СУДОВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
SHIP WIND POWER PLANT

Изобретение относится к области парусного вооружения судов. Наиболее распространенным видом парусов являются «мягкие» паруса, выполненные из ткани или пластмассовой пленки. Присущие им недостатки в некоторой степени устранены в системе «жестких» парусов (крыльев), выполненных из металла, дерева или пластмассы в виде пластин большого удлинения с аэродинамическим профилем поперечного сечения. Одним из преимуществ жестких парусов являются более высокие аэродинамические характеристики, особенно при их использовании в группе (Г.С. Смирнов «Рожденные вихрем», стр. 168, Изд-во «Знание». М., 1982) в виде решетки. А размещение группы на поворотной платформе, установленной на палубе судна, серьезно упрощает управление парусами, вплоть до того, что группой может управлять один человек через соединенный с платформой автоматизированный привод (В. Крутиков «Ветроходы атомного века», Журнал «Знание-сила», стр. 12, апрель, 1982 г). Принцип управления жесткими парусами путем их установки под нужным углом к ветру (угол атаки) остается тем же, что и для мягких парусов. Данное техническое решение можно принять за прототип.
Имея ряд преимуществ перед мягкими парусами, жесткие паруса сохраняют их серьезный недостаток - они вызывают крен судна и его боковой снос, на что расходуется значительная часть отбираемой у атмосферы энергии. Иными словами, использование энергии атмосферы жесткими парусами, как и мягкими, оставляет желать большего.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении степени использования энергии атмосферы жесткими парусами.
Техническим результатом изобретения будет судовая ветроэнергетическая установка (СЭУ), обеспечивающая продольное движение, но не создающая крена и бокового сноса судна и обеспечивающая полезное использование сэкономленной на крене и сносе извлеченной из атмосферы энергии.
Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что в судовой ветроэнергетической установке, содержащей поворотную платформу с жесткими парусами и привод платформы с системой управления, жесткие паруса установлены на лентах продольными осями перпендикулярно плоскостям и хордами - под острыми углами к продольным осям лент, а сами ленты охватывают размещенные на платформе осями вращения горизонтально шкивы, механически соединенные с электрогенераторами.
На рис. 1 показана схема судовой ветроэнергетической установки. СЭУ состоит из группы жестких парусов - 1, установленных на ленте - 2 продольными осями перпендикулярно плоскости ленты, а хордами сечений - под одинаковым углом а к ее продольной оси. Лента замкнута в кольцо и охватывает шкивы - 3, установленные на поворотной платформе - 4 (рис. 4) со свободой вращения вокруг своих горизонтальных осей, при этом на замкнутой в кольцо ленте паруса нижнего ряда кажутся ориентированными хордами к продольной оси ленты под углом -а, если смотреть на ленту сверху, т.к оказываются противоположно направленными парусам верхнего ряда. Со шкивами -3 механически соединены электрогенераторы - 5. На платформе - 4 рядом с лентой - 2 параллельно ей и на одной с ней высоте относительно места установки ленты - 2 размещена лента - 6 с жесткими парусами - 7, установленными на ней продольными осями перпендикулярно ее плоскости, а хордами сечений - под одинаковым углом р к ее продольной оси.
Лента замкнута в кольцо и охватывает шкивы - 8, установленные на поворотной платформе - 4 со свободой вращения вокруг своих горизонтальных осей, при этом на замкнутой в кольцо ленте паруса нижнего ряда кажутся, как и в случае с лентой - 2, ориентированными хордами к продольной оси ленты - 6, если смотреть на ленту сверху, под углом - β, т.к оказываются противоположно направленными парусам верхнего ряда. Со шкивами - 8 механически соединены электрогенераторы - 9. На рис. 2 показан вид спереди на ленту - 6 с парусам и.- 7.
Платформа - 4 установлена на судне - 10 (рис. 4) со свободой вращения вокруг своей вертикальной оси и может быть механически соединена с приводом - 11, подключенным к системе автоматического управления - 12. В более простом случае роль привода платформы может играть традиционная система шкотов и полиспастов, управляемая вручную. В любом варианте задача привода заключается в выставке системы крыльев (жестких парусов) под нужным углом к ветру.
в
1
11
12
2
21
22
11
21
12
22
Работа СЭУ состоит в следующем. После выставки системы крыльев в нужное положение относительно ветра, например в показанное на рис. 1, при обдувании крыльев ленты-2 ветровым потоком со скоростью V под углом атаки α (-α в нижнем ряду) на каждом крыле, как известно из аэродинамики паруса (см. Ч. Махрай, Теория плавания под парусом, изд-во «Физкультура и спорт», 1963 г., стр. 127), а также из практики плаванья, развивается аэродинамическая сила P (рис. 3), направленная по нормали к профилю паруса, которую можно представить в виде векторной суммы силы Р (рис. 3), направленной перпендикулярно продольной оси ленты, и силы Р, направленной вдоль продольной оси ленты в верхнем ряде ленты На крыльях нижнего ряда ленты развиваются силы Р, которые также можно представить в виде векторной суммы сил Р и Р. При правильной установке системы парусов относительно ветра силы Р и Р направлены вдоль продольной оси судна, а силы P и Р ей перпендикулярно и противоположно друг другу, одна в сторону правого борта, другая - в сторону левого борта.
3
4
31,
32
41
42
Одновременно стекающий с крыльев ленты - 2 воздух обтекает крылья - 7 ленты - 6 под углом атаки β (-β в нижнем ряде), и на них развиваются аэродинамические силы Р на крыльях верхнего ряда и Р на крыльях нижнего ряда, которые также можно представить (рис. 3) как векторные суммы (РР) и (Р, Р). В соответствии с обычной практикой проектирования парусного вооружения углы атаки аир выбираются и конструкционно фиксируются при сборке установки на основании результатов экспериментальной продувки крыльев и из условия получения максимальных и одинаковых по модулю возникающих на крыльях аэродинамических сил при противоположно направленных движениях лент- 2 и 6.
11
21
31
41
12
22
32
42
31,
32
22
42
12
22
32
42
12
32
1
22
42
2
1
2
Силы P, Р, Р, Р создают тягу судна, а силы Р, Р, Р, Р на поведение судна не влияют, т.к. одинаковы по модулю, но за счет соответствующего выбора угла атаки β попарно (РР), (Р, Р) противоположны по направлению, следовательно сумма этих сил относительно судна (P+P+P+P)=0. Также попарно противоположны по направлению и по модулю создаваемые ими моменты крена: (P-P)l=0, (Р-Р)l=0, где l, l - расстояние от нижней точки днища судна до точки приложения соответствующей силы.
л
л
л
л
В отличие от обычного парусного вооружения, где боковые силы взаимно не уравновешены и вызывают крен и боковой снос судна, эти силы в предлагаемой СЭУ вызывают только линейное движение ленты - 2 и ленты - 6. Ленты движутся встречно: лента - 2 со скоростью верхнего ряда V„ и скоростью нижнего ряда - V, лента - 6 со скоростью верхнего ряда - V и скоростью нижнего ряда V. Ленты - 2 и 6 вращают шкивы -3  и 8, а через них - электрогенераторы - 5, 9. Электроэнергия, вырабатываемая генераторами, может быть накоплена в электроаккумуляторах и использована по различным назначениям, например, для питания привода - 11 и системы управления -12.
Таким образом, в предлагаемой СЭУ отбираемая у атмосферы энергия используется в более высокой степени и с большей пользой, чем в устройстве-прототипе. Кроме того ликвидируются крен и боковой снос, что повышает безопасность плавания и скорость судна.