[发明专利]一种用于调整风帆角度的装置及调整方法

权利要求书

1.一种用于调整风帆角度的装置，其特征在于，包括风帆、第一基座、回转机构和液压杆，所述风帆连接于所述第一基座，所述液压杆的两端分别连接所述风帆和所述第一基座，所述回转机构包括第一齿轮装置、传动轴和第二齿轮装置，所述第一基座与所述第一齿轮装置相连接，所述第一齿轮装置与所述第二齿轮装置通过所述传动轴相连接，所述第二齿轮装置为用于连接驱动装置的锥齿轮系。

2.根据权利要求1所述的用于调整风帆角度的装置，其特征在于，所述第一齿轮装置包括回转支承轴承和第一齿轮，所述第一齿轮内啮合于所述回转支承轴承，且所述第一齿轮通过传动轴与所述第二齿轮装置相连接。

3.根据权利要求2所述的用于调整风帆角度的装置，其特征在于，所述回转机构包括用于固定连接于船舶甲板上的第二基座，所述回转支承轴承设置于所述第一基座与所述第二基座之间，所述传动轴穿过所述第二基座与所述第一齿轮相连接。

4.根据权利要求3所述的用于调整风帆角度的装置，其特征在于，所述传动轴与所述第二基座通过角接触球轴承相连接。

5.根据权利要求3所述的用于调整风帆角度的装置，其特征在于，所述回转支承轴承的内侧与所述第一基座相连接，所述回转支承轴承的外侧与所述第二基座固定连接。

6.根据权利要求2至5任一项所述的用于调整风帆角度的装置，其特征在于，所述回转支承轴承为三排滚柱式回转支承轴承。

7.根据权利要求1至5任一项所述的用于调整风帆角度的装置，其特征在于，所述风帆通过铰链可转动地连接于所述第一基座。

8.根据权利要求1至5任一项所述的用于调整风帆角度的装置的调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过对于风帆的空气动力性能的分析，获得风向与船舶航向的夹角β；

S2、通过以下公式计算所述风帆绕竖直方向的最佳旋转角度，即调整后所述风帆的帆面与所述船舶航向的夹角θ_opt：

当0°≤β≤45°时，

θ_opt＝2.656×10^-4β³-0.009487β²+0.277β+7.575

当45°≤β≤145°时，

θ_opt＝β-20

当145°≤β≤180°时，

θ_opt＝-5.939×10^-5β³+0.02689β²-3.539β+212.9

S3、通过以下公式计算所述风帆在水平方向上的倾斜角，即所述风帆与竖直方向的夹角

其中，h为太阳高度角，P_T为太阳能风帆的发电功率，P_S为风帆的风能推进功率。

9.根据权利要求8所述的用于调整风帆角度的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：

S31、通过以下步骤计算得到所述太阳能风帆的发电功率P_T：

其中，I_DN为到达地面的光照强度，i为太阳光在水平面的投影与风帆的夹角，η为光电转化效率，F为综合效率，t为环境温度；

S32、通过以下步骤计算得到所述风帆的风能推进功率P_S：

其中，α为所述风帆与风向的夹角，g(α)＝C_L、h(α)＝C_D，分别为风帆的升阻力系数，ρ_a为空气密度，v为相对风速，V_S为船舶航速；

通过以下公式计算所述风帆的升阻力系数g(α)和h(α)：

当-30°≤α≤20°时，

g(α)＝1.31sin(0.014α+2.446)+1.5sin(0.054α-0.043)

h(α)＝1.568sin(0.05α+1.53)+1.431sin(0.061α-1.48)

当20°≤α≤90°时，

g(α)＝1.2sin(0.0146α+1.75)+0.14sin(0.076α+3.84)

h(α)＝1.38sin(0.0052α+0.532)+0.38sin(0.047α+4.36)。