由风帆推进的船舶的制作方法

本发明大体上涉及风帆推进，且更具体地说，涉及用于巡航小艇和工作船舶的新型推进翼型。

背景技术：

与用于推进船舶的刚性翼型相关的先前文献有很多。

因此，特别是从文献us3,332,383a、us4,685,410a、us5,313,905a和us8,635,966b1中已知具有两个翼片的刚性或半刚性翼型，通过所述两个翼片，尤其使翼型具有可调整拱度。

然而，这些已知的翼型在制造可落下的风帆时具有显著的问题，且进一步不允许收帆。因此，具有两个翼片的现有翼型通常具有带侧支索的桅杆，且借助于升降索来控制翼型，所述升降索构成促成翼型拱度的缭绳以及驱动第二翼片以使其在船帆的基底处达到全部或部分拱度以便在需要时产生冲刷的固定连杆。而且，第二翼片相对于第一翼片的相对移动通常通过从位于第一翼片的轮廓内部的轴线的旋转来实现，这从性能角度来看不是最佳的并且使得可落下或可收起的翼型的实施棘手或甚至不可能。

此外，文献us4,848,258a描述了一种具有三个风帆和三个相应桅杆的风帆系统，其中包括两个外部桅杆的结构能够在中心桅杆附近转动。所述风帆系统包括提升元件，其更多地属于风帆而非翼型。前后斜桁和横杆能够被迫围绕由主桅杆形成的轴线转动。

就其本身来说，文献ep0,328,254a1描述了一种双翼型风帆，其中后翼型围绕位于前翼型的体积内的轴线枢转。

从文献us4,561,374a也已知一种风帆，其属于具有可变拱度的单个翼型。承载此翼型的结构在单个桅杆附近枢转，所述桅杆穿过翼型的后部并且在所述桅杆的附近形成拱度。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种具有至少两个翼片的翼型，其弥补上文所提及的所有或部分缺点和限制，并且提供大的空气动力学效率和极大的使用简单性。

为此目的，提出了一种至少部分地由风帆推进的船舶，其类型包括安装在取决于条件而围绕大致竖直轴线成角度地控制的结构上的双翼型，其中所述双翼型包括至少一个前翼片和一个后翼片，其中至少一个翼片具有前后不对称性并且由狭缝分开，其中每个翼片包括一系列在高度上分散的形状元件，其特征在于，所述结构包括由横杆形成元件和斜桁形成元件连接的前桅杆和后桅杆，所述前翼片的所述形状元件通过能够围绕由其限定的轴线转动而被所述前桅杆横穿，所述后翼片的所述形状元件通过能够围绕由其限定的轴线转动而由所述后桅杆横穿，并且所述结构能够在由所述前桅杆形成的旋转轴线上转动。

所述船舶视情况包括以下额外特征，这些额外特征单独地或以本领域技术人员将理解为在技术上兼容的任何组合实现：

*所述前翼片可在一定角度间隔内移位，所述角度间隔限定为相对于由两个翼片的旋转轴线形成的中间平面(p)成角度地偏移。

*所述前翼片在横向推动前翼片的风的作用下自由移位。

*所述船舶包括用于控制所述前翼片的角位移的构件。

*所述角度间隔介于约±1°与±15°之间。

*所述船舶包括用于命令所述后翼片相对于所述中间平面倾斜的构件。

*所述命令构件能够明显地倾斜所述后翼片的下部区域和上部区域。

*所述命令构件还能够移动所述后翼片的至少一个中间区域。

*所述命令构件包括作用于所述后翼片的下部区域附近的第一致动器和位于所述翼型的所述下部区域中并且经由穿过所述桅杆中的一个的引导机构作用于所述后翼片的上部区域附近的第二致动器。

*所述船舶包括至少一个第三致动器，所述第三致动器通过穿过所述结构的桅杆的引导机构作用于所述后翼片的中间区域附近。

*所述致动器安装在所述横杆形成元件上。

*所述斜桁形成元件属于斜桁形成组件，所述斜桁形成组件包括所述斜桁形成元件和能够沿着所述至少一个桅杆滑动并且固定为随所述前翼片的上端和/或所述后翼片的上端一起平移以制造可落下和/或可收起的前翼片和/或后翼片中的至少一个的元件。

*所述船舶包括至少一个升降索，所述至少一个升降索在所述斜桁的所述固定元件的区中具有引导件并且附接到所述斜桁形成组件的所述滑动元件。

*所述船舶包括作用在所述前桅杆的支脚区域的角度控制构件。

*所述结构没有侧支索，并且能够响应于所述角度控制构件而转动360°。

*所述结构的角度控制联合地作用在所述斜桁形成组件的所述固定元件和所述滑动元件上。

*与所述第二致动器组合的所述引导机构包括安装在所述斜桁形成组件的所述滑动元件上的引导元件。

*所述翼片中的至少一个是使用具有成型轮廓的形状元件的组件制造的，在所述成型轮廓上拉伸出封套。

*所述翼片中的至少一个是使用可伸缩地彼此接合的通常为刚性或半刚性帆片(box)的组件制造的。

附图说明

通过阅读以下作为非限制性实例给出并且参考附图进行的优选实施例的详细描述，本发明的其它方面、目标和优点将变得更加清楚，其中：

-图1是根据本发明的第一实施例的风帆推进翼型的总体透视图；

-图2是图1的翼型的示意性水平截面图；

-图3a到3d是指示翼型在四种不同情境下的状态的水平截面图；

-图4是没有封套的翼型结构的组件的底部透视图；

-图5是图4的组件的顶部透视图；

-图5a是图5的细节的放大比例的顶部透视图；

-图6是来自图4和5的组件的上部区域的侧面正视图；

-图7是图6中所示的区域的顶部透视图；

-图8是翼型结构的元件的细节的顶部透视图；

-图9是图4和5的组件的下部区域的放大比例的底部透视图；

-图10是图9的区域在轴线上的放大比例的俯视透视图；

-图11是图6和7中的区域的放大比例的透视图；

-图12是根据本发明的第二实施例的翼型的示意性透视图；

-图13是图12的翼型的结构元件的透视图；以及

-图14是图12的翼型的侧面正视示意图。

具体实施方式

首先，参考图1到11，将描述本发明的第一实施例。

a)一般原理

参考图1、2和3a到3d，根据此实施例的翼型包括两个空气动力学轮廓，两者的倾角都可调整并且相对拱度角可调整。在下文中，其被称为第一翼片或前翼片，以及第二翼片或后翼片。它们分别由参考号100和200指定。它们在由两个桅杆310、320限定的轴线上枢转，如下文将看到的。

这些轮廓中的至少一个在前后方向上具有不对称的空气动力学横截面(具有前边缘和后边缘)。其可以例如涉及称为对称飞行器翼型的区段，并且更优选地涉及naca00xx标准化区段或其它区段。

第二翼片相对于第一翼片的相对角度可沿着高度不同地调整，从而允许第二翼片的冲刷。

图3a到3d示意性地示出了两个翼片可以采取的各种位置。

在本实例中，第一翼片100具有通过围绕翼型的纵向平面p(由稍后将描述的翼型结构限定)枢转而确定的一个自由度，而第二翼片200可以使用缭绳系统、汽缸或任何其它系统来加压，以便相对于前翼型倾斜。

图3a示出了翼型的逆风(箭头f)位置，其中后翼片200进入其中间位置。前翼片100根据风轴自发地定向，并且此处，后翼片与其对准。

在图3b中，后翼片仍保持在相对于翼型的结构对称平面p的中间位置，但风来自左舷。前翼片100被风推动以相对于平面p在逆时针方向(从上方看)转动，以进入如图所示的停止角位置。在此位置，沿着前翼片的迎风侧(位于逆风的翼片的表面)的空气流(流f1)在前翼片与后翼片之间的过渡区中分成在后翼片的迎风侧上的内部流f2a和背风侧上的流f2b，其通过在前翼片100的后边缘102与后翼片200的前边缘201之间限定的竖直开口或狭缝l传播。因此，以特别简单的方式并且不必特别地构造前翼片，根据本发明的具有两个翼片的翼型可以受益于狭缝的效果并且改善其空气动力学收益。

在图3c中，风具有与图3b中相同的定向，但是后翼片已被推动以相对于翼型的平面p朝向风倾斜。

在此配置中，获得了类似于柔性翼型的充盈(或拱度)的效果。

最后，在图3d中，可以看出，由于稍后将详细描述的扭转命令，后翼片200在其下部区域200'相对于平面p的倾斜与其上部区域200″相对于同一平面p的倾斜之间具有差异。通过此扭转，翼型可以具有可变拱度，这有助于改善其性能。更具体地说，通过这种变化，可以产生翼型的空气动力学扭转(沿着长度的零提升角度的变化)，以便适应风力梯度或分担翼型的顶部或者甚至产生反向拱度以便增大扶正扭矩。

当然，对于右舷风，可以获得相反现象。

根据实施变体，前翼片100不是自由的，而是可以被驱动以便适应类似于图3a到3d中所示的行为。

根据轮廓并且更一般地，根据前翼片100和后翼片200的横向尺寸，前翼片100自由移动的角度间隔通常介于±1°与±15°之间。

b)结构

参考图4到11，现在将详细描述根据此第一实施例的翼型的结构。

所述翼型包括由两个圆柱形桅杆310和320形成的刚性框架300，此处外径是恒定的，分别通过分别形成横杆元件和斜桁元件的上部横向结构元件330和下部横向结构元件340刚性地彼此连接。此结构框架通过将其连接到主桅杆的轴承而相对于结构自由地转动。此结构框架的元件部分地由例如金属或复合材料形成，其大小根据应力而适当地确定。

此处将注意到，在本实施例中，前桅杆310是自承载的，意味着没有侧支索，但当然可以预期，其配备有以下元件的全部或部分：侧支索、撑杆、滑动式后支索(runningbackstay)，其中在翼片结构上方的桅杆顶部处具有附接点。

在本实例中，由于后翼片200的厚度小于前翼片100的厚度，因此后桅杆320的直径可以小于前桅杆310的直径。

一系列前形状元件110和一系列(优选相同数量)的后形元件210分别安装在前桅杆和后桅杆上；所述元件联合地描述了具有对称空气动力学轮廓的封套，所述封套旨在用相应封套120、220(图4到7中未示出)形成第一翼片100和第二翼片200。这些封套120、220例如以相应形状元件上的拉紧覆盖物的形成形成。特别是可以使用在吊起期间处于张紧状态的用于常规风帆的类型的航空帆布或织物。

形状元件110、210在其相应桅杆310、320上自由旋转和平移。这两个自由度例如由平滑轴承或滚珠轴承(图4到图7中未示出)提供，旨在以减小的摩擦允许这些移动，同时避免夹紧风险。

在图8所示的特定实例中，这些轴承包括两个轴承元件(分别为112a、112b)，它们包围在形状元件110的上部区域和下部区域中，同时围绕形成于所述形状元件中的开口111以允许相关联桅杆310穿过。

通常，选择引导元件的高度以最小化摩擦和夹紧的风险，同时一旦落下就使翼型具有最紧凑形式。

由于形状元件沿着其相应桅杆平移，所以两个翼型可以升高和降低，如稍后所见，并且也可以收起。

形状元件110、210及其相应封套120、220的竖直位移通过使得固定元件342形式的斜桁形成部分340刚性地固定到桅杆310、320并且使得升降机形成元件344能够沿着桅杆滑动并且以旋转自由度固定到前翼型100和后翼型200的最高形状元件(110a、210a)而在两个桅杆上相同地实现，其中此滑动元件344可以使用升降索400以驱动每个封套并且逐渐地驱动每个形状元件(分别为110、210)的方式而提升和降低。形状元件110a、210a与部分344之间具有旋转自由度的此连接确保了翼型上端与所述部分的能平移的安全连接，同时还允许前翼片100相对于斜桁340在限定的角度限制内的移动自由度(如前所述)以及通过稍后将描述的构件倾斜推动的后翼片200的移动自由度。

在本实施例中，升降索400由导向滑轮组件(包含在斜桁形成组件340的固定元件342的顶部上的滑轮410)引导并且穿过形成于斜桁340的固定部分342的中心区域中的开口以用于钩在滑动部分344的中心区域中。从翼型的上部区域，升降索400通过穿过开口312进入前桅杆310中而向下移动到所述前桅杆内部(见图11)。升降索的下端(不可见)可以手动操纵，或对于最大尺寸的翼型，可以使用马达(未示出)操纵。

取决于施加到此马达的命令，通过将滑动部分344定位在低于其最大高度的某个高度，翼型可以在其整个竖直范围内提升和降低，并且也可以收起。

现在将详细描述形状元件以及它们作为框架的翼片旋转的方式。

在本实例中，如前所述，前翼片100具有围绕其桅杆310的一定程度的角度自由度。然而，可以看出，在另一实施例中，其可以通过缭绳或其它控件来控制。

无论风的进入角如何，前桅杆310相对于翼片100的空气动力学推进的中心的放置使得翼片停在顺时针或逆时针方向上的角度止动件上(取决于风进入侧)，如图3b、3c和3d所示。

如图5a所示，通过提供从前翼片100的最低形状元件110b突出的指形件114，可以提供下部角度止动件，所述指形件接合于在横杆330的上表面上布置成圆形扇形的喉部332中。

可以在前翼片的最高形状元件110a与斜桁340的滑动元件344的下表面之间提供类似的布置。

或者，可以通过在桅杆310与下部形状元件110b(分别是最高形状元件110a)之间作用，或甚至通过使用一端附接在最低形状元件110b的后区域中且另一端附接在横杆330上的升降索来提供前翼片100的角度摆动的限制。在此情况下，在最高形状元件110a与斜桁340的滑动元件344之间提供对应的布置。

根据另一变体，可以提供固定到横杆330的横向导轨，并且推车可以在其中沿循最低形成元件110b的后区域滑动，并且可以在翼型的上部区域中提供等效(或不同)的布置。

如上文所指示，后翼片200具有围绕其桅杆320旋转的自由度，但其角位置至少在其下部区域中被驱动，并且优选地也在其上部区域中被驱动以能够控制翼片的扭转。

而且，翼片200的角位置的控制也可以设置在其中间高度处的一个或多个位置处，以便能够以这种方式局部地调整其拱度。

在本实施例中，后翼片200的驱动是通过使用第一控制构件使其最低形成元件210b的角位置与横杆330相邻并且通过使用第二控制构件使其最高形成元件210a的角位置相对于与其相对的斜桁的滑动元件344相邻来进行的。

在横杆330附近并且如图9和10中特别示出的，此处使用汽缸510来驱动形状元件210b的角位置，其中汽缸主体安装成在固定到横杆330的板332上的水平平面中具有旋转自由度，并且其杆铰接地连接在围绕紧接横杆元件330上方的桅杆320安装的控制臂515的自由端处，并且旋转地固定到形状元件210b。

应理解，通过驱动汽缸510的长度，后翼片的基底的角位置被逐渐驱动，从而以一种方式从一侧或另一侧增大或减小翼型的拱度，这取决于风和导航条件。

为了驱动后翼片200的上部区域，此处提供了与第一汽缸大致对称布置的第二汽缸520。汽缸的本体安装成在与第一板332相对布置的板334上具有旋转自由度。汽缸520的杆铰接地安装在可枢转地安装在紧接横杆元件330下方的桅杆320的下端上的引导元件525上。此引导元件525制成单件并且形成相对于横杆大致布置在横向方向上的两个相对控制臂525a、525b，其中汽缸520的杆连接到第一控制臂525a的自由端。

两个引导升降索610、620附接在两个控制臂525a、525b的相应自由端的区域中。借助于适当的引导滑轮611、621，这些升降索在前桅杆310的内部朝向其顶部穿过，通过为升降索400设置的开口312从其中出来并且在那里连接到与元件525大致相同并且通过与所述形状元件旋转地固定而布置在斜桁340的滑动元件344与最高形状元件210a之间的第二引导元件530。

以这种方式，使用汽缸520并且从横杆的区域，有可能引导后翼型200的最高形状元件210a的角位置，以便以此方式选择性地产生后翼型的扭转并且以此方式逐渐改变前翼片100与后翼片200之间的翼型在其高度上的拱度。

为了允许借助于升降索610、620进行引导，无论斜桁340的滑动元件344的高度如何(意味着包含在收起时)，设置用于调整升降索610、620在其相应引导元件525、530上的其附接点之间的长度的机构。

在轻型翼型的情况下，此调整可以手动进行，例如借助于夹板在下部引导元件525附近进行。在较大尺寸系统中，设置有致动器，例如电动致动器，以在所述引导元件525的区中选择性地释放和保持升降索。

另外，汽缸510、520可以由适合于翼型系统的大小的任何其它解决方案代替。明确地说，对于大小适合轻型船舶的翼型，可以提供带有夹板的升降索系统，如果需要，可以没有前述引导元件或者不同地布置引导元件或杆。

如上文所指示，由刚性结构(桅杆310和320、横杆元件330，以及斜桁340的固定元件342)形成的组件可以通过转动前桅杆310本身而围绕船舶的轴线成角度地调整(微调/放松)。

在第一实施例中，此旋转可以借助于空心轴马达来实施，所述空心轴马达具有与其同轴地安装在桅杆310的基底处的减速齿轮(未示出)。

在第二实施例中，可以通过使用例如滑轮700(可能有凹口)等经由皮带(未示出)在其下部区域(参见图4和5)固定到桅杆310并且连接到命令机构(手动、电动、液压等)的传动装置在距桅杆一定距离处进行命令。

最后，特别是对于轻型扇形板式船舶或小型游艇，可以简单地提供缭绳和滑车，类似于传统主风帆的控制。接着在横杆元件330的后区域的区中进行捆扎。

在每种情况下，为了确保由两个桅杆310、320、横杆元件330以及斜桁340的固定元件342构成的刚性框架在此角度调整期间作为整体转动，元件330、342安装在前桅杆310上，以便与其旋转地固定。

总之，因此根据本发明提出了一种双翼片翼型，其允许自动(无需特定调整)受益于前翼片与后翼片之间的狭缝效应。

另外，可以借助于手动或通过马达控制的单个升降索极其容易地使根据本发明的翼型可落下和可收起。

更一般地说，翼型的操作(一般定向、拱度、拱度的变化)可以借助于致动器容易地驱动并且是自动的。

在这方面，可以将某一数量的传感器和机载计算中心与此翼型组合以实现此自动化。

明确地说，harken(pewaukee，wisconsinusa)提出了自动风帆控制系统，其可以由本领域技术人员适于根据本发明的翼型。

参考图12到14，现在将描述根据本发明的翼型的翼片的第二实施例。在此第二实施例中，每个翼片100、200通过可伸缩地嵌套一系列通常刚性的帆片型形状元件(分别为130、230)而制成，每个形状元件具有(见图13)底部(分别为131、231)的大致u形竖直区段和上升的周壁(分别为132、232)，其中每个元件略小于紧接在下方的元件，以便能够取决于所施加的应力而相对于其占据释放位置或其被封闭在里面的位置。可以考虑允许嵌套元件的其它竖直区段。

形状元件130的底部131各自具有开口133，前桅杆310延伸穿过所述开口。以相同的方式，形状元件230的底部231各自具有开口233，后桅杆320延伸穿过所述开口。优选地，这些开口设置有引导环或类似物，例如以类似于图8中关于第一实施例的形状元件所示的方式。以此方式，桅杆310、320用作用于相应帆片的引导件，以避免在其相互移动期间夹紧它们。

另外，未示出，两个相邻的帆片配备有止动构件(凸缘、边缘、指形件或其它)，以避免一个帆片与其它帆片完全分离。

在翼型的下部区域中，最低帆片130a、130b被固定成与横杆形成元件330垂直平移，而在翼型的上部区域中，最高的帆片130b、230b被固定成与斜桁340的滑动元件344垂直平移。

以这种方式，由升降索400造成的滑动元件344的位移用于从前翼型和后翼型吊起翼型与帆片，从而在此吊起期间逐渐向上展开。

通过反向移动完成下落，下落后的翼型的总高度基本上等于一个帆片的高度。

以与先前相同的方式，有可能通过将滑动元件344带到横杆330上方的中间高度来进行收帆。

由于后翼片200的扭转而看到的所实现的翼型的可变拱度在此处可以通过用半刚性材料制造帆片(从而允许帆片在其底部点与其顶部点之间具有一定程度的弹性变形)来实现。作为此布置的替代或补充，可以在一个帆片的基底与紧接在下方的帆片的开放上端之间提供一些游隙。

前翼片的下部帆片130b优选地具有在预设角度范围内的运动自由度，其方式与第一实施例中的前翼片100的最低形状元件110b相同。前翼片的上部盒130a也具有与第一实施例的前翼片100的最高形状元件110a相同的自由度。

同时，后翼片200的最低帆片230b和最高帆片230a以与第一实施例的后翼片200的相应最低形状元件210b和最高形状元件210a相同的方式被推动。

如图14所示，前桅杆310和后桅杆320优选地具有轻微的相互倾斜，以在前翼片与后翼片之间保持大致恒定的狭缝l的宽度，但翼片的横截面从下到上逐渐减小(在其伸缩结构中是固有的)。

在另一实施例中，一旦帆片从彼此释放或在释放移动的范围结束期间，可以提供用于帆片在短距离上水平平移的机构，以便至少大致对准前翼片的后边缘与后翼片的前边缘，以这种方式保持基本恒定的狭缝宽度。

根据又一实施例，可提供以下情况：翼片由一个或多个可部分地或整体充气的气密封套构成。通过这种方法，翼型可以在其位置加固以便使用。因此，形状元件110、210可以加以调适，例如通过肋状物约束相应的翼型区段，然后肋状物起到形状元件的作用。对于整体充气，形状元件由此不被密封，并且被设计成允许空气沿着翼片垂直通过。

当然，本发明决不限于上文描述并且在附图中示出的实施例；本领域技术人员将知道如何对其进行许多变化或修改。

明确地说，本领域技术人员将能够设想此处描述的各种实施例和变体的任何组合。

另外，根据先前描述的教导，本领域技术人员将知道如何根据相同的原理制造具有三个或更多个翼片的翼型。

根据另一变体，可提供以下情况：每个翼片或翼片中的一个(通常是后翼片)实现为若干部分，使得每个部分相对于附近部分的角度偏移用于特别是在后翼片的区中进行冲刷。

另外，根据本发明的具有两个翼片的一个翼型可以有利地配备任何类型的船舶：游艇、小艇或轻型多体船舶、赛艇、用于实现燃料节省的集装箱船舶、混合机动和风帆推进游轮等。