CN117377615A - 风帆推进装置、风帆推进的交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风帆推进装置，该风帆推进装置包括：桅杆(3)；可充气风帆(1)，其基本上由两个大体密封的相邻表面(5)组成，两个相邻表面(5)围绕它们的周边连接在一起，从而在它们之间形成至少一个闭合腔体，所述风帆包括上部(6)、下部(7)、前缘(8)和后缘(9)，所述风帆在整个长度上包括形成凸起的各种弧形部；至少一个空气导管，其设置在风帆的腔体的内部和外部之间；至少一个用于将空气注入所述腔体的装置，风帆一旦充气不论所述推进装置的移动或者风的方向或强度如何都具有保持永久性对称的轮廓；顶板(10)，其位于风帆的上部(6)；以及风帆容座(11)，其在风帆的下部位于前缘(8)与后缘(9)之间。根据本发明的装置的特征在于，其包括引导线(12)，所述引导线(12)设置在所述风帆的闭合腔体中，用于提升和下降风帆的操纵，所述引导线从所述风帆的前缘(8)延伸到后缘(9)，穿过顶板(10)和风帆容座(11)。

Description

风帆推进装置、风帆推进的交通工具

技术领域

本发明涉及一种可充气风帆，属于风帆推进领域或混合动力风帆推进领域。

下面给出对在下文所用的一些定义的提示：

-缩帆：在于通过将风帆从底部部分地收拢来减少风帆的表面积，从而调整风帆的表面积以适应风的强度。可以手动或自动地进行缩帆。

-缩帆带：部分加强的水平区域，其可附接有缩帆转动块(其例如具有索环或滑轮)。这些缩帆带在风帆上设置在风帆具有缩帆点的每个高度的肋处。有多少缩帆的可能性，就有多少缩帆带。

-拦帆索：用于在缩帆和下降风帆的操作过程中引导风帆的设备。

-帆桁：靠近桅杆底部铰接的水平梁，其保持并允许某些风帆的定向。当风帆已经降下时，帆桁也可以接收风帆。

-摆动：正在摆动的风帆没有被充分地拉紧，因此部分地瘪下去。良好调整的风帆需要处于摆动的极限。恰当鼓起的风帆不会摆动，所以可以迎风航行。

-前缘：气动力学轮廓(翼、螺旋桨等)的前部，流体在该前部会分成两股流。

-后缘：任何轮廓(翼、龙骨、舵叶等)的特征性部分，在其每一侧经受流体(空气、水等)的流动。它是指与方向感相反的部分，换言之，是指在从流动的方向考虑时的后部。

-顶板：风帆的上端，其与可充气风帆的上部轮廓一致。

-下降：在于降下风帆。

-提升：在于升起风帆。

-索具：帆船类型的船的固定部件和移动部件的集合，其使得可利用风力对船进行推进和操纵。

-风帆容座：除了接收下降的风帆外，它还可以包括其他功能，例如对风帆所提供的张力作出反应，或者容纳其他致动器、储能传感器和用于操作风帆的控制模块。

-水动力阻力：船与水之间的摩擦力。阻力越大，船就越慢。

-气动力阻力：物体在移动通过流体时所受到的力的分量，其是在与移动方向相反的方向上施加的。根据本发明，风帆产生气动力阻力。

-气动力升力：物体在移动通过流体时所受到的力的分量，其是垂直于移动方向施加的。根据本发明，风帆产生气动力升力。

-相对风或视风：由船的自身速度产生的风与实际风速的矢量和。

-气动力合力：气动力升力与气动力阻力的矢量和。

背景技术

从文献WO 2017/221117A1中已知一种风帆推进装置，其包括具有对称轮廓的可充气风帆。该推进装置包括可充气风帆，所述可充气风帆基本上由两个大体密封的相邻表面组成，两个相邻表面沿着它们的周边接合在一起，从而形成至少一个闭合腔体。该装置进一步包括在腔体的内部和外部之间设置的导管以及用于将空气注入腔体的装置。在充气后，无论装置的移动或者风的方向或强度如何，这种风帆的轮廓都保持永久性对称。该文献中的风帆在用于航行时被不断地充气。

可惜，如这样的软质风帆的缺点是不能提供适合其各个使用阶段(特别是在提升和下降阶段中)的充气水平。具体地，与硬质风帆不同，软质风帆在这些操作(提升和下降)阶段没有明确界定的位置。在这些阶段中，重要的是保持风帆靠近风帆轮廓的对称轴，以避免风帆落入水中或被附近的装置卡住、或塌陷成不规则的一堆从而无法将其紧凑地存放。此外，重要的是在下降或缩帆阶段的风帆中保持轻微压力，以防止其摆动，因为这可能会缩短其寿命。

从文献US2006174810A1中还已知一种使用风帆外部的引导解决方案来提升和下降帆船的常规风帆的设备。可以容易地用单手进行这种操作，并且可以在下降或提升过程中在所有的任何中间位置处连续地控制这种操作，从而使风帆能够被快速调整以适应不同的风况。

可惜，这样的风帆管理设备设置在该风帆的外侧，导致阻力增加。此外，这种装置是被固定至帆桁和桅杆，无法安装到可伸缩桅杆上。

文献GB2151199A描述了一种可充气船帆，该可充气船帆在其内部腔体中包括系带型柔性机械连接体系统，所述系统连接形成风帆的两个壁。该系统布置在风帆的整个高度上并且固定在桅杆的下部。其目的是在这些不同的使用中从空气动力学的角度来使得对风帆进行最佳操作。

可惜，这样的系统不适合用于管理充气风帆的反复升降，并且仍然很复杂。

最后，本领域技术人员知晓在常规风帆外部的线绳绳索设备的使用，所述线绳绳索设备固定至帆桁并且旨在用于提升和下降操纵期间的帆桁可操作性。

然而，这样的设备会增加帆船的阻力，从而不利于其速度，并且无法适配到可伸缩桅杆上。

发明内容

因此，仍然需要一种可充气风帆，其在下降过程中沿着桅杆恰当地保持在其对称轴线上，不会摆动，没有损坏的风险，并且其可以手动或自动地反复展开。

本发明的一个主题是一种风帆推进装置，该风帆推进装置包括：桅杆；可充气风帆，其基本上由两个大体密封的相邻表面组成，两个相邻表面沿着它们的周边接合在一起，从而在它们之间形成至少一个闭合腔体，所述风帆包括上部、下部、前缘和后缘，所述风帆沿着其整个长度包括形成凸起的各种弧形部；至少一个空气导管，其设置在风帆的腔体的内部和外部之间；至少一个用于将空气注入所述腔体的装置，风帆一旦充气就具有保持永久性对称的轮廓，不论所述推进装置的移动或者风的方向或强度如何；顶板，其设置在风帆的上部；以及风帆容座，其在风帆的下部设置在前缘与后缘之间。

根据本发明的推进装置的特征在于，其包括至少一根引导线，所述引导线设置在所述风帆的闭合腔体中，用于提升和下降风帆的操纵，所述引导线从所述风帆的前缘延伸到后缘，穿过顶板和风帆容座。

更具体地，引导线是通过线绳绳索产生的设备，用以使得可在操作期间以及在提升或下降阶段中对风帆进行恰当的几何定位。可充气风帆(或翼)包括多个由肋相互分隔开的弧形部(或隔室)，肋位于两个相邻的弧形部之间。风帆的肋(例如在该风帆的高度的中间考虑时)因其允许桅杆穿过肋中为此目的所形成的孔口而在位置上受到约束，但除了风帆的刚性(低)之外，没有什么可防止它在施加至风帆的压力的作用下围绕桅杆旋转。这样的旋转会产生如下影响：造成风帆扭曲，从而导致不良的性能。为了避免这种扭曲，每个肋具有在离桅杆足够远的位置穿过其的引导线。在提升或下降的过程中，肋沿着桅杆并沿着这根引导线滑动。风帆的弧形部的所有肋也是如此，引导线穿过所有这些肋。

换言之，本发明提出在所述风帆的闭合腔中设有至少一根引导线，所述引导线旨在辅助提升和下降风帆的操纵，并且使得能够确保充气的风帆(或翼)在该风帆的所有操作条件下保持恰当的几何形状。

这种引导线并非旨在用于提升风帆。此外，它在提升阶段中略微处于张力状态，并且正是由于这个原因，它对抗风帆的升起。在本发明的上下文中，风帆由支撑顶板的可伸缩桅杆来提升，在风帆充气时，所述可伸缩桅杆将所述风帆向上拉动。在桅杆不是可伸缩的本发明变体形式中，通过顶板沿着桅杆的移动来提升风帆。

根据本发明的推进装置提供以下各种优点。与常规索具不同，在风帆的腔体中存在的引导线避免了不必要的额外阻力产生。根据本发明的引导线使得可朝向位于风帆容座的存放位置恰当地(意指没有扭曲)引导风帆的下降和升起。根据本发明的引导线能够在风帆中具有相对低的张力(对于大约100m²的风帆为约50N)。

最后，根据本发明的装置使得无需停止船就可对风帆进行缩帆。只有风帆需要面朝风，这与迄今为止已知的需要整艘船面朝风的设备不同。

作为优选，引导线是一个部件，在后缘上固定地附接至风帆容座并且能够通过前缘上的辊移动，或者能够通过后缘上在风帆容座中的辊移动并且固定地附接至前缘；引导线沿着顶板设置为能够在后缘与前缘之间的至少一个滑轮上移动。

作为优选，引导线分为两个部分，在后缘侧的第一部分是固定的或者能够与顶板上的滑轮一起移动并能够通过容座中的辊移动，在前缘侧的第二部分是固定的或者能够与顶板上的滑轮一起移动并能够通过容座中的辊移动。

作为优选，与索环相比，滑轮能够限制摩擦。

作为优选，至少两根引导线能够改善引导的精确性。存在多根引导线优选地使得能够分散负荷，从而提高引导的精确性。缩帆点也可以有助于引导。

作为优选，引导线对于范围为10至1000m²的风帆而言具有范围为约2至150m的长度，并且对于100m²的风帆而言优选地具有约50m的长度。

作为优选，引导线对于范围为10至1000m²的风帆而言具有范围在5至500N之间的张力，并且对于100m²的风帆而言优选地具有约50至250N的张力。

作为优选，风帆包括至少一个缩帆板件，更特别地包括0至10个缩帆板件。货船可以没有缩帆点，而帆船的主风帆可以具有3个以上。

作为优选，每个缩帆板件包括增强肋。

作为优选，桅杆是固定的或可伸缩的。

作为优选，引导线由超强聚乙烯纤维制成。

本发明的另一个主题是通过风帆推进或混合动力推进的交通工具，其包括至少一个如上文所述的风帆推进装置、船体和固定至所述船体但仍然自由旋转的桅杆。这种交通工具的特征在于，桅杆设置在上述可充气风帆的腔体内。

根据本发明的混合动力推进的交通工具意指风帆推进与例如以下的另一种推进源联合：借助于由电动机或内燃机(具有电池、氢(带燃料电池)、天然气、氨或燃料油作为储能方式)驱动的螺旋桨的推进。

交通工具意指陆地游艇、冰上游艇、船、车辆。

作为优选，风帆根据风的方向并根据交通工具的行驶方向手动或自动地定向，以便使得沿着船的轴线的推力最佳化，或者实现期望的推力并同时将负荷、压力和倾侧限制在可接受的值。

附图说明

将借助以下附图对本发明进行描述，这些附图是示意性的并且不必按比例绘制，其中：

-图1提供了对施加在船舶(例如机动帆船类型)上的各种物理力的提示，尤其是气动力合力的投影的提示；

-图2示出了根据本发明的风帆推进装置的横截面示意图，所述风帆推进装置设置在船体上；

-图3示出了根据本发明另一个变体形式的风帆推进装置的横截面示意图，所述风帆推进装置设置在船体上；

-图4A、图4B和图4C各自示出了根据本发明的推进装置依据不同相对风角度的位置的俯视示意图。

具体实施方式

在借助上述附图更详细地解释形成本发明主题的风帆推进装置之前，下面给出对一些水动力学定义和气动力学定义的提示。

风帆推进交通工具(下文称为帆船或船舶)与空气和水接触。从物理角度来看，主要因素是施加在船体、风帆和附属体(中央板、龙骨、船舵、螺旋桨)上的水动力和气动力。

如图1所示，气动力(或风帆推力)是空气被至少一个风帆偏转的结果。气动力与风帆的位置和表面积以及相对风的位置和强度有关。阻力在相对风的方向上，升力在垂直于相对风的方向上，并不总是垂直于风帆。例如，在0°时，对称轮廓不会产生升力，因为空气在拱背表面和拱腹表面上覆盖的距离完全相同。此时，它只产生阻力。

由风帆产生的气动力也可以在船的参考系(而不是风帆的参考系)中分解成风帆推进力(沿着船的行驶轴线)和漂移力(垂直于船的轴线)，漂移力可能导致船倾侧(倾侧是如由外部现象(例如风)所引起的船的横向倾斜)。

水动力是水与船体、中央板或龙骨以及各种水下附属体摩擦的结果。它的方向取决于它所对抗的气动力、混合动力模式下的推进力、海况和洋流。纵向分量称为水动力阻力，横向分量称为侧向力、抗倾侧力或水动力升力。水动力的方向和强度不仅仅取决于气动力。对于以混合动力模式(风和另一种能源)运行的水面船只(船)，水动力将在很大程度上取决于例如通过发动机或马达推进所产生的船只速度、海况和洋流。

当风帆的力大于水动力时，船会加速。当风帆的力小于水动力时，船会减速。此外，如果气动力较大，但是朝向船的后部，则船将减速。如果水动力朝着船的行驶方向(例如，由于强劲的水流)，则船(帆船)将加速。

通过使得对风帆的调整最佳化，船(帆船)会在行驶方向上的风帆推力方面实现最大性能。具体地，通过使得风帆相对于相对风和船的方向的角度最佳化并通过调整风帆的表面积，可以使得船沿着船的轴线实现最大的风帆推进水平。除此之外，还可以存在额外的调整参数，其涉及改变风帆的内部压力。这样则使得能够提高船的速度，或者在另一方面，保持相同的速度并同时减少其他能源的消耗，从而有利于航行动力。

图1以参数自身的具体标记重复了上述定义的每个参数，所有参数如下文所列：

a：升力

b：阻力

c：气动力合力

d：气动力推力(沿着船舶的轴线)

e：气动力漂移力

f：相对风

g：翼与船轴线之间的相对角度(例如15°)

h：相对风与船轴线之间的角度(例如30°)

i：螺旋桨推进力

j：船体

k：风帆

l：桅杆

m：气动力推力的中心

n：螺旋桨

o：在固定部件上的传感器(船体参考系)

p：在移动部件上的传感器(风帆参考系)

图1中给出的信息允许从船体参考系中的数据传感器转换到风帆参考系中的数据传感器，反之亦然。

图2示出了安装在帆船类型的船上、处于操作位置的根据本发明的风帆推进装置。该装置包括安装在船的船体2上并具有整体标记1的风帆。该装置包括桅杆3，桅杆3的底部4固定至船体2，同时仍然允许桅杆3旋转运动。桅杆3是自支撑的。桅杆3使用支撑件(未示出)连接至船体2，所述支撑件旨在吸收物理力的负荷并留下旋转自由度。在支撑件处测量负荷。风帆1包括两个相邻表面5(在图中只能看到一个表面)，这两个相邻表面5以形成闭合腔体的方式彼此连接。用于两个相邻表面5的材料需要限制渗透性，以减少空气消耗并允许所涉及的各种负荷反应和传递。在某些情况下，可能需要对材料进行各种处理，以确保例如一定的抗紫外线或抗静电性能。

风帆1具有在高度上均匀分布的多个弧形部(未示出)(弧形部在风帆的下部较大而在上部较小)。弧形部的高度通常与轮廓的线长度有关。作为优选，弧形部由肋分隔开，所述肋允许空气从一个弧形部经过到另一个弧形部，并且每个肋具有桅杆可以穿过的孔口。

弧形部使风帆1具有风琴类乐器的外观。风帆1包括上部6、下部7、前缘8和后缘9。至少一个空气入口18设置在例如风帆1的下部7处。其他空气入口30也可以设置在前缘8的表面上。用于将空气注入到风帆的腔体中的至少一个主动装置7a设置在空气导管的延续部分中，使得空气可以被注入到风帆的腔体中。风帆进一步包括在其上部6设置的顶板10和在其下部7设置在前缘8与后缘9之间的风帆容座11。该容座11旨在于风帆下降时接收风帆的全部或一部分。该容座11可以包括各种致动器和传感器，所述致动器和传感器促进提升或下降风帆1的手动或自动操纵。

根据本发明的风帆推进装置包括在风帆1的腔体内设置的引导线12。该引导线旨在用于在对风帆1进行提升、下降以及缩帆的操纵期间引导风帆。该线12包括基本上在风帆1的周界上延伸的线绳绳索。在靠近后缘9与风帆容座11之间的相交部的端部13处，引导线12可移除地或不可移除地固定，而且使得引导线12不能移动。然后，它朝向风帆1的上部6延伸，以在后缘9与前缘8之间沿着顶板10延伸。引导线12能够借助于至少两个滑轮或其他可能的转动块系统(未示出)沿着顶板10移动，每个滑轮或转动块系统设置在桅杆3的每一侧。该引导线12与前缘8相邻，朝向风帆容座11，然后基本上在前缘8处使用辊19固定在风帆容座11上。如果引导线12是手动致动的，则引导线12可被拉向系紧索扣。另一方面，对于自动化类型，它被缠绕到自动辊上。

更具体地，引导线的绳索穿过所有肋，这些肋将形成可充气风帆的多个弧形部分隔开。为了防止各个肋围绕桅杆旋转，每个肋具有在前缘侧供引导线的绳索穿过的一个长圆孔以及在后缘侧供引导线的绳索穿过的另一个长圆孔。在风帆被提升和下降时，长圆孔允许线绳绳索在这些肋沿着桅杆所采用的所有位置中穿过肋。以这种方式，尽管肋和风帆是由柔性材料制成的，但是防止了肋围绕桅杆旋转，从而允许风帆在操作期间，特别是在提升和下降所述风帆的操纵期间保持其轮廓。

与现有技术的在风帆的外侧使用拦帆索并永久固定的类型的系统不同，本发明的引导线的绳索位于风帆的内侧，并且其长度被调节成确保轻微张力，所述轻微张力将可充气风帆(或翼)保持在恰当的位置。该绳索将与位于风帆顶部的顶板一起移动，以始终确保引导线绳索的轻微张力。

对于总表面积为约100m²的风帆而言，引导线12具有约50m的长度，并且根据在各种下降和提升操纵期间所投入的使用具有在约50至250N之间的张力。

桅杆3可以是可伸缩的或固定的。当桅杆3是可伸缩的时，顶板10固定至可伸缩桅杆3的最末元件，能够相对于桅杆保持旋转自由度或通过可伸缩桅杆的最末元件本身能够旋转来保持旋转自由度。当桅杆3是可伸缩的时，它由各种元件组成，这些元件彼此相继地滑动以便伸出或缩回。如果不需要中间风帆位置，也可以同时伸出所有元件。

当桅杆3是固定的时，只有顶板10能够沿着桅杆3移动。固定至顶板10的风帆1随之升高或降低。

还可以将可伸缩桅杆3与沿着桅杆3滑动的顶板10结合在一起。

顶板10具有足够的刚度，以能够在各个线缆与桅杆3之间施加物理力，并且还能够在风帆未充气时承受风帆的重量。根据本发明的各种实施方案，顶板10根据需要可以围绕桅杆3自由旋转，被防止围绕桅杆3旋转，被防止围绕桅杆3旋转到极限扭矩值以将负荷限制在可接受的值，或者以控制风帆的扭转的方式受到反馈控制。

桅杆3使用桅杆支撑件14固定至船体2，所述桅杆支撑件14的目的是对风帆与船之间的各种物理力作出反应，并同时使桅杆3具有旋转自由度，以使得桅杆3本身可以相对于相对风以恰当的角度定位。

在桅杆3的底部，在船体2处具有用于调节迎角的系统15，以使得能够通过使桅杆3和固定至所述桅杆3的所有操纵部件转动来控制风帆1旋转。该系统15可以尤其包括制动马达。该系统15使得风帆1能够围绕桅杆3的旋转轴线旋转，并因此使得能够控制风帆1的所需迎角。这种用于设置迎角的系统也可以相对于桅杆3固定地安装于例如“巢”(或风帆容座)，其中制动马达通过小齿轮驱动固定至船体的环形齿轮。

应回顾的是，测量迎角使得可以确定风帆1相对于船轴线的角度位置。这样的设备使得可将风帆1、船体2和相对风置于同一参考系中，而不论在风帆1或船体2上测量风的位置如何。这样的系统简化了自动模式下的航行。

根据本发明的设置在船的船体上的推进装置还可以与扭矩限制器相结合，所述扭矩限制器设置在桅杆3的底部并且已知用于限制风帆1能够传递到船体2的最大扭矩。

根据本发明的设置在船的船体上的推进装置可以进一步包括在风帆容座11(也称为“巢”)中设置的电子控制系统16。在桅杆3的下底部处的船体中还可以添加旋转式电气接头17。该接头17使得可在船体2与风帆1的下部7之间传输电力和电指令。接头17也可以用合适的常规缆索支承链代替。当用于致动根据本发明的风帆装置的动力是例如液压动力或气动动力时，对于旋转式的液压接头或气动接头可以采用相同的解决方案。

在各种测量传感器中，可以具有用于测量从风帆1传递到船体2的负荷的传感器、用于测量船体2的横向轴线上的负荷的传感器、用于测量船体2的纵向轴线上的负荷、用于风帆1的内部腔体中的压力的传感器以及测量相对风的速度和角度的传感器。这个最后的测量同样可以在风帆1上或在船体2上进行。在传感器设置在固定至桅杆3的部件上的情况下，它们测量沿着风帆1的纵向轴线和横向轴线的负荷。

图3与图2的不同之处在于，额外存在由缩帆板件(或网格件)20、缩帆线21和缩帆绞盘22(在手动模式下，缩帆绞盘可由索扣和肌肉力量代替)组成的缩帆索件系统。

根据本发明的推进装置可以包括多个缩帆板件20，例如多达3个缩帆板件20。这些板件20的数量取决于船、用途和使用者。缩帆板件20设置在每个缩帆带处。

缩帆线连接至缩帆板件20，并使得可将风帆1退回并压紧到容座11中。网格件具有足够的刚度，使得在固定至网格件的滑轮处的点负荷可以传递至整个缩帆板件20。

与旨在用于将风帆的量减小到某一水平的每个缩帆点相关联的是缩帆板20和缩帆线。缩帆线可以制成伴随转动块的单根线，或者制成不同的线。

在现有技术的常规风帆中，每个缩帆点具有索环、相关的滑轮(可供缩帆索件穿过以进行缩帆)、或风帆系带(其小的线长度可以用于通过使它们从每侧向下穿到帆桁的下方而将收拢的风帆系上)。

对于根据本发明的可充气风帆，索环(或其他引入件)不是像常规风帆那样设置在风帆的竖直部分上，而是设置在缩帆板件20的水平部分上，所述水平部分不必是密封的。

因此，本发明的推进装置中的缩帆板件20(或网格件)固定至风帆1的外壁。除了缩帆之外，该板件20还使得引导线12更靠近后缘9和前缘8，特别是在风帆不是大致三角形的情况下。此外，与板件20结合的引导线12使得施加在顶板6上的负荷可部分地均衡化，因为它同时在桅杆3的每一侧向顶板6施加向下的推力。

除了缩帆之外，缩帆板件20还使得引导线12更靠近前缘8和后缘9，特别是在风帆不是大致三角形状的情况下。

在风帆提升操纵中，进行以下步骤：

-将风帆带到相对风的轴线上，

-向引导线和缩帆线施加初始张力，

-将风帆充气至低压并且该压力受到反馈控制，

-如果不能保持内部压力，则通过限速器以限定的速度升高风帆，

-一旦风帆升高至一定高度，稍微增加风帆中的压力。

-当到达缩帆点时，如果要使用表面积，则相继放开缩帆部。

-当达到风帆表面积时，停止风帆的升高；这种升高则对应于风帆被完全展开或者对应于风帆处于与适当位置的缩帆量相对应的高度，

-将风帆腔体充气至标称压力(这取决于风的强度、海况和所需的行驶速度)。

不需要将空气永久性地吹入风帆。具体地，可以具有可接受的压力范围，从而使得可以只有在必要时才使用空气注入装置。

在风帆下降操纵中，进行以下步骤：

-将风帆带入相对风的方向(面朝风)，

-降低腔体的内部压力，

-调节引导线和缩帆线的张力，

-如果不能保持内部压力，则通过限速器降下风帆，

-每次到达缩帆部时，将相关的缩帆索件封住，

-在距离桅杆的最终收回部2米处，将内部压力设定点设置为零，以便在风帆内产生轻微的真空，从而将风帆收紧。

这些各个操纵步骤优选是自动化的，尤其是当风帆达到可等于或超过500m²的表面积时。人工操纵可以在约40m²的表面积下以足够的人数容易地实现。

图4A、图4B和图4C彼此的不同之处在于具有不同的风帆迎角。

在图4A中，相对风沿着风帆的轴线。在图4B中，风帆的轴线相对于相对风的方向的角度基本上等于15°，在图4C中，风帆的轴线相对于相对风的方向的角度与图4B中所示的角度对称并且相等。

在图4A、图4B和图4C中，风帆1具有基本上对称的轮廓。桅杆3由圆圈表示。相对风由箭头23表示。

图4A示出了处于稳定状态的风帆1，其面朝风23。各种负荷是平衡的；气动力升力为零，因为其由于翼的对称轮廓而在翼的两侧是相同的。气动力升力为零，只有阻力24将风帆1保持在与相对风的轴线平行的轴线上。

图4B示出了其中轴线相对于相对风的方向的角度约为15°的风帆1。桅杆3的旋转轴线沿着轮廓的对称轴线相对于气动力的推力中心25朝向轮廓的前部偏移。图4B显示，在距离桅杆3的旋转中心一定距离处由气动力产生的扭矩具有使风帆返回其面朝风的位置(由于风帆的对称轮廓，风帆可以在该位置保持稳定)的趋势。

桅杆3的附接点与推力中心25之间存在的偏移使得本发明的推进装置可确保在与风的方向存在大的角度偏差以及存在小的角度偏差的两种情况下均将风帆1保持在适当位置。桅杆3的该旋转点与中心25之间的这种偏移意味着当风帆偏离中立位置时，可以使风帆1朝向风帆的中立位置(亦即面朝风的位置)返回。这样的偏移使得可以改善航行的安全性，因为风帆相对于相对风的方向自动返回到合适且最佳的位置，从而使得负荷最小化并保持风帆面朝风。然而，这种距离需要最小化，以免过度地增加旋转风帆所需的力。

图4C是相对于相对风的轴线与图4B对称的图。适用与图4B相同的观察结果。

示例

如下示例仅以举例说明的方式给出，并非限制性的。下表整理了各种可能的情况。

	帆船	货船
			船的长度(以米计)	13	140
风帆的数量	1	4
			用聚酯的风帆内层(g/m2)	220	240
用经涂覆聚酯的风帆外层	110	160
			风帆的高度(以米计)	17	40
风帆的最长长度(以米计)	8	17
			风帆的最大宽度(以米计)	1.8	4
风帆的表面积(m2)	100	500
			板件的数量	30	35

风帆的外层(也称为主体)由编织织物制成，所述编织织物包括与外部空气接触的外部部分，和内部部分。这种织物可以是涂覆有聚氨酯的编织聚酯。对于约100m²的风帆面积，该织物的克重可以是180g/m²。

风帆的上部可以使用Velcro类型的钩环带固定。风帆的外部部分与肋之间的连接(内部连接)以及外部部分的组成元件之间的连接可以通过熔接或粘接或任何其他连接方式(例如拉链，其能够确保与现有充气系统相配的足够低的渗透水平，同时还确保负荷的传递)来实现。

Claims (13)

1.风帆推进装置，其包括：

a.桅杆(3)，

b.可充气风帆(1)，其基本上由两个大体密封的相邻表面(5)组成，两个相邻表面(5)沿着它们的周边接合在一起，从而在它们之间形成至少一个闭合腔体，所述风帆包括上部(6)、下部(7)、前缘(8)和后缘(9)，所述风帆沿着其整个长度包括形成凸起的各种弧形部，

c.至少一个空气导管，其设置在风帆的腔体的内部和外部之间，

d.至少一个用于将空气注入所述腔体的装置，风帆一旦充气就具有保持永久性对称的轮廓，不论所述推进装置的移动或者风的方向或强度如何，

e.顶板(10)，其设置在风帆(1)的上部(6)，

f.风帆容座(11)，其在风帆的下部(7)设置在前缘(8)与后缘(9)之间，

其特征在于，所述风帆推进装置包括至少一根引导线(12)，所述引导线(12)设置在所述风帆的闭合腔体中，用于提升和下降风帆(1)的操纵，所述引导线(12)从所述风帆的前缘(8)延伸到后缘(9)，穿过顶板(10)和风帆容座(11)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述引导线(12)由一个部件制成，在后缘(9)上固定地附接至风帆容座(11)并且能够通过前缘(8)上的辊移动，或者能够通过后缘(9)上在风帆容座(11)中的辊移动并且固定地附接至前缘(8)；所述引导线(12)沿着顶板(10)设置为能够在后缘(9)与前缘(8)之间的至少一个滑轮上移动。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述引导线(12)制成两个部分，在后缘(9)侧的第一部分是固定的或者能够与顶板(10)上的滑轮一起移动并能够通过容座(11)中的辊移动，在前缘(8)侧的第二部分是固定的或者能够与顶板(10)上的滑轮一起移动并能够通过容座(11)中的辊移动。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，与索环相比，滑轮限制摩擦。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，至少两根引导线能够改善引导的精确性。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述引导线对于范围为10至1000m²的风帆而言具有范围为约2至150m的长度，并且对于100m²的风帆而言优选地具有约50m的长度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述引导线(12)对于范围为10至1000m²的风帆而言具有范围在5至500N之间的张力，并且对于100m²的风帆而言优选地具有约50至250N的张力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述风帆包括至少一个缩帆板件。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述风帆包括0至10个缩帆板件(20)。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，每个缩帆板件(20)包括增强肋。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述桅杆(3)是固定的或能够伸缩的。

12.通过风帆推进或混合动力推进的交通工具，其包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的装置、船体和固定至所述船体但仍然自由旋转的桅杆，其特征在于，所述桅杆(3)设置在所述可充气风帆的腔体内。

13.根据权利要求12所述的交通工具，其中，所述风帆(1)根据风的方向并根据交通工具的行驶方向手动或自动地定向。