Вітросонячний катамаран

Реферат: Катамаран використовує енергію вітру за рахунок парусу. На ньому також встановлені система електроживлення, до якої підключено електродвигун, акумуляторна батарея та інвертор системи електроживлення, і сонячна панель на гнучкій підкладці, яка розташована проміж поплавками катамарана і яка генерує електроенергію для системи електроживлення. UA 120884 U (12) UA 120884 U UA 120884 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до суднобудування. А саме до розробки катамаранів для мандрівок і екскурсій по річках і вздовж морського узбережжя Чорного та Азовського морів. Відомий моторний катамаран з двигуном внутрішнього згоряння потужністю 2,5-7 л.с, який розвиває швидкість 10-15 км/год. і може вмістити 4 людини [Катамаран с мотором. Режим доступа: https://volveter.ru/katamaran-s-motorom-kakie-byvayut-i-zachem-nuzlmy.html]. Недоліком є те, що він використовує вуглеводневе паливо, яке не є екологічним (шкідливі викиди у повітря, шумові навантаження на людину), і ціна якого стійко підвищується. Як найближчий аналог ми 2 вибрали парусний катамаран, який має площу паруса 13 м і може вмістити 2 людини [Успенский В., Успенский М, Кузнецов Н. Катамаран надувной парусный "Порыв". Режим доступа: http://katamaran.masteraero.ru/katamaran-parus-4.php]. Але це катамаран для вітрильних змагань, тому їм можуть керувати тільки пасажири, яки оволоділи навичками вітрильного спорту. Це є недоліком найближчого аналога. Автори вирішували задачу розробки катамарана для мандрівок і екскурсій по річках і вздовж морського узбережжя на 2-4 людини, користування яким (за допомогою екскурсовода) дозволило б упорядкувати побут і відпочинок громадян України. Крім цього, така розробка повинна стимулювати перехід на водному транспорті на більш чисті технології. Поставлена задача вирішується тим що в катамарані, який використовує енергію вітру за рахунок парусу, згідно з корисною моделлю, встановлено систему електроживлення, до якої підключено електродвигун, акумуляторна батарея та інвертор системи електроживлення, і сонячна панель на гнучкій підкладці, яка розташована між поплавками катамарана і яка генерує електроенергію для системи електроживлення. Розкриємо суть технічного рішення. Цей катамаран здатний розвівати швидкість 4,5-5 км/год. і містить 2-4 людини, включно екскурсовода. Але це достатньо для відпочинку: мандрівок і екскурсій по річках і вздовж морського узбережжя. Катамаран обладнано невеликим парусом, яким буде керувати екскурсовод або легко навчиться керувати більшість пасажирів. Крім паруса, катамаран обладнано сонячною панеллю на гнучкій підкладці, яка генерує достатньо електроенергії для системи електроживлення, до якої підключено електродвигун, акумуляторна батарея та інвертор системи електроживлення. При відсутності вітру катамаран здатний розвивати швидкість 5 км/год. за рахунок використання сонячної енергії. Інвертор виконує штатні функції керування електроживленням і зарядки акумуляторної батареї (якщо катамаран стоїть на стоянці, а електродвигун вимкнено). Сонячну панель розташовано між поплавками катамарана, що дозволяє з користю використовувати відповідну площу. Конструкція сонячної панелі на гнучкій підкладці має низку переваг: по-перше, механічні деформації кріплень катамарана при коливанні обох поплавків не пошкоджують панель; по-друге, така панель на аморфному кремнії здатна однаково ефективно генерувати електроенергію як в сонячну погоду, так і при мінливій хмарності (від розсіяного світла); по-третє, така панель значно легше всіх інших видів сонячних панелей. Запропонований вітросонячний катамаран може бути використано для відпочинку громадян, для мандрівок і екскурсій по річкам і вздовж морського узбережжя. На кресленні наведено загальний вид катамарана. Між поплавками 1 розташовано сонячну панель 2 і щоглу 3, котра дозволяє розгорнути парус 4. Позаду катамарана розташовано електродвигун 5, унизу - шверт 6. Між поплавками під сонячною панеллю розташовано акумуляторна батарея та інвертор системи електроживлення (на кресленні не вказані). Катамаран дозволяє вмістити 2-4 людини і вантаж (загальна маса вантажу 240-1000 кг, як у аналогів). Поплавки катамарана можливо виконати надувними двошаровими (зовнішня оболонка виготовлено з високоміцної ПВХ-тканини, внутрішні балони - з поліуретанової тканини, як у аналогів). Звичайно для невеликих катамаранів, відношення довжини поплавків до їх діаметру дорівнює 10, а відношення довжини поплавків до відстані між їх осями - 2,3, сама же довжина поплавків дорівнює 5-6 м [Катамаран с мотором. Режим доступа: https://volveter.ru/katamaran-s-motorom-kakie-byvayut-i-zachem-nuzhny.html; Успенский В., Успенский М, Кузнецов Н. Катамаран надувной парусный "Порыв". Режим доступа: http://katamaran.masteraero.ru/katamaran-parus-4.php; Кужель Ю. Схемы разборных катамаранов. Режим доступа: http://parusa.narod.ru/bib/papers/1989/kllzhel/index.htm]. Із цього не важко зробити оцінку площі сонячної панелі між поплавками, за винятком невеликих ділянок, де встановлено електродвигун і парусну щоглу. Величина площі сонячної панелі дорівнює 6,7-9,7 2 2 2 м . При питомій потужності 100 Вт/м і питомій масі 0,3 кг/м [Солнечные элементы и батареи космического происхождения. Режим доступа: http://www.rusnanonet.ru/products/21131/] сонячні панелі будуть мати масу 20-30 кг. Якщо враховувати втрати потужності на інверторі, 1 UA 120884 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 акумуляторі, краплях води, то потужність, що генерується панеллю, дорівнює 250-350 Вт в сонячну погоду і при мінливій хмарності. Вважаючи необхідну потужність електродвигуна 250-350 Вт (0,34-0,48 л.с.), можна оцінити параметри літієвої акумуляторної батареї. Для цього візьмемо для розрахунку характеристики батарей літій-марганець-кобальт (НМК) [Обзор различных типов литиевых аккумуляторов. Режим доступа: http://www.mobipower.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=484] і будемо виходити з припущення, що протягом однієї години "обідньої перерви" катамаран стоїть на стоянці, а сонячні панелі працюють тільки на зарядку акумуляторів. Звідси отримуємо, що літієва батарея повинна накопичувати 250-350 Вт·год. електроенергії. Для НМК-батареї напругою 36 В це відповідає здатності до розряду протягом однієї години струмом 7-10 А і ємності 7-10 А•год., відповідно, а також масі всього тільки 1,5-2,5 кг. Така батарея є запасним джерелом енергії, якщо, наприклад, буде потрібно харчування для освітлення, зарядки мобільних телефонів, роботи аудіо- або відеоплеєра. Оцінимо швидкість, що розвивається катамараном. Вважаючи приблизно справедливим 2 залежність гідродинамічного опору F руху судна: F~v [Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок. Режим доступа: http://www.barque.ru/shipbuildmg/1964/hydrodynamic_characteristics_of_sport_of_rowing_boats; Гидродинамические режимы движения и соответствующие им типы обводов. Режим доступа: r http://vv vvw.barque.ru/shipbuilding/1963/hydrodynamic_driving_modes], де v - швидкість руху 3 судна, і з огляду на те, що потужність двигуна W дорівнює: W=F-v, отримуємо залежність: W~v . Звідси отримуємо, що, якщо моторний катамаран з двигуном в 2,5 к.с. (1840 Вт) розвиває швидкість 10 км/год., то для досягнення "прогулянкової" швидкості в 4,5-5 км/год. досить електродвигуна потужністю 0,31 к.с. (230 Вт). Це відповідає емпіричним даним по F і W [Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок. Режим доступа: http://www.barque.ru/shipbuilding/1964/hydrodynamic_characteristics_of_sport_of_rowing_boats; Гидродинамические режимы движения и соответствующие им типы обводов. Режим доступа: http://www.barque.ru/shipbuilding/1963/hydrodynamic_driving_modes]. Крім цього дана оцінка добре відповідає потужності, яку здатна забезпечити сонячна панель. Вітросонячний катамаран має також невеликий парус. Оцінимо параметри паруса. Якщо катамаран [Успенский В., Успенский М, Кузнецов Н. Катамаран надувной парусный "Порыв". 2 Режим доступа: http://katamaran, masteraero.ru/katamaran-parus-4,php] при площини паруса 13 м досягає швидкості 15 км/год., то легко розрахувати необхідну площу паруса S для досягнення швидкості в 5 км/год. Сила тиску вітру Fb на парус: Fb~S, і вона повинна бути збалансованою силою гідродинамічного опору, залежність якої від швидкості беремо з [Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок. Режим доступа: http://www. barque.ru/shipbuilding/1964/hydrodynamic_characteristics_of_sport_of_rowing_boats; Гидродинамические режимы движения и соответствующие им типы обводов. Режим доступа: http://www.barque.ru/shipbuilding/1963/hydrodynamic_driving_modes]. Звідси одержуємо, що S~2 2 м . Цей парус краще розмістити на щоглі, піднявши від поплавків катамарана, щоб ефективніше використовувати вітрову енергію. Щоглу катамарана виконано з можливістю складання-розбирання, як в найближчому аналогу, тому при відсутності вітру її можна розібрати, і вона зовсім не буде давати тінь на сонячні панелі. Гнучкі сонячні панелі можуть бути виконано з декількох окремих пластин, так що це підвищить захист панель від пошкодження у випадку деформацій при впливі коливань на воді. Розрахунки вказують, що наш вітросонячний катамаран на 2-4 люд. можна використовувати для мандрівок і екскурсій. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Катамаран, що використовує енергію вітру за рахунок парусу, який відрізняється тим, що на ньому встановлені система електроживлення, до якої підключено електродвигун, акумуляторна батарея та інвертор системи електроживлення, і сонячна панель на гнучкій підкладці, яка розташована між поплавкамикатамарана з можливістю генерування електроенергії для системи електроживлення. 2 UA 120884 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3