一种由风速决定的翼型风帆降帆方法与流程

本发明属于翼型风帆船建造及设计领域，具体涉及一种由风速决定的翼型风帆的降帆方法。

背景技术：

1、随着全球范围内低碳减排新规的颁布和实施，全球航运业和造船业正在向着绿色化方向发展，船用风帆是以风能这一清洁能源作为推动力。

2、本专利以风帆本身的气动力特性、数量、船舶状态、船体运动参数等作为输入，以安装翼型风帆的船舶航行性能研究成果为基础，以最佳节能效果为控制目标，兼顾船舶航行安全性，提出了翼型风帆船风帆助推系统控制方法。

3、由于翼型风帆系统为原始创新，控制方法无可借鉴，所以本控制方法为首次提出。在风帆升起工况下，当相对风速超过风帆的设计风速时，风帆的结构就会存在失效的风险，需要进行降帆，所以提出了本专利的控制方法，当0≤设计相对风速-帆顶相对风速≤2时，控制系统报警，当报警时间超过设计时间后，风帆自动下降一节或多节判断风速是否满足要求，直至所有各节帆面全部下降并回收至零位；当设计相对风速-帆顶相对风速≤0时，由于风帆为多节，自动下降一节或多节判断风速是否满足要求，直至所有各节帆面全部下降并回收至零位，以保证风帆系统安全。

4、本专利以监测风速、船舶吃水、风帆位置和特性等信息为输入，以设计风速为基础，以保证风帆与船舶安全为控制目标，兼顾船舶航行安全性，提出了由风速决定的翼型风帆系统的降帆控制策略。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，旨在达到在复杂还有气象条件下，使风帆船具有最佳节能效果的目的，其所采用的技术方案是：

2、一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，在船舶艏部、艉部的底部分别设置有艏吃水感应器和艉吃水感应器。

3、建立船体坐标系，船体坐标系的原点为船舶的对称纵剖面、尾端和基线的相交处，记为o，x轴为纵向轴，y轴为横向轴，z轴为垂向轴。

4、实时监测风帆顶的相对风速vs’，

5、

6、式中，v0为距海平面10米高度处的风速，

7、tf为船舶艏吃水，

8、ta为艉吃水，

9、la为艏吃水感应器和艉吃水感应器之间的距离，

10、ls为风帆顶距船舶艉吃水传感器的距离，

11、d为船舶型深；

12、vs为人为设定风速，当0≤vs-vs’≤2时进行报警，持续报警时间超过2分钟，风帆自动下降一节帆面，进一步判断风速vs’是否满足要求。

13、

14、式中，b为一节帆面的高度，如不满足要求则再下降一节帆面，直至所有各节帆面全部下降回收。

15、当vs-vs’≤0时，风帆自动下降一节或多节开展进一步判断风速是否满足要求，直至所有各节帆面全部下降回收。

16、当监测风速vs’超过设计风速vs时，将风帆下降回收。

17、上述一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，更进一步地，在船舶艏部、艉部的底部分别设置有艏吃水感应器和艉吃水感应器。

18、上述一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，更进一步地，安装风帆的个数为n，

19、

20、当n＝1时，风帆可通过动作机构直接完成降帆动作。

21、当n＝2n+1,n＝1,2,…时，按照从船艏至船艉每2个分为一组，最后1个独立为一组，首先下降最靠近船艏一组风帆，之后按照船艏至船艉顺序依次下降各组风帆。

22、当n＝2n,n＝1,2,…时，按照从船艏至船艉每2个分为一组，首先下降最靠近船艏一组风帆，之后按照船艏至船艉顺序依次下降各组风帆。

23、上述一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，更进一步地，船舶的左舷、右舷均对称设置有风帆。

24、上述一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，更进一步地，风帆带有多节桅杆，桅杆上固定有帆面。

25、上述一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，更进一步地，x轴向前为正，y轴向左为正，z轴向上为正。

26、上述一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，更进一步地，测得30分钟大气平均温度tt低于4℃天气条件时，风帆降帆收回。

27、设每一时刻的时间为t，t时刻前1800秒的时间节点为t-10s、t-20s、……、t-1800s，将这些时间节点相对应的大气温度dt-10i取平均值，即为tt

28、

29、本发明的有益效果如下：

30、1.由气象环境决定的降帆控制策略以设计风速为限制条件，准确的给出了帆顶风速与设计风速之间的关系，确定了需要降帆的限制风速。

31、2.可以判断风帆在下降n节后同样是否满足风速限制，提供了可降低帆面个数的方案，增加了风帆可使用的时长，增加经济性。

技术特征：

1.一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，其特征在于：在船舶艏部、艉部的底部分别设置有艏吃水感应器和艉吃水感应器，建立船体坐标系，船体坐标系的原点为船舶的对称纵剖面、尾端和基线的相交处，记为o，x轴为纵向轴，y轴为横向轴，z轴为垂向轴；

2.根据权利要求1所述的一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，其特征在于：安装翼型风帆助推的个数为n，

3.根据权利要求1所述的一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，其特征在于：船舶的左舷、右舷均对称设置有风帆。

4.根据权利要求1所述的一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，其特征在于：风帆带有多节桅杆，桅杆上固定有帆面。

5.根据权利要求1所述的一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，其特征在于：x轴向前为正，y轴向左为正，z轴向上为正。

6.根据权利要求1所述的一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，其特征在于：左舷帆在收回状态下，风帆转角为-90°，右舷帆在收回状态下，风帆转角为+90°。

7.根据权利要求1所述的一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，其特征在于：测得30分钟大气平均温度tt低于4℃天气条件时，风帆降帆收回；

技术总结
一种由风速决定的翼型风帆降帆方法，在船舶艏部、艉部的底部分别设置有艏吃水感应器和艉吃水感应器，建立船体坐标系，实时监测风帆顶的相对风速，对人为设定风速与相对风速的差值进行判断，对帆面进行逐节下降。针对不同节数的翼型风帆助推装置，考虑了船舶在海洋环境中的姿态、风帆最高点距水平距离以及实时风速，建立了适用于不同风速的降帆控制策略,可为多节数风帆提供最大的使用时长，增加了风帆的使用效率。通过未达到风速限值时的报警，为船员提供了缓冲，同时在达到限值时直接降帆，为风帆提供了安全保障，基于帆顶风速实现了最优的降帆控制策略。

技术研发人员：陈立,刘闯,梅荣兵,李文贺,赵晓玲,李吉明,潘友鹏,张倩,张祺,吉航,陈澄,魏辉,宋继胤
受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15