一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆的制作方法

1.本发明属于海上风帆船领域，具体涉及一种采用双侧桅杆壁结构的可升降风帆。


背景技术：

2.翼型风帆装置为常见的风帆装置类型之一，翼型风帆装置依靠风帆表面的压差产生风帆推力，风帆帆面产生的风载荷通过内部的桅杆结构传递至船体结构。随着风帆装置的越来越大型化应用，其所承担的风载荷也越来越大，对内部桅杆的结构强度提出了很高的要求。在现有工程设计中，翼型风帆装置采用多节套叠的结构形式，具有可升降的功能：即帆面与桅杆固定在一起，通过桅杆的升降实现帆面的升降，因此对桅杆间相对运动的结构形式有较高要求。
3.目前，大型的翼型风帆助推装置属于新兴装备，桅杆支撑结构在工程应用中尚没有成熟的设计形式，为此有必要进行合理的优化设计，满足翼型风帆装置大型化发展的需求。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其所采用的技术方案是：
5.一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，固定桅杆底部固定在风帆基座上，固定桅杆内部嵌套有滑动桅杆，滑动桅杆相对固定桅杆上下滑动。
6.滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁横截面为结构对称的多边形，滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁均采用双层桅杆壁，滑动桅杆带有外层滑动桅杆壁和内层滑动桅杆壁，外层滑动桅杆壁与内层滑动桅杆壁之间、沿滑动桅杆周向固定有第一支撑围板组，固定桅杆带有外层固定桅杆壁和内层固定桅杆壁，外层固定桅杆壁与内层固定桅杆壁之间、沿固定桅杆周向固定有第二支撑围板组。
7.滑动桅杆与固定桅杆之间、沿滑动桅杆周向设置有多个滑动导轨和滑动面板，滑动导轨自固定桅杆底部向上连续设置，滑动导轨与内层固定桅杆壁固定连接，外层滑动桅杆壁在与滑动导轨相对应的位置焊接有滑动面板，滑动导轨与滑动面板之间存在间距。
8.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁横截面均为结构对称的八边形，八边形桅杆壁带有两个长边、两个短边、四个斜边，长边、短边相交替设置，并通过斜边连接，围合形成结构对称的八边形。
9.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，第一支撑围板组带有两个第一支撑围板，第二支撑围板组带有两个第二支撑围板，两个第一支撑围板之间的距离不大于滑动面板的宽度，滑动面板的宽度不大于滑动导轨的宽度，滑动导轨的宽度不大于两个第二支撑围板之间的距离。
10.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，滑动桅杆与固定桅杆的间距为100～300mm。
11.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，第一支撑围板组的位置、第二支撑围板组的位置、滑动导轨、滑动面板的位置相对应。
12.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，滑动导轨与滑动面板之间的间距为0.5～2mm。
13.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，内层固定桅杆壁与外层固定桅杆壁之间设置有撑材，外层滑动桅杆壁与外层滑动桅杆壁之间设置有撑材。
14.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，滑动导轨与滑动面板均采用耐磨钢板制成。
15.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，滑动导轨带有两个导轨支撑板和导轨面板，两个导轨支撑板固定在内侧固定桅杆壁上，导轨面板宽度等于两个导轨支撑板的间距。
16.上述一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，更进一步地，滑动桅杆固定连接有滑动端帆面，固定桅杆固定连接有固定端帆面。
17.对于大尺度翼型风帆助推装置，全球范围内并没有完全成熟的结构设计方案，本发明内容有效解决了大尺寸翼型风帆助推装置应用的关键技术问题，同时具有以下优点：
18.1.双壳的结构设计形式，有效利用了截面特征提高了剖面特性，可更好的承担大尺度风帆装置的风载荷，避免了超厚板的使用。
19.2.多边形的结构设计可充分适用风载荷特征，满足多角度风帆的使用要求，且不会造成过度的结构浪费；
20.3.桅杆间导轨的结构型式，可高效的进行桅杆间载荷传递，提高了系统可靠性；
21.4.本结构截面多为直边型式，在应力容易集中的位置采用圆角过度，有效减轻了应力集中带来的结构风险。
附图说明
22.图1是固定桅杆、滑动桅杆的整体结构示意图；
23.图2是图1中a-a视角结构示意图；
24.图3是滑动导轨与导轨面板的局部放大图；
25.其中：固定桅杆1、滑动桅杆2、滑动导轨3、第二支撑围板组4、导轨支撑板5、内层固定桅杆壁6、外层固定桅杆壁7、第一支撑围板组8、内层滑动桅杆壁9、外层滑动桅杆壁10、固定端帆面11、滑动端帆面12、撑材13、滑动面板14、导轨面板15。
具体实施方式
26.结合附图对本发明做进一步说明。
27.如图1、2所示的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，固定桅杆底部固定在风帆基座上，不具有可升降功能，固定桅杆内部嵌套有滑动桅杆，滑动桅杆相对固定桅杆上下滑动，滑动桅杆固定连接有滑动端帆面，固定桅杆固定连接有固定端帆面，通过滑动桅杆的升降带动滑动端帆面同步实现升降，固定端帆面尺寸较滑动端帆面尺寸要小，帆面下降时，固定端帆面嵌套在滑动端帆面内部。
28.滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁横截面为结构对称的八边形，八边形桅杆壁带有两
个长边、两个短边与四个斜边，两个长边的长度相同，两个短边的长度相同，四个斜边的长度相同，长边、短边与斜边交替设置围合形成结构对称的八边形，短边与相邻长边之间采用圆角过度，以避免该处可能产生的应力集中。
29.滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁均采用双层桅杆壁，滑动桅杆带有外层滑动桅杆壁和内层滑动桅杆壁，外层滑动桅杆壁与内层滑动桅杆壁之间固定有多组第一支撑围板组，固定桅杆带有外层固定桅杆壁和内层固定桅杆壁，外层固定桅杆壁与内层固定桅杆壁之间固定有多组第二支撑围板组。第一支撑围板组的位置与第二支撑围板组的位置与滑动导轨的位置相对应。采用这种横截面为多边形、双层桅杆壁的结构可提高截面剖面模数，保证结构刚度和抗屈曲能力，同时使得每个单层结构的板厚均在常规船用板厚范围内，尤其是在风帆装置整体高度较大时，各节桅杆尤其是底部桅杆会承受更大的载荷，该设计避免了采用超厚钢板。
30.滑动桅杆与固定桅杆之间、自固定桅杆底部向上设置有多个连续的滑动导轨，每个滑动导轨由两个导轨支撑板和导轨面板组成。导轨支撑板焊接在内层固定桅杆壁的内侧，端部焊接有固定导轨面板，在外层滑动桅杆壁的外表面焊接有滑动面板。
31.滑动导轨与内层固定桅杆壁固定连接，滑动面板与外层滑动桅杆壁面固定连接，导轨面板与滑动面板之间的距离为0.5～2mm，滑动面板相对滑动导轨运动时，滑动面板虽然与导轨面板之间存在间距，但由于间距过小，因此，在滑动过程中，滑动面板与导轨面板也会存在相互接触的情况。存在0.5～2mm间距便于桅杆的升降运动，同时可用于传递两段桅杆间的风载荷。
32.滑动导轨成对存在，垂直焊接在内层固定桅杆壁上，滑动导轨位于固定桅杆与滑道桅杆之间，增加了导轨结构的整体强度和刚度，保证了桅杆之间载荷的传递；同时，由于滑动导轨与外层滑动桅杆壁面接触，限制了滑动导轨表面的变形，避免了额外增设导轨槽。
33.内层固定桅杆壁与外层滑动桅杆壁均为耐磨钢板，满足桅杆间升降时产生的面与面间的摩擦作用需求。内层固定桅杆壁与外层固定桅杆壁之间、外层滑动桅杆壁与外层滑动桅杆壁之间沿高度方向还设置有若干加强撑材。
34.滑动桅杆的每个长边上固定有两组第一支撑围板组，固定桅杆的每个长边上固定有两组第二支撑围板组，第一支撑围板组、第二支撑围板组均固定在固定桅杆、滑动桅杆的长边、短边上，第一支撑围板组、第二支撑围板组固定在靠近长边、斜边相连接处，以及靠近短边、斜边相连接处，可以充分抵抗此处由于截面型式变化带来的可能变形，第一支撑围板组与第二支撑围板组用于传递两层桅杆之间的风帆载荷，同时可对双壳桅杆进行结构加强。
35.每组第一支撑围板组带有两个第一支撑围板，每组第二支撑围板组带有两个支撑板，两个第一支撑围板之间的距离小于滑动导轨的宽度、小于两个第二支撑围板之间的距离，两个第二支撑围板之间的距离等于滑动导轨的宽度。
36.滑动桅杆可有两节及以上。当存在第三节桅杆及帆叶时，最上一节的桅杆作为滑动端设计，其下相邻的一节作为固定桅杆设计；最上一节桅杆内侧不再设置导轨。

技术特征：
1.一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：固定桅杆底部固定在风帆基座上，固定桅杆内部嵌套有滑动桅杆，滑动桅杆相对固定桅杆上下滑动；滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁横截面为结构对称的多边形，滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁均采用双层桅杆壁，滑动桅杆带有外层滑动桅杆壁和内层滑动桅杆壁，外层滑动桅杆壁与内层滑动桅杆壁之间、沿滑动桅杆周向固定有第一支撑围板组，固定桅杆带有外层固定桅杆壁和内层固定桅杆壁，外层固定桅杆壁与内层固定桅杆壁之间、沿固定桅杆周向固定有第二支撑围板组；滑动桅杆与固定桅杆之间、沿滑动桅杆周向设置有多个滑动导轨和导轨面板，滑动导轨自固定桅杆底部向上连续设置，滑动导轨与内层固定桅杆壁固定连接，外层滑动桅杆壁在与滑动导轨相对应的位置焊接有滑动面板，滑动导轨与滑动面板之间存在间距。2.根据权利要求1所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁横截面均为结构对称的八边形，八边形桅杆壁带有两个长边、两个短边、四个斜边，长边、短边相交替设置，并通过斜边连接，围合形成结构对称的八边形。3.根据权利要求1所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：第一支撑围板组带有两个第一支撑围板，第二支撑围板组带有两个第二支撑围板，两个第一支撑围板之间的距离不大于滑动面板的宽度，滑动面板的宽度不大于滑动导轨的宽度，滑动导轨的宽度不大于两个第二支撑围板之间的距离。4.根据权利要求1所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：滑动桅杆与固定桅杆的间距为100～300mm。5.根据权利要求1所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：第一支撑围板组的位置、第二支撑围板组的位置、滑动导轨、滑动面板的位置相对应。6.根据权利要求1所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：滑动导轨与滑动面板之间的间距为0.5～2mm。7.根据权利要求1所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：内层固定桅杆壁与外层固定桅杆壁之间设置有撑材，外层滑动桅杆壁与外层滑动桅杆壁之间设置有撑材。8.根据权利要求1或3或5或6所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：滑动导轨与滑动面板均采用耐磨钢板制成。9.根据权利要求7所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：滑动导轨带有两个导轨支撑板和导轨面板，两个导轨支撑板固定在内侧固定桅杆壁上，导轨面板宽度等于两个导轨支撑板的间距。10.根据权利要求1所述的一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，其特征在于：滑动桅杆固定连接有滑动端帆面，固定桅杆固定连接有固定端帆面。

技术总结
一种双层多边形桅杆结构的可升降风帆，固定桅杆底部固定在风帆基座上，固定桅杆内部嵌套有滑动桅杆，滑动桅杆相对固定桅杆上下滑动。滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁横截面为结构对称的多边形，滑动桅杆、固定桅杆的桅杆壁均采用双层桅杆壁，滑动桅杆与固定桅杆之间、沿滑动桅杆周向设置有多个滑动导轨和导轨面板，滑动导轨与内层固定桅杆壁固定连接，外层滑动桅杆壁在与滑动导轨相对应的位置焊接有滑动面板。本发明有效利用了截面特征提高了剖面特性，可更好的承担大尺度风帆装置的风载荷，避免了超厚板的使用。可满足多角度风帆的使用要求，高效的进行桅杆间载荷传递，提高了系统可靠性，有效减轻了应力集中带来的结构风险。有效减轻了应力集中带来的结构风险。有效减轻了应力集中带来的结构风险。


技术研发人员：赵晓玲 彭贵胜 侯玉品 任怀远 于世旭 刘闯 陈立 林树良 马珊 李家彤 张倩 孟姜楠
受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/3/14