CN1968849A - 在具有风力驱动装置的船舶中用于自由飞出的筝帆式迎风部件的定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于具有一个机翼翼型的自由飞出的筝帆式迎风部件(1)的定位装置，该迎风部件用作唯一的驱动装置、辅助的驱动装置或者紧急驱动装置，该迎风部件通过一个牵引绳索(1.1)与船舶(4)连接，其中设有一个绞盘(2)，它设有机构，在低于给定的第一拉力和/或临近或产生流分离时这些机构影响牵引绳索的牵拽和/或在超过给定的第二拉力时和/或超过给定的迎流速度时这些机构影响牵引绳索(1.1)的放缆。

Description

在具有风力驱动装置的船舶中用于自由飞出的筝帆式 迎风部件的定位装置
技术领域
本发明涉及一种在具有风力驱动装置的船舶中用于自由飞出的筝帆式迎风部件的定位装置。
背景技术
由US PS 2 433 344已知这种定位装置。但是在此不涉及一个绞盘，它适合于在船舶以风力驱动时使迎风部件对应于风特性调节，而是只涉及使一个通用的航空目标保持在一个恒定的高度。在已知的装置中不能实现对应于风条件的调整。
发明内容
本发明的目的是，提供上述类型的定位装置，它不具有上述的缺陷并且能够使迎风部件的定位对应于风条件自动地适配。
这个目的通过权利要求1特征部分给出的措施得以实现。在此本发明基于这种知识，当牵引绳索的长度分别适配于大气状态的时候，以有利的方式可以实现用于具有机翼翼型的自由飞出的筝帆式迎风部件的定位装置，所述迎风部件用作唯一的驱动装置、辅助驱动装置或紧急驱动装置，该迎风部件通过牵引绳索与船舶、尤其是在海上行进的船舶连接。如果要实现自动的牵拽和放缆，则将放缆的极限作用力调整到大于牵拽的极限作用力。由此没有调节振动地进入稳定运行。
在按照本发明的解决方案中特别有利的是，同时避免牵引绳索的过载，因为优选这样选择在进行放缆时的负荷极限，使得它正好位于牵引绳索的负荷允差以内。
此外有利的是，设有其它机构，它们在持续地低于或者说超过或对于给定的时间间隔流分离(Strmungsabriss)时才触发牵拽或放缆，该时间间隔必要时可以对于每个功能方向不同地确定，因为通过这种方式避免太频繁地牵拽和放缆。在此时间间隔优选在几秒钟的范围。
在本发明的另一优选实施例中，使用于临近流分离的传感器的输出信号输送到一个变换器，它为了缩短牵引绳索以这种方式控制位于船舶甲板上的绞盘，使得迎风部件的迎流这样加大，使得迎风部件充分上升，用于使迎风部件至少保持在空气中。在此可以使风速在牵拽时置于一个固定的最小值，它保证足以使迎风部件稳定飞行的迎流速度。也可以选择限定牵引绳索的最小应力。如果要低于这个最小应力，则绞盘收紧并由此保证在迎风部件上的迎流。一旦由于迎风部件超过限定的应力，再停止绞盘并建立正常的飞行状态。由此实现简单的、与两个牵引力阈值有关的绞盘控制。
在按照本发明的定位装置的另一有利实施例中，当迎流或牵引力又超过给定的另一阈值时、该阈值位于在各种情况下必需放缆时的那个阈值以下，使牵引绳索的长度再相继地加大，直到牵引绳索基本达到其缩短前的长度。
此外以优选的方式规定，所述绞盘具有一个关于已调整绳索长度的给定的转矩-绳索长度特性曲线，该特性曲线起到缓冲绳索撞击的作用。这个措施显示出，可以降低迎风部件和牵引绳索的动态负荷。这一点可以由此实现，当转矩-绳索长度特性曲线具有累进的转矩的时候、即绳索放缆越多，绞盘阻力越大。通过这种特性曲线使作用于迎风部件上的风冲击首先起到快速放出许多绳索的作用，然后在使系统温和地制动。
此外为了保证可靠地回收迎风部件有利的是，迎风部件的最小迎流速度在回收时为了保持其飞行能力在牵引绳索的负荷下保证绞盘速度。
此外设有机构，当风速小于为了保持迎风部件飞行能力在牵引绳索的负荷下所需的风速时或者当根据航向数据担心在水下、水中、在岸边或在空气中在一个时间间隔以内与一个物体碰撞时，这些机构以特别的判据影响迎风部件的自动牵拽，该时间间隔小于或等于用于在最大风速时牵拽迎风部件所需的最小时间间隔。同样也适用于迫于航行的限制防止导引迎风部件的时候。
为了充分利用较高高度中的更大风速有利的是，只要在给定的时间间隔以内不超过最小迎流速度或者接收或者说获得一个天气信号，它显示一个提高风速或者说在航向上有利于行驶的风向，分别以一个给定的附加长度值触发绳索的放缆并且保持这个长度，此时对于放出的附加绳索长度不降低绳索拉力。通过这种方法放缆，如果掌握恒定的条件，用于尝试在较高的高度中导引迎风部件。
在本发明的另一有利的改进方案中以这种方式实现牵拽和放缆、尤其是在海浪加大的时候，降低不期望的船舶运动(横摇、纵摇、首摇)。即在绳索方向上与船舶运动分量相位错开地实现牵拽和放缆，由此一方面减小船舶运动，另一方面也负责迎风部件的稳定导引，因为作用于牵引绳索上的作用力减小。
显然，与现有技术不同，出现许多措施，它们能够作为推进部件实现迎风部件的全自动导引，迎风部件必需在不同的高度上导引。
为了达到对于按照本发明的绞盘提出的高要求、尤其是在能耗、作用力和反应能力方面有利的是，所述绞盘通过一种压力介质驱动，其中绞盘驱动装置尤其是容积可调整的液压泵。由此也能够满足可靠性要求，例如对于油轮由于存在燃烧的危险限制使用电动驱动装置。
为了在紧急情况下保证可靠地回收，为了使绞盘运行存在一个紧急设备，它在初级能源出现故障时也保证用于使绞盘运行所需的能量。
对于本发明特别有利的状况是，用于改变迎风部件的作用力仅需在短的路径上传递，由此能够实现精确的调整，尤其是在通过长的牵引绳索操纵时由于其伸展已经不再能够实现控制命令的精确传递。此外迎风部件不会由此置于危险，绳索相互间扭绞并且使操纵无效。即人们必需引起注意，迎风部件的正确调整和导引对于船舶总体上也具有明显的意义，因为例如一个为了改变行驶方向的操纵总是必需包括迎风部件的一个重新调整。如果例如绳索交叉或缠住，则或者可能不执行方向改变或者必需砍断迎风部件。
此外有利的是，使操纵部件或者说用于产生力的机构直接位于迎风部件附近，相应的调节装置也至少部分地直接位于迎风部件上，由此可以在很大程度上省去费事的且易干扰的信号传递途径。
在改变迎风部件的空气动力作用时包括所有的空气动力控制器、如挡板、舵以及其取向、姿态和/或形状的改变。
在此形状改变优选通过影响其流分离棱边的取向对称或非对称地改变机翼翼型通过、通过扭转机翼翼型、通过对称和/或非对称地改变机翼翼型的拱曲和/或通过改变牵引绳索的作用点实现。在其它有利的改进方案中也可以通过改变机翼翼型实现空气动力特性的改变，例如在筝帆或其拱曲的横截面中显示出来。对于双层的机翼翼型，这种形状改变以有利的方式通过相应的部件改变两个层之间的距离。
由于重量的原因有利的是，用于通过唯一的驱动部件在两侧和/或反向的操作用于同向或者说非对称地改变机翼翼型。在这种情况下例如分别反向地驱动两个横舵，其中中性位置形成两个舵的中间层。
对于由纺织材料制成的迎风部件、例如是一个按照滑翔伞形式的筝帆，最好通过驱动部件通过调整或通过延长或缩短至少一个控制绳索实现空气动力作用的改变。
为了适配于空气动力调整所投入的作用力可以有利地使至少一个控制绳索具有一个滑轮组形式的转向机构或回程机构，其中该滑轮组不仅可以用于升速而且可以用于减速。
如果控制绳索形成一个矩阵式结构，则易于实现按照滑翔伞形式的筝帆的影响。在此这个结构涉及在筝帆下部的部位，由该部位可以共同实现空气动力的操纵。在此有利的是，不同的控制绳索分别通过一个公共的被驱动操纵部件一起驱动，因为由此减少驱动部件的数量。在此公共被驱动的操纵部件例如可以由可旋转支承的部件、一个摇杆、一个杠杆、一个齿带盘或类似部件组成，它共同通过一个驱动马达运动。各个控制绳索导引到公共操纵部件上的不同选择的固定点，由此由固定点的几何形状给出相应的行程，以该行程使相关的控制绳索运动。在此各控制绳索也可以通过滑轮组或类似部件升速或减速。通过这种方式使操纵部件的运动转换成所期望的整个或部分迎风部件的几何形状改变。
在另一有利的实施例中所述驱动部件由一个电动绞盘和/或一个直线促动器组成，其中直线促动器通过一个气动部件构成，它在过压下横向伸展并由此在其长度上缩短或伸长。这种部件也称为“人造肌肉”并且优选气动地驱动。
为了使迎风部件上的控制操纵获得能量有利的是，在位于迎风部件附近且通流有利地封罩的容器中设有一个风力涡轮机，它作用于一个发电机，该发电机对电蓄能器充电。在使用气动部件作为促动器时也可以设有一个涡轮机，它驱动一个后接的压缩机，它为气动部件提供过压。在这种情况下一个压力蓄能器作为蓄能器。
在位于迎风部件附近的容器中也安置用于控制迎风部件的机构，它们提供用于控制驱动部件(促动器)的控制信号。在此尤其设有用于由船舶航线的信号、风向和/或风速的信号获得驱动部件的控制信号的机构。
有利的是，对于控制基于位于迎风部件上的视在风的方向和速度的控制器，因为由此确定迎风部件的取向。
所述迎风部件优选通过自动控制装置(自动驾驶仪)控制，其中设有一个传感器部件，对其后接至少一个优选由加速度测量仪构成的转换部件，它至少间接地给出一个控制信号到驱动部件上。另一传感器部件给出基于其在空间中的位置和取向的输出信号，该位置和取向尤其涉及船舶的位置。
如果设有另一传感器部件，它显示出临近或者已产生的流分离或者构成位于迎风部件的绕流表面部位的部件，它在施加空气流时给出一个输出信号，这样设计飞行控制，在停转(Stalls)情况下防止迎风部件的降低。
此外已经证实有利的是，设有机构，用于在外部通过与船舶连接的船载单元产生迎风部件空间取向的或者用于操纵图的控制信号。此外有利地设有信号传递机构，将第三控制信号从船载单元传递到自动控制装置，其中对于这个控制信号优选是一个差分GPS或其它导航信号，它包括关于迎风部件相对于船舶位置的信息。
如果设有附加的存储机构和比较机构，它们能够以这种方式实现附属于过去时刻的信号以在时间上以后出现的信号存储，使得可以比较在时间上先后衔接的操纵状态，在这种意义上产生迎风部件的规定控制，在导入操纵时考虑船舶运行的规定顺序。
在本发明的另一有利实施例中所述驱动部件和/或传感器部件位于一个容器里面，该容器构成牵引绳索的力作用点并且源自固定和控制绳索，迎风部件与它们连接。这个容器优选有利通流地构成并且也可以具有用于获得迎风部件空气动力控制能量的风涡轮机。
本发明尤其适用于航海船舶或者在大海中具有行驶区域的船舶。
在一种有利的获取能量的使用中设有一个通过水通流、尤其是通过船舶螺旋桨或涡轮机驱动的发电机，它将产生的电能输送到一个蓄能器、尤其是一个氢气发生器。存储通过水的电解分解获得的氢气并且保持在蓄气罐里面。
其它有利的实施例由从属权利要求给出。
附图说明
在附图中示出有利的实施例并且在下面描述。在此按照本发明的迎风部件同义地简称“筝帆”。而且“机翼”的标识也是正确的，因为涉及一个具有机翼功能的飞行器。
在附图中示出有利的实施例。附图中：
图1以斜视图示出由按照本发明的筝帆系统牵引的船舶，
图1a示出一个坐标系，它对于下面的描述用作参照系，
图1b以按照本发明的滑翔伞的形式示出按照本发明的受风部件的
实施例，
图2以示意图示出按照本发明的受风部件控制原理图，
图3以详细描述的方框图示出按照本发明的迎风部件的控制方框图，
图4以方框图示出按照本发明的定位装置。
具体实施方式
在图1中以斜视图描述由按照本发明的筝帆系统牵引的船舶。在此一个迎风部件1通过牵引绳索1.1通过位于一个船4船首处的力作用装置2与该船舶连接。该牵引绳索1.1导引到一个中央吊篮1.2，从该吊篮引出许多固定绳索1.3，它们导引到按照滑翔伞形式以筝帆轮廓构成的迎风部件1并且在筝帆中给出必要的形状。其细节参照下面的描述。以W表示在迎风部件1处的示意风向。相应的风矢量通过其大小和方向表示。必要时其时间变化还通过一个表示阵风的参数B表示，它形成风速与平均值在时间上的平均差并且作为标量表示，它近似形成围绕风矢量W的尖端的球半径。
在图1a中描述一个坐标系，它对于下面的描述作为参照系。在此xs给出船的行驶方向，ys是横向于行驶方向的方向。在此该坐标系设想与船的一个点Ps固定连接。这个点优选是船首中的力作用点2。在此高度hs对应于传统坐标系的z轴。它给出参照点Ps的高度。这个参照点以优选的方式是适合于船的GPS设备的GPS天线安置点，由此使一个位于另一GPS设备的PS外部的点坐标可以通过由给出两个设备的坐标的减法产生。(如果要使适合于船的GPS设备的GPS天线离开参照点Ps，则可以通过加入一个固定坐标差考虑这一点)。
为了简化下面要以极坐标系为基础，其中角度α形成方位角而角度β形成高度角。在此矢量V的方向也指向迎风部件1中的吊篮1.2。这如同一个“地理学的坐标系”，因为吊篮1.2或者说迎风部件1基本在一个球的表面上运动。因此该方位角α和高度角β犹如在通过矢量V撑开的“地球仪”上给出吊篮位置的地理长度和宽度。矢量V的长度粗略地给出牵引绳索1.1的长度，其中首先不考虑其垂度。
所述迎风部件的吊篮1.2按照自身的坐标系以方向xk，yk和zk对齐，其中zk指向矢量V的延长线方向。通过首摇角(Yaw)表示迎风部件1的吊篮1.2围绕垂直轴zk的旋转。通过首摇角的变化影响迎风部件1的飞行方向的变化。该首摇角例如可以通过有效地控制(下面还要描述的)形成迎风部件1的滑翔伞的制动板改变。该首摇角影响方向变化，并且这个过程与一个转向筝帆的转向相似。围绕纵轴xk的旋转是一个横摇运动(横摇)并且没有有效地控制。由横摇运动或方向zk与V的相应偏差能够获得基于重力的牵引绳索1.1的垂度，而围绕横轴yk的旋转形成迎风部件围绕横轴的斜度(Pitch)并且可以通过阵风和其对于牵引绳索1.1的影响引起。这个坐标系构成用于理解下面还要描述的船筝帆系统的基础。
在图1b中简示出一个按照本发明的迎风部件的实施例。该迎风部件对于所示实施方式形成一个滑翔伞101，它具有一个用于控制器的容器102，如同下面还要描述的那样。从固定在牵引绳索1.1的容器102引出固定绳索103，它们过渡到绳索树形式的分支104，它们与一个下纺织覆层105连接。一个上纺织覆层106形成向上的封闭。两个覆层通过在附图中不可见的内部连接绳索或相应的连接部件、如纺织筋固定在一起，其中通过两个覆层形成的机翼翼型通过一个内部的空气过压稳定，该空气过压通过在筝帆前棱边上的开孔(在附图中的左侧)建立，这些开孔在附图中出于清晰的原因同样省去。飞行方向以箭头107表示。
在图2中以方框图示出按照本发明的风力驱动系统的原理图。该图也用于了解下面的各系统组成部分的描述。在该图中使用的以百表示的附图标记也形成下面还要分别详细描述的系统部件的组标记。(虚线99包围这些结构组件，它们必需至少加入到传统的船舶里面，由此使船舶附加地配有按照本发明的风力驱动)。所述迎风系统100包括迎风部件以及其所属的控制系统，如果从属的控制系统设置在迎风部件中。在此该装置不仅设置在位于牵引绳索端部的吊篮里面，由吊篮引出固定绳索，而且也直接设在迎风部件中。该控制系统主要包括一个自动自驾驶仪，它监控迎风部件的位置和飞行轨迹控制。
该迎风系统100通过牵引绳索和一个绞盘(210)(包括牵引绳索)和虚线示出的通讯途径与船载系统200连接，具有一个操作面(用户界面)205，该船载系统包括一个控制系统，它不仅监控筝帆位置而且在船舶的机器5和舵6上给出必要的控制命令。该船载系统通过不同的通讯途径与迎风部件连接，它们不仅能够在原理上给定船载系统的筝帆位置，而且能够由迎风系统给出对于船载系统重要的信息。
对船载系统200前置一个导航系统300，它将待保持的船舶航线在考虑到成本、时间、速度和充分利用风以及必要时的风向和风强度的条件下传递到船载系统。一个标识也属于风信息，它表征风的阵风性。此外通过相关的信息还得到航道或由此引起的船舶运动。(在此风和天气数据最初源自下面还要描述的天气信息系统600)。该导航系统由导航的详细资源(移动地图)310支持。
由航向、风和波浪信息产生信号，它们控制船载系统200并且起到筝帆系统100的相应调整作用。该船载系统200还产生用于机器5和舵6的控制信号。
所述导航系统300由航线系统400控制，它通过基于船舶运行的经济基础获得船舶的路径。以由外部站点500给定的数据为基础控制该航线系统400，将这些数据与天气信息系统600的数据匹配。由导航系统300实际获得的航向数据通过反馈连接301(通过无线电、人造卫星)返回到外部的站点500。这些数据也由其它的配有按照本发明的系统的船舶接收并且可以用于天气系统的局部实用化。通过这种方式对于其它的外部航线设定可以考虑实际的、局部引起的航线变化。
很显然，筝帆系统100的定位根据航向数据这样实现，不仅根据天气条件(实际掌握的风和海浪条件)而且考虑能够得到尽可能节省成本的船舶运行的经济的边界条件实现一个最佳的航线。
紧急情况系统700在以应急操纵的形式强制立刻操作的未事先规定的事件的情况下给出所需的控制命令。
在其它方框800以及900中分别包括发信号系统和通讯系统，它使航行与其它交通参与者相协调。一个航行可靠性照明以及通过无线电发出自身的航行数据属于信号系统，它们使其它在周围的船舶得到关于已安置的迎风系统和意向航线或实际的航向。而通讯系统包括所有的与其它信息交换有关的系统。
在图2中以实线示出数据流的主要路径，而其余的信息路径以虚线表示。
在图3中详细示出包括迎风系统的方框100以及具有图2船载系统的方框200。在这里描述筝帆101的定位和控制。风向及风速信息、包括阵风特征值以及海浪信息加入到中间存储器211，在其中为了缓冲存储这些数据。因为风向和所有的筝帆调整涉及视在风，因此可以在处理时省去航线信息。所述迎风部件基于船舶的调整和操纵不要求认识实际航线，因为所有操纵涉及船舶并涉及作用于筝帆的视在风的影响。当涉及到筝帆定位时，风信息在安置筝帆101时首先源自图2中的天气信息系统600。但是只要在起动后处于筝帆自身的风测量功能，则本身确定在迎风部件地点上的视在风，因为这个风确定定位。
所述风和海浪数据总体形成一个数据组，它编址一个形成查阅表的用于理论位置和迎风部件操纵类型的存储器212。这个查阅表如同一个标准的可编址存储器那样组织，其中中间存储器211的输出数据作为地址信号编址各个存储空间，对于存储空间存储属于已编址数据的迎风部件状态数据。这种“查阅表”按照“只读存储器”(ROM)的形式按照给定的功能关系使输入和输出数据相互联系，也可以理解为数学关系(函数)。但是相应的框图只形成一个示例的实施方式并且也可以通过任意其它的功能元件或结构组件替换。在此例如可以是一个微处理器，其中控制软件存储在相应的存储器中或者也可以是一个电开关，其中功能关系按照模拟计算机的形式通过相关的电子组件确定。在这里出于清晰的原因选择以查阅表描述，因为一个解决方案例如通过微处理器只能不清晰地描述，因为不同的先后展开的程序步骤持续地要求费事地思考，这些程序段先后地输送到微处理器。
对于所选择的实施例可以并行地处理控制信号，但是未示出这些开关元件，它们在特定时间和相应调节时激活所示框图。出于简化假定，一个偏离目前存在的信号状态的进入控制信号激活在后续的保留相关实现状态的框图中的处理，直到一个信号变化迫使进行一个新的处理。
所述状态数据一方面也包含迎风部件的理论位置，即其基于船舶的方向和牵引绳索的放出长度。此外状态数据必要时还包含关于是否且何时根据哪些存储的程序应该操纵筝帆101的信息。在筝帆稳定在一些位置上、即固定地导向期间，对于在确定情况下的船舶运行更有利的是，动态地导引筝帆，即，执行给定的飞行图，因为由此提高其相对于风的相对速度并由此也提高其牵引功率。在另一存储器213中存储筝帆的实际位置，如同通过筝帆101的导航系统所确定的那样。
在存储器213中存储的筝帆实际位置涉及船舶并且最好通过两个GPS信号的减法获得。在此一方面涉及在筝帆系统100的内部的筝帆101的GPS接收器124，它与飞行的筝帆101连接。在筝帆101的飞行位置获得的位置数据通过传感器112传递到位于船舶甲板上的接收器214。另一GPS接收器215同样位于船舶甲板上。其输出信号与接收器214的输出信号一起输送到一个减法器216，通过它产生GPS差值信号。在一个连接在减法器216后面的方框217中将差值位置数据换算成极坐标，它们涉及绞盘2与迎风部件位置之间的距离。它们对应于图1a的角度α和β以及绳索长度“L”。如果同时获得这些数据并且将船舶的GPS接收器安装在尽可能不涉及船舶运动或可以补偿该运动的地点上，则这样获得的GPS差值位置数据具有较高精度。
此外，必需考虑绞盘与船舶GPS接收器的位置之间由于减去一个固定值产生的坐标差。通过这样构成的差值GPS接收器获得的位置在时间间隔中获得。如果它们的精确性不够，可以通过由加速度传感器117，119和120获得的数值得到支持。在组件123中进行相应地包括一个积分的计算。因为在必需进行积分的时间间隔以内仅仅涉及下一个GPS位置信号经过的时间，积分器无需满足品质要求，它将保证在长时间间隔上的稳定性。(加速度传感器本身用于飞行操纵的稳定性，因此也获得一个时间函数，如同下面还要描述的那样)。此外还设有一个高度测量仪129、最好是空气压力测量仪，并且设有一个地球磁场传感器128，其数据同样输送到导航信号的存储器124。
另一用于获得迎风部件相对于船舶的实际位置的方案是利用传递到船舶的高度测量仪129和地球磁场传感器128的数据。这些数据在方框227中传递到船舶并存储。然后在方框227中实现在船舶上的高度测量仪233的数据与船舶上的地球磁场传感器234的数据的减法。如果对于高度测量仪129是一个空气压力测量仪，但是为了确定船舶上的空气压力也可以利用方框600的天气数据(等压线)。将这样获得的位置信息输送到方框217并且在必要时与GPS数据匹配。通过这种方式支持两个独立系统相互间的位置信息并且在一个系统出现故障时还提供必需的数据供使用。
现在将由存储器212读出的筝帆的理论位置一方面输送到一个比较器218，当在存储器213中存在的迎风系统100的实际位置与由存储器212中读出的理论位置一致的时候，比较器输出一个信号。在这种情况下通过一个使能电路219从操纵类型存储器220中读出表征所选择操纵类型的数据组。(但是在此也可以由此表征静态的飞行状态，筝帆不执行任何操纵，而是保持其飞行位置。在此涉及操纵类型“零”)。
在控制这个操纵类型存储器220时也读出串行形式的飞行程序并且传递到迎风系统100的自动自驾驶仪上。在此存储器220的输出信号到达一个传感器221，它获得数据并输送到迎风系统100的接收器113。从接收器113输出，该信号到达一个自动自驾驶仪结构组件并且到达那里的操纵控制单元114。这个单元接收表征某种串行的飞行操纵的信号并将其转换成航线值，将航线值输送到飞行控制器116，该控制器执行相关的飞行操纵。在此要被调整的数值传送到一个航线值比较器115，另一方面将首摇角测量器117的输入信号输送到航线值比较器。现在飞行控制器116在其相关输出125上通过在筝帆101上的相应驱动部件通过非对称地制动筝帆101或者相应地空气动力变形以给定的顺序和时间产生曲线飞行。通过飞行控制器116的两个其它输出控制的其它空气动力效应是机翼调整和缩帆，如同下面还要描述的那样。
由用于定位的存储器220b为了以确定的绳索理论长度放缆也控制绞盘240。
为了避免围绕垂直轴的摆动，附加地将一个通过高通滤波器滤波的信号以偏移的相位叠加控制信号地输送到飞行控制器116，由此避免振荡。在通过输出125控制首摇运动期间，通过输出126调整机翼的起动。已知通过机翼的起动程度能够优化飞行阻力与上升的比例。通过另一输出127可以导入筝帆101的缩帆。缩帆改变上升和阻力并且可以在各飞行操纵时要求。
因为筝帆固定地在牵引绳索上导引，它通过绳索的牵引作用在其基于其横摇和倾斜运动的上升重心中自动稳定。但是在这里也为了排除振动以相应的方式分别将一个位置信号从横摇传感器119和俯仰传感器120通过相应的逆变高通滤波器121和122传送到飞行控制器，由此避免并均衡迎风部件101的急动的位置变化。
当筝帆也位于其设定的位置时(在比较器218的输出上显示出一个表征这个状态的输出信号)，则读出所选择的操纵类型，它命令筝帆执行一个给定的循环飞行程序。如果传递这个操纵类型，自动地由迎风部件的自动自驾驶仪实现控制并且单元200无需再反应，只要筝帆不由于未给定的事件离开其理论位置。
如果迎风部件101的理论位置不与其给定的位置一致，则可能是已经改变了由存储器212读出的给定位置，这在安置筝帆时也是这种情况，或者可能是筝帆在操纵过程中已经离开其位置，因此在比较器218的输出上的输出信号消失，并且终止通过开关元件219激活的存储器220的操纵类型。在操纵类型存储器220的输出(左边部分)上显示信号“零”，这由迎风系统100的自动自驾驶仪持续地说明，不再执行最后存储的操纵。取而代之将由存储器213读出并通过GPS获得的筝帆实际位置与由存储器212读出的理论位置通过一个位置修正单元221进行比较并且获得一个操纵，它使筝帆导引到理论位置。该修正单元221仍然由查阅表构成，其中理论和实际位置(仍然基于船舶)汇总到一个公共的地址信号并且将迎风部件的相应修正操纵的标志从实际位置A读出到理论位置B。即，要注意，根据起动和目的点(必要时也根据风和波浪条件)必需选择不同的操纵，用于操纵筝帆。但是通过给定措施可以选择并执行任意的筝帆操纵。
如果风和海浪对于要被执行的操纵起到重要作用，则可以将这些数据由存储器211通过查阅表存储器212和221“循环”，由此使数据还存在于数据组中用于选择特殊操纵并且可以选择适合的操纵。但是在此不涉及各事件的补偿，而是涉及一般的调整原则，它例如可以包括，在高海浪时使筝帆相对地这样飞行，使得可以尽可能均衡通过波浪方向作用于船舶的作用力。因此对于强烈倾斜的船舶也优选一个具有横向分量的筝帆位置而对于强烈纵摇的船舶优选一个提前分量。由此将一个用于获得海浪的方框231的输出信号直接导引到方框211，用于添加一个信息，它在选择相应的筝帆位置和操纵时在上述意义上共同起作用。这种连接的另一功能是这样选择飞行操纵的部分，使得它们根据海浪反作用于加速度。也包括在内的是，操纵以循环的飞行轨迹这样飞行，其中不同的拉力在牵引绳索上在不同的时间上起作用，使得这些作用力产生与由于海浪引起的加速度的相位错。通过这种方法总体减少船舶运动。这种通过操纵引起的不同拉力产生的船舶运动的均衡或减小不干扰其余的用于海浪均衡的方法。其根据是，由立即减少的船舶运动在减少其对于筝帆飞行轨迹的影响时需要更少的花费。对于各船舶运动的均衡参照下面对方框231的描述。
在位置变化时使存储器220的右边部分通过开关元件222通过由修正单元221读出的数据组编址，其中开关元件222由比较器的输出信号通过一个变极器223激活，当开关元件219无效的时候，即理论位置与实际位置不同的时候。
此外迎风部件的飞行稳定性对于其位置也起到重要作用。位于筝帆上的多方向动压测定计111一方面形成一个风量计而另一方面对于在飞行方向上测得的分量通过一个相应的信号传递一个太小的筝帆迎流的状态，该信号与产生一个位置变化操纵一起控制绞盘控制器240，由此使筝帆在位置变化时加速，使得迎流再上升。(很显然，绞盘在由于风和波浪数据“想”位置变化时通过存储器220b右边部分也可以一起控制，由此例如可以引起迎风部件的高度变化)。
为了获得真实的风向和风速所述风量计具有指向不同方向的具有压力箱的皮托管，它们被分开地评价。由三个相互垂直指向的压力箱的具有最高压力值的压力值能够确定基于风量计111取向的绞盘方向和速度。如果一起考虑磁场传感器128的输出信号，该传感器包括由磁敏电阻组成的桥接电路并由此能够获得地球磁场场线的方向，则绞盘方向与北极方向相关并且由此可以作为视在风在迎风部件上的方向传递到船舶。然后在船舶上必要时可以实现从磁极北到地理北的修正。
一个指向方框211的箭头表示，在此筝帆的正常导航不起作用。通过前置于变极器223的或门224也抑制其余的正常操纵控制器。(这一点也适用于下面要描述的方框228，229，230和232，它们释放其它的特殊功能。但是在那里出于清晰的原因去掉从属的信号连接。)
通过方框228在操纵类型存储器220b右边部分上选择和起动从属的操纵类型导入紧急情况操纵“紧急投弃”，该存储器包括相应程序。当由迎风部件对于船舶由于不利的情况或事故存在大的危险时(例如与障碍物碰撞)，这个操纵是必需的。对于这个操纵使迎风部件完全与船舶分开。
通过方框“安置”229和“回收”230在操纵类型存储器220b右边部分上选择和起动导入相关的操纵类型，该存储器包括相应的程序。
通过方框231“船舶运动”通过相应取向的加速度传感器获得在牵引绳索方向上的加速度分量并且在积分后产生一个信号，它描述在牵引绳索方向上的船舶运动。这个信号输送到船载GPS接收器，该接收器提供一个用于修正绞盘控制器240位置的位置信号，此时接收器或天线不是自动地装配在这个位置。如果这个GPS位置信号直接与通过接收器214接收的筝帆系统100的GPS位置信号一起评价并且用于导引筝帆101，则筝帆在其控制过程中跟随绞盘的海浪运动。但是因为筝帆应该飞行其基于假想静止的船舶位置的操纵，因此将在方框231中的加速度传感器的积分信号附加地输送到GPS接收器215，用于从信号中减去(作为干扰)，为了处理将该信号输送到方框216，由此在那里处理一个“静止平台”的位置信号。通过这种方法使筝帆101飞行操纵，该操纵排除海浪干扰。因为很显然，主要是作用于牵引绳索方向上的海浪分量对于飞行物体可以感觉到，而与其垂直的分量仅仅直接对于长的牵引绳索消失的飞行矢量的角度α和β的变化有贡献并因此可以忽略。
为了对于所示实施例不持久地进入这种状况，在强烈的海浪时一个现有的飞行操纵由于在差分方框218上确定一个偏差而中断并且必需使一个受控制的“飞行”执行到修正位置(在这种情况下通过右边的操纵方框220b激活绞盘240)，由方框231与绞盘控制器240形成直接连接。这个控制器直接包括放缆和牵拽的命令，该命令相应于通过方框231放缆和牵拽确定在牵引绳索方向上的相应海浪运动，由此对于筝帆直接均衡船舶运动。只有当这个均衡由于某种原因不再足够的时候，才通过相应的操纵释放位置修正。
为了也能够手动释放操纵，通过一个是图2中操作界面205的一部分的操作输入232能够实现相应的输入命令。通过相应的命令可以在操纵存储器的左边部分220a中对于手动命令在抑制其余来自存储器的信号输出的条件下直接将控制命令传递到自动自驾驶仪单元和绞盘控制器240。在此涉及功能“左”、“右”、“直线”、“缩帆”、“解除缩帆”、“调整(Anstellen)(+)”、“调整(-)”、“绞盘(+)”和“绞盘(-)”。所有命令可以在其强度上调制。
对于一个包括在上述实施例中的变型方案以这种方式实现一个“预见性的操纵”，在用于计算实际的迎风部件位置的系统中输入假定的风和航线数据并且将待调整的配置显示成信息。由此船舶导向可以推测事先规定的系统特性并且相应地调整航行。这种按照可能预见形式的数据多次处理在图3中通过在不同存储器元件拐角上的多重角表示，这表示，这个存储器的内容独立于实际的过程控制地多次评价。在此也设有附加的存储机构和比较机构，它们能够以这种方式实现附属于上述时间点的具有时间上以后显示的信号的存储，时间上相互衔接的操纵状态可以在不同的也假设的输入数据的基础上比较下均衡。
在图4中详细示出按照图3的按照本发明的用于风力驱动系统的定位系统的绞盘控制器的实施例。在此绞盘的机械部件成组地位于一个公共的驱动轴244上。在此表示要被放出的绳索长度的在图3中存储器220b右边部分的输出信号传导到一个存储器245，该存储器存储作为数字数值的这个绳索长度。包含在存储器245中的数字值输送到一个比例比较器246，该比较器将这个数字值从传导到脉冲计数器247的另一数值中减去。这个脉冲计数器247本身由一个尤其光电方式运行的位置传感器248控制，该传感器与导引牵引绳索11的绞盘头249连接。但是也可以通过其它方式和方法传递放出的牵引绳索11的长度。例如通过本身安置在牵引绳索本身上的光的、磁的或其它标记，它们由相应的传感器获得。
所述牵引绳索11通过围绕绞盘头249的多圈缠绕摩擦配合地驱动，其中绳索储存在一个只简示的储存空间250里面。在一个未示出的可选择实施例中也可以使牵引绳索由一个绳索滚筒退卷，该绳索滚筒替换绞盘头。在另一未示出的有利实施例中绞盘头包括一个绳索滚筒，它作为绳索储存器。但是相应地保留其余结构。
由马达251驱动绞盘头249。该马达最好具有一个组合的未示出的传动机构。所述脉冲接收器247通过给由位置传感器248发出的脉冲计数获得实际退卷的绳索长度，其数值与绞盘头249的圈数成比例。在一个未示出的可选择的实施例中长度通过直接顶靠在绳索上的具有脉冲发生器的摩擦轮获得。由比例比较器246给出的信号根据其极性也对应于由绞盘头249卷绕或退卷的绳索长度。比例比较器246的输出信号直接作为比例分量通过求和点260输送到特性曲线发生器252，它产生一个用于马达252的与绳索长度成比例的控制信号。特性曲线发生器的输出信号按照一个线性的曲线限制高值和低值，由此得到一个非线性的特性。特性曲线的刚性这样适配于绳索特性，由此防止过度张紧。特性曲线的直线范围适配于绳索的特性，而在接近过载时产生一个力限制，由此使绳索在迫近断开时自由放出。
直到上述极限值马达251的控制最好也与要被放出或收回的绳索长度成比例。由此产生一个驱动装置的特性，它与一个弹簧的特性类似。当所示的马达251是一个电机时，其转矩与输入的电流成比例，因此足以使特性曲线发生器252的输出与在这种情况下由电流源构成的能源253连接。特性曲线发生器对于相应的输入参数给定一个转矩，它能够作用于电机输出轴。特性曲线的刚性定义绞盘对相应的控制信号的“反应能力”。它是可以调整的，用于满足不同的运行条件(例如迎风部件的尺寸)。在运行中这样调节特性曲线的刚性，使得绞盘运动调整到一个“敏感”的反应特性以下。
但是对于另一种形式的驱动装置可能出现能源253提供另一种能源参数，它不直接导致在驱动马达251上的成比例转矩。例如在这种情况下，在存在爆炸危险的环境中、如在油轮情况下不能使用电动驱动装置。在这种情况下马达251可以由蒸汽或液压马达、尤其是由容积可调整的液压马达或者由成对的容积可调整的液压泵和液压马达构成，其中在输出轴上设有一个转矩测量装置254，其输出信号以负极性输送到连接在特性曲线发生器252后面的反馈点255。
在此由能源给出的信号这样长时间地增加，直到通过转矩测量装置254的负反馈信号补偿。通过这种方式通过任意的驱动马达能够产生所期望的特性。此外在比例比较器246与特性曲线发生器252之间的信号路径中连接一个积分器256，它防止在调节绳索长度时的一个保留的调节偏差，该积分器使输送到特性曲线发生器的信号越放大或越缩小，这个信号就越长。此外与其并联地连接一个具有后接的减法点259的可调节滤波器258，其中这样设计该滤波器，使得滤波器可以通过尤其是绳索包括绞盘的谐振频率并且通过负反馈抑制它们。该滤波器258在其频率上是变化的，其中频率调节受到脉冲计数器247输出信号的影响，它输出一个对应于放出的绳索长度的数值。
通过这种方式使滤波器在其频率上对应于绳索长度变化，由此壳补偿可能的谐振，它们在其频率上受到绳索长度的影响。在所示的实施例中仅仅考虑变化的趋势，此时从直线调整开始。如果要实现精确的适配，它跟随平方的或其它函数的曲线，则将一个相应的函数发生器连接到脉冲计数器的线路里面，它同样以数字查阅表的形式对应于其它所示实施例地构成。在通过对应于绳索长度的数字值编址时对应于控制参数实现从属的用于所期望的滤波器频率调整的任务。对于数字滤波器它是相应的数字控制命令。对于模拟的具有变容二极管的滤波器电压发生器通过相应的控制参数为了调整相应的输出电压为了控制编程。
在所示的电路中涉及一种数字调节，因此积分器256和滤波器258同样以数字模式运行。位置传感器248的输出信号给出作用于筝帆上的作用力大小和其时间过程，由此可以用于评价筝帆有效性。
为了也平衡船舶运动在绳索导向上的作用，设有一个加速度传感器265，它在绳索方向上有效地安装在绞盘附近。一个后接的积分器266将所获得的加速度值转换成相应的路程信号，它们同样在绳索方向上起作用。由此使在绳索方向上起作用的船舶运动分量通过相应的卷绕和退卷绳索进行补偿，使得船舶运动不影响筝帆的位置。
一个优选由盘制动器构成的制动器261对于以下情况位于马达轴上，例如对于平静的海无需绳索运动的时候。制动器通过一个具有后接的施密特触发器263的差分器262控制，当差分器262的输出信号超过一个给定值、即马达251的控制电压变化时，该触发器才给出一个信号。该施密特触发器的输出信号通过一个变极器264(和一个相应的未示出的驱动器)触发制动并且激活马达的能源(驱动器)。在其它情况下保持制动器261拉紧并使其无效。由此也节省用于驱动马达251的功率。
在一个未示出的可选择实施例中可以附加地对于在马达侧作用的第一盘制动器261还具有一个直接作用于绞盘头249的带制动器。这一点例如对于某些批准部门要求的双保险是有利的，因为在马达传动机构或轴244中断时能够自动地制动绞盘头。
目前所述的结构组件负责分别使绳索以给定的长度放出并且绞盘起到近似“弹性部件”的作用，用于反作用于绳索过伸展。此外衰减在绳索上的谐振过程，由此不会由于待调整的谐振条件调节出力过大的情形，力过大威胁绳索。
另一措施还负责，使海浪和由此引起的船舶运动不影响或只受控地影响迎风部件101的位置。为此使用结构组件231(参见图3)，它具有一个加速度接收器265，它作用于绳索方向。该加速度接收器265的输出信号输送到积分器266，它将加速度转换成在绳索方向上的行程。通过后接的配量器/变极器使信号到达一个求和点257，用于输送到比例比较器246。通过结构组件267使筝帆101基于船舶的位置分别为了通过放缆和牵拽绳索补偿海浪运动改变，由此使绳索在平均海表面上保持其高度并且不受船舶运动的影响。这一点尤其对于弱风条件和所掌握的阈值是有利的，此时筝帆的飞行不受到附加作用力的影响。
但是也可以期望，使船舶运动通过迎风部件的空气阻力衰减，而筝帆稳定地飞行。为此设有电位计267，它实现积分器266的输出信号的配量和极变换。通过这种方式能够配给该分量和变换其极性，以该分量使积分的船舶运动信号在绳索方向上作用于筝帆位置，由此或者衰减筝帆的运动或者衰减船舶的运动。
关于本实施例的各部件的细节请参照同时递交的本申请人的并行专利申请。
本发明不局限于所示的实施例。本发明范围中的其它配置由从属权利要求的组合给出，它们由专业人员根据上述的描述开发。

Claims (17)

1.用于具有一个机翼翼型的自由飞出的筝帆式迎风部件(1)的定位装置，所述迎风部件用作唯一的驱动装置、辅助的驱动装置或者紧急驱动装置，该迎风部件通过牵引绳索(1.1)与船舶连接，其特征在于，设有一个绞盘(2)，它具有机构，在低于给定的第一拉力和/或临近或产生流分离时这些机构影响牵引绳索的牵拽和/或在超过给定的第二拉力时和/或超过给定的迎流速度时这些机构影响牵引绳索(1.1)的放缆。
2.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，设有其它机构，它们在持续地低于或超过或者说对于给定的时间间隔流分离时才触发牵拽或者说放缆，该时间间隔必要时可以对于每个功能方向不同地确定。
3.如权利要求1或2所述的定位装置，其特征在于，这样构成所述机构，使用于临近或已经产生流分离的传感器的输出信号输送到一个变换器，它为了缩短牵引绳索(1.1)以这种方式控制绞盘(2)，使得迎风部件(1)的迎流加大，从而迎风部件(1)充分上升，用于使迎风部件至少保持在空气中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的定位装置，其特征在于，构成所述机构，使得当迎流超过给定值时，牵引绳索(1.1)的长度再相继地加大，直到牵引绳索基本达到其缩短前的长度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述绞盘驱动装置(240)具有一个给定的转矩-绳索长度特性曲线，它通过一个给定的延迟时间常数总是在实际放出的绳索长度范围里构成，从而缓冲绳索撞击。
6.如权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述特性曲线包括一个在绳索(1.1)最大可承载性以下的力极限。
7.如权利要求1至6中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述绞盘(2)的力/长度特性包括与放出绳索长度有关地在绳索(1.1)上的谐振过程衰减。
8.如权利要求1至7中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述绞盘速度在回收时在迎风部件(1)上产生最小迎流速度，它足以保证迎风部件在绳索(1.1)负荷下的飞行能力。
9.如权利要求1至8中任一项所述的定位装置，其特征在于，当风速小于保证迎风部件在绳索(1.1)负荷下的飞行能力所需的风速时，设有用于牵拽迎风部件(1)的机构。
10.如权利要求1至9中任一项所述的定位装置，其特征在于，当担心在水下、水中、在岸边或在空气中在一个时间间隔以内与一个物体碰撞时，设有用于牵拽迎风部件(1)的机构，该时间间隔小于或等于用于在最大风速时牵拽迎风部件(1)所需的最小时间间隔。
11.如权利要求1至10中任一项所述的定位装置，其特征在于，当航海的限制妨碍导引迎风部件(1)时，设有用于预见性牵拽迎风部件(1)的机构。
12.如权利要求1至11中任一项所述的定位装置，其特征在于，当在给定的时间间隔以内不超过最小迎流速度或者接收或者说获得一个天气信号，它显示一个提高的风速或者说在航向上有利于行驶的风向，分别以一个给定的附加长度值触发绳索(1.1)的放缆并且保持这个长度，此时对于放出的附加绳索长度不降低绳索拉力。
13.如权利要求1至12中任一项所述的定位装置，其特征在于，以这种方式实现牵拽和放缆、尤其是在海浪加大的时候，通过在绳索方向上相位错开的驱动减小在绳索方向上的不期望的船舶运动，用于均衡关于迎风部件(1)的海浪运动或者说在相应地相位错开控制时使船舶(4)的海浪运动降低迎风部件(1)运动费用。
14.如权利要求1至13中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述绞盘(2)通过一种压力介质驱动。
15.如权利要求1至13中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述绞盘驱动装置(240)是容积可调整的液压泵。
16.如权利要求1至15中任一项所述的定位装置，其特征在于，存在一个紧急设备，它在初级能源出现故障时也保证用于使绞盘(2)运行所需的能量。
17.船舶，具有如权利要求1至16中任一项所述的定位装置，其特征在于，为了获取能量设有一个通过水流在船舶外边、尤其是通过螺旋桨或涡轮机驱动的发电机，它将产生的电能输送到一个蓄能器、尤其是一个氢气发生器，它具有后置的储备容器。
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