DE102018006565A1 - Quersegler - Google Patents

Abstract

Windangetriebenes, als Quersegler bezeichnetes Wasserfahrzeug mit in Fahrtrichtung mehreren nebeneinanderliegenden, im Ruhestand als Schwimmkörper dienenden Rümpfen, welches sich bei der angestrebten Fahrtgeschwindigkeit nur noch mit den hydrodynamisch wirksamen flächigen Bauteilen, welche die von konventionellen Segeln oder Flügelsegeln übertragene Windkraft in eine vorwärtstreibende Kraft umlenken, oder mit diesen und noch weiteren hydrodynamisch wirksamen flächigen Bauteilen, die für das Wasserfahrzeug tragende oder lenkende Funktion übernehmen, durch das Wasser bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rümpfe im oberen Rumpfbereich durch ein Deck als Traverse miteinander verbunden sind und dass eine Vielzahl von Segeln auf diesem Deck in Fahrtrichtung nebeneinander installiert sind, welche vorzugsweise über ihre oberen Abschlüsse hinweg mit einem zugfesten Bauteil nahe den Enden diesen Decks abgespannt sind, und dass die Abmessung des Verbindungsdecks in Fahrtrichtung kleiner oder in etwa gleich der Rumpflängen ist und quer zur Fahrtrichtung wesentlich größer als diese Rumpflängen ist, und zwar so groß, dass eine nach freiem Ermessen wählbare Zahl von Segeln in Fahrtrichtung nebeneinander darauf befestigt werden kann, mit einem Abstand zwischen den Segeln, der eine zufriedenstellende aerodynamische Wirksamkeit der Segel gewährleistet.

Description

• Bei schnellen Segelbooten wird der gewünschte Auftrieb während der Fahrt durch hydrodynamischen Auftrieb an Tragflächen im Wasser erzeugt, bei nur geringem Wasserwiderstand. Bei der Beseglung werden zum Teil effektive Flügelsegel mit besseren aerodynamischen Werten eingesetzt. Gegen die Antriebsminderung durch Verdrehung der Segel- und Kielflächen unter Windeinwirkung wird mit einer Vergrößerung des Rückdrehmoments entgegengewirkt, indem der wirksame Hebelarm durch große seitliche Abstände mehrerer Rümpfe oder Tragflächen vergrößert wird. Das hier vorgestellte im Folgenden Quersegler benannte Wasserfahrzeug nimmt die beschriebenen technischen Lösungen hydrodynamisch wirksamer Tragflächen und Flügelsegel auf und und ist erfindungsgemäß im Wesentlichen eine Lösung zur weiteren deutlichen Verbesserung des Verhältnisses Windantriebskraft zu Wasserwiderstand.
• Weil bei hohen Bootsgeschwindigkeiten der scheinbare Wind sehr steil von vorn kommt, ist eine Anordnung einer Vielzahl von Flügelsegeln (3) nebeneinander sinnvoller als eine Segelverbreiterung oder eine Anordnung hintereinander. Diese kammartig nebeneinanderliegende Vielzahl von Flügelsegeln kann über ein sehr breites und kurzes biegesteifes Deck (1), oder einfacher beschrieben, über ein quergedrehtes Deck, miteinander und mit einer sinnvollen Anzahl von Kielen bzw Tragflächen oder Foils verbunden werden. Die Vielzahl effektiver Flügelsegel bewirkt eine große Antriebskraft, eine große Höhe ist nicht notwendig. Darum ist der Krängung hervorrufende Hebelarm der Besegelung verhältnismäßig klein. Andererseits ist die der Krängung entgegenwirkende notwendige Auftriebskraft der Foils und damit auch deren Wasserwiderstand klein, da aufgrund der Deckbreite ein sehr großer Hebelarm zur Verfügung steht. Damit wird das Verhältnis Windantriebskraft zu Wasserwiderstand deutlich verbessert.
• Das Deck (1) muss ausreichend von der Wasseroberfläche beabstandet sein, um nicht durch Wellenschlag zerstört zu werden, auch im Ruhezustand des Boots. Im Ruhezustand liegt das Deck ähnlich einer Pontonbrücke auf Schwimmkörpern (2) auf, in Fahrt werden diese Schwimmkörper von den Tragflächen (8) aus dem Wasser gehoben. Die Tragflächen (8) sind vorzugsweise an den vertikalen Foils (9) befestigt. Um die Foils trotz der großen Distanz zwischen Deck und Tragflächen ausreichend stabil realisieren zu können, sind diese im Bereich der Schwimmkörper angebracht und dort und im darüberliegenden Deck in ausreichender Länge in einem Schacht (10) eingebunden. Die Lagerung in diesem Schacht ermöglicht vorzugsweise ein Drehen der Foils als auch eine vorzugsweise pneumatisch arbeitende schlagartige Notfallanhebung, um bei Hindernissen im Wasser eine Kollision zu umgehen.
• Bei zwei Tragflächen (8) pro Schwimmkörper, in ausreichendem Abstand hintereinanderliegend, kann das Boot gegen Stampfen oder Überschlag, bzw schon weit früher gegen Kippbewegungen in Fahrtrichtung stabilisiert werden. Vorzugsweise ist nur eine Tragfläche (8) pro Schwimmkörper vorgesehen und die Stabilisierung wird auf andere Weise bewerkstelligt.
• Die Verbindung mehrerer Rümpfe nebeneinander ist bekannt, aber hauptsächlich auf zwei oder drei Rümpfe beschränkt. Es gibt auch Ansätze mit zwei nebeneinander liegenden Segeln. Eine Anordnung einer Vielzahl nebeneinanderliegender Segel auf einem querliegenden Deck auf mehr als drei Rümpfen setzt voraus dass die dynamische Beanspruchung durch völliges Herausheben der Rümpfe reduziert wird und die Verbindung der Rümpfe bzw der Foils bei relativ großen Spannweiten sehr stabil und trotzdem sehr leicht ist. Eine bevorzugte Lösung bei der Ausbildung des Decks ist eine aus leichten Sandwichplatten zusammengeklebte räumliche Tragstruktur oder eine verkleidete Rahmenstruktur, die als Tragfläche genutzt werden kann, möglicherweise unter Ausnutzung des Bodeneffekts, und die zusätzlich Nutzräume für Personen oder Fracht bildet.
• Die Abspannung der Flügelsegel (3) in Querrichtung ist aufgrund der großen Deckbreite leicht zu bewerkstelligen und erfolgt vorzugsweise über ein über alle Segelspitzen verlaufendes bogenförmiges Profil (4). Um in unterschiedlicher Fahrtrichtung insbesondere quer zum Wind optimal zu funktionieren, muss die Wölbungsrichtung der Flügelsegel verstellbar sein, oder es werden konventionelle Segel eingesetzt.
• Vertikale Foils (9) als hydrodynamisch wirksame Flächen gegen windbedingten Abtrieb :
• Die vertikalen Foils sind vorzugsweise in Schächten (10) angeordnet, um eine gewisse Einspannlänge zu nutzen und die Foils und die daran befestigten horizontalen Tragflächen (8) für den Fahrtbetrieb absenken bzw für den Ruhebetrieb einfahren zu können sowie um die Foils und die daran befestigten horizontalen Tragflächen bei Auftauchen von Hindernissen schnell einfahren zu können, ggf unterstützt durch starkes Anstellen der horizontalen Tragflächen. Die Foils sind vorzugsweise im Schacht drehbar, um den hydrodynamisch günstigsten Anstellwinkel durch Drehen im Schacht einstellen zu können. Der Anstellwinkel der Foils ist auf normalem Kurs so klein, dass die Foils symmetrisch angelegt werden können und so für richtungsverschiedene Kurse zum Wind geeignet sind.
• Trag- und Steuerelemente:
• Die Tragfunktion, das heisst das Herausheben aus dem Wasser bis auf die Foils, kann durch Flächen in der Luft oder im Wasser übernommen werden. Dies geschieht im Wesentlichen durch die im Wasser befindlichen horizontalen Tragflächen / Foils (8). Ein beträchtlicher Teil der Traglast kann auch von einem tragflächenartig ausgebildeten Deck (1) übernommen werden. Aufgrund der großen Fläche und Länge des Decks kann aber auch von einer zusätzlichen Tragwirkung durch den Bodeneffekt ausgegangen werden.
• Die Höhensteuerung und die Fahrtrichtungssteuerung kann durch Flächen in der Luft oder im Wasser oder durch Antriebselemente in der Luft oder im Wasser übernommen werden.
• Die Höhensteuerung kann aerodynamisch durch an Rumpfverlängerungen angebrachten Höhenleitwerken (7) erfolgen, wegen der direkteren Wirkung vorzugsweise in Fahrtrichtung vom. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit, die schneller als Höhenleitwerke in der Luft wirkt, sind Höhenruder im Wasser, wobei diese die Wirkung von Tragflächen (8), wenn sie am selben Rumpf angebracht sind, beeinträchtigen und zusätzliche Bauteile sind, die von Hindernissen im Wasser beschädigt werden können. Solche Höhenruder sind auf den Zeichnungen nicht dargestellt. Auch Luftschrauben, welche am Abspannungsbogen (4) oben und am Heck angebracht sind, können durch unterschiedlichen Antrieb oder unterschiedliches Bremsen eine Höhensteuerung bewirken. Die am Heck angebrachten Luftschrauben (6) dienen aber vorrangig beim Start zur Überwindung des Wasserwiderstands bis zu Erreichen des Gleitens auf den Foils und zur Fahrtrichtungssteuerung. Die am Abspannungsbogen (4) oben angebrachten kleineren Luftschrauben (6) dienen hauptsächlich zur Stabilisierung gegen Kippbewegungen in Fahrtrichtung.
• Die Fahrtrichtungssteuerung kann durch aerodynamisch wirkende Seitenleitwerke (11), beispielsweise ebenfalls in Fahrtrichtung vom an Rumpfverlängerungen angebracht, oder durch Ruder im Wasser oder durch die Luftschrauben, beispielsweise am Heck, bewerkstelligt werden. Dargestellt sind nur die Möglichkeiten Seitenleitwerke (11) und Luftschrauben (6) am Heck.
• 1 schwimmend, in Ruheposition
• 2 fahrend
• 3 fahrend, eingezogener Foil
• 4 Draufsicht
• 5 Vorderansicht
• Bezugszeichenliste

1

Deck

2

Rumpf / Schwimmkörper

3

Segel / Flügelsegel

4

Querabspannung

5

Längsabspannung

6

Luftschrauben

7

Höhenleitwerk

8

Horizontale Tragfläche / Foil

9

Vertikale hydrodynamisch wirksame Fläche / Foil

10

Foil-Schacht

11

Seitenleitwerk

Claims (9)

1. Windangetriebenes, als Quersegler bezeichnetes Wasserfahrzeug mit in Fahrtrichtung mehreren nebeneinanderliegenden, im Ruhestand als Schwimmkörper dienenden Rümpfen, welches sich bei der angestrebten Fahrtgeschwindigkeit nur noch mit den hydrodynamisch wirksamen flächigen Bauteilen, welche die von konventionellen Segeln oder Flügelsegeln übertragene Windkraft in eine vorwärtstreibende Kraft umlenken, oder mit diesen und noch weiteren hydrodynamisch wirksamen flächigen Bauteilen, die für das Wasserfahrzeug tragende oder lenkende Funktion übernehmen, durch das Wasser bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rümpfe im oberen Rumpfbereich durch ein Deck als Traverse miteinander verbunden sind und dass eine Vielzahl von Segeln auf diesem Deck in Fahrtrichtung nebeneinander installiert sind, welche vorzugsweise über ihre oberen Abschlüsse hinweg mit einem zugfesten Bauteil nahe den Enden diesen Decks abgespannt sind, und dass die Abmessung des Verbindungsdecks in Fahrtrichtung kleiner oder in etwa gleich der Rumpflängen ist und quer zur Fahrtrichtung wesentlich größer als diese Rumpflängen ist, und zwar so groß, dass eine nach freiem Ermessen wählbare Zahl von Segeln in Fahrtrichtung nebeneinander darauf befestigt werden kann, mit einem Abstand zwischen den Segeln, der eine zufriedenstellende aerodynamische Wirksamkeit der Segel gewährleistet.
2. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamisch wirksamen, vorzugsweise vertikalen flächigen Bauteile, welche die von konventionellen Segeln oder Flügelsegeln übertragene Windkraft in eine vorwärtstreibende Kraft umlenken, in einem in Rumpf und Deck eingebundenen Führungsschacht drehbar und vertikal beweglich eingespannt sind und bei Langsamfahrt, in flachen Gewässern und beim Auftauchen von Hindernissen im Wasser eingezogen werden können.
3. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug mit hydrodynamisch wirksamen, vorzugsweise horizontalen flächigen Bauteilen ausgestattet ist, welche als Tragflächen wesentlich zum Herausheben des Fahrzeugs aus dem Wasser bei Fahrt beitragen und die vorzugsweise an den vertikalen Flächen nach Anspruch 2 drehbar angeordnet sind.
4. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Rümpfe verbindende Deck aerodynamisch wie eine Tragfläche ausgebildet ist und so wesentlich zum Herausheben des Fahrzeugs aus dem Wasser bei Fahrt beiträgt, wobei vorzugsweise die Dimensionierung in Bezug zur Flughöhe auf eine Erhöhung der Tragfähigkeit durch Bodeneffekt abgestimmt ist.
5. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Rümpfe verbindende Deck aus leichten Sandwichplatten zusammengeklebt ist, mit einer Tragstruktur ähnlich wie bei Flugzeugtragflächen und so, dass die gebildeten Zwischenräume räumlich zur Aufnahme von Personen oder von Fracht geeignet ist.
6. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Luftschrauben, vorzugsweise elektrisch angetrieben, vorzugsweise am Heck der Rümpfe oder an Rumpfverlängerungen an dem Fahrzeug angebracht sind, um das Fahrzeug beim Start auf Gleitgeschwindigkeit zu beschleunigen, und um das Fahrzeug zu drehen und um die Fahrtrichtung zu ändern, oder um elektrische Batterien aufzuladen, oder dass zusätzliche Luftschrauben am oberen Ende der Segel angebracht sind, welche gegen Drehbewegungen um die Querachse stabilisieren.
7. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Fahrtrichtung vor dem Deck Flügel als Höhenleitwerk zur Höhensteuerung angebracht sind.
8. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Fahrtrichtung vor dem Deck Seitenleitwerke zur Fahrtrichtungssteuerung angebracht sind.
9. Windangetriebenes Wasserfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ruder zur Höhen- oder Fahrtrichtungssteuerung im Wasser angebracht sind.

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