一种内设滑道结构的嵌套式风帆的制作方法

本发明涉及船舶风帆设计技术领域，更具体地说，涉及一种内设滑道结构的嵌套式风帆。

背景技术：

硬翼帆是一种新设计、研制、试制和加工的船舶风帆产品。该设备为三节嵌套结构，风帆帆叶的帆面为U型结构，为了实现风帆的升降，将风帆设计成三段式套接结构，如图1所示，硬翼帆帆叶的结构为：第一帆叶(1)，嵌套在第一帆叶(1)外部的第二帆叶(2)，嵌套在第二帆叶(2)外部的第三帆叶(3)，即三层帆叶的内径为：第三帆叶(3)的内径＞第二帆叶(2)的内径＞第一帆叶(1)的内径。硬翼帆升起时，最上一层的第三帆叶(3)升顶后，其下部与中间一层的第二帆叶(2)的上部重叠搭接；中间一层的第二帆叶(2)升起后，其下部与最底层的第一帆叶(1)的上部重叠搭接；三层帆叶形成一种大型可伸缩式的曲面套接结构。三层帆叶均由内部纵横设置的风帆骨架(4)，以及包设在风帆骨架(4)外部的蒙皮(5)组成。

硬翼帆风帆设备的主要作用是利用风力，风力作用于帆面上时，风帆的帆面通过风帆设备的骨架、桅杆等结构通过电气、液压等设备的联合作用，将风力转化为船的动力。在帆面结构设计时有如下问题和风险：

两层相邻的帆面的间距很近，两层帆面常因风力作用贴合到一起，在三层帆叶静止时在风力撞击引起帆面损伤；在三层帆叶相对滑动时，帆面贴合引发运动摩擦损伤，还增大了摩擦力，达不到设计升降要求。首次嵌套安装难度太大，风帆工作的特殊环境为海上盐雾环境，金属的腐蚀生锈会使距离较近设备发生局部粘连，不可控的增大摩擦。若两层相邻的帆面间距过大，在风力的作用下传递载荷时需要很大的变形才能有效传递载荷，会产生撞击，风帆结构易损坏。故急需研发出能够解决上述问题的嵌套式风帆满足生产需求。

技术实现要素：

本发明的目的是保证硬翼帆的帆面结构能够有效的完成升降功能并将外力有效向内传递。

为了达到上述目的，本发明提供一种内设滑道结构的嵌套式风帆，包括升起时位于最下部的第一帆叶、嵌套在所述第一帆叶上部的第二帆叶，以及嵌套在所述第二帆叶上的第三帆叶，还包括分别设置在所述第一帆叶和所述第二帆叶之间和设置在所述第二帆叶和所述第三帆叶之间的滑道结构若干；所述第一帆叶、所述第二帆叶和所述第三帆叶之间存在间隙D1。所述滑道结构包括沿上述任一帆叶的风帆骨架的纵骨架设置的外滑板,以及设置在与所述任一帆叶相邻帆叶的风帆骨架且相对所述外滑板设置的内滑板；所述外滑板与所述内滑板之间存在间隙D2。

优选的是，所述外滑板与所述内滑板最先接触的面呈凸缘状。

优选的是，所述外滑板为非金属板材。

优选的是，所述内滑板为金属板材。

本发明的外滑板采用了非金属材料，降低了重量，满足了重量轻的原始设计要求，加大了易变形的蒙皮之间的距离，使结构的运动更安全，降低帆面破损的风险，滑板接触面采用间隙D2，更易于制造，使高难的“全帆大曲面的精度嵌套”转化为易实现的“若干滑道机构的嵌套”，大大降低了制造和安装难度，且能使载荷有效的传递到风帆主承载结构上，实现风帆帆面设计要求。

附图说明

图1是一种内设滑道结构的嵌套式风帆升起时的主视结构示意图。

图2是一种内设滑道结构的嵌套式风帆降落时的俯视结构示意图。

图3是一种内设滑道结构的嵌套式风帆降落时的主视结构示意图。

图4是一种内设滑道结构的嵌套式风帆任一帆叶上设置16条滑道结构位置的俯视结构示意图。

图5是图2在a处的放大结构示意图。

其中：1、第一帆叶；2、第二帆叶；3、第三帆叶；4、风帆骨架；401、纵骨架；402、外滑板；403、内滑板；5、蒙皮；6、滑道结构设置点。

具体实施方式

如图1～3和图5所示，本发明包括升起时位于最下部的第一帆叶1、嵌套在所述第一帆叶1上部的第二帆叶2，以及嵌套在所述第二帆叶2上的第三帆叶3，还包括分别设置在所述第一帆叶1和所述第二帆叶2之间和设置在所述第二帆叶2和所述第三帆叶3之间的滑道结构若干。所述第一帆叶1、所述第二帆叶2和所述第三帆叶3之间存在间隙D1；所述滑道结构包括沿上述任一帆叶的风帆骨架4的纵骨架401设置的外滑板402,以及设置在与所述任一帆叶相邻帆叶的风帆骨架4且相对所述外滑板402设置的内滑板403；所述外滑板402与所述内滑板403最先接触的面呈凸缘状的非金属板材。所述外滑板402与所述内滑板403之间存在间隙D2。所述内滑板403为金属板材。

实施例：

如图1～3所示，一种内设滑道结构的嵌套式风帆，包括升起时位于最下部的第一帆叶1、嵌套在所述第一帆叶1上部的第二帆叶2，以及嵌套在所述第二帆叶2上的第三帆叶3。

如图4所示，按照有限元分析，优化分布于曲面对应位置，如图4所示，还包括分别设置在所述第一帆叶1和所述第二帆叶2之间和设置在所述第二帆叶2和所述第三帆叶3之间的滑道结构各16组。

位于第一帆叶1和所述第二帆叶2之间的16组所述滑道结构分别为设置在风帆中间前后各两组，设置在帆叶左侧前后各三组，帆叶右侧前后各三组。

如图5所示，所述第一帆叶1、所述第二帆叶2和所述第三帆叶3之间存在间隙D1。

所述滑道结构包括沿上述任一帆叶的风帆骨架4的纵骨架401设置的外滑板402,以及设置在与所述任一帆叶相邻帆叶的风帆骨架4且相对所述外滑板402设置的内滑板403；所述外滑板402与所述内滑板403最先接触的面呈凸缘状的非金属板材，所述外滑板402采用具有一定硬度和刚度的非金属材料，不易腐蚀，在海上环境下不会发生锈蚀粘连的现象，影响运动；不易变形，重量轻，易加工处理。所述外滑板402与所述内滑板403之间存在间隙D2。所述内滑板403为金属板材，内滑板403不易更换，采用钢材料，固化于骨架内侧；滑道材料选择金属对非金属材料的形式。

图5中，风帆骨架4的横骨架和纵骨架401，外部焊接有蒙皮5，形成中空的方形骨架外部焊接蒙皮5的整体风帆帆叶结构。以第一帆叶1和第二帆叶2之间设置的滑道结构为例：外滑板402纵向安装固定在第一帆叶1外侧的纵骨架401上，内滑板403焊接固定在第二帆叶2内侧的与外滑板402位置对应的纵骨架401上，外滑板402和内滑板403之间形成位于传递载荷位置间隙为间隙D2，而第一帆叶1和第二帆叶2之间存在非传递载荷位置为间隙D1，D1＞D2。隙D1使风载荷对帆面产生的局部变形不会影响到其它层帆面的运动；间隙D2使帆叶纵骨架401在传递载荷时不需要产生大变形就能将接触载荷通过外滑板402为纵骨架401传递出去。

其中，蒙皮5的作用是收集风能，并将风能传递到骨架，质量轻，有较好的弹性。风帆骨架4保持结构的总体形状的稳定性，并将蒙皮传来的动能有效传递到内部桅杆结构上，进而转化为船的动力，质量轻，不易变形。滑道结构增加三段骨架蒙皮的组合结构非接触面之间的距离，保证局部变形不会对整体结构上下运动产生影响；拉近三段骨架蒙皮的组合结构接触面之间的距离，保证外力能够有效从外而内的传递，并在力的传递结构部分不会产生大的变形，以免结构损坏。质量轻，不易损坏，传递载荷的位置不易变形，硬度较大，不易刮伤帆面。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。