DE8223561U1

DE8223561U1 - Fluegelsegel

Info

Publication number: DE8223561U1
Application number: DE19828223561U
Authority: DE
Original assignee: Walker Wingsail Systems Ltd
Current assignee: Walker Wingsail Systems Ltd
Priority date: 1981-08-22
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1984-03-22
Also published as: PT75448B; FI822833A0; EP0073589B1; FI77420B; AU560143B2; FI77420C; PT75448A; ES275247U; DE8237177U1; CA1185487A; ES275247Y; KR840001087A; JPH02162191A; FI822833L; AU8714982A; DE3270117D1; EP0073589A1; JPH0631069B2

Description

- 1 Köln, den 5. Januar 1984 vA.

Aktenzeichen: G 82 23 561.9

Anmelderin: Walker Wingsail Systems !limited

Mein Zeichen: W 159/2

Flügelsegel

Die Erfindung betrifft ein Flügelsegel mit mindestens einem Segelelement mit einem Gebiet hauptsächlicher Festigkeit vnd mit einem Lager an der Unterseite des Segels zu dessen Befestigung an üwrem Fahrzeug, wobei das Lager auch eine Schwenkachse für : das Segel festlegt.

Es ist bekannt, ein Fahrzeug, in einem typischen Fall ein Schiff, jmit einem sogenannten Flügelsegel auszübstatten, wobei das Segel die Form eines mehr oder weniger steifen Tragflächenabschnittes wie bei einer Flugzeugtragfläche aufweist. Bei einer solchen An- ! Ordnung wird das Segel auf dem Schiff im allgemeinen an einer annähernd vertikalen Schwenkachse befestigt. Diese Schwenkachse ; enthillt normalerweise ein einziges unteres Lager, um welches das Flügelsegel zum Einstellen des Segel-Trimmwinkels gegenüber dem ! Wind gedreht wird. j

Sowohl bei servomechanisch gedrehten als auch bei heckseitig j getrimmten Flügelsegeln ist es erwünscht, die erforderliche !Trimmarbeit auf ein Minimum herabzusetzen. Aus diesem Grunde iwird die Achse des Trimmlagers im allgemeinen so gelegt, daß sie durch die schmale Zone durchtritt, in der sich der Druckmittelpunkt des Segels im normalen Arbeitsbereich befindet. Bei sehr stark gewölbten Abschnitten und solchen mit hohem Vortrieb !befindet sich diese Zone annähernd 35 % hinter der vorlaufenden Kante, während sie sich selbst bei symmetrischen Abschnitten einige 25 % hinter der vorlaufenden Kante befindet. Bei Plügelsegeln mit geradliniger Form befindet sich ihre Vertikallage annähernd aaf halber Höhe, während einfache geometrische Konstruk-

tionen im allgemeinen dazu verwendet werden, um die Zone bei Flügelsegeln mit sich verjüngender oder elliptischer Form vertikal anzuordnen.

Der stärkste Teil des Flügelsegels, der sich am besten zur Anlage mit der vertikalen Lageranordnung eignet, ist im allgemeinen eine vorlaufende Kante mit D-Box-Form. Diese mag vielleicht nur die vorderen 20 % der Gesamttiefe des Flügelsegels einnehmen.

Im Fall eines Flügelsegels mit zwei Elementen kann man im all- _; gemeinen annehmen, daß das vorlaufende Element das Element mit der größeren Festigkeit ist.

Viele Flügelsegel-Vortriebsgruppen müssen sorgfältig um ihre

vertikalen Drehachsen oder nahe an ihren vertikalen Drehachsen ; ausbalanciert werden, um eine optimale Einstellung des Antriebs=! winkeis zu erreichen. Die Erfindung befaßt sich zum Teil mit j diesem Ausbalancieren der Flügelsegel.

Bei komplexen Flügelsegeln, die aus zwei oder mehr aneinander angelenkten oder auf andere Weise miteinander verbundenen Elementen bestehen, lassen sich drei besondere Formtypen erzielen. Diese sind:

symmetrisch und sämtlich in einer Linie, Wölbung für Segeln über den Backbordbug und Wölbung für Segeln über den Steuerbordbug.

Eine solche Segelgruppe läßt sich mit einer Masse um eine vertikale oder nahezu vertikale Achse ausbalancieren, die an einem Baum befestigt und bis zur vorlaufenden Kante des vorlaufenden Segelgruppenabschnittes geschwenkt wird.

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Die tatsächliche Konstruktion eines Flügelsegels oder der verschiedenen Elemente eines sich aus mehreren Elementen zusammen-

setzenden Plügelsegels ist wichtig, in dem Gewicht und Festigkeit von besonderer Bedeutung sind. Die Erfindung befaßt sich damit auch mit der tatsächlichen Konstruktion eines Flügelsegels und derjenigen Elemente, aus denen sich ein aus vielen Elementen bestehendes Flügelsegel zusammensetzt.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist bei einem Flügelsegel aus einem einzigen symmetrischen Element mit einem Gebiet von besonderer Festigkeit (im typischen Fall an der vorlaufenden Kante) oder bei einem Flügelsegel aus zwei oder mehr Elementen, wobei eines dieser Elemente ein Gebiet von besonderer Festigkeit aufweist, die Lagerachse so gelegt, daß sie durch den Mittelpunkt der Druckzone durchtritt und die Form und/oder Konfiguration und/oder der Neigungswinkel des Flügelsegels wird so gewählt, daß das Gebiet besonderer Festigkeit direkt über der! Lageranordnung liegt, mit der das Flügelsegel in dem Fahrzeug ! montiert ist,- so daß das Segel an seinem Punkt maximaler Festig-] keit mit der Lageranordnung verbunden ist.

Die Beachtung dieses Gesichtspunktes der Erfindung gewährleistet eine starke und zuverlässige Befestigung für das Flügelsegel.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei einem mit Flügelsegeln angetriebenen Fahrzeug, bei dem eine Balanciermasse auf einem mit der Flügelsegelanordnung verbundenen Baum befestigt ist, eine auf die beiden Seiten der Balanciermasse einwirkende Einstelleinrichtung vorgesehen, um die letztere in eine annähernd horizontale Ebene zu bringen.

Die Einstelleinrichtung kann zwei Drahtwanten aufweisen, ein mechanisches Gestänge mit einer Schub-Druck-Stange oder hydraulische Einrichtungen oder dergleichen, bei denen die endgültige Balancierlage mit einem festen oder manuell einstellbaren Verhältnissystem oder mit einer Servoschleife, die ein Rechengelenk tnthalten mag, gewährleistet wird. Bei Einschluß eines Rechners wird dieser mit die Segelbedingungen und das Fahrzeug betreffenden Informationen gefüttert und dieser kann dann die optimale Gleichgewichtslage errechnen.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind in einem Flügel, insbesondere in einem Flügelsegel für den Vortrieb eines Schiffes durch Wind, wobei das Flügelsegel in konventioneller Weise unter Verwendung von Holmen und Rippen aufgebaut ist, wobei die letzteren den Tragflächenquerschnitt bestimmen und allgemein in der Richtung der Luftströmung liegen, die Rippen aus einem geformten glasfaserverstärkten Kunststoff material hergestellt.

Vorzugsweise enthält jede Rippe mindestens einen seitlichen Flansch, der sich über einen Teil ihrer Länge unter einem Winkel, der größer als 90° gegenüber dem übrigen Teil der Rippe ist, erstreckt, um damit das Lösen der Rippe aus einer Form zu erleichtern, und der Winkel und der Teil der Rippe werden so gewällt, daß der Flanschwinkel dem Neigungswinkel der Kante des Segels, mit dem eine Zusammenwirkung erfolgen soll, entspricht.

Vorzugsweise wird der Flanschwinkel auf 90° herabgesetzt, wo sie an einem Holm oder dergleichen befestigt werden soll.

Unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung nun an einem Beispiel beschrieben. Dabei ist:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Flügelsegel aufweisenden Wasserfahrzeuges ,

Fig. 2 und 3 je eine Darstellung einer Flügelsegelkonstruktion gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4, 5 und 6 je eine Aufsicht auf eine aus zwei Elementen be-i stehende Segelgruppe in drei verschiedenen Stellungen,

Fig. 7 und 8 je eine Darstellung einer Einstelleinrichtung gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung in ihrer Anwendung auf eine solche Segelgruppe,

159/2 ; Fig. 9 eine Darstellung dieses Gesichtspunktes^ der Erfindung in

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seiner Anwendung auf eine Segelgruppe, wobei der vorlaufende Segelgruppenabschnitt an den nachlaufenden Segelgruppenabschnitt angelenkt ist,

Fig.10 eine perspektivische Darstellung eines offenen Schalenabschnittes, dessen Seiten die Flansche einer Rippe für ein Flügelsegel bilden,

Fig*11 die Darstellung einer Einzelheit der Seite der Rippe gemäß Fig. 10,

Fig.12 und Fig.13 die Darstellung von wie Parallelegramme geformten Flügeln gemäß dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung und

Fig. 14 ein Querschnitt entlang der Mittellinie eines nach vorne ; geneigten Segelelementes gemäß diesem Gesichtspunkt der ■ Erfindung. i

Fig. 1 zeigt ein Segelboot A mit einem Flügelsegel B, das zwecks¹ Drehung um eine Achse D in einer Lageranordnung C verschwenkbar gehalten ist.

In Fig. 2 werden zwei Flügelseg.elanordnungen übereinander dargestellt. Beide weisen den gleichen Druckzonenmittelpunkt 2 auf ^ Eine Flügelsegelanordnung ist in strichpunktierten Linien als ein einfaches Rechteck dargestellt. Die äußere Flügelsegelanord-^ nung ist in durchgezogenen Linien als Parallelogramm dargestellt. Die beiden Segelanordnungen haben die gleiche Höhe, Fläche Uiid die gleiche Lage des Druckmittelpunktes.

Das starke vorlaufende Kantenglied 3, das schraffiert ist, ist durch korrekte Wahl des vorderen Kippwinkels so angeordnet, daß sich sein unteres Ende exakt über der Lage der Lageranordnung 4 befindet, während die Achse 5 der Lageranordnung 4 immer noch durch den Mittelpunkt 2 der Druckzone durchtritt. Das starke j vorlaufende Kantenglied weist einen Flansch oder eine andere „Einrichtung zur Anlage mit der Welle oder einem anderen drehba-

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ren Element der Lageranordnung auf.

Bei aus mehreren Elementen bestehenden Flügelsegeln kann es vorteilhaft sein, daß das zweite oder andere Element des Tragflächenquerschnittes das starke Holmglied enthält. Fig. 3 zeigt ein Doppelelement einer solchen Flügelsegelkonstruktion. Hier ist das vorlaufende Element 1 mit Gelenkanordnungen 3 an das nachlaufende Hauptfestigkeitselement 2 angelenkt. Der Mittelpunkt der Druckzone dieser Konstruktion liegt bei 4. Zur Herabsetzung der Trimmarbeit auf ein Minimum ist die annähernd vertikale Achse 5 des Lagers 6 so gelegt, daß sie durch diese Zone durchtritt.

In diesem Fall ist das Hauptfestigkeitsglied des Flügelsegels die vorlaufende Kante 7 des nachlaufenden Elementes 2 schraffiert dargestellt. Gemäß der Darstellung ist es nun durch Kippen der gesamten Anordnung nach hinten so angeordnet, daß sein unteres Ende in die für eine starke und zuverlässige Anlage an der Lageranordnung beste Relativlage fällt.

Man erzielt diese Konstruktion, indem man mit der geradlinigen Konstruktion beginnt, den Mittelpunkt der Druckzone auf die Lagerachse aufsetzt und dann das Rechteck durch ein Parallelogramm¹ mit gleicher Höhe und Fläche ersetzt, dessen Winkel die Basis des Hauptholmes zweckmäßig über das Lager bringt.

Während dieser Gesichtspunkt der Erfindung nun aus Gründen der Einfachheit unter Bezug auf parallele Flügelsegel mit konstanter Tiefe beschrieben wurde, läßt er sich auch auf Flügelsegel mit sich verjüngendem oder bogenförmigem Umriß anwenden.

Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen eine Doppelabschnitt-Segelgruppe, wobei 11 der vorlaufende und 12 der nachlaufende Segelabschnitt ist, der entlang einer Achse 13 an 11 angelenkt ist. Die gesamte Segelgruppe ist an dem Schiff befestigt, in diesem Fall über das Element 11 an eine vertikale oder nahezu vertikale Achse. 14 Ϊ um die das Segel in den Wind gestellt wird. j

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Im Fall der in einer Linie liegenden Segel wird die Segeigruppe um den Mast 14 mit einer auf einem Baum 16 angebrachten Masse 15 ausbalanciert, wobei der Baum 16 an einem Gelenk 17 an die vorlaufende Kante des vorlaufenden Abschnittes 11 angelenkt ist.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Fall des Segeins über den Backbordbug erkennt man, daß ein neues Gleichgewicht dadurch erreicht wird, daß man das Gewicht in Uhrze Lgerrichtung bis zum Wiederherstellen des Gleichgewichtes bewegt.

Fig. 6 zeigt den Fall des Segeins über den anderen Bug. j

Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt dieser Erfindung wird die AnordH nung des Ausbalancierungsgewichtes in einer annähernd horizon- , talen Ebene mit zwei Drahtwanten erreicht. Dies ist in Fig. 7 i

i dargestellt.

Zu diesem Zweck wird eine stromlinienförmige Konstruktion mit ^: zwei Flossen 18 und 19 fest an der Basis des vorlaufenden Abschnittes 11 der Segelgruppe befestigt. Zwei Umlenkscheiben 20 j und 21, über die Wanten 23 und 24 laufen, werden von den Flossen gehalten. Die Wanten sind an Böcken 25 und 26 mit dem nachlaufenden Abschnitt 12 und an Böcken 27 und 28 mit dem Gegengewichtsbaum verbunden. In den Wanten liegende Federelemente 29 und 30 halten die Spannung in diesen aufrecht. Eine strichpunktierte Linie 22 zeigt den nachlaufenden Abschnitt 12 in vollständig ausgelenkter Lage.

Bei einer Verschiebung des nachlaufenden Abschnittes 12 gegen-

über 11 zum Entwickeln einer Wölbung, zum Beispiel in der Zeilchenebene in Uhrzeigerrichtung, zieht der Want 23 zum Beibehalten des Gleichgewichts das Gegengewicht in die korrekte Lage. In diesem Fall behält der Want 24 seine Spannung bei. Der umgekehrte Fall tritt bei Drehen in Gegenuhrzeigerrichtung auf.

Fig. 8 zeigt alternative Versionen der Böcke 25 und 26. Die bei 31 und 32 gezeigten alternativen Böcke sind geschlitzt und er-

159/2 LJLaiiben_einelJPeineiiistellung„des Balanciereffektes.

Bei einigen Flügelsegelkonstruktionen ist der nachlaufende Abschnitt 12 über die Achse 14 an dem Schiff befestigt und der vorlaufende Abschnitt 11 ist dann an den nachlaufenden Abschnitt 12 angelenkt. Fig. 9 zeigt einen solchen Fall. Hier trägt eine Endplattenkonstruktion 33, die im Prinzip der Konstruktion 18, 19 von Fig. 7 im allgemeinen ähnlich ist, das Gelenk 17 des Gegengewichtsbaumes.

Der Drehpunkt 13 zwischen 11 und 12 könnte auch auf 33 befestigt sein, aus Gründen der Optimierung des Biegemomentes ist jedoch eine Befestigung an getrennten Gelenkarmen 34 wahrscheinlicher, die durch Schlitze in 11 durchtreten. Die Wanten 35 und 36 werden dann an einem Ende über die Böcke 27 und 28 mit dem Gegengewicht sbaum verbundsn und das andere Ende mit den einstellbaren Böcken 31 und 32 auf dem vorlaufenden Abschnitt 11. Zum Beibehalten des Gleichgewichtes stellen die Wanten die Stellung des Gegengewichtes ein.

Während Spannwanten. wie 23, 24 und 35, 36 gezeigt werden, läßt sich die gleiche Wirkung einer allgemeinen Horizontalbewegung des Gegengewichtes auch mit folgenden Mitteln erreichen:

ein mechanisches Gestänge unter Verwendung einer Druck-Zug-Stange oder

eine hydraulische oder ε .aere Einrichtung, mit der das korrekte endgültige Gleichgewicht entweder mit einem festen oder mit einem manuell einstellbaren Verhältnisbzw, übersetzungssystem gewährleistet wird, oder mit einer Servoschleife, die ein Rechnergelenk enthalten mag.

Fig. 10 zeigt eine einfache Ausführungsform einer Form gemäß dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung in Gestalt eines offenen Schalenabschnittes, wobei die Seiten 39 und 40 der Schale die Flansche der Rippe bilden. Zum Erleichtern des Herausnehmens aus einer einfachen einstückigen Form sollten solche Formstücke vorzugsweise einen über Null liegenden Konizität_s-

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winkel aufweisen, wie er in Fig. 11 gezeigt wird. Ein solcher Winkel kann das Befestigen der Haut des Tragflächenprofiles an der Rippe schwierig erreichbar machen. Falls der Flügel jedoch j Parallelogram^orm hat, wie dies in den Figuren 12 und 13 ge- j zeigt wird, könnte der Konizitätswinkel verwendet werden. I

Fig. 14 ist ein Mittellinienschnitt durch ein nach vorne geneigtes Segelelement, wie es in Fig. 12 gezeigt wird, wo ein vorlaufendes Kantenglied 41, ein Hauptholm 42 und eine nachlaufende Kante 43 über eine Rippe 44 mit einer typisch vorlaufenden Kante und eine Rippe 45 mit einer typisch nachlaufenaan Kante miteinander verbunden sind.

Man erkennt, daß wegen der nach vorne geschwungenen Konstruktion) die Rippe 44 mit der vorlaufenden Kante mit ihren Flanschen nach; oben und die Rippe 45 mit der nachlaufenden Kante mit ihren Flanschen nach unten gerichtet ist. Der Konizitätswinkel der Form wird dann gleich dem gewünschten Vorwärts-Neigungswinkel an der vorlaufenden Kante und der nachlaufenden Kante gemacht, aber wird allmählich bis auf Null herabgesetzt, so daß der Flansch jeder Rippe in der unmittelbaren Nachbarschaft des Hauptholmes 42 unter 90° zu dem Steg verläuft.

Indem der Konizitätwinkel auf diese Weise entlang jeder Rippe verändert wird, werden die Rippenflansche im allgemeinen mit der Haut koplanar liegen und damit deren Befestigung erleichtern, während die Form und die Formtechniken einfach und zuver- ; lässig gehalten werden können.

I Im Fall von nach hinten angestellten Flügelsegeln, wie in Fig. ! 13, werden die Rippenelemente mit der vorlaufenden Kante mit ih-j rem Flansch nach unten und die Rippen mit der nachlaufenden Kan-j te mit ihrem Flansch nach oben ausgerichtet. j

Im Fall von aus vielen Elementen bestehenden Flügeln, wobei jedes Element seinen eigenen tragflächenförmigen Querschnitt und einen Haaptholm aufweist, werden die Rippen gemäß der obigen Be Schreibung in jeden),.einzelnen. Element ausgerichtet₇ als wenn es

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- 10 ein vollständiger Flügel wäre.

Claims

Köln, den 5. Januar 1984 vA. Aktenzeichen: G 82 23 561.9 Anmelderin: Walker Wingsail Systems Limited Mein Zeichen: W 159/2 Schutzansprüche

1. Flügelsegel mit mindestens einem Segelelement mit einem Gebiet hauptsächlicher Festigkeit und mit einem Lager an der Unterseite des Segels zu dessen Befestigung an !federn Fahrzeug wobei das Lager auch eine Schwenkachse für das Segel festlegt dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (5) des Segels durch das Gebiet, in dem normalerweise das Zentrum (2) des Druckes des Segels liegt, und durch das Gebiet (3) hauptsächlicher Festigkeit durchtritt, und daß das Gebiet hauptsächlicher Festigkeit zum Lager (4) verläuft.

2. Flügelsegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Rippen (44, 45) aus geformtem, glasfaserverstärktem Kunststoff material enthält.

3. Flügelsegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (44, 45) mindestens einen Seitenflansch enthält, der über einem Teil seiner Länge einen Winkel von mehr als 90° gegenüber dem übrigen Teil der Rippe (44, 45) beschreibt, um die Entfernung der Rippe (44, 45) aus einer Form zu erleichtern, und daß der Winkel und dieser Teil der Rippe (44, 45) so gewählt sind, daß der Flanschwinkel dem Neigungswinkel der Kante des Segels, mit dem er zusammenwirkt, entspricht.

4. Flügelsegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschwinkel dort auf 90° herabgesetzt wird, wo er an einem Holm oder dergleichen zu befestigen ist.

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