專利名稱：母子風帆船的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種母子風帆船(也稱"新型現(xiàn)代風帆船")，主要是一種具有合理穩(wěn)性、 在可比條件下其風帆的年均推力為單體有桅風帆船年均推力的4至10倍以上的母子風 帆船。
背景技術：
隨著自動控制技術的進步，以及1979年全球第二次石油危機導致的節(jié)約能源的迫 切要求， 一種以主機-螺旋槳推進為主、以帆推進為輔的、由自動控制裝置操縱的單體 風帆船等問世，稱"現(xiàn)代風帆船"。近30年來，國際國內(nèi)在船舶領域一直在加速推進風 帆節(jié)能的探索。
日本上世紀80年代初研制了 1400噸"新愛德丸"風帆油船，嗣后又有26000噸風 帆油船問世，同時代中國武漢理工大學(原武漢水運工程學院)亦研制了 300噸骨架式 軟帆貨船，旨在提高運輸?shù)慕?jīng)濟性，使得在同航速等可比條件下，噸-公里的燃油消耗 減少而獲得經(jīng)濟效益。此類單體有桅風帆船是當今節(jié)能效果最好的實用風帆船舶，本發(fā) 明的文件中稱日式"現(xiàn)代風帆船"。
日式"現(xiàn)代風帆船"的風帆寬度通常不大于該桅桿設置處的船寬。在同排水量、同 吃水下，對于單體風帆船，即使不顧船舶航行阻力變大，船舶的寬度取大值(此時船舶 的穩(wěn)性變好，風帆可取較大的寬度，可有較大的風帆特征面積)，以獲得更大的推力， 但是，單體船的穩(wěn)性終歸有限，風帆的特征面積依然嚴重受到穩(wěn)性的制約。船寬大將增 加船舶阻力，同時，同噸位、同吃水下，船寬大，船長就小，多于一具風帆時，將有更 大的翼柵效應，致使節(jié)能效果難以大幅提升。由于上述技術因素的制約，因而至今單體 有桅風帆船舶的大范圍推廣，近30年來未能實現(xiàn)；另一方面，船寬小，即使船舶租力 因船寬小而變小，由于它的穩(wěn)性更不足以支持采用大特征面積風帆，它的節(jié)能效果更低。前蘇聯(lián)的三體風帆客船，沒有設置主機-螺旋槳推進系統(tǒng)，只能在特定的航線上運營。
澳大利亞的太陽能-風帆雙體實驗船，可以設置大面積風帆。與單體風帆船相比， 同載量下它的阻力較大，建造費用約高40%，如果用作貨船，則裝卸不便。另外，以太
陽能為風帆推力的補充，在某些氣象條件下(如長期無風的陰天)則鄰:以保證航期，至 今未見該方案推廣的報道。
德國在本世紀開發(fā)了風箏帆船，投資很小，只是這種無桅帆主要依靠阻力做功，因
而在360度風向角下，平均推力系數(shù)及平均推力較小，節(jié)能效果也小。對現(xiàn)役船舶的改
造，難有顯著效果。
我國已公開的申請?zhí)枮?6200027的"一種帶有在控制下可以活動的副船身的帆船" 專利和申請?zhí)枮?00510026567. 7的"一種多方位利用風能的帆船"專利，它們的主要 特點是主船體的兩側有"副船身"(或浮球)，并與帆同步圍繞桅桿旋轉(zhuǎn)。
但上述兩項專利都存在帆船推力小的問題，主要原因為
其一，上述兩項專利都采用軟質(zhì)少骨架風帆，此類風帆的推力系數(shù)遠遠小于硬質(zhì)風帆。
其二，上述兩項專利的風帆的展弦比遠小于l，展弦比小，推力系數(shù)??；展弦比小， 風帆不能獲取船舶稍上方(由于海面上風速梯度的存在，離海面越高，風能密度越大) 密度大些的風能。
其三，設從船艏正前方吹響船舶的風向為O度，則風向角具有0度至左180度和0 度至右180度。在鳥瞰圖上，當風帆的弦線與船舶的縱中剖線的夾角最小時，是風帆船 舶作穩(wěn)性計算時需要核算的狀態(tài)，此時的傾覆力矩最大。而上述兩專利的恢復力矩此時 卻處于最小狀態(tài)，顯然，它不能支持風帆獲取大的風力。并且，在相同的風向的情況下， 航行船舶的表觀風向角，除風向與船舶的縱中剖面平行，即除0度及180度外，總是比 船舶靜止時的表觀風向角為小。而如果其風帆的轉(zhuǎn)動范圍不足夠地大，小的表觀風向角 下就不能駛帆，則一樣會影響風帆對推力的貢獻。申請?zhí)枮?6200027的專利說明書中 稱"船帆可以在操縱下以主桅桿為軸自行轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動范圍可大于90度角，以便在風 向和航向確定后使船帆及時處于最佳迎風角度"。問題在于，該實用新型所示的風帆， 是小展弦比風帆，失速角約為35度至40度。如果表觀風速的風向角為左(或右)35 度至40度，這時，該實用新型的主桅桿、副桅桿同在船舶的縱中剖面附近。該船比只有主船體時，恢復力矩的增加十分有限，不能支持大的傾覆力矩，也就不能支持大的風 帆推力。如果該專利的風帆轉(zhuǎn)不到上述角度，則其風帆的推力的獲取將受到限制。
另外，申請?zhí)枮?6200027的實用新型，如果被貨船采用，在碼頭采用機械化裝卸 的方式下，縱然有收攏架、臂的方法，仍然十分麻煩不便，影響裝卸。因此，上述專利 的節(jié)能效果不理想，使用不方便，也未見有實用的報道。
綜上，上述幾種"現(xiàn)代風帆船"技術，或則節(jié)能效果欠佳，或則建造費用高昂，或 則碼頭裝卸不便，或則對航線要求嚴苛，都難有較滿意的效果。若以上述技術對現(xiàn)役船 舶作改造，則更難有理想效果。因此，有必要對現(xiàn)有技術創(chuàng)新，設計一種具有合理穩(wěn)性、 大推力、建造經(jīng)濟、節(jié)能效益明顯的新型現(xiàn)代風帆船。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提出了一種母子風帆船。在大多數(shù)海洋航線上，本發(fā)明的風帆 的年均推力，為可比的(同船舶種類、同船舶線型、同排水量、同載量、同航線、同航 速等)日式"現(xiàn)代風帆船"的風帆年均推力的4—IO倍以上。此類船舶風帆的推力，是 用以替代船舶螺旋槳的推力的，而船舶燃油主機的燃油消耗量，大致正比于螺旋槳的推 力。
該船舶有合理的穩(wěn)性，較低的建造費用；能滿足裝卸作業(yè)的要求；能夠保證航期； 不受航線的限制；用本發(fā)明的方法對現(xiàn)役船舶作改造較為容易，且有較滿意的效果。
本發(fā)明是一種通過采用提高船舶穩(wěn)性的方法，使得風帆具有巨大的推力而不使船舶 的阻力有大的增加，并且能夠保證航期的船舶，稱母子風帆船，見圖1，圖3，圖5、 圖7。
本發(fā)明采用以下技術措施來實現(xiàn)。
該母子風帆船包括一具母船體，母船體的機艙內(nèi)至少有一座主機座，安裝一臺船舶 主機，船舶艉部外后側設置的與船舶主機數(shù)量相同的螺旋槳，由傳動軸與相對應的船舶 主機相連。
該母子風帆船還包括
(a) 至少一具子船體；
(b) 至少一套風帆推進系統(tǒng)；
(C)相對于母船體，子船體有位移運動；(d) 在子船體內(nèi)設置至少一套給水排水系統(tǒng)；
(e) 子船體的剩余排水量或重力，及與在子船體內(nèi)設置的給水、排水系統(tǒng)的給水 與排水的組合，至少應滿足船舶對穩(wěn)性的要求；
(f) 在母船體的船艉外部的兩側設置舭水板；
(g) 風帆系統(tǒng)允許采用手動操縱與自動操縱兩種操縱方式；
(h) 母船體與子船體的縱中剖面的夾角小于20度；
(i) 設有可開閉的進氣口，進氣口開關；
(j)在子船體的船體內(nèi)設置至少一道橫向隔板； 該母子風帆船的組成部分的連接關系如下-
一種母子風帆船，它包括母船體，母船體的機艙內(nèi)至少有一座主機座，每一座主機 座上安裝一臺船舶主機，在母船體船艉殼體的外部后側，設置的與船舶主機數(shù)量相同的 螺旋槳，由傳動軸與相對應的船舶主機相連;在母船體的船艉殼體外部的兩側設置第一、 第二舭水板；其特征在于
設置子船體，在子船體內(nèi)設置至少一套給水排水系統(tǒng)；給水排水系統(tǒng)的管道上方設 有按要求開閉的進氣口、進氣口開關；正浮時，母船體與子船體的縱中剖面在船舶前方 的交角小于20度；子船體的船體內(nèi)設置至少一道橫向第一隔板；
子船體的設計排水量為qi， i=l n， i為正整數(shù)，n小于10，母船體的設計排水量為 Q;其比值qi/Q小于0.6;子船體靠近母船體的舷，與母船體靠近子船體的舷均稱內(nèi)舷， 內(nèi)舷的一側稱內(nèi)舷側；子船體在母船體的內(nèi)舷側；子船體與母船體之間的距離，要保證 風帆的前緣及尾緣在船舶甲板上的垂直投影不超出母船體和子船體的至少一個左外舷 及至少一個右外舷；每一具子船體與母船體之間，有至少一件第一結構連接件，將子船 體與母船體連接。所述的一種母子風帆船，包括至少一套風帆推進系統(tǒng)包括偏置風帆
或/與縱中剖面風帆，風帆與船體連接物。所有風帆的特征面積之和為母船體總寬的平 方的6至90倍。在每一具子船體的船體內(nèi)至少設置一道橫向隔板，當在子船體內(nèi)設置 給水排水系統(tǒng)時，與進出水口相通的隔倉的靠近進出水口的每一道隔板的底部至少開一 個流水孔，每道隔板的流水孔的總面積不小于水泵葉輪處的進水口或進出水口的面積的 5倍；開流水孔的每一道隔板的高度高于子船體內(nèi)最高液位，上部留有通氣孔，每道隔 板的通氣孔的總面積不小于水泵葉輪處進水口或進出水口的面積的2倍；子船體的艙內(nèi) 至少有一處通大氣。給水排水系統(tǒng)的管道上方設有按要求開閉的進氣口、進氣口開關。母船體上的機艙內(nèi)，至少有一座主機座，每一座主機座上安裝一臺船舶主機.；在母 船體的殼體后部外側設置的與船舶主機數(shù)量相同的螺旋槳，由傳動軸與相對應的船舶主 機相連。
本發(fā)明裝備有至少一具子船體。同時，要保證子船體與母船體之間形成滿足強度要 求(含滿足結構對變形的要求)的整體。每一具子船體與母船體之間，有至少一件結構 連接物(常用的是桁架結構)，使得子船體與母船體連接成一個整體。在母船體的船艉殼 體外部的兩側設置第一、第二舭水板；
本發(fā)明提出的偏置風帆，是一種在船舶的橫向上，風帆與船體連接物的中心(即風 帆的轉(zhuǎn)動中心)離母船體的縱中剖面的距離，大于該風帆轉(zhuǎn)動中心處l/4船寬、處于母 船體的內(nèi)舷的舷上或其附近(即舷內(nèi)或舷外)的風帆；縱中剖面風帆是一種風帆與船體連 接物(即風帆的轉(zhuǎn)動中心)在縱中剖面上或其附近(離縱中剖面的距離不大于該風帆轉(zhuǎn) 動中心處l/4船寬)的風帆。
本發(fā)明包含至少1套風帆系統(tǒng)，包括a，偏置風帆或/與縱中剖面風帆等；b，風 帆與船體連接物(通常為桅桿)等；C，風帆的傳動系統(tǒng)等。偏置風帆或縱中剖面風帆由 風帆與船體連接物(通常為桅桿)等將風帆與船體相連接。風帆有大的展弦比(風帆的 高度/寬度)。本發(fā)明從技術上支持采用各種風帆形式。本發(fā)明的一艘母子風帆船，其所有風帆的特征面積之和不小于母船體總寬的平方的 6倍、或10倍、或20倍、或30倍、或40倍、或50倍、或60倍、或70倍、或90倍。 常用的范圍為10倍至50倍。
在母船體的水線面的縱向上，由舵軸至艏柱，沿船舶縱向等分為20個區(qū)間，從舵 軸起，由后向前為O站，l站，2站，3站，直至20站(船艏艏柱)。下同。
由于子船體的排水量很小，而且子船體因船舶廻旋方向的不同對樞心位置的影響相
反，此時可暫忽略子船體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩。當只設置一具風帆時，在母船體的水線面的
縱向上，風帆與船體的連接物應該置于母船體的樞心(約在母船體1的13站)的附近； 如果設置多帆時，它們對樞心的力矩的總和的絕對值也應盡可能地小一些，以減少母子 風帆船的偏航力矩。
見圖l，圖2,圖3,圖4，圖5、圖7，相對于母船體，子船體可作如下運動I. 上下運動，II.左右運動，III.繞水平軸旋轉(zhuǎn)，IV.繞子船體自身的縱軸旋轉(zhuǎn)，V，母船 體與子船體之間的變形運動即母船體與子船體之間是固接的，VI,上述各種運動的組合運動。
上述的子船體上下運動、繞水平軸旋轉(zhuǎn)，是為了在母船體的吃水變化時，調(diào)整子船 體，使之有合適的高度。
上述水平軸的兩端與子船體連接，(見圖3， 4)，由水平軸與子船體連接件承擔。 此處的水平軸的兩端安裝在水平軸承座內(nèi)，水平軸承座固定在第九、第十、第十五、第 十六結構連接件上。在航行時，子船體只能旋轉(zhuǎn)到能夠保證穩(wěn)性要求的位置，此位置必 須通過核算并作出結構上的限制。
上述子船體繞自身的縱軸旋轉(zhuǎn)，子船體則可以提供一定的轉(zhuǎn)船力矩。
本發(fā)明的母船體與最少一只子船體在船舶橫向上有足夠大的距離。
(a) 該距離的選取，要使得在風帆旋轉(zhuǎn)到任一位置時，要保證風帆的前緣及尾緣
在船舶甲板上的垂直投影不超出至少一個母船體的左外舷或子船體的左外舷及至少一 個母船體的右外舷或子船體的右外舷。在子船體與母船體之間，至少有一件第一結構連
接件，將子船體與母船體連接。
(b) 該距離及子船體的排水量qi的選取，使得本發(fā)明具有較之于船舶線型、排水 量與母船體相近的日式"現(xiàn)代風帆船"，有大得多的恢復力矩，可以在尺度上允許有比 日式"現(xiàn)代風帆船"的風帆更高、更寬的大特征面積風帆，有更大的風帆總特征面積， 能在更高的風級下駛帆。子船體的排水量不得小于穩(wěn)性要求的值。當在子船體上設置給 水排水裝置時，由于子船體的空載排水量、裝載量與子船體的注水(或排水)有不同組 合，子船體的尺度就可以設計得小些。如將水排空，此時它的裝載量可平衡由風浪產(chǎn)生 的由母船體向子船體方向的力矩；若注水，該水重、子船體重、偏置風帆與船體連接物 重、偏置風帆重等產(chǎn)生的力矩與母船體自身的恢復力矩，可以共同平衡風浪產(chǎn)生的由子 船體向母船體方向的力矩。
(C)該距離，最合理的數(shù)字是，至少有一個子船體的外舷至母船體的內(nèi)舷的距離 不小于母船體的半寬。小型船舶小至l米，大型船舶大至30米至40米，或50米至60 米，或100米至120米。
本發(fā)明的子船體的排水量qi與母船體的排水量Q的比值qi/Q小于0. 6。在實用中， 常用的范圍為0. 03-0. 09。
本發(fā)明除母船體為小噸位船舶外，在子船體內(nèi)設置至少一套給水排水系統(tǒng)-(a)見圖6。設有給水排水系統(tǒng)的子船體，在需要增加浮力保證穩(wěn)性(當風向為從母船體一側吹向子船體并足夠大)或需要減小子船體的阻力時，可以從子船體內(nèi)向外 排水；當需要增加子船體的重量(當風向為從子船體一側吹向母船體并足夠大)保證穩(wěn) 性時，可以向子船體內(nèi)注水，以保證母船體(包含偏置風帆以及風帆與船體連接物等) 與子船體(處于裝水的狀態(tài))等的恢復力矩不小于風浪對本發(fā)明產(chǎn)生的傾覆力矩。
在橫向上，水泵的位置的安排是自由的；水泵在子船體上的縱向位置，應該與進出 水口、水泵的葉輪處的進出水口靠近。進出水口的位置，首先要能保證水泵能夠抽干或 接近抽干子船體內(nèi)的水，水泵的葉輪的位置要足夠地低，使它總是在子船體的最小吃水 線以下。母子風帆船下水后，水泵葉輪處的進出水口直接與子船體外的水體相連，相連 處，設過濾網(wǎng)。水泵的電機要置于子船體的最大吃水線以上的電機座上。
(b)另一種是母船體為小噸位船舶時，子船體上不設置給水排水系統(tǒng)，這時也必 須保證母船體(包含風帆、桅桿等)與子船體等的恢復力矩不小于風浪對本發(fā)明產(chǎn)生的 傾覆力矩。
本發(fā)明允許采用手動操縱與自動操縱兩種操縱方式。
為了滿足船舶對操縱性、快速性的要求，本發(fā)明的母船體與子船體的縱中剖面的夾 角小于20度。
本發(fā)明的特征還在于，在子船體上的泵系統(tǒng)的管道的高端，設有可開閉的進氣口、 進氣口開關，這樣， 一套泵系統(tǒng)就能擔負給水與排水的雙重任務見圖6。
需向子船體內(nèi)注水時，關上進氣口，泵正轉(zhuǎn)(注本發(fā)明論述時，泵正轉(zhuǎn)為給水， 泵反轉(zhuǎn)為排水)，即可向子船體內(nèi)注水。達到預定水位后，關閉水泵，打開進氣口，水 就不會任意流進流出，水位就會停在預定的地方。
需自子船體內(nèi)向外排水時，關上進氣口，泵正轉(zhuǎn)若干時間(給水)，待葉輪側進出 水管和進出水管內(nèi)全部充滿水后，停泵，在短時間內(nèi)泵再反轉(zhuǎn)，泵的葉輪會將子船體內(nèi) 的水，抽出子船體。達到預定水位后，關閉水泵，打開進氣口，水就不會任意流進流出， 水位停在預定的地方。
這是由于關閉了進氣口，葉輪側進出水管和進出水管兩者的功能與一根水管一樣， 就可以注水和排水。
打開進氣口，如果進氣口在船艙外，必須關閉進氣口，才可以向艙內(nèi)注水。假設此 前短時間內(nèi)水泵正轉(zhuǎn)過，此時葉輪側進出水管和進出水管內(nèi)充滿了水，水泵反轉(zhuǎn)，即可 由艙內(nèi)向外排水，如果此時打開進氣口，會有空氣通過進氣口 (此處的壓力小于大氣壓力)，再進入葉輪側進出水管和進出水管的上方水壓小的地方，并且越來越多，破壞了 水流的連續(xù)性，因而不能連續(xù)排水。打開進氣口，破壞了管道的虹吸功能，子船體內(nèi)的 水，也不會自行流入流出。這種方式，使每套泵系統(tǒng)都能給水和排水，又不會因給水和 排水系統(tǒng)除進氣口、進氣口開關外的故障，使子船體內(nèi)的水隨意流入流出。同時， 此方法還具有高度的可靠性。
在每一具子船體的船體內(nèi)至少設置一道橫向隔板，可設置2-10個，形成隔艙，如 圖2。當在子船體內(nèi)設置給水排水系統(tǒng)時，與進出水口相通的隔倉的靠近進出水口的每 一道隔板的底部至少開一個流水孔，每一道隔板的流水孔的總面積不小于水泵葉輪處的 進出水口或進出水口的面積的5倍。開流水孔的隔板的高度高于子船體內(nèi)的最高液位， 上部設有通氣孔，使隔艙間通氣。每一道隔板的通氣孔的總面積不小于水泵葉輪處的進 出水口和進出水口的的面積的2倍。子船體的艙口，航行時要封閉，子船體的艙內(nèi)至少
有一處通大氣，緊急時要關閉。
本發(fā)明將有如下的有益效果
1，當今節(jié)能效果最好的實用風帆船舶是日式"現(xiàn)代風帆船"，本發(fā)明的有益效果 將主要與日式"現(xiàn)代風帆船"的效果作對比。當本發(fā)明的母船體與日式"現(xiàn)代風帆船" 的主尺度、線型相近時，根據(jù)需要，本發(fā)明的某些(至少一具，下同)偏置風帆或/與 縱中剖面風帆等的寬度允許為日式"現(xiàn)代風帆船"風帆寬度的兩倍、三倍或更大；本發(fā) 明的某些偏置風帆或/與縱中剖面風帆可有較大的展弦比，本發(fā)明的某些偏置風帆或/ 與縱中剖面風帆的高度允許為日式"現(xiàn)代風帆船"帆高的兩倍、三倍或以上。本發(fā)明可 以擁有日式"現(xiàn)代風帆船"的風帆總特征面積的4倍、九倍或更大的風帆總特征面積。 由于海面上風速梯度的存在，本發(fā)明的風帆的高度值大，在同樣的狀態(tài)(同地點、同航 速、同航向)下，將獲得較日式風帆為高的平均表觀風速。
不論是新設計船舶，還是對現(xiàn)役船舶進行改造，本發(fā)明的子船體提供的穩(wěn)性，都是 可以通過設計、計算來保證的。這樣，本發(fā)明又可以在超出與母船體的主尺度、線型相 近的日式"現(xiàn)代風帆船"允許的風級下馳帆?？傊?，本發(fā)明可以進行大風力、大特征面 積風帆狀態(tài)下的駛帆。
風帆的推力可按下式計算 Ft=CtX p/2XVb2XS
式中Ft —風帆的推力
Ct一風帆的推力系數(shù)，主要與風帆帆型有關 P—空氣的密度，兩船處于同一地點時，為同一值 Vh —流經(jīng)風帆的表觀風速 S —風帆的特征面積。
據(jù)報道，日式"現(xiàn)代風帆船"，某些船在6級風風速以下駛帆，有近20%的節(jié)能效 果；某些船在8級風風速下駛帆，節(jié)能效果可達50%，相差2.5倍以上。本發(fā)明的某些 風帆高大，能獲得高表觀風速，允許在比可比的日式"現(xiàn)代風帆船"更高的風級下馳帆。 本發(fā)明的某些風帆又具有大的特征總面積(至少為日式"現(xiàn)代風帆船"的風帆的特征面 積的4倍)，所以在可比條件下，至少可獲得4一10倍(4倍X2. 5倍=10倍)于日式"現(xiàn) 代風帆船"風帆的年均推力。所論風帆的年均推力，是用以替代船舶螺旋槳的推力的， 而船舶燃油主機的燃油消耗量，大致正比于螺旋槳的推力。
本發(fā)明雖然由于有了子船體而增加了船舶的阻力，因Qi/Q的值甚小，不會有較大 的數(shù)值。因而本發(fā)明能獲得遠較日式"現(xiàn)代風帆船"理想的節(jié)能效果；
2. 較低的建造費用；
本發(fā)明的qi/Q的值常用的范圍僅為3%—9%，因而子船體及其與母船體的連接結 構件的建造費用均較低。當然，其初投資高于日式"現(xiàn)代風帆船"。
3. 能滿足裝卸作業(yè)的要求；
本發(fā)明中的某些形式，如子船體及偏置風帆均偏處母船體船舷一側，子船體并無裝 載貨物的任務，其裝卸作業(yè)與無風帆的船舶沒有多大差別。
4. 能夠保證航期；
由于本發(fā)明同時具有風帆推進系統(tǒng)和螺旋槳推進系統(tǒng)，所以得以在風力足夠大時，
僅用風帆推進；當風力不足時，風帆推進系統(tǒng)與螺旋槳推進系統(tǒng)同時工作；風力更小或 無風時，則全憑螺旋槳推進系統(tǒng)推進，所以本發(fā)明又總能保證航期。如爭請?zhí)枮?86200027的"一種帶有在控制下可以活動的副船身的帆船"的專利，它不具備螺旋槳 推進系統(tǒng)，在無風或小風天氣條件下，就無法保證船期。再如澳大利亞的太陽能一風帆 雙體試驗船，也難以保證長期無風、陰天條件下的航期。
5. 少受航線的限制；
無風時，本發(fā)明的螺旋槳可以工作，可在有時無風的航線上運營。6對現(xiàn)役船舶改造容易，且有十分滿意的效果
無桅帆(如風箏帆)主要用阻力作功，因而在360度風向角下，平均推力系數(shù)及平 均推力較小，節(jié)能效果也較小。對現(xiàn)役船舶的改造，難有顯著效果。
如曰式"現(xiàn)代風帆船"，在現(xiàn)有技術下，阻礙船舶采用有桅風帆的最大原因，是船 舶裝備風帆后，穩(wěn)性總是變差，船舶的安全性隨著風帆的推力的增加而下降。而現(xiàn)役船 舶，特別是海船，為追求小的船舶阻力，L/B較大，船寬小，裝帆前比新設計的有桅風 帆船裝帆前的穩(wěn)性富裕更少。如果裝帆，風帆面積很小，則風帆推力很小，即使在高油 價的今天，經(jīng)濟性也很差，至今少有人嘗試。
按本發(fā)明的方法，不論現(xiàn)有船舶的L/B是多少，總是可以設計出有合理的穩(wěn)性的、
有大的風帆總面積的、可在高風級下馳帆的風帆船。按本發(fā)明的方法，對現(xiàn)役船舶作改 造而成的母子風帆船的風帆的年均推力，將為可比的日式"現(xiàn)代風帆船"風帆的年均推
力的4一10倍以上。


圖1為一種設置導槽與導架的母子風帆船結構示意圖 圖2為圖1的剖面圖
圖3為一種帶有水平軸承座與水平軸的母子風帆船結構示意圖 圖4為圖3的剖面圖
圖5為一種子船體與母船體連接成整體的母子風帆船結構示意圖
圖6為在泵系統(tǒng)的管道的高端設有可開閉的進氣口的子船體
圖7為一種母船體1與兩具子船體2連接成整體的母子風帆船結構示意圖
l一母船體 2—子船體 3a、 3b —偏置風帆
4a、 4b —偏置風帆與船體連接物(如桅桿等) 5a， 5b， 5c—縱中剖面風帆
6a， 6b， 6c —縱中剖面風帆與船體連接物(如桅桿等)
7—船舶主機
8 —螺旋槳9a， 9aa, 9ab， 9b， 9c， 9ca， 9cb， 9d， 9e， 9f， 9g， 9h， 9i， 9j， 9k， 91， 9m, 9n—結構連接件
10aa、 10ab、 10ba、 10bb,—連桿，連接偏置風帆3a、 3b與桅桿4a、 4b 101aa、 101ab、 101ba、 101bb、 101ca、 lOlcb —連桿，連接縱中剖面風帆5a、 5b、 5c與艉桅6a、 6b、 6c
lla、 lib —母船體內(nèi)舷
12— 母船體外舷
13— 子船體內(nèi)舷 14一子船體外舷 15a， 15b —水平軸
16 —水平軸與子船體的連接件 17a， 17b —水平軸承座 18a， 18b —導架 19a， 19b —導槽
20 —子船體甲板
21 —水泵的電機 22—水泵的葉輪
23 —水泵葉輪處的進出水口
24 —葉輪側進出水管
25— 水泵葉輪軸
26— 進出水口
27— 進出水管 28a、 28b—舭水板
29 —給排水系統(tǒng)(包括21 —水泵的電機，22 —水泵的葉輪，23 —水泵葉輪處的進 出水口， 24 —葉輪側進出水管，25—水泵葉輪軸，26—進出水口， 27—進出水管) 30a， 30b， 30c， 30d， 30e， 30f， 30g， 30h， 30i—橫向隔板 31 —進氣口
32— 進氣口開關
33— 子船體(2)內(nèi)的槳舵系統(tǒng)
具體實施例方式
船舶的類型、用途十分廣泛，為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，針對不同的船舶，應該有目 的地選用本發(fā)明的方法?，F(xiàn)舉例如下。 實施例1:
在母船體1上，裝備含有船舶主機7 —螺旋槳8的推進系統(tǒng)，含熱力主機7，主軸， 普通螺旋槳8，如圖1。
在母船體l的內(nèi)舷lla側，設置子船體2—具，子船體2正浮時，子船體2的縱中 剖面與母船體1正浮時的縱中剖面平行。子船體2的子船體外舷14到第一偏置風帆3a 與船體連接物4a本實施例為風帆桅桿4a中心的距離，等于母船體外舷12到風帆與 船體連接物中心4a的距離，在圖1上，第一偏置風帆3a的前、后緣在甲板上的垂直投 影，均不超出子船體外舷14及母船體外舷12。本例較適于作貨船。
第一偏置風帆3a的風帆與船體連接物4a的中心(即風帆轉(zhuǎn)動中心)，在母船體1 的縱向上，設在第13—14站；橫向上，在母船體l的主船體內(nèi)舷lla的內(nèi)側。以風帆 與船體連接物4a的中心至母船體1的右舷即母船體1的外舷12的距離減去5厘米， 作為第一偏置風帆3a的半寬。
第一偏置風帆3a的展弦比-2. 2。第一偏置風帆3a采用水平剖面為圓弧形的硬質(zhì)矩 形帆。拱度為O. 12。
縱中剖面風帆5a的風帆與船體連接物6a設在母船體1第1站附近的母船體1的縱 中剖面上，為正梯形骨架式軟帆，水平剖面為圓弧形，縱中剖面風帆5a的展弦比-L5。 縱中剖面風帆5a的面積滿足操縱性的要求。
連桿10aa、 10ab連接了第一偏置風帆3a與風帆與船體連接物4a。連桿10ca、 10cb 連接了縱中剖面風帆5a與風帆與船體連接物6a。
見圖2，圖2顯示的是母子風帆船在滿載吃水狀態(tài)下的某個橫剖面的狀況，在母船 體1與子船體2之間，在母船體1的水面之上的適當高度處，設置第二、第三、第六、 第七結構連接件9aa、 9ab、 9ca、 9cb。在第二、第三、第六、第七結構連接件9aa、 9ab、 9ca、 9cb的靠近子船體2—端，設置不少于兩個導槽，第一導槽19a、第二導槽19b; 子船體2上設置與導槽對應的第一、第二導架18a、 18b。當?shù)谝粚Ъ?8a在第一導槽 19a中、第二導架18b在第二導槽19b中移動時，即可調(diào)整子船體2的高度，保持合理 的吃水。航行前，鎖緊第一、第二導架18a、 18b。經(jīng)過核算，滿足規(guī)范對船舶穩(wěn)性的要求。 在母船體1的艉部設置第一、第二舭水板28a、 28b。 子船體2設有給水排水系統(tǒng)29。 風帆系統(tǒng)的操縱方式采自動操縱方式。
在子船體2上的泵系統(tǒng)的管道的高端，設有可開閉的進氣口31、進氣口開關32。 在子船體2的船體內(nèi)設置二道橫向隔板，即第一橫向隔板30a、第二橫向隔板30b、
或第三或第四或第五或第六或第七或第八橫向隔板，形成隔艙。每一道隔板的底部設流
水孔和頂部設通氣孔。 實施例2:
在母船體1上，如圖3,裝備有船舶主機一螺旋槳推進系統(tǒng)，含船舶柴油船舶主機 7，主軸，可調(diào)螺矩螺旋槳8，見圖3，圖4。
在母船體內(nèi)舷lla側，設置子船體2—具，子船體2正浮時，其縱中剖面與母船體 1正浮時的縱中剖面平行。
在母船體1的縱向上，第一偏置風帆3a的風帆與船體連接物4a本實施例為風帆 桅桿設在第16 — 17站。第一偏置風帆3a的風帆與船體連接物4a設在母船體內(nèi)舷11 側的第十五結構連接件9k上。第一偏置風帆3a與風帆與船體連接物4a之間由第一、 第二連桿10aa、 10ab連接。
以桅桿中心至右舷即主船體外舷12的距離減去10厘米作為第一偏置風帆3a 的半寬。服役時，子船體2不論運動到什么位置，子船體2的子船體外舷14到風帆與 船體連接物4a中心的距離不小于母船體1的母船體外舷12到風帆與船體連接物4a中 心的距離。在圖3上，不論第一偏置風帆3a轉(zhuǎn)動到什么位置，第一偏置風帆3a的前、 后緣在甲板上的投影，均未超出子船體2的子船體外舷14和母船體外舷12。
在母船體1的縱向上，第二偏置風帆3b的風帆與船體連接物6b設在第5—6站附 近，橫向上，設在母船體1的主船體內(nèi)舷11的外側的第十結構連接件9f上。第二偏置 風帆3b與風帆與船體連接物4b之間由第一、第二連桿10ba、 10bb連接。
第一偏置風帆3a與第二偏置風帆3b的展弦比，均取2.5，釆用水平剖面為圓弧形 的硬質(zhì)矩形帆。拱度為0.12。由于馳帆，在風力(含風向)對船舶操縱性的影響超過 預定值時，第一偏置風帆3a、第二偏置風帆3b中之一，(通常是第二偏置風帆3b)可 以收攏部分帆面，以改善操縱性。如圖3，圖4，在滿載吃水狀態(tài)下，在母船體1與子船體2之間，在母船體l水面 之上的適當高度處，設置第一結構連接件9e、 9f、 9k、 91。
在第一結構連接件9a的靠近子船體2 —端，在第九結構連接件9e和第十結構連接 件9f以及第十五結構連接件9k和第十六結構連接件91的節(jié)點上，設第一、第二水平 軸承座17a、 17b,第一、第二水平軸15a、 15b置于其中。該第一、第二水平軸15a、 15b與子船體2之間，由水平軸與子船體連接件16a、 16b、 16c連成整體。船舶裝卸時， 吃水變化了，轉(zhuǎn)動第一、第二水平軸15a、 15b，使子船體2處于合理的位置。鎖緊子 船體2,船舶即可以航行了。
駛帆航行時，本發(fā)明的子船體2浮于水中。其重心，處于沿第一、第二水平軸承座 17a、 17b作的垂直面上或外側。第一、第二水平軸承座17a、 17b的位置高于滿載吃水 線。
根據(jù)計算，qi/Q取0.05 本實施例的穩(wěn)性經(jīng)過了核算。
在母船體1的艉部設置第一、第二舭水板28a、 28b。
子船體設給水排水系統(tǒng)29。
風帆系統(tǒng)的操縱為自動操縱方式。
在子船體2上的泵系統(tǒng)的管道的高端，設有可開閉的進氣口 31，進氣口開關32, 見圖6。
在子船體2的船體內(nèi)設置5道橫向隔板為第三、第四、第五、第六、第七橫向隔板 30c、 30d、 30e、 30f、 30g，形成隔艙。每一道隔板的底部設流水孔和頂部設通氣孔。 實施例3
在母船體l上，裝備有船舶主機一螺旋槳推進系統(tǒng)，含船舶柴油船舶主機7，主軸， 普通螺旋槳8，見圖5。
在母船體l的主船體內(nèi)舷lla之外側，設置子船體2—具，子船體2正浮時，子船 體2的縱中剖面與母船體1正浮時的縱中剖面之間，在船舶艏部前方垂直相交，在水平 面上有3度的夾角。
在母船體l的縱向上，風帆與船體連接物4a設在第13 — 14站。
本例中，橫向上，在母船體1的左舷即主船體內(nèi)舷11之上，設第一偏置風帆 3a的風帆與船體連接物4a (本實施例為風帆桅桿4a)，以風帆與船體連接物4a中心至母船體右舷12的距離減去5厘米作為主帆的半寬。子船體外舷14到風帆與船體連接物 4a的距離比母船體外舷12到風帆與船體連接物4a的距離大40厘米(如圖5)。
第一偏置風帆3a的展弦比=2. 8。第一偏置風帆3a采用水平剖面為圓弧形的硬質(zhì) 矩形帆。拱度為0. 10。
縱中剖面風帆5a的風帆與船體連接物6a設在第1站附近，在母船體1的縱中剖面 線上?？v中剖面風帆5a為矩形骨架式軟帆.縱中剖面風帆5a的展弦比=2. 0，縱中剖面 風帆5a的面積最少需要滿足操縱性的要求。
連桿10aa、 10ab連接了第一偏置風帆3a與風帆與船體連接物4a。連桿10ca、 10cb 連接了縱中剖面風帆5a與風帆與船體連接物6a。
母船體1與子船體2之間有變形運動即母船體1與子船體2之間是固定的，見 圖5。
子船體2上不設置給水排水系統(tǒng)。 全船的穩(wěn)性經(jīng)過了核算。
在母船體1的艉部設置第一、第二舭水板28a、 28b。 風帆系統(tǒng)的操縱為手動操縱方式。
在子船體2的船體內(nèi)設置2道橫向隔板為第八、第九橫向隔板30h、 30i,形成隔 艙。隔艙上不設流水孔和通氣孔。
在子船體2內(nèi)設機槳系統(tǒng)，有子船體主機33、子船體螺旋槳34。 實施例4
在母船體1上，裝備有船舶主機一螺旋槳推進系統(tǒng)，含船舶柴油船舶主機7，主軸， 普通螺旋槳8。
在母船體l的兩側，設置子船體2各一具，子船體2正浮時，子船體2的縱中剖面 與母船體l正浮時的縱中剖面平行，見圖7。
在本案中，共設三具縱中剖面風帆，即第一、第二、第三縱中剖面風帆纟a、 5b、 5c，第一、第二、第三縱中剖面風帆5a、 5b、 5c對樞心的力矩的總和較小。在橫向上， 在母船體l的縱中剖面上，設第一、第二、第三縱中剖面風帆5a、 5b、 5c的風帆與船 體連接物6a,6b，6c本實施例為風帆桅桿。第一縱中剖面風帆5a的風帆與船體連接 物的中心6a，至母船體內(nèi)舷lla(或llb)的距離減去10厘米，作為第一縱中剖面風帆 5a的半寬。第二縱中剖面風帆5b的風帆與船體連接物6b,至6b處子船體的外舷14a(或14b)的距離減去10厘米，作為第二縱中剖面風帆5b的半寬。第三縱中剖面風帆 5c的風帆與船體連接物6c，至6c處子船體的外舷14a (或14b)的距離減去1厘米， 作為第三縱中剖面風帆5b的半寬。
第一、第二、第三縱中剖面風帆5a、 5b、 5c的展弦比-3.0,均采用水平剖面為圓 弧形的硬質(zhì)矩形帆，拱度為O. 14。
連桿101aa、 101ab連接了第一縱中剖面風帆5a與風帆與船體連接物6a;連桿 101ba、 101bb連接了第二縱中剖面風帆5b與風帆與船體連接物6b;連桿101ca、 101cb 連接了第三縱中剖面風帆5c與風帆與船體連接物6c。
母船體1與左側的子船體2之間有第一、第四連接結構件9a， 9b、第一導槽19a、 第二導槽19b、第一導架18a、第二導架18b相連接，見圖5。第一、第二導架18a、 18b 分別在第一、第二導槽19a、 19b內(nèi)上下運動，即帶動子船體2作上下運動，以配合母 船體1的吃水的變化。
本母子風帆船是以母船體1的縱中剖面為對稱面的左右對稱型船舶，能夠安裝更寬 的風帆5b、 5c (在同推力或同特征面積下，寬度越大，投資越小)，適合裝載液體貨物 (一次靠岸，全部卸罄)和載客(有大的甲板面積)。
兩具子船體2上均設置給水排水系統(tǒng)。
全船的穩(wěn)性經(jīng)過了核算。
在母船體1的艉部設置舭水板28a、 28b。
風帆系統(tǒng)的操縱為自動操縱方式。
在子船體2的船體內(nèi)設置第八橫向隔板30h，形成隔艙。每一道隔板的底部設流水 孔和頂部設通氣孔。
19
權利要求
1、一種母子風帆船，在母船體(1)的機艙內(nèi)至少有一座主機座，每一座主機座上安裝一臺船舶主機(7)，在母船體(1)船艉殼體的外部后側，設置的與船舶主機(7)數(shù)量相同的螺旋槳(8)，由傳動軸與相對應的船舶主機(7)相連；在母船體(1)的船艉殼體外部的兩側設置第一、第二舭水板(28a)、(28b)；設有風帆推進系統(tǒng)；風帆的特征面積；在每一具子船體(2)的船體內(nèi)至少設置一道橫向隔板(30a)、及給水排水系統(tǒng)(29)，其特征在于設置子船體(2)，在子船體(2)內(nèi)設置至少一套給水排水系統(tǒng)(29)；給水排水系統(tǒng)(29)的管道上方設有進氣口(31)和進氣口開關(32)；正浮時，母船體(1)與子船體(2)的縱中剖面在船舶前方的交角小于20度；子船體(2)的船體內(nèi)設置至少一道橫向第一隔板(30a)；子船體(2)的設計排水量為qi，i＝1～n，i為正整數(shù)，n小于10，母船體(1)的設計排水量為Q；其比值qi/Q小于0.6；子船體(2)靠近母船體(1)的舷，與母船體(1)靠近子船體(2)的舷均稱內(nèi)舷(11a)、(11b)，內(nèi)舷(11a)、(11b)的一側稱內(nèi)舷側；子船體(2)在母船體(1)的內(nèi)舷側；子船體(2)與母船體(1)之間的距離，使風帆的前緣及尾緣在船舶甲板上的垂直投影不超出至少一個母船體(1)的左外舷(12)或子船體(2)的左外舷(14)及至少一個母船體(1)的右外舷(12)或子船體(2)的右外舷(14)；在子船體(2)與母船體(1)之間，至少有一件第一結構連接件(9a)，將子船體(2)與母船體(1)連接。
2、 如權利要求1所述的一種母子風帆船，其特征在于風帆推進系統(tǒng)包括偏置風 帆(3a)、 (3b)或/與縱中剖面風帆(5a)、 (5b)、 (5c)，風帆與船體連接物(4a)、 (4b) 或/與風帆與船體連接物(6a)、 (6b)、 (6c)。 .
3、 如權利要求1或2所述的一種母子風帆船，其特征在于所述的風帆特征面積 之和為母船體(l)總寬的平方的6至90倍。
4、 如權利要求1或2所述的一種母子風帆船，其特征在于在與進出水口 (26) 相通的隔倉的進出水口 (26)的每一道隔板(30a)的底部至少開一個流水孔，每道隔 板(30a)的流水孔的總面積不小于水泵葉輪處的進出水口 (23)或進出水口 (26)的 面積的5倍；開流水孔的每一道隔板(30a)的高度高于子船體(2)內(nèi)最高液位，上部留有通氣孔，每道隔板(30a)的通氣孔的總面積不小于水泵葉輪處進水口 (23)或進 出水口 (26)的面積的2倍；子船體(2)的艙內(nèi)至少有一處通大氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種母子風帆船，它包括母船體、子船體、風帆以及風帆與船體連接物，其特征在于母船體的機艙內(nèi)至少有一座主機座，每一座主機座上安裝一臺船舶主機，在船舶的殼體后部外側，設置的與主機數(shù)量相同的螺旋槳，由傳動軸與相對應的主機相連；在母船體的船艉殼體外部的兩側設置舭水板；在子船體內(nèi)設置至少一套給水排水系統(tǒng)；給水排水系統(tǒng)的管道上方設有可開閉的進氣口、進氣口開關；正浮時，母船體與子船體的縱中剖面在船舶前方的交角小于20度。本發(fā)明能提供多達日式“現(xiàn)代風帆船”4-10倍以上的風帆年平均推力，船舶燃油主機的燃油消耗量大致正比于螺旋槳的推力。極具有經(jīng)濟性、實用性和社會價值。
文檔編號B63H9/00GK101314397SQ20081004821
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者施宇蕾, 施立人 申請人:施立人