DE102016001015A1 - Wind propulsion device for vehicles - Google Patents

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DE102016001015A1
DE102016001015A1 DE102016001015.0A DE102016001015A DE102016001015A1 DE 102016001015 A1 DE102016001015 A1 DE 102016001015A1 DE 102016001015 A DE102016001015 A DE 102016001015A DE 102016001015 A1 DE102016001015 A1 DE 102016001015A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/068Sails pivotally mounted at mast tip

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

Windantriebsvorrichtung für Fahrzeuge, um die mit einem Segel erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) so einzusetzen, dass sie an dem neutralen Punkt des Fahrzeuges ansetzt. So kann alle Kraft in Fahrtrichtung genutzt werden. Setzt die aerodynamische Gesamtkraft (Ft) außerhalb des neutralen Punktes an, wie zum Beispiel bei Segelfahrzeugen üblich, werden Teile der erzeugten Kraft nicht direkt in Fahrtrichtung genutzt, sondern durch die Vertrimmung des Rumpfes vergeudet. Das soll verhindert werden.A vehicle wind propulsion device for deploying the total aerodynamic force (Ft) generated by a sail to attach to the neutral point of the vehicle. So all power in the direction of travel can be used. If the total aerodynamic force (Ft) is applied outside the neutral point, as is common, for example, in sailing vessels, parts of the generated force are not used directly in the direction of travel but are wasted by the trimming of the hull. That should be prevented.

Description

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Als Beispiel wird ein Segelschiff mit Tuchsegel gewählt.

  • 1) Moderne Windantriebsvorrichtungen für Schiffe sind Tuchsegel, die mit der Vorderkante an einem Mast oder Vorstag befestigt sind oder aber Flügelsegel. Dies hat zur Folge, dass der Segelsdruckpunkt (DP) und damit die erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) immer weit oberhalb und seitlich des Lateraldruckpunktes (DPL) des eingetauchten Rumpfes ist. Da die aerodynamische Gesamtkraft (Ft) des Segels etwa 90° zur Segelfläche wirkt, wird der Schiffsrumpf in der X-Achse (Krängung) und in der Y-Achse (wegen des Abdriftwinkels (β) weicht die Schiffsmittellinie von der Kurslinie ab) vertrimmt.
  • 2) Die aerodynamische Gesamtkraft (Ft), die die Krängung erzeugt, addiert sich zur Gewichtskraft des Schiffsrumpfes und lässt ihn deshalb tiefer eintauchen.
  • 3) Standard-Tuchsegel sind dreieckig und daher auch nur an drei Punkten oder mit der Vorderkante am Mast und mit der Unterkante am Baum befestigt. Da der vierte Punkt fehlt, verdrehen sich die Segel. Sie verlieren an Effektivität, da sie nicht gleichmäßig über die gesamte Höhe des Segels angeströmt werden können. Es ist auch keine für jede Windgeschwindigkeit angepasste horizontale Wölbung einzustellen
  • 4) Bei dreieckigen Segeln ist die größte Segelfläche nahe am Rumpf. Dieser aber erzeugt Verwirbelungen und stört damit die Anströmung im unteren Teil des Segels. Wegen des Windgradienten ist es vorteilhaft, das Segel höher über der Wasserfläche zu setzen. Auch die Luftströmung in der Nähe des Mastes ist bei einem Tuchsegel gestört.
As an example, a sailing ship with a cloth sail is chosen.
  • 1) Modern wind propulsion devices for ships are cloth sails, which are fastened with the leading edge to a mast or forestay or wing sails. This has the consequence that the sail pressure point (DP) and thus the total aerodynamic force generated (Ft) is always far above and to the side of the lateral pressure point (DPL) of the submerged hull. Since the overall aerodynamic force (Ft) of the sail is about 90 ° to the sail area, the hull is in the X-axis (heeling) and in the Y-axis (because of Abdriftwinkels (β) deviates the ship's center line from the course line).
  • 2) The total aerodynamic force (Ft) that produces the heel adds up to the weight of the hull, allowing it to dive deeper.
  • 3) Standard cloth sails are triangular and therefore only at three points or with the front edge attached to the mast and with the lower edge of the tree. Since the fourth point is missing, the sails twist. They lose effectiveness because they can not be uniformly flowed over the entire height of the sail. It is also not set for each wind speed adapted horizontal curvature
  • 4) For triangular sails, the largest sail area is close to the hull. But this creates turbulence and thus disturbs the flow in the lower part of the sail. Because of the wind gradient, it is advantageous to set the sail higher above the water surface. The air flow near the mast is disturbed in a cloth sail.

Die Punkte 1 und 2 erzeugen unnötigen Rumpfwiderstand durch die Verdrehung des Rumpfes in der X- und Y-Achse und zusätzliches Eintauchen durch die aerodynamische Gesamtkraft Ft. Die Punkte 3 und 4 verhindern eine effektive Anströmung der gesamten Segelfläche.Items 1 and 2 create unnecessary hull resistance due to the torsion of the hull in the X and Y axes and additional immersion by the total aerodynamic force Ft. Points 3 and 4 prevent an effective flow of the entire sail area.

AUFGABE DER ERFINDUNG IST:OBJECT OF THE INVENTION IS:

  • zu 1) Die erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) muss auf jedem Kurs auf den Lateraldruckpunkt (DPL) des Schiffsrumpfes wirken, damit jede Energieverschwendung durch das Vertrimmen des Schiffsrumpfes in der X- und Y-Achse vermieden wird. Dadurch muss keine Vertrimmung mit dem Ruder ausgeglichen werden, durch das Ruderlegen wird zusätzlich Widerstand erzeugt.to 1) The generated total aerodynamic force (Ft) on each heading must act on the lateral pressure point (DPL) of the hull to avoid any waste of energy by dimming the hull in the X and Y axes. As a result, no co-ordination with the rudder has to be compensated, the ruddering creates additional resistance.
  • zu 2) Das Segel soll eine Kraft erzeugen, die auch nach oben wirkt, um das Eintauchen des Rumpfes zu verhindern.to 2) The sail should generate a force that acts also upwards to prevent the immersion of the hull.
  • zu 3) Das Segel muss vier Befestigungspunkte haben, um eine kontrollierte horizontale Segelwölbung zu ermöglichen, die über die gesamte Höhe die gleiche Richtung zum Wind behält.to 3) The sail must have four attachment points to allow a controlled horizontal sail curvature, which maintains the same direction to the wind over the entire height.
  • zu 4) Das Segel muss frei von Rumpf- und Masteinflüssen arbeiten können. Wird das Segel höher gesetzt, kann der Windgradient ausgenutzt werden.to 4) The sail must be able to work free of hull and mast influences. If the sail is set higher, the wind gradient can be exploited.

DIE LÖSUNG IST:THE SOLUTION IS:

Eine mögliche Ausführung der Aufgaben 1 bis 4 stellt sich wie folgt dar:
Ein Segel wird mit 4 Spreizbäumen (1), (2), (3), (4) (Zeichn. 1 und 2) aufgespannt. Ein Ende der Spreizbäume ist jeweils an einer der vier Ecken des Segels (21), (22), (23), (24) fixiert, die anderen Enden der Spreizbäume sind am Gelenk (7) festgemacht.
A possible embodiment of the tasks 1 to 4 is as follows:
A sail becomes with 4 spreading trees ( 1 ) 2 ) 3 ) 4 ) (Drawing 1 and 2). One end of the spreading trees is in each case at one of the four corners of the sail ( 21 ) 22 ) 23 ) 24 ), the other ends of the expansion trees are at the joint ( 7 ) fixed.

Die Einheit Segel und Spreizbäume ist am Gelenk (7) befestigt. Das Gelenk (7) ist mit der waagerechten Achse (b) und mit der senkrecht zu Spiere (5) stehenden Achse (d) beweglich.The unit sail and spreading trees is at the joint ( 7 ) attached. The joint ( 7 ) is with the horizontal axis (b) and with the perpendicular to spar ( 5 ) standing axis (d) movable.

Die Spiere (5) wird wird durch das Gelenk (8) am Mast (10) abgestützt. Das Gelenk (8) besteht aus der waagerechten Achse (a) und der senkrechten Achse (c).The Spiers ( 5 ) is going through the joint ( 8th ) on the mast ( 10 ) supported. The joint ( 8th ) consists of the horizontal axis (a) and the vertical axis (c).

Die vier Befestigungen des Segels (21), (22), (23), (24) und die Enden der 4 Spreizbäume am Segel werden mit den Leinen (11), (12), (13), (14) auf der Halterung (6) abgespannt. Dies ergibt eine stabile Befestigung des Segels.The four fortifications of the sail ( 21 ) 22 ) 23 ) 24 ) and the ends of the 4 expansion trees on the sail are 11 ) 12 ) 13 ) 14 ) on the bracket ( 6 ). This results in a stable attachment of the sail.

Durch das Gelenk (7) ist das Segel mit den vier Spreizbäumen, die durch die Leinen (11), (12), (13), (14) an den Enden der Halterung (6) befestigt sind, justierbar und die aerodynamische Gesamtkraft (Ft) kann auf den Lateralschwerpunkt (DPL) gerichtet werden. Die Riggstütze (9) hält das Segel in der richtigen Höhe. Die Neigung der Spiere (5) ist um die Achse (a) einstellbar und zusammen mit der Halterung (6) mit der senkrechten Achse (c) um den Mast (10) drehbar, um verschiedene Kurse zu ermöglichen.Through the joint ( 7 ) is the sail with the four spreader trees that pass through the lines ( 11 ) 12 ) 13 ) 14 ) at the ends of the holder ( 6 ), and the total aerodynamic force (Ft) can be directed to the lateral center of gravity (DPL). The Riggstütze ( 9 ) keeps the sail at the right height. The inclination of the sparrow ( 5 ) is adjustable about the axis (a) and together with the holder ( 6 ) with the vertical axis (c) around the mast ( 10 ) to allow different courses.

Um eine einstellbare Segelwölbung zu erhalten kann die Distanz zwischen den Punkten (21) und (22) variiert werden. Ebenso zwischen den Punkten (23) und (24).To get an adjustable sail curvature, the distance between the points ( 21 ) and ( 22 ) can be varied. Likewise between the points ( 23 ) and ( 24 ).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1-2-3-41-2-3-4
Spreizbäumespreader bars
55
Spierespiere
66
Halterungbracket
77
Gelenk in zwei Ebenen beweglichJoint movable in two planes
88th
Gelenk in zwei Ebenen beweglichJoint movable in two planes
9 9
RiggstützeRiggstütze
1010
Mastmast
11-12-13-1411-12-13-14
Leinenlinen
21-22-23-2421-22-23-24
Befestigungspunkteattachment points
a-bfrom
Gelenkachsen waagerechtJoint axes horizontal
cc
Gelenkachse senkrechtJoint axis vertical
dd
Gelenkachse senkrecht zu Spiere 5 Joint axis perpendicular to spar 5
DPLDPL
LateraldruckpunktLateraldruckpunkt
FtFt
Aerodynamische GesamtkraftAerodynamic total force

Fachausdrücke wie der Lateraldruckpunkt (DPL), aerodynamische Gesamtkraft (Ft), Abdriftwinkel (β), sind aus „Die Aerodynamik der Segel Theorie und Praxis” von C A Marchaj, Delius Klasing, 1997 , übernommen.Terms such as the lateral pressure point (DPL), total aerodynamic force (Ft), drift angle (β), are off "The Aerodynamics of Sail Theory and Practice" by CA Marchaj, Delius Klasing, 1997 , accepted.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Die Aerodynamik der Segel Theorie und Praxis” von C A Marchaj, Delius Klasing, 1997 [0009] "The Aerodynamics of Sail Theory and Practice" by CA Marchaj, Delius Klasing, 1997 [0009]

Claims (1)

Eine Windantriebsvorrichtung für Fahrzeuge als Tuchsegel, als flexible Platte oder als Flügelsegel. Diese sind jeweils so befestigt und ausrichtbar, dass die erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) immer auf den Lateraldruckpunkt (DPL) des Fahrzeuges gerichtet ist.A wind propulsion device for vehicles as a cloth sail, as a flexible plate or as a wing sail. These are each so fastened and alignable that the total aerodynamic force generated (Ft) is always directed to the lateral pressure point (DPL) of the vehicle.
DE102016001015.0A 2015-04-09 2016-01-30 Wind propulsion device for vehicles Withdrawn DE102016001015A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2599426A (en) * 2020-10-01 2022-04-06 Ian Mcgarley James Load convergence system for tethered aerofoil wind propulsion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
„Die Aerodynamik der Segel Theorie und Praxis" von C A Marchaj, Delius Klasing, 1997

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2599426A (en) * 2020-10-01 2022-04-06 Ian Mcgarley James Load convergence system for tethered aerofoil wind propulsion

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