專利名稱：自動(dòng)調(diào)向式風(fēng)力助航帆船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力助航帆船，特別是一種基于對帆體和舵 體的自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)在一定風(fēng)向范圍內(nèi)利用風(fēng)能推動(dòng)帆船定向航行 的自動(dòng)調(diào)向式風(fēng)力助航帆船。通過測出實(shí)際航向與設(shè)定航向之間的偏 角并將其轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過電路和單片機(jī)處理后，來控制和調(diào)節(jié)帆 向與舵向，并與螺旋槳共同作用，實(shí)現(xiàn)助推帆船的定向航行。
技術(shù)背景
隨著人類對能源需求的不斷增加，不可再生資源正日益枯竭，石 油、煤炭、天然氣等資源價(jià)格正日益增加，極大的增加了船運(yùn)的成本， 同時(shí)，傳統(tǒng)動(dòng)力的船舶中燃料燃燒產(chǎn)生大量的污染氣體，其中C02排 放量約占全球排放量的百分之五，每年釋放出8億噸C02，極大的增 加了環(huán)境的負(fù)擔(dān)。因此利用可再生資源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源顯得極其重 要。目前，在航海船舶中，大部分是利用燃燒燃料產(chǎn)生的能量來驅(qū)動(dòng) 船舶的航行，帆船則是利用天然能源風(fēng)能來作為能量的驅(qū)動(dòng)源，帆船 的前進(jìn)方向有時(shí)候不是風(fēng)的走向，往往在兩個(gè)方向中存在一定的夾 角?，F(xiàn)有的帆船是通過人工操作來調(diào)整夾角，使風(fēng)的流向產(chǎn)生的推力 變成帆船前進(jìn)的動(dòng)力，人工操作時(shí)，費(fèi)力較大，而且調(diào)整不及時(shí)，難 以保證風(fēng)能或風(fēng)力的有效利用。采用電子技術(shù)自動(dòng)調(diào)整帆向和舵向， 從而控制推動(dòng)帆船的螺旋槳的方法至今尚未見存普及應(yīng)用的成熟技 術(shù)或產(chǎn)品。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)存帆船人工操控帆向推動(dòng)帆船前 進(jìn)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種自動(dòng)調(diào)向式風(fēng)力助航帆船，該帆船通過 對帆體和舵體的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)在一定風(fēng)向范圍內(nèi)利用風(fēng)能 推動(dòng)帆船定向航行的功效，將測出的實(shí)際航向與設(shè)定航向之間的偏角轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過電路和單片機(jī)處理后來控制帆向與舵向，并與螺 旋槳共同作用實(shí)現(xiàn)助推帆船的定向航行。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本實(shí)用新型構(gòu)成的風(fēng)力助航帆船主要 由航向偏離角度采集單元、信號處理單元、帆向控制單元與舵向控制
單元構(gòu)成；通過航向偏離角度采集單元將實(shí)際航向與設(shè)定航向之間的 夾角轉(zhuǎn)化成電信號送至信號處理單元，通過單片機(jī)的處理輸出信號控 制船帆轉(zhuǎn)動(dòng)與船舵轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在桅桿底部縱向安裝壓力傳感器，將壓 力轉(zhuǎn)化成電信號并輸送到單片機(jī)，在船帆航向方向壓力最大時(shí)鎖定帆 向，轉(zhuǎn)為主要由船舵來控制航向，通過船帆與船舵的互動(dòng)式調(diào)節(jié)并且 在螺旋槳的推動(dòng)作用下，實(shí)現(xiàn)帆船特定方向的航行。
本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)包括帆體、舵體、減速電機(jī)、螺旋槳、巻 揚(yáng)機(jī)、壓力傳感器、航向片、磁鐵、固定盤、定向標(biāo)、航向標(biāo)、電阻 片、支架、電源、探針、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)和繼電 器；三個(gè)帆體均勻分布置于帆船上平面上，帆體底部前端處制有巻揚(yáng) 機(jī)，帆體支撐點(diǎn)處制有壓力傳感器，帆船后部頂面制有減速電機(jī)，帆 船底部前著水面下端制有航向片，帆船底部后部處制有螺旋槳，最后 端制有舵體，構(gòu)成常規(guī)的航行帆船；航向偏離角度采集單元和控制電 路單元制成單體結(jié)構(gòu)放置于帆船頂面并制有封密式防水外殼；航向偏 離角度采集單元包括條形磁鐵、圓形固定盤、定向標(biāo)、航向標(biāo)、環(huán)形 電阻片、支架、電源、二個(gè)探針；固定盤圓周制有環(huán)形電阻片，固定 盤下側(cè)面中心處制有磁鐵，固定盤上側(cè)面中心處制有桿式定向標(biāo)，定 向標(biāo)的另一端制有金屬探針，探針尖部與電阻片上側(cè)面相觸，并與下 側(cè)面的探針對應(yīng)，下側(cè)面探針制于航向標(biāo)一端，其航向標(biāo)的另一端與 航向片桿式相連，支架的上端支撐于條形磁鐵下部中心處，支架的下 端固定于帆船體上，兩個(gè)金屬探針通過導(dǎo)線與控制電路電連通，電源 的兩極線分別與環(huán)形電阻片內(nèi)外側(cè)電連通；控制電路由運(yùn)算放大器、 A/D轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)和四組并行連接的繼電器電連通組合而成，其 輸入端與航向偏離角度采集單元的兩個(gè)探針電連通，控制電路按照設(shè) 定的工作流程實(shí)現(xiàn)對帆船航向的控制與調(diào)節(jié)。
4本實(shí)用新型磁鐵在地磁的作用下會(huì)指向固定的地理方向，而定向 標(biāo)可在人為設(shè)定情況下與磁鐵保持一固定夾角，因此定向標(biāo)也指向固 定的地理方向，航向片在水流作用下可帶動(dòng)航向標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)實(shí)際航向
與設(shè)定航向不同時(shí)，如夾角為x，，則通過探針測出均勻分布在電阻 片上角X范圍內(nèi)的電勢差u， (u二X/6. 28U)。因此u的大小可直接反 映出偏離航向的角度，把u輸入信號處理器，將信號處理后輸出控制 信號分別驅(qū)動(dòng)帆向控制裝置與舵向控制裝置，使得船帆繞桅桿轉(zhuǎn)動(dòng)， 船舵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，在船帆的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，壓力傳感器會(huì)隨著船 帆的轉(zhuǎn)動(dòng)而輸出不同的信號，并將此信號輸入單片機(jī)，用于采集壓力 最大時(shí)的帆向角度，當(dāng)輸入信號所指壓力增大時(shí)繼續(xù)接受信號處理器 輸出的信號，即繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)船帆，當(dāng)壓力傳感器所指壓力減小時(shí)，停止 接受信號處理器輸出的信號，即停止轉(zhuǎn)動(dòng)船帆，后主要由船舵進(jìn)行調(diào) 整航向，在上述調(diào)整過程中，lul減小，直至小于某設(shè)定值，停止調(diào) 節(jié)。帆向控制裝置由巻揚(yáng)機(jī)與繩索構(gòu)成，通過巻揚(yáng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào) 節(jié)帆向。舵向控制裝置為減速電機(jī)與船舵主軸相連，通過電機(jī)的正反 轉(zhuǎn)來控制船舵的左右轉(zhuǎn)動(dòng)。
本實(shí)用新型與傳統(tǒng)帆船相比實(shí)現(xiàn)了在帆船特定航向下的自動(dòng)控 制，能夠應(yīng)用于各種帆船，從而起到環(huán)保節(jié)能的目的，將成為船舶設(shè) 計(jì)的新趨勢，具有結(jié)構(gòu)新穎，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)靈敏，助力效果明顯，節(jié) 省能量等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型帆船主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2為本實(shí)用新型航向偏離角度采集單元結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖3為本實(shí)用新型控制電路原理示意圖。 圖4為本實(shí)用新型工作流程示意框圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)一步說明。 實(shí)施例
本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括帆體1，舵體2，減速電機(jī)3，螺旋槳4，巻揚(yáng)機(jī)5，壓力傳感器6，航向片7、磁鐵8、固定盤9、定向標(biāo)IO、 航向標(biāo)ll、電阻片12、支架13、電源14、探針15和16、運(yùn)算放大 器17、 A/D轉(zhuǎn)換芯片18、單片機(jī)19和繼電器20;三個(gè)帆體1均勻分 布置于同一平面上，帆體1底部前端處制有巻揚(yáng)機(jī)5，帆體l支撐點(diǎn) 處制有壓力傳感器6，帆船后部頂面制有減速電機(jī)3,帆船底部前著 水面下端制有航向片7，帆船底部后部處制有螺旋槳4，最后端制有 舵體2，構(gòu)成常規(guī)的航行帆船；航向偏離角度采集單元和控制電路單 元制成單體結(jié)構(gòu)放置于帆船頂面并制有封密式防水外殼；航向偏離角 度采集單元包括條形磁鐵8、圓形固定盤9、定向標(biāo)IO、航向標(biāo)ll、 環(huán)形電阻片12、支架13、電源14、 二個(gè)探針15和16;固定盤9圓 周制有環(huán)形電阻片12，固定盤9下側(cè)面中心處制有磁鐵8，固定盤9 上側(cè)面中心處制有桿式定向標(biāo)10，定向標(biāo)10的另一端制有金屬探針 15，探針15尖部與電阻片上側(cè)面相觸，并與下側(cè)面的探針16對應(yīng)， 下側(cè)面探針16制于航向標(biāo)11 一端，其航向標(biāo)11的另一端與航向片 7桿式相連，支架13的上端支撐于條形磁鐵8下部中心處，支架13 的下端固定于帆船體上，兩個(gè)金屬探針15和16通過導(dǎo)線與控制電路 電連通，電源的兩極線分別與環(huán)形電阻片12內(nèi)外側(cè)電連通；控制電 路由運(yùn)算放大器17、 A/D轉(zhuǎn)換芯片18、單片機(jī)19和四組并行連接的 繼電器20電連通組合而成，其輸入端與航向偏離角度采集單元的兩 個(gè)探針15和16電連通，控制電路按照設(shè)定的工作流程實(shí)現(xiàn)對帆船航 向的控制與調(diào)節(jié)，其中舵體2由減速電機(jī)3控制左右擺動(dòng)，帆體l由 巻揚(yáng)機(jī)5控制，壓力傳感器6安裝在桅桿下部；本實(shí)施例主體結(jié)構(gòu)按 功能分為航向偏離角度采集單元，控制電路，舵向控制單元和帆向控 制單元組成。
本實(shí)施例的航向偏離角度采集單元的磁鐵8固定于固定盤9的下 面，固定盤9的邊緣固定制有均勻的電阻片12，在磁鐵8的帶動(dòng)下， 固定盤9與均勻電阻片12保持固定的方位角，均勻電阻片12上留有 絕緣口，通過導(dǎo)線與5V電源14相連接，因此電阻片12上便有均勻 分布的電勢差；定向標(biāo)10靠近固定盤9的圓心端緊固于固定盤9上，外端通過探針15與電阻片12接觸，航向標(biāo)11 一端通過長軸與航向 片7相連，另一端通過探針16與均勻電阻片12接觸，航向標(biāo)ll與 定向標(biāo)10分別引出導(dǎo)線，以電勢差u作為輸出信號；控制電路有運(yùn) 算放大器17、 A/D轉(zhuǎn)換芯片18、運(yùn)算處理單片機(jī)19和繼電器20組 合而成；航向偏離角度采集單元輸出電勢差的兩端分別接運(yùn)算放大器 17的輸入管腳，輸出電壓接A/D轉(zhuǎn)換芯片18將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號并輸入給單片機(jī)19;壓力傳感器6 —端接A/D轉(zhuǎn)換芯片18，另 一端接地，其輸出信號接單片機(jī)19;經(jīng)過處理輸出信號控制四組繼 電器20并控制減速電機(jī)3正反轉(zhuǎn)，改變帆向與舵向。
權(quán)利要求1、一種自動(dòng)調(diào)向式風(fēng)力助航帆船，其特征在于三個(gè)帆體均勻分布置于帆船上平面上，帆體底部前端處制有卷揚(yáng)機(jī)，帆體支撐點(diǎn)處制有壓力傳感器，帆船后部頂面制有減速電機(jī)，帆船底部前著水面下端制有航向片，帆船底部后部處制有螺旋槳，最后端制有舵體；航向偏離角度采集單元和控制電路單元制成單體結(jié)構(gòu)放置于帆船頂面并制有封密式防水外殼；航向偏離角度采集單元包括條形磁鐵、圓形固定盤、定向標(biāo)、航向標(biāo)、環(huán)形電阻片、支架、電源、二個(gè)探針，固定盤圓周制有環(huán)形電阻片，固定盤下側(cè)面中心處制有磁鐵，固定盤上側(cè)面中心處制有桿式定向標(biāo)，定向標(biāo)的另一端制有金屬探針，探針尖部與電阻片上側(cè)面相觸，并與下側(cè)面探針對應(yīng)，下側(cè)面探針制于航向標(biāo)一端，航向標(biāo)的另一端與航向片桿式相連，支架的上端支撐于條形磁鐵下部中心處，支架的下端固定于帆船體上，兩個(gè)金屬探針通過導(dǎo)線與控制電路輸入端電連通，電源的兩極線分別與環(huán)形電阻片內(nèi)外側(cè)電連通。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于對帆體和舵體的自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)在一定風(fēng)向范圍內(nèi)利用風(fēng)能推動(dòng)帆船定向航行的自動(dòng)調(diào)向式風(fēng)力助航帆船，通過測出航向與設(shè)定航向之間的偏角轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)電路和單片機(jī)處理后控制和調(diào)節(jié)帆向與舵向，實(shí)現(xiàn)助推帆船的定向航行，主要由航向偏離角度采集單元、信號處理單元、帆向控制單元與舵向控制單元構(gòu)成；在桅桿底部縱向安裝壓力傳感器，將壓力轉(zhuǎn)化成電信號并輸送到單片機(jī)，在船帆航向方向壓力最大時(shí)鎖定帆向，轉(zhuǎn)為由船舵來控制航向，通過船帆與船舵的互動(dòng)式調(diào)節(jié)在螺旋槳的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)帆船定向航行，具有結(jié)構(gòu)新穎，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)靈敏，助力效果明顯，節(jié)省能量等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G05D1/00GK201296376SQ200820174499
公開日2009年8月26日 申請日期2008年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月2日
發(fā)明者凌宗磊, 劉振臣, 遲辰斐 申請人:遲辰斐