氣動風力推進設備及控制方法

2023-10-08 23:06:14 4

專利名稱：氣動風力推進設備及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種氣動風力推進設備、特別是用於船隻的氣動風力推進設備，其包括氣動翼，該氣動翼通過多根線纜、特別是操控線纜和/
或牽引線纜連接於位於氣動翼下方的操控單元；牽引纜繩，其中牽引纜繩的第一端連接於操控單元，並且牽引纜繩的第二端連接於基礎平臺；氣動翼具有當氣流方向幾乎垂直於牽引纜繩時沿牽引纜繩方向產生上舉力的空氣動力學外形；引導線纜，其具有連接於氣動翼或操控單元的第一端；連接於基礎平臺的杆柱、特別是頂部上帶有桅頂的桅杆，在啟動和著陸期間充當用於氣動翼的對接點。
本發明的另 一方面是一種用於拉動水上船隻的翼元件的飛行的控制方法。
背景技術：
當今，諸如柴油或重燃油(HFO)這樣的碳基燃料用作用於推進水上船隻的關鍵資源。通常，柴油發動機用來給船隻提供驅動力。隨著這種碳基資源的成本增加，越來越吸引人們應用替代方法來給水上船隻提供驅動力。
WO 2005/100147 Al披露了 一種用於控制通過牽引纜繩連接於船隻以充當主要或輔助驅動器的翼元件的定位設備。基於在高空飛行並且通過牽引力拉動船隻的翼元件的這種推進系統需要大尺寸的翼元件，並且對這種翼元件的控制是一項具有挑戰性的任務。在WO 2005/100147 Al中，提議響應於翼元件的飛行條件而將牽引纜繩松出或拉入。儘管通過這種控制機構能夠實現一定程度的飛行控制，但不足以在所有飛行條件下控制該翼元件，特別是在風顯著改變其強度或方向時或在翼元件的啟動和著陸操作期間。
為了改善這種翼元件在難以應付的風況下的可操縱性，從WO 2005/100148 Al中了解到通過多根控制線纜將操控單元聯接於緊靠翼元件的下方操控單元，並且通過在水上船隻.和操控單元之間延伸的牽引纜繩經由這種操控單元將翼元件連接於水上船隻。此時，翼元件的控制可以得到明顯改善，但是在低空、諸如在啟動和著陸過程期間控制翼元件仍是一項具有挑戰性的任務。
WO 2005/100149 Al提議用多種傳感器來改善對牽引水上船隻的翼元件的控制。儘管這些和前面的技術可以明顯改善氣動翼元件在正常飛行期間的可操縱性，但是在低空、特別是在風的強度和方向明顯且快速變化時控制翼元件仍然是一項相當具有挑戰性的任務。然而，對翼元件的控制損失可能會導致整個系統的損失，因為在大尺寸的翼元件已經與水面相接觸的情況下，強行收回該系統的是不可能。
為改善啟動和著陸操作期間的可操縱性，WO 2005/100150提出了一種靠近將翼元件聯接於水上船隻的牽引纜繩的固定點而被豎立在水上船隻的前甲板上的伸縮式桅杆。使用這種桅杆，翼元件可以直接聯接於桅杆的頂部，從而有助於啟動和著陸操作。為實現翼元件和桅杆頂部之間的接合，操舵索一端以可滑動的方式聯接於牽引纜繩，另一端連接於翼元件。在已將牽引纜繩拉入到使翼元件處於低空中的程度的情況下，該操舵索是可卸的，且能夠得到處理從而使它脫離牽引纜繩並以這樣的方式受到引導以朝桅杆的頂部拉動翼元件。儘管在操舵索脫離牽引纜繩並且受到引導使得沿桅杆頂部方向的拉力能夠被施加於翼元件的情況下，這種技術能夠明顯改善翼元件在啟動和著陸過程期間的可操縱性，但是在啟動或著陸操作過程中，使用和處理操舵索是相當複雜的，並且無法將操舵索聯接於牽引纜繩或將操舵索從牽引纜繩上脫離開會引起整個系統的失效和翼元件的損失。

發明內容
本發明的第一目的是提供一種有助於和改善在啟動和著陸操作中對翼元件的控制的設備。
本發明的另一目的是提供一種用於在例如因風的強度和/或方向突變引起的上舉力突然損失時強行收回翼元件的設備和方法。
更進一步地，本發明的目的是提供一種改善和有助於在作用在牽引纜繩或翼元件上的低和高的力下對翼元件的控制的設備。
9根據本發明的第一方面，提供了一種如上所述.的氣動風力推進設 備，其特徵在於，引導線纜的第二端在啟動和著陸操作期間以及啟動和 著陸操作之間連接於基礎平臺，其中，穿過或沿著杆柱引導引導線纜， 並且引導線纜能夠至少在啟動或著陸期間將拉力傳遞到氣動翼上。
根據本發明的氣動風力推進設備提供了一種用於控制氣動翼的精 良裝置。本發明的基本原理是提供連續的引導線纜，該引導線纜通過其 一端連接於氣動翼，並通過其另一端連接於基礎平臺。根據本發明，這 種連續的連接不僅提供於啟動和著陸操作期間，而且還提供於介於啟動 和著陸操作之間的飛行階段。
在啟動和著陸操作期間，氣動翼從靠近杆柱的位置轉移至位於基礎 平臺上方高處的飛行位置，反之亦然。通過在基礎平臺和氣動翼之間提 供連續的引導線纜，控制氣動翼的反應時間被減短，這是因為不再需要 將引導線纜的第二端從牽引纜繩或桅頂上解開並將其從牽引纜繩轉移 至基礎平臺或桅頂。
根據本發明，穿過或沿著杆柱引導該引導線纜，從而能夠永久性地 在氣動翼和杆柱、特別是桅頂之間提供連接。根據本發明，引導線纜能 夠將拉力直接傳送到氣動翼上，而不用結合經由操控單元的力傳遞。此 時，由於藉助引導線纜施加這種拉力，因此氣動翼的控制可以得到改善。 通過在引導線纜中提供小的恆定拉力，控制氣動翼的反應時間得以進一 步縮短，這是因為拉力可以立刻變大，而不必拉入引導線纜的任何鬆弛 段。由本發明提供的對氣動翼的直接控制尤其對啟動和著陸操作來說是 特別重要的，這是因為在這些操作期間，對控制氣動翼存在很高的需求。 但是同樣在介於啟動和著陸操作之間的飛行階段期間，藉助引導線纜的 基礎平臺和氣動翼之間的連續且永久性的連接提供了明顯的優點，這是 因為一方面協同飛行的引導線纜的位置可以得到控制，並且引導線纜例 如與牽引纜繩的纏繞可以被減少或防止。另一方面，通過藉助引導線纜
提供連續的連接，在因氣動翼摺疊和/或氣動翼浸水所引起的可能導致 失去氣動翼的不穩定情形下，能夠立即啟動強行收回操作。
穿過或沿著杆柱對引導線纜的引導歸功於以下事實氣動翼的啟動 和著陸操作通常在翼靠近杆柱頂部、特別是桅頂且操控單元靠近船隻前 曱板的位置上開始/結束。因此，所期望的是能夠通過引導線纜將氣動翼拉向桅頂。
根據本發明的另 一方面，引導線纜的第 一端連接於緊固至氣動翼的 剛性加固元件、特別是中央棒，杆柱的頂部優選地包括適於聯接於該加 固元件的剛性適配器元件。
這種配置確保了桅頂與氣動翼之間的可靠而又剛性的對接。引導線 纜穿過或沿著桅頂的路線以確保氣動翼的加固元件被正確拉向適配器 元件從而提供平穩對接過程的方式實現。
本發明可以在以下方面進一步得到改善，即橫越氣動翼定位有多 根收帆線纜以便以改變空氣動力學特性的方式改變氣動翼的空氣動力 學外形或尺寸，該改變空氣動力學特性的方式例如為將收帆線纜拉入時 降低上舉力。通過該優選實施方式，能夠在氣動翼的著陸過程期間降低 上舉力。在著陸期間，所期望的是能夠將氣動翼輕易地移至其靠近桅頂 的著陸位置。由於氣動翼的尺寸被確定成適於在飛行階段期間產生最大 的上舉力，因此其外形和尺寸可反抗試圖將氣動翼向下並向桅頂拉動的 牽引力。因此，優選的是，在著陸操作期間減小氣動翼的上舉力。這通 過利用優選地相對於中央加固元件對稱地橫穿氣動翼的表面和外形的 收帆線纜來實現。這些收帆線纜在被拉入的同時以減少上舉力的方式改 變氣動翼的尺寸和外形。
該實施方式可以在以下方面進一步得到改善，即引導線纜的第一
這可以例如通過將收帆線纜結合到連接於引導線纜的一根線纜中來實 現。可以設置連接元件，用於將引導線纜的第一端連接於多根收帆線纜 或者連接於已將多根收帆線纜結合到其中的單根線纜。
該實施方式可以在以下方面進一步得到改善，即沿著緊固於氣動 翼的諸如中央棒的加固元件至少部分引導多根收帆線纜。通過這種方 式，可以以更為容易的方式組織和處理單根收帆線纜的路線。而且，可 以利用加固元件來實現多根收帆線纜到引導線纜的連接。
為了更好地控制收帆線纜，優選實施方式提供了一種閉鎖元件，其 藉助多根收帆線纜與引導線纜的第一端之間的載荷傳輸連接防止在閉 鎖狀態下收帆線纜的拉入，並允許在非閉鎖狀態下收帆線纜的拉入。這樣，，當閉鎖元件處於閉鎖狀態中時，在不拉入收帆線纜的情況下，可將 拉力施加於引導線纜。這例如在不希望氣動翼的尺寸或外形發生變化的 飛行階段期間是優選的。而且，在啟動和著陸階段期間，所期望的是有 效限定收帆線纜的拉入的啟動，以便能夠更好控制氣動翼的運動。因此， 例如在著陸期間，或許所期望的是例如在著陸期間，通過拉入引導線纜 並在氣動翼已到達或幾乎到達其著陸位置時只將閉鎖元件從其閉鎖狀 態改為非閉鎖狀態來使氣動翼達到或接近其著陸位置。這樣，可以防止 氣動翼處於距其著陸位置更遠的適當位置中時意外改變其外形或尺寸， 從而冒降低上舉力並且因此例如因浸水而失去氣動翼的風險。
本發明的另一實施方式的特徵在於，杆柱是桅杆元件、特別是伸縮 式桅杆和/或具有聯接至基礎平臺用以摺疊桅杆並使其處於基本水平的 方位中的樞轉聯接件的桅杆。這樣，能夠在氣動風力推進設備未被使用 且因此不需要桅杆的階段期間使桅杆的垂直尺寸最小化。由於氣動風力 推進設備的主要應用場合是船隻，因此風阻通常是待優化的參數。因此， 當氣動風力推進設備未被使用時，所希望的是使源於桅杆的風阻最小 化。除此以外，這樣，在桅杆、桅頂或桅頂適配器需要要求對桅杆進行 近距離處理的檢查、大修或其它措施的情況下，能夠更容易地到達其中 設有剛性桅頂適配器的桅杆頂部和桅頂。
本發明的另一優選實施方式的特徵在於，引導線纜在頂部、特別是 桅頂處被插入到杆柱中或附連於杆柱，並且通過滑輪引導引導線纜。通 過以這種方式將引導線纜附連於桅頂，能夠將氣動翼拉到靠近桅頂的位 置中，對於啟動和著陸氣動翼來說，這通常是所期望的。通過藉助滑輪 引導該引導線纜，確保了基本上能夠相對於基礎平臺以不同的角度引導 該引導線纜，並使轉向點處的摩擦力最小化。
在本發明的另一實施方式中，牽引纜繩能夠承載高的拉力並且/或者
引導線纜能夠承載低的拉力，特別是為牽引纜繩的拉力的約0.5-3%、 具體來說為1%的拉力。這些特性源於以下事實，即在飛行階段期間 由氣動翼的上舉力產生的主力通過牽引纜繩傳至基礎平臺，因此牽引纜 繩必須要能夠承載非常高的拉力。另一方面，引導線纜被用來在氣動翼 未達到其最大上舉力的階段期間控制氣動翼，以使得引導線纜中的合力 將通常要比牽引纜中的力小得多。將要承載的力的這種關係還導致有關
12牽引纜繩和引導線纜的尺寸的類似的關係。引導線纜可以具有比牽引纜 繩小得多的直徑，從而顯著減小了作用到翼元件上的引導線纜的重量。 而且，可以將不同的材料用於牽引纜繩和引導線纜。
更進一步地，優選的是，提供包括在引導線纜中的信號和/或功率傳 輸。通過該優選實施方式，信號和/或功率可以藉助包括在引導線纜中 的信號線纜和/或功率線纜從基礎平臺傳至翼元件，或者反過來。該信 號線纜和/或功率線纜可以被設置成平行於引導線纜行或同軸地位於引 導線纜內。將這種信號線纜和/或功率線纜包括在引導線纜中將不會引 起引導線纜的重量或引導線纜的尺寸且由此其風阻的顯著增大。因此， 這將不會顯著降低用來拉動船隻的翼元件的功率。
根據另一重要的優選實施方式，設置聯接元件。用於將引導線纜選 擇性地固定於操控單元。由於引導線纜通過其第 一端永久性聯接於翼元 件，因此，這會影響翼元件的飛行姿態，並且這種影響將會在高空中變 大，這是因為引導線纜必須被轉出，並由此作用在翼元件上的引導線纜 的重量將變大。通常，通過將翼元件聯接於操控單元的多根線纜使翼元 件的飛行姿態變得水平，並且由引導線纜所引起的附加作用將明顯降低 氣動翼元件的功率，甚至可以引起控制損失。為克服這些缺陷，可以以 由引導線纜的重量四平引起的力並不進一步直接作用在翼元件上、而是 作用在操控單元上的方式將引導線纜聯接於操控單元。這將降低或消除 經由引導線纜作用到翼元件上的力，並使得翼元件只通過將翼元件聯接 於操控單元的多根線纜而加栽。引導線纜到操控單元的這種選擇性的聯 接可以通過在與聯接於翼元件的第一端相距一定距離的一點處連接引 導線纜的短線纜輕易得到實現，其中該距離對應於該第一端與操控單元 之間的距離。該短聯接線纜以能夠被拉入的方式連接於操控單元，並因 而在該聯接線纜被完全拉入時將引導線纜拉至操控單元並將它固定在 那裡。在啟動著陸操作之前，聯接線纜可以被轉出以允許通過引導線纜 將要向翼元件直接施加的拉力。
根據本發明的另 一方面，如上所述的或在本說明書的引言部分描述
的氣動風力推進設備可以在以下方面得到進一步改善，即引導線纜的 一段在基礎平臺和杆柱的頂部之間延伸，並且該杆柱包括能夠將拉力施 加於這段引導線纜的牽引設備。通常，當引導線纜未被使用以引導氣動翼時，在基礎平臺和杆柱的 頂部之間延伸的那段引導線纜並不承受拉力，這在將力施加於引導線纜 並且引導線纜的運動、特別是突然的運動是必須的時常常會出現紐結、 打結等。根據本發明，引導線纜在這一段上持續受到低的拉力，該力足 以使引導線纜保持拉緊狀態，並因此防止在拉入或轉出期間出現紐結、 打結等。
此原理的應用並不限於引導線纜，而是可以擴展至任何線纜，特別 是也可以被拉入到桅杆中或沿著桅杆被拉動的收帆線纜。通過在線纜的 某一段上提供拉力來防止在拉入或轉出期間形成紐結、打結等的優點可 以用於氣動風力推進設備的任何線纜。
該實施方式的另一優點是引導線纜位於基礎平臺和杆柱的頂部之 間的那段中的恆定拉力通過對應於由氣動翼的上升施加到引導端的拉 力調節在引導線纜的第二端處施加於引導線纜的拉力使得能夠和/或增 強了恆定的拉力到引導線纜的引入。
本發明的這個實施方式可以在以下方面得到進一步改善，即該牽 引設備是彼此相對設置且接合位於它們之間的引導線纜的一對張緊輪， 其中，張緊輪中的至少一個能夠藉助轉矩將拉力施加到引導線纜上。張 緊輪可以例如定位在桅杆的頂部處的滑輪下方。張緊輪通過環繞位於它 們之間的纜繩或線纜並且例如藉助彈簧施壓於該纜繩或線纜來將拉力 施加於纜繩或線纜。將要施加於引導線纜的彈簧拉力和轉矩必須被調整 成纜繩或線纜以及張緊輪的尺寸和材料，以防止在纜繩或線纜與張緊輪 之間出現滑動，或者至少防止纜繩或線纜以及張緊輪的過度磨損。
本發明可以在以下方面得到進一步改善，即張緊輪中的至少一個 由驅動組件驅動，其中，特別地，驅動組件是旋轉式場磁鐵。為使張緊 輪能夠通過轉矩將拉力施加到引導線纜上，優選的是，驅動張緊輪。旋 轉式場磁鐵是適於必須施加轉矩的連續操作的特殊的轉矩馬達。
本發明可以在以下方面得到進一步改善，即張緊輪可以被設定到 一種如下的模式，即，其中，張緊輪可自由旋轉以分別遵循引導線纜或 牽引纜繩的運動。由於引導線纜或牽引纜繩分別經歷轉出和拉入運動， 因此所不希望的是引導線纜或牽引纜繩分別被張緊輪閉鎖。因此，當引
14導線纜或牽引纜繩分別被轉出或拉入時，張緊輪能夠自由旋轉。由於通 常在轉出或拉入期間施加於引導線纜的力大於通過張緊輪的轉矩施加 於引導線纜的拉力，因此該拉力易於被克服。由於不存在張緊輪的閉鎖 機構，因此一旦施加了用於轉出或拉入的高的力，則張緊輪能夠分別根 據引導線纜或牽引纜繩的運動自由旋轉。
該優選實施方式可以在以下方面得到進一步改善，即可以調節張 緊輪的轉矩和/或拉力，特別地以分別補償張緊輪或者引導線纜或牽引 纜繩上的磨損。這種調節是必需的，這是因為在恆定轉矩的情況下，引 導線纜或牽引纜繩或者張緊輪的各自的磨損或損耗將分別導致在引導 線纜或牽引纜繩中的更低的合成拉力。在最不利的情況下，未施加拉力， 因此牽引設備的功能不存在。由於對所施加的力的精確控制是成功控制 氣動翼所必需的，因此調節、特別是增加張緊輪之間所施加的轉矩和/
或拉力以分別在引導線纜或牽引纜繩中獲得隨時間保持不變的合成拉 力是重要的。
根據本發明的另 一方面，如上上所述的或在本說明書的引言部分中 描述的氣動風力推進設備可以在以下方面得到進一步改善，即牽引纜 繩的第二端和/或引導線纜的第二端通過用於分別轉出和拉入牽引纜繩 或引導線纜的至少一個絞盤連接於基礎平臺，其中，該至少一個絞盤設 有兩種操作模式，其中，第一操作模式在高速情況下施加低的力，第二 操作^=莫式在低速情況下施加高的力。
這樣，可以將轉出和拉入期間使用的力和速度調節成適應當前情 形。例如，如果必須轉出或拉入一長段線纜或纜繩，當源於氣動翼的上 升的力較低時，所希望的是利用只施加低的力或高速移動線纜或纜繩的 操作模式。而在抵抗拉入的拉力非常高的情形中，優選的是採用在低速 情況下施加高的力的操作模式。
本發明的這個實施方式優選地在以下方面得到改進，即該至少一 個絞盤連接於一個驅動單元，並且能夠在兩種模式下操作所述驅動單 元，或者設置兩個獨立的驅動單元，能夠在第一模式下操作一個驅動單 元，並且能夠在第二模式下操作另一驅動單元。由於在使用氣動風力推 進設備時出現的高的力，優選的是使用驅動組件來驅動絞盤。為了能夠 如上所述應用不同的操作模式，單個驅動單元或者必須包括可從中選擇
15或在它們之間切換的兩種操作模式，或者設置兩個獨立的驅動單元，.一 個用於第一模式，並且一個用於第二模式。
該實施方式可以在以下方面進一步得到改進，即具有兩個獨立的 驅動單元的、根據本發明的氣動風力推進設備還包括至少一個聯接件， 其用於將兩個驅動單元之一選擇性地聯接於該至少一個絞盤。如果獨立 的驅動單元被用來實現不同的操作模式，則必須確保所需要的驅動單元 根據要求聯接於絞盤以便在該特定的操作模式下操作。如果存在兩個與 一個絞盤相關聯的驅動單元，則聯接件可以根據所需要的操作模式將一 z個、馬區動單元或另 一衝、馬區動單元選擇'性地聯接於|支盤。
在另一方面中，本發明可以在包括如上所述的氣動風力推進i殳備的 船隻中得到體現。在該方面中，參考在本說明書的引言部分中提及的描 述這種用於拖曳船隻的系統的國際申請。
另外，本發明可以在如上所述的氣動風力推進設備用以驅動船隻的 應用中得到體現。
另外，本發明可以在如上所述的氣動風力推進設備使氣動翼啟動、 著陸、飛行和/或強行收回的應用中得到體現。
根據本發明的另 一方面，提供了 一種如本說明書的引言部分中所述 的氣動風力推進設備的控制方法，其特徵在於包括以下步驟將引導線 纜的第二端連接於基礎平臺，在啟動和著陸操作期間以及啟動和著陸操 作期間之間穿過或沿著杆柱引導該引導線纜，並且至少在啟動和著陸操 作期間根據引導線纜的不同功能來管理引導線纜中的拉力。
該實施方式的一個優點是藉助如上所述的引導線纜縮短了用於控 制氣動翼的反應時間。另一優點是氣動翼運動的制動，以及由此對於氣 動翼的可控性的改善和更平穩的啟動和著陸過程。
在第一實施方式中，優選的是該方法包括特別地通過連接於基礎平 臺的絞盤和/或定位在杆柱處的牽引設備對應於通過氣動翼的上舉力在 引導線纜的第一端處施加於引導線纜的拉力，調節在引導線纜的第二端 處施加於引導線纜的拉力，使得在作為啟動或著陸操作的一部分的引導 階段期間在引導線纜中保持某一拉力。這種原理通過使得氣動翼、由絞盤施加的力和引導線纜的預定初始 拉力的合力形成力平衡來實現。通過控制由絞盤施加的力，可以不斷地 使這種平衡適應於氣動翼的合力中的變化，從而使引導線纜的初始拉力 保持恆定或大致恆定以具有上述優點。
另外，優選的是該方法包括在飛行階段期間平行於牽引纜繩轉出和 拉入引導線纜，其中，在引導線纜中維持很小的拉力或零拉力。對於特
定實施方式，這可能是針對操控平臺和基礎平臺之間的距離約為40m 或更多的情形而言的情況。
進一步優選的是在著陸期間或者為了在不穩定的情況下強行收回 氣動翼，通過在引導線纜的第二端處施力來拉入引導線纜。對於特定實 施方式而言，這可能是針對操控平臺和基礎平臺之間的距離約為30m 或更少的最低飛行區的狀況。
在本發明的另一實施方式中，優選的是在啟動階段期間，利用驅動 組件在高的力且低速的情況下展開氣動翼。
在另一優選實施方式中，設置至少一個絞盤，其連接於牽引纜繩的 第二端和/或引導線纜的第二端，用於分別轉出和拉入牽引纜繩或引導 線纜，並且在兩種操作模式下操作該至少一個絞盤，其中第一操作模式 在高速情況下施加低的力，並且第二操作模式在低速情況下施加高的 力。參考上面給出的對於兩種操作模式的細節和優點的描述。
本發明的另一發展是優選的，其中，在引導階段期間在第一操作模 式下操作引導線纜的絞盤，在氣動翼的展開和摺疊期間在第二操作模式 下操作引導線纜的絞盤，並且在強行收回操作期間在第一操作模式和第 二模式下操作引導線纜的絞盤。操作模式的選擇取決於該氣動風力推進 設備的操作環境。
，，本，明的另一方面，如上所述的或產本說明書的引言部分中提
部之間的那段上而進一步得到改進。就這點而言，杆柱可以包括牽引設 備，特別是接合位於其間的引導線纜的、彼此相對設置的一對張緊輪， 其能夠特別地通過轉矩將拉力施加到引導線纜上。
17在本發明的另一實施方式中，優選的是通過驅動組件、特別是旋轉 式場磁鐵驅動牽引設備。
最後，優選的是調節牽引設備的轉矩和/或拉力，特別地用以補償引 導線纜或張緊輪的磨損。
參考上面給出的對於牽引設備、特別是一對張緊輪的細節和優點的 描述。


現在將參考附圖描述本發明的優選實施方式，其中
圖l示出了飛行階段期間根據本發明的設備的第一實施方式的立體
圖2示出了引導階段的開始期間根據本發明的設備的第一實施方式 的立體圖3示出了處於著陸狀態下的根據本發明的設備的第一實施方式的 立體圖4示出了根據本發明的設備的第二實施方式的細節的示意性截面
圖5示出了根據本發明的設備的第三實施方式的立體圖6示出了處於啟動和著陸狀態下的根據本發明的設備的第三實施 方式的立體圖；以及
圖7示出了根據本發明的設備的第四實施方式的細節的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了氣動風力推進設備100，其包括氣動翼110,其通過多 根線纜120、特別地是操控線纜和/或固定線纜連接於位於氣動翼110下 方的操控單元130;牽引纜繩140,其中該牽引纜繩的第一端141連接 於操控單元130，該牽引纜繩的第二端142連接於基礎平臺170。氣動 風力推進設備100還包括具有連接於氣動翼110的第一端151的引導線纜150和連接於基礎平臺170的桅杆160，該桅杆具有桅頂161。
引導線纜的第二端152通過絞盤163連接於基礎平臺170。引導線 纜150被引導至桅頂161並且沿著桅杆160朝絞盤163行進。
牽引纜繩140通過其第二端142與另一絞盤143相連。從圖1中可 以看到，在飛行階段期間，氣動翼位於船隻170的上方高處且通常處於 其前方。 一般而言，氣動翼相對於船隻170的位置取決於風況及其它參 數，如船速、浪高等，並且在某些附圖中，驅動翼以增加用於拉動船隻 的拉力。在飛行階段期間，牽引纜繩140將由氣動翼110的上舉力所施 加的拉力傳遞至基礎平臺。引導線纜150通過其笫一端151連接於放置 在翼內用於加固翼元件的中央棒111。在翼的前端，棒lll的聯接段突 出。該聯接段適於被機械聯接於桅頂161。引導線纜的第二端152纏繞 在連接於基礎平臺170的絞盤163周圍，使得引導線纜與牽引纜繩"協 同飛行"，但又不承載任何顯著的拉力。為了防止"協同飛行"的引導 線纜150與例如牽引纜繩140的其它元件發生纏繞，並為了減少反應時 間，將小的拉力施加於引導線纜150。這通過經由引導線纜絞盤163將 引導線纜150轉出和拉入到使得在引導線纜150上保持小的、優選地為 恆定的且預定的拉力的程度來完成。
圖2示出了與圖l所示相同的實施方式，其中該設備處於其中啟動 引導階段的位置中。從圖2中可以看到，氣動翼110相對船隻170處於 通過拉入牽引纜繩140已使氣動翼與圖1相比更靠近船隻170的位置中。 牽引纜繩在基礎平臺和操控單元之間的剩餘長度僅略長於桅杆160的長 度，如可以從圖2中看出的那樣。這表明將要啟動引導階段，因為引導 階段優選地在牽引纜繩140在基礎平臺170和操控單元130之間的剩餘 長度約等於桅杆160的高度時開始。
"協同飛行"的引導線纜150已被平行於牽引纜繩140而拉入，但 是仍然只承載了非常小的拉力，如可以從圖2中的引導線纜140的向外 展開的形式中看出的那樣。
為啟動引導階段，牽引纜繩140被進一步拉入，同時平行的引導線 纜150被拉入直至將所需的引導力施加於引導線纜150。該引導階段持 續至氣動翼已到達如圖3中所示的著陸位置。在引導階段期間，在第一
19操作模式下操作絞盤163,在高速情況下施加小的力。僅對於將要拉入 的引導線纜的最後一段、特別地其長度大致等於桅杆高度且取決於氣動 翼的尺寸的那段而言，在第二操作模式下操作絞盤，在低速情況下施加 大的力以提供將氣動翼110的中心棒對接於桅頂161處的互補的剛性適 配器中所需要的力。
如圖3中所示的著陸位置的特徵是操控單元130靠近或接觸基礎平 臺170，並且緊固於氣動翼的中心棒111靠近或連接於設在桅頂161處 的互補的剛性適配器元件。這意味著，通常就氣動風力推進設備而言， 操控單元和氣動翼之間的距離應分別大致等於杆柱或桅杆的高度。
引導線纜通過設在翼內的多根收帆線纜聯接於翼，以便拉動收帆線 纜減小翼的尺寸。
在該位置上，氣動翼110的收帆線纜被拉入以啟動氣動翼的受控下 垂，從而使得能夠將引導線纜和收帆線纜完全拉入，並將氣動翼自身收 回。在此階段期間，在低速情況下施加大的力的第二操作模式下操作絞 盤163。
在圖4中，在更詳細的示意圖中呈現了張緊輪262和絞盤263的配 置。引導線纜250通過設在桅杆261的頂部附近的滑輪268受到引導。 在該滑輪268的下方設有一對張緊輪262。引導線纜250穿過兩個張緊 輪262a和262b延伸至連接於基礎平臺270的絞盤263，並且從那延伸 至同樣連接於基礎平臺270的纜繩儲存裝置266。張緊輪262a受到旋轉 式場磁鐵(未示出)驅動以通過轉矩將拉力施加到引導線纜從基礎平臺 270處的絞盤263延伸至桅杆頂部處的那對張緊輪262的那段267上， 以使引導線纜的段267保持受到恆定的低拉力。
當利用絞盤263將引導線纜250轉出或拉入時，張緊輪262變換為 它們能夠自由旋轉以適應於引導線纜250的運動並且並不阻擋這種運動 的狀態。
圖5示出了根據本發明的設備的第三實施方式的立體圖，其中引導 線纜350通過其第一端351連接於氣動翼310的中央棒311。引導線纜 可以通過連接引導線纜的點353的短聯接線纜354選擇性地固定於操控 單元330,其中點353設置在與聯接於氣動翼310的第一端351相距一
20定距離處，該距離大致對應於氣動翼和操控單元330之間的距離。短聯 接線纜354以其可被拉入的方式連接於操控單元330，並因而在聯接線 纜354被完全拉入到操控單元中時將引導線纜350拉至操控單元330並 將它固定在那裡。圖5示出了飛行狀態下的該實施方式，其中所期望的 是只藉助將氣動翼310聯接於操控單元330的多根線纜320而對氣動翼 310進行加載。如圖5中所示，短聯接線纜354被拉入，以使得由引導 線纜350的重量所引起的力不直接作用在氣動翼310上，而是作用在操 控單元330上。在啟動和著陸操作期間，聯接線纜354可以被轉出(未 示出)以允許將要通過引導線纜350直接施加至氣動翼310的拉力。
圖6示出了根據本發明的設備在啟動和著陸狀態下的第三實施方式 的立體圖。如所示，引導線纜350現在通過其第一端351直接作用在氣 動翼上，而聯接線纜354被轉出以避免從引導線纜到操控單元330的載 荷傳遞。引導線纜的第一端351因此固定於中央棒311。引導線纜的第 二端352通過絞盤363固定於基礎平臺370。聯接線纜354通過可沿引 導線纜滑動的可滑動元件355連接於引導線纜350。當聯接線纜350被 完全拉入且因此引導線纜340連接於操控單元330時，能夠阻止引導線 纜與可滑動元件355之間的滑動運動。這將防止通過引導線纜350將要 向氣動翼310直接施加的拉力。
作為替代，聯接線纜354可以在所限定的固定點處連接於引導線纜 350。在這種情況下，引導線纜位於聯接線纜354的固定點和中央棒311
離的長度。
圖7示出了根據本發明的設備的第四實施方式的細節的示意圖。絞 盤510通過聯接件530連接於第一驅動單元520和第二驅動單元(未示 出)，其中，聯接件530用於將這兩個驅動單元之一選擇性地聯接於絞 盤510。在圖7中，第一驅動單元520通過聯接件530聯接於絞盤510。 在將絞盤510通過聯接件530聯接於第一驅動單元時，能夠在第一模式 下操作第一驅動單元520，在該第一模式下，將低的轉矩高速施加於絞 盤510,且絞盤510因此將低的力高速施加於與該絞盤相關聯的線纜(未 示出)。在絞盤510通過聯接件530聯接於第二驅動單元時，能夠在第 二模式下操作第二驅動單元(未示出)，在該第二模式下，將高的轉矩低速施加於絞盤510，且絞盤510因此將低的力高速施加於與該絞盤相 關聯的線纜(未示出)。
權利要求
1.氣動風力推進設備，其特別用於船隻，包括-氣動翼，其通過多根線纜、特別是操控線纜和/或牽引線纜連接於定位在所述氣動翼下方的操控單元；-牽引纜繩，其中，所述牽引纜繩的第一端連接於所述操控單元，並且所述牽引纜繩的第二端連接於基礎平臺；-所述氣動翼具有在氣流方向幾乎垂直於所述牽引纜繩時沿所述牽引纜繩的方向產生上舉力的空氣動力學外形；-引導線纜，其具有連接於所述氣動翼或所述操控單元的第一端；-連接於所述基礎平臺的杆柱、特別是頂部上帶有桅頂的桅杆，在啟動和著陸期間充當所述氣動翼的對接點，其特徵在於，所述引導線纜的第二端在啟動和著陸操作期間以及啟動與著陸操作之間連接於所述基礎平臺，其中，穿過或沿著所述杆柱引導所述引導線纜，並且所述引導線纜能夠至少在啟動或著陸期間將拉力傳遞到所述氣動翼上。
2. 如前一權利要求所述的氣動風力推進設備，其中，所述引導線 纜的第一端連接於緊固至所述氣動翼的剛性加固元件、特別是中央棒，器元件:-'' ,、
3. 如前述權利要求中的任一項所述的氣動風力推進設備，其特徵在於，橫越所述氣動翼定位有多根收帆線纜以便以改變空氣動力學特性 的方式改變所述氣動翼的空氣動力學外形或尺寸，所述改變空氣動力學 特性的方式例如為將所述收帆線纜拉入時降低所述上舉力的方式。
4. 如前一權利要求所述的氣動風力推進設備，其特徵在於，所述 引導線纜的第一端連接於所述多根收帆線纜以通過所述引導線纜實現 拉入。
5. 如前面兩個權利要求之一所述的氣動風力推進設備，其特徵在 於，沿著緊固於所述氣動翼的諸如中央棒的加固元件至少部分引導所述 多根收帆線纜。
6. 如前面三個權利要求之一所述的氣動風力推進設備,其特徵在 於，包括閉鎖元件，所述閉鎖元件通過所述多根收帆線纜與所述引導線 纜的第一端之間的載荷傳輸連接防止在閉鎖狀態下所述收帆線纜的拉 入並允許在非閉鎖狀態下所述收帆線纜的拉入。
7. 如前述權利要求中的任一項所述的氣動風力推進設備，其特徵 在於，所述杆柱是桅杆元件，特別是伸縮式桅杆和/或具有聯接至所述 基礎平臺用以摺疊所述桅杆並使其處於基本水平的方位中的樞軸聯接 件的桅杆。
8. 如前述權利要求中的任一項所述的氣動風力推進設備，其特徵 在於，所述引導線纜在頂部、特別是桅杆的桅頂處被插入到所述杆柱中， 並且通過滑輪引導所述引導線纜。
9. 如前述權利要求中的任一項所述的氣動風力推進設備，其中， 所述牽引纜繩能夠承載高的拉力並且/或者所述引導線纜能夠承載低的 拉力，特別是為所述牽引纜繩的拉力的約0.5-3%、具體來說為1%的拉 力。
10. 如前述權利要求中的任一項所述的氣動風力推進設備，其中， 在所述引導線纜中包括信號傳輸線纜和/或功率傳輸線纜。
11. 如前述權利要求中的任一項所述的氣動風力推進設備，其特徵 在於，包括用來將所述引導線纜選擇性地固定於所述操控單元的聯接元 件。
12. 如前述權利要求中的任一項或權利要求1的前序部分所述的氣 動風力推進設備，其中，所述引導線纜的一段在所述基礎平臺與所述杆 柱的頂部之間延伸，並且其中，所述杆柱包括能夠將拉力施加於所述段 的牽引設備。
13. 如前一權利要求所述的氣動風力推進設備，其中，所述牽引設 備是一對張緊輪，其彼此相對設置且接合位於它們之間的所述引導線 纜，其中，所述張緊輪中的至少一個能夠藉助轉矩將拉力施加到所述引導線纜上。
14. 如前一權利要求所述的氣動風力推進設備，其中，所述張緊輪 中的至少一個由驅動組件驅動，其中，所述驅動組件特別地是旋轉式場 磁鐵。
15. 如前面兩個權利要求之一所述的氣動風力推進設備，其中，所 述張緊輪能夠被設定到一種如下的模式，即，其中所述張緊輪能夠自由 旋轉以分別遵循所述引導線纜或所述牽引纜繩的運動。
16. 如前述權利要求13 - 15中的任一項所述的氣動風力推進設備， 其中，能夠調節所述張緊輪的轉矩和/或拉力，特別地用以分別補償所 述張緊輪或所述引導線纜或所述牽引纜繩上的磨損。
17. 如前述權利要求中的任一項或權利要求1的前序部分所述的氣 動風力推進設備，其中，僅在引用權利要求l時，所述牽引纜繩的第二 端和/或所述引導線纜的第二端通過至少一個用於分別轉出和拉入所述 牽引纜繩或所述引導線纜的絞盤連接於所述基礎平臺，其特徵在於，所 述至少一個絞盤設有兩種操作模式，其中，第一操作模式在高速情況下 施加低的力，並且第二操作模式在低速情況下施加高的力。
18. 如前一權利要求所述的氣動風力推進設備，其特徵在於，所述 至少一個絞盤連接於一個驅動單元，並且能夠在兩種模式下進行操作所 述驅動單元，或者設置兩個獨立的驅動單元，能夠在笫一模式下操作一 個驅動單元，並且能夠在第二模式下操作另一驅動單元。
19. 如前一權利要求所述的氣動風力推進設備，其具有兩個獨立的 驅動單元，還包括至少一個聯接件，所述至少一個聯接件用於將兩個驅 動單元之一選擇性地聯接於所述至少一個絞盤。
20. —種船隻，其包括如前述權利要求之一所述的氣動風力推進設備。
21. 根據前述權利要求1 - 19之一所述的氣動風力推進設備用以驅動船隻的應用。
22. 根據前述權利要求1 - 19之一所述的氣動風力推進設備使所述 氣動翼啟動、著陸、飛行和/或強行收回的應用。
23. 用於控制氣動風力推進設備、特別是用於船隻的氣動風力推進 設備的方法，其包括以下步驟-通過多根線纜、特別是操控線纜和/或牽引線纜將氣動翼連接於 定位在所述氣動翼下方的操控單元；-將所述牽引纜繩的第一端連接於所述操控單元，並將所述牽引纜 繩的第二端連接於基礎平臺；-將引導線纜的第一端連接於所述氣動翼或所述操控單元；-提供連接於所述基礎平臺的杆柱，特別是頂部帶有桅頂的桅杆， 在啟動和著陸期間充當所述氣動翼的對接點；-通過所述操控單元操控所述氣動翼的飛行； 其特徵在於，包括以下步驟-將所述引導線纜的第二端連接於所述基礎平臺； -在啟動和著陸操作期間以及啟動與著陸之間穿過或沿著所述杆柱引導所述引導線纜；-至少在啟動和著陸操作期間根據所述引導線纜的不同功能來管理所述引導線纜中的拉力。
24. 如前一權利要求所述的方法，其特徵在於，包括以下步驟 -響應於通過所述氣動翼的上舉力在所述引導線纜的第一端處施加於所述引導線纜的拉力來調節在所述引導線纜的第二端上施加於所 述引導線纜的拉力，以便在作為啟動或著陸操作的一部分的引導階段期 間在所述引導線纜中保持特定的拉力。
25. 如前面兩個權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，包 括以下步驟-在飛行階段期間平行於所述牽引纜繩轉出和拉入所述引導線纜， 其中，在所述引導線纜中維持很小的拉力或零拉力。
26. 如前述權利要求23-25中的任一項所迷的方法，其特徵在於，包括以下步驟 . '-在著陸期間或者為了在不穩定情形下強行收回所述氣動翼，通過 在所述引導線纜的第二端處施加力來拉入所述引導線纜。
27. 如前述權利要求23-26中的任一項所述的方法，其特徵在於， 在啟動階段期間，-利用驅動組件在大功率且低速的情況下展開所述氣動翼。
28. 如前述權利要求23 -27中的任一項所述的方法，其特徵在於， 包括以下步驟-設置至少一個絞盤，其連接於所述牽引纜繩的第二端和/或所述 引導線纜的第二端，用於分別轉出和拉入所述牽引纜繩或所述引導線 纜；-在兩種操作模式下操作所述至少一個絞盤，其中第一操作模式在 高速情況下施加低的力，並且第二操作模式在低速情況下施加高的力。
29. 如前一權利要求所述的方法，其中，在引導階段期間在所述第 一操作模式下操作所述引導線纜的絞盤，在所述氣動翼的展開和摺疊期 間在所述第二操作模式下操作所述引導線纜的絞盤，並且在強行收回操 作期間在所述第一操作模式或所述第二操作模式下操作所述引導線纜 的絞盤。
30. 如前述權利要求23 - 29中的任一項或權利要求23的前序部分 所述的方法，其特徵在於，包括以下步驟-將拉力施加於所述引導線纜位於所述基礎平臺和所述杆柱頂部 之間的那段，其中，所述杆柱包括牽引設備，特別地是彼此相對設置且 接合位於其間的所述引導線纜的一對張緊輪，所述牽引設備能夠特別地 通過轉矩將拉力施加到所述引導線纜上。
31. 如前一權利要求所述的方法，其特徵在於，包括以下步驟 -通過驅動組件、特別是旋轉式場磁鐵驅動所述牽引設備。
32. 如前面兩個權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，以 下步驟.-調節所述牽引設備的轉矩和/或拉力，特別地用以補償所述引導線纜或所述張緊輪的磨損。
33.如前述權利要求23-32中的任一項所述的方法，其特徵在於，4欲4 始控姿4欲備/劣魚錢'鉍率.
34.如前述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，將所述引導線纜至少在所述翼的啟動和著陸之間固定於所述操控單元。
全文摘要
本發明涉及一種特別用於船隻的氣動風力推進設備，其包括氣動翼，其連接於操控單元；牽引纜繩，其中牽引纜繩的第一端連接於操控單元，牽引纜繩的第二端連接於基礎平臺；引導線纜，其具有連接於氣動翼或操控單元的第一端；連接於基礎平臺的杆柱。根據本發明，提供了一種如上所述的氣動風力推進設備，其特徵在於，引導線纜的第二端在啟動和著陸操作期間以及啟動和著陸操作之間連接於基礎平臺，其中，穿過或沿著杆柱引導引導線纜，並且引導線纜能夠至少在啟動或著陸期間將拉力傳遞到氣動翼上。
文檔編號B63H9/06GK101687537SQ200780053581
公開日2010年3月31日 申請日期2007年8月24日 優先權日2007年8月24日
發明者巴斯蒂安·羅伊施 申請人:天帆有限兩合公司