УСТРОЙСТВО ЗАПУСКА И ВОЗВРАЩЕНИЯ ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАННОГО ЭЛЕМЕНТА И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОФИЛИРОВАННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
DEVICE TO START AND RETURN AERODYNAMIC SHAPED ELEMENT AND AERODYNAMIC SHAPED ELEMENT

Изобретение касается аэродинамического профилированного элемента для вырабатывания энергии посредством тягового усилия, в частности для приведения в движение водных транспортных средств, содержащего:
- верхний гибкий слой, простирающийся в поперечном направлении и в продольном направлении,
- нижний гибкий слой, пролегающий параллельно верхнему слою и соединенный с верхним слоем с помощью нескольких перемычек, пролегающих в направлении хорды профилированного элемента,
- заполненное воздухом внутреннее пространство между верхним и нижним слоем,
- по меньшей мере, одно отверстие для наддува воздуха, расположенное между двумя лежащими параллельно друг другу передними кромками верхнего и нижнего слоя, для наддува воздуха во внутреннее пространство,
- несколько тяговых строп, закрепленных первым концом в отстоящих местах на профилированном элементе и соединенных вторым концом с буксировочным тросом для соединения профилированного элемента с водным транспортным средством,
- несколько рифовых строп, закрепленных первым концом на слоях и/или перемычках, выполненных для того, чтобы уменьшать соответственно увеличивать величину профилированного элемента посредством зарифления (убавления его парусности) или разрифления (увеличения его парусности).
Следующим аспектом изобретения является устройство запуска и возвращения для профилированного элемента, причем профилированный элемент имеет стержневой элемент, пролегающий в продольном направлении, а устройство запуска и возвращения содержит:
- мачту, на верхнем конце которой закреплена головная часть мачты,
- расположенное на головной части мачты, вращающееся вокруг вертикальной оси стыковочное устройство для стыковки переднего конца профилированного элемента с головной частью мачты.
В связи с нехваткой и удорожанием ископаемых видов топлива существует большая потребность в альтернативных устройствах для вырабатывания энергии из возобновляемых источников энергии, в частности, например, в качестве приводных устройств для водных транспортных средств. Из WO 2006/027194 и WO 2006/027195 известно приводное устройство нового типа для водных транспортных средств, состоящее, по существу, из аэродинамического профилированного элемента в форме воздушного змея (Kite, то есть в форме кайта) описанного вначале вида, который с помощью устройства запуска и возвращения названного вначале вида может быть запущен с водного транспортного средства и возвращен.
Из международной патентной заявки РСТ/ЕР2005/004186 известна система удержания для такого аэродинамического профилированного элемента, которая имеет держатель, вращающийся по азимуту. Далее из РСТ/ЕР2005/004183 известно позиционирующее устройство для такого аэродинамического профилированного элемента, содержащее лебедку, обеспечивающую выбирание и травление аэродинамического профилированного элемента при недостижении соответственно превышении заданного тягового усилия на буксировочном тросе.
Такие профилированные элементы и системы удержания применяются, в частности, в качестве судового движителя, но могут применяться для вырабатывания энергии, например, электрической энергии благодаря тому, что для вырабатывания энергии усилие на буксировочном тросе используется с помощью цикла травления и выбирания. Для этой цели профилированные элементы могут стационарно применяться на суше или также стационарно или подвижно - на море.
Технологиями, описанными в вышеназванных публикациях, предоставляются базовые начала, необходимые для приведения в движение водного транспортного средства аэродинамическим профилированным элементом, в частности воздушным змеем. Принципиальная проблема, которая должна быть решена для экономичного внедрения концепции привода больших водных транспортных средств с помощью находящихся на привязи, свободно вылетающих аэродинамических профилированных элементов, состоит в том, что величина профилированного элемента, необходимая для предоставления достаточного приводного усилия, делает невозможным или только ограниченно возможным заимствование процессов управления, известных из области спорта. В частности, не может быть заимствована техника запуска и приземления малых воздушных змеев для существенно больших аэродинамических профилированных элементов, которые требуются для экономичного судового движителя. Процесс запуска и возвращения больших аэродинамических профилированных элементов представляет особенный вызов для внедрения концепции привода.
Первая проблема состоит в том, что ветровые условия, господствующие вблизи поверхности земли, затрудняют создание устойчивого положения в полете профилированного элемента, так как ветровые условия часто очень слабы и вдобавок непостоянны в отношении силы и направления. Таким образом, чем ниже летит профилированный элемент, тем труднее его контролировать.
В основе изобретения лежит задача создания такой системы привода, благодаря которой достигается надежное проведение запуска и процесса возвращения.
Следующая проблема, возникающая перед запуском и после возвращения профилированного элемента, заключается в том, что профилированный элемент должен приводиться из как можно более компактного упакованного положения в развернутое положение и наоборот. Этот процесс типовым образом называют разрифлением и зарифлением.
Аэродинамический профилированный элемент названного вначале вида при этом типичным образом простирается, по существу, в поперечном направлении и при этом поднят куполом исходя от середины к краям в каждом поперечном направлении относительно продольной оси, расположенной перпендикулярно к поперечной оси. В направлении продольной оси профилированный элемент простирается типичным образом на меньшее значение, чем в поперечном направлении. Наконец, посредством построения профилированного элемента из двух расположенных параллельно друг другу слоев достигается протяженность по глубине, находящаяся перпендикулярно поперечному и продольному направлению и типичным образом составляющая дробную часть протяженности в поперечном и продольном направлении. На продольном участке протяженность по глубине типичным образом изменяется по длине профилированного элемента и образует поперечное сечение несущей поверхности - с верхней стороной пониженного давления и нижней стороной повышенного давления, которое создает подъемную силу.
Задача изобретения состоит также в создании профилированного элемента, обеспечивающего продуктивное разрифление и зарифление из запакованного состояния в расправленное состояние и наоборот.
Следующая проблема профилированного элемента с большими габаритами заключается в том, чтобы контур профилированного элемента целенаправленно стабилизировать соответственно дестабилизировать. Этого добиваются типичным образом посредством заполнения воздухом соответственно посредством выпуска воздуха из внутреннего пространства профилированного элемента, предпочтительно воздуха под давлением, избыточным относительно атмосферного давления. Кроме того, в основе изобретения лежит задача надежным способом привести в исполнение стабилизацию и дестабилизацию профилированного элемента также и для профилированных элементов с большими габаритами.
Следующая проблема взаимосвязана с процессом запуска и возвращения и заключается в том, что контроль профилированного элемента в приземной области не может надежно приводиться в исполнение исключительно с помощью буксировочного троса и соответствующих управляющих мероприятий на самом профилированном элементе. В частности, целенаправленное управление стыковочным устройством едва ли возможно таким способом, если профилированный элемент имеет увеличенные габариты. Из вышеназванных патентных заявок известно, что для этого может использоваться ведущий трос, который соединен с профилированным элементом и который в процессе запуска соответственно возвращения может соединяться с устройством запуска и возвращения для того, чтобы вести профилированный элемент. С помощью этого ведущего устройства может быть улучшено управление профилированным элементом в приземной области, однако манипулирование профилированным элементом вследствие потребности - буксировочный трос, ведущий трос и дополнительные рифовые стропы параллельно и согласованно друг с другом по времени выбирать соответственно травить - является очень трудоемким и управление такими процессами чревато ошибками. Благодаря предлагаемому изобретению упрощается управление профилированным элементом в приземном слое, в частности подтягивание профилированного элемента к стыковочному устройству со стороны судна. Кроме того, повышается безопасность полета профилированного элемента, в частности, с точки зрения, других воздушных транспортных средств, летающих в воздушной зоне над приводимым в движение водным транспортным средством.
Благодаря изобретению достигаются эти и другие цели. Согласно первому аспекту изобретения предоставляется аэродинамический профилированный элемент названного вначале вида, который усовершенствован посредством стержневого элемента, пролегающего в продольном направлении профилированного элемента, для стабилизации аэродинамического профиля, причем стержневой элемент закреплен на верхнем и/или нижнем слое и/или на перемычке, а на стержневом элементе, по меньшей мере, одна из рифовых строп из участка рифовых строп, пролегающего от точки закрепления на первом конце, в поперечном направлении профилированного элемента верхнего соответственно нижнего слоя, изменяет направление на участке рифовых строп, пролегающем в продольном направлении.
Рифовые стропы при этом могут быть выполнены как, по существу, жесткие в продольном направлении и, следовательно, нерастягивающиеся стропы или как стропы, эластичные по всей длине или в зоне отдельных участков.
Соответствующий изобретению профилированный элемент имеет стержневой элемент, пролегающий в продольном направлении и стабилизирующий благодаря этому контур профилированного элемента в продольном направлении. Этот стержневой элемент расположен предпочтительно посередине в поперечном сечении и также в направлении хорды посередине между верхним и нижним слоем профилированного элемента. На стержневом элементе направление рифовых строп изменяют предпочтительно с помощью отклоняющих роликов. Таким образом становится возможным осуществлять изменение направления рифовых строп на устойчивой опорной точке внутри профилированного элемента, так что рифовые стропы могут быть направлены во внутреннем пространстве или даже снаружи профилированного элемента в продольном направлении или в одном - продольно-поперечном направлении от стержневого элемента к точке закрепления на профилированном элементе. После изменения направления на стержневом элементе рифовые стропы могут направляться в продольном направлении вдоль стержневого элемента и выводиться, например, из профилированного элемента на переднюю кромку. Таким образом, достигается направленное и нечувствительное по отношению к нежелаемым петлеобразованиям и блокировкам троса ведение и, кроме того, облегчается обслуживание рифовых строп.
Согласно первой форме усовершенствования предпочтительно стержневой элемент пролегает только через часть длины слоев, в частности, только через треть длины слоев. Благодаря этому усовершенствованию становится возможным зарифлять профилированный элемент из развернутого состояния с большой продольной протяженностью в упакованное состояние, уменьшенное по продольной протяженности, соответствующей длине укороченного стержневого элемента, и таким образом значительно уменьшать упаковочный габарит по длине по отношению к профилированному элементу со стержневым элементом с совокупной длиной. В основе усовершенствования лежат имеющиеся знания, что посредством изменения направления рифовых строп на стержневом элементе и возможности прохождения рифовых строп, ориентированного в продольно-поперечном направлении, не является необходимым заставлять рифовые стропы проходить точно в продольном направлении, а диагонально идущие участки не препятствуют зарифлению и разрифлению. Альтернативно этой форме исполнения может осуществляться прохождение рифовых строп в продольном направлении, причем рифовые стропы в задней зоне профилированного элемента направляются к середине и там, в зоне, не стабилизированной стержневым элементом, их направление меняется на поперечное. Благодаря этим рифовым стропам при их зарифлении осуществляется немедленное укорачивание профилированного элемента в продольном направлении, что часто является преимущественным для процесса приземления.
Далее является предпочтительным, если, по меньшей мере, один участок рифовых строп, пролегающий в поперечном направлении верхнего соответственно нижнего слоя, по меньшей мере, на одном участке таким образом проходит наклонно к поперечному направлению, что при натяжении этого участка рифовых строп осуществляется зарифление слоев в поперечном и продольном направлениях. Благодаря этому диагональному прохождению рифовых строп, по меньшей мере, участками одной рифовой стропой добиваются как зарифления в продольном, так и в поперечном направлениях, что может привести к сокращению количества рифовых строп и к следующему из этого упрощению процесса зарифления.
При этом, в частности, предпочтительно эта форма исполнения может быть скомбинирована с формой исполнения с укороченным стержневым элементом, в частности стержневым элементом, укороченным на треть длины, для того чтобы таким образом посредством укорачивания стержневого элемента получить максимально компактную упаковочную компоновку профилированного элемента посредством диагонально проходящих участков рифовых строп.
Соответствующий изобретению профилированный элемент может быть усовершенствован далее посредством, по меньшей мере, двух участков закрепленных на профилированном элементе рифовых строп, соединенных друг с другом, и которые зарифляются и разрифляются посредством двигающегося на участках рифовых строп ролика, на котором закреплено общее продолжение рифовых строп. Таким образом в рифовых стропах применяется вид тросового балансира. С выполненным в таком виде тросовым балансиром может быть достигнуто переменное зарифление двумя рифовыми стропами, закрепленными на профилированном элементе, при котором для зарифления тянут за продолжение рифовых строп и это тянущее усилие таким образом передается через тросовый балансир на два участка рифовых строп, что при временно повышенном сопротивлении в одном из участков рифовых строп выбирается только соответственно другой участок рифовых строп, так что может быть снижена опасность обрыва рифовых строп.
При этом, в частности, предпочтительно предусмотреть несколько таких тросовых балансиров, в частности, могут быть предусмотрены тросовые балансиры в каскадном расположении, то есть два продолжения рифовых строп снова соединяют друг с другом в виде участков рифовых строп и стыкуют через тросовый балансир с продолжением относящегося к рифовым стропам продолжения и так далее.
Согласно следующему аспекту изобретения усовершенствуются названные вначале или описанные ранее профилированные элементы тем, что предусмотрен центральный рифовый трос, с первым концом которого соединены все вторые концы рифовых строп, причем центральный рифовый трос или вторые концы рифовых строп пролегает/пролегают в отношении поперечного направления профилированного элемента расположенными по оси симметрии и из передней кромки профилированного элемента в направлении этой оси симметрии, а центральный рифовый трос так закреплен своим вторым концом с возможностью освобождения между первым и вторым концом центрального буксировочного троса, что он может служить в качестве ведущего троса для процесса запуска и возвращения профилированного элемента.
Посредством этого усовершенствования возможно отказаться от требуемого согласно уровню техники отдельного ведущего троса. Вместо него ведение профилированного элемента, необходимое в наземной области, осуществляется посредством центрального рифового троса. В основе этого аспекта изобретения лежат имеющиеся знания, что при возвращении профилированного элемента типичным образом до пристыковки профилированного элемента к стыковочному устройству со стороны судна имеется, с одной стороны, сопротивление зарифлению, вызванное заполнением внутреннего пространства профилированного элемента, обеспечивающее ведение с помощью центрального рифового троса без нежелательного чрезмерного зарифления, а с другой стороны, целенаправленное зарифление профилированного элемента при возвращении часто даже перед пристыковкой к стыковочному устройству со стороны судна является преимущественным и таким образом, если оно осуществляется самостоятельно при ведении профилированного элемента через центральный рифовый трос, может быть преимущественно принято в расчет.
Центральный рифовый трос при этом с помощью стыковочного устройства может быть состыкован с возможностью освобождения с буксировочным тросом. Стыковочное устройство должно быть пристыковано на фиксированной позиции к буксировочному тросу, предпочтительно стыковочное устройство выполнено так, что второй конец закреплен на буксировочном тросе с возможностью скользить вдоль буксировочного троса.
Вышеназванный профилированный элемент усовершенствуется далее тем, что предоставляется устройство зажима троса в зоне профилированного элемента, выполненное для того, чтобы зажимать центральный рифовый трос или рифовые стропы с возможностью освобождения.
С помощью этого устройства зажима троса может быть предотвращено ошибочное зарифление или разрифление профилированного элемента в фазе, в которой профилированный элемент ведется с помощью центрального рифового троса, тем, что рифовые стропы или центральный рифовый строп блокируются в зоне профилированного элемента.
При этом особенно предпочтительно, если профилированный элемент имеет стержневой элемент, пролегающий в продольном направлении, и устройство зажима троса при тяговом усилии на центральном рифовом тросе является самозажимающимся, закреплено на стержневом элементе в зоне передней кромки профилированного элемента и состыковано с исполнительными средствами, которые обеспечивают раскрытие устройства зажима троса. Благодаря этому усовершенствованию становится возможным управлять извне тросовым зажимом рифовых строп соответственно центрального рифового троса. Так, например, тросовый зажим может быть зафиксирован в состоянии, пристыкованном к стыковочному устройству со стороны судна, так что до пристыковки соответственно непосредственно после отстыковки зажим схватывает и таким образом предотвращается ошибочное разрифление/зарифление, а после пристыковки соответственно перед отстыковкой возможно все же зарифление соответственно разрифление профилированного элемента в пристыкованном состоянии. В частности, может быть предусмотрено, что исполнительное средство приводится в действие автоматически в момент пристыковки к стыковочному устройству со стороны судна, так что зажим автоматически прекращается.
Согласно другому аспекту изобретения предоставляется профилированный элемент описанного вида, у которого внутреннее пространство имеет, по меньшей мере, одно отверстие для выпуска воздуха и закрывающее устройство для изменяемого закрытия, по меньшей мере, одного отверстия для выпуска воздуха.
В основе этого аспекта изобретения лежат имеющиеся знания, что у профилированных элементов с большими габаритами зарифлению, в частности, препятствуется тем, что воздух, находящийся во внутреннем пространстве, не может удаляться требуемым образом. Для того чтобы бороться с этим недостатком, но одновременно не ухудшить летные качества и устойчивость профиля профилированного элемента, предоставляется переменно перекрываемое отверстие для выпуска воздуха. Таким образом при желаемом зарифлении профилированного элемента отверстие для выпуска воздуха может быть открыто и таким образом достигается ускоренное отведение воздуха, находящегося во внутреннем пространстве, в состоянии полета отверстие для удаления воздуха удерживается все же закрытым, вследствие чего стабилизируется профиль профилированного элемента.
При этом, в частности, предпочтительно, если отверстие для выпуска воздуха выполнено как продолговатая прорезь, чтобы вдоль, по меньшей мере, кромки отверстия, предпочтительно вдоль обеих принадлежащих отверстию кромок отверстия для выпуска воздуха, закреплен соответственно один эластично деформируемый стержневой элемент, на обоих концах которого раскрывающий трос закреплен таким образом, что при тянущем усилии на раскрывающем тросе стержневой элемент эластично изгибается и таким образом открывается отверстие для выпуска воздуха. С этим усовершенствованием предоставляется специфичная конструкция, с одной стороны, выполняющая требования к легкой конструкции профилированного элемента, а с другой стороны, обеспечивающая надежное открытие и закрытие отверстия для выпуска воздуха. При этом стержневой элемент может различным образом закрепляться вдоль продольных кромок прорези, а при необходимости стержневые элементы могут быть также закреплены друг на друге, например, стержневые элементы могут быть состыкованы друг с другом на своих концах сочленено или жестко, так что образуются отверстия в форме эллипса или в форме линзы, если два стержневых элемента расположены в обеих продольных кромках прорези.
У форм исполнения с отверстием для выпуска воздуха особенно предпочтительно, если отверстие для выпуска воздуха расположено в зоне в положении полета профилированного элемента в зоне пониженного давления, снаружи профилированного элемента, в частности, в зоне между задними кромками слоев или в верхнем слое. Это расположение отверстий для удаления воздуха способствует особенно быстрому выпуску воздуха, находящегося во внутреннем пространстве, и таким образом может значительно ускорять зарифление, в частности, у профилированных элементов с большими габаритами.
Согласно следующему аспекту изобретения профилированный элемент усовершенствуется вследствие того, что зона между передними кромками верхнего и нижнего слоя около центральной продольной оси профилированного элемента имеет несколько отверстий для наддува воздуха и закрыта в верхней зоне. В противоположность конструкции воздушного змея, имеющего малые габариты, аэродинамика и устойчивость полета воздушного змея с большими габаритами может быть улучшена вследствие того, что отверстия передней кромки воздушного змея соответственно профилированного элемента занимают лишь составной участок этой продольной кромки, в частности, составной участок, расположенный около центральной продольной оси, в то время как другие зоны и, в частности, преобладающая часть передней продольной кромки - закрыты.
При этом, в частности, является предпочтительным, если отверстия для наддува воздуха занимают 10-30%, предпочтительно 30% передней поверхности ветровой нагрузки и, следовательно, лобовой поверхности соответственно передней кромки несущей плоскости аэродинамического профилированного элемента.
Кроме того, является предпочтительным, если отверстия для наддува воздуха удерживаются с помощью планок. При этом оформление этих отверстий для наддува воздуха, удерживаемых с помощью планок, может ориентироваться, например, на оформление описанных ранее отверстий для выпуска воздуха или применять несколько состыкованных друг с другом стержневых элементов, расположенных вдоль краев отверстия отверстий наддува воздуха.
Согласно следующему аспекту изобретения профилированный элемент описанного вида усовершенствуется благодаря тому, что на буксировочном тросе расположены, по меньшей мере, одно, предпочтительно несколько сигнальных устройств, предпочтительно самосветящиеся сигнальные элементы. Благодаря этому с других воздушных транспортных средств не проглядят буксировочный трос, протягивающийся от профилированного элемента к судоходному транспортному средству, и таким образом повышается безопасность эксплуатации всей системы. В частности, для эксплуатации ночью является предпочтительным применять самосветящиеся сигнальные элементы, то есть сигнальные элементы, соединенные с источником энергии и таким образом вырабатывающие свет.
При этом, в частности, может быть предусмотрено, что сигнальные устройства имеют красные и белые сигнальные элементы, закрепленные на буксировочном тросе чередующимся образом, на расстоянии около 100 метров, предпочтительно самосветящиеся маяки кругового свечения.
Для случая, если сигнальные средства являются самосветящимися, предпочтительно для энергоснабжения эти сигнальные средства индуктивно пристыковать к токоведущему проводу, проходящему в буксировочном тросе. Этот вид энергоснабжения, с одной стороны, особенно надежен и при этом, с другой стороны, используется гондола, которая часто для процессов управления расположена на профилированном элементе, в частности, под профилированным элементом, без необходимой передачи электрической энергии по буксировочному тросу.
Согласно следующему аспекту изобретения усовершенствуется названое вначале устройство запуска и возвращения тем, что стыковочное устройство содержит приемное пространство, ограниченное двумя вертикально пролегающими боковыми стенками, в котором может быть принят передний конец стержневого элемента и которое по первой горизонтальной задней стороне ограничено упорной стенкой, а по противоположной ей, второй горизонтальной передней стороне и вверх - открыто для введения переднего конца стержневого элемента сбоку или сверху.
Подобное предоставляемое стыковочное устройство отличается от прежнего тем, что особенно надежный запуск и особенно надежное возвращение профилированного элемента становится возможным, в частности, тогда, когда профилированный элемент удерживается в фиксированном и точно определенном положении. Напротив, в основе этого усовершенствования лежат имеющиеся знания, что нагрузки на отдельные конструктивные элементы всей системы, в частности на стержневой элемент профилированного элемента, могут быть значительно снижены, если становится возможной некоторая подвижность профилированного элемента и в пристыкованном состоянии.
Кроме того, благодаря усовершенствованному устройству запуска и возвращения возможно проводить запуск и возвращение профилированного элемента во множестве положений в полете и направлений полета профилированного элемента. Посредством конструктивного оформления приемного пространства, открытого вверх и вперед, стержневой элемент может быть пристыкован соответственно отстыкован как сверху, так и спереди. Это преимущественно для ряда маневров запуска и возвращения.
Приемное пространство при этом предпочтительно ограничено боковыми стенками, сформированными предпочтительно в виде воронки для того, чтобы облегчить возвращение профилированного элемента и связанное с этим введение стержневого элемента в приемное пространство.
Согласно первой преимущественной форме исполнения соответствующее изобретению устройство запуска и возвращения может быть усовершенствовано тем, что стыковочное устройство содержит горизонтальную ось, вокруг которой стержневой элемент может поворачиваться в пристыкованном состоянии. Посредством этого усовершенствования достигается вполне определенное поворачивание профилированного элемента, в частности стержневого элемента. Горизонтальная ось при этом может быть предметно реализована как конструктивный элемент внутри устройства стыкования или даже реализуется как виртуальная ось посредством взаимодействия рычагов и тому подобного.
При этом является особенно предпочтительным, если ось состыкована с пружинным элементом и/или демпфирующими элементом для эластичного возврата в исходное положение пристыкованного стержневого элемента при установке в положение по заданному углу соответственно для демпфирования поворотного движения стержневого элемента. Для контролируемого запуска и возвращения свободная подвижность предпочтительно должна быть ограничена, с одной стороны, таким образом, что не достигается больших ускорений и высоких скоростей этого поворачивания, а с другой стороны, возвращающее усилие мобилизуется в желаемом заданном положении. Это может быть достигнуто с помощью усовершенствования с демпфированием и эластичным возвратом в исходное положение.
Соответствующее изобретению устройство запуска и возвращения может быть усовершенствовано далее посредством запирающего устройства для запирания стержневого элемента в вертикально ориентированном угловом положении. Это позволяет, например, после окончательного зарифления профилированного элемента удерживать угловую ориентацию стержневого элемента относительно мачты в фиксированном положении, а с этим предотвратить нежелательное поворачивание в вертикальной плоскости.
При этом запирающее устройство содержит, в частности, горизонтально перемещаемый запирающий элемент, который в запертом положении - запирает верхнюю область открытия приемного пространства и освобождает - в отпертом расположении.
Согласно следующей предпочтительной форме исполнения устройство запуска и возвращения может быть усовершенствовано тем, что на головной части мачты, в частности на стыковочном устройстве, расположена, по меньшей мере, одна створка для закрывания отверстия (отверстий) для наддува воздуха у профилированного элемента, если стержневой элемент пристыкован к головной части мачты. Посредством этой створки предотвращается, что тогда, когда профилированный элемент находится в области головной части мачты или пристыкован к головной части мачты, скоростной напор внутри профилированного элемента, вызываемый отверстиями для наддува воздуха у профилированного элемента, далее стабилизирует профиль, а с этим затрудняет зарифление. При этом, в частности, может быть предусмотрено, что для каждого из отверстий для наддува воздуха у профилированного элемента предусмотрена створка, которая предпочтительно подобным образом как стыковочное устройство может вращаться вокруг вертикальной оси головной части мачты, а при необходимости вокруг горизонтальной оси для того, чтобы в любом состоянии стыкования располагаться перед отверстиями для наддува воздуха.
Чтобы после произведенного запуска не мешать эксплуатации приводимого в движение водного транспортного средства, мачта может выполняться складываемой вокруг, по меньшей мере, одной оси для того, чтобы откидываться полностью или, по меньшей мере, на часть своей высоты и уменьшать свою высоту. Согласно другой форме усовершенствования устройства запуска и возвращения мачта альтернативно или дополнительно для вышеназванной возможности складывания является телескопичной, т.е. выдвигаемой и вдвигаемой. Тем самым надежным образом может быть достигнута высота запуска, необходимая для профилированных элементов с большими габаритами без того, что должны быть установлены прочие больших размеров мачтовые устройства, нарушающие эксплуатацию судна.
Следующим аспектом изобретения является устройство движителя для судоходного транспортного средства с профилированным элементом и устройством запуска и возвращения описанного ранее вида, у которого мачта расположена в носовой части судна, а буксировочный трос шарнирно соединен с точкой приложения усилия в носовой части судна, расположенной по направлению движения перед мачтой примерно на одной трети длины профилированного элемента. Точка приложения усилия, то есть место, на котором буксировочный трос закреплен на водном транспортном средстве, соответственно поворачивает к месту закрепления, расположена предпочтительно в назначенном соотношении - одна треть от длины профилированного элемента - от точки анкеровки мачты на водном транспортном средстве. При этом исходят из того, что мачта вытягивается перпендикулярно. Это расстояние обеспечивает как надежный процесс запуска, так и надежный процесс возвращения, так как ни при запусках, ни при возвращениях через головную часть мачты на профилированный элемент не передаются большие ведущие усилия, а буксировочный трос свободно парящего, привязанного профилированного элемента, по существу, при соответствующем упругом восстановлении буксировочного троса удерживает профилированный элемент на надлежащем расстоянии от головной части мачты.
Предпочтительные формы исполнения изобретения описываются с помощью прилагаемых фигур. Показывают:
Фигура 1 - фронтальный вид с эскизной прорисовкой ориентации тяговых строп соответствующего изобретению воздушного змея,
Фигура 2 - вид сбоку воздушного змея согласно фигуре 1,
Фигура 3 - схематичное изображение воздушного змея с ориентацией гондолы и рифовых строп - наклонное, спереди сверху,
Фигура 4 - схематичное изображение ориентации рифовых строп,
Фигура 5 - схематичный вид с боку зажимного механизма для ведущей стропы в передней области стержня воздушного змея,
Фигура 6 - схематичное изображение работы зажима для рифовых строп,
Фигуры 7а и 7b - схематичное изображение принципа работы изменяемо запираемых отверстий для выпуска воздуха - в открытом положении (а) и в закрытом положении (b),
Фигура 8 - вид головной части мачты для стыкования воздушного змея с водным транспортным средством - спереди сверху,
Фигура 9 - вид головной части мачты - снизу сзади,
Фигура 10 - схематичное изображение процесса возвращения и запуска воздушного змея к головной части мачты соответственно от головной части мачты,
Фигура 11 - схематичное изображение последующей формы исполнения головной части мачты с приспособленным к ней воздушным змеем,
Фигура 12 - частично вырезанный вид сбоку головной части мачты с закрепленной головной частью воздушного змея (детальный вид) в запертом и незапертом положении и
Фигуры 13а-с - вид в перспективе - наклонный, спереди сверху - механической части для вертикального и горизонтального складывания скрещиванием стыковочного устройства в головной части мачты.
Ссылаясь на фигуры 1 и 2, аэродинамический профилированный элемент в форме воздушного змея 100 согласно изобретению содержит первый верхний слой 111 и второй нижний слой 112. На фронтальном виде согласно фигуре 1 могут быть обнаружены между передними кромками 111а и 112а четыре отверстия 120 a-d, которые наддувают воздухом внутреннее пространство между верхним и нижним слоями 111, 112. Отверстия расположены около горизонтальной продольной оси воздушного змея. В наружной зоне между передними кромками 111a, 112a отверстия отсутствуют.
Верхние и нижние слои соединены друг с другом с помощью нескольких перемычек 121. Подобным образом составленное соединение из верхнего, нижнего слоя и перемычек соединено с помощью нескольких тяговых строп с гондолой 130. При этом на воздушном змее закреплено множество тяговых строп, которые в направлении гондолы настолько объединяются в общие тяговые стропы, что только шесть отдельных тяговых строп могут быть закреплены на гондоле.
Как можно увидеть на фигуре 2, профилированный элемент и в продольном направлении соединен с гондолой с помощью нескольких тяговых строп, которые подобным образом объединяются настолько, как это описывалось ранее для тяговых строп согласно фигуре 1, распределенных в поперечном направлении.
Жесткий стержневой элемент 150 в форме стержня воздушного змея закреплен вдоль центральной продольной оси воздушного змея между верхним и нижним слоем 111, 112. Стержень 150 воздушного змея пролегает примерно через треть общей длины воздушного змея. На стержень 150 воздушного змея выведена ведущая стропа 142, функция которой подробнее описывается далее.
Гондола 130 соединена с буксировочным тросом 143, который соединяет гондолу, а с ней профилированный элемент с водным транспортным средством, которое с помощью воздушного змея 100 приведено в движение. Ведущая стропа 142 выведена на буксировочный трос 143 сдвигаемой с помощью размыкаемого скользящего кольца 144.
Фигуры 3 и 4 показывают схематично расположение и прохождение рифовых строп для зарифления и разрифления воздушного змея. Схематично изображенный воздушный змей 210 соединен с помощью нескольких тяговых строп 240 с гондолой 230, которая может передавать тяговое усилие воздушного змея через центральный буксировочный трос 243 на водное транспортное средство.
Внутри воздушного змея проходят несколько рифовых строп, имеющих соответственно участок 260а, b, пролегающий в поперечном направлении воздушного змея. Этот участок 260а, b рифовых строп закреплен на внешней точке крепления 261a, b, на внешнем краю воздушного змея. Каждый участок 260а, b рифовых строп с помощью отклоняющего ролика 251a, b, закрепленного на стержне 250 воздушного змея, закрепленном вдоль центральной продольной оси воздушного змея, поворачивает в участок 262а, b рифовых строп, проходящий в продольном направлении. Эти участки 262а, b рифовых строп, проходящие в продольном направлении, пролегают к головной части 252 воздушного змея, закрепленной на переднем конце стержня воздушного змея.
Все участки 262а, b рифовых строп в этом примере исполнения соединяются вне воздушного змея с центральным рифовым тросом 263. Центральный рифовый трос 263 у изображенной формы исполнения одновременно представляет направляющий трос и с помощью разъемного кольцевого элемента 244 выведен на буксировочный трос 243.
Как очевидно из фигур 3 и 4, участки 260а, b рифовых строп не проходят неизбежно точно в продольном направлении воздушного змея 210, а могут пролегать и в продольно-поперечном направлении. Так, например, участок 260а рифовой стропы на заднем конце стержня 250 воздушного змея повернут и закреплен в задней угловой зоне с помощью точки закрепления 261а на воздушном змее 210. Так как стержень 250 воздушного змея все-таки не пролегает по всей длине воздушного змея 210, а занимает в изображенной форме исполнения только примерно две трети этой длины, то участок 260а рифовой стропы проходит наклонно изнутри наружу. С помощью участка 260а рифовой стропы таким образом может быть достигнуто зарифление в продольном направлении и дополнительно часть зарифления в поперечном направлении, если выбирается этот участок 260а рифовой стропы.
Фигура 5 показывает зажимное устройство в области головной части воздушного змея. Как видно, у изображенного положения рифового троса и рифовых строп через головную часть воздушного змея направлены не рифовые стропы, а рифовый и ведущий трос в противоположность изображениям на фигурах 3 и 4.
Тяговая стропа 263 выведена в область головной части воздушного змея посредством зажимного устройства 270, закрепленного на стержне 250 воздушного змея. Зажимное устройство 270 выполнено так, что оно может зажимать как тяговую стропу 263, так и рифовые стропы в зависимости от того, насколько зарифлен воздушный змей 210 и, следовательно, является положение рифовой/направляющей стропы 263 и рифовых строп 262а, b по отношению к зажиму.
Зажимное устройство 270 содержит натяжную пружину 271, которая удерживает зажим в зажатом состоянии. То есть в нормальном положении полета зажим закрыт, а с этим невозможно вытягивание рифового/ведущего троса 263 из головной части воздушного змея. Таким образом, в нормальном состоянии полета рифовый/ведущий трос 263 используется для того, чтобы направлять воздушный змей без возникновения нежелательного зарифления воздушного змея.
Зажим может быть открыт посредством ручного или автоматического приведения в действие рычага 272. Как далее подробно поясняется, этот рычаг может быть приведен в действие, в частности, автоматически, если головная часть воздушного змея пристыкована к головной части мачты на водном транспортном средстве.
При приведении в действие рычага 272 зажим 270 освобождается и рифовый/ведущий трос 263 может быть вытянут из головной части воздушного змея. Таким образом, участки 262а, b рифовых строп могут быть вытянуты через зажим из воздушного змея, а воздушный змей, таким образом, может быть зарифлен. Как только зарифление завершено, рычаг 272 снова отпускается и состояние зарифления таким образом фиксируется посредством зажимания.
На фигуре 6 представлена альтернативная форма исполнения зажимного устройства для рифовых строп соответственно рифового/ведущего троса.
Зажимное устройство согласно фигуре 8 содержит неподвижную ответную поверхность 373, снабженную множеством ребер 374, повышающих трение с рифовыми стропами соответственно рифовым/ведущим тросом 362а, b.
Противолежащим к неподвижной ответной поверхности 373 расположен поворачиваемый зажимной корпус 375, размещенный с возможностью поворота во вращающемся шарнире 376. Зажимной корпус 375 с помощью нажимной пружины 371 давит на удержание зажима и имеет на зажимающей поверхности, обращенной к рифовому/ведущему тросу, соответственно к рифовым стропам, множество ребер 377, которые повышают трение.
Поблизости от точки шарнирного соединения нажимной пружины 371 с зажимным рычагом 375 на зажимном корпусе закреплена стропа 378 освобождения зажима. Стропа 378 освобождения зажима выводится с поворотом и параллельно рифовым стропам 363а, b из головной части воздушного змея. Посредством натяжного усилия на стропе освобождения 378 зажима зажимной корпус 375 может быть вывернут из положения зажима и, следовательно, рифовые стропы 362а, b освобождаются для того, чтобы осуществить зарифление. Эта форма исполнения имеет то преимущество, что снятие зажимного воздействия возможно также посредством дистанционного приведения в действие, например, тогда, когда было желаемо зарифление, а головная часть воздушного змея не пристыкована к головной части мачты.
Фигуры 7а и 7b схематично показывают отверстие 80а, b для выпуска воздуха из внутреннего пространства воздушного змея, которые могут быть открыты и закрыты.
Как хорошо видно из фигуры 7b, отверстие для выпуска воздуха выполнено как продольная прорезь и имеет две проходящие параллельно друг другу продольные кромки. В продольные кромки вставлены гибкие планки 81, 82. Планки 81,82 прочно соединены друг с другом в трех точках 83а-с.
Параллельно планкам между точками крепления 83а и точкой крепления 83b проходит раскрывающая стропа с первым участком 84а раскрывающей стропы, который поворачивается на 90° на отклоняющем ролике 85 и направляется к отклоняющему ролику 86.
На отклоняющем ролике 86 первый участок 84а раскрывающей стропы поворачивается на 180°, так что движется обратно к отклоняющему ролику 85а. Движущийся назад отрезок стропы является составной частью второго участка 84b раскрывающей стропы, который снова поворачивают на 90° на отклоняющем ролике 85 и затем пролегает между точками крепления 83b и 83с.
Первый участок 84а раскрывающей стропы закреплен в точке крепления 83а, а второй участок 84b раскрывающей стропы закреплен в точке крепления 83с, так что первый и второй участок 84а, b вместе представляют одно, перенаправленное на отклоняющих роликах 85, 86 соединение строп между точкой крепления 83а и точкой крепления 83с.
Второй отклоняющий ролик 86 соединен с раскрывающим тянущим тросом 87. На фигуре 9b этот раскрывающий тянущий трос не натянут. Если раскрывающий тянущий трос 87 натягивается, как обозначено на фигуре 7а стрелкой на раскрывающем тянущем тросе, то участки 84а, b раскрывающей стропы также натягиваются и, следовательно, точки крепления 83а, с подтягиваются в направлении точки крепления 83b. Планки 81, 82 тем самым деформируются и образуют отверстие в виде восьмерки 80а, b, через которое воздух, находящийся во внутреннем пространстве воздушного змея, может выходить потоком.
Фигуры 8 и 9 показывают стыковочное устройство, которое может быть закреплено в области головной части мачты на верхушке мачты, смонтированной на водном транспортном средстве. Мачта, головная часть мачты и стыковочное устройство служат для того, чтобы разрешить процесс запуска и возвращения воздушного змея. После произведенного запуска усилие буксировочного троса воздушного змея передается через точку приложения усилия, расположенную отнесенной от мачты, и мачта во время нормальной эксплуатации в движении находится вне работы, так что она, например, может быть выполнена телескопической, а затем может быть убрана.
Фигура 8 показывает стыковочное устройство сверху спереди. Как можно увидеть, стыковочное устройство 90 содержит корпус, который имеет боковые стенки 91а, b, ограничивающие с боков приемное пространство. Приемное пространство открыто сверху и спереди. Сзади приемное пространство 92 ограничено упорной стенкой 93. Боковые стенки 91а, b сбегают сверху вниз, так что в этом направлении образована форма воронки. Кроме того, боковые стенки 91а, b скруглены на передних и верхних кромках. Как это округление, так и конически сбегающее расположение боковых стенок 91а, b облегчает введение головной части воздушного змея в приемное пространство 92.
В задней области, сзади упорной стенки 93 расположена механическая часть горизонтального и вертикального поворачивания, относящаяся к стыковочному устройству. Она описывается далее более подробно.
Сверху механической части горизонтального и вертикального поворачивания расположена запирающая пластина 94, направляемая по направляющим рельсам 95а, b, проходящим горизонтально вдоль боковых стенок 91а, b. Запирающая пластина 94 может быть перемещена вдоль направляющих рельсов 95а, b из незапертого положения, показанного на фигуре 10, в запертое положение, в котором она закрывает сверху приемное пространство 92, а с ним запирает головную часть воздушного змея, расположенную в приемном пространстве.
На дне приемного пространства, перед упорной стенкой 93 расположено отверстие 96, пролегающее через стыковочное устройство и вниз и расположенное так, что наводит ведущий трос или рифовый/ведущий трос на отклоняющий ролик 97, как, в частности, может быть видно из фигуры 11. С помощью ведущего троса, заправленного подобным образом в отверстие 96, головная часть воздушного змея может быть направлена в приемное пространство 92.
Фигура 10 схематично показывает процесс стыкования соответственно возвращения и процесс запуска воздушного змея 410 на стыковочном устройстве 490, расположенном на телескопической мачте 500.
Как отмечено двойной стрелкой А, воздушный змей 410 с головной частью 492 на переднем конце при сильном ветре сближается в горизонтальном направлении со стыковочным устройством 490. Головная часть 452 воздушного змея в этом случае входит спереди в приемное пространство 492. Это движение направляется и поддерживается направляющим тросом 463. Направляющий трос 463 при нормальном выполнении полета закреплен с возможностью освобождения на буксировочном тросе 443 и после выбирания буксировочного троса снимается с буксировочного троса 443, направляется через отверстие 496 в стыковочное устройство, а затем может затягивать головную часть 453 воздушного змея в приемное пространство 492.
Двойная стрелка, отмеченная буквой В, указывает направление, в котором возвращается головная часть 452 воздушного змея при слабых ветровых условиях. В этом случае требуется вводить головную часть 452 воздушного змея в приемное пространство 492 в направлении, ведущем наклонно спереди сверху.
Двойная стрелка, отмеченная буквой С, указывает направление, в котором головная часть 452 воздушного змея запускается типичным образом. Процесс запуска для облегчения контроля происходит предпочтительно вверх, то есть в вертикальном направлении.
Фигура 12 показывает вырезанный вид сбоку стыковочного устройства 590 с пристыкованной головной частью 552 воздушного змея. Головная часть 552 воздушного змея содержит передний участок 552а и протяженный задний участок 552b. Протяженный задний участок 552b на нижней стороне выбран относительно переднего участка 552а, так что возникает ступень между передним и задним участком 552а, b.
Нижняя приемная поверхность приемного пространства 592 на переднем конце снабжена выступом 598, сформованным совпадающим со ступенью на головной части 552 воздушного змея.
Посредством такого конструктивного оформления головной части воздушного змея и приемного пространства головная часть воздушного змея сначала может входить в приемное пространство в горизонтальном направлении движения, а после упирания в упорную стенку 593 двигаться вертикально вниз.
Запирающая пластина 594 изображена на фигуре 14 в двух позициях. Позиция 594а представляет незапертое положение, в котором головная часть 552 воздушного змея в приемном пространстве 592 может быть перемещена внутрь и наружу. При перемещении запирающей пластины 594 вперед достигается положение запирания 594b. В этой позиции запирающая пластина 594 расположена сверху головной части 552 воздушного змея и таким образом предотвращает, чтобы головная часть воздушного змея могла двигаться вверх. Посредством наезда на выступ 598 передним участком 552а головной части воздушного змея головная часть воздушного змея таким образом заперта в стыковочном устройстве.
Фигура 11 схематично показывает воздушный змей 610 с двумя отверстиями для наддува воздуха 620а, b, расположенными около центральной продольной оси. Отверстия для наддува воздуха, глядя в продольном направлении воздушного змея, расположены слева и справа от стержня воздушного змея (не показан).
Далее на фигуре 11 изображено стыковочное устройство 690. Стыковочное устройство содержит две створки 699а, b, закрепленные таким образом на стыковочном устройстве, что они закрывают отверстия 620а, b наддува воздуха тогда, когда воздушный змей 610 пристыкован к стыковочному устройству 690. Таким образом предотвращается дальнейший наддув воздуха во внутреннее пространство воздушного змея 610, а с этим облегчается процесс зарифления воздушного змея 610.
Исполнительный рычаг расположен в области головной части воздушного змея и состыкован с зажимным устройством для рифовых строп соответственно рифового/ведущего троса. Исполнительный рычаг 672 при пристыковке к головной части мачты поворачивается посредством соударения с головной частью мачты и освобождает зажим зажимного устройства.
Фигуры 13а-с показывают механическое соединительное устройство стыковочного устройства на мачте согласно фигурам 10, 11. Пластина 700, а также пластина 701, расположенная перпендикулярно пластине 700, неподвижно закрепляются на мачте.
На пластинах размещена с возможностью вращения поворотная ось 702, которая соединена с консолями 704, 705. На консолях 704, 705 размещен с возможностью вращения отклоняющий ролик 797, который служит для изменения направления ведущего троса при ведении головной части воздушного змея в приемном пространстве или выведении из него.
Вращательное движение вокруг поворотной оси 702 блокировано демпфирующим элементом 706, который закреплен одним концом на пластине 700, а другим концом на консоли 707, закрепленной со своей стороны на консоли 704.
Поворотная ось 702 делает возможным с этим поворачивание стыковочного устройства вокруг вертикальной оси.
На переднем конце консолей 704, 705 расположено поворотное устройство, которое делает возможным малые поворачивания двух консолей 708, 709 вокруг горизонтальной оси. Эта пассивная поворачиваемость вокруг горизонтальной оси делает возможной некоторую подвижность воздушного змея в пристыкованном состоянии и служит таким образом разгрузке стержня воздушного змея при силовых воздействиях на воздушный змей, которые могут быть вызваны порывами ветра или движениями судна. В то же время воздушный змей опускается посредством малого поворачивания вокруг этой оси.