СУДНО С ЭЛЕМЕНТОМ В ВИДЕ ВОЗДУШНОГО ЗМЕЯ
SHIP WITH KITE-LIKE ELEMENT

ОПИСАНИЕ
Изобретение относится к судну с элементом в виде воздушного змея, который соединен с судном тяговым канатом.
В известном судне (WO 01/192102 А1) может быть предусмотрено, что элемент в виде воздушного змея можно соединять с судном несколькими тяговыми канатами. При этом элемент в виде воздушного змея служит для привода судна с помощью ветра, при этом этот привод может осуществляться исключительно с помощью ветра, или же привод с помощью ветра служит лишь для поддержки машинного привода с целью экономии топлива или увеличения скорости. За счет нескольких тяговых канатов можно управлять элементом в виде воздушного змея. Однако несколько тяговых канатов имеют тот недостаток, что их необходимо наматывать, соответственно, разматывать по отдельности для убирания или постановки элемента в виде воздушного змея. Несколько тяговых канатов могут также спутываться. Поэтому из указанного выше источника известно также судно с элементом в виде воздушного змея указанного в начале вида, при котором предусмотрен лишь один тяговый канат, с помощью которого устраняются указанные проблемы.
Однако недостаток состоит в том, что элементом в виде воздушного змея нельзя больше легко управлять.
Задачей изобретения является создание судна с элементом в виде воздушного змея указанного в начале вида, в котором можно целенаправленно управлять элементом в виде воздушного змея.
Решение согласно изобретению состоит в том, что элемент в виде воздушного змея снабжен регулирующими устройствами, которые снабжаются энергией с судна, которая передается в или по тяговому канату.
Таким образом, предусмотрены регулирующие устройства, с помощью которых можно изменять форму паруса элемента в виде воздушного змея, угол атаки, открывающиеся клапаны, осуществлять процессы убирания рифов или т.п. При этом управление осуществляется самостоятельно с помощью предусмотренных на элементе в виде воздушного змея датчиков или же, что является особенно предпочтительным, по радио с судна. При этом не возникает проблем с передачей сигналов к элементу в виде воздушного змея. Однако для регулирующих устройств необходимо снабжение энергией. Это снабжение энергией осуществляется согласно изобретению с судна, а именно в или по тяговому канату.
В одном предпочтительном варианте выполнения на тяговом канате закреплен соединяющий судно и элемент в виде воздушного змея передающий энергию элемент. В другом варианте выполнения тяговый канат выполнен в качестве соединяющего судно и элемент в виде воздушного змея, прочного на разрыв передающего энергию элемента.
Передающий энергию элемент может быть электрическим кабелем. При этом электрический кабель может быть, в частности, углеволоконным кабелем. Весь тяговый канат может также состоять из углеволокна. В таком канате пряди каната лежат параллельно друг другу и удерживаются вместе лишь с помощью оболочки. При этом пряди можно, например, электрически разделить на две части так, что одна половина прядей изолирована от другой половины так, что углеволоконный кабель может служить для прохождения электрического тока туда и обратно, и нет необходимости в предусмотрении отдельной линии. При этом пряди, которые обеспечивают прохождение тока, могут, по меньшей мере, частично воспринимать тяговое усилие. Снаружи кабель изолирован оболочкой.
Если электрический кабель выполнен в качестве тягового каната, то он может быть снабжен соответствующими усиливающими тросами или проводами для того, чтобы иметь достаточную прочность на растяжение.
Через этот передающий энергию элемент можно передавать электрический ток с судна к элементу в виде воздушного змея для снабжения его электроэнергией. Однако электрический кабель можно также применять для передачи сигналов управления с судна на элемент в виде воздушного змея. Однако эту передачу можно осуществлять также, например, по радио.
В другом предпочтительном варианте выполнения передающий энергию элемент является шлангом. Через этот передающий энергию элемент можно передавать к элементу в виде воздушного змея текучую среду, которая воздействует там на соответствующие исполнительные элементы.
В другом предпочтительном варианте выполнения передающий энергию элемент является световодом, в частности стекловолокном. Через этот передающий энергию элемент можно передавать свет, который может быть преобразован в элементе в виде воздушного змея с помощью подходящих преобразователей в электрическую энергию.
Если передающий энергию элемент и тяговый канат объединены в единственный элемент, то обеспечивается меньшее аэродинамическое сопротивление. Манипулирование на лебедке проще, чем при наматывании или разматывании нескольких отдельных удлиненных элементов. Обеспечивается также меньший вес для тягового каната/передающего энергию элемента.
Недостатком является то, что передающий энергию элемент и канат должны иметь предпочтительно одинаковое растяжение, при этом это должно обеспечиваться в диапазоне рабочих температур. В случае применения шланга он не должен зажиматься канатом под нагрузкой или при наматывании на лебедку.
Когда невозможно выбрать передающий энергию элемент так, что он имеет точно такую же растяжимость, что и тяговый канат, то передающий энергию элемент необходимо располагать с возможностью скольжения относительно тягового каната. Это можно осуществлять с помощью слоя скольжения, когда передающий энергию элемент расположен в тяговом канате. При примерно одинаковой растяжимости можно тяговый канат и передающий энергию элемент склеивать друг с другом.
В случае применения шланга целесообразно удерживать его под повышенным давлением, поскольку в этом случае внутреннее давление шланга предотвращает изгибание или складывание.
В другом варианте выполнения передающий энергию элемент и тяговый канат разделены, но соединены друг с другом, целесообразно с помощью зажимов. Преимуществом является то, что передающий энергию элемент и тяговый канат могут иметь разную растяжимость, когда передающий энергию элемент может сдвигаться относительно тягового каната. Когда нет необходимости иметь одинаковую растяжимость, то возможна лучшая ориентация материалов. Проще выполнять также техническое обслуживание. Недостаток состоит в том, что ухудшаются аэродинамические свойства, затрудняется манипулирование на лебедке и возможно увеличивается вес.
В качестве альтернативного решения к указанному креплению с помощью зажимов, при котором зажимы целесообразно фиксируются на тяговом канате против проскальзывания, возможно крепление, например, с помощью вплетения, клейкой ленты между тяговым канатом и передающим энергию элементом, запечатывания, неподвижных зажимов или заключения в кожух (прочную на истирание оболочку). Чем больше зазор между передающим энергию элементом и тяговым канатом, тем больше аэродинамическое сопротивление.
Когда тяговый канат и передающий энергию элемент являются отдельными элементами, то важно, чтобы оба элемента могли сдвигаться относительно друг друга в определенных пределах. В этом решении весьма предпочтительно, если передающий энергию элемент сдвигается относительно тягового каната, а не наоборот.
При применении тягового каната и отдельного от него передающего энергию элемента необходимо согласовывать головку кабестана, так что она имеет два различных радиуса, так что тяговый канат и передающий энергию элемент можно наматывать параллельно на одну и ту же головку кабестана. При этом решении важно, чтобы передающий энергию элемент имел большую растяжимость, чем тяговый канат, для того, чтобы нагрузка растяжения не приходилась на передающий энергию элемент.
Вся система должна быть оптимирована относительно максимальной допустимой нагрузки/рабочей нагрузки, минимального растяжения, минимального сопротивления воздуха, минимальной массы и максимальной передачи мощности.
Понятно, что передающий энергию элемент для передачи энергии должен быть соединен с судном и с элементом в виде воздушного змея с помощью соответствующих переходных элементов.
Если применяется шланг, то в качестве передающей энергию текучей среды особенно предпочтительно использовать сжатый воздух, в частности высушенный и/или нагретый сжатый воздух, поскольку в противном случае в шланге может замерзать влага, что не только увеличивает вес тягового каната, но также создает опасность закупоривания шланга так, что нельзя больше передавать сжатый воздух.
В другом предпочтительном варианте выполнения в качестве передающей энергию текучей среды применяется не сжатый воздух, а горючий газ, в частности водород или метан. В этом случае в элементе в виде воздушного змея имеется топливо, с помощью которого можно также осуществлять привод. Метан мог бы в элементе в виде воздушного змея соответственно в закрепленной на нем гондоле приводить в действие топливный элемент или двигатель внутреннего сгорания. Текучая среда с высокой плотностью, т.е., в частности, жидкости, меньше пригодны в качестве передающей энергию текучей среды, поскольку столб текучей среды или соответственно жидкости в шланге, имел бы очень большой вес.
Для тягового каната и/или передающего энергию элемента на судне целесообразно предусмотрена лебедка, которая снабжена направляющей поверхностью или направляющим стальным листом перед головкой кабестана для выравнивания тягового каната и/или передающего энергию элемента.
Целесообразно предусмотрены две, три или более головок кабестана с накопителем каната, за счет чего достигается, что тяговый канат или соответственно соединение из тягового каната и передающего энергию элемента не трется о стенку головки кабестана. При применении от двух до трех головок кабестана, между которыми проходит туда и обратно тяговый канат и передающий энергию элемент, можно, несмотря на это, обеспечивать угол охвата, по меньшей мере, 450°, что является достаточным для восприятия нагрузок растяжения.
По соображениям безопасности (например, при поломке привода) каждая головка кабестана целесообразно имеет свой собственный аварийный тормоз, который целесообразно выполнен в виде ленточного тормоза. Для нормального торможения может быть предусмотрен регулируемый дисковый тормоз. За головками кабестана может быть расположено приемное устройство для каната, который выполнен в виде барабана. Этот барабан также имеет привод и тормоз.
В случае расположенных рядом друг с другом тягового каната и передающего энергию элемента целесообразно применяют двухзаходный профиль головки кабестана, чтобы тяговый канат и передающий энергию элемент могли размещаться в отдельных, согласованных с их поперечным сечением канавках.
Указанные выше целесообразные варианты выполнения с лебедкой с направляющей поверхностью и направляющим стальным листом, с двумя, тремя или более головками кабестана с приемным устройством для каната, с аварийным тормозом для каждой головки кабестана и двухзаходным профилем головки кабестана являются особенно предпочтительными для указанного выше случая, в котором тяговый канат имеет также передающий энергию элемент или соответственно соединен с ним. Эти особые преимущества лебедки сохраняются также в случаях, в которых предусмотрен лишь тяговый канат без передающего энергию элемента. Поэтому объем защиты данного изобретения должен обязательно распространяться также на те случаи, в которых лебедка выполнена указанным образом, но предусмотрен лишь один тяговый канат без передающего энергию элемента.
Снабжение энергией элемента в виде воздушного змея можно использовать не только для регулирования. Его можно использовать для передачи электрической энергии или на основе другого подвода энергии для создания электрической энергии в элементе в виде воздушного змея для обеспечения управления, снабжения датчиков и т.д. рабочим напряжением. Для накопления электрической энергии в элементе в виде воздушного змея или соответственно в гондоле предусмотрен аккумулятор.
В частности (но не исключительно), в случаях, когда применяется электрический кабель в качестве передающего энергию элемента, существует опасность удара молнии или перенапряжения вследствие электростатических воздействий. Поэтому целесообразно предусмотрена защита от молний и/или защита против электростатического заряда или соответственно разряда. Защита от молний и/или защита против электростатического заряда или соответственно разряда не ограничивается случаем предусмотрения передающего энергию элемента. Объем защиты должен обязательно охватывать также случай, в котором эта защита от молний и/или защита против электростатического заряда или соответственно разряда предусматриваются также в случае, когда применяется тяговый канат без передающего энергию элемента.
Ниже приводится в качестве примера подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1-3 - поперечные сечения трех различных тяговых канатов с интегрированным передающим энергию элементом;
фиг.4 - лебедка с двумя головками кабестана;
фиг. 5-6 - профили различных головок кабестана;
фиг.7 - направляющая для каната с тремя головками кабестана и одним приемным устройством для каната;
фиг. 8-10 - фланцы с вертлюгом, с помощью которых тяговый канат/передающий энергию элемент закрепляется на элементе в виде воздушного змея;
фиг.11 - судно и элемент в виде воздушного змея;
фиг.12 - схема А защиты от перенапряжений в гондоле; и
фиг.13 - схема В защиты от перенапряжений на судне.
На фиг.1 показан тяговый канат (соответственно его прочная на растяжения волоконная структура), в котором в середине расположен передающий энергию элемент 2, который отделен слоем 3 от главной части 1 тягового каната. Передающий энергию элемент 2 может быть шлангом, при этом элемент 3 является стенкой шланга. Однако элемент 2 может быть также кабелем, в котором две полукруглые жилы отделены друг от друга с помощью изоляции и окружены изоляцией 3.
В вариантах выполнения, согласно фиг.2 и 3, главная часть 1 и передающий энергию элемент 2 окружены общей оболочкой 4.
На фиг.4 показана лебедка с двумя головками 5, 6 кабестана, которые соединены друг с другом с помощью передачи 7. При этом головка 5 кабестана соединена с электродвигателем 8, а головка 6 кабестана соединена с тормозом 9. Обе головки 5, 6 кабестана имеют еще аварийные тормоза 10, в частности в виде ленточного тормоза. Позицией 11 обозначен подвод электрического тока.
Показанная на фиг.5 головка 12 кабестана имеет однозаходный профиль для размещения тягового каната/передающего энергию элемента, который выполнен интегрировано. Показанная на фиг.6 головка 13 кабестана имеет двухзаходный профиль, в котором в одной канавке профиля размещается тяговый канат, а в другой - передающий энергию элемент.
На фиг.7 показана система с тремя головками 14, 15, 16 кабестана и приемным устройством 17 для каната, с помощью которых можно наматывать и разматывать тяговый канат 1 и передающий энергию элемент 2.
На фиг. 8-10 показаны вертлюги для обозначения различных возможностей соединения тягового каната 1 и передающего энергию элемента 2 с элементом в виде воздушного змея (не изображен).
На фиг.11 схематично показано судно 21, которое имеет лебедку 5, которая удерживает тяговый канат 1. Этот тяговый канат соединен с гондолой 22 управления элемента 23 в виде воздушного змея. С помощью этой гондолы 22 управления можно согласовывать тяговые канаты 24 элемента 23 в виде воздушного змея с характеристиками ветра и условиями маневрирования. В круге 25 показан в увеличенном масштабе тяговый канат 1 с обеими жилами электрического кабеля 2. Гондола 22 управления соединена с помощью канатных изоляторов 26 с тяговыми канатами 24 для обеспечения защиты от молний и защиты от электростатического заряда. В качестве альтернативного решения или дополнительно к этому, могут быть предусмотрены соответствующие канатные изоляторы между гондолой 22 управления и тяговым канатом 1.
Однако защита от молний и перенапряжений не ограничивается лишь канатными изоляторами 26. Еще предусмотрена показанная на фиг. 12 электрическая схема А в гондоле 22 управления. Позициями «+» и «-» обозначены обе жилы кабеля 2. Между ними находится зависящий от напряжения резистор 27, сопротивление которого уменьшается при увеличении напряжения. Позициями 28 и 29 обозначены ионные разрядники. При этом ионный разрядник является элементом, который при нормальном рабочем напряжении действует в качестве изолятора, а при повышенных напряжениях отводит ток или соответственно коротко замыкает. При этом ионный разрядник может быть выполнен аналогично конденсатору в виде трубки со средним электродом и спиральным электродом, или же в виде плоского конденсатора с двумя пластинами. При этом оба электрода или пластины расположены на небольшом расстоянии друг от друга, который достаточен, чтобы элемент при нормальных рабочих напряжениях действовал в качестве изолятора. При повышенных напряжениях между обоими электродами или соответственно пластинами протекает ток и тем самым гасит перенапряжение. Чем выше напряжение и чем меньше сопротивление резистора 27, тем больший ток можно отводить через ионный разрядник 28, 29 без создания опасности для встроенной электроники. Позицией 30 обозначен еще отвод перенапряжения остаточного напряжения ионного разрядника на массу.
Схема В расположена на судне. При этом позицией 31 обозначена линия электропитания от генератора судна, позицией 32 - предохранитель в контуре снабжения стенок 5 каната. Позицией 33 обозначен предохранитель для защиты 34 от перенапряжения. Позицией 35 обозначено заземление, т.е. корпус судна или вода, и позицией 36 - линия электропитания для лебедки 5.