CN101687537A - 气动风力推进设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别用于船只的气动风力推进设备，其包括：气动翼，其连接于操控单元；牵引缆绳，其中牵引缆绳的第一端连接于操控单元，牵引缆绳的第二端连接于基础平台；引导线缆，其具有连接于气动翼或操控单元的第一端；连接于基础平台的杆柱。根据本发明，提供了一种如上所述的气动风力推进设备，其特征在于，引导线缆的第二端在启动和着陆操作期间以及启动和着陆操作之间连接于基础平台，其中，穿过或沿着杆柱引导引导线缆，并且引导线缆能够至少在启动或着陆期间将拉力传递到气动翼上。

Description

气动风力推进设备及控制方法

技术领域

本发明涉及一种气动风力推进设备、特别是用于船只的气动风力推进设备，其包括气动翼，该气动翼通过多根线缆、特别是操控线缆和/或牵引线缆连接于位于气动翼下方的操控单元；牵引缆绳，其中牵引缆绳的第一端连接于操控单元，并且牵引缆绳的第二端连接于基础平台；气动翼具有当气流方向几乎垂直于牵引缆绳时沿牵引缆绳方向产生上举力的空气动力学外形；引导线缆，其具有连接于气动翼或操控单元的第一端；连接于基础平台的杆柱、特别是顶部上带有桅顶的桅杆，在启动和着陆期间充当用于气动翼的对接点。

本发明的另一方面是一种用于拉动水上船只的翼元件的飞行的控制方法。

背景技术

当今，诸如柴油或重燃油(HFO)这样的碳基燃料用作用于推进水上船只的关键资源。通常，柴油发动机用来给船只提供驱动力。随着这种碳基资源的成本增加，越来越吸引人们应用替代方法来给水上船只提供驱动力。

WO 2005/100147 A1披露了一种用于控制通过牵引缆绳连接于船只以充当主要或辅助驱动器的翼元件的定位设备。基于在高空飞行并且通过牵引力拉动船只的翼元件的这种推进系统需要大尺寸的翼元件，并且对这种翼元件的控制是一项具有挑战性的任务。在WO 2005/100147 A1中，提议响应于翼元件的飞行条件而将牵引缆绳松出或拉入。尽管通过这种控制机构能够实现一定程度的飞行控制，但不足以在所有飞行条件下控制该翼元件，特别是在风显著改变其强度或方向时或在翼元件的启动和着陆操作期间。

为了改善这种翼元件在难以应付的风况下的可操纵性，从WO 2005/100148 A1中了解到通过多根控制线缆将操控单元联接于紧靠翼元件的下方操控单元，并且通过在水上船只和操控单元之间延伸的牵引缆绳经由这种操控单元将翼元件连接于水上船只。此时，翼元件的控制可以得到明显改善，但是在低空、诸如在启动和着陆过程期间控制翼元件仍是一项具有挑战性的任务。

WO 2005/100149 A1提议用多种传感器来改善对牵引水上船只的翼元件的控制。尽管这些和前面的技术可以明显改善气动翼元件在正常飞行期间的可操纵性，但是在低空、特别是在风的强度和方向明显且快速变化时控制翼元件仍然是一项相当具有挑战性的任务。然而，对翼元件的控制损失可能会导致整个系统的损失，因为在大尺寸的翼元件已经与水面相接触的情况下，强行收回该系统的是不可能。

为改善启动和着陆操作期间的可操纵性，WO 2005/100150提出了一种靠近将翼元件联接于水上船只的牵引缆绳的固定点而被竖立在水上船只的前甲板上的伸缩式桅杆。使用这种桅杆，翼元件可以直接联接于桅杆的顶部，从而有助于启动和着陆操作。为实现翼元件和桅杆顶部之间的接合，操舵索一端以可滑动的方式联接于牵引缆绳，另一端连接于翼元件。在已将牵引缆绳拉入到使翼元件处于低空中的程度的情况下，该操舵索是可卸的，且能够得到处理从而使它脱离牵引缆绳并以这样的方式受到引导以朝桅杆的顶部拉动翼元件。尽管在操舵索脱离牵引缆绳并且受到引导使得沿桅杆顶部方向的拉力能够被施加于翼元件的情况下，这种技术能够明显改善翼元件在启动和着陆过程期间的可操纵性，但是在启动或着陆操作过程中，使用和处理操舵索是相当复杂的，并且无法将操舵索联接于牵引缆绳或将操舵索从牵引缆绳上脱离开会引起整个系统的失效和翼元件的损失。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种有助于和改善在启动和着陆操作中对翼元件的控制的设备。

本发明的另一目的是提供一种用于在例如因风的强度和/或方向突变引起的上举力突然损失时强行收回翼元件的设备和方法。

更进一步地，本发明的目的是提供一种改善和有助于在作用在牵引缆绳或翼元件上的低和高的力下对翼元件的控制的设备。

根据本发明的第一方面，提供了一种如上所述的气动风力推进设备，其特征在于，引导线缆的第二端在启动和着陆操作期间以及启动和着陆操作之间连接于基础平台，其中，穿过或沿着杆柱引导引导线缆，并且引导线缆能够至少在启动或着陆期间将拉力传递到气动翼上。

根据本发明的气动风力推进设备提供了一种用于控制气动翼的精良装置。本发明的基本原理是提供连续的引导线缆，该引导线缆通过其一端连接于气动翼，并通过其另一端连接于基础平台。根据本发明，这种连续的连接不仅提供于启动和着陆操作期间，而且还提供于介于启动和着陆操作之间的飞行阶段。

在启动和着陆操作期间，气动翼从靠近杆柱的位置转移至位于基础平台上方高处的飞行位置，反之亦然。通过在基础平台和气动翼之间提供连续的引导线缆，控制气动翼的反应时间被减短，这是因为不再需要将引导线缆的第二端从牵引缆绳或桅顶上解开并将其从牵引缆绳转移至基础平台或桅顶。

根据本发明，穿过或沿着杆柱引导该引导线缆，从而能够永久性地在气动翼和杆柱、特别是桅顶之间提供连接。根据本发明，引导线缆能够将拉力直接传送到气动翼上，而不用结合经由操控单元的力传递。此时，由于借助引导线缆施加这种拉力，因此气动翼的控制可以得到改善。通过在引导线缆中提供小的恒定拉力，控制气动翼的反应时间得以进一步缩短，这是因为拉力可以立刻变大，而不必拉入引导线缆的任何松弛段。由本发明提供的对气动翼的直接控制尤其对启动和着陆操作来说是特别重要的，这是因为在这些操作期间，对控制气动翼存在很高的需求。但是同样在介于启动和着陆操作之间的飞行阶段期间，借助引导线缆的基础平台和气动翼之间的连续且永久性的连接提供了明显的优点，这是因为一方面协同飞行的引导线缆的位置可以得到控制，并且引导线缆例如与牵引缆绳的缠绕可以被减少或防止。另一方面，通过借助引导线缆提供连续的连接，在因气动翼折叠和/或气动翼浸水所引起的可能导致失去气动翼的不稳定情形下，能够立即启动强行收回操作。

穿过或沿着杆柱对引导线缆的引导归功于以下事实：气动翼的启动和着陆操作通常在翼靠近杆柱顶部、特别是桅顶且操控单元靠近船只前甲板的位置上开始/结束。因此，所期望的是能够通过引导线缆将气动翼拉向桅顶。

根据本发明的另一方面，引导线缆的第一端连接于紧固至气动翼的刚性加固元件、特别是中央棒，杆柱的顶部优选地包括适于联接于该加固元件的刚性适配器元件。

这种配置确保了桅顶与气动翼之间的可靠而又刚性的对接。引导线缆穿过或沿着桅顶的路线以确保气动翼的加固元件被正确拉向适配器元件从而提供平稳对接过程的方式实现。

本发明可以在以下方面进一步得到改善，即：横越气动翼定位有多根收帆线缆以便以改变空气动力学特性的方式改变气动翼的空气动力学外形或尺寸，该改变空气动力学特性的方式例如为将收帆线缆拉入时降低上举力。通过该优选实施方式，能够在气动翼的着陆过程期间降低上举力。在着陆期间，所期望的是能够将气动翼轻易地移至其靠近桅顶的着陆位置。由于气动翼的尺寸被确定成适于在飞行阶段期间产生最大的上举力，因此其外形和尺寸可反抗试图将气动翼向下并向桅顶拉动的牵引力。因此，优选的是，在着陆操作期间减小气动翼的上举力。这通过利用优选地相对于中央加固元件对称地横穿气动翼的表面和外形的收帆线缆来实现。这些收帆线缆在被拉入的同时以减少上举力的方式改变气动翼的尺寸和外形。

该实施方式可以在以下方面进一步得到改善，即：引导线缆的第一端连接于多根收帆线缆以通过该引导线缆实现收帆线缆的拉入和转出。这可以例如通过将收帆线缆结合到连接于引导线缆的一根线缆中来实现。可以设置连接元件，用于将引导线缆的第一端连接于多根收帆线缆或者连接于已将多根收帆线缆结合到其中的单根线缆。

该实施方式可以在以下方面进一步得到改善，即：沿着紧固于气动翼的诸如中央棒的加固元件至少部分引导多根收帆线缆。通过这种方式，可以以更为容易的方式组织和处理单根收帆线缆的路线。而且，可以利用加固元件来实现多根收帆线缆到引导线缆的连接。

为了更好地控制收帆线缆，优选实施方式提供了一种闭锁元件，其借助多根收帆线缆与引导线缆的第一端之间的载荷传输连接防止在闭锁状态下收帆线缆的拉入，并允许在非闭锁状态下收帆线缆的拉入。这样，当闭锁元件处于闭锁状态中时，在不拉入收帆线缆的情况下，可将拉力施加于引导线缆。这例如在不希望气动翼的尺寸或外形发生变化的飞行阶段期间是优选的。而且，在启动和着陆阶段期间，所期望的是有效限定收帆线缆的拉入的启动，以便能够更好控制气动翼的运动。因此，例如在着陆期间，或许所期望的是例如在着陆期间，通过拉入引导线缆并在气动翼已到达或几乎到达其着陆位置时只将闭锁元件从其闭锁状态改为非闭锁状态来使气动翼达到或接近其着陆位置。这样，可以防止气动翼处于距其着陆位置更远的适当位置中时意外改变其外形或尺寸，从而冒降低上举力并且因此例如因浸水而失去气动翼的风险。

本发明的另一实施方式的特征在于，杆柱是桅杆元件、特别是伸缩式桅杆和/或具有联接至基础平台用以折叠桅杆并使其处于基本水平的方位中的枢转联接件的桅杆。这样，能够在气动风力推进设备未被使用且因此不需要桅杆的阶段期间使桅杆的垂直尺寸最小化。由于气动风力推进设备的主要应用场合是船只，因此风阻通常是待优化的参数。因此，当气动风力推进设备未被使用时，所希望的是使源于桅杆的风阻最小化。除此以外，这样，在桅杆、桅顶或桅顶适配器需要要求对桅杆进行近距离处理的检查、大修或其它措施的情况下，能够更容易地到达其中设有刚性桅顶适配器的桅杆顶部和桅顶。

本发明的另一优选实施方式的特征在于，引导线缆在顶部、特别是桅顶处被插入到杆柱中或附连于杆柱，并且通过滑轮引导引导线缆。通过以这种方式将引导线缆附连于桅顶，能够将气动翼拉到靠近桅顶的位置中，对于启动和着陆气动翼来说，这通常是所期望的。通过借助滑轮引导该引导线缆，确保了基本上能够相对于基础平台以不同的角度引导该引导线缆，并使转向点处的摩擦力最小化。

在本发明的另一实施方式中，牵引缆绳能够承载高的拉力并且/或者引导线缆能够承载低的拉力，特别是为牵引缆绳的拉力的约0.5-3％、具体来说为1％的拉力。这些特性源于以下事实，即：在飞行阶段期间由气动翼的上举力产生的主力通过牵引缆绳传至基础平台，因此牵引缆绳必须要能够承载非常高的拉力。另一方面，引导线缆被用来在气动翼未达到其最大上举力的阶段期间控制气动翼，以使得引导线缆中的合力将通常要比牵引缆中的力小得多。将要承载的力的这种关系还导致有关牵引缆绳和引导线缆的尺寸的类似的关系。引导线缆可以具有比牵引缆绳小得多的直径，从而显著减小了作用到翼元件上的引导线缆的重量。而且，可以将不同的材料用于牵引缆绳和引导线缆。

更进一步地，优选的是，提供包括在引导线缆中的信号和/或功率传输。通过该优选实施方式，信号和/或功率可以借助包括在引导线缆中的信号线缆和/或功率线缆从基础平台传至翼元件，或者反过来。该信号线缆和/或功率线缆可以被设置成平行于引导线缆行或同轴地位于引导线缆内。将这种信号线缆和/或功率线缆包括在引导线缆中将不会引起引导线缆的重量或引导线缆的尺寸且由此其风阻的显著增大。因此，这将不会显著降低用来拉动船只的翼元件的功率。

根据另一重要的优选实施方式，设置联接元件。用于将引导线缆选择性地固定于操控单元。由于引导线缆通过其第一端永久性联接于翼元件，因此，这会影响翼元件的飞行姿态，并且这种影响将会在高空中变大，这是因为引导线缆必须被转出，并由此作用在翼元件上的引导线缆的重量将变大。通常，通过将翼元件联接于操控单元的多根线缆使翼元件的飞行姿态变得水平，并且由引导线缆所引起的附加作用将明显降低气动翼元件的功率，甚至可以引起控制损失。为克服这些缺陷，可以以由引导线缆的重量四平引起的力并不进一步直接作用在翼元件上、而是作用在操控单元上的方式将引导线缆联接于操控单元。这将降低或消除经由引导线缆作用到翼元件上的力，并使得翼元件只通过将翼元件联接于操控单元的多根线缆而加载。引导线缆到操控单元的这种选择性的联接可以通过在与联接于翼元件的第一端相距一定距离的一点处连接引导线缆的短线缆轻易得到实现，其中该距离对应于该第一端与操控单元之间的距离。该短联接线缆以能够被拉入的方式连接于操控单元，并因而在该联接线缆被完全拉入时将引导线缆拉至操控单元并将它固定在那里。在启动着陆操作之前，联接线缆可以被转出以允许通过引导线缆将要向翼元件直接施加的拉力。

根据本发明的另一方面，如上所述的或在本说明书的引言部分描述的气动风力推进设备可以在以下方面得到进一步改善，即：引导线缆的一段在基础平台和杆柱的顶部之间延伸，并且该杆柱包括能够将拉力施加于这段引导线缆的牵引设备。

通常，当引导线缆未被使用以引导气动翼时，在基础平台和杆柱的顶部之间延伸的那段引导线缆并不承受拉力，这在将力施加于引导线缆并且引导线缆的运动、特别是突然的运动是必须的时常常会出现纽结、打结等。根据本发明，引导线缆在这一段上持续受到低的拉力，该力足以使引导线缆保持拉紧状态，并因此防止在拉入或转出期间出现纽结、打结等。

此原理的应用并不限于引导线缆，而是可以扩展至任何线缆，特别是也可以被拉入到桅杆中或沿着桅杆被拉动的收帆线缆。通过在线缆的某一段上提供拉力来防止在拉入或转出期间形成纽结、打结等的优点可以用于气动风力推进设备的任何线缆。

该实施方式的另一优点是引导线缆位于基础平台和杆柱的顶部之间的那段中的恒定拉力通过对应于由气动翼的上升施加到引导端的拉力调节在引导线缆的第二端处施加于引导线缆的拉力使得能够和/或增强了恒定的拉力到引导线缆的引入。

本发明的这个实施方式可以在以下方面得到进一步改善，即：该牵引设备是彼此相对设置且接合位于它们之间的引导线缆的一对张紧轮，其中，张紧轮中的至少一个能够借助转矩将拉力施加到引导线缆上。张紧轮可以例如定位在桅杆的顶部处的滑轮下方。张紧轮通过环绕位于它们之间的缆绳或线缆并且例如借助弹簧施压于该缆绳或线缆来将拉力施加于缆绳或线缆。将要施加于引导线缆的弹簧拉力和转矩必须被调整成缆绳或线缆以及张紧轮的尺寸和材料，以防止在缆绳或线缆与张紧轮之间出现滑动，或者至少防止缆绳或线缆以及张紧轮的过度磨损。

本发明可以在以下方面得到进一步改善，即：张紧轮中的至少一个由驱动组件驱动，其中，特别地，驱动组件是旋转式场磁铁。为使张紧轮能够通过转矩将拉力施加到引导线缆上，优选的是，驱动张紧轮。旋转式场磁铁是适于必须施加转矩的连续操作的特殊的转矩马达。

本发明可以在以下方面得到进一步改善，即：张紧轮可以被设定到一种如下的模式，即，其中，张紧轮可自由旋转以分别遵循引导线缆或牵引缆绳的运动。由于引导线缆或牵引缆绳分别经历转出和拉入运动，因此所不希望的是引导线缆或牵引缆绳分别被张紧轮闭锁。因此，当引导线缆或牵引缆绳分别被转出或拉入时，张紧轮能够自由旋转。由于通常在转出或拉入期间施加于引导线缆的力大于通过张紧轮的转矩施加于引导线缆的拉力，因此该拉力易于被克服。由于不存在张紧轮的闭锁机构，因此一旦施加了用于转出或拉入的高的力，则张紧轮能够分别根据引导线缆或牵引缆绳的运动自由旋转。

该优选实施方式可以在以下方面得到进一步改善，即：可以调节张紧轮的转矩和/或拉力，特别地以分别补偿张紧轮或者引导线缆或牵引缆绳上的磨损。这种调节是必需的，这是因为在恒定转矩的情况下，引导线缆或牵引缆绳或者张紧轮的各自的磨损或损耗将分别导致在引导线缆或牵引缆绳中的更低的合成拉力。在最不利的情况下，未施加拉力，因此牵引设备的功能不存在。由于对所施加的力的精确控制是成功控制气动翼所必需的，因此调节、特别是增加张紧轮之间所施加的转矩和/或拉力以分别在引导线缆或牵引缆绳中获得随时间保持不变的合成拉力是重要的。

根据本发明的另一方面，如上上所述的或在本说明书的引言部分中描述的气动风力推进设备可以在以下方面得到进一步改善，即：牵引缆绳的第二端和/或引导线缆的第二端通过用于分别转出和拉入牵引缆绳或引导线缆的至少一个绞盘连接于基础平台，其中，该至少一个绞盘设有两种操作模式，其中，第一操作模式在高速情况下施加低的力，第二操作模式在低速情况下施加高的力。

这样，可以将转出和拉入期间使用的力和速度调节成适应当前情形。例如，如果必须转出或拉入一长段线缆或缆绳，当源于气动翼的上升的力较低时，所希望的是利用只施加低的力或高速移动线缆或缆绳的操作模式。而在抵抗拉入的拉力非常高的情形中，优选的是采用在低速情况下施加高的力的操作模式。

本发明的这个实施方式优选地在以下方面得到改进，即：该至少一个绞盘连接于一个驱动单元，并且能够在两种模式下操作所述驱动单元，或者设置两个独立的驱动单元，能够在第一模式下操作一个驱动单元，并且能够在第二模式下操作另一驱动单元。由于在使用气动风力推进设备时出现的高的力，优选的是使用驱动组件来驱动绞盘。为了能够如上所述应用不同的操作模式，单个驱动单元或者必须包括可从中选择或在它们之间切换的两种操作模式，或者设置两个独立的驱动单元，一个用于第一模式，并且一个用于第二模式。

该实施方式可以在以下方面进一步得到改进，即：具有两个独立的驱动单元的、根据本发明的气动风力推进设备还包括至少一个联接件，其用于将两个驱动单元之一选择性地联接于该至少一个绞盘。如果独立的驱动单元被用来实现不同的操作模式，则必须确保所需要的驱动单元根据要求联接于绞盘以便在该特定的操作模式下操作。如果存在两个与一个绞盘相关联的驱动单元，则联接件可以根据所需要的操作模式将一个驱动单元或另一个驱动单元选择性地联接于绞盘。

在另一方面中，本发明可以在包括如上所述的气动风力推进设备的船只中得到体现。在该方面中，参考在本说明书的引言部分中提及的描述这种用于拖曳船只的系统的国际申请。

另外，本发明可以在如上所述的气动风力推进设备用以驱动船只的应用中得到体现。

另外，本发明可以在如上所述的气动风力推进设备使气动翼启动、着陆、飞行和/或强行收回的应用中得到体现。

根据本发明的另一方面，提供了一种如本说明书的引言部分中所述的气动风力推进设备的控制方法，其特征在于包括以下步骤：将引导线缆的第二端连接于基础平台，在启动和着陆操作期间以及启动和着陆操作期间之间穿过或沿着杆柱引导该引导线缆，并且至少在启动和着陆操作期间根据引导线缆的不同功能来管理引导线缆中的拉力。

该实施方式的一个优点是借助如上所述的引导线缆缩短了用于控制气动翼的反应时间。另一优点是气动翼运动的制动，以及由此对于气动翼的可控性的改善和更平稳的启动和着陆过程。

在第一实施方式中，优选的是该方法包括特别地通过连接于基础平台的绞盘和/或定位在杆柱处的牵引设备对应于通过气动翼的上举力在引导线缆的第一端处施加于引导线缆的拉力，调节在引导线缆的第二端处施加于引导线缆的拉力，使得在作为启动或着陆操作的一部分的引导阶段期间在引导线缆中保持某一拉力。

这种原理通过使得气动翼、由绞盘施加的力和引导线缆的预定初始拉力的合力形成力平衡来实现。通过控制由绞盘施加的力，可以不断地使这种平衡适应于气动翼的合力中的变化，从而使引导线缆的初始拉力保持恒定或大致恒定以具有上述优点。

另外，优选的是该方法包括在飞行阶段期间平行于牵引缆绳转出和拉入引导线缆，其中，在引导线缆中维持很小的拉力或零拉力。对于特定实施方式，这可能是针对操控平台和基础平台之间的距离约为40m或更多的情形而言的情况。

进一步优选的是在着陆期间或者为了在不稳定的情况下强行收回气动翼，通过在引导线缆的第二端处施力来拉入引导线缆。对于特定实施方式而言，这可能是针对操控平台和基础平台之间的距离约为30m或更少的最低飞行区的状况。

在本发明的另一实施方式中，优选的是在启动阶段期间，利用驱动组件在高的力且低速的情况下展开气动翼。

在另一优选实施方式中，设置至少一个绞盘，其连接于牵引缆绳的第二端和/或引导线缆的第二端，用于分别转出和拉入牵引缆绳或引导线缆，并且在两种操作模式下操作该至少一个绞盘，其中第一操作模式在高速情况下施加低的力，并且第二操作模式在低速情况下施加高的力。参考上面给出的对于两种操作模式的细节和优点的描述。

本发明的另一发展是优选的，其中，在引导阶段期间在第一操作模式下操作引导线缆的绞盘，在气动翼的展开和折叠期间在第二操作模式下操作引导线缆的绞盘，并且在强行收回操作期间在第一操作模式和第二模式下操作引导线缆的绞盘。操作模式的选择取决于该气动风力推进设备的操作环境。

根据本发明的另一方面，如上所述的或在本说明书的引言部分中提及的方法还可以通过将拉力施加于引导线缆位于基础平台和杆柱的顶部之间的那段上而进一步得到改进。就这点而言，杆柱可以包括牵引设备，特别是接合位于其间的引导线缆的、彼此相对设置的一对张紧轮，其能够特别地通过转矩将拉力施加到引导线缆上。

在本发明的另一实施方式中，优选的是通过驱动组件、特别是旋转式场磁铁驱动牵引设备。

最后，优选的是调节牵引设备的转矩和/或拉力，特别地用以补偿引导线缆或张紧轮的磨损。

参考上面给出的对于牵引设备、特别是一对张紧轮的细节和优点的描述。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出了飞行阶段期间根据本发明的设备的第一实施方式的立体图；

图2示出了引导阶段的开始期间根据本发明的设备的第一实施方式的立体图；

图3示出了处于着陆状态下的根据本发明的设备的第一实施方式的立体图；

图4示出了根据本发明的设备的第二实施方式的细节的示意性截面图；

图5示出了根据本发明的设备的第三实施方式的立体图；

图6示出了处于启动和着陆状态下的根据本发明的设备的第三实施方式的立体图；以及

图7示出了根据本发明的设备的第四实施方式的细节的示意图。

具体实施方式

图1示出了气动风力推进设备100，其包括：气动翼110，其通过多根线缆120、特别地是操控线缆和/或固定线缆连接于位于气动翼110下方的操控单元130；牵引缆绳140，其中该牵引缆绳的第一端141连接于操控单元130，该牵引缆绳的第二端142连接于基础平台170。气动风力推进设备100还包括具有连接于气动翼110的第一端151的引导线缆150和连接于基础平台170的桅杆160，该桅杆具有桅顶161。

引导线缆的第二端152通过绞盘163连接于基础平台170。引导线缆150被引导至桅顶161并且沿着桅杆160朝绞盘163行进。

牵引缆绳140通过其第二端142与另一绞盘143相连。从图1中可以看到，在飞行阶段期间，气动翼位于船只170的上方高处且通常处于其前方。一般而言，气动翼相对于船只170的位置取决于风况及其它参数，如船速、浪高等，并且在某些附图中，驱动翼以增加用于拉动船只的拉力。在飞行阶段期间，牵引缆绳140将由气动翼110的上举力所施加的拉力传递至基础平台。引导线缆150通过其第一端151连接于放置在翼内用于加固翼元件的中央棒111。在翼的前端，棒111的联接段突出。该联接段适于被机械联接于桅顶161。引导线缆的第二端152缠绕在连接于基础平台170的绞盘163周围，使得引导线缆与牵引缆绳“协同飞行”，但又不承载任何显著的拉力。为了防止“协同飞行”的引导线缆150与例如牵引缆绳140的其它元件发生缠绕，并为了减少反应时间，将小的拉力施加于引导线缆150。这通过经由引导线缆绞盘163将引导线缆150转出和拉入到使得在引导线缆150上保持小的、优选地为恒定的且预定的拉力的程度来完成。

图2示出了与图1所示相同的实施方式，其中该设备处于其中启动引导阶段的位置中。从图2中可以看到，气动翼110相对船只170处于通过拉入牵引缆绳140已使气动翼与图1相比更靠近船只170的位置中。牵引缆绳在基础平台和操控单元之间的剩余长度仅略长于桅杆160的长度，如可以从图2中看出的那样。这表明将要启动引导阶段，因为引导阶段优选地在牵引缆绳140在基础平台170和操控单元130之间的剩余长度约等于桅杆160的高度时开始。

“协同飞行”的引导线缆150已被平行于牵引缆绳140而拉入，但是仍然只承载了非常小的拉力，如可以从图2中的引导线缆140的向外展开的形式中看出的那样。

为启动引导阶段，牵引缆绳140被进一步拉入，同时平行的引导线缆150被拉入直至将所需的引导力施加于引导线缆150。该引导阶段持续至气动翼已到达如图3中所示的着陆位置。在引导阶段期间，在第一操作模式下操作绞盘163，在高速情况下施加小的力。仅对于将要拉入的引导线缆的最后一段、特别地其长度大致等于桅杆高度且取决于气动翼的尺寸的那段而言，在第二操作模式下操作绞盘，在低速情况下施加大的力以提供将气动翼110的中心棒对接于桅顶161处的互补的刚性适配器中所需要的力。

如图3中所示的着陆位置的特征是操控单元130靠近或接触基础平台170，并且紧固于气动翼的中心棒111靠近或连接于设在桅顶161处的互补的刚性适配器元件。这意味着，通常就气动风力推进设备而言，操控单元和气动翼之间的距离应分别大致等于杆柱或桅杆的高度。

引导线缆通过设在翼内的多根收帆线缆联接于翼，以便拉动收帆线缆减小翼的尺寸。

在该位置上，气动翼110的收帆线缆被拉入以启动气动翼的受控下垂，从而使得能够将引导线缆和收帆线缆完全拉入，并将气动翼自身收回。在此阶段期间，在低速情况下施加大的力的第二操作模式下操作绞盘163。

在图4中，在更详细的示意图中呈现了张紧轮262和绞盘263的配置。引导线缆250通过设在桅杆261的顶部附近的滑轮268受到引导。在该滑轮268的下方设有一对张紧轮262。引导线缆250穿过两个张紧轮262a和262b延伸至连接于基础平台270的绞盘263，并且从那延伸至同样连接于基础平台270的缆绳储存装置266。张紧轮262a受到旋转式场磁铁(未示出)驱动以通过转矩将拉力施加到引导线缆从基础平台270处的绞盘263延伸至桅杆顶部处的那对张紧轮262的那段267上，以使引导线缆的段267保持受到恒定的低拉力。

当利用绞盘263将引导线缆250转出或拉入时，张紧轮262变换为它们能够自由旋转以适应于引导线缆250的运动并且并不阻挡这种运动的状态。

图5示出了根据本发明的设备的第三实施方式的立体图，其中引导线缆350通过其第一端351连接于气动翼310的中央棒311。引导线缆可以通过连接引导线缆的点353的短联接线缆354选择性地固定于操控单元330，其中点353设置在与联接于气动翼310的第一端351相距一定距离处，该距离大致对应于气动翼和操控单元330之间的距离。短联接线缆354以其可被拉入的方式连接于操控单元330，并因而在联接线缆354被完全拉入到操控单元中时将引导线缆350拉至操控单元330并将它固定在那里。图5示出了飞行状态下的该实施方式，其中所期望的是只借助将气动翼310联接于操控单元330的多根线缆320而对气动翼310进行加载。如图5中所示，短联接线缆354被拉入，以使得由引导线缆350的重量所引起的力不直接作用在气动翼310上，而是作用在操控单元330上。在启动和着陆操作期间，联接线缆354可以被转出(未示出)以允许将要通过引导线缆350直接施加至气动翼310的拉力。

图6示出了根据本发明的设备在启动和着陆状态下的第三实施方式的立体图。如所示，引导线缆350现在通过其第一端351直接作用在气动翼上，而联接线缆354被转出以避免从引导线缆到操控单元330的载荷传递。引导线缆的第一端351因此固定于中央棒311。引导线缆的第二端352通过绞盘363固定于基础平台370。联接线缆354通过可沿引导线缆滑动的可滑动元件355连接于引导线缆350。当联接线缆350被完全拉入且因此引导线缆340连接于操控单元330时，能够阻止引导线缆与可滑动元件355之间的滑动运动。这将防止通过引导线缆350将要向气动翼310直接施加的拉力。

作为替代，联接线缆354可以在所限定的固定点处连接于引导线缆350。在这种情况下，引导线缆位于联接线缆354的固定点和中央棒311之间的段的长度必须至少具有位于中央棒311和操控单元330之间的距离的长度。

图7示出了根据本发明的设备的第四实施方式的细节的示意图。绞盘510通过联接件530连接于第一驱动单元520和第二驱动单元(未示出)，其中，联接件530用于将这两个驱动单元之一选择性地联接于绞盘510。在图7中，第一驱动单元520通过联接件530联接于绞盘510。在将绞盘510通过联接件530联接于第一驱动单元时，能够在第一模式下操作第一驱动单元520，在该第一模式下，将低的转矩高速施加于绞盘510，且绞盘510因此将低的力高速施加于与该绞盘相关联的线缆(未示出)。在绞盘510通过联接件530联接于第二驱动单元时，能够在第二模式下操作第二驱动单元(未示出)，在该第二模式下，将高的转矩低速施加于绞盘510，且绞盘510因此将低的力高速施加于与该绞盘相关联的线缆(未示出)。

Claims (34)

1.气动风力推进设备，其特别用于船只，包括：

-气动翼，其通过多根线缆、特别是操控线缆和/或牵引线缆连接于定位在所述气动翼下方的操控单元；

-牵引缆绳，其中，所述牵引缆绳的第一端连接于所述操控单元，并且所述牵引缆绳的第二端连接于基础平台；

-所述气动翼具有在气流方向几乎垂直于所述牵引缆绳时沿所述牵引缆绳的方向产生上举力的空气动力学外形；

-引导线缆，其具有连接于所述气动翼或所述操控单元的第一端；

-连接于所述基础平台的杆柱、特别是顶部上带有桅顶的桅杆，在启动和着陆期间充当所述气动翼的对接点，

其特征在于，所述引导线缆的第二端在启动和着陆操作期间以及启动与着陆操作之间连接于所述基础平台，其中，穿过或沿着所述杆柱引导所述引导线缆，并且所述引导线缆能够至少在启动或着陆期间将拉力传递到所述气动翼上。

2.如前一权利要求所述的气动风力推进设备，其中，所述引导线缆的第一端连接于紧固至所述气动翼的刚性加固元件、特别是中央棒，并且所述杆柱的顶部优选地包括适于机械联接至所述加固元件的适配器元件。

3.如前述权利要求中的任一项所述的气动风力推进设备，其特征在于，横越所述气动翼定位有多根收帆线缆以便以改变空气动力学特性的方式改变所述气动翼的空气动力学外形或尺寸，所述改变空气动力学特性的方式例如为将所述收帆线缆拉入时降低所述上举力的方式。

4.如前一权利要求所述的气动风力推进设备，其特征在于，所述引导线缆的第一端连接于所述多根收帆线缆以通过所述引导线缆实现拉入。

5.如前面两个权利要求之一所述的气动风力推进设备，其特征在于，沿着紧固于所述气动翼的诸如中央棒的加固元件至少部分引导所述多根收帆线缆。

6.如前面三个权利要求之一所述的气动风力推进设备，其特征在于，包括闭锁元件，所述闭锁元件通过所述多根收帆线缆与所述引导线缆的第一端之间的载荷传输连接防止在闭锁状态下所述收帆线缆的拉入并允许在非闭锁状态下所述收帆线缆的拉入。

7.如前述权利要求中的任一项所述的气动风力推进设备，其特征在于，所述杆柱是桅杆元件，特别是伸缩式桅杆和/或具有联接至所述基础平台用以折叠所述桅杆并使其处于基本水平的方位中的枢轴联接件的桅杆。

8.如前述权利要求中的任一项所述的气动风力推进设备，其特征在于，所述引导线缆在顶部、特别是桅杆的桅顶处被插入到所述杆柱中，并且通过滑轮引导所述引导线缆。

9.如前述权利要求中的任一项所述的气动风力推进设备，其中，所述牵引缆绳能够承载高的拉力并且/或者所述引导线缆能够承载低的拉力，特别是为所述牵引缆绳的拉力的约0.5-3％、具体来说为1％的拉力。

10.如前述权利要求中的任一项所述的气动风力推进设备，其中，在所述引导线缆中包括信号传输线缆和/或功率传输线缆。

11.如前述权利要求中的任一项所述的气动风力推进设备，其特征在于，包括用来将所述引导线缆选择性地固定于所述操控单元的联接元件。

12.如前述权利要求中的任一项或权利要求1的前序部分所述的气动风力推进设备，其中，所述引导线缆的一段在所述基础平台与所述杆柱的顶部之间延伸，并且其中，所述杆柱包括能够将拉力施加于所述段的牵引设备。

13.如前一权利要求所述的气动风力推进设备，其中，所述牵引设备是一对张紧轮，其彼此相对设置且接合位于它们之间的所述引导线缆，其中，所述张紧轮中的至少一个能够借助转矩将拉力施加到所述引导线缆上。

14.如前一权利要求所述的气动风力推进设备，其中，所述张紧轮中的至少一个由驱动组件驱动，其中，所述驱动组件特别地是旋转式场磁铁。

15.如前面两个权利要求之一所述的气动风力推进设备，其中，所述张紧轮能够被设定到一种如下的模式，即，其中所述张紧轮能够自由旋转以分别遵循所述引导线缆或所述牵引缆绳的运动。

16.如前述权利要求13-15中的任一项所述的气动风力推进设备，其中，能够调节所述张紧轮的转矩和/或拉力，特别地用以分别补偿所述张紧轮或所述引导线缆或所述牵引缆绳上的磨损。

17.如前述权利要求中的任一项或权利要求1的前序部分所述的气动风力推进设备，其中，仅在引用权利要求1时，所述牵引缆绳的第二端和/或所述引导线缆的第二端通过至少一个用于分别转出和拉入所述牵引缆绳或所述引导线缆的绞盘连接于所述基础平台，其特征在于，所述至少一个绞盘设有两种操作模式，其中，第一操作模式在高速情况下施加低的力，并且第二操作模式在低速情况下施加高的力。

18.如前一权利要求所述的气动风力推进设备，其特征在于，所述至少一个绞盘连接于一个驱动单元，并且能够在两种模式下进行操作所述驱动单元，或者设置两个独立的驱动单元，能够在第一模式下操作一个驱动单元，并且能够在第二模式下操作另一驱动单元。

19.如前一权利要求所述的气动风力推进设备，其具有两个独立的驱动单元，还包括至少一个联接件，所述至少一个联接件用于将两个驱动单元之一选择性地联接于所述至少一个绞盘。

20.一种船只，其包括如前述权利要求之一所述的气动风力推进设备。

21.根据前述权利要求1-19之一所述的气动风力推进设备用以驱动船只的应用。

22.根据前述权利要求1-19之一所述的气动风力推进设备使所述气动翼启动、着陆、飞行和/或强行收回的应用。

23.用于控制气动风力推进设备、特别是用于船只的气动风力推进设备的方法，其包括以下步骤：

-通过多根线缆、特别是操控线缆和/或牵引线缆将气动翼连接于定位在所述气动翼下方的操控单元；

-将所述牵引缆绳的第一端连接于所述操控单元，并将所述牵引缆绳的第二端连接于基础平台；

-将引导线缆的第一端连接于所述气动翼或所述操控单元；

-提供连接于所述基础平台的杆柱，特别是顶部带有桅顶的桅杆，在启动和着陆期间充当所述气动翼的对接点；

-通过所述操控单元操控所述气动翼的飞行；

其特征在于，包括以下步骤：

-将所述引导线缆的第二端连接于所述基础平台；

-在启动和着陆操作期间以及启动与着陆之间穿过或沿着所述杆柱引导所述引导线缆；

-至少在启动和着陆操作期间根据所述引导线缆的不同功能来管理所述引导线缆中的拉力。

24.如前一权利要求所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-响应于通过所述气动翼的上举力在所述引导线缆的第一端处施加于所述引导线缆的拉力来调节在所述引导线缆的第二端上施加于所述引导线缆的拉力，以便在作为启动或着陆操作的一部分的引导阶段期间在所述引导线缆中保持特定的拉力。

25.如前面两个权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-在飞行阶段期间平行于所述牵引缆绳转出和拉入所述引导线缆，其中，在所述引导线缆中维持很小的拉力或零拉力。

26.如前述权利要求23-25中的任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-在着陆期间或者为了在不稳定情形下强行收回所述气动翼，通过在所述引导线缆的第二端处施加力来拉入所述引导线缆。

27.如前述权利要求23-26中的任一项所述的方法，其特征在于，在启动阶段期间，

-利用驱动组件在大功率且低速的情况下展开所述气动翼。

28.如前述权利要求23-27中的任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-设置至少一个绞盘，其连接于所述牵引缆绳的第二端和/或所述引导线缆的第二端，用于分别转出和拉入所述牵引缆绳或所述引导线缆；

-在两种操作模式下操作所述至少一个绞盘，其中第一操作模式在高速情况下施加低的力，并且第二操作模式在低速情况下施加高的力。

29.如前一权利要求所述的方法，其中，在引导阶段期间在所述第一操作模式下操作所述引导线缆的绞盘，在所述气动翼的展开和折叠期间在所述第二操作模式下操作所述引导线缆的绞盘，并且在强行收回操作期间在所述第一操作模式或所述第二操作模式下操作所述引导线缆的绞盘。

30.如前述权利要求23-29中的任一项或权利要求23的前序部分所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-将拉力施加于所述引导线缆位于所述基础平台和所述杆柱顶部之间的那段，其中，所述杆柱包括牵引设备，特别地是彼此相对设置且接合位于其间的所述引导线缆的一对张紧轮，所述牵引设备能够特别地通过转矩将拉力施加到所述引导线缆上。

31.如前一权利要求所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-通过驱动组件、特别是旋转式场磁铁驱动所述牵引设备。

32.如前面两个权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，以下步骤：

-调节所述牵引设备的转矩和/或拉力，特别地用以补偿所述引导线缆或所述张紧轮的磨损。

33.如前述权利要求23-32中的任一项所述的方法，其特征在于，通过包括在所述引导线缆中的信号线缆和/或功率线缆传输信号和/或功率。

34.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述引导线缆至少在所述翼的启动和着陆之间固定于所述操控单元。

Images