一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架的制作方法

本发明属于船舶建造及设计领域，具体涉及一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架。

背景技术：

1、可升降翼型风帆由于节能效果优异、可通过升降来满足船舶空高要求等特点，已成为船用风帆的一个主流帆型(以下文中所指的风帆均为该类型风帆)。为减轻风帆的重量，并考虑到风帆与钢质船舶安装界面的安全可靠性等问题，风帆桅杆可采用钢质材料，以方便、可靠地与船舶进行结合；帆叶采用复合材料来降低风帆整体结构重量。然而对于该包含复材和钢材的风帆，由于帆叶和桅杆结构的材料不同，各段帆叶和桅杆的连接方式必然与钢质风帆有很大差别。

2、对于钢质风帆，考虑到帆叶的承载形式以及帆叶结构的重量等因素，可合理设计帆叶以使得帆叶顶端不会产生过大的应力，进而采用帆叶顶端直接套接到桅杆上的方式进行连接，如图1所示。

3、然而复合材料帆叶和钢质桅杆之间的连接，若也采用与钢质风帆类似的方案，即复材帆叶直接套接到钢质桅杆上，则会涉及到复材与钢材之间复杂的接触滑动问题，即复材帆叶结构和钢质桅杆结构由于各自材料特性所产生的变形之间的严重不协调，可能使得帆叶从桅杆上滑脱，或使得桅杆产生严重的高应力挤压区，进而降低结构疲劳寿命。该问题会给风帆的安全性带来严重挑战。

4、为解决上述复材帆叶与钢质桅杆连接的问题，本发明提出一种翼型风帆装置复材帆叶与钢质桅杆间连接方式：复材帆叶端部采用钢质骨材来连接帆叶外圈的复材，形成钢质骨材加强框架；作为帆叶端部的钢质套接结构直接与钢质桅杆连接，该设计利用钢质材料结构之间的套接来避免复材帆叶与钢质桅杆之间的直接接触所产生的材料匹配带来的接触滑动问题；套接结构附近的加强强框采用层级结构形式，实现帆叶端部的风压载荷的逐级传递，解决该连接处应力集中的问题。

技术实现思路

1、一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，所述连接骨架由两片结构相同的子骨架组成，两片所述子骨架上下对齐，通过支撑件连接。

2、所述子骨架带有弧形主体，所述主体宽度自中间向两端逐渐减小，所述主体采用桁架式结构，所述主体中心设置有方框形套接结构，所述套接结构采用连续的钢质骨材形成方框形结构，所述支撑件位于上下两片所述子骨架的所述套接结构之间，上下两片所述子骨架对接后，所述套接结构形成一个套筒。

3、所述套接结构两侧固定有梯形层级结构，所述层级结构短底边与所述套接结构的边框重合。

4、所述主体边缘由多个等间距设置的节点结构组成，形成点断式边缘，所述节点结构正好位于桁架式主体中多个骨材的交点上，所述节点结构与帆叶外圈复材连接。

5、上述一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，更近一步地，两个所述子骨架之间的距离是1.5m—2.0m。

6、上述一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，更近一步地，所述层级结构的夹角为30°—60°。

7、上述一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，更近一步地，所述支撑件是钢质骨材。

8、上述一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，更近一步地，所述层级结构采用两层级的结构形式，每层设置有两根水平钢质骨材。

9、上述一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，更近一步地，所述钢质骨材为空心结构，其横截面为矩形，矩形的尺寸为80x80mm-120x120mm。

10、复材帆叶端部采用钢质骨材来连接帆叶外圈的复材，形成钢质骨材加强框架；作为帆叶端部的钢质套接结构直接与钢质桅杆连接，该设计利用钢质材料结构之间的套接来避免复材帆叶与钢质桅杆之间的直接接触所产生的材料匹配带来的接触滑动问题；针对套接结构附近的加强强框采用层级结构形式，实现帆叶端部的风压载荷的逐级传递，解决了该连接处应力集中的问题。

11、本发明利用钢质材料结构之间的套接来避免复材帆叶与钢质桅杆之间的直接接触所产生的材料匹配带来的接触滑动问题。套接结构附近采用了层级结构形式，载荷通过层级结构来传递，有效地缓解了该套接结构与桅杆连接所产生的高应力问题。

技术特征：

1.一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，其特征在于，所述连接骨架由两片结构相同的子骨架组成，两片所述子骨架上下对齐，通过支撑件(1)连接；

2.根据权利要求1所述的一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，其特征在于，两个所述子骨架之间的距离是1.5m—2.0m。

3.根据权利要求1所述的一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，其特征在于，所述层级结构采用两层级的结构形式，每层设置有两根水平钢质骨材。

4.根据权利要求1所述的一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，其特征在于，所述层级结构的夹角为30°—60°。

5.根据权利要求1所述的一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，其特征在于，所述支撑件事钢质骨材。

6.根据权利要求1或3所述的一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，其特征在于，所述钢质骨材为空心结构，其横截面为矩形，矩形的尺寸为80x80mm-120x120mm。

技术总结一种翼型风帆装置复材帆叶连接骨架，连接骨架由两片结构相同的子骨架组成，两片子骨架上下对齐，通过支撑件连接。子骨架带有弧形主体，主体宽度自中间向两端逐渐减小，主体采用桁架式结构，主体中心设置有方框形套接结构，上下子骨架对接后，方框形套接结构形成一个套筒，套在桅杆上，与桅杆固定。套接结构两侧固定有梯形层级结构，主体边缘形成点断式边缘，与节点结构与帆叶外圈复材连接。本发明利用钢质材料结构之间的套接来避免复材帆叶与钢质桅杆之间的直接接触所产生的材料匹配带来的接触滑动问题，套接结构附近采用了层级结构形式，载荷通过层级结构来传递，有效地缓解了该套接结构与桅杆连接所产生的高应力问题。技术研发人员：侯玉品,赵晓玲,梅荣兵,陈立,李文贺,张倩,潘友鹏,韩雨,徐广超,张祺,卢冉,林阳明,丛海东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：20230626技术公布日：2024/4/22