有弯钩状的支撑条501b为桨叶501提供足够的支撑强度，且在桨叶501受到水流冲击产生旋转的同时使水流的冲击力均匀分散到桨叶501各表面，同时使螺旋桨5不受暗流影响，当桨叶501受到暗流冲击影响的时候，弯钩状的支撑条501b可吸收冲击力，冲击力集中于支撑条501b的弯钩处，随着承受的力的加大弯钩变形加大，当力减小时，弯钩将力释放复原，实现降低桨叶501表面所承受的载荷，在桨叶501承受水流冲击时桨叶501表面会由于支撑条501b发生一定的形变，桨叶501的表面积发生变化，使桨叶501表面各半径处的螺距角分布改变至螺旋桨5上各桨叶501的螺距变小，改变桨叶501的水动力性能，实现螺旋桨5不受暗流冲击的影响，根据公式
本发明的支撑条501b由以下成分及重量份组成：钛镍合金22份、铜锌合金6份、二氧化硅36份、硅烷耦合剂10份、石英砂35份、φ为0.01mm的金刚石10份，氟化钠20份、碳酸钙45份,石墨粉4份、三氯乙烯37份、亚甲基二萘磺酸钠40份、环戊醇44份、水玻璃15份、烷基酚聚氧乙烯醚34份，该弧形板902的制备方法如下：按重量份计，将钛镍合金、铜锌合金熔融形成金属水，备用，将二氧化硅、硅烷耦合剂、石英砂、φ为0.01mm的金刚石，氟化钠、碳酸钙、石墨粉、三氯乙烯、亚甲基二萘磺酸钠、环戊醇、水玻璃在64℃条件下混合均匀，加温至78℃持续37min后与金属水、混合物0.03重量份一起倒入模具中，得支撑条501b，其中混合物由l-脯氨酸甲酯盐酸盐和d-脯氨酸甲酯盐酸盐，两者质量比为54:3，在支撑条501b制备过程中通过加入混合物避免制备的支撑条501b内出现碳迁移的情况，提高支撑条501b的机械强度和表面光滑性，当支撑条501b从模具中出来降温时支撑条内部发生共晶反应赋予支撑条501b优异的防粘效果并且制备的支撑条501b的耐盐雾效果极好，支撑条501b表面接触角达到154.2°±1°，滚动角约4°，经测试支撑条501b的耐盐雾时间在552h以上，耐酸性可达到354h以上，耐碱性达到332h以上。
实施例5：
本发明的一种高灵活性的新能源船舶实际使用时：如图1-3，当船舶静置时，利用潮流能，潮汐能等海洋能量带动螺旋桨5转动，螺旋桨5将产生的机械能传递至发电机2将机械能转换为电能，将收集到的电能存入船舶储能装置3内，储能装置3内的电能可为船舶用电及行驶提供能量，从而减轻重油的使用量甚至一段时间不用，当船舶需行驶的时候储能装置将电能输出至电动机4，电动机4再将电能转化为机械能输送至螺旋桨5实现船舶行驶，具体的：船舶尾部在水里的螺旋桨5受到海水作用转动的原理带动发电机2转动发电形成新能源，并将发电的所获得的电能储存到储能装置3中作为船舶两侧及前端及中部两侧螺旋桨5及船舶其他地方的供电。
实施例6：
在现有的船体上的螺旋桨理论设计中，nacaa＝0.8为常用的负荷弦向分布形式，有些时候还会采用a＝0.8、b＝0.1(或0.05)屋顶形分布，两种负荷分布形式如图14所示，其中，横坐标s/c为无量纲弦长，导边为0、随边为1；纵坐标γ为剖面总环量为1时的附着涡面密度，并且利用sprop软件来计算的常规桨叶的负荷弦向分布，如图15所示，从图15中可明确常规的桨叶大部分剖面拱度较大、螺距(攻角)较小，特别是在导边附近为负攻角，容易产生面空泡，本发明通过对常规桨叶的优化与改进，本发明的桨叶的剖面负荷弦向分布如图16所示，将图16与凸15对比后可发现本发明的桨叶501的表面压力分布趋于均匀分布，整个桨叶面的空泡裕度提高，背空泡裕度也有所提高，利于推迟整个桨叶背泡状空泡的发生实现螺旋桨5水动力性能的提高。
本发明的常规连接或常规技术为本领域技术人员所熟知，例如螺旋桨与传动轴的连接属于现有公知技术，故在此不再做详细描述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。