Гибкий крыло-парус
FLEXIBLE SAIL

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию в ветроэнергетике и парусном судостроении.
Известно устройство для повышения аэродинамической эффективности гибкого крыла, в частности бермудского грота, представляющее собой гик изменяемой в горизонтальной плоскости кривизны, содержащий балку с устройством крепления к мачте и направляющую для крепления нижней шкаторины паруса, балка выполнена в виде нескольких звеньев с ограничителями угла взаимного поворота и связанных друг с другом шарнирно с возможностью поворота в горизонтальной плоскости (АС СССР 1512858, опубл. 07.10.1989 г.).
К недостаткам аналога относятся большая масса, сложность и дороговизна конструкции. Для обеспечения требуемой жесткости конструкции, на которую кроме изгибающего момента действует крутящий момент, необходимы высокая точность изготовления и увеличение поперечных размеров узлов, из которых состоит конструкция.
Известна конструкция, называемая гик-уишбон, состоящая из двух выпуклых относительно оси гика-уишбона ветвей, применяемая на парусных досках или на яхтах типа «Фридом» (Электронный ресурс: http://www.barque.ru/horizon/1984/rig_yachts_such_as_freedom, Парусное вооружение яхт типа «Фридом»).
Среди конструкций гика-уишбона известна конструкция, содержащая две изогнутые ветви, связанные с передней и задней вилками, соединенными с возможностью поворота вокруг продольной оси, параллельной оси симметрии гика, и фиксации с нескольких положений (АС СССР №1342820, опубл. 07.10.1987 г.).
По числу сходных признаков и достигаемому результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого технического решения.
Недостатки прототипа заключаются в то, что данная конструкция обеспечивает удобство управления парусной доской, но не влияет на аэродинамическую эффективность паруса, которая определяется, в основном, профилем паруса и влиянием мачты на характер обтекания паруса воздушным потоком. На формирование профиля гибкого крыла оказывают влияния деформативные свойства парусины, раскрой паруса, гибкость мачты, угол атаки воздушного потока и др. Под влиянием этих факторов профиль паруса данной конструкции оказывается далеким от оптимального. Кроме того, при каждой смене галса необходимы манипуляции по изменению положения ветвей гика-уишбона. А также низкий коэффициент аэродинамического качества.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение состоит в повышении аэродинамической эффективности гибкого крыла-паруса оснащенного гиком-уишбоном в широком диапазоне скоростей ветра.
Для достижения указанного технического результата в гибком крыле-парусе, содержащем две изогнутые ветви гика-уишбона, связанные с передней и задней вилками, соединенные с возможностью поворота вокруг продольной оси параллельной оси симметрии гика, в средней части ветвей гика-уишбона, имеющих оптимальный профиль гибкого крыла-паруса для расчетного слабого ветра, проделаны отверстия, не менее одного, с закрепленными в них втулками, у которых края отверстий с внешней стороны скруглены и сквозь которые продет регулировочный трос образующий замкнутую петлю, концы которой выведены на внешнюю поверхность ветвей гика-уишбона и закреплены на натяжных барабанах расположенных на гике-уишбоне у мачты.
Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующий его частные случаи, а именно:
- передняя вилка выполнена в форме подковообразной оковки с внешней и внутренней коаксиальными цилиндрическими поверхностями, ось которых расположена на пересечении диаметральной плоскости корпуса судна и плоскости касательной ликпазу мачты. Внутренняя поверхность подковообразной оковки примкнута к башмаку, выполненному из материала с низким коэффициентом трения и установленному на мачте со стороны носа судна. Внешняя поверхность подковообразной оковки примкнута к втулкам, закрепленным на мачте симметрично относительно диаметральной плоскости. Подковообразная оковка снабжена консолями, ориентированными в сторону мачты, которые скреплены с ветвями гика-уишбона;
- поперечное сечение ветвей гика-уишбона выполнено в форме сегмента обращенного выпуклостью наружу.
Отличительными признаками предлагаемой конструкции от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются выполнение отверстий, не менее одного, в средней части ветвей гика-уишбона, имеющих оптимальный профиль гибкого крыла-паруса для расчетного слабого ветра; закрепление в отверстиях втулок из материала с низким коэффициентом трения; продевание сквозь втулки регулировочного троса образующего замкнутую петлю; вывод концов петли на внешнюю поверхность ветвей гика-уишбона; закрепление концов петли на натяжных барабанах расположенных на гике-уишбона у мачты.
Благодаря наличию этих признаков крыло-парус прижат к подветренной ветви гика-уишбона, имеет оптимальную аэродинамическую форму. Регулировочный трос, продетый сквозь отверстия в крыле-парусе и в ветвях гика-уишбона, при наматывании его концов на натяжные барабаны позволяет уменьшать расстояние между ветвями гика-уишбона, что повышает аэродинамическую эффективность гибкого крыла-паруса при увеличении скорости ветра. Предлагаемая конструкция оковки гика-уишбона позволяет устанавливать
описываемую конструкцию гика на неповоротные мачты, а при его установке на поворотные мачты каплевидного поперечного сечения достигается безотрывное обтекание мачты с подветренной стороны и, как следствие, повышается аэродинамическая эффективность системы мачты - паруса.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-6.
На фиг. 1 показан вид сбоку на предлагаемый гибкий крыло-парус.
На фиг. 2 - горизонтальное сечение гика-уишбона плоскостью, проходящей через оси отверстий.
На фиг. 3 - сечение гика-уишбона вертикальной плоскостью проходящей через оси отверстий.
На фиг. 4 - сечение горизонтальной плоскостью оковки гика-уишбона, установленного на неповоротную мачту.
На фиг. 5 - вид сверху на гик-уишбон, установленный на поворотную мачту.
На фиг. 6 - вид сверху на гик-уишбон, установленный на неповоротную мачту при различных его положениях относительно диаметральной плоскости при максимальной и минимальной кривизне ветвей.
Предлагаемая конструкция содержит мачту 1, ветви 2 гика-уишбона, регулировочный трос 3, отверстия с закрепленными в них втулками 4, натяжные барабаны - не показаны, гибкий крыло-парус 5, подковообразная оковка 6 гика-уишбона, башмак 7, ролики 8, ликпаз 9. Стрелками показано натяжение регулировочного троса 3 на барабан.
Предлагаемая конструкция работает следующим образом.
Переднюю шкаторину гибкого крыла-паруса 5 вставляют в ликпаз 9 мачты 1 и производят его подъем. Затем в отверстия для втулок 4 и гибкого крыла-паруса 5 продевают регулировочный трос 3, и его концы закрепляют на натяжных барабанах. Далее производят натяжение регулировочного троса 3, так чтобы кривизна ветвей 2 гика-уишбона соответствовала ожидаемой скорости ветра, после этого производят натяжение шкотового угла гибкого крыла-паруса 5.
По данным (Ч. Мархай. Теория плавания под парусами. - Москва, Изд. «Физкультура и спорт», 1970 г., С. 100-120) величина пуза паруса изменяется в пределах от 1/7 для слабого ветра до 1/30 от хорды для сильного ветра. Поэтому ветви 2 гика-уишбона предлагаемой конструкции должны иметь при изготовлении стрелу прогиба более 1/7 от хорды.
Конструкция гика-уишбона работает в основном на продольное сжатие, поэтому наличие двух поперечных связей, в роли которых выступает регулировочный трос 3, позволяет примерно на порядок снизить массу устройства и использовать наиболее выгодную для данной конструкции форму поперечного сечения ветвей 2 гика-уишбона, например, сегментную.
Заявляемый гибкий крыло-парус предполагает использование парусной ткани с минимальной растяжимостью. Наличие отверстий в гибком крыле-парусе 5 не оказывает никакого влияния на его работу, так как он прилегает к внутренней поверхности ветви 2 гика-уишбона.
При изменении скорости ветра величина пуза гибкого крыла-паруса 5 может быть оперативно изменена за счет изменения кривизны ветвей 2 путем натяжения или ослабления регулировочного троса 3.
Оснащение гика-уишбона подковообразной оковкой 6 предлагаемой конструкции позволяет устанавливать его на находящуюся в эксплуатации мачту 1 путем закрепления на ее поверхности башмака 7, роликов 8 и дополнительного участка ликпаза 9.
Для увеличения жесткости подковообразной оковки 6 ей может быть придана в поперечном сечении форма швеллера.
Гибкий крыло-парус может найти применение на ветроэлектростанциях представляющих собой замкнутый рельсовый путь с установленными на нем тележками оснащенными генераторами и парусами.
Для повышения эффективности работы таких крыльев-парусов возможно оснащение их парусам 5 с гиком-уишбоном предлагаемой конструкции. Для чего необходимо снабдить их натяжными барабанами с электроприводом, управляемым датчиком скорости ветра.