一种具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆的制作方法

本发明属于硬质翼型风帆领域，涉及一种具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆。

背景技术：

1、目前，以硬质翼型风帆为代表的船舶助推装置，因其翼型剖面与飞机机翼相似，与传统的阻力帆、天帆、旋筒帆等存在显著不同的作用原理，根据伯努利原理，高速气流引起压降，在翼型风帆凸面处气流流速快，在凹面处气流流速慢，在凸面和凹面两侧，因气流的速度差产生压力差，从而产生升力。空气动力产生的升力和拖拽力在航行方向上构成了风帆推进力。翼型风帆在船舶助推领域存在广泛的实船验证，其中中远海运集团牵头研制的风翼，大连船舶重工集团自主研发安装的凯力轮风帆，以及商船三井与大岛造船共同开发的wind challenger等风力助推产品都是硬质翼型风帆。

2、从硬质翼型风帆采用的伯努利原理不难看出，硬质翼型风帆属于被动抗风，其基本上是将外界客观存在的风能，通过自身特殊的翼型，对风流进行分割，利用气流流速差导致的帆叶两侧压差，将风能转化为风帆的升力，进而转化为船舶推进动力。

3、现有技术的硬质翼型风帆仅将外界风能转化为推力，由于船舶前进方向、船舶运行速度与外界风场的绝对风向和风速可能存在逆向折减的向量关系，在此过程中，存在很大的能量损失，造成硬质翼型风帆的推力效果不理想，从而大大降低了硬质翼型风帆的节能效率，从而延长了硬质翼型风帆的投资回报收益。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术的硬质翼型风帆的推力效果低，硬质翼型风帆的节能效率不高等问题，给出了一种具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：包括，帆体；帆体为筒状部件；帆体筒状部件的上端面设置有端板；帆体的侧壁：一面为帆体凸面，一面为帆体凹面，气流在帆体凸面和帆体凹面流过的速度差产生压力差；帆体凸面上设置有增加气流流速的吸气孔；端板上设置有排气孔；从吸气孔进入的气流从排气孔中排出；吸气孔沿帆体凸面水平及竖直方向间隔设置。

2、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体横截面采用u翼型。

3、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：吸气孔与排气孔之间有气流上升通道相互连通，气流上升通道设置在帆体内部。

4、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体凸面设置的吸气孔数量与帆体凹面设置的排气孔的个数相同，每个吸气孔与排气孔一一对应通过独立的气流上升通道相连接；气流上升通道的个数与吸气孔的数量相同。

5、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体凸面设置的数个吸气孔相互连通后，与1个排气孔之间通过1个独立的气流上升通道连通。

6、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：端板上只设置有1个排气孔；所有吸气孔与排气孔之间通过1个独立的气流上升通道连通。

7、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：端板上设置的排气孔与气流上升通道之间设置有排气装置，包括：排气风机；排气风机设置在连通排气孔与气流上升通道之间的风机设备间内。

8、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：排气孔上设置有阻碍异物进入排气孔的排气格栅。

9、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：风机设备间为倒锥形。

10、根据以上所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体凸面上设置的吸气孔及端板上设置的排气孔的位置和尺寸布置通过cfd数值模拟或风洞试验分析结果得出。

11、本发明与现有技术相比的优点：

12、1、本发明风帆横截面采用u翼型，结合风帆端板、风帆凸面吸气孔、风帆内部气流上升通道、风帆顶部端板排气孔的设置，利用自然压差，大大加速风帆凸面气流相对凹面的气流流动速度，从而放大凸面和凹面的气动力压差，提升硬质翼型风帆的推力效果，进而提升节能效率。

13、2、本发明风帆结合风帆端板、风帆凸面吸气孔、风帆内部气流上升通道、风帆顶部端板排气孔的设置，并通过风帆顶部排气孔与气流上升通道之间设置的风力抽吸设备强制抽吸，进一步加速风帆凸面气流相对凹面的气流流动速度，放大凸面和凹面的气动力压差，显著提升硬质翼型风帆的推力效果，进而大大提升节能效率。经cfd分析验证，具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆可有效提高帆叶的升力系数为6～7，是现有技术硬质翼型风帆的3～4倍。

14、3、本发明在翼型风帆帆叶底部至顶部端板处，沿不同高度，在凸面处设置若干吸气孔，吸气孔的设置高度、每个吸气孔的尺寸和相对位置等布置信息结合cfd数值模拟、风洞试验分析结果综合得出，最大化保证升力提升效果。

技术特征：

1.一种具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：包括，帆体(100)；帆体(100)为的筒状部件；帆体(100)筒状部件的上端面设置有端板(1)；帆体(100)的侧壁：一面为帆体凸面(101)，一面为帆体凹面(102)，气流在帆体凸面(101)和帆体凹面(102)流过的速度差产生压力差；帆体凸面(101)上设置有增加气流流速的吸气孔(3)；端板(1)上设置有排气孔(5)；从吸气孔(3)进入的气流从排气孔(5)中排出；吸气孔(3)沿帆体凸面(101)水平及竖直方向间隔设置。

2.根据权利要求1所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体(100)横截面采用u翼型。

3.根据权利要求1或2所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：吸气孔(3)与排气孔(5)之间有气流上升通道(4)相互连通，气流上升通道(4)设置在帆体(100)内部。

4.根据权利要求3所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体凸面(101)设置的吸气孔(3)数量与帆体凹面(102)设置的排气孔(5)的个数相同，每个吸气孔(3)与排气孔(5)一一对应通过独立的气流上升通道(4)相连接；气流上升通道(4)的个数与吸气孔(3)的数量相同。

5.根据权利要求3所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体凸面(101)设置的数个吸气孔(3)相互连通后，与1个排气孔(5)之间通过1个独立的气流上升通道(4)连通。

6.根据权利要求3所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：端板(1)上只设置有1个排气孔(5)；所有吸气孔(3)与排气孔(5)之间通过1个独立的气流上升通道(4)连通。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：端板(1)上设置的排气孔(5)与气流上升通道(4)之间设置有排气装置(200)，包括：排气风机(7)；排气风机(7)设置在连通排气孔(5)与气流上升通道(4)之间的风机设备间(8)内。

8.根据权利要求7所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：排气孔(5)上设置有阻碍异物进入排气孔(5)的排气格栅(6)。

9.根据权利要求8所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：风机设备间(8)为倒锥形。

10.根据权利要求1或9所述的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：帆体凸面(101)上设置的吸气孔(3)及端板(1)上设置的排气孔(5)的位置和尺寸布置通过cfd数值模拟或风洞试验分析结果得出。

技术总结本发明属于硬质翼型风帆领域，涉及一种具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆。具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆，其特征在于：包括，帆体(100)；帆体(100)筒状部件的上端面设置有端板(1)；帆体(100)的侧壁：一面为帆体凸面(101)，一面为帆体凹面(102)；帆体凸面(101)上设置有吸气孔(3)；端板(1)上设置有排气孔(5)；从吸气孔(3)进入的气流从排气孔(5)中排出；吸气孔(3)沿帆体凹面(102)水平及竖直方向间隔设置。本发明的具备气流抽吸功能的新型硬质翼型风帆结构简单，使用寿命长，维修方便，安全可靠性高，能显著提升硬质翼型风帆的推力效果，进而大大提升节能效率。技术研发人员：张义明,片成荣,徐鑫,冷显威,吉航,陈舒晗,赵晓玲,王文杰,杨妍妍,姜丽阳,李文贺,姜名卿,杨闻懿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：2024/9/12