綠色無動力渡船的製作方法
2023-05-11 06:06:21
專利名稱：綠色無動力渡船的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及渡船。
背景技術：
在水流湍急的河道中，流水本身蘊藏著大量的動能，而如何能有效的利用這些能量， 也成為當前新能源利用研究的課題之一。流水動能是一種無汙染、潔淨的能源，但同時也是 一種不穩定的能源，全球流水動能(包括海洋波浪能)理論蘊藏量達700億千瓦，可供開發 利用的流水動能也有20億千瓦 30億千瓦，然而要進行大規模的開發利用，還存在著效率 低、成本偏高的技術難題。但在流速較高的河流中，開發利用流水動能仍有競爭力。
利用流水動能作為船舶的動力，具有很強的現實意義。由流體力學可知，流體合力在垂 直於來流方向的分力稱為升力(L);平行於來流方向的分力稱為阻力(R)，當理想流體繞圓 柱流動時，若圓柱自身無旋轉，可得
圓柱面上的速度分布為
v =0
' (1)
ve -= —2v。 sin ^
其中、為來流的速度。
若用A來表示遠前方來流的壓力，則伯努利方程為
M^"。+^ (2) 2 2
通常用無量綱的壓力係數來表示壓力的分布，其定義為
(3)
丄 2
產
將(1)， (2)式代入(3)可得圓柱表面的壓力係數
C,卜4sin20 (4)
若圓柱以等角速度W繞自身軸線順時針旋轉，可得 圓柱面上的速度分布為
、=0
F (5)
其中r二27ra2^，為圓柱旋轉產生的環量，fl為圓柱半徑。 物面上的壓力係數
3C。=l-(2sin2"^^)2 換成壓力，並積分計算可知，壓力的合力F垂直於來流方向，為升力，且大小
z = / v。 x r (6)
旋轉物體在直勻流中能產生升力，原因在於旋轉使原來對稱的速度場發生了變化，圓柱 上邊流體速度加快，下面的速度則減慢，因而形成了上下壓差，從而產生了升力，馬格努斯 最早注意到這種現象，並設計了以旋轉圓柱為動力的船，得到了現實應用。
隨著空氣動力學的發展，庫塔與儒柯夫斯基提出了庫塔一儒柯夫斯基定理，該定理認為 在定常不可壓平面勢流中，作用在任意物體上的升力和阻力分別為
H r ( )
當然，實際流體不能忽略流體的粘性，因此R不等於零， 一般由兩部分組成，壓差阻力 和摩擦阻力。通常升力和阻力也通過無量綱的升力係數G和阻力係數G表示。二者定義如下
C,一C^A (8) 一 一
其中L為升力，R為阻力，A為物體的正投影面積。當計算翼型的氣動特性時，通常取 j = 6xl， 6為翼型弦長。
一般而言，翼型是圓頭尖尾的，最前一點稱為前緣點，最後一點稱為後緣點。前後緣的 連線稱為翼型的幾何弦，弦長記b。 一般翼型坐標以幾何弦(從前緣指向後緣)為x軸，垂 直幾何弦向上為y軸，則翼型上下表面之間的距離為^±-:^，其中最大的3^-;^稱為翼型 的厚度c。上下表面中點的連線稱為中弧線，如果中弧線是一條直線(與弦長合一)，則是對 稱翼型。凡中弧線是彎的，其翼型就說有彎度，彎度的大小就是中弧線上最高的一點的y向 坐標表示，記f。中弧線上最高的一點的x向坐標一般記為p。通常而言，翼型上的一切尺寸 都指相對弦長的比值，如厚度c 一般指c/b這個相對值，彎度、最高點的x向坐標p也是一 樣。
NACA系列翼型是美國航空諮詢委員會提出的翼型，翼型的中弧線採用如下方程
formula see original document page 4 (9)
f是中弧線最高點的縱坐標，P是中弧線最高點的x向坐標。 厚度沿弦長的分布採用如下表達式y厚=± ^ (0.2969>/^ - 0.126x — 0.3516x2 + 0.2843x3 — 0.1015x4) (10) NACA四位翼型的表達式是
NACA隱日
其中，第一位代表f，是弦長的百分數；第二位代表P，是弦長的十分數；最後兩位代表 厚度c，是弦長的百分數。如NACA2412，是指翼型彎度為2%，中弧線最高點弦向坐標為40%， 厚度為12%的翼型。
一般翼型的氣動特性用曲線表示。計有以迎角"為自變量的曲線兩條Cy對"的曲線； C,對a的曲線。根據上述原理，在船底布置以適當翼型為截面的截面板，由船的行駛環境可
知當船以一定的速度V航行時，來流速度不垂直於船體，而是成一定的角度^，因此，截 面板可以提供的動力
i^丄cos^-Dsin^ (11) 式中，L為升力，D為阻力。 將(11)式無量綱化，可得 ;t = C/cos^_CWsinP 其中，Cl為升力係數，Cd為阻力係數。
通過相應的調節裝置，調節截面迎角使得A最大時，流體提供的動力最佳。 現有的渡船基本上都是通過燃油來提供動力。
實用新型內容
本實用新型所要解決的問題是提供一種利用流水動能驅動的綠色無動力渡船，從而達到 節約能源，減少汙染的目的。
本實用新型的技術方案如下 一種綠色無動力渡船，包括舵輪，在船體的下方設有正、 反動力板對，舵輪通過傳動機構調節動力板的攻角。 進一步的，所述動力板為翼型截面動力板。 進一步的，所述翼型截面動力板是NACA2412翼型的鈍尾修形。
進一步的，翼型截面動力板的截面翼型尾端下表面從弦長90%位置開始加厚，使翼型形 成鈍尾。
進一步的，所述傳動機構依次包括第一軸、錐齒輪對、第二軸、直齒輪對、第三軸、 小鏈輪、鏈條、大鏈輪以及第四軸；舵輪通過第一軸與錐齒輪對連接；第四軸與動力板相 連。
本實用新型的工作原理為流體對船底翼型截面板的作用，可以分解為垂直於流速和平行於流速兩個方向的作用力。當用鋼絲繩拉住船隻，從而可以平衡平行於流速方向的作用力， 船隻在垂直於流速方向的力的作用下，可以實現渡河的目的。 本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果-
(1) 克服船用柴油機需要消耗燃料的缺點。
(2) 實現零排放的目的，不會汙染環境。
圖l為綠色無動力船船體圖。
圖2為綠色無動力船動力機構圖。
圖3 NACA2412原型示意圖。
圖4 NACA2412鈍尾改型示意圖。
圖5為船底動力板布置方式。
圖6為船正向行駛時，船底動力板受力示意圖。 圖7為一種NACA2412鈍尾改型示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本專利由無動力船船體與動力機構兩部分組成，其中動力機構安裝 在船體上，由舵輪l，第一軸2，錐齒輪對3，第二軸4，直齒輪對5，第三軸6，小鏈輪7， 鏈條8，大鏈輪9，第四軸IO，正向動力板ll，反向動力板12組成。在船的駕駛室內，轉 動舵輪l，經過錐齒輪對3，第二軸4，直齒輪對5，第三軸6，小鏈輪7，鏈條8，大鏈輪 9，第四軸10的多級傳動，最終達到調節正動力板ll、反動力板12攻角的目的。
本實用新型的功能及工作過程如圖6所示，當船正向行駛時，通過轉動舵輪，調節正 向動力板的迎角為某一角度《時，正向的動力最大；同時反向動力板的要調節為零升迎角《，
即在此迎角下，反向動力板產生的動力為零。船反向行駛時，反向調節即可。此操作只需在 駕駛室調節舵輪l，第一軸2，錐齒輪對3，第二軸4，直齒輪對5，第三軸6，小鏈輪7， 鏈條8從而調節每個大鏈輪9轉到預定的角度，使正動力板ll、反動力板12的迎角符合行 駛要求。
本實施例尺寸船長12m，船寬3. 8m,型深1. 8m，吃水lm，船體自重18. 2t,排水量60. lt。 在船體下面依船的長度方向設置了四對正、反動力板對。
動力板採用鈍尾修形後的NACA2412翼型，如圖7所示，弦長為1米，其高度為0. 5米。
圖七中的翼型，13為頭端，14為尾端，15為上表面，16是下表面，17是尾端的下表面的修
形起點，18是修形後的尾端弧線。本實施例中，修形起點17為弦長90%處(以距離前緣點為
參照)，修形起點17處為光滑圓弧過渡。經軟體FLUENT模擬表明，截面改型後增大了升力系
6數q，與原型相比，大概增加了8%-10%。
在渡船上遊約200米處，固定纜繩的一端，纜繩的另一端固定在船上，這樣其運動原理 類似一個鐘擺， 一端國定在上遊約200米處， 一端固定在船身上，在垂直於流速的分力作用
下，船隻可以渡河，當船隻需要回來時，可以調節角度傳動機構，使垂直於流速的分力反向，
既可回開。材料及加工要求纜繩選用直徑1. 0英寸(2. 54cm)的鋼索，其破斷強度52. 6t， 大於船舶噸位，滿足使用要求。船體材料採用我們設計的船舶採用3釐米厚的鋼材，即為C 級鋼。
本實施例適用水流較急的河道，當水流為5m/s時，最高時速可達2. 5m/s。
權利要求1、一種綠色無動力渡船，包括舵輪，其特徵在於在船體的下方設有正、反動力板對，舵輪通過傳動機構調節動力板的攻角。
2、 根據權利要求l所述的綠色無動力渡船，其特徵在於所述動力板為翼型截面動力板。
3、 根據權利要求2所述的綠色無動力渡船，其特徵在於所述翼型截面動力板是 NACA2412翼型的鈍尾修形。
4、 根據權利要求3所述的綠色無動力渡船，其特徵在於翼型截面動力板的截面翼型 尾端下表面從弦長90%位置開始加厚，使翼型形成鈍尾。
5、 根據權利要求1 4任一項所述的綠色無動力渡船，其特徵在於所述傳動機構依次 包括第一軸、錐齒輪對、第二軸、直齒輪對、第三軸、小鏈輪、鏈條、大鏈輪以及第四軸； 舵輪通過第一軸與錐齒輪對連接；第四軸與動力板相連。
專利摘要本實用新型公開了一種綠色無動力渡船，包括舵輪，其特徵在於在船體的下方設有正、反動力板對，舵輪通過傳動機構調節動力板的攻角。本實用新型實現零排放的目的，可應用於水流較急的河道。
文檔編號B63H23/02GK201390370SQ20092005437
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者孫方華, 張志達, 揆 曾, 謝小鵬 申請人:華南理工大學