(57)【要約】      （修正有）【課題】海洋推進システムの揺動する可動フォイルにおいて、フォイルが作動する領域で接近する局所的な流体の流れ方向および速度に依存する迎え角を調整できる揺動フォイル推進システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】可動フォイル２と、可動フォイル２に接続し、フォイル２のピッチ運動を制御するように構成されたピッチ機構５と、可動フォイル２に接続し、フォイル２のヒーブ運動を制御するように構成されたヒーブ機構６と、を備え、ピッチ機構５及びヒーブ機構６の少なくとも一方は、可動フォイル２のそれぞれの運動の振幅を調整するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動フォイル推進システム（１）であって、
・可動フォイル（２）と、
・前記可動フォイル（２）に接続し、前記フォイル（２）のピッチ運動を制御するように構成されたピッチ機構（５）と、
・前記可動フォイル（２）に接続し、前記フォイル（２）のヒーブ運動を制御するように構成されたヒーブ機構（６）と、を備え、
・前記ピッチ機構及び前記ヒーブ機構（５、６）の少なくとも一方は、前記可動フォイル（２）の前記それぞれの運動の振幅（A1(t)、A2(t)）を調整するように構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ピッチ機構（５）は、前記フォイル（２）の前記ピッチ運動のピッチ角（α(t)）を調整するように構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ピッチ機構（５）は、前記ピッチ運動の前記振幅（A1(t)）を、第１のピーク振幅（A1(t)）から実質的に異なるピーク振幅に変化させるように構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項４】
請求項３に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記実質的に異なるピーク振幅は、前記第１のピーク振幅（A1(t)）よりも５〜７０度だけ、好ましくは１０〜６０度だけ、大きいまたは小さい揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ピッチ機構（５）は前記フォイル（２）の前記ピッチ運動の周波数（f1(t)）を調整するよう更に構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ヒーブ機構（６）は前記フォイル（２）の前記ヒーブ運動のヒーブ量（h(t)）を調整するように構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項７】
請求項６に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ヒーブ機構（６）は、前記ヒーブ運動の前記振幅（A2(t)）を、第１のピーク振幅（A2(t)）から実質的に異なるピーク振幅（A2(t)）に変化させるように構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ヒーブ機構（６）は前記ヒーブ運動の周波数（f2(t)）を調整するよう更に構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ピッチ機構（５）及び前記ヒーブ機構（６）の少なくとも一方はクランク機構（８、１１）を備える揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項１０】
請求項９に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記クランク機構（８、１１）はクランクアーム（１６）を備え、
前記クランクアームは回転軸（１７、２３）の周りを回転可能であり、
前記クランクアーム（１６）は長さを調整可能であるか、または、前記クランクアーム（１６）に沿って可動な連結器を備える揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ピッチ機構（５）及び前記ヒーブ機構（６）の少なくとも一方は、油圧シリンダーを備え、及び／または、
前記ヒーブ機構（５）は、ラック及び可動なベースモジュールを備える揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記ピッチ機構（５）の少なくとも一部及び前記ヒーブ機構（６）の少なくとも一部は、船（６０）の船体（６１）内に収容されるように構成されており、
前記可動フォイル（２）は前記船（６０）の前記船体（６１）の外部に配置されるように構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
前記揺動フォイル推進システム（１）は部分的にアジマスハウジング内に収容されており、
コネクター（７）は前記アジマスハウジングの外部から前記ハウジングの内部に延在しており、
前記可動フォイル（２）は前記アジマスハウジングの外部に配置されるように構成されている揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
コンピュータで読み取り可能な媒体を更に備え、
該媒体には、コンピュータが実行可能な命令のセットが保存され、
該命令は、前記ピッチ機構（５）に関連するプロセッサにより、
・前記可動フォイルのピッチ角（α(t)）と、
・前記ピッチ運動の周波数（f2(t)）と、
・前記ピッチ運動の振幅（A1(t)）と、
を制御することを可能とした、揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の揺動フォイル推進システム（１）であって、
コンピュータで読み取り可能な媒体を更に備え、
該媒体には、コンピュータが実行可能な命令のセットが保存され、
該命令は、前記ヒーブ機構（６）に関連するプロセッサにより、
・前記可動フォイルのヒーブ量（h(t)）と、
・前記ヒーブ運動の周波数（f1(t)）と、
・前記ヒーブ運動の振幅（A2(t)）と、
を制御することを可能とした、揺動フォイル推進システム（１）。
【請求項１６】
海洋推進システム（１）の揺動する可動フォイル（２）の運動を制御する方法であって、
・前記可動フォイル（２）のピッチ運動の振幅（A1(t)）を変更して第１のピーク振幅から実質的に異なるピーク振幅に変化させる工程、及び／または、
・前記可動フォイル（２）のヒーブ運動の振幅（A2(t)）を変更して第１のピーク振幅から実質的に異なるピーク振幅に変化させる工程、を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
・少なくとも１個の入力を受信し、前記入力は、
・船（６０）のスピードと、
・前記可動フォイル（２）に関して局所的な流体の流れの方向と、
・前記可動フォイル（２）に関して局所的な流体の流れの速度と、
・前記船（６０）の所望の推力と、
のグループから選択される工程を更に含み、
・前記ピッチ運動の前記振幅（A1(t)）及び前記ヒーブ運動の前記振幅（A2(t)）の少なくとも一方を前記少なくとも１個の入力に基づいて変更する方法。
【請求項１８】
コンピュータで読み取り可能な媒体であって、
該媒体には、コンピュータが実行可能な命令のセットが保存され、
該命令は、可動フォイル（２）のピッチ運動を制御することが可能なピッチ機構（５）及び前記可動フォイル（２）のヒーブ運動を制御することが可能なヒーブ機構（６）と接続する計算装置（１５）により、
揺動フォイル推進システム（１）の前記フォイル（２）の前記ピッチ運動及び前記ヒーブ運動の少なくとも一方の振幅（A1(t)、A2(t)）を変更することを可能とした、読み取り可能な媒体。
【請求項１９】
請求項１８に記載のコンピュータで読み取り可能な媒体であって、
前記計算装置（１５）により、
・ピッチ角（α(t)）と、
・ヒーブ量（h(t)）と、
・前記ピッチ運動の周波数（f1(t)）と、
・前記ヒーブ運動の周波数（f2(t)）と、
・前記ピッチ運動の前記振幅（A1(t)）と、
・前記ヒーブ運動の前記振幅（A2(t)）と、
のうち少なくとも１つを変更させることが可能であって、
これらのパラメータは、
・船（６０）のスピードと、
・前記可動フォイル（２）に関して局所的な流体の流れの方向と、
・前記可動フォイル（２）に関して局所的な流体の流れの速度と、
・前記船（６０）の所望の推力と、
のうち少なくとも１つに依存する、コンピュータで読み取り可能な媒体。
【請求項２０】
請求項１６及び１７の少なくとも一項に記載の方法が実行されるよう構成されたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海洋推進システムに関し、特に、揺動フォイル推進システムに関する。本発明は更に、海洋推進システムの揺動する可動フォイルの運動を制御する方法に関する。更に、本発明は、コンピュータで実装可能な装置のセットが格納されたコンピュータ可読媒体に関する。加えて、本発明はコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体中で使用するための、多くの異なる海洋推進装置が知られている。それにより、船を推進しまたは船の舵をとることができる。一般的な推進システムには、例えば、付帯的パドルホイール、従来型スクリュープロペラ、ポット推進装置、垂直軸プロペラ、セイル、カイトセイルまたはフレットナーロータ、が含まれる。
【０００３】
現在、船、特にカーゴ船は、通常、推進のために少なくとも１個のスクリュープロペラが装備されている。プロペラの効率は一般的に約６０％−７０％である。従来型のスクリュープロペラの更なる最適化はより困難になってきており、それゆえに新型の推進装置が必要とされている。例えば、イルカやクジラの泳ぐ方法を真似た揺動するヒレ（以下、フィン）の動作による推力を出すものが挙げられる。かかる海洋動物の効率は７０％を超えると見積もられている。理論的なフィン推進は過去に広く研究され、新型のフィン推進システムにより、例えば、従来のプロペラと比較してより高い推進効率の達成が期待される。
【０００４】
特許文献１は、最も近い先行技術と考えられるが、そこには流体中でフォイルを揺動する装置が開示されている。この装置は、フォイルに接続された第１クランク機構及び第２クランク機構を備える。前記第１クランク機構及び前記第２クランク機構は、異なるクランクピンのオフセットを有し、機能的に接続して、駆動する際、前記第１クランク機構の回転速度が前記第２クランク機構の回転速度と等しくなるようにし、そして互いに逆位相である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国公開第２０１１／０２５５９７１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１クランク機構のクランクシャフトは、第１回転軸の周りを回転可能であり、前記第１回転軸に対して第１クランクピンのオフセットを有する。第２クランク機構のクランクシャフトは、第２回転軸の周りを回転可能であり、前記第２回転軸に対して第２クランクピンのオフセットを有する。第１クランクシャフト及び第２クランクシャフトの長さは、一定で、可変ではない。それゆえに、特許文献１による装置は、クランク機構の回転速度を調整することによって、フォイルのピッチ運動及びヒーブ運動のような正弦波の周波数の調整は可能であるが、ピッチ運動及びヒーブ運動のピーク振幅の調整を制御することはできない。例えば、フォイルが作動する領域で接近する局所的な流体の流れの方向及び速度に依存する迎え角を調整することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施態様は、揺動フォイル推進システムを提供することを目的とする。本発明の一実施態様は、海洋推進システムの揺動する可動フォイルの運動を制御する方法を提供することを更に目的とする。
【０００８】
一実施態様によると、海洋推進システムが記述されており、それにより船が推進できる。一実施態様によると、推進装置が更に記述され、クジラやイルカのような動物のヒレの動作の様相が実施され、推進システムに必要な運動が制御および調整可能である。
【０００９】
これら及び他の目的は、後述及び請求項で記述されるように、本発明により実現される。すなわち、発明は、可動フォイルと、可動フォイルに接続し、フォイルのピッチ運動を制御するように構成されたピッチ機構と、可動フォイルに接続し、フォイルのヒーブ運動を制御するように構成されたヒーブ機構と、を備える揺動フォイル推進システムに係る。ピッチ機構及びヒーブ機構の少なくとも一方は、可動フォイルのそれぞれの運動の振幅を調整するように構成されている。
【００１０】
ピッチ機構は、フォイルのピッチ運動のピッチ角を調整するように構成される。ピッチ機構は、ピッチ運動の振幅を、第１のピーク振幅から実質的に異なるピーク振幅に変化させるように構成される。好ましくは、実質的に異なるピーク振幅は、第１のピーク振幅よりも５〜７０度だけ、大きいまたは小さい。より好ましくは、１０〜６０度大きいまたは小さい。好ましくは、ピッチ機構はフォイルのピッチ運動の周波数を調整するよう更に構成される。
【００１１】
ヒーブ機構はフォイルのヒーブ運動のヒーブ量を調整するよう構成される。ヒーブ機構は、ヒーブ運動の振幅を、第１のピーク振幅から実質的に異なるピーク振幅に変化させるように構成される。好ましくは、ヒーブ機構はヒーブ運動の周波数を調整するよう更に構成される。
【００１２】
好ましくは、ピッチ機構及びヒーブ機構の少なくとも一方はクランク機構を備え、ピッチ運動及び／またはヒーブ運動の振幅を制御する。好ましくは、クランク機構はクランクアームを備え、クランクアームは回転軸の周りを回転可能であり、クランクアームは長さを調整可能である。その他の方法では、好ましくは、クランク機構は、クランクアームを備え、クランクアームは回転軸の周りを回転可能であり、更にクランクアームに沿って可動な連結器を備える。好ましくは、クランク機構の連結器は、回転軸から調整可能な距離に設置されるクランクピンを備える。好ましくは、ピッチ機構はピッチロッドを有するクランク機構を備える。そしてピッチロッドはピッチ機構の連結器に接続する。好ましくは、ヒーブ機構はヒーブロッドを有するクランク機構を備える。そしてヒーブロッドはヒーブ機構の連結器に接続する。その他の方法では、好ましくは、ピッチ機構及びヒーブ機構の少なくとも一方はクランク機構に代えて油圧シリンダーを備え、ピッチ運動及び／またはヒーブ運動の振幅を制御する。好ましくは、ピッチ運動及びヒーブ運動の振幅はラック及びベースモジュールの組立により制御することもでき、ベースモジュールはラックに沿って直線的に可動であり、少なくとも１個の可動フォイルはベースモジュールに接続する。
【００１３】
好ましくは、ピッチ機構はピッチスライダーを備え、ピッチスラーダーはピッチ機構のクランク機構に接続し、ピッチスライダーは直線的に可動である。好ましくは、ヒーブ機構はヒーブスライダーを備え、ヒーブスライダーはヒーブ機構のクランク機構に接続し、ヒーブスライダーは直線的に可動である。好ましくは、ピッチ機構及びヒーブ機構の少なくとも一方は、ピニオンを備えるカムを少なくとも１個備えるコネクターにより、可動フォイルに接続する。そして、前記ピッチ機構及び／または前記ヒーブ機構の各ピッチスライダーまたはヒーブスライダーはラックピニオンを備える。そして、カムのピニオンは前記ラックピニオンと連結する。他の方法では、好ましくは、ピッチ機構及びヒーブ機構は、クランク機構を備える少なくとも１個のコネクターにより、可動フォイルに接続する。そして、コネクターのクランク機構は、ピッチスライダーと、ヒーブスライダーと、可動フォイルと、に連結する。
【００１４】
好ましくは、ピッチ機構の少なくとも一部及びヒーブ機構の少なくとも一部は、船体内に収容されるように構成される。可動フォイルは船体外部に配置されるように構成されている。他の方法では、揺動フォイル推進システムは部分的にアジマスハウジング内に収容される。そして、コネクターはアジマスハウジングの外部からハウジングの内部に延在する。
【００１５】
好ましくは、揺動フォイル推進システムは、コンピュータで読み取り可能な媒体を更に備え、この媒体にはコンピュータが実行可能な命令のセットが保存され、ピッチ機構に関連するプロセッサにより、可動フォイルのピッチ角と、ピッチ運動の周波数と、ピッチ運動の振幅と、を制御することを可能とする。加えて、好ましくは、揺動フォイル推進システムは、コンピュータで読み取り可能な媒体を更に備え、この媒体には、コンピュータが実行可能な命令のセットが保存され、ヒーブ機構に関連するプロセッサにより、可動フォイルのヒーブ量と、ヒーブ運動の周波数と、ヒーブ運動の振幅と、を制御することを可能とする。
【００１６】
本発明は更に、海洋推進システムの揺動する可動フォイルの運動を制御する方法に関し、可動フォイルのピッチ運動の振幅を変更して第１のピーク振幅から実質的に異なるピーク振幅に変化させる工程、及び／または、可動フォイルのヒーブ運動の振幅を変更して第１のピーク振幅から実質的に異なるピーク振幅に変化させる工程、を含む。
【００１７】
好ましくは、この方法は、少なくとも１個の入力を受信し、前記入力は、船のスピードと、可動フォイルに関して局所的な流体の流れの方向と、可動フォイルに関して局所的な流体の流れの速度と、船の所望の推力と、のグループから選択され、ピッチ運動の振幅及びヒーブ運動の振幅の少なくとも一方を前記少なくとも１個の入力に基づいて変更することを更に含む。
【００１８】
本発明はこの上更に、コンピュータで読み取り可能な媒体に関し、この媒体にはコンピュータが実行可能な命令のセットが保存され、可動フォイルのピッチ運動を制御することが可能なピッチ機構及び可動フォイルのヒーブ運動を制御することが可能なヒーブ機構に関連する計算装置により、揺動フォイル推進システムのフォイルのピッチ運動及びヒーブ運動の少なくとも一方の振幅を変更することを可能とする。
【００１９】
好ましくは、コンピュータで読み取り可能な媒体は、計算装置に、ピッチ角と、ヒーブ量と、ピッチ運動の周波数と、ヒーブ運動の周波数と、ピッチ運動の振幅と、ヒーブ運動の振幅と、のうち少なくとも１つを変更させることが可能である。これらは、船のスピードと、可動フォイルに関して局所的な流体の流れの方向と、可動フォイルに関して局所的な流体の流れの速度と、船の所望の推力と、のうち少なくとも１つに依存する。
【００２０】
加えて、本発明は、請求項１６及び１７の少なくとも一項に記載の方法が実行されるよう構成されたコンピュータプログラムに関する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により多くの利点が得られる。船は、例えば、カーゴ船または客船は、本発明による推進システムによる推進システムによって推進できる。推進システムは、例えばクジラやイルカのような、動物の動作の様相を実行し、前記少なくとも１個のフォイルに必要な運動はより自然で、継続的に制御可能で、パラメータの修正により調整可能である。そのようなパラメータには、ピッチ角と、ヒーブ量と、ヒーブ運動の周波数と、ピッチ運動の周波数と、ヒーブ運動の振幅と、ピッチ運動の振幅と、ピッチとヒーブとの間の位相差と、が含まれる。フォイルの運動は、フォイルのピッチ運動の振幅及び／またはヒーブ運動の振幅の調整を制御することで最適化することができる。これらは、例えば、船のスピード、局所的な流体の流れの方向、局所的な流体の流れの速度、及び／または、所望の推力に依存する。
【００２２】
本発明には本質的に先行技術を超えてフォイルの推進効率を改良する。推進効率の改善により船の燃料消費が抑制され、それゆえに排出の低減と同様に、より長い最大範囲を航海できるようになる。別の利点は、燃料タンクの容積を縮小できる可能性があることである。これにより、船内の積載に有効に使えるスペースが増える。上述の利点と組み合わせると、すなわち、燃料消費の低減及び燃料タンクの容積の縮小がまた可能である。
【００２３】
加えて、本発明の実施形態による推進システムの模擬試験により、５０％〜７０％あるいはそれ以上の推進効率が達成され得ることが示唆された。この値は、従来型のプロペラの効率の範囲またはそれよりも十分に大きい値である。前記少なくとも１個のフォイルの接液推進表面は、領域負荷を低減する従来型のプロペラの面積よりも大きくなり得る。推進システムは本質的には、有利な揚力係数及び抗力係数を達成するために、大きな横縦比を有するいわゆる水平に位置付けされたフォイルに適している。その上、本発明による推進システムは、例えば、内陸航行船のような、船脚が制限されている船に適している。ハイドロフォイルは更にノイズと振動を低減する。
【００２４】
その上更に、本発明の一実施形態による推進システムは船の外部の垂直方向に配置された接続ロッドは備えない。垂直接続ロッドが無い状態で、推進システムの強度と安定性は、先行技術を超えて改善され得る。前記少なくとも１個のコネクターの適用により、これは本質的に垂直方向に配置されていないが、別の対象とコネクターとが衝突する場面での衝撃力を最小限にできる。これにより、推進システムにダメージを与えるリスクまたは全システムが故障するリスクが低減され、それゆえに、先行技術を超えて作動中の船の安全性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の具体的な実施形態及び利点をより徹底して理解するために、添付図面と併せて取り入れられる参照が以下の説明に付される。図面について：
【図１】本発明の第１の実施形態に係る推進システムを示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る推進システムを示す概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る推進システムのピッチ機構またはヒーブ機構のクランク機構を示す概略図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る推進システムを示す概略図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る２つの推進システムが装備された船の一部を示す概略図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示す概略図である。ピッチ運動及びヒーブ運動の振幅が減少している。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示す概略図である。ヒーブ運動の振幅が増加している。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示す概略図である。ピッチ運動の振幅が減少している。
【図９】本発明の第９の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示す概略図である。フォイルは負荷が大きい状態である。
【図１０】本発明の第１０の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示す概略図である。フォイルの負荷が比較的小さい。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２６】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る推進システム１の概略図を示す。推進システム１は、本体４の外部の流体３中に配置された可動フォイル２を備える。システム１は、フォイル２の翼弦線ｃ及び水平面（ＨＰ）がなすピッチ角α(t)と、可動フォイル２のピッチ運動の周波数f1(t)と、ピッチ運動の振幅A1(t)と、を調整するためのピッチ機構５を更に備える。また、システム１は、可動フォイルの垂直方向におけるヒーブ量h(t)と、可動フォイル２のヒーブ運動の周波数f2(t)と、ヒーブ運動の振幅A2(t)と、を調整するためのヒーブ機構６を備える。ピッチ機構及びヒーブ機構５、６は本体４の内部に配置される。コネクター７は本体４の外部から本体４の内部に延在し、ピッチ機構５と、ヒーブ機構６と、可動フォイル２と、に接続され相互作用を可能とする。可動フォイルは対称性のある外形を有してもよく、または非対称の外形を有してもよい。好ましくは、可動フォイル２の横縦比は、２または３よりも大きく、更により好ましくは、可動フォイル２の有利な揚力係数を得るために４または５よりも大きい。可動フォイル２は、いわゆるエンドプレートまたはウィングレットを更に装着してもよい。システム１は、ピッチ角α(t)と、ヒーブ量h(t)と、ピッチ運動の周波数f1(t)と、ヒーブ運動の周波数f2(t)と、ピッチ運動の振幅A1(t)と、ヒーブ運動の振幅A2(t)と、ピッチ及びヒーブの位相差ΔP(t)と、のうち少なくとも１つの修正変更を可能とする。最大ピッチ角α(t)、すなわち可動フォイル２のピーク振幅A1(t)、は典型的には、水平面ＨＰから＋７０度〜−７０度の間の範囲にある。他の実施形態は、前記少なくとも１つのフォイル２の他の最大ピッチ角α(t)が、例えば、＋６０度〜−６０度、＋４５度〜−４５度、＋３５度〜−３５度またはその他のピッチ角α(t)であってもよい。フォイル２の最大の正のピッチ角及び負のピッチ角α(t)は更に等しくてもよく、または異なっていてもよい。ピッチ運動の最大周波数f1(t)及びヒーブ運動の最大周波数f2(t)は典型的には３ヘルツより小さい。
【００２７】
図２に、本発明の第２の実施形態に係る推進システム１の概略図を示す。推進システム１は可動フォイル２を備え、該可動フォイル２は本体４の外部の流体３中に配置されている。システム１は、可動フォイル２のピッチ角α(t)、ピッチ運動の周波数f1(t)及びピッチ運動の振幅A1(t)を調整するためのピッチ機構５と、可動フォイル２のヒーブ量h(t)、ヒーブ運動の周波数f2(t)及びヒーブ運動の振幅A2(t)を調整するためのヒーブ機構６と、を更に備える。ピッチ機構及びヒーブ機構５、６は本体４の内部に配置される。ピッチ機構５は第１クランク機構８と、片側が第１クランク機構８と接続する可動なピッチスライダー９と、ピッチスライダー９に接続され、またはピッチスライダー９上に設置され、またはピッチスライダー９の部分に一体形成されているラックピニオン１０と、を備える。ヒーブ機構６は、第２クランク機構１１と、片側が第２クランク機構１１と接続する可動なヒーブスライダー１２と、ヒーブスライダー１２に接続され、またはヒーブスライダー１２上に設置され、またはヒーブスライダー１２の部分に一体形成されているラックピニオン１０と、を備える。コネクター７は更に本体４の外部から本体４の内部に延在する。コネクター７は本体４の内部に２つの別々のカム１３を備え、それぞれのカム１３はピニオン１４を備え、ピニオン１４は、ピッチ機構５の可動なピッチスライダー９のラックピニオン１０と、ヒーブ機構６の可動なヒーブスライダー１２のラックピニオン１０とに、それぞれ連結され相互作用を可能とする。コネクター７は本体４の外部で可動フォイル２に接続され相互作用を可能とする。コネクター７はヒーブ運動を伝達するために中空が形成されていてもよく、ピッチ運動の調整のための機構をコネクター７の内部に配置することができる。システム１は、コンピュータで読み取り可能な媒体を更に備え、この媒体にはコンピュータが実行可能な命令のセットが保存され、ピッチ機構及び／またはヒーブ機構に関連するプロセッサにより、ピッチ角α(t)と、ヒーブ量h(t)と、ヒーブ運動の周波数f1(t)と、ピッチ運動の周波数f2(t)と、ヒーブ運動の振幅A1(t)と、ピッチ運動の振幅A2(t)と、ピッチ及びヒーブの位相差ΔP(t)と、を制御可能とする。システムはセンサーまたは測定器を更に備えてもよく、例えば、ピッチ角α(t)、ヒーブ量h(t)、ヒーブ運動の周波数f1(t)、ピッチ運動の周波数f2(t)、ヒーブ運動の振幅A1(t)、ピッチ運動の振幅A2(t)またはフォイルが作動する領域における局所的な流体の流速等のパラメータを測定する。推進システム１は本質的にいわゆる水平に位置付けされたフォイルに適している。
【００２８】
図３に、本発明の第３の実施形態に係る推進システム１のピッチ機構またはヒーブ機構５、６のクランク機構８、１１の概略図を示す。少なくとも１個の電源により、この電源は図３では不図示であるが、第１クランク機構または第２クランク機構８、１１に回転力が供給され、この回転力は、第１回転軸１７または第４回転軸２３の周りをそれぞれ回転可能である回転するクランクアーム１６に伝達される。クランクアーム１６は、第１クランクピン１８または第３クランクピン２６をそれぞれ有し、それぞれ回転するクランクアーム１６の縦方向に直線的に可動である。第１クランクピン１８は第２回転軸１９に、第３クランクピン２６は第５回転軸２４に、それぞれ対応する。ピッチロッド２０は一端が前記第１クランクピン１８に第２回転軸１９の周りで回転可能に、またはヒーブロッド３０は一端が前記第３クランクピン２６に第５回転軸２４の周りで回転可能に、それぞれ接続される。ピッチスライダー９は一端が第２クランクピン２１に第３回転軸２２の周りで回転可能に、またはヒーブスライダー１２は一端が第４クランクピン２７に第６回転軸２５の周りで回転可能に、それぞれ接続される。先行技術とは反対に、クランクアーム１６の第１回転軸１７または第４回転軸２３の周りの回転に加えて、アクチュエータにより、第１クランクピン１８または第３クランクピン２６の位置を第１回転軸１７または第４回転軸２３に対して直線的に調整することが可能である。換言すれば、先行技術とは反対に、第１回転軸１７または第４回転軸２３に対する第２回転軸１９または第５回転軸２４の回転半径r(t)を調整することが可能である。すなわち、クランク機構８、１１の補助により、ピッチ運動の振幅A1(t)またはヒーブ運動の振幅A2(t)を制御することが可能である。第２回転軸１７の回転半径r(t)が小さいことは、ピッチ運動の振幅A1(t)が小さいこと同等であり、第５回転軸２４の回転半径r(t)が小さいことは、ヒーブ運動の振幅A2(t)が小さいことと同等である。その逆もまた同様である。ピッチ運動の周波数f1(t)及びヒーブ運動の周波数f2(t)は、クランク機構８、１１のクランクアーム１６の回転速度を調整することによって変更することが可能である。
【００２９】
図４に、本発明の第４の実施形態に係る推進システム１の概略図を示す。推進システム１は可動フォイル２を備え、該可動フォイル２は本体４の外部の流体３中に配置されている。システム１は、フォイル２のピッチ角α(t)、ピッチ運動の周波数f1(t)及びピッチ運動の振幅A1(t)を調整するためのピッチ機構５と、フォイル２のヒーブ量h(t)、ヒーブ運動の周波数f2(t)及びヒーブ運動の振幅A2(t)を調整するためのヒーブ機構６と、を更に備える。ピッチ機構及びヒーブ機構５、６は本体４の内部に配置され、各機構はクランク機構８、１１を備える。ピッチ機構５の第１クランク機構８はピッチ運動の動作を可能にし、ヒーブ機構６の第２クランク機構１１はヒーブ運動の動作を可能にする。ヒーブ機構６の第５回転軸２４を第４回転軸２３の周りに回転すると共に、ピッチ機構５の第２回転軸１９を第１回転軸１７の周りに回転すると、フォイル２のピッチ運動とヒーブ運動を同時に行うことができる。ピッチ機構及びヒーブ機構５、６のクランク機構８、１１は互いに逆位相である。ピッチ運動及びヒーブ運動の位相角はクランクアーム１６の角度差ΔP(t)により調整される。第１クランク機構８のクランクアーム１６の回転により、第１クランクピン１８、ピッチロッド２０及び第２クランクピン２１を介してピッチスライダー９の直線的に動作することができる。第２クランク機構１１のクランクアーム１６の回転により、第３クランクピン２６、ヒーブロッド３０及び第４クランクピン２７を介してヒーブスライダー１２の直線的に動作することができる。両スライダー９、１２はスライドベアリング２８、２９によって補助される。ピッチスライダー９は更に下部ピッチロッド３１に第５ピン３３を介して第７回転軸３２の周りに回転可能に接続され、ヒーブスライダー１２は下部ヒーブロッド３４に第６ピン３６を介して第８回転軸３５の周りに回転可能に接続される。加えて、コネクター７は本体４の外部から本体４の内部に延在する。コネクター７は第３クランク機構を備え、ピッチレバー３７を介してピッチ機構５の下部ピッチロッド３１と、ヒーブレバー４６を介してヒーブ機構６の下部ヒーブロッド３４と、ハイドロフォイルクランク４７を介してフォイル２と、に接続され相互作用を可能とする。第３クランク機構のピッチレバー３７は下部ピッチロッド３１の一端に第７ピン３９を介して第９回転軸３８の周りに回転可能に接続され、ピッチクランク４０の一端に第８ピン４２を介して第１０回転軸４１の周りに回転可能に接続される。第３クランク機構のピッチクランク４０はヒーブ接続ロッド４３に第９ピン４５を介して第１１回転軸４４の周りに回転可能に更に接続される。ヒーブ接続ロッド４３はヒーブクランク４８に第１０ピン５０を介して第１２回転軸４９の周りに回転可能に接続される。ヒーブクランク４８は接続ロッド７に第１１ピン５２を介して第１３回転軸５１の周りに回転可能に接続される。また、第３クランク機構はヒーブレバー４６を備え、該ヒーブレバー４６は第１１ピン５２を介して接続ロッド７に回転可能に接続される。ヒーブレバー４６の他側は下部ヒーブロッド３４に第１２ピン５４を介して第１４回転軸５３の周りに回転可能に接続される。加えて、ヒーブクランク４８���また第１０ピン５０を介してハイドロフォイル接続ロッド５５に回転可能に接続される。ハイドロフォイル接続ロッド５５はハイドロフォイルクランク４７に第１３ピン５７を介して第１５回転軸５６の周りに回転可能に接続される。そしてハイドロフォイルクランク４７はフォイル２に第１４ピン５９を介して第１６回転軸５８の周りに回転可能に接続される。推進システム１は本質的にいわゆる水平に位置付けされたフォイルに適している。
【００３０】
本発明のその他の実施形態によると、ピッチ機構５はクランク機構８に代えて、２個以上の油圧シリンダーを備えてもよい。また、ヒーブ機構６はクランク機構１１に代えて２個以上の油圧シリンダーを備えてもよい。油圧シリンダーは、ピッチ角α(t)と、ピッチ運動の周波数f1(t)と、ピッチ運動の振幅A1(t)と、及び／または、ヒーブ量h(t)と、ヒーブ運動の周波数f2(t)と、ヒーブ運動の振幅A2(t)と、を制御するように構成されている。本発明の更なる実施形態によると、少なくとも１個のラックが固定される方法で船６０の船体６１の船尾に取り付けられてもよい。そして、ベースモジュールは、ラックに沿って垂直方向に可動で、可動フォイル２のヒーブ量h(t)と、ヒーブ運動の周波数f2(t) と、ヒーブ運動の振幅A2(t)と、を制御するように構成されたものであり、ラックに接続される。この場合、少なくとも１個の可動フォイル２はベースモジュールに更に接続される。好ましくは、１個の可動フォイル２は可動なベースモジュールの右舷側で接続され、１個の可動フォイル２は可動なベースモジュールの左舷で接続される。可動なベースモジュールは、好ましくは、可動フォイル２のピッチ角α(t)と、ピッチ運動の周波数f1(t)と、ピッチ運動の振幅A1(t)と、を制御するように構成されたピッチ機構５を備えてもよい。本発明の別の実施形態によると、ピッチ機構及びヒーブ機構は、また、例えば、本質的に垂直方向に配置され、一端がクランク機構または油圧シリンダーに、同様に他端が可動フォイル２に、接続された接続ロッドを備えてもよい。そして、接続ロッドは船６０の外部から船６０の船体６１の内部に延在し、必要な動作を可動フォイル２に伝達する。接続ロッドは好ましくは推進システム１の抵抗を低減するために、流線形の筺体に配置されてもよい。
【００３１】
図５に、本発明の第５の実施形態に係る２つの推進システム１が装備された船６０の一部の概略図を示す。推進システム１はそれぞれ、船６０の外部の流体３中に配置されている２個の可動フォイル２を備える。フォイル２のピッチ機構及びヒーブ機構５、６は、図４には示していないが、本体４の内部に配置されている。コネクター７は本体４の外部から本体４の内部に延在し、それぞれピッチ機構５と、ヒーブ機構６と、フォイル２と、に接続される。コネクター７が船体６１の外部から船体６１の内部に延在する位置にそれぞれのコネクター７に対して一つのシールのみが必要である。２つの推進システム１は、１個以上の計算機器１５によって、そこに保存された実行される目的のコンピュータアルゴリズムで制御されてもよい。フォイルが作動する領域における局所的な流体の横断方向への流れは特に航海速度と、船体形状と、船６０のコネクター７の形状とに依存している。本発明のその他の実施形態によると、ピッチ機構及びヒーブ機構５、６は、冠水したアジマスハウジングの内部に配置してもよく、該アジマスハウジングはステアリングモジュールに接続され、該ステアリングモジュールは船６０の船体６１に据え付けされるものである。このような推進システム１の補助により、所望の推力を任意の方向に向けることが可能である。換言すれば、本質的に水平面で３６０度回転できる、このような推進システム１はまた船６０の舵を取るのにも使用できる。
【００３２】
図６に、本発明の第６の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示すダイアグラムを示す。このダイアグラムは、速度ゼロから所望の航海速度までの船の加速を示している。ピッチ運動のピーク振幅A1(t)及びヒーブ運動のピーク振幅A2(t)は、発進した後、所望の船の航海速度に達するまで、連続的または段階的に減少する。システムは、ピッチ角α(t)及びヒーブ量h(t)が第１の範囲から第２の範囲までの振動の範囲を変化するように構成される。発進時、フォイルが作動する領域で局所的な流体の流れを生成するために、特別大きなヒーブの振幅A1(t)が必要である。船の航海速度を上げると、フォイルが作動する領域で接近する局所的な流体の流れが、やや垂直な方向から更に水平な方向に変化する。従って、連続的または段階的にピッチ運動のピーク振幅A1(t)を減少させることが、十分な迎え角を得るためには有利である。所望の航海速度に達すると、前記少なくとも1個のフォイルが制御され、ピッチ角関数α(t)のような正弦波のピーク振幅A1(t)及びヒーブ量関数h(t)のような正弦波のピーク振幅A2(t)が一定となる。先行技術とは反対に、船の加速中、所定の迎え角で、フォイルの作動領域における局所的な流体の流れの方向及び速度が変化することにより、推進システムの推力及び効率を改善する効果が得られると考えられる。ピッチ運動のピーク振幅A1(t)及びヒーブ運動のピーク振幅A2(t)は好ましくは連続的に制御され、最適な推力が得られ、可動フォイルの失速を回避するために迎え角の最大値が迎え角の臨界値より小さくなる。図６では、ピッチ運動のピーク振幅A1(t)及びヒーブ運動のピーク振幅A2(t)は船の速度に依存して連続的に制御される。
【００３３】
図７に、本発明の第７の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示すダイアグラムを示す。図７では、ヒーブ運動のピーク振幅A2(t)が増加している。推進システムの作動中、ピッチ運動のピーク振幅A1(t)は一定であるが、その一方で、前記少なくとも１個のフォイルの領域負荷を増加するためにヒーブ運動のピーク振幅A2(t)を増加させる。システムはヒーブ量h(t)が第１の範囲から第２の範囲までの振動の範囲を変化するように構成される。第１の範囲は、例えば、＋０．５ｍ〜−０．５ｍの間のヒーブ量とすることができる。第２の範囲は、例えば、＋０．８ｍ〜−０．８ｍの間のヒーブ量、１．２ｍ〜−１．２ｍの間のヒーブ量またはその他の範囲のヒーブ量とすることができる。図７では、ヒーブ運動のピーク振幅A2(t)は一時的な所望の推力に依存して制御される。
【００３４】
図８に、本発明の第８の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示すダイアグラムを示す。図８では、ピッチ運動のピーク振幅A1(t)が減少している。推進システムの作動中、ヒーブ運動のピーク振幅A2(t)は一定であるが、その一方で、推進システムの前記少なくとも１個のフォイルの迎え角を最適にするために、ピッチ運動のピーク振幅A1(t)を減少させる。システムはピッチ角α(t)が第１の範囲から第２の範囲までの振動の範囲を変化するように構成される。第１の範囲は、例えば、＋７０度〜−７０度の間の角度とすることができる。第２の範囲は、例えば、＋３０度〜−３０度の間の角度またはその他の角度とすることができる。図８では、ピッチ運動のピーク振幅A1(t)はフォイルが作動する領域における局所的な流体の流れの方向及び速度に依存して連続的に制御される。
【００３５】
図９に、本発明の第９の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示すダイアグラムを示す。図９では、可動フォイルは負荷が大きい状態である。作動中、ヒーブ運動のピーク振幅A2(t)は一定であり、システムが取り得る最大値である。ピッチ運動のピーク振幅A1(t)もまた作動中一定であるが、しかし十分な迎え角を得るためにシステムが取り得る最大値にはなっていない。
【００３６】
図１０に、本発明の第１０の実施形態に係る推進システムのピッチ運動及びヒーブ運動に関して、時間−角度／垂直位置の関係を示すダイアグラムを示す。図１０では、可動フォイルの領域負荷は比較的小さい。ピッチ運動及びヒーブ運動のピーク振幅A1(t)、A2(t)は作動中一定であるが、システムが取り得る最大値ではない。ヒーブ量h(t)を増加させることでフォイルの領域負荷を増加することができる。ピッチ運動のピーク振幅A1(t)はフォイルが作動する領域で接近する局所的な流体の流れの方向及び速度に依存している。迎え角が小さいほど更に領域負荷を低減できる。
【００３７】
図示の目的のために本発明を詳細に説明したが、請求項の範囲内で多様な変形例及び変更例を構成することが可能である。加えて、可能な範囲で、任意の実施形態の１つ以上の構成を他の任意の実施形態の１つ以上の構成と組み合わせてもよいということは、言うまでもなく本開示により予定されていることである。
【００３８】
言うまでもなく、開示された発明の実施形態は、細書で開示される具体的な構造、プロセス工程または本明物質に制限されず、まさに関連する技術分野における当業者が理解できるような同等の実施形態に拡張される。また、言うまでもなく、本明細書で使用される用語は具体的な実施形態を説明する目的で使用されるのみであって、何かを制限することを意図したものではない。
【００３９】
ピッチ角α(t)、ヒーブ量h(t)、ピッチ運動の周波数f1(t)、ヒーブ運動の周波数f2(t)、ピッチ運動の振幅A1(t)、ヒーブ運動の振幅A2(t)、ピッチとヒーブと間の位相差ΔP(t) 及び径r(t) は、時間の関数である。
【００４０】
一般に、鉛直方向は水平方向及び横断方向と直角をなす方向として定義される。水平方向は横断方向と直角をなす方向として更に定義される。水平方向及び横断方向は水平面を形成する。上記の方向のうちの１つ方向に、少なくとも１つの回転軸の周りに回転することにより、他の２つの方向に回転することができる。上述した実施形態の詳細の説明の意義の範囲内で前記少なくとも１つの回転軸の周りに水平面が回転できるのと同様である。
【符号の説明】
【００４１】
１  推進システム
２  フォイル
３  流体
４  本体
５  ピッチ機構
６  ヒーブ機構
７  コネクター
８  第１クランク機構
９  ピッチスライダー
１０  ラックピニオン
１１  第２クランク機構
１２  ヒーブスライダー
１３  カム
１４  ピニオン
１５  計算機器
１６  クランクアーム
１７  第１回転軸
１８  第１クランクピン
１９  第２回転軸
２０  ピッチロッド
２１  第２クランクピン
２２  第３回転軸
２３  第４回転軸
２４  第５回転軸
２５  第６回転軸
２６  第３クランクピン
２７  第４クランクピン
２８  スライドベアリング
２９  スライドベアリング
３０  ヒーブロッド
３１  下部ピッチロッド
３２  第７回転軸
３３  第５ピン
３４  下部ヒーブロッド
３５  第８回転軸
３６  第６ピン
３７  ピッチレバー
３８  第９回転軸
３９  第７ピン
４０  ピッチクランク
４１  第１０回転軸
４２  第８ピン
４３  ヒーブ接続ロッド
４４  第１１回転軸
４５  第９ピン
４６  ヒーブレバー
４７  ハイドロフォイルクランク
４８  ヒーブクランク
４９  第１２回転軸
５０  第１０ピン
５１  第１３回転軸
５２  第１１ピン
５３  第１４回転軸
５４  第１２ピン
５５  ハイドロフォイル接続ロッド
５６  第１５回転軸
５７  第１３ピン
５８  第１６回転軸
５９  第１４ピン
６０  船
６１  船体
A1(t)  ピッチ運動の振幅
A2(t)  ヒーブ運動の振幅
C  翼弦線
f1(t)  ピッチ運動の周波数
f2(t)  ヒーブ運動の周波数
h(t)  ヒーブ量
HP  水平面
r(t)  回転半径
t  時間
α(t)  ピッチ角
ΔP(t)  位相差
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015217940.tif 000012
【外国語明細書】
2015217940000001.pdf