EP0151231A2 - Aerofoil type sail for sail vehicles - Google Patents

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EP0151231A2
EP0151231A2 EP84113182A EP84113182A EP0151231A2 EP 0151231 A2 EP0151231 A2 EP 0151231A2 EP 84113182 A EP84113182 A EP 84113182A EP 84113182 A EP84113182 A EP 84113182A EP 0151231 A2 EP0151231 A2 EP 0151231A2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/061—Rigid sails; Aerofoil sails

Definitions

  • the invention relates to a rig for sailed water and land vehicles, which corresponds in shape and effect to an aircraft wing, stands upright on the vehicle, and can be sailed on both sides by a mast that can be rotated through 360 ° and a device for trimming the sail profile belly.
  • the conventional sails - frame and triangular sails - are two-dimensional surfaces that bulge when the wind blows against them. They form a suction side in lee and a pressure side in windward.
  • the suction side in lee is, as with aircraft hydrofoils, decisive for propulsion (lift).
  • the disadvantage of this two-dimensional Riggs is that when triangular sails the rear half of the sail at close-hauled, -and space wind courses generates no propulsive, but reinforced Kraen 9 ung causes of the vessel and thus brakes the forward motion. In the case of fore-wind courses, only the windward side (pressure side) effects the propulsion.
  • the invention has for its object to provide a rig that optimizes the advantages of both types of sail, but avoids the disadvantages.
  • the pressure difference between the windward and leeward side is greater than with conventional rigs with the same sail area.
  • the pressure difference depends on the different lengths of travel that the incoming air has to cover on the leeward and windward side of the sail. Since it tries to meet again on the leech, the air flow on the windward side must be faster.
  • the rig according to the invention is therefore designed as a three-dimensional hollow sail, in which the shortest connection between the front and rear leech, the straight line, was selected on the windward side.
  • the existing wind forces are better used for propulsion.
  • the hydrofoil shape not only provides greater propulsion, but propulsion can also be achieved at smaller angles of attack to the wind than with two-dimensional sails. This means that the vehicle can travel a greater height to the incoming wind, and therefore shorter distances in the cross than a vehicle with a conventional rig. Because of the smaller angle to the wind, the heel is also lower and therefore the driving resistance is smaller.
  • the advantages of the rig according to the invention lie in front of the wind in the symmetry of the sail surface to the mast.
  • the sail pressure point lies in the mast axis.
  • the rig according to the invention has the advantage over all two-dimensional canvas sails that it does not kill due to the internal rigidity or collapse in light winds.
  • the rig according to the invention is suitable for all sailed vehicles of all sizes.

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Abstract

The rigging according to the invention consists of a profiled mast which can be rotated through 360 DEG and whose cross-section is similar to an aerofoil. Several profiled parts in the shape of an aerofoil cross-section are arranged over this mast at right angles to the mast axis as a framework for the sail-cloth cover which is pulled over them and fastened to them. The complete rigging is like an aerofoil standing upright on the vessel and can be prepared for sailing on either side by the mast rotatable through 360 DEG and the profiled parts variable in profile. The sail area can be reduced as desired by conventional halyards without the profile changing. The advantage over all conventional types of rigging lies in the effectiveness of the wind utilisation, the capability of being able to sail closer to the wind, in sailing better downwind, in being suitable even for merchant vessels of any size due to the lack of standing and running rigging and a large degree of mechanical operational control, and finally in being able to dispense with foresails or studding sails of any type.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rigg für besegelte Wasser-und Landfahrzeuge, das in Form und Wirkung einem Flugzeugtragflügel entspricht, aufrecht auf dem Fahrzeug steht, und durch einen um 360° drehbaren Mast und einer Vorrichtung zum Trimmen des Segelprofilbauches beidseitig besegelbar ist.The invention relates to a rig for sailed water and land vehicles, which corresponds in shape and effect to an aircraft wing, stands upright on the vehicle, and can be sailed on both sides by a mast that can be rotated through 360 ° and a device for trimming the sail profile belly.

Die herkömmlichen Segel - Rah -und Dreiecksegel - sind zweidimensionale Flächen, die sich wölben, wenn sie vom Wind angeströmt werden. Sie bilden eine Sogseite in Lee und eine Druckseite in Luv. Die Sogseite in Lee ist wie bei Flugzeugtragflügeln für den Vortrieb (Auftrieb) bestimmend. Der Nachteil dieses zweidimensionalen Riggs liegt darin, daß bei Dreiecksegeln die hintere Hälfte des Segels bei Am-Wind,-und Raum-Wind-Kursen keinen Vortrieb erzeugt, sondern verstärkte Krän9ung des Schiffes bewirkt und somit die Vorwärtsbewegung bremst. Bei Vorm-Wind-Kursen bewirkt lediglich die Luvseite (Druckseite) den Vortrieb. Bei Dreiecksegeln liegt der Segeldruckpunkt immer außerhalb der Fahrzeugmitte, selbst platt vor dem Wind muß gegengesteuert werden, was den Vortrieb bremst. Vor dem Wind ist das "altertümliche" Rahsegel dem Dreiecksegel aus Gründen der symetrischen Segelfläche überlegen. Die Nachteile des Rahsegels liegen hauptsächlich darin, daß es nicht so hoch am Wind gesegelt werden kann wie ein Dreiecksegel.The conventional sails - frame and triangular sails - are two-dimensional surfaces that bulge when the wind blows against them. They form a suction side in lee and a pressure side in windward. The suction side in lee is, as with aircraft hydrofoils, decisive for propulsion (lift). The disadvantage of this two-dimensional Riggs is that when triangular sails the rear half of the sail at close-hauled, -and space wind courses generates no propulsive, but reinforced Kraen 9 ung causes of the vessel and thus brakes the forward motion. In the case of fore-wind courses, only the windward side (pressure side) effects the propulsion. With triangular sails, the sail pressure point is always outside the center of the vehicle, even against the wind, countermeasures must be taken, which slows down propulsion. In the face of the wind, the "ancient" frame sail is superior to the triangular sail for reasons of symmetrical sail area. The main disadvantage of the square sail is that it cannot be sailed as high on the wind as a triangular sail.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rigg zu schaffen, das die Vorteile beider Segelformen optimiert, die Nachteile aber vermeidet.The invention has for its object to provide a rig that optimizes the advantages of both types of sail, but avoids the disadvantages.

Bei dem erfindungsmäßigen Rigg ist der Druckunterschied zwischen Luv- und Leeseite größer als bei herkömmlichen Riggs gleicher Segelfläche. Der Druckunterschied ist bekanntlich abhängig von den unterschiedlich langen Wegen, die die angeströmte Luft an der Lee-und Luvseite des Segels zurücklegen muß. Da sie bestrebt ist, am Achterliek wieder zusammenzutreffen, muß die Luftströmung an der Luvseite schneller sein.With the rig according to the invention, the pressure difference between the windward and leeward side is greater than with conventional rigs with the same sail area. As is well known, the pressure difference depends on the different lengths of travel that the incoming air has to cover on the leeward and windward side of the sail. Since it tries to meet again on the leech, the air flow on the windward side must be faster.

Es entsteht ein Unterdruck, und dieser Sog bewirkt den Vortrieb. Bei zweidimensionalen Segeln ist der Weg, den die Luftströmung an der Leeseite zurücklegen muß nur wenig länger als in Luv. Das erfindungsmäßige Rigg ist deshalb als dreidimensionales Hohlsegel ausgebildet, in dem an der Luvseite die kürzeste Verbindung zwischen Vorder-und Achterliek, die Gerade, gewählt wurde. Die vorhandenen Windkräfte werden besser zumvortrieb genutzt. Die Tragflügelform bringt zudem nicht nur größeren Vortrieb, sondern der Vortrieb ist auch schon bei kleineren Anstellwinkeln zum Wind erreichbar als bei zweidimensionalen Segeln. Damit kann das Fahrzeug eine größere Höhe zum einfallenden Wind fahren, und damit in der Kreuz kürzere Wege als ein Fahrzeug mit herkömmlichem Rigg. Wegen des kleineren Winkels zum Wind ist auch die Krängung geringer und damit der Fahrtwiderstand kleiner.A negative pressure is created and this suction causes the propulsion. With two-dimensional sails, the distance the air flow has to travel on the leeward side is only slightly longer than in windward. The rig according to the invention is therefore designed as a three-dimensional hollow sail, in which the shortest connection between the front and rear leech, the straight line, was selected on the windward side. The existing wind forces are better used for propulsion. The hydrofoil shape not only provides greater propulsion, but propulsion can also be achieved at smaller angles of attack to the wind than with two-dimensional sails. This means that the vehicle can travel a greater height to the incoming wind, and therefore shorter distances in the cross than a vehicle with a conventional rig. Because of the smaller angle to the wind, the heel is also lower and therefore the driving resistance is smaller.

Vorm Wind liegen die Vorteile des erfindungsmäßigen Riggs in der Symetrie der Segelfläche zum Mast. Der Segeldruckpunkt liegt in der Mastachse. Bei einer Halse muß nicht wie beim Dreiecksegel der Großbaum herübergeholt werden, sondern das Segel liegt immer im Wind, d.h. das Fahrzeug verliert in keiner Phase des Manövers den Vortrieb und liegt deshalb immer gut im Ruder. In der Praxis kann deshalb eine Wende gegen den Wind entfallen.The advantages of the rig according to the invention lie in front of the wind in the symmetry of the sail surface to the mast. The sail pressure point lies in the mast axis. With a jibe, the large boom does not have to be brought over as with the triangular sail, but the sail is always in the wind, i.e. the vehicle does not lose propulsion in any phase of the maneuver and is therefore always well under control. In practice, a turn against the wind can therefore be omitted.

Ferner hat das erfindungsmäßige Rigg den Vorteil gegenüber allen zweidimensionalen Tuchsegeln, daß es durch die innere Steifheit nicht killt oder bei Schwachwind zusammenfällt.Furthermore, the rig according to the invention has the advantage over all two-dimensional canvas sails that it does not kill due to the internal rigidity or collapse in light winds.

Im Gegensatz zum Flugzeug muß beim Segelfahrzeug das den Vortrieb erzeugende Segel veränderbar sein:

  • 1) Im Anstellwinkel zum Wind nach dem zu steuernden Kurs
  • 2) In der Form des Segelprofilbauches (bei Schwachwind bauchiger, bei Starkwind und hoch am Wind flacher) und je nach Steuerbord- oder Backbordbug
  • 3) Es muß verkleinert und ganz geborgen werden können.
In contrast to the airplane, the sail generating the propulsion must be changeable in the sailing vehicle:
  • 1) At the angle of attack to the wind according to the course to be steered
  • 2) In the shape of the sail profile belly (bulbous in light winds, flatter in strong winds and flatter in high winds) and depending on the starboard or port bow
  • 3) It must be reduced in size and completely salvaged.

Die Erfindung löst dieses dadurch, daß das Rigg nicht wie beim Flugzeug starr ist, sondern durch Profilteile, die rechtwinklig zum Profilmast über diesen geschoben sind, und so ein Gerippe bilden, über das die Segelhülle gespannt ist.

  • zu 1) Das Rigg ist durch den um 360° drehbaren Mast jeder Wind - und Kursänderung anzupassen.
  • zu 2) Die Profilteile bestehen aus einer starren Sehne A, aus einem biegsamen Kreissegment B, das an den Enden durch ein Gelenk mit den Enden der Sehne A verbunden ist. Ein inneres, starres Kreissegment C über der Mitte der Sehne A versteift die Sehne A, und über den Profilmast geschoben dient sie der Führung der Profilteile am Mast. An der Innenseite des Kreissegments B sind an den Punkten E Falls angebracht, die durch Rollen an den Punkten F zum Mastfuß laufen. Das Spannen der Falls auf einer Seite bewirkt, daß das biegsame Kreissegment B auf der anderen Seite einen Bauch bildet. Durch unterschiedliches Spannen der Falls läßt sich der Bauch des Kreissegments nach allen Erfordernissen vom Mastfuß aus trimmen.
  • zu 3) Die Segelfläche läßt sich beliebig verkleinern, dadurch, daß das gesamte Segel am obersten Profilteil mittels eines Falls, das unterhalb des Tops über eine Rolle durch das Hohlrohr im Profilmast zum Mastfuß läuft, durch eine öffnung austritt und mittels einer Winde auf- und niedergeholt wird. Beim Niederholen legen sich die Profilteile mit dem Segel aufeinander und werden am untersten Profilteil festgezurrt. Bei zu starkem Wind wird das gesamte Segel niedergeholt, indem die Profilteile auf den unteren, vom Mast unabhängig, drehbaren Teil des Profilmastes geschoben und festgezurrt werden. Jetzt wird nur mit dem Profilmast gesegelt.
The invention solves this in that the rig is not rigid, as in the case of an airplane, but rather by means of profile parts which are pushed at right angles to the mast, and thus form a framework over which the sail cover is stretched.
  • to 1) The rig can be adjusted to any wind and course change due to the 360 ° rotating mast.
  • to 2) The profile parts consist of a rigid tendon A, of a flexible circular segment B, which is connected at the ends by a joint to the ends of the tendon A. An inner, rigid circular segment C above the middle of the tendon A stiffens the tendon A, and when pushed over the profile mast, it serves to guide the profile parts on the mast. At the points E on the inside of the circular segment B there are attached falls that roll through the points F to the mast base. Tensioning the falls on one side causes the flexible circular segment B to form a belly on the other side. The belly of the circular segment can be trimmed from the mast base according to all requirements by tensioning the falls differently.
  • to 3) The sail area can be reduced arbitrarily, by the fact that the entire sail on the top profile part exits through an opening by means of a case that runs below the top over a roller through the hollow tube in the profile mast to the mast base, and up and down using a winch is brought down. When pulling down, the profile parts lie on top of each other with the sail and are lashed to the lowest profile part. If the wind is too strong, the entire sail is brought down by sliding the profile parts onto the lower part of the profile mast, which can be rotated independently of the mast, and lashing it down. Now you only sail with the mast.

Das erfindungsmäßige Rigg ist geeignet für alle besegelten Fahrzeuge jeder Größe.The rig according to the invention is suitable for all sailed vehicles of all sizes.

Es wäre denkbar, das erfindungsmäßige Rigg als Antrieb oder Teilantrieb für Frachtschiffe und Tanker, die nicht im Fahrplan gebundenen Linienverkehr fahren, einzusetzen, um Energie zu sparen. Der Vorteil des erfindungsmäßigen Riggs gegenüber allen anderen Riggs ist:

  • Bessere Windausnützung
  • Geringer Bedienungspersonalaufwand, weil die Bedienung weitgehend maschinell erfolgen kann und alle Bedienungselemente unter Deck liegen können.
  • Die bei Großseglern erforderliche umfangreiche Takelage entfällt, und behindert nicht die Lösch- und Ladevorgänge.
  • Das gesamte Segel kann im Bedarfsfall unter Deck geborgen werden und bietet so keinen Fahrtwiderstand.
  • Die Profilmasten können bei Starkwind auf günstigen Kursen zum Antrieb genutzt oder auf ungünsti.gen Kursen gesteuert oder freilaufend im günstigsten Winkel zum Wind gestellt werden.
It would be conceivable to use the rig according to the invention as a drive or partial drive for cargo ships and tankers that do not use scheduled transport to save energy. The advantage of the rig according to the invention over all other rigs is:
  • Better use of wind
  • Low operating personnel expenditure, because the operation can largely be done mechanically and all operating elements can be below deck.
  • The extensive rigging required for tall ships is eliminated and does not hinder the extinguishing and loading processes.
  • If necessary, the entire sail can be salvaged below deck and thus offers no drag.
  • In strong winds, the profile masts can be used to drive on favorable courses or controlled on unfavorable courses or can be placed freely at the most favorable angle to the wind.

Claims (21)

1. Rigg in Tragflügelform für Segelfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form eines aufrecht auf dem Fahrzeug stehenden Tragflügels hat.1. Rig-shaped wing for sailing vehicles, characterized in that it has the shape of an upright wing standing on the vehicle. 2. Rigg für Segelfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem um 360° drehbaren, unverstagten Profilmast, einem Gerippe aus mehreren über den Mast geschobenen Profilteilen und einer Haut aus Segeltuch oder flexibler, reißfester Folie o.ä. besteht.2. Rig for sailing vehicles, characterized in that it consists of a 360 ° rotatable, unsteaded profile mast, a skeleton of several profile parts pushed over the mast and a skin made of canvas or flexible, tear-resistant film or the like. consists. 3. Rigg nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilmast aus einem Innenrohr und einem damit starr verbundenen äußeren, symetrischen Tragflügelprofil besteht3. Rig according to claim 1 + 2, characterized in that the profile mast consists of an inner tube and an outer, symmetrical wing profile rigidly connected thereto 4. Rigg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil im unteren Teil des Mastes auf einer Länge x um das Innenrohr drehbar, jedoch arretierbar ist4. Rig according to claim 3, characterized in that the profile in the lower part of the mast is rotatable over a length x around the inner tube, but can be locked 5. Rigg nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilteile aus einer starren Sehne A, einem äußeren biegsamen Kreissegment B, dessen Enden durch ein Gelenk mit den Enden der Sehne A verbunden sind, und einem inneren, starren Kreissegment C, dessen Enden starr über der Mitte mit der Sehne A verbunden sind, bestehen5. Rig according to claim 1 + 2, characterized in that the profile parts from a rigid tendon A, an outer flexible circular segment B, the ends of which are connected by a hinge to the ends of the tendon A, and an inner, rigid circular segment C, the Ends rigidly connected to the tendon A above the middle 6. Rigg nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche zwischen der Sehne A und dem Kreissegment C dem Mastquerschnitt entspricht, sodaß die Profilteile auf den Mast geschoben werden können und durch das Mastprofil eine Führung haben.6. Rig according to claim 5, characterized in that the area between the tendon A and the circular segment C corresponds to the mast cross section, so that the profile parts can be pushed onto the mast and have a guide through the mast profile. 7. Rigg nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilteile nach oben hin kleiner werden7. Rig according to claim 1 + 2, characterized in that the profile parts become smaller towards the top 8. Rigg nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilteile an ihren Spitzen durch Stahlseile miteinander verbunden sind, die Profilteile auf richtigen Abstand voneinander halten und das Vorder- und Achterliek verstärken8. Rig according to claim 1 + 2, characterized in that the profile parts are connected at their tips by steel cables, keep the profile parts at the correct distance from one another and reinforce the front and rear leech 9. Rigg nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlseile durch klappbare Spreizen ersetzt werden9. Rig according to claim 8, characterized in that the steel cables are replaced by foldable spreaders 10. Rigg nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß über das Gerippe von Profilteilen eine Hülle aus Segeltuch oder Kunststoff-Gewebe oder -Folie gespannt ist, und jeweils an den Profilteilen befestigt ist10. Rig according to claim 1 + 2, characterized in that a shell made of canvas or plastic fabric or film is stretched over the skeleton of profile parts, and is each attached to the profile parts 11. Rigg nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein am obersten Profilteil angebrachtes Fall das Segel gesetzt oder niedergeholt, oder teilweise gerefft wird.11. Rig according to claim 1 + 2, characterized in that the sail is set or brought down by a case attached to the uppermost profile part, or partially reefed. 12. Rigg nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fall innen im Hohlmast läuft, und bei gesetztem Segel keinen Luftwiderstand bietet12. Rig according to claim 11, characterized in that the case runs inside the hollow mast, and offers no air resistance when the sail is set 13. Rigg nach Anspruch 1+2+4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Segelniederholen das Segel mit allen Profilteilen auf den unteren, vom Mast unabhängig drehbaren Teil des Mastes geschoben wird und der obere Teil des Mastes dadurch unabhängig vom Segel gedreht werden kann13. Rig according to claim 1 + 2 + 4, characterized in that when lowering the sail the sail with all profile parts is pushed onto the lower part of the mast which can be rotated independently of the mast and the upper part of the mast can thereby be rotated independently of the sail 14. Rigg nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß bei ganz niedergeholtem Segel (bei zu starkem Wind) allein mit dem Profilmast gesegelt werden kann14. Rig according to claim 13, characterized in that can be sailed alone with the profile mast when the sail is completely brought down (when the wind is too strong) 15. Rigg nach Anspruch 1+2+4+13, dadurch gekennzeichnet, daß der untere, drehbare Teil des Mastes innerhalb des Schiffsrumpfes oder der Aufbauten ist, und das gesamte Segel innerhalb des Schiffes geborgen werden kann und so keinerlei Luftwiderstand bietet15. Rig according to claim 1 + 2 + 4 + 13, characterized in that the lower, rotatable part of the mast is within the hull or the superstructure, and the entire sail can be salvaged within the ship and thus offers no air resistance 16. Rigg nach Anspruch 1+2+3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilmast mit Ausnahme des inneren Hohlrohres völlig geschlossen gearbeitet ist und dadurch beim Kentern des Schiffes als Auftriebskörper dient, und ein Durchkentern verhindert16. Rig according to claim 1 + 2 + 3, characterized in that the profile mast with the exception of the inner hollow tube is worked completely closed and thereby serves as a buoyant body when the ship capsizes, and prevents capsizing 17. Rigg nach Anspruch 1+2+5+6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorrichtungen innerhalb des Hohlsegels die Profilform der Profilteile und damit der Segel bauch getrimmt werden kann17. Rig according to claim 1 + 2 + 5 + 6, characterized in that the profile shape of the profile parts and thus the sail belly can be trimmed by devices within the hollow sail 18. Rigg nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Trimmen des Segelbauches durch Falls besteht, die an mehreren Punkten an der Innenseite der Profilteile angebracht sind, und durch Rollen am Schnittpunkt der Sehne A mit dem inneren Kreissegment C zum Mastfuß laufen und so von unten bedient werden können18. Rig according to claim 17, characterized in that the device for trimming the sail belly consists of cases that are attached at several points on the inside of the profile parts, and by rolling at the intersection of the tendon A with the inner circle segment C to the mast base and can be operated from below 19. Rigg nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Segelbrettern (Windsurfing) aus einem starren Hohlkörper gefertigt sein kann, wobei der Mast integriert ist, und der Mastfuß mit der herkömmlichen Mechanik aufsteckbar und allseits drehbar angeordnet ist. In Griffhöhe sind Griffe angebracht, an denen das Rigg gehalten und bedient wird.19. Rig according to claim 1 + 2, characterized in that it can be made from a rigid hollow body in sailing boards (windsurfing), the mast being integrated, and the mast base being attachable with the conventional mechanics and rotatable on all sides. Handles are attached at handle height, on which the rig is held and operated. 20. Rigg nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper in Augenhöhe durchsichtig ist.20. Rig according to claim 19, characterized in that the hollow body is transparent at eye level. 21. Rigg nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilmast verstagt sein kann21. Rig according to one of the preceding claims, characterized in that the profile mast can be stiffened
EP84113182A 1984-01-19 1984-11-02 Aerofoil type sail for sail vehicles Withdrawn EP0151231A3 (en)

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