一种船舶辅助推进及减阻系统

技术领域

本发明涉及航运业节能减碳技术领域，具体地说，涉及一种船舶辅助推进及减阻系统。

背景技术

航运业的节能减碳也是大势所趋。全球航运业管理机构国际海事组织I MO为了促进航运业节能降碳，在MEPC77会议通过了将风力辅助推进以及气层减阻系统计入船舶设计能效指标EEDI/EEXI的决议。这也证明了这两类技术是实现船舶节能减碳，提高航程的一条重要技术途径。

吸力翼帆是风力辅助推进系统的一种，利用了伯努利原理和康达效应。帆体的截面为蛋形或翼型；当空气流过帆体表面时，气流会沿帆体表面流动，一侧空气流速提高，压力降低，一侧空气流速降低，压力提高。空气流速快的一侧同时开有气孔，可以向帆体内部吸入空气，当吸力被激活时，空气被吸入，将气流重新粘附到帆上，进一步提高低压一侧的空气流速，加大两侧压力差，从而产生巨大的升力效果，形成向船舶前进方向的推力。

气层减阻是改进船舶阻力的一种有效方式，其原理是空气从船底的外壳上的小孔中被快速泵出，这时蜂巢状的气泡会接触船底表面，并在船底外形成一层气泡层，减少船舶湿表面积。由于空气的阻力远远小于水，空气接触船底面积越大船舶行驶阻力越小，因此这样可以减少船舶航行时的阻力进而提升推进效率。当船舶向前移动时，附着在船体上的气泡则向后滑动，并最终从船体底部的表面移走。

经检索，现有专利(公开号：CN113788102A)公开了一种稳压腔结构、气层减阻系统及船舶，稳压腔结构设置于船舶的底部，稳压腔结构包括固定件和可拆卸件，固定件固定于船底板上以形成稳压腔，稳压腔的腔壁设置有开口，船底板和/或可拆卸件上开设有喷气孔，喷气孔连通稳压腔与船舶的外部；气层减阻系统包括上述的稳压腔结构；船舶包括上述的气层减阻系统。可拆卸件能够封闭或者开启稳压腔的开口，当可拆卸件开启开口时，用户能够修复稳压腔内的防腐涂层和维护清理稳压腔，从而提高了气层减阻系统的防腐蚀效果和船舶的安全性。发明人在实现本发明的过程中发现现有技术存在如下问题：传统的技术主要问题是吸力帆需要解决帆体吸入空气问题，空气流速越高形成的推力越大，传统的风力叶片吸入空气效果低，形成推力不明显。而气层减阻需要应用较大功率的空气压缩机，虽然节能效果非常可观，但是同样的消耗功率也比较大，单独应用对于某些船型可能得不偿失；

因此，针对上述问题提出一种船舶辅助推进及减阻系统。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种船舶辅助推进及减阻系统，具有可使吸力帆能够大功率吸入空气，形成较大辅助推力。同时空气压缩系统也为气层减阻系统供应压缩空气，形成气泡层，有效提高船舶能效指数，降低碳排放的优点。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种船舶辅助推进及减阻系统所采用的技术方案是：包括吸力帆帆体，所述吸力帆帆体的内壁固定连接有吸力帆主桅结构，所述吸力帆主桅结构，所述吸力帆主桅结构的底部固定连接有吸力帆底座，所述吸力帆底座的底部固定连接有船体，所述吸力帆底座的底部连接有空气吸入管系；

所述空气吸入管系的一端固定连接有空气压缩机，所述空气压缩机的底部固定连接有空气供给管系，所述空气供给管系上固定连接有止回阀，所述空气供给管系的一端固定连接有气泡发生装置。

作为优选方案，所述船体上固定连接有风向风速仪，所述船体的外壁固定连接有检测控制系统。

作为优选方案，所述空气压缩机通过所述空气吸入管系与所述吸力帆主桅结构相连通，所述空气压缩机通过空气供给管系与所述气泡发生装置相连通。

作为优选方案，所述空气压缩机运行时，通过空气供给管系向气泡发生装置注入压缩空气，进而在船体的底部产生气泡，在船体底部产生空气层，从而减小船舶阻力。

一种船舶辅助推进及减阻系统，包括如下步骤：

步骤一、在空气压缩机运行时，由进气一侧吸入空气，进气一侧通过空气吸入管系与吸力帆主桅结构连接，吸力帆帆体位于吸力帆主桅结构外侧，并且可围绕吸力帆主桅结构旋转，风向风速仪会实时监测风向，将数据传输给监测控制系统，监测控制系统会控制吸力帆帆体旋转至可产生向行进方向形成推力的角度，空气吸入管系向空气压缩机供气时，会在吸力帆帆体内部形成强大的负压环境，通过位于吸力帆帆体上均布的一排圆孔将空气吸入吸力帆帆体内部，从而在吸力帆帆体两侧形成正负压差，产生向行进方向的推力；

步骤二、空气压缩机运行时，通过空气供给管系向气泡发生装置注入压缩空气，进而在船底产生气泡，通过船体向前航行在船底产生空气层，从而减小船舶阻力；

步骤三、监测控制系统对空气压缩机运行状态、止回阀的开闭状态、空气吸入管系和空气供给管系的供气压力进行监测，接收风向风速仪传入的数据并控制吸力帆帆体的角度，负责整套系统的安全报警和系统关停等；

步骤四、所述气泡发生装置附近可选择的带有超声波传感器，超声波传感器发出特定的低功率脉冲超声波，船体充当声板,承载声波,从而破坏海洋生物的生长，防止堵塞排气孔。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种船舶辅助推进及减阻系统，具备以下有益效果。

本发明中，集装箱船或甲板运输船等甲板面上带有大量货物的船舶，所述吸力帆帆体在船舶逆风条件下时可以通过机械结构展开，展开高度不会遮挡驾驶室视线，或在相关法规允许下增加前置摄像头，从而在船舶首部形成一种可减少船舶水线以上空气阻力的流线型结构，将与船舶逆向的风导向船舶两侧，对位于甲板面以上的货物形成遮蔽效应，逆风条件下流线型的迎风面相对甲板面上的集装箱或是不规则货物产生的阻力更小，从而在逆风情况下也可减小船舶空气阻力，提高能效指数，降低排放，空气压缩机运行时，通过空气供给管系向气泡发生装置注入压缩空气，进而在船底产生气泡，通过船舶向前航行在船底产生空气层，从而减小船舶阻力。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体展开结构示意图；

图3为本发明侧视结构剖视图；

图4为本发明吸力帆帆体结构示意图；

图5为本发明吸力帆帆体展开结构示意图。

图中：1、吸力帆帆体；2、吸力帆主桅结构；3、吸力帆底座；4、空气吸入管系；5、空气压缩机；6、空气供给管系；7、止回阀；8、气泡发生装置；9、检测控制系统；10、船体；11、风向风速仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-5，本发明：一种船舶辅助推进及减阻系统，包括吸力帆帆体1，吸力帆帆体1的内壁固定连接有吸力帆主桅结构2，吸力帆主桅结构2，吸力帆主桅结构2的底部固定连接有吸力帆底座3，吸力帆底座3的底部固定连接有船体10，吸力帆底座3的底部连接有空气吸入管系4；

空气吸入管系4的一端固定连接有空气压缩机5，空气压缩机5的底部固定连接有空气供给管系6，空气供给管系6上固定连接有止回阀7，空气供给管系6的一端固定连接有气泡发生装置8。

作为优选方案，船体10上固定连接有风向风速仪11，船体10的外壁固定连接有检测控制系统9。

作为优选方案，空气压缩机5通过空气吸入管系4与吸力帆主桅结构2相连通，空气压缩机5通过空气供给管系6与气泡发生装置8相连通。

作为优选方案，空气压缩机5运行时，通过空气供给管系6向气泡发生装置8注入压缩空气，进而在船体10的底部产生气泡，在船体10底部产生空气层，从而减小船舶阻力。

一种船舶辅助推进及减阻系统，包括如下步骤：

步骤一、在空气压缩机5运行时，由进气一侧吸入空气，进气一侧通过空气吸入管系4与吸力帆主桅结构2连接，吸力帆帆体1位于吸力帆主桅结构2外侧，并且可围绕吸力帆主桅结构2旋转，风向风速仪11会实时监测风向，将数据传输给监测控制系统9，监测控制系统9会控制吸力帆帆体1旋转至可产生向行进方向形成推力的角度，空气吸入管系4向空气压缩机5供气时，会在吸力帆帆体1内部形成强大的负压环境，通过位于吸力帆帆体1上均布的一排圆孔将空气吸入吸力帆帆体1内部，从而在吸力帆帆体1的两侧形成正负压差，产生向行进方向的推力；

步骤二、空气压缩机5运行时，通过空气供给管系6向气泡发生装置8注入压缩空气，进而在船底产生气泡，通过船体10向前航行在船底产生空气层，从而减小船舶阻力；

步骤三、监测控制系统9对空气压缩机5运行状态、止回阀7的开闭状态、空气吸入管系4和空气供给管系6的供气压力进行监测，接收风向风速仪11传入的数据并控制吸力帆帆体1的角度，负责整套系统的安全报警和系统关停等；

步骤四、气泡发生装置8附近可选择的带有超声波传感器，超声波传感器发出特定的低功率脉冲超声波，船体10充当声板,承载声波,从而破坏海洋生物的生长，防止堵塞排气孔。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。