DE2003853A1 - Segelschiff - Google Patents

Description

RCA 58 837
US-Ser.No. 79^ 569
Filed: January 2d, Ι969

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Segelschiff

; Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Segelschiffe und be-¹ zieht sich im einzelnen auf die Segel und auf die Kiele oder Flossen derartiger Segelschiffe,

Das zu beschreibende Segelschiff kann ein unbemanntes Segelfahrzeug sein, welches Meßgeräte oder Anzeigegeräte träft und welches in einem bestimmten Bereich des Ozeans kreuzen mu.?. Wenn eine vor Anker liegende Boje, welche Meßgeräte oder Anzeigegeräte trägt, verwendet wird, mui? die Boje nichr. nur groß genug sein, um für die betreffende Nutzlast einen ausreichenden Auftrieb aufzuweisen, sondern die Boje muß vor allem au.cn groß genug sein, um die Ankerkette zu tragen, die mit dem Anker oder mit einem Gewicht ,am Meeresgrund verbunden ist. Wenn die Boje an einer tieren Stelle des Ozeans verankert werden muß, kann das Ankersystem trotz seines Eintauchens .in das Wasser recht schwer ausfallen und dieses Ankersystem belastet die Boje in erheblichem Maße, so daß die Boje recht groß und infolgedessen rech": kostspielig ausfallen wird. Wenn man eine frei schwimmende oder frei treibende Plattform eines unbemannten und nicht ferngesteuerten Segelfahrzeugp verwenden wollte, also eines Fahrzeugs, das keine Einrichtungen zur Fixierung seines Standortes in einem gewissen Bereich dec Ozeans besitzt, so muß man natürlich mit einer sehr beträchtlichen laufenden Ortsveränderung des Fahrzeuge rechnen, so daß die '/on dem Fahrzeug auf drahtlosem Wege ausgestrahlten Informationen von einem laufend veränderlichen urt auf der Meeresoberfläche stammen. Man kann aber Einrichtung'-."! treffen, welche das betreffende Fahrzeug in einem vorgeschriebenen Bereich auf der Meeresoberfläche festh'xi ten.

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■ Wenn ein unbemanntes Segelfahrzeug vorliegt, müssen ferner

die Segel mit einem Minimum an Wartung betriebsfähig bleiben und das Fahrzeug muß eine ausreichende Antriebskraft und eine Fähigkeit sich wieder aufzurichten unter allen Betriebsbedingungen aufweisen.

Es wird ferner verlangt werden müssen, daß der Kiel bzw. eine oder mehrere Flossen des Fahrzeugs unter allen vorkommenden Windverhältnissen zuverlässig wirksam sind.

Es wird im folgenden ein Segelschiff mit einem Schiffskörper und einem steifen Segel, welches drehbar auf dem Schiffkörper an-ί gebracht ist, beschrieben, wobei das Segel die Form eines nach

■ oben gerichteten Flügels hat, der die Gestalt einer wenigstens teilweise geschlossenen Kurve aufweist.

■ Die Erfindung wird im folgendedanhand der Zeichnung beschrle-

'

ι ben.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines gemäß der Erfindung ausge- ! führten Segelfahrzeugs.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten \ Segelfahrzeugs.

j Fig. 5 stellt den Querschnitt des Flügels des Segelfahrzeugs j in Fig. 1 und 2 dar, und zwar in einem Schnitt längs der Schnitt- ! ebene J-J in Fig. 2.

Fig. 4 ist eine teilweise Darstellung eines Segel fahrzeuge ähnlich demjenigen in Fig. 1 und 2, welches jedoch eine andere Art von Kiel oder Flosse und Steuerruder als Fig. 1 und 2 enthält.

Fig. 5 ist eine teilweise Darstellung des Segelfahrzeugs nach Fig. 1, 2 und j5 und zeigt die Verbindung zwischen dem Segel und der Flosse zu dem Schiffskörper,

Fig. 6 und 7 sind Kurvendarstellungen, die zur Erläuterung; der Wirkungsweise der beschriebenen Fahrzeuge benutzt werden.

In Fig. 1 und 2 ist der Schwimmkörper von oben gesehen kreisförmig. Gemäß Fig. 5 kann dieser Schwimmkörper 10 eine obere kreisringförmige und federnde Platte 12 aus einem Metall enthalten und eine dünne untere weniger federnde kreisringförmige Platte 14,

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die ebenfalls aus Metall bestehen kann. Eine dickere Platte 16 (Fig. 1 und 2) aus einem einen Auftrieb aufweisenden Material;, beispielsweise aus Schaumkunststoff befindet sich zwischen den Platten 12 und 14. Die Platte 16 ist hohl ausgebildet, um einen Stauraum für die" Nutzlast zu bilden," wie in der Zeichnung übrigens nicht dargestellt ist.. Die drei Platten 12, 14 und 16 nehmen in = ihren Mittelöffnungen einen Ständer 20 für die das Segel und die ; Flosse enthaltende Einheit (mit Einscnluß des Ständers 20) auf, : wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird. Der obere ] Teil 22 (Fig. 1 und 2)_dea Schwimmkörpers 10 kann kreisförmig ¹ sein und der untere Teil 24 dieses Schwimmkörpers kegelstumpf- - förmig. Die Unterseite 26 des Schwimmkörpers ist eben und verläuft !parallel zur Deckoberfläche 28, soweit im folgenden nichts anderes 'erwähnt wird. Ein im ganzen mit-30 bezeichnetes S.egel ist auf der ■ Mitte des Schwimmkörpers 10 mittels eines Ständers oder-Trägers 20 befestigt. Das Segel j50 ist eine-weitgehend starre Konstruktion ' und ändert im normalen Betrieb "seine Form nicht« Das Gegel ^O be-"; steht aus zwei gleichartig geformten Flügeln ""32 und ;.>4 und gemäß ■^; Fig. 1 besteht* jeder .dieser Flügel aus einem Bogen von weniger v.als I So . r Pie Flügel ;2 und ~*Ά sind'so geformt und angeordnet, _; daß 'in-Ftr. 1 ihre" konkaven "Seifen einander zug^wenuet sind, Je-I doch können die ge kr uran-; en Segel?:?.:'] ften : h? uno ;'Λ auc:: ander- ! weitig angeordnet werden, Beispielweise köi-rien dio konvexen S^oi- : ten dleser Segelhalften einander zu.ev^n/i«-*: werfen. Man kann z^:r^r:-h,

: sofern die konkaven Seiten der oegelhäli'ten einander sind, diese beiden= Sej.elkälUten ..2 und ._"·<■* "unmitte-lbar oben, urit'U oder sowohl oben als auch untren m: te 'nan -ler v^r^lncen.' Der iiuerschnitt ':!>■:? 8egeihäli^>H-en --J2. und ;--4 ist Ptz-.^>alinie^>ifürnilp:_i d.h. , da.'i die .Vurderl-ran¹"*? .rt abgerundet un-i die. rlückkante ^t spitz ist (Fig. ~). Im Gegensatz su Flg. Jf* i-~. welcher- die eine .Segelnäli'te ■'hohl dargestellt istj' kann nan auch" ^e gel half ten oder Flügel aus .VQliTiat-eria-i verwenden. Der C.uersccnitt jeder S^gelhälfte oder "Flügel ^ unc "-;'4 j st symmetrisch su der Hü.Gk-cante '.:^, wie aus Fig.. ;' hervorge-nt. "GemäJ Fig* !.sind die oberen Enden-der Flügel - J2 und .^Λ4 mittels einer Stange 40 miteinander verbunden sowie mittels der Halter 42 und ^:44, die an den oberen Enden der Flügel j?2 und >4 befestigt sind. Die unteren Enden der Flügel p2 und J4 sino 't-v-rur» eine Stange 46·- miteinander verbunden sowie mit Hilfe

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der Halter 48 und 50, die an den unteren Enden d.er Flügel befestig sind. Der Mittelpunkt der Stange 46 ist an einer drehbaren Welle 52 befestigt. Gevrtinschtenfalls kann auch einer der Flügel, beispielsweise der Flügel j52 sich insgesamt über ^6O ° erstrecken, so daß dann dieses so geformte Segel am oberen Ende der Welle befestigt wird. Die Welle 52 reicht in den Ständer 20 hinein. Mitteils eines Motors, der jedoch nicht dargestellt ist, aber in dem Ständer 20 angebracht werden kann, läßt sich die Welle 52 und somit das Segel j50 gegenüber dem Ständer 20 verdrehen.

Gemäß Fig. 1 und 2 sind noch zwei Kiele oder Flossen 54 und 56 an dem Ständer 20 befestigt. Diese Flossen 54 und 56 sind gekrümmt und wenden einander ihre konkaven Seiten zu. Der Querschnitt der Flossen 54 und 56 kann ebenfalls stromlinienförmig sein, jedoch sind diese Flossen viel dünner als die beiden Flügel 52 und 34. In entsprechende Nuten 62 und 64 an der Rückkante der Flossen kann je ein Steuerruder 58 bzw. 60 angebracht werden und gegenüber den Flossen durch Motoren 66 bzw. 68 verdreht werden. Zwischen den Motoren und den Steuerrudern befindet sich je ein Getriebe 74 bzw. 76 und die oberen Zapfen für die Verdrehung der Steuerruder sind mit 70 bezeichnet.

. Gewünschtenfalls kann noch ein Steuerruder 78 (Fig. 4) zwischen den beiden Flossen 54' und 56' angebracht werden, so daß dann die Flossen 54' und 56· keine Nuten zu erhalten brauchen, und auch die oben erwähnten Motoren und Getriebe fortfallen.

Der Ständer 20 ist in Fig. 5 genauer dargestellt. Der Zweck dieser Anordnung 20 besteht darin, das Segel yd und die Flossen 54 und 56 (bzw. 54' und 56¹) fest zueinander montieren zu können und noch eine federnde Verbindung der Anordnung 20 zu dem Schwimmkörper 10 herzustellen, wobei gleichzeitig das Segel yd gegenüber der Anordnung 20 drehbar sein muß.

• Wie die Fig. 5 erkennen läßt, kann die Anordnung 20 einen zentralen Ring 80 erhalten, an welchem je zwei obere und untere radial verlaufende Ansätze 82 und 84 angebracht sind. Die obere öffnung des Ringes 20 kann durch einen kegeIstumpfförmigen Teil 86 abgeschlossen werden, durch welchen die Welle 52 hindurchreicht. Die untere öffnung des Ringes 20 wird durch eine Platte .08 verschlossen, an welcher ein Träger 9° angeschraubt we.rden

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kann, der die beiden oberen Enden der Flossen 54 und 56 (bzw. 54' und 56*) miteinander verbindet * Mit der Oberseite und der Unterseite der Ansätze 82 und 84 sind Klemmringe 92 verbunden, durch welche Bolzen 94 hindurchreichen und die Ringe 92 haben eine so große radiale Ausdehnung, daß sie die Platten 12 und 1.4 überlappen.Kreisringförmige elastische Zwischenlagen 96 befinden sich zwischen den Hingen 92 einerseits und den Platten 12 und 14 andererseits, so daß der Schwimmkörper 10 geringfügig gegenüber der Anordnung 20 federn kann. Außerdem ist der Schwimmkörper 10 in sich selbst flexibel und paßt sich innerhalb gewisser Grenzen den Wellen an, soweit die federnden Platten 12 und 14 dies gestatten.

Das Segel bestehend aus den beiden Flügeln 52 und 34 ist steif oder über den Stab 40 bzw. 46 versteift und einstellbar, ' so daß diese beiden Flügel ihre ursprünglich vorgesehene Form behalten und hinsichtlich ihrer Richtung verstellt werden können und das Fahrzeug somit in seinem vorgesehenen"Bereich auf der Meeresoberfläche verbleibt. Die Aufrichtwirkung oder Antriebswirkung in Abhängigkeit von dem Angriffswinkel des Segels und anderer bekannter Segel soll anhand der Fig. 7 diskutiert werden.

In Fig. 7 zeigt die stark gezeichnete Kurve I60 an, daß die Aufrichtwirkung eines geraden und flachen Flügels linear mit dem Angriffswinkel ansteigt bis ein Maximum im Punkte I62 bei einem kritischen Wert des Angriffswinkels erreicht ist. Bei einem größeren Winkel fällt die Aufriehtwirkung sehr schnell ab. Der Angriffswinkel ist als derjenige Winkel definiert, der zwischen der Windrichtung und der Nullanhebung des Segels besteht. Für ein Segel 30, welches aus zwei gekrümmten Flügeln 32 und 34 gemäß Fig. 1 besteht, ist der Spitzenwert der Anhebung geringer wie es sich aus der Kurve 164 ergibt als für einen geraden ebenen Flügel. Jedoch ist der Abfall der Kurve viel geringer, nachdem der kritische Winkel erreicht ist, so daß ein Fahrzeug, welches ein Segel 30 gemäß Fig. 1 besitzt, viel besser innerhalb eines großen Bereichs der Windrichtung bei einer bestimmten Segeleinstellung segeln kann, als ein Fahrzeug mit. einem geraden ebenen Flügel. Ein gewöhnliches Segel aus Segeltuch liefert eine Anhebüng entsprechend der Kurve 166. Man sieht, daß ein steifes Segel nach'Art

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des Segels 30 in Fig. 1 Aufrichteigenschaften besitzt, die stärker einem Segel aus Segeltuch ähnlich sind, als ein gerader steifer Flügel. Die Kurve 168 ergibt sich, wenn ein steifes Segel benutzt wird, bei welchem die Elemente 32 und 34 elliptisch statt rund sind. :

In Fig. 6 sind die Anhebung und der Zug von Flossen 54 und mit ebenen Flossen verglichen. Man sieht, daß bei der Zunahme des Angriffswinkels einer ebenen Flosse gemäß Kurve 170 in der Nähe eines größten maximalen Angriffswinkels die Anhebung oder der Widerstand gegen seitliche Verschiebung des Fahrzeugs plötzlich abnimmt. Mit Flossen 5^ oder 56 (bzw. 54* oder 56¹), wie sie in Fig. 1, 2 und 4 dargestellt sind, steigt die Kurve 172 nicht so weit an wie bei einer flachen Flosse, jedoch bleibt die Kurve innerhalb eines weiten Angriffswinkels verhältnismäßig hoch über der Null-Linie, so daß also ein Fahrzeug mit Flossen 5^ und 56 sich schneller von seinem Startpunkt entfernt, weil die aktiven Flossen 54 und 56 (54¹ und 56¹) sich bei Zunahme der Geschwindigkeit des Fahrzeugs schneller aus dem statischen Gebiet entfernen als eine flache Flosse und innerhalb eines weiteren Bereichs des Angriffswinkels eine mehr gleichmäßige Anhebung beibehält. Ein Fahrzeug mit Flossen nach Art der Flossen 5^> 56 (5^¹ oder 56') ist also in höherem Maße stabil innerhalb des Wassers als ein Fahrzeug mit flachen Flossen. Die Kurven 174 und 176, welche den Zug bei einer flachen Flosse und bei den beschriebenen Flossen j darstellen, zeigen, daß der Zug durch Benutzung der beschriebenen Flossen nicht erheblich zunimmt und daß der Zug selbst bei höheren Angriffswinkeln kleiner sein kann.

Ein Vorteil der Benutzung eines kreisförmigen Schwimmkörpers zusammen mit einem steifen Segel der beschriebenen Art besteht darin, daß eine solche Anordnung zu einem Fahrzeug führt, welches vor dem Wind keine bevorzugte Orientierung hat, so daß das Fahr-, zeug ohne Stillstand "durch den Wind gehen kann" und lediglich dadurch η einer bestimmte^ Richtung gesegelt werden kann, daß man die L·. teilung des Segels und Steuerruders in bestimmte feste Winkej-xagen zur Windrichtung bringt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1,) Jbegelschiff mit einem Schiffskörper und einem steifen Segel, ^Jfiches drehbar auf dem Schiffskörper angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Segel die Form ; eines nach oben gerichteten Flügels hat, der die Gestalt einer wenigstens teilweise geschlossenen Kurve aufweist.

   2.) Segelschiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Segel (JO) aus zwei Teilen (32, 24) besteht, von denen jeder die Gestalt einer wenigstens teilweise geschlossenen Kurve besitzt und daß die konkaven Seiten dieser j Teile einander zugewendet sind.

   3.) Segelschiff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flosse vorhanden ist, welche die Gestalt einer wenigstens teilweise geschlossenen Kurve be- '. sitzt und daß die Flosse an dem· Boden des Schiffskörpers befestigt ist und sich von dort nach abwärts erstreckt,

   4.) Segelschiff nach Anspruch 3, dadurch Gekennzeichnet, daß eine Nut in einer Kante der Flosse anpe-

   . bracht ist und ein Steuerruder (5^ 60) in der Nut drehbar ange- ', ordnet ist.

   ■ 5.) Segelschiff nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge-

   !kennzeichnet, daß zwei Flossen am Boden des Schi ffskörpers angebracht sind, daß diese beiden Flossen gleiche Form

   besitzen, daß jede Flosse eine Nut aufweist und daß ein drehbares Steuerruder in ,leder Nut angebracht ist. 6.) Segelschiff nach Anspruch 3, 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, da.? eine Trägeranordnung starr mit dem Segel und den Flossen verbunden ist, daß diese Trägeranordnung eine Drehung des Segels gegenüber den Flossen erlaubt und daß die Trägeranordnung und der Schiffskörper federnd miteinander verbunden sind.

   7.) Segelschiff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Verbindung eine federnde Zwischenlage zwischen einem Teil des Schiffskörpers und einem mit _derL faseranordnung fest verbundenen Element enthält.

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