由帆推进的交通工具的制作方法

本发明涉及一种具有由帆推进的交通工具，属于由帆推进或混合帆推进的领域。以下回顾了下文中使用的一些定义：-索具：帆船的一套固定和可移动部分，可借助风力推进和操纵帆船。-倾斜：由外部或非外部现象造成的船舶的横向倾斜。-流体动力阻力：船与水之间的摩擦力。阻力越大船的速度就越慢。-空气动力阻力：运动物体在流体中受到的施加方向与运动方向相反的力的分量。根据本发明，帆会产生空气动力阻力。-空气动力升力：运动物体在流体中受到的与运动方向成直角的力的分量。根据本发明，帆会产生空气动力升力。-相对风速或视风速：船的固有速度和实际风速所产生的风速的矢量总和。-空气动力合力：空气动力升力和空气动力阻力的矢量总和。-极坐标曲线：表示船速根据风向和风力的变化而变化的图示。极坐标曲线可以确定导航方案。在某些情况下，它也可以根据帆(当帆是可充气式的，且帆内部压力达到一定值时，帆也可称为翼)充气压差的变化而变化。-风迎角：帆(或当帆是可充气式的且帆内部压力达到一定值时的翼)轮廓平面与相对风向之间的夹角。-开环控制系统，又称为无返回系统：在开环系统中，所需的输出不取决于控制作用；系统的输出不受输入的影响；在调节中，开环控制系统是一种不考虑系统响应的控制形式。-闭环控制系统，又称为带返回的系统：在闭环系统中，所需的输出取决于系统的控制作用，因此也取决于输入。闭环控制系统虽然更加复杂，但却更加可靠、准确和稳定；通过测量其输出值并与设定值进行比较，可以优化输出的预期结果；在调节中，闭环控制系统是包含了该系统反应的系统。-收帆：包括通过从底部折起部分帆来减少帆的表面积，从而使帆的表面积适应于风力。收帆可以手动完成或自动完成。-收帆带：加固部分的水平区域，可以使用例如孔眼或滑轮固定用于收帆的返回部。在计划收帆的每个高度上，这些收帆带都设置在帆肋的水平位置。有多少种收帆带，就有多少种缩小帆面积的可能性。-帆桁：水平支柱，靠近桅杆基部铰接，可以固定和使某些帆定向。当帆降下时，帆桁还可以接收帆。-变幅：变幅的帆是指牵引力不足，部分瘪下去的帆。张好的帆应处于变幅极限。在充气帆没有变幅的情况下，可以保持迎风。-顶端：帆的上端部，与可充气帆的顶部轮廓一致。-降帆：包括降下帆。-升帆：包括升起帆。-帆托架：除了接收降下的帆外，它还可以具有其他功能，例如承受帆提供的拉力，或者容纳用于操作帆的其他致动器、传感器、能量储存器和控制模块。

背景技术：

1、众所周知，通过热机推进船舶很容易测量燃料消耗，并由此推算出碳气体的排放量。

2、对由帆推进的船舶进行这样的测量更为困难，因为它既复杂又具有一定的随机性。

3、文献cn 107878720a公开了一种帆船的帆，其外形对称、柔韧，可以折叠。这种帆船配备有液压装置，所述液压装置用于测量相对风的角度和风力。这些数据由设置有算法的计算机永久获取，所述算法根据开环控制系统计算数据，从而根据风的角度和风力来调节帆的行为。

4、遗憾的是，这种仅根据开环系统操作的装置并没有考虑到影响空气动力推力值的所有因素。特别地，该模型没有融入极点根据海况、强风变化、翼(极坐标曲线)建模不完善或帆性能水平随时间下降而变化的情况。

5、此外，使用这种系统仍然很难测量由帆推进提供的推力、功率或能量，因为该系统不包括翼为船舶提供的力的传感器。

技术实现思路

1、因此，仍然需要一种能够调节帆推力的系统，以优化帆推力，并且还能够准确、可靠和直接地量化帆向船体传递的空气动力推力，该系统至少包括一个帆，以及可能的混合系统，以节省燃料，从而减少碳气体排放。

2、本发明的主题是一种全部或部分由帆推进的交通工具，其包括船体、至少一个可充气帆(或翼)或不可充气帆(但该帆由桅杆支撑，因此不需要用支索稳定)、至少一个具有竖直轴线的自支撑桅杆，所述桅杆包括设置在船体水平处的固定部分和可围绕竖直轴线移动的可移动部分。

3、根据本发明的交通工具，其特征在于，所述桅杆包括：在固定部分中的用于测量物理参数的传感器，旨在提供关于以下方面的数字数据：船轴线上的推力、船的漂移力、可充气帆的帆压差(或可充气竖直翼的翼的压差)，或者，在可移动部分中的用于测量物理参数的传感器，旨在提供关于以下方面的数字数据：在帆轴线(或翼轴线)上投射的空气动力推力、在与翼(或帆)成直角的轴线上投射的空气动力推力、可充气帆(翼)的帆压差。

4、本发明的解决方案可应用于具有由帆(包括可充气帆或不可充气帆)推进的交通工具、绷紧的帆、无桅杆支撑的刚性帆或安装在自支撑桅杆上的帆。

5、根据本发明，在相对于船的参照系的固定部分中，例如在接收用于旋转桅杆的元件的固定部分中安装传感器，可以可靠且直接地测量传递给船的力，并直接了解船轴线上的力(用于推进的力)和与船轴线成直角的力(导致船倾斜的力)。对于此，例如，可以在接收桅杆基部的一个轴承(理解为用于桅杆的支撑和旋转导向)上安装应变计，这样就可以直接测量力。如果桅杆是伸缩式的，则应优先考虑在确保桅杆底管支撑和旋转导向的其中一个轴承上安装应变计。

6、当测量系统不在固定部分上时，测量系统可以包括固定在桅杆上的测量传感器，例如通过粘合应变计，从而可以了解帆轴线(或充气帆时翼的轴线)上的力和与之成直角的力。在这种情况下，有必要精确测量翼与船轴线的夹角(用于推进的力)和与船成直角的力(导致船倾斜)。

7、通过直接(船参照系)或间接(翼参照系)测量力而得出的值，已经可以准确评估具有帆推进系统获得的收益。

8、测得的值还可以通过使用开环调节和/或闭环调节来提供改变船舶运行的可能性。

9、因此，在开环模式下，当船移动时，测得的力的值用于监测，以避免超过预先设定的测得的力的极限值。

10、优选地，由配备有数字数据计算算法的计算机，根据开环控制系统，并基于所述数字数据(如风速和风向)，计算出设定值，如所需的压差、迎角和翼表面积设定值。在这种开环操作模式下，如果迎角、翼表面积和压力设定值导致过度的力，超过预先设定的极限值，则系统就会收到来自力传感器的警报，从而能够采取行动来减少这些力。

11、优选地，由配备有数字数据计算算法的计算机，根据闭环控制系统，基于所述数字数据，计算出从帆传递到船体的力，以便实时调整船舶的运行，以优化或微调其空气动力推力。计算机利用测得的推力值来尝试调节推力(选择低于最大推力的值)或优化推力(寻找最大推力)，从而最大限度地节约能源。

12、由此可以对由帆推进系统传递给船舶的最大推力进行优化，这种优化是基于闭环调节，直接作用于推力的最大化，因此也是收益的最大化。

13、根据本发明的交通工具有以下优点：能够容易且实时地跟踪系统相对于初始值的变化，从而跟踪其漂移，并在优化推力时考虑到这种变化，因此可以对维护操作进行编程，最后，例如在充气帆的情况下(如文献wo 2017/221117a1中的情况)，可视化充气系统给定动作的压力变化，从而跟踪其渗透性的变化。实际上，在闭环模式下，系统可以跟踪最大力或设定值力，从而可以克服极坐标曲线建模误差。如果随着时间的推移，在相同的风和充气压力条件下，闭环调节系统找到的操作点(迎角)发生了变化，那是因为系统发生了变化。它在某种程度上已经退化，可以计划进行维护干预。

14、本发明的由帆推进的交通工具的调节系统可以在两个环路中操作：当一切操作正常时，开环和闭环相结合。开环可以通过根据建模表设定迎角、翼表面面积和压差来预先定位翼，从而产生所需的力。闭环根据推力测量结果(反馈模式)完善这些设定，以优化推力。

15、然而，在发生故障后，系统只能用两个调节环路中的一个(开环或闭环)以降级模式操作。

16、根据本发明的交通工具可以明确由帆推进系统获得的收益。

17、根据本发明的交通工具可以对船轴线上的帆推进力进行精确且可测量的量化，再结合船速，就可以得出所供应的千瓦时、所消耗的千瓦时以及co2收益。

18、根据本发明的混合动力推进交通工具可理解为意指与诸如以下另一种推进源结合的帆推进：例如，借助于由电动马达或内燃机(具有电池、氢(带燃料电池)、天然气或燃料油作为储能方式)驱动的螺旋桨的推进。

19、例如，帆推进理解为意指沙地游艇、冰上游艇、汽车、船，只要帆与交通工具之间的连接是通过自支撑桅杆系统以无支索稳定方式进行的。