CN102105352B - 特别是用于远洋货船、游艇等的帆系统 - Google Patents

Abstract

先前已知的特别是用于远洋货船和游艇的帆装置通常不能使船或者游艇切风地航行。本发明的目的在于使帆装置有效地利用风能并且切风地航行。所述目的通过如下帆装置(1)实现，帆装置(1)包括：至少一个桅杆(3)，其连接到船体(2)；两个翼帆(4、5)，其被安装到桅杆(3)。为能够保持和调节翼帆(4、5)，所述至少一个桅杆(3)在其指向远离船体(2)的上端装配有上安装部(7)并且在其与船体(2)连接的下端装配有下安装部(11)，并且翼帆(4、5)的端部(12、13；14、15)在船体(2)的纵向方向(16)和横向方向(17)上可调节地在安装部(7、11)中被引导。本发明能够减少远洋货船、游艇等的操作费用。

Description

特别是用于远洋货船、游艇等的帆系统

技术领域

本发明涉及一种帆系统，特别是用于远洋货船、游艇等的帆系统。

背景技术

根据媒体报导(例如，见报纸“Welt am Sonntag”2008年2月3号no.5的文章“Wie Tanker Kraftstoff sparen kann”[油轮如何能够节油]”)，人们已经对于使旅游船(cruise ship)和集装箱船(container ship)在未来比它们迄今为止产生较少的污染物的呼吁并且它们尽一切能力节约矿物燃料能源的呼吁很熟悉。该类型船只的一些操作员正在寻求以风力作为额外的推进手段，以及利用比如翼伞(paraglider)、飞艇(airship)或者帆，这些部件能够辅助船只的前进并且由此对于减少污染物的排放和节能做出贡献。另外，在Clauss等人发表的文章“Betriebssimulation von Frachtschiffen mitWindzuSatzantrieb”[风力辅助的货船的操作仿真](102.Hauptversammlung der SchiffbautechnischenGesellschaft，21到23.11.2007，柏林，第1至11页)说明了各种类型的帆并相互进行了比较。这里提到的是称为BSP帆的帆，其包括根据航空工程和喷气发动机已知的改进的襟翼(flap)轮廓。对于大多数的这些推进措施，其中一些是新开发的，其难以或者甚至完全不可能切风(close to wind)航行，该情况即是，难以或者甚至完全不可能超过适当程度或者完全地迎风(close-hauled)航行。这意味着，这样的船的操作员必须极大地循迹过去的季节性航行路线，某些时候还必须要相当大程度的绕航(diversion)。这种绕航通常抵消了所述额外的推进措施的技术优势和环境优势。

根据文献DE 77 32 111 U1已知一种帆系统，其中一个接一个地配置的六个翼帆借助于均水平地延伸的上安装部和下安装部而连接到桅杆。所述翼帆均能够绕近似竖直的轴线转动。

根据GB 2 234 723 A已知一种帆系统，其中U形的并且因此为球门柱(goalpost)形式的桅杆具有上安装部和下安装部。在安装部之间具有能够在被紧固到所述安装部的近似竖直的转轴上枢转的三个翼帆。

根据GB 742 128 A已知一种帆装置，其中两个翼帆的上端直接在桅杆上被引导，翼帆的该上端逐渐变细成为点状，而翼帆的下前端在船体的纵向方向上可调节地在安装部上被引导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起始段所述类型的帆系统，该帆系统可以切风地航行，并且能够有效地利用风能。

本发明的目的通过具有如下技术特征的帆系统来实现，所述帆系统特别地用于远洋货船、游艇等，所述帆系统具有：至少一个桅杆，其连接到船体；两个翼帆，其借助所述桅杆而被保持，其中，为了能够保持和设定所述翼帆，所述至少一个桅杆具有上安装部和下安装部，所述上安装部在所述至少一个桅杆的远离所述船体地指向的上端处，所述下安装部在所述至少一个桅杆的连接到所述船体的下端处，并且所述翼帆的端部在所述船体的纵向方向和横向方向上可调节地在所述安装部中被引导。有利的改进形成下述的主题。

根据本发明的帆系统具有连接到船体的至少一个桅杆和借助所述桅杆保持的两个翼帆，其中，为能够保持和设定翼帆，所述桅杆在其远离船体地指向的上端具有上安装部并且在其连接到船体的下端具有下安装部，并且翼帆的边缘在船体的纵向方向和横向方向上可调节地在安装部中被引导。该桅杆和安装部的配置提供了仅需要较小的空间的极其小型化的帆系统。根据本发明的呈具有上安装部和下安装部的桅杆的形式的帆系统能够承载比传统的桅杆/帆结构中帆的面积大的帆。根据本发明，能够省略传统的三角前桅帆(foresail)。借助使翼帆的端部在船体的纵向方向和横向方向上可调节地在安装部中被引导，能够安全地并且没有任何问题地进行帆操作(sailingmaneuver)。由于在帆系统中配置了两个翼帆，由于已知的文氏管效应的作用，它们能够有助于提高帆系统的整体性能。根据本发明的帆系统能够切风地航行，而且在后侧航向时能够作出最佳进展。

在本发明的改进中，所述安装部均为十字形状，并且所述安装部具有在所述船体的纵向方向上延伸的纵向支撑体和在所述船体的横向方向上延伸的横向支撑体，以引导所述翼帆的端部，各纵向支撑体具有头部和尾部，各横向支撑体具有左舷部和右舷部，用以接收所述翼帆中的一方的对应端部。该类型的安装部和支撑体的设计和尺寸形成必须基于安全的基础，并且能够由高强度并且同时轻的材料制成。因为所述纵向支撑体和横向支撑体各部分仅与翼帆的一端关联，所以可以毫无问题地利用根据本发明的帆系统航行。因此，当存在所提到的两个翼帆时，翼帆的各独立端均被施加到支撑体的全部四个部分。

在本发明的优选改进中，一个翼帆的前边缘被紧固到所述安装部的所述纵向支撑体，而该一个翼帆的后边缘被紧固到所述安装部的所述横向支撑体，另一个翼帆的前边缘被紧固到所述安装部的所述横向支撑体，该另一个翼帆的后边缘被紧固到所述安装部的所述纵向支撑体，上述紧固优选地以能彼此无关地调节的方式来进行，并且所述翼帆的各端部优选地能够彼此独立地定位于所述上安装部和所述下安装部。所述一个翼帆优选地是行进方向上的前翼帆，而所述另一个翼帆优选地是行进方向上的后翼帆。因此，各翼帆的前边缘和后边缘能够彼此无关地调节，并且根据本发明的帆系统由此能够以最佳方式布置翼帆，以适应主风状况。为能够在翼帆的高度方面以最佳方式布置翼帆，特别是布置翼帆的后边缘，翼帆的后边缘分别在顶部和底部不仅能够以相同的方式被调节或移位，而且还能够在一定程度上以不同的方式被调节或移位。这样，能够实现翼帆的扭转(twist)，而不扭转桅杆结构。

在本发明的另一个实施方式中，所述安装部是能转动的，优选地所述桅杆及其所具有的安装部是能转动的，在该情况中，安装部在本发明的另一个改进中也可以设计成能够相对彼此旋转。由此，当例如通过使安装部或者桅杆及其所具有的安装部转过90°而迎风转向时，能够易于实现根据本发明的帆系统的不同姿态。在本实施方式中，翼帆的指定的端部仍保持被引导并且被固定到支撑体的特定的部分。另一方面，该改进还具有如下优点：如果安装部相对彼此旋转，则能够实现所期望的开度效应(opening effects)，也称为扭转。安装部相对彼此的扭转可以达到近似±10°。

所述安装部的所述纵向支撑体和所述横向支撑体是型材形式(profile form)的轨道，并且各所述纵向支撑体和所述横向支撑体优选地均具有彼此近似平行延伸的两个型材形式的轨道，所述两个轨道均在所述纵向支撑体和所述横向支撑体的整个长度上延伸，即，延伸过纵向支撑体的首尾部和横向支撑体的左右舷部。该改进具有如下优点：当帆操作时，安装部或者桅杆及其所具有的安装部不必以上述像本发明的另一改进那样的方式转动。而是所述一个翼帆即前翼帆的后边缘和另一个翼帆即后翼帆的前边缘能够从所述横向支撑体的左舷部转移到其右舷部，或者反之。这样，如果需要，所述前翼帆的后边缘绕桅杆被转移至所述后翼帆的前边缘的前方的另一侧。对于所述前翼帆的前边缘和所述后翼帆的后边缘来说极其相似的是，所述前翼帆的前边缘和所述后翼帆的后边缘在纵向方向上从而经过彼此被转移至另一方的另一侧，在本示例中是从船首部到船尾部，或者反之。在本发明的另一个改进中，根据情况，还可以借助于纵向支撑体或横向支撑体的仅一个型材形式的轨道来完成，其中所述端部以不同方式被保持到所述支撑体，并且被固定成使各端部能够从一个部分被转送至另一个部分或者反之。

在本发明的另一个改进中，所述翼帆采用矩形帆或梯形帆的形式，所述帆优选地被竖直地布置，即与所述桅杆平行地布置。以该方式，能够在有限的空间中实现特别地大的翼帆。以该方式，还可以利用根据本发明的帆系统更为有效地使用风能。

在本发明的另一个改进中，翼帆的设置和调节由微处理器控制。根据本发明的帆系统由此易于操作，并且在最终的分析中能够单手地操作。该改进例有助于这样的船体的经济性操作，最起码因为操作该船所需要的人员更少。另外，因为可以通过以适当的方式快速地布置翼帆而对例如风向或者所遵循的航道的非常小的变化作出反应，因此能够利用这样的控制更为有效地使用风能。

附图说明

下面将参考附图详细说明本发明所涉及的方面的实施方式，所说明和/或所图示出的特征本身或者这些特征的任何期望的组合都是本发明的方面的一部分，而与这些特征在权利要求或从属(back-reference)权利要求中的组合方式无关。在附图中：

图1是特别是用于远洋货船、游艇等的帆系统的示意性立体图。

图2是在风从左舷(fort)吹而帆处于“切风航向(close tothe wind)”的姿态时的帆系统部分的示意性俯视图。

图3是在风从左舷吹而所述帆处于“正侧航向(on a beamreach)”的姿态时的帆系统部分的示意性俯视图。

图4是在风从左舷吹而所述帆处于“后侧航向(on a broadreach)”的姿态时的帆系统部分的示意性俯视图。

图5是在风从右舷吹而所述帆处于“切风航向”的姿态时的帆系统部分的示意性俯视图。

图6是在风从右舷吹而所述帆处于“正侧航向”的姿态时的帆系统部分的示意性俯视图。

图7是在风从右舷吹而所述帆处于“后侧航向”的姿态时的帆系统部分的示意性俯视图。

具体实施方式

图1示出了特别是用于远洋货船2、游艇等的帆系统1的示意性立体图。仅示意性地示出了货船2。

帆系统1具有连接到船体2的至少一个桅杆3。帆系统1还具有借助桅杆3保持的两个翼帆4、5。翼帆4形成行进方向上的前翼帆，而翼帆5形成行进方向上的后翼帆。在图1中，翼帆4、5的可视部分以实线示出。

在图1中示出的本发明的实施方式中，存在两个桅杆，每个桅杆均具有两个翼帆，即总共有四个翼帆。

为保持和设置翼帆4、5，桅杆3在其远离船体2地指向的上端6具有上安装部7。桅杆3在其连接到船体2的下端10还具有下安装部11。翼帆4的端部12和13及翼帆5的端部14和15在安装部7、11被引导成能够在船体2的纵向方向16和横向方向17上可调节。该引导方向在图1中以双箭头A、B标出。

如图1所示，安装部7、11均为十字形状。为了引导翼帆4、5的相关端部12至15，各安装部7、11具有：支撑体20，下文中称为纵向支撑体，其在船体2的纵向方向16上延伸；和支撑体21，下文中称为横向支撑体，其在船体2的横向方向17上延伸。在图1中，纵向支撑体20和横向支撑体21彼此成90°角。

各纵向支撑体20、即上安装部7的纵向支撑体20和下安装部11的纵向支撑体20均具有首部22和尾部23。另外，各横向支撑体21、即上安装部7的横向支撑体21和下安装部11的横向支撑体21均具有左舷部24和右舷部25。首部22、尾部23、左舷部24和右舷部25用以收纳翼帆4的各端部12和13及翼帆5的各端部14和15。支撑体的各部分可以具有相等的长度。

如图1所示，一个翼帆4、即前翼帆的前边缘12在两个位置处被紧固到安装部7的纵向支撑体20和安装部11的纵向支撑体20，优选地以在所述两个位置处独立地可调节的方式被紧固。在这种情况下，该翼帆4的后边缘13也在两个位置处被紧固到安装部7的横向支撑体21和安装部11的横向支撑体21，优选地以在所述两个位置处独立地可调节的方式被紧固。应用到作为行进方向上的后翼帆的翼帆5的是，前边缘14在两个位置处被紧固到安装部7的横向支撑体21和安装部11的横向支撑体21，后边缘15在两个位置处被紧固到安装部7的纵向支撑体20和安装部11的纵向支撑体20，而且也优选地以在两个位置处独立地可调节的方式被紧固。在本发明的另一优选实施方式中，翼帆4的端部12与翼帆5的端部14以及翼帆4的端部13与翼帆5的端部15能够彼此分离地布置于上安装部7和下安装部11，以能够在顶部和底部差异地调节指定的翼帆从而在翼帆的高度方面最佳地布置翼帆。

在本发明的优选实施方式中，如图1中双箭头C所示，安装部7、11能够转动，并且优选地桅杆3及其所具有的安装部7、11能够转动。另外，安装部或者桅杆及安装部可以被设计成仅可转过90°。图1中所示的配置是指例如安装部7、11的端点Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ能够顺时针转过90°，并且能够转动后的位置逆时针转过90°回到图1中所示的初始位置。当顺时针转过90°时，图1中的端点Ⅳ将位于图1中的端点I所在的位置。作必要的修正，这同样能够适用于其它的端点。

在本发明的另一实施方式中，安装部7、11也能够相对彼此旋转。

在本发明的另一个优选实施方式中，安装部7、11的纵向支撑体20、横向支撑体21是型材形式的导轨。各纵向支撑体20、横向支撑体21具有彼此平行地延伸的型材形式的两个导轨(未示出)，导轨在纵向支撑体或横向支撑体的整个长度上延伸、即延伸过首部22和尾部23及左舷部24和右舷部25。在后一实施方式的情况中，安装部或者桅杆及其具有的安装部不必转动来操纵船体。该船体能够进行全部的航行操作，比如迎风转向(tacking)和顺风转向(wearing)。

翼帆4、5采用竖直地布置、即与桅杆3平行地布置的矩形帆或者梯形帆的形式。在图1中示出了采用矩形帆形式的翼帆。

在本发明的特别优选的实施方式中，翼帆4、5的设置、调节和收起由微处理器控制(未示出)。

图1示出翼帆4被连接于船体2的下风舷(lee side)26，而另一翼帆5被连接于船体2的上风舷(windward side)27。还可以看出，翼帆4的前边缘12能够沿双箭头A所示的方向从端点Ⅰ起移位，而翼帆4的后边缘13能够使其端点30沿双箭头B所示的方向移位。对于翼帆5是相反的，翼帆5的前边缘14使其端点31沿双箭头B所示的方向可调节地被引导，而后边缘15沿双箭头A所示的方向从端点Ⅲ起可调节地被引导。

在图2至图7中的各个纯示意性的俯视图中，以示例的方式示出了翼帆4、5的所选择的位置。在所有的图中，风向由箭头D标识。

图2示出了当风从左舷吹时的帆的“切风航向”姿态，图3示出了当风从左舷吹时的帆的“正侧航向”姿态，图4示出了当风从左舷吹时的帆的“后侧航向”姿态。

图5示出了当风从右舷吹时的帆的“切风航向”姿态，图6示出了帆的适于“正侧航向”的姿态，图7示出了帆的适于“后侧航向”的姿态。

在图2至图4示出的帆的姿态中，如上所述，主风从左舷侧吹。为将帆的姿态从图2中所示的姿态改变到图3中所示的姿态，使翼帆4的前边缘12向内朝向桅杆3移动，使翼帆4的后边缘13向外朝向端点Ⅱ移动，由此在端部产生图3中所示的“正侧航向，从左舷吹风”航行姿态。与之匹配，使翼帆5的前边缘14使其端点31向外在朝向端点Ⅳ的方向上移动，而后边缘15在朝向桅杆3的方向上移动。

在随之进行的“迎风转向”或者“顺风转向”之后，出现图5至图7中所示的风从右舷吹的各种情况下的“切风航向”、“正侧航向”和“后侧航向”姿态。如上所述，为此目的，根据本发明的帆系统能够转动过90°，如图1中左侧的双箭头C所示。在该情况下，当迎风转向时，图2中的横向支撑体21的左舷部24成为图5中示出的姿态中的纵向支撑体20的首部22。类似地，图2中的纵向支撑体的首部22成为图5中所示的姿态中的横向支撑体21的右舷部25。作必要的修正，同样地，图2中的横向支撑体的右舷部25成为图5中所示的姿态中的纵向支撑体的尾部23，图2中的纵向支撑体的尾部23成为图5中示出的姿态中的横向支撑体21的左舷部24。

在本发明的优选改进中，还可以通过将翼帆4的后边缘13从横向支撑体21的右舷部25(见图2中所示的姿态)转移到其左舷部24(见图5中所示的姿态)，将翼帆4从例如图2中所示的姿态转换至图5中所示的姿态。同时，处于图2中所示的状态的翼帆5的前边缘14被转移到右侧、即从横向支撑体21的左舷部24转移至横向支撑体21的右舷部25。在后一情况中，安装部、优选地桅杆及其具有的安装部由此不必被设计成可转动。所述内容也以类似的方式适用于翼帆借助于顺风转向操作从例如图4中所示的姿态转换到图7中所示的姿态。在该情况中，图4中的后翼帆5则成为图7中的前翼帆4，而图4中的前翼帆4成为图7中的后翼帆5。

因此，根据本发明，在两个安装部7、11中，前翼帆4的前边缘12能够在船体2的纵向方向16上移位，前翼帆4的后边缘13能够在船体2的横向方向17上移位。在第二翼帆、即后翼帆5的情况中，在各安装部7、11中，前边缘14能够在船体2的横向方向17上移动，特别地可以移位，并且后边缘15能够在船体2的纵向方向16上移动，特别地可以移位。翼帆4的前边缘12和翼帆5的前边缘14可以采用滚动前支索(rolling forestay)的形式，而翼帆4的后边缘13和翼帆5的后边缘15可以形成为具有帆后缘索(after-leech rope)。很明显，所述端部12至15可以独立地、即彼此无关地移动，这意味着帆的轮廓可以布置为具有不同大小的曲率。如上所述，翼帆4、5可以借助于它们各自的滚动前支索被缩帆(reef)；然而，还可以想象到将它们设置成在向下方向上、即朝向船体被缩帆。

各安装部7、11的四个端点Ⅰ至Ⅳ通常由跨接构件32垂直地连接在一起。为更加清晰，在图1中示出了仅一些所述跨接构件32。很明显，通过装配跨接构件，减小了桅杆的弯曲。安装部7、11可以是可旋转的形式，并且可以连接到船体2的船壳(hull)。通过与上安装部7和下安装部11同步地或者甚至以不同方式移动翼帆4的后边缘13和翼帆5的后边缘15、即通过移动各帆后缘，能够将帆系统布置为不同的轮廓和具有不同深度的轮廓。不同的轮廓和所谓的扭转(twist)也可以相互组合。

如上所述，根据本发明的帆系统具有至少一个桅杆。明显地，如图1所示，还可以一个接一个地配置多个这样的索具的桅杆形成部。在各桅杆上通常有两个相同的、能够以各种方式剪裁的翼帆。

如上所述，在桅杆的顶部具有也称为框架(frame)的一个安装部，在船体的甲板上具有另一个安装部。桅杆和安装部所用的材料优选地是来自航空航天领域的、轻的但同时具有高强度的材料，优选地重视使用仿生学中最新发现的材料。翼帆可以成凹形并向外弯曲，并且可以在两侧以半刚性或柔性的方式采用或者不采用帆板条(batten)通过钢缆横向固定保持到上安装部和下安装部。如上所述，例如通过使桅杆/安装部的几何形状从矩形向类似于平行四边形的菱形形状改变，所述翼帆能够朝向彼此移位。根据本发明的帆系统可以用作船体的主要推进部件，或用作额外的推进部件。

由此，已经提出了一种帆系统，其能够特别有效地使用风能，并且特别地可以切风地航行。

Claims (15)

1.一种帆系统，所述帆系统具有：至少一个桅杆（3），其连接到船体（2）；两个翼帆（4、5），其借助所述桅杆（3）而被保持，其中，为了能够保持和设定所述翼帆（4、5），所述至少一个桅杆（3）具有上安装部（7）和下安装部（11），所述上安装部（7）在所述至少一个桅杆（3）的远离所述船体（2）地指向的上端（6）处，所述下安装部（11）在所述至少一个桅杆（3）的连接到所述船体（2）的下端（10）处，

其特征在于，所述翼帆（4、5）的端部（12、13；14、15）在所述船体（2）的纵向方向（16）和横向方向（17）上可移位地在所述上安装部（7）和所述下安装部（11）中被引导。

2.根据权利要求1所述的帆系统，其特征在于，所述上安装部（7）和所述下安装部（11）均为十字形状，并且所述上安装部（7）和所述下安装部（11）具有在所述船体（2）的纵向方向（16）上延伸的纵向支撑体（20）和在所述船体（2）的横向方向（17）上延伸的横向支撑体（21），以引导所述翼帆（4、5）的端部（12、13；14、15）。

3.根据权利要求2所述的帆系统，其特征在于，各纵向支撑体（20）具有头部（22）和尾部（23），各横向支撑体（21）具有左舷部（24）和右舷部（25），用以接收所述翼帆（4、5）中的一方的对应端部（12、13；14、15）。

4.根据权利要求2或3所述的帆系统，其特征在于，一个翼帆（4）的前边缘（12）被紧固到所述上安装部（7）和所述下安装部（11）的所述纵向支撑体（20），而该一个翼帆（4）的后边缘（13）被紧固到所述上安装部（7）和所述下安装部（11）的所述横向支撑体（21），另一个翼帆（5）的前边缘（14）被紧固到所述上安装部（7）和所述下安装部（11）的所述横向支撑体（21），该另一个翼帆（5）的后边缘（15）被紧固到所述上安装部（7）和所述下安装部（11）的所述纵向支撑体（20）。

5.根据权利要求1或2所述的帆系统，其特征在于，所述上安装部（7）和所述下安装部（11）是能转动的。

6.根据权利要求1或2所述的帆系统，其特征在于，所述上安装部（7）和所述下安装部（11）能够相对彼此旋转。

7.根据权利要求2或3所述的帆系统，其特征在于，所述上安装部（7）和所述下安装部（11）的所述纵向支撑体（20）和所述横向支撑体（21）是型材形式的轨道。

8.根据权利要求1或2所述的帆系统，其特征在于，所述翼帆（4、5）采用矩形帆或梯形帆的形式。

9.根据权利要求1或2所述的帆系统，其特征在于，所述翼帆（4、5）的设定和调节由微处理器控制。

10.根据权利要求1所述的帆系统，其特征在于，所述帆系统用于远洋货船或游艇。

11.根据权利要求4所述的帆系统，其特征在于，该另一个翼帆（5）的后边缘（15）以能彼此无关地调节的方式被紧固到所述上安装部（7）和所述下安装部（11）的所述纵向支撑体（20）。

12.根据权利要求4所述的帆系统，其特征在于，所述翼帆（4、5）的各端部（12、13；14、15）能够彼此独立地定位于所述上安装部（7）和所述下安装部（11）。

13.根据权利要求5所述的帆系统，其特征在于，所述桅杆（3）及其所具有的所述上安装部（7）和所述下安装部（11）是能转动的。

14.根据权利要求7所述的帆系统，其特征在于，各所述纵向支撑体（20）和所述横向支撑体（21）均具有彼此近似平行延伸的两个型材形式的轨道，所述两个轨道均在所述纵向支撑体（20）和所述横向支撑体（21）的整个长度上延伸。

15.根据权利要求8所述的帆系统，其特征在于，所述翼帆（4、5）被竖直地布置，即与所述桅杆（3）平行地布置。

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