ES2980759T3

ES2980759T3 - Dispositivo de propulsión

Info

Publication number: ES2980759T3
Application number: ES20825214T
Authority: ES
Inventors: Simon James Schofield; George Frank Jack Thompson
Original assignee: BA Technologies Ltd
Current assignee: BA Technologies Ltd
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2024-10-03
Anticipated expiration: 2040-12-04
Also published as: US20230002023A1; KR20220106833A; JP2023505479A; PL4069581T3; EP4069581B1; CN115243971B; WO2021111147A1; US12365433B2; CN115243971A; KR102768978B1; JP7493037B2; EP4069581A1

Abstract

Una vela de ala para una embarcación a motor que comprende un primer elemento de perfil aerodinámico (10), un segundo elemento de perfil aerodinámico (11) y un tercer elemento de perfil aerodinámico (12), en donde cada uno de los elementos de perfil aerodinámico puede girar alrededor de un eje (10x, 11x, 12x) y tiene una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de salida, y los elementos de perfil aerodinámico se pueden mover a una configuración en la que el flujo desde el borde de salida de uno del primer o tercer elemento se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento, y el flujo desde el borde de salida del segundo elemento se dirige hacia el borde de ataque del otro del primer o tercer elemento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de propulsión

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para propulsar una embarcación motorizada y, en particular, una vela ala.

Un enfoque ampliamente propuesto para reducir las emisiones de embarcaciones motorizadas que tienen un motor para proporcionar potencia de propulsión al barco (tales como barcos o superyates) es el uso de energía eólica para proporcionar parte o toda la potencia utilizada para propulsar el buque. Esta propulsión eólica puede reducir, por tanto, la potencia necesaria desde el tren motriz principal del barco. Esto puede reducir el consumo de combustible de los motores motrices del barco, lo que puede, a su vez, conducir a una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Este proceso, además, también puede reducir el coste operativo del barco al reducir la cantidad de combustible utilizado para un viaje determinado.

Las embarcaciones eólicas se han utilizado durante muchos siglos y, más recientemente, las tecnologías asistidas por viento se han aplicado a embarcaciones motorizadas tales como barcos como se ha descrito anteriormente. Las tecnologías eólicas en este campo son muy variadas e incluyen muchos diseños y atributos diferentes que tienen como objetivo predominante lograr una alta relación de sustentación a arrastre, como es una configuración preferida para un yate de vela.

En algunas disposiciones conocidas, se ha aplicado una vela ala rígida de dos elementos a una embarcación. Sin embargo, tales velas ala se diseñan habitualmente teniendo en cuenta una alta relación de sustentación a arrastre, lo que puede limitar la potencia absoluta disponible de las velas ala.

Convencionalmente, un ala de alta sustentación (tal como se usa en, por ejemplo, las industrias aeroespacial y automotriz), utiliza un perfil aerodinámico con una forma combada. Esta forma aumenta el diferencial de presión entre cada lado del ala para un ángulo de ataque dado y, por lo tanto, aumenta la sustentación alcanzable del ala.

La sustentación máxima que un ala es capaz de producir se rige por el inicio de una entrada en pérdida, en la que el flujo sobre el ala se "desprende" en un ángulo de ataque crítico, lo que conduce a una reducción significativa de la sustentación. Para aumentar el ángulo de ataque crítico alcanzable de un perfil aerodinámico antes de entrar en pérdida y, por tanto, aumentar la sustentación que es capaz de producir, el flujo en el lado de baja presión del ala puede regenerarse. Esto se puede lograr dividiendo el ala en dos partes (un ala de ataque y un ala de fuga), colocadas de tal manera que se produzca una ranura cuidadosamente dimensionada entre el borde de fuga del ala de ataque y el borde de ataque del ala de fuga. Esta ranura puede proporcionar al lado de "succión" de baja presión del ala una corriente de flujo de alta energía que ayuda a mantener el flujo adherido y retrasar el inicio de una entrada en pérdida o evitar el inicio de una entrada en pérdida hasta un cierto ángulo. Este efecto es muy sensible a la anchura exacta de la ranura y, por tanto, la colocación de los elementos debe controlarse cuidadosamente. Así mismo, para generar un mayor coeficiente de sustentación, habitualmente se usa una mayor combadura. Un ala de dos elementos puede producir una cantidad limitada de combadura antes de entrar en pérdida.

Así mismo, un perfil aerodinámico con una forma combada se diseña habitualmente para producir sustentación en únicamente una dirección (es decir, un vector desde el lado cóncavo al convexo del perfil aerodinámico). Sin embargo, en un barco, es posible que sea necesario cambiar la dirección de la fuerza producida por un perfil aerodinámico (y, de hecho, es posible que sea necesario revertirla), dependiendo de si el barco se amura a estribor o a babor. Habitualmente, esto se puede lograr utilizando un perfil aerodinámico simétrico, una vela blanda que se deforma para invertir su combadura o un perfil aerodinámico combado que tiene su forma reflejada de delante hacia atrás. Sin embargo, tales disposiciones pueden dar como resultado un perfil aerodinámico que no tiene una forma óptima. Un objetivo de la presente invención es proporcionar una vela ala de forma óptima y que sea capaz de invertir su combadura.

En algunas disposiciones conocidas, una vela ala de dos elementos está provista de una aleta, a veces conocida como "cola". El documento US 4.856.449 es un ejemplo de una disposición de este tipo. Esta cola suele estar situada a una gran distancia a popa del punto de rotación de la vela ala. Esta disposición varía de la de la presente invención en el hecho de que estos elementos de cola son hechos rotar de tal manera que produzcan sustentación en la dirección opuesta a los otros dos elementos de la vela ala, para inducir naturalmente un ángulo de ataque de la vela ala al viento aparente. Por tanto, este elemento de cola puede eliminar la necesidad de líneas de control y recorte por medios manuales o motorizados, pero la sustentación producida por el elemento de cola puede ser perjudicial para la sustentación total de la vela ala. Los expertos en la materia entenderán que la disposición de "cola" no proporciona el efecto de "ranura" mencionado anteriormente y no da como resultado un ala de alta sustentación. En la presente invención, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico se establece en un ángulo para producir sustentación a lo largo de un vector desde el lado cóncavo al convexo.

Pocas de las propuestas de asistencia eólica para barcos modernos han logrado aceptación comercial. Las estructuras en el área de carga de un barco pueden inhibir la carga y descarga eficientes y su provisión aumenta tanto el coste de capital del barco como la carga de mantenimiento, lo que significa que los ahorros operativos deben ser suficientes para hacerlas económicamente viables. En situaciones en las que la dirección del viento no ayuda a la travesía del barco, la presencia de las velas puede contribuir a la resistencia al viento y, por tanto, aumentar el consumo de combustible.

Es un objetivo de la presente invención abordar al menos parcialmente los problemas indicados anteriormente.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente divulgación, se proporciona una vela ala para una embarcación motorizada definida en la reivindicación 1 adjunta.

Los perfiles aerodinámicos se disponen en una matriz para formar juntos una forma combada. Esto puede proporcionar una configuración de alta sustentación.

Al menos dos de los elementos de perfil aerodinámico se configuran para rotar para revertir de ese modo la combadura de la forma combada.

Opcionalmente, el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico se configuran para rotar en direcciones de rotación opuestas entre sí para revertir de ese modo la combadura de la forma combada.

Opcionalmente, los elementos de perfil aerodinámico son móviles entre una primera configuración, en la que el flujo procedente del segundo borde del primer elemento se dirige hacia el primer borde del segundo elemento y el flujo procedente del segundo borde del segundo elemento se dirige hacia el primer borde del tercer elemento, y una segunda configuración, en la que el flujo procedente del segundo borde del tercer elemento se dirige hacia el primer borde del segundo elemento y el flujo procedente del segundo borde del segundo elemento se dirige hacia el primer borde del primer elemento. Por tanto, tanto en la primera como en la segunda configuración, el flujo viaja sobre los elementos de perfil aerodinámico en la misma dirección con respecto a los elementos de perfil aerodinámico individuales. Esto puede permitir que se invierta la combadura de la matriz.

Opcionalmente, el primer elemento de perfil aerodinámico puede rotar con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico.

Opcionalmente, el tercer elemento de perfil aerodinámico puede rotar con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico.

Opcionalmente, el primer y/o el tercer elemento de perfil aerodinámico se configura para rotar con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico como máximo 110 grados y, preferentemente, como máximo 90 grados.

Opcionalmente, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico puede rotar independientemente con respecto a cada uno de los otros elementos de perfil aerodinámico alrededor de su eje de rotación respectivo. Esto puede permitir que la vela ala se use en múltiples condiciones de viento aparente.

Los elementos de perfil aerodinámico se configuran para colocarse de manera que se formen ranuras entre el primer elemento de perfil aerodinámico y el segundo elemento de perfil aerodinámico, y entre el segundo elemento de perfil aerodinámico y el tercer elemento de perfil aerodinámico, configurándose las ranuras para regenerar el flujo de aire sobre el lado de succión de los elementos de perfil aerodinámico. Esto puede retrasar la entrada en pérdida de los elementos de perfil aerodinámico y permitir que se genere una sustentación más alta.

Opcionalmente, el tamaño de las ranuras es tal que la distancia entre el borde de ataque y el borde de fuga de los perfiles aerodinámicos adyacentes es del 20 % o menos del cable de al menos uno de los perfiles aerodinámicos.

Opcionalmente, el eje de rotación del primer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico.

Opcionalmente, el eje de rotación del primer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico.

Opcionalmente, el eje de rotación del tercer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico.

Opcionalmente, el eje de rotación del tercer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del tercer elemento de perfil aerodinámico.

Opcionalmente, cada eje de rotación respectivo se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga de su elemento de perfil aerodinámico respectivo. Esto puede permitir que los elementos de perfil aerodinámico se muevan fácilmente al cambiar la combadura.

Opcionalmente, el eje de rotación de cada elemento de perfil aerodinámico se ubica más cerca del borde de ataque que del borde de fuga de cada elemento de perfil aerodinámico respectivo.

Opcionalmente, el eje de rotación de cada elemento de perfil aerodinámico se ubica en el primer tercio del cable desde el borde de ataque, preferentemente, en una ubicación entre el 15 % y el 35 % del cable desde el borde de ataque, más preferentemente, en una ubicación entre el 20 % y el 30 % del cable desde el borde de ataque.

Opcionalmente, el eje de rotación del segundo elemento se desplaza con respecto a un plano que se extiende entre los ejes del primer y el tercer elemento. Esto puede proporcionar la forma combada.

Opcionalmente, cada uno de los ejes de rotación son paralelos entre sí.

Opcionalmente, los elementos de perfil aerodinámico tienen forma simétrica alrededor de su línea de cable. Esto puede permitir que se revierta el orden de los elementos para cambiar la combadura.

Opcionalmente, la distancia desde la porción más gruesa de cada elemento de perfil aerodinámico hasta el borde de ataque es menor que la distancia desde la porción más gruesa de cada elemento de perfil aerodinámico hasta el borde de fuga.

Opcionalmente, la sección de cada perfil aerodinámico es sustancialmente uniforme a lo largo de la envergadura del perfil aerodinámico.

Opcionalmente, la vela ala comprende, además, un cuarto elemento de perfil aerodinámico, teniendo el cuarto elemento de perfil aerodinámico una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga, en donde los elementos de perfil aerodinámico son móviles a una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del tercer elemento se dirige hacia el borde de ataque del cuarto elemento. Esto puede proporcionar un control adicional sobre la combadura de la vela ala.

Opcionalmente, el cuarto elemento de perfil aerodinámico puede rotar independientemente con respecto a los otros elementos de perfil aerodinámico alrededor de un eje de rotación ubicado entre el borde de ataque y el borde de fuga del cuarto elemento de perfil aerodinámico.

Opcionalmente, al menos uno de los elementos de perfil aerodinámico se divide en dos o más porciones distribuidas a lo largo de la envergadura del perfil aerodinámico, pudiendo cada porción rotar independientemente con respecto a las otras porciones. Esto puede proporcionar un control mejorado.

Opcionalmente, los elementos de perfil aerodinámico pueden rotar a una configuración de veleta, en la que la línea de cable de cada perfil aerodinámico se alinea sustancialmente con una dirección de viento aparente. Esto puede permitir proporcionar una configuración a prueba de fallos, en la que las velas ala no se utilizan para generar ninguna fuerza de propulsión sustancial.

Opcionalmente, los elementos de perfil aerodinámico se desvían a la configuración de veleta mediante uno o más miembros de desviación elásticos.

Opcionalmente, los elementos de perfil aerodinámico pueden rotar a una configuración replegada, en la que las líneas de cable de cada elemento de perfil aerodinámico son sustancialmente paralelas entre sí y los bordes de fuga del primer y el tercer perfil aerodinámico se orientan entre sí. Esto puede permitir que el tamaño de la vela ala se reduzca o minimice para su almacenamiento.

Opcionalmente, al menos uno de los perfiles aerodinámicos comprende un alerón de borde de ataque y/o una o más cercas de capa límite. Esto puede aumentar aún más la sustentación de la vela ala.

Opcionalmente, el segundo perfil aerodinámico se monta en un larguero principal dispuesto para soportar el peso de la vela ala. Esto puede proporcionar un montaje cómodo de la vela ala en la embarcación.

Opcionalmente, los perfiles aerodinámicos se montan en una placa base y pueden rotar con respecto a la placa base, montándose la placa base de manera rotatoria en el larguero principal. Esto puede permitir que la totalidad de la vela ala sea hecha rotar con respecto a la embarcación. La totalidad de la vela ala también puede ser rotatoria con respecto a la embarcación usando otras disposiciones.

Opcionalmente, la vela ala, comprende, además una placa de extremo montada en el extremo opuesto de la envergadura de los perfiles aerodinámicos a la placa base de manera que los perfiles aerodinámicos se montan entre la placa base y la placa de extremo, montándose la placa de extremo de manera rotatoria en el larguero principal. Opcionalmente, los perfiles aerodinámicos se disponen de manera que los ejes de rotación de al menos dos de los elementos de perfil aerodinámico se pueden mover entre sí.

De acuerdo con la presente divulgación, también se proporciona un sistema que comprende una vela ala como se ha descrito anteriormente, y un controlador dispuesto para controlar la rotación de los elementos de perfil aerodinámico. Esto puede permitir que la vela ala se ajuste cuando se monta en una embarcación.

Opcionalmente, el controlador se dispone para hacer rotar los perfiles aerodinámicos automáticamente en respuesta a al menos una de una condición de viento medida, una fuerza medida sobre la vela ala y un momento medido sobre la vela ala. Esto puede proporcionar una mayor eficiencia de combustible.

Opcionalmente, los elementos de perfil aerodinámico se disponen en una matriz para formar juntos una forma combada, y el controlador se dispone para hacer rotar al menos dos de los elementos de perfil aerodinámico para revertir de ese modo la combadura de la forma combada.

De acuerdo con la presente divulgación, también se proporciona una embarcación que comprende una vela ala como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, la embarcación puede ser una embarcación motorizada mediante un motor, tal como un barco, un granelero o un superyate.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se describirá la presente invención, por medio de un solo ejemplo no limitante, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una vista en perspectiva de una vela ala de acuerdo con la presente invención;

la figura 2 muestra una segunda vista en perspectiva de una vela ala de acuerdo con la presente invención; la figura 3 muestra una vista en planta en sección transversal de una vela ala de acuerdo con la presente invención; la figura 4 muestra una vista en planta de los perfiles aerodinámicos de la vela ala de la presente invención, antes del inicio de una amura;

la figura 5 muestra una primera etapa de cambio de amura de los perfiles aerodinámicos de la figura 4;

la figura 6 muestra una segunda etapa de cambio de amura de los perfiles aerodinámicos de la figura 4;

la figura 7 muestra una tercera etapa de cambio de amura de los perfiles aerodinámicos de la figura 4; y la figura 8 muestra los perfiles aerodinámicos de la figura 7 rotados aproximadamente 180 grados, con respecto a la figura 4;

la figura 9 muestra una vista de la figura 3 con un viento incidente y una fuerza de sustentación antes de cambiar de amura;

la figura 10 muestra una primera etapa de cambio de amura de los perfiles aerodinámicos de la figura 9;

la figura 11 muestra una segunda etapa de cambio de amura de los perfiles aerodinámicos de la figura 9;

la figura 12 muestra una tercera etapa de cambio de amura de los perfiles aerodinámicos de la figura 9;

la figura 13 muestra los perfiles aerodinámicos de la figura 9 cuando se completa el cambio de amura;

la figura 14 muestra una vista en planta de los perfiles aerodinámicos de la figura 4 en una configuración de veleta; la figura 15 muestra una vista en planta de los perfiles aerodinámicos de la figura 4 en una configuración replegada; la figura 16 muestra una vista en perspectiva de una embarcación que comprende alas de vela de acuerdo con la presente invención;

la figura 17 muestra una vista en planta de una embarcación que comprende alas de vela de acuerdo con la presente invención;

la figura 18A muestra la colocación de los perfiles aerodinámicos en una embarcación cuando el viento incide desde una primera dirección;

la figura 18B muestra la colocación de los perfiles aerodinámicos en una embarcación cuando el viento incide desde una segunda dirección;

la figura 19 muestra la embarcación y un viento incidente antes de una virada;

la figura 20 muestra la primera etapa de una virada de la embarcación de la figura 19;

la figura 21 muestra la segunda etapa de una virada de la embarcación de la figura 19;

la figura 22 muestra la tercera etapa de una virada de la embarcación de la figura 19;

la figura 23 muestra la embarcación de la figura 19 cuando se completa la virada;

la figura 24 muestra una vista en planta en sección de una segunda disposición de vela ala que comprende cuatro elementos de perfil aerodinámico;

la figura 25 muestra una vista en perspectiva de una segunda disposición de vela ala que comprende cuatro elementos de perfil aerodinámico;

la figura 26 muestra una primera vista en perspectiva de una tercera configuración de vela ala con los perfiles aerodinámicos divididos en porciones en el sentido de la envergadura; y

la figura 27 muestra una segunda vista en perspectiva de la vela ala de la figura 15;

la figura 28 muestra una vista en perspectiva de una cuarta configuración de vela ala;

la figura 29 muestra una vista en planta de la configuración de la figura 28;

la figura 30 muestra los perfiles aerodinámicos de la vela ala de las figuras 28 y 29, antes del inicio de una amura; la figura 31 muestra los perfiles aerodinámicos de la vela ala de las figuras 28 y 29, en mitad de una amura; la figura 32 muestra los perfiles aerodinámicos de la vela ala de las figuras 28 y 29, después de una amura; La figura 33 muestra una secuencia que muestra un procedimiento de amura completo, incluidas las vistas de las figuras 30-32;

la figura 34 muestra los perfiles aerodinámicos de la vela ala de las figuras 28 y 29, con las placas de extremo incluidas, antes del inicio de una amura;

la figura 35 muestra los perfiles aerodinámicos de la vela ala de las figuras 28 y 29, con las placas de extremo incluidas, en mitad de una amura; y

la figura 36 muestra los perfiles aerodinámicos de la vela ala de las figuras 28 y 29, con las placas de extremo incluidas, después de una amura.

Descripción detallada

La presente invención se refiere a una vela ala 1 para una embarcación motorizada. Es decir, la vela ala 1 es un dispositivo que puede montarse en una embarcación motorizada (por ejemplo, un barco) para proporcionar propulsión eólica a la embarcación. Como se observa en las figuras 1 y 2, la vela ala 1 incluye un primer elemento de perfil aerodinámico 10, un segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y un tercer elemento de perfil aerodinámico 12. Como se muestra en la figura 1, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico puede rotar alrededor de un eje. Es decir, el primer perfil aerodinámico 10 puede rotar alrededor de un primer eje 10x, el segundo perfil aerodinámico 11 puede rotar alrededor de un segundo eje 11x y el tercer perfil aerodinámico 12 puede rotar alrededor de un tercer eje 12x. Cada elemento de perfil aerodinámico puede rotar independientemente con respecto a los otros elementos de perfil aerodinámico alrededor de su eje respectivo.

Como también se muestra en (por ejemplo) la figura 3, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico tiene una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga. Dicho de otra manera, la distancia desde el borde de ataque hasta el centro de área es menor que la distancia desde el borde de fuga hasta el centro de área. Es decir, la sección del perfil aerodinámico (es decir, cortada a lo largo de la línea de cable, perpendicular a la dirección en el sentido de la envergadura) es tal que el área de sección transversal del perfil aerodinámico que está por delante del punto medio de la línea de cable es mayor que el área de sección transversal que está por detrás de la línea de cable. Por tanto, más de la mitad del área de la sección de perfil aerodinámico está más cerca del borde de ataque (del perfil aerodinámico) que del borde de fuga (del perfil aerodinámico) y el perfil aerodinámico es asimétrico alrededor de una línea perpendicular al cable en un 50 % del cable. Esto puede significar que la distancia desde la porción más gruesa de cada elemento de perfil aerodinámico hasta el borde de ataque es menor que la distancia desde la porción más gruesa de cada elemento de perfil aerodinámico hasta el borde de fuga. Esto puede dar como resultado una forma de perfil aerodinámico más eficiente y permite que los bordes de ataque y de fuga del perfil aerodinámico se diseñen específicamente como tales.

Como se muestra mejor en la vista en planta de la figura 3, los perfiles aerodinámicos 10, 11, 12 se pueden mover a una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico 10 se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento de perfil aerodinámico 11, y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico 11 se dirige hacia el borde de ataque del tercer elemento de perfil aerodinámico 12. Se observará que, juntos, los perfiles aerodinámicos forman una matriz que tiene una forma combada. Por tanto, el flujo de aire que incide sobre la matriz en el primer elemento de perfil aerodinámico 10 se dirige en sucesión al segundo y el tercer elemento de perfil aerodinámico, y fluye alrededor de la matriz. Se apreciará que, en la matriz, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico proporciona sustentación a lo largo de un vector desde el lado cóncavo al convexo de la matriz combada. Cuando, como se ha descrito anteriormente, cada elemento de perfil aerodinámico puede rotar independientemente con respecto a los otros elementos de perfil aerodinámico; esta rotación, combinada con los elementos de perfil aerodinámico que tienen un centro de área en sección que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga, puede, como se describe a continuación, permitir que se invierta la combadura de la matriz.

Se entenderá que los elementos de perfil aerodinámico en esta orientación se alinean para producir una ranura entre el borde de fuga de un elemento de perfil aerodinámico y el borde de ataque de un elemento de perfil aerodinámico siguiente, para producir el efecto descrito anteriormente. Dicho de otra manera, se proporciona una ranura entre el primer elemento de perfil aerodinámico y el segundo elemento de perfil aerodinámico, y entre el segundo elemento de perfil aerodinámico y el tercer elemento de perfil aerodinámico. En la disposición mostrada en la figura 3, se forma una primera ranura 17 entre el borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico 10 y el borde de ataque del segundo elemento de perfil aerodinámico 11, y se forma una segunda ranura 18 entre el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y el borde de ataque del tercer elemento de perfil aerodinámico 12.

Las ranuras entre los elementos de perfil aerodinámico pueden proporcionar un paso para el flujo de aire de alta presión desde el lado de alta presión de la matriz combada hasta el lado de succión (es decir, el lado de baja presión) de la matriz combada (y, por tanto, hasta el lado de succión de los elementos individuales). Esto puede "regenerar" el flujo de aire y mantener el flujo de aire adherido. A su vez, esto puede retrasar el inicio de una entrada en pérdida, lo que permite que la vela ala produzca una sustentación más alta. Se entenderá que, moviendo los elementos de perfil aerodinámico entre sí, se puede controlar el tamaño de las ranuras. En algunas disposiciones, las ranuras pueden dimensionarse de manera que la distancia entre el borde de fuga de un elemento de perfil aerodinámico y el borde de ataque del siguiente elemento de perfil aerodinámico sea inferior al 20 % del cable de uno o ambos elementos de perfil aerodinámico. Es decir, el tamaño de la ranura es relativamente pequeño en comparación con el tamaño de los elementos de perfil aerodinámico.

La disposición descrita anteriormente permite realizar una configuración de sustentación muy alta. En lugar del enfoque convencional de diseñar una vela ala usando una alta relación de sustentación a arrastre, se puede maximizar la sustentación absoluta de la vela ala. Esto puede ser particularmente ventajoso para los barcos por una serie de motivos. En primer lugar, si bien el ángulo de viento aparente predominante experimentado por un barco en una travesía habitual es pequeño (debido a la velocidad de avance del barco), el ahorro potencial de combustible logrado por una vela ala optimizada para ángulos de viento aparente más grandes (es decir, optimizada para producir una alta sustentación) es grande en comparación con el de una vela ala que está optimizada para ángulos de viento aparente más pequeños (es decir, optimizada para una alta relación de sustentación a resistencia). En segundo lugar, un barco generalmente tiene una alta estabilidad y, por tanto, puede acomodar una vela ala que puede producir una gran cantidad de sustentación sin la necesidad de reducir la potencia. En tercer lugar, en ángulos de viento aparente superiores a 90 grados, tanto la sustentación como el arrastre de la vela ala proporcionan empuje al barco, por lo que, en estos ángulos, tanto la sustentación alta como el arrastre alto son beneficiosos.

En situaciones en las que el barco experimenta un ángulo de viento aparente pequeño, y es ventajosa una alta relación de sustentación a arrastre, la vela ala de la presente invención puede simplemente reducir su potencia para producir una fuerza de sustentación más baja y, por lo tanto, un menor arrastre inducido, para aumentar su relación de sustentación a arrastre.

Cada uno de los elementos de perfil aerodinámico puede ser de una construcción rígida. Es decir, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico 10, 11, 12 se forma de un material rígido de modo que, a diferencia de una vela flexible convencional para un barco, la forma de los elementos no cambia sustancialmente en respuesta al viento u otras fuerzas. Se entenderá que una construcción rígida es una construcción tal que, cuando no hay flujo sobre el perfil aerodinámico, se mantiene la forma del perfil aerodinámico. Una construcción de este tipo puede ser un perfil aerodinámico cuya superficie exterior se forma de un material rígido, tal como un metal, un material compuesto o plástico, o puede tener un bastidor rígido, con un revestimiento flexible o conformare dispuesto sobre el bastidor. El uso de elementos de perfil aerodinámico rígido también puede permitir un control mejorado sobre las dimensiones de esta ranura (o ranuras) mencionada anteriormente a lo largo de la envergadura total de la vela ala.

Como se muestra en las figuras 1-3, el segundo elemento de perfil aerodinámico 11 puede montarse en un larguero principal 14, que es capaz de rotar en relación con el barco. El larguero principal puede montarse en la cubierta y puede extenderse a través de (es decir, montarse a través de) la cubierta y extenderse hacia el interior del cuerpo principal del casco. El larguero principal puede pivotar alrededor de su eje en una disposición de cojinete. El segundo perfil aerodinámico 11 puede estar fijo con respecto a, o ser rotatorio alrededor (es decir, con respecto a) del larguero principal 14. Los perfiles aerodinámicos 10 y 12 pueden montarse entre una placa base 15 y una placa de extremo 16 que pueden montarse en el larguero principal 14. La placa base 15 y la placa de extremo 16 también pueden rotar alrededor (es decir, con respecto a) del larguero principal 14. Por tanto, el primer y el tercer perfil aerodinámico 10 y 12 pueden rotar con respecto al larguero principal. y el segundo perfil aerodinámico 11 puede rotar con el larguero principal o independientemente de este.

En realizaciones alternativas, el larguero principal 14 puede actuar como un montaje para uno cualquiera de los otros elementos de perfil aerodinámico, por ejemplo, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 o el último elemento de perfil aerodinámico 12 en la secuencia de perfiles aerodinámicos, montándose los elementos de perfil aerodinámico restantes en la placa base 15 y la placa de extremo 16. En una alternativa adicional, todos los elementos de perfil aerodinámico pueden montarse entre la placa base y la placa de extremo, para formar un conjunto, montándose todo el conjunto de manera rotatoria, por ejemplo, estando la placa base 15 sobre un soporte rotatorio.

En algunas disposiciones, una o más partes del perfil aerodinámico pueden extenderse de manera que sobresalgan fuera de la placa base cuando se observan en sección transversal, como se muestra en, por ejemplo, la figura 3. Sin embargo, se entenderá que la forma de la placa base y la placa de extremo no se limitan a la forma mostrada en las figuras y pueden tener cualquier forma adecuada. Por ejemplo, la placa base y la placa de extremo pueden tener una forma de manera que los extremos del perfil aerodinámico en la dirección en el sentido de la envergadura estén cubiertos por las placas de extremo cuando están en la configuración mostrada en la figura 3.

Si el viento cambia de dirección, o el buque cambia de dirección con respecto al viento, puede ser necesario cambiar la amura de la vela ala cambiando la dirección de combadura de la vela ala. A continuación, se describirá un ejemplo simplificado de la forma en que se puede amurar la vela ala haciendo referencia a las figuras 4-8, donde el viento cambia de incidir en la vela ala desde la parte superior de la página a incidir desde la parte inferior de la página. Se entenderá que este ejemplo es esquemático y no es necesario que el orden preciso de los movimientos sea como se describe a continuación.

La figura 4 muestra los perfiles aerodinámicos 10, 11, 12 en la misma configuración que los de la figura 3. Por motivos de claridad, se omiten los componentes restantes de la vela ala 1.

En primer lugar, como se muestra en la figura 5, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 es hecho rotar aproximadamente 180 grados, como muestra la flecha A de la figura 5. A continuación, el segundo elemento de perfil aerodinámico 11 es hecho rotar aproximadamente 180 grados, como muestra la flecha B de la figura 6.

Entonces, el tercer elemento de perfil aerodinámico 12 es hecho rotar aproximadamente 180 grados, como muestra la flecha C de la figura 7. Por tanto, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico 10, 11, 12 es hecho rotar, lo que da como resultado que la combadura de la matriz combinada se revierta y que el ala haya completado una amura.

La combadura revertida se puede observar mejor en la figura 8, que es una versión de la figura 7 rotada 180 grados. Se apreciará que una rotación de este tipo no necesita llevarse a cabo como parte de un proceso de amura, sino que sirve meramente para una fácil comparación con la figura 4. A partir de una comparación de las figuras 4 con las figuras 7 y 8, se observará que, debido a este proceso, la combadura global de la matriz de perfiles aerodinámicos se ha revertido (o invertido) y, por tanto, la dirección de la fuerza de sustentación cambia 180 grados. Es decir, los perfiles aerodinámicos se han movido de una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del primer elemento 10 se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento 11 y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento 11 se dirige hacia el borde de ataque del tercer elemento 12, a una segunda configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del tercer elemento 12 se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento 11 y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento 11 se dirige hacia el borde de ataque del primer elemento 10. Se entenderá que, tanto en la primera como en la segunda configuración, el flujo viaja sobre los elementos de perfil aerodinámico en la misma dirección con respecto a los elementos de perfil aerodinámico individuales. También debe entenderse que, después de este cambio, se forma una ranura entre el borde de fuga del tercer elemento de perfil aerodinámico 12 y el borde de ataque del segundo elemento de perfil aerodinámico 11, y se forma una ranura entre el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y el borde de ataque del primer elemento de perfil aerodinámico 10.

Las figuras 9-13 muestran otro ejemplo del proceso de amura, con la adición de la placa base 15. En estas figuras, se muestra la dirección del viento, así como la fuerza de sustentación producida por la vela ala en las figuras 9 y 13. Este proceso de amura puede usarse para una configuración en la que el segundo elemento de perfil aerodinámico 11 se monta de manera rotatoria en el larguero principal, y la placa base y de extremo pueden rotar en relación con el larguero principal. El proceso se muestra como una serie de movimientos discretos para que puedan entenderse las interacciones entre cada parte del conjunto de vela ala. Sin embargo, se entenderá que las diversas partes de la vela ala no necesitan moverse en la secuencia particular de movimientos discretos descrita en el presente documento. En algunas disposiciones, todas las partes (o un subconjunto de las partes) pueden moverse al mismo tiempo de manera síncrona de modo que, durante el proceso de amura, cada elemento de perfil aerodinámico tenga su línea de cable alineada con el viento aparente (esto se muestra en un ejemplo adicional a continuación).

En la figura 9, el viento incide sobre la vela ala desde la dirección en la parte superior de la figura. El aire fluye alrededor de la vela ala (es decir, sobre los elementos de perfil aerodinámico) y produce una fuerza de sustentación resultante, (es decir, la componente de la fuerza total de la vela ala que actúa perpendicular al inicio del flujo) a la derecha en la vista mostrada en la figura. Las posiciones del perfil aerodinámico son tales que la vela ala proporciona una alta sustentación en esa dirección.

La primera etapa del proceso de amura se muestra en la figura 10. El segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y el larguero principal 14 rotan en el sentido contrario a las agujas del reloj, como muestra la flecha AA. La placa base también rota con el larguero principal. Debido a que el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico 10, 12 se montan en la placa base, estos rotan con respecto al barco, alrededor del eje de rotación del segundo elemento de perfil aerodinámico 11x, pero aún no rotan con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico 11 o la placa base. Se observará que, en la figura 10, el segundo perfil aerodinámico se coloca en su posición final (es decir, la que se muestra en la figura 13).

A continuación, como se muestra en la figura 11, la placa base continúa rotando con respecto al larguero principal, como muestra la flecha BB, y el segundo elemento de perfil aerodinámico 11 permanece estacionario. En virtud de montarse en la placa base, el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico 10, 12 continúan rotando alrededor del eje 11x.

Entonces, como se muestra en la figura 12, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 y el segundo elemento de perfil aerodinámico 12 comienzan a rotar con respecto a la placa base, como muestran las flechas CC y DD. Si bien aquí se muestra por separado, se apreciará que las rotaciones que muestran las flechas AA, BB, CC, DD y EE pueden tener lugar simultáneamente o como movimientos separados. Se observará que, en la figura 12, el primer y el tercer elemento están en sus posiciones finales con respecto a la placa base, pero no con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico.

Por último, la placa base rota de manera que ha rotado 180 grados desde su posición inicial, como muestra la flecha EE de la figura 13. En virtud de montarse en la placa base, el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico se mueven con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico y, en la posición final, la amura está completa, la combadura de la matriz se ha revertido (o invertido) y la vela ala produce sustentación en la dirección opuesta a la que se muestra en la figura 9. De nuevo, los perfiles aerodinámicos se han movido de una primera configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del primer elemento 10 se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento 11 y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento 11 se dirige hacia el borde de ataque del tercer elemento 12, a una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del tercer elemento 12 se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento 11 y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento 11 se dirige hacia el borde de ataque del primer elemento 10. Por tanto, tanto en la primera como en la segunda configuración, el flujo viaja sobre los elementos de perfil aerodinámico en la misma dirección con respecto a los elementos de perfil aerodinámico individuales.

Si bien se han descrito varias secuencias posibles particulares de movimientos de perfiles aerodinámicos anteriormente, se apreciará que los diversos elementos de perfil aerodinámico podrían ser hechos rotar en cualquier orden y en cualquier dirección, siempre que se logre el cambio de la combadura. Por ejemplo, cada elemento de perfil aerodinámico podría moverse al mismo tiempo y/o en direcciones opuestas entre sí y, opcionalmente, simultáneamente con la rotación de la totalidad de la vela ala. También debe entenderse que, como se describe a continuación, cuando se usan disposiciones con más de tres perfiles aerodinámicos, los perfiles aerodinámicos adicionales también se mueven de manera similar a la descrita anteriormente.

También se entenderá que los ángulos a través de los que se disponen los perfiles aerodinámicos para rotar pueden elegirse de acuerdo con su función. Al menos uno puede disponerse para rotar aproximadamente 360 grados y otros pueden disponerse para rotar aproximadamente 180 grados. Por ejemplo, el larguero principal, cuando se conecta al segundo perfil aerodinámico 11, puede disponerse para rotar 360 grados alrededor de su eje, y el primer y el tercer perfil aerodinámico 10, 12 pueden disponerse para rotar al menos 180 grados alrededor de sus ejes de rotación. Alternativamente, todos los perfiles aerodinámicos pueden disponerse para rotar 180 grados alrededor de sus ejes de rotación.

Como se muestra en las figuras 3-8 y 9-13, el sistema de la presente invención permite el uso de elementos de perfil aerodinámico que tienen forma simétrica alrededor de su línea de cable (es decir, no combados) para usarse para formar una matriz con una forma combada global. Esto permite que se logre fácilmente una configuración de sustentación muy alta en ambas amuras. En estas formas de perfil aerodinámico, la distancia desde la porción más gruesa de cada perfil aerodinámico hasta el borde de ataque es generalmente menor que la distancia desde la porción más gruesa de cada perfil aerodinámico hasta su borde de fuga. Es decir, desde el borde de ataque hasta el borde de fuga, el grosor del perfil aerodinámico aumenta y, luego, disminuye.

Como se muestra en la figura 3, los elementos de perfil aerodinámico tienen un borde de ataque redondeado y un borde de fuga ahusado. Por tanto, el grosor del perfil aerodinámico cerca del borde de ataque es mayor que el grosor cerca del borde de fuga. Esto puede dar como resultado una configuración en la que el radio de curvatura en el borde de ataque es mayor que el del borde de fuga. Por tanto, los elementos de perfil aerodinámico tienen un borde de ataque y un borde de fuga bien definidos, que se usan como tales independientemente de la orientación de los elementos de perfil aerodinámico. Se entenderá que el borde de fuga "ahusado" puede ser un borde agudo o puntiagudo, puede truncarse para formar una superficie plana o puede tener una superficie curvada en sección transversal con un radio de curvatura menor que el del borde de fuga. Esta forma puede proporcionar un flujo de aire óptimo sobre los elementos de perfil aerodinámico y el borde de fuga puntiagudo puede proporcionar un control mejorado sobre las ranuras mencionadas anteriormente, porque la punta permite que el flujo de aire sobre el borde de fuga se dirija con precisión. En una forma de este tipo, el centro de área de la sección de perfil aerodinámico está, habitualmente, más cerca del borde de ataque del perfil aerodinámico que del borde de fuga del perfil aerodinámico.

Para proporcionar la forma de matriz combada global, el eje 11x alrededor del que rota el segundo elemento 11 puede desplazarse con respecto a los otros ejes. En particular, cuando los ejes 10x y 12x son paralelos entre sí o se intersecan entre sí, el eje 11x puede desplazarse con respecto a un plano que se extiende entre los ejes 10x y 12x alrededor de los que rotan el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico 10, 12. Dicho de otra manera, si se dibuja una línea en vista en planta (a la misma altura en el eje) entre los ejes 10x y 12x del primer perfil aerodinámico 10 y el tercer perfil aerodinámico 12, el eje de rotación del segundo elemento de perfil aerodinámico 11 no se encuentra en esta línea. Se observará que el desplazamiento es tal que, independientemente de la amura de la vela ala, el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico se colocan hacia el lado de presión del segundo elemento de perfil aerodinámico.

La combinación del elemento de perfil aerodinámico que tiene una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga, disponiéndose los elementos de perfil aerodinámico para formar una matriz combada (es decir, desplazándose el eje del segundo elemento con respecto a los otros) con ranuras entre los elementos, y pudiendo cada elemento de perfil aerodinámico rotar independientemente entre sí, junto con todo el conjunto de vela ala rotatorio con respecto al buque en el que se monta, puede permitir una configuración de alta sustentación que se puede adaptar a cualquier viento aparente. Esto se puede lograr ajustando las posiciones de los elementos de perfil aerodinámico entre sí para ajustar la vela ala y proporcionar la máxima sustentación y, cuando sea necesario, invertir la combadura (como se ha descrito anteriormente).

En algunas disposiciones, una o ambas de la placa base 15 y la placa de extremo 16 pueden tener partes móviles, que pueden cambiar la posición de los ejes de rotación de cada elemento de perfil aerodinámico (por ejemplo, desplazar dinámicamente los ejes entre sí) y, por tanto, pueden variar la combadura de la vela ala. En una disposición, la placa base 15 y la placa de extremo 16 pueden comprender dos secciones articuladoras que pueden ambas rotar alrededor de los ejes 11x. La rotación de ambas secciones puede cambiar, por tanto, la posición de los ejes de rotación 10x y 12x y, por tanto, ajustar la combadura de la vela ala. La vela ala también podría amurarse de una manera diferente a la anterior, en la que las secciones articuladoras de la placa base 15 y la placa de extremo 16 son hechas rotar para revertir la combadura del ala.

En algunas disposiciones, como el que se muestra en la figura 1, cada uno de los ejes de rotación 10x, 11x, 12x de los perfiles aerodinámicos son paralelos. Sin embargo, en algunas otras disposiciones, los ejes de rotación pueden no ser paralelos y, además, las posiciones relativas de los ejes entre sí pueden variar con la altura.

Se entenderá que, en las disposiciones mostradas en las figuras 1-3, el eje de rotación de cada elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga de ese elemento de perfil aerodinámico. Dicho de otra manera, el eje se ubica dentro del propio perfil aerodinámico, que discurre paralelo a la dirección en el sentido de la envergadura del perfil aerodinámico, de manera que el elemento de perfil aerodinámico rota alrededor de sí mismo. Sin embargo, se entenderá que también son posibles otras disposiciones. Por ejemplo, el eje de rotación puede encontrarse en el borde de ataque del perfil aerodinámico o puede encontrarse fuera del perfil aerodinámico.

En particular, el eje puede ubicarse más cerca del borde de ataque que del borde de fuga de los elementos de perfil aerodinámico. Dicho de otra manera, el eje se ubica en el primer 50 % del cable. En algunas disposiciones, el eje puede ubicarse, preferentemente, en el primer tercio del cable desde el borde de ataque, más preferentemente, en una ubicación entre el 15 % y el 35 % del cable y, más preferentemente, en una ubicación entre el 20 % y el 30 % del cable. En particular, el eje de rotación puede colocarse en, o próximo a, el centro de presión del perfil aerodinámico. Habitualmente, esto podría ser aproximadamente el 25 % del cable medido desde el borde de ataque, pero esto puede variar de acuerdo con la forma del perfil aerodinámico, su ángulo de ataque y la orientación de los otros elementos de perfil aerodinámico.

Como se ha descrito anteriormente, los perfiles aerodinámicos pueden rotar a diversas configuraciones diferentes para proporcionar diferentes matrices combadas globales. Los perfiles aerodinámicos 10, 11, 12 también pueden moverse a otras posiciones en las que no forman una matriz combada. Por ejemplo, como se muestra en la figura 14, los perfiles aerodinámicos 10, 11, 12 se mueven a una posición en la que todas sus líneas de cable son paralelas entre sí. Esto podría ser, por ejemplo, una configuración "de veleta", en la que la línea de cable de cada perfil aerodinámico se alinea con la dirección del viento aparente. Esto puede proporcionar un modo a prueba de fallos, de manera que, si se pierde el control del perfil aerodinámico, o si el viento es demasiado potente para que lo soporten los perfiles aerodinámicos, se puede permitir que los perfiles aerodinámicos roten libremente y, por tanto, se alineen con la dirección del viento aparente. En otras disposiciones a prueba de fallos, los perfiles aerodinámicos pueden controlarse mediante accionadores o arietes hidráulicos para que se muevan a las posiciones deseadas, y también pueden desviarse a una configuración de veleta mediante uno o más miembros de desviación elásticos, tales como resortes, u otros dispositivos de almacenamiento de energía, tales como acumuladores o amortiguadores de gas, para que regresen a una configuración de este tipo en caso de pérdida de potencia. Por tanto, cuando el dispositivo recibe potencia, los accionadores o arietes hidráulicos superan la fuerza de los miembros de desviación elásticos para controlar las posiciones de los perfiles aerodinámicos, y el dispositivo se mueve pasivamente a una configuración de veleta cuando no hay potencia.

En la figura 15, se muestra una posible configuración adicional a aquella en la que se pueden mover los perfiles aerodinámicos. Esta configuración es una configuración replegada, en la que se reducen o minimizan la anchura y la longitud de la vela ala. En esta configuración, las líneas de cable también son paralelas entre sí, pero dos de los perfiles aerodinámicos (el primer y el segundo elemento de perfil aerodinámico, 10, 11) se alinean sustancialmente en una dirección, y el tercer elemento de perfil aerodinámico 12 se alinea en una dirección diferente. Es decir, el tercer perfil aerodinámico se dispone en un ángulo de 180 grados con respecto a los otros dos elementos de perfil aerodinámico. Esto puede proporcionar una configuración replegada, en la que se minimiza la anchura (es decir, la dirección de izquierda a derecha de la figura 15) del conjunto global. Dicho de otra manera, a diferencia de la disposición mostrada en, por ejemplo, Las figuras 3 y 10, el tercer elemento de perfil aerodinámico 12 no sobresale más allá del borde de la placa base y la placa de extremo.

Esta configuración puede usarse cuando no se están usando las velas ala y, por ejemplo, cuando el barco esté atracado, para minimizar el espacio ocupado por la vela ala 1.

La placa base 15 y la placa de extremo 16, así como proporcionan soporte estructural para el primer y el tercer elemento 10 y 12, también pueden alojar cualesquiera maquinarias y sistemas utilizados para mover los diversos componentes de la vela ala. Así mismo, también pueden reducir la emisión de vórtices procedentes de los elementos de perfil aerodinámico.

Como se observa en las figuras 16 y 17, una o más de las velas ala 1 pueden montarse en un barco 100. El barco 100 puede ser, por ejemplo, un granelero, un buque portacontenedores o cualquier otra embarcación adecuada. En la disposición mostrada en las figuras 9 y 10, se muestran tres velas ala 1. Sin embargo, se entenderá que se puede montar cualquier número de velas ala 1 en el barco 100, teniendo en cuenta, por ejemplo, el tamaño del barco y las condiciones en las que se utilizará. También se entenderá que las velas ala no necesitan montarse en el lado de babor del buque, sino que pueden montarse en cualquier ubicación adecuada. El larguero principal 14 puede montarse de manera rotatoria en el barco y puede montarse a través de la cubierta del barco, de manera que el peso de las velas ala (así como cualquier fuerza y momento generado por la interacción entre el flujo de aire y la vela ala) sea sostenido por el larguero principal. Por tanto, cuando el larguero principal, la placa de extremo, la placa base y los propios perfiles aerodinámicos rotan, todas las rotaciones son con respecto a la embarcación. Las figuras 18A y 18b muestran la rotación de las velas ala con respecto al barco de manera que se puede producir sustentación cuando el viento incide desde diferentes direcciones. Se entenderá que las direcciones del viento de las figuras 18A y 18B están a 180 grados entre sí y que la vela ala se puede ajustar en consecuencia cuando el viento está en una posición relativa intermedia.

La secuencia de las figuras 19-23 muestra una virada realizada por el barco y el consiguiente ajuste de la vela ala. En estas figuras, el viento se muestra como incidente desde la parte superior del diagrama. Se entenderá que esta secuencia también podría usarse en una situación en la que el viento se mueve con respecto al barco (es decir, cambia de dirección), en lugar de que el barco vire y, por tanto, cambie de dirección con respecto al viento. Debería entenderse que los siguientes movimientos pueden llevarse a cabo usando el mismo proceso de amura descrito en relación con las figuras 9-13.

Desde la posición inicial que se muestra en la figura 19, el barco comienza a virar en el sentido de las agujas del reloj en la vista que se muestra en la figura (es decir, a estribor), hasta alcanzar la posición que se muestra en la figura 20. Como se muestra en la figura 20, los perfiles aerodinámicos se giran de manera que sus líneas de cable sean paralelas al viento aparente. Esto se hace girando el segundo perfil aerodinámico 11 y el larguero principal 14, al que se conecta el segundo elemento de perfil aerodinámico, y girando la placa base, en la que se montan el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico. El primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico también rotan con respecto a la placa base de manera que sus líneas de cable sean paralelas al viento aparente. Esto da como resultado que los perfiles aerodinámicos estén en una configuración en bandera a medida que el barco "viaja a través" del viento aparente.

El barco continúa virando entonces, a través de las posiciones mostradas en las figuras 21 y 22, continuando los elementos de perfil aerodinámico rotando de manera que sus líneas de cable sean paralelas al viento aparente. Por último, cuando el barco ha alcanzado la posición mostrada en la figura 23, los elementos de perfil aerodinámico se mueven de manera que forman la forma de matriz combada descrita anteriormente. Se observará que, al moverse de la posición mostrada en la figura 19 a la de la figura 23, la combadura de los perfiles aerodinámicos se ha revertido.

Las figuras 24 y 25 muestran una segunda disposición de la vela ala 1. La vela ala mostrada en las figuras 25 y 25 es similar a la descrita anteriormente, pero comprende un cuarto elemento de perfil aerodinámico 13 además del primer, el segundo y el tercer elemento de perfil aerodinámico 10, 11, 12. El cuarto elemento de perfil aerodinámico 13 puede rotar independientemente con respecto a los otros elementos de perfil aerodinámico, y puede tener una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga. Por tanto, se entenderá que el flujo de aire desde el borde de fuga del tercer elemento de perfil aerodinámico se dirige hacia el borde de ataque del cuarto elemento de perfil aerodinámico 13 en la configuración mostrada en la figura 24. Aunque no se ilustra, la vela ala mostrada en las figuras 24 y 25 puede cambiar de amura de la misma manera que se muestra en las figuras 4-8 y se ha descrito anteriormente. En concreto, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico rota, de manera que la combadura de la matriz global se revierta. De igual manera, también puede moverse a las configuraciones de veleta y almacenada descritas anteriormente.

Se apreciará que también podrían añadirse elementos de perfil aerodinámico adicionales, dirigiéndose el flujo de aire desde el borde de fuga de cada elemento al borde de ataque del siguiente elemento. De igual manera, la combadura global puede ser tal que el eje de rotación de cualquier elemento dado no se encuentre en un plano que se extiende entre los dos elementos a cada lado de ese elemento.

Las figuras 26 y 27 ilustran una tercera disposición de la vela ala 1 de acuerdo con la presente invención. Esta disposición es similar a la mostrada en las figuras 1-3 y difiere en el hecho de que cada uno de los elementos de perfil aerodinámico se divide en dos porciones distribuidas a lo largo de la envergadura del perfil aerodinámico. Es decir, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 se divide en dos porciones 10a, 10b a lo largo de su envergadura, el segundo elemento de perfil aerodinámico 11 se divide en dos porciones 11a, 11b y el tercer perfil aerodinámico 12 se divide en elementos 12a, 12b a lo largo de su envergadura. Cada una de las porciones puede controlarse individualmente, de manera que las dos porciones de cada perfil aerodinámico puedan moverse entre sí. Esto puede permitir que el ángulo de ataque de cada elemento de perfil aerodinámico varíe a lo largo de su envergadura y, por tanto, a lo largo de la envergadura de la vela ala. Esto puede proporcionar una aerodinámica mejorada, ya que la dirección y la fuerza del viento aparente pueden variar con la altura.

Si bien la disposición anterior tiene cada elemento de perfil aerodinámico dividido en dos porciones, se apreciará que cada elemento de perfil aerodinámico podría dividirse en más de dos porciones, o que algunos de los elementos de perfil aerodinámico pueden dividirse a lo largo de la envergadura y otros pueden formar una única envergadura. En algunas disposiciones, los elementos de perfil aerodinámico pueden dividirse en un gran número de porciones a lo largo de su envergadura. Esto puede dar como resultado que los elementos de perfil aerodinámico se articulen para deformar sus superficies y, de ese modo, producir una forma variada a lo largo de la envergadura de la vela ala.

Las figuras 28 y 29 ilustran una cuarta disposición de la vela ala 1 de acuerdo con la presente invención. De manera similar a la disposición que se muestra en las figuras 1-3, la vela ala 1 incluye un primer elemento de perfil aerodinámico 10, un segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y un tercer elemento de perfil aerodinámico 12. Los elementos de perfil aerodinámico pueden ser sustancialmente similares a los descritos anteriormente.

Como se muestra en la vista en planta de la figura 29, los perfiles aerodinámicos 10, 11, 12 se pueden mover a una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico 10 se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento de perfil aerodinámico 11, y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico 11 se dirige hacia el borde de ataque del tercer elemento de perfil aerodinámico 12. Se observará que, juntos, los perfiles aerodinámicos forman una matriz que tiene una forma combada, como en la disposición de las figuras 1-3. Por tanto, el flujo de aire que incide sobre la matriz en el primer elemento de perfil aerodinámico 10 se dirige en sucesión al segundo y el tercer elemento de perfil aerodinámico, y fluye alrededor de la matriz. Se apreciará que, en la matriz, cada uno de los elementos de perfil aerodinámico proporciona sustentación a lo largo de un vector desde el lado cóncavo al convexo de la matriz combada.

En la disposición mostrada en las figuras 28 y 29, los perfiles aerodinámicos no se montan en una placa de extremo común, como en la disposición de las figuras 1-3, sino que cada perfil aerodinámico tiene su propia placa de extremo respectiva en cada extremo de su envergadura, sobre la que se monta el perfil aerodinámico. Es decir, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 se monta entre dos primeras placas de extremo 10e, el segundo elemento de perfil aerodinámico 11 se monta entre dos segundas placas de extremo 11e y el tercer elemento de perfil aerodinámico 12 se monta entre dos terceras placas de extremo 12e. La segunda placa de extremo 12e puede conectarse al larguero principal 14, así como, o en lugar de, el segundo elemento de perfil aerodinámico 12 (como se ha descrito anteriormente). Los ejes de rotación del primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico (10x y 12x, respectivamente) se muestran mediante líneas de puntos en la figura 28.

Como se puede observar en la figura 29, la primera y la segunda placa de extremo se conectan de manera articulada entre sí alrededor de un punto de pivote, uniendo, por tanto, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 al segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y proporcionando el eje de rotación 10x del primer elemento de perfil aerodinámico. De igual manera, la segunda y la tercera placa de extremo se conectan de manera articulada entre sí alrededor de un punto de pivote, uniendo, por tanto, el tercer elemento de perfil aerodinámico 12 al segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y proporcionando el eje de rotación 12x del tercer elemento de perfil aerodinámico.

Se observará, a partir de la figura 29, que la forma de la placa de extremo puede ser similar a la forma de la sección transversal del elemento de perfil aerodinámico, o puede tener una forma diferente. La forma de las placas de extremo puede elegirse según consideraciones aerodinámicas y/o estructurales. Por ejemplo, la primera placa de extremo 10e tiene una forma similar en vista en planta a la forma de sección transversal del primer elemento de perfil aerodinámico 10, extendiéndose el borde de ataque del primer elemento de perfil aerodinámico más allá de la primera placa de extremo 10e y teniendo la primera placa de extremo 10e salientes adicionales. La segunda placa de extremo 11e tiene una forma hexagonal, colocándose el segundo elemento de perfil aerodinámico dentro de la forma hexagonal. La tercera placa de extremo 12e se extiende más allá del borde de ataque del tercer elemento de perfil aerodinámico para unirse a la segunda placa de extremo 11e.

Se apreciará que la disposición particular de las placas de extremo mostradas en las figuras 28 y 29 es meramente ilustrativa y que son posibles otras disposiciones. Por ejemplo, una única placa de extremo para los tres elementos de perfil aerodinámico, similar a la descrita anteriormente en relación con las figuras 1 y 2, también puede adoptarse.

Se observará que, en esta disposición, el punto de pivote del primer elemento de perfil aerodinámico 10 (y, por tanto, su eje de rotación 10x) se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico. En particular, el punto de pivote se ubica hacia el borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico. También se notará que, en esta disposición, el punto de pivote del tercer elemento de perfil aerodinámico (y, por tanto, su eje de rotación 12x) se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico 11. Dicho de otra manera, el punto de pivote del tercer elemento de perfil aerodinámico se ubica fuera del tercer elemento de perfil aerodinámico. En particular, el punto de pivote se ubica en la región del borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico. Los puntos de pivote pueden elegirse para proporcionar la forma óptima de la combadura global de la matriz combinada de perfiles aerodinámicos. La ubicación del punto de pivote también puede coincidir con la intersección de la línea de cable proyectada de cada elemento cuando se dispone en una configuración de sustentación óptima. Las disposiciones de los puntos de pivote descritas anteriormente pueden permitir que se proporcione una alta sustentación en la posición operativa normal de la vela ala, al mismo tiempo que permite que la combadura se revierta cómodamente.

En la disposición de las figuras 28 y 29, a diferencia de la disposición mostrada en las figuras 1-3, la combadura de la matriz se puede revertir (o invertir) moviendo únicamente dos de los perfiles aerodinámicos. En particular, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 se mueve con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico 11 y el tercer elemento de perfil aerodinámico 12 se mueve con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico 11. El movimiento de cada perfil aerodinámico es una rotación alrededor de los ejes respectivos del primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico.

Los movimientos de los perfiles aerodinámicos para cambiar o revertir la combadura global de la matriz (y, por tanto, cambiar la amura de la vela ala) se muestran en las figuras 30-32, en las que se omite la estructura de soporte de los perfiles aerodinámicos para facilitar la comprensión.

La figura 30 muestra los elementos de perfil aerodinámico antes del proceso de amura, la figura 31 muestra los elementos de perfil aerodinámico en mitad del proceso de amura y la figura 32 muestra los elementos después de que se haya completado el proceso de amura (y se haya revertido la combadura). Se entenderá que este ejemplo es esquemático y no es necesario que el orden preciso de los movimientos sea como se describe a continuación. Por ejemplo, el primer y el tercer elemento pueden moverse simultáneamente o en diferentes momentos.

La figura 33 muestra un procedimiento de amura completo, revirtiéndose la dirección del viento aparente. Se observará que las posiciones 2-4 son sustancialmente similares a las mostradas en las figuras 30-32 y reflejan los movimientos descritos anteriormente en relación con esas figuras. Las posiciones 1 y 5 muestran que la totalidad de la vela ala también puede rotar (con respecto al buque en el que se monta) independientemente de los perfiles aerodinámicos individuales. Es decir, entre las posiciones 1 y 2, la propia vela ala rota en el sentido contrario a las agujas del reloj para iniciar la amura y, entre las posiciones 4 y 5, la propia vela ala también rota en el sentido contrario a las agujas del reloj para terminar la amura. Esto puede lograrse, por ejemplo, haciendo rotar un larguero principal 14, como se describió anteriormente en relación con otras disposiciones.

En la secuencia mostrada en las figuras 30-32, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 rota aproximadamente 70 grados en una dirección en el sentido de las agujas del reloj con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico 11. El tercer elemento de perfil aerodinámico 12 rota aproximadamente 50 grados en una dirección en el sentido contrario a las agujas del reloj con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico 11. Sin embargo, se entenderá que estos valores son únicamente ejemplos y que la cantidad de rotación puede variar según la forma de la combadura global de la vela ala. En general, el primer elemento de perfil aerodinámico 10 rota a través de un ángulo de no más de 110 grados y, preferentemente, no más de 90 grados. El tercer elemento de perfil aerodinámico 12 también rota a través de un ángulo de no más de 110 grados y, preferentemente, no más de 90 grados. La rotación a través de ángulos de menos de 110 y, preferentemente, menos de 90 grados, combinada con las rotaciones del primer y el tercer elemento que están en direcciones angulares opuestas (es decir, en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj), puede permitir que la combadura de la vela ala se revierta al mismo tiempo que se minimiza el movimiento de las partes individuales. Esto, a su vez, puede conducir a unos costes de fabricación reducidos y/o una mayor fiabilidad.

Se observará que, en la disposición mostrada en la figura 31, las líneas de cable de cada uno del primer, el segundo y el tercer elemento de perfil aerodinámico son paralelas entre sí, de manera que los tres elementos de perfil aerodinámico estén en una línea de "morro a cola". Esto se debe a que el eje de rotación del segundo elemento se encuentra en un plano que se extiende entre los ejes del primer y el tercer elemento. Esto se diferencia de la disposición mostrada en las figuras 1-8 anteriores, en la que el eje de rotación del segundo elemento se desplaza con respecto al plano que se extiende entre los ejes del primer y el tercer elemento.

Si bien la disposición de la figura 31 se muestra como una etapa intermedia en el proceso de revertir la combadura de la vela ala anterior, esta configuración también puede adoptarla la vela ala como una configuración de veleta, con todos los elementos de perfil aerodinámico alineados con el viento aparente. En una configuración de este tipo, debido a que cada uno de los elementos de perfil aerodinámico se alinea con el viento aparente y no hay una combadura global, sustancialmente no se produce sustentación. La manera en que los perfiles aerodinámicos se mueven a la configuración de veleta puede ser la misma que se ha descrito anteriormente.

Las figuras 34-36 muestran la secuencia de pivotamiento de las figuras 30-32, mostrándose los puntos de pivote alrededor de los que pueden pivotar los elementos de perfil aerodinámico y las placas de extremo del primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico. Esto proporciona otra ilustración de que, en esta disposición, el eje de rotación del primer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico, y que el eje de rotación del tercer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico.

Se entenderá que son posibles otras disposiciones para las ubicaciones de los pivotes, además de las descritas anteriormente y mostradas en las figuras 28-36. Por ejemplo, el eje de rotación del primer elemento de perfil aerodinámico puede estar dentro del primer elemento de perfil aerodinámico y el eje de rotación del tercer elemento de perfil aerodinámico puede estar dentro del tercer elemento de perfil aerodinámico. En otra disposición, el eje de rotación del primer elemento de perfil aerodinámico puede estar fuera del primer elemento de perfil aerodinámico (y puede estar dentro del segundo elemento de rotación) y el eje de rotación del tercer elemento de perfil aerodinámico puede estar fuera del tercer perfil aerodinámico (y puede estar dentro del segundo elemento de rotación). En otra disposición más, el eje de rotación del primer elemento de perfil aerodinámico puede estar fuera del primer elemento de perfil aerodinámico (y puede estar dentro del segundo elemento de rotación) y el eje de rotación del tercer elemento de perfil aerodinámico puede estar dentro del tercer elemento de perfil aerodinámico. De nuevo, como se ha descrito anteriormente, los puntos de pivote pueden elegirse para definir la forma global deseada de la combadura cuando la vela ala está en ambas amuras. Cuando los ejes de rotación se ubican dentro de elementos particulares en estas disposiciones, pueden ubicarse en los porcentajes de longitud de cable establecidos anteriormente.

En cualquiera de las configuraciones anteriores, se pueden añadir dispositivos aerodinámicos adicionales a uno o más de los perfiles aerodinámicos, en cualquier combinación. Por ejemplo, uno o más de los perfiles aerodinámicos pueden incluir un alerón de borde de ataque. Es decir, se puede proporcionar una porción móvil en el borde de ataque de uno o más de los perfiles aerodinámicos para aumentar la sustentación del perfil aerodinámico. Así mismo, se pueden proporcionar cercas de capa límite. Es decir, se pueden proporcionar dispositivos fijos que son alargados en una dirección paralela al cable de los perfiles aerodinámicos para reducir o evitar un flujo de aire en el sentido de la envergadura.

Los diversos componentes de la vela ala 1 pueden formarse de cualquier material adecuado y lo siguiente brinda ejemplos de tal. También se entenderá que los diversos materiales expuestos a continuación pueden combinarse. Los elementos estructurales de los elementos de perfil aerodinámico y el larguero principal pueden formarse de, o incluir, una carcasa de acero o una barra de acero sólida, u otra aleación metálica, tal como aluminio. Estos elementos también pueden formarse de, o incluir, un compuesto estructural, tal como carbono o vidrio E, y puede endurecerse con resina termoendurecible. De manera similar, los elementos estructurales de la placa base y la placa de extremo pueden formarse de, o incluir, una carcasa de acero o una barra de acero sólida, u otra aleación metálica, tal como aluminio. Los elementos estructurales también pueden formarse de, o incluir, un compuesto estructural, tal como carbono o vidrio E, que puede endurecerse con resina termoendurecible.

Los elementos de perfil aerodinámico pueden formarse de, o incluir, una porción central estructural y un carenado de borde de ataque y de fuga no estructural que puede formarse de, o incluir, un material compuesto, tal como carbono o vidrio E, que puede endurecerse con resina termoendurecible. Estas partes compuestas pueden formarse en dos o más piezas y, posteriormente, enlazarse o sujetarse entre sí. Alternativamente, los elementos de perfil aerodinámico pueden ser de naturaleza monocasco con bastidores estructurales internos o sin ellos.

Las estructuras metálicas y las partes de conexión pueden fabricarse, extrudirse, fundirse o imprimirse usando técnicas de fabricación aditiva. Los componentes compuestos pueden fabricarse mediante infusión al vacío, moldeo de preimpregnado o laminado húmedo (ya sea humano o robótico).

Las dimensiones del ala pueden variar dependiendo de la aplicación. En una realización de la invención, las velas ala pueden instalarse en un granelero de aproximadamente 200 m de eslora en flotación. Cada elemento de perfil aerodinámico de la vela ala utilizada con un buque de este tipo puede tener una envergadura superior a 30 m y una longitud de cable superior a 5 m; la base de los elementos también puede elevarse desde la cubierta. Sin embargo, se apreciará que las dimensiones de la vela ala de la presente invención no se limitan a esta y puede ser de cualquier tamaño adecuado para el buque en el que se va a montar.

Se entenderá que el movimiento de las diversas partes de la vela ala puede producirse mediante cualquier disposición de accionamiento adecuada. En una realización de la invención, el larguero principal se afianza a través de la cubierta y se extiende hacia el interior del cuerpo principal del casco. El larguero principal puede pivotar alrededor de su eje en una disposición de cojinete para permitir que el larguero rote 360 grados en cualquier dirección. La posición rotatoria del larguero principal puede cambiarse por medio de uno o más sistemas de anillo rotatorio y engranajes de tornillo sin fin que actúan sobre el eje del larguero principal contra la estructura del buque.

En otra realización de la invención, el larguero principal es hecho rotar por medio de uno o más accionadores rotatorios montados directamente. En otra realización más de la invención, uno o más accionadores lineales afianzados a la estructura del buque pueden hacer funcionar un brazo de palanca en el larguero principal para mover de ese modo el larguero principal. En todas las disposiciones anteriores, la fuente de energía utilizada para mover las partes de la vela ala puede proporcionarse mediante acumulación cinética de presión hidráulica o neumática, o entrada eléctrica directa.

El primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico 10, 12 pueden tener su eje vertical fijo con respecto al eje del larguero principal, pero pueden rotar independientemente del larguero principal soportado mediante uno o más cojinetes dentro de la placa base 15 y/o la placa de extremo 16. El primer y el tercer perfil aerodinámico pueden colocarse por medio de cualquiera de: a) un anillo rotatorio y una disposición de accionamiento de tornillo sin fin, b) uno o más accionadores rotatorios montados directamente, y c) uno o más accionadores lineales afianzados a la placa base y/o placa de extremo para hacer funcionar un brazo de palanca en el larguero o una disposición de engranaje lineal, o cualquier combinación de estos. Los componentes mediante los que se proporciona este accionamiento pueden alojarse en cualquiera o ambas de la placa base 15 y la placa de extremo 16, o pueden alojarse en los propios elementos de perfil aerodinámico.

La placa base 15 y la placa de extremo 16 pueden conectarse al larguero principal por medio de un cojinete superior e inferior, y el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico 10 y 12 pueden conectarse a la placa base y la placa de extremo de manera similar.

La vela ala 1 puede combinarse con una disposición de sistema de control para controlar la vela ala. En concreto, el sistema de control puede controlar la rotación de algunos, o todos, de el larguero, los elementos de perfil aerodinámico y la rotación de la placa de extremo y la placa base. El sistema de control puede controlar la vela ala automáticamente, tal como en respuesta a una condición de viento medida o basándose en la entrada de un usuario. Por tanto, el controlador también puede disponerse para revertir o invertir la combadura de la matriz ordenando los movimientos de los perfiles aerodinámicos descritos anteriormente. El controlador también puede disponerse para controlar el tamaño de las ranuras mencionadas anteriormente mediante, por ejemplo, un ajuste de la rotación de los elementos de perfil aerodinámico. El sistema de control puede integrarse con el sistema de control de la propia embarcación.

Cada una de las velas ala descritas en el presente documento puede ser capaz de producir una cantidad significativa de empuje en una amplia variedad de condiciones de viento. En una realización de la invención, en la que se adaptan tres velas ala al granelero descrito anteriormente, las velas ala pueden ser capaces de producir suficiente empuje para propulsar el barco sin el uso de un motor en ciertas velocidades y ángulos del viento.

Las disposiciones de vela ala y granelero descritas anteriormente pueden ser capaces de reducir significativamente el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero anuales del barco, especialmente cuando se usa junto con unsoftwarede optimización de rutas. Si el barco está equipado con apéndices modificados, tales como orzas de sable u orzaderas, las velas ala pueden ser capaces de reducir el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero anuales en una cantidad aún mayor.

Las evaluaciones de empuje y reducciones en el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero se basan en una serie de rutas de envío globales simuladas para un barco con y sin el uso de velas ala. Las simulaciones se repiten usando miles de fechas de inicio variables en un plazo de seis años de datos meteorológicos históricos para obtener un ahorro de combustible anual promedio habitual. Estas simulaciones tienen en cuenta fuerzas y momentos hidrodinámicos y aerodinámicos completos que actúan sobre el barco y las velas ala.

También se proporciona, en el presente documento, un método de control de una vela ala para una embarcación motorizada, comprendiendo la vela ala un primer elemento de perfil aerodinámico, un segundo elemento de perfil aerodinámico y un tercer elemento de perfil aerodinámico, en donde cada uno de los elementos de perfil aerodinámico puede rotar alrededor de un eje y tiene una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga. El método comprende mover los perfiles aerodinámicos a una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga de uno del primer o el tercer elemento se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento se dirige hacia el borde de ataque borde del otro del primer o el tercer elemento. En algunas disposiciones, los elementos de perfil aerodinámico se disponen en una matriz para formar juntos una forma combada y el método puede incluir mover al menos dos de los elementos de perfil aerodinámico para revertir (o invertir) la combadura de la forma combada. Los movimientos pueden ser, en particular, cualquiera de los movimientos descritos anteriormente.

Los expertos en la materia deberían entender que, si bien la presente invención se ha descrito haciendo referencia a realizaciones ilustrativas, no se limita a las realizaciones ilustrativas divulgadas. Diversas modificaciones, combinaciones, subcombinaciones y alteraciones pueden producirse dependiendo de los requisitos de diseño y otros factores en la medida en que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas o los equivalentes de estas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una vela ala (1) para una embarcación motorizada que comprende:

un primer elemento de perfil aerodinámico (10);

un segundo elemento de perfil aerodinámico (11); y

un tercer elemento de perfil aerodinámico (12);

en donde:

cada uno de los elementos de perfil aerodinámico puede rotar alrededor de un eje (10x, 11x, 12x) y tiene una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga;

los elementos de perfil aerodinámico son móviles a una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga de uno del primer o el tercer elemento se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento se dirige hacia el borde de ataque del otro del primer o el tercer elemento;

los elementos de perfil aerodinámico se disponen en una matriz para formar juntos una forma combada; al menos dos de los elementos de perfil aerodinámico se configuran para rotar para revertir de ese modo la combadura de la forma combada; y

los elementos de perfil aerodinámico se configuran para colocarse de manera que se formen ranuras (17, 18) entre el primer elemento de perfil aerodinámico y el segundo elemento de perfil aerodinámico, y entre el segundo elemento de perfil aerodinámico y el tercer elemento de perfil aerodinámico, configurándose las ranuras para regenerar el flujo de aire sobre el lado de succión de los elementos de perfil aerodinámico.

2. La vela ala de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer y el tercer elemento de perfil aerodinámico se configuran para rotar en direcciones de rotación opuestas entre sí para revertir de ese modo la combadura de la forma combada.

3. La vela ala de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde los elementos de perfil aerodinámico pueden rotar entre:

una primera configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del primer elemento (10) se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento (11) y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento (11) se dirige hacia el borde de ataque del tercer elemento (12); y

una segunda configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del primer elemento (12) se dirige hacia el borde de ataque del segundo elemento (11) y el flujo procedente del borde de fuga del segundo elemento (11) se dirige hacia el borde de ataque del tercer elemento (10);

en donde, tanto en la primera como en la segunda configuración, el flujo viaja sobre los elementos de perfil aerodinámico en la misma dirección con respecto a los elementos de perfil aerodinámico individuales.

4. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde al menos uno de:

el primer elemento de perfil aerodinámico (10) puede rotar con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico (11);

el primer elemento de perfil aerodinámico (12) puede rotar con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico (11);

el primer y/o el tercer elemento de perfil aerodinámico se configura para rotar con respecto al segundo elemento de perfil aerodinámico como máximo 110 grados y, preferentemente, como máximo 90 grados; y

cada uno de los elementos de perfil aerodinámico puede rotar independientemente a cada uno de los otros elementos de perfil aerodinámico alrededor de su eje de rotación respectivo.

5. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el tamaño de las ranuras es tal que la distancia entre el borde de ataque y el borde de fuga de los perfiles aerodinámicos adyacentes es del 20 % o menos del cable de al menos uno de los perfiles aerodinámicos.

6. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde al menos uno de:

el eje de rotación (10x) del primer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico (11);

el eje de rotación (10x) del primer elemento de perfil aerodinámico (10) se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del primer elemento de perfil aerodinámico (11);

el eje de rotación (12x) del tercer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico (11);

el eje de rotación (12x) del tercer elemento de perfil aerodinámico se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga del segundo elemento de perfil aerodinámico (12); y

cada eje de rotación respectivo se ubica entre el borde de ataque y el borde de fuga de su elemento de perfil aerodinámico respectivo.

7. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde al menos uno de:

el eje de rotación de cada elemento de perfil aerodinámico se ubica más cerca del borde de ataque que del borde de fuga de cada elemento de perfil aerodinámico respectivo;

el eje de rotación de cada elemento de perfil aerodinámico se ubica en el primer tercio del cable desde el borde de ataque, preferentemente, en una ubicación entre el 15 % y el 35 % del cable desde el borde de ataque, más preferentemente, en una ubicación entre el 20 % y el 30 % del cable desde el borde de ataque;

el eje de rotación del segundo elemento se desplaza con respecto a un plano que se extiende entre los ejes del primer y el tercer elemento; y

cada uno de los ejes de rotación son paralelos entre sí.

8. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde al menos uno de:

los elementos de perfil aerodinámico tienen forma simétrica alrededor de su línea de cable;

la distancia desde la porción más gruesa de cada elemento de perfil aerodinámico hasta el borde de ataque es menor que la distancia desde la porción más gruesa de cada elemento de perfil aerodinámico hasta el borde de fuga; y

la sección de cada elemento de perfil aerodinámico es sustancialmente uniforme a lo largo de la envergadura del elemento de perfil aerodinámico.

9. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, un cuarto elemento de perfil aerodinámico (13), teniendo el cuarto elemento de perfil aerodinámico una sección de perfil aerodinámico con un centro de área que está más cerca de su borde de ataque que de su borde de fuga, en donde los elementos de perfil aerodinámico son móviles a una configuración en la que el flujo procedente del borde de fuga del tercer elemento se dirige hacia el borde de ataque del cuarto elemento;

opcionalmente en donde el cuarto elemento de perfil aerodinámico puede rotar independientemente con respecto a los otros elementos de perfil aerodinámico alrededor de un eje de rotación ubicado entre el borde de ataque y el borde de fuga del cuarto elemento de perfil aerodinámico.

10. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde al menos uno de los elementos de perfil aerodinámico se divide en dos o más porciones distribuidas a lo largo de la envergadura del perfil aerodinámico, pudiendo cada porción rotar independientemente con respecto a las otras porciones.

11. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde los elementos de perfil aerodinámico pueden rotar a una configuración de veleta, en la que la línea de cable de cada elemento de perfil aerodinámico se alinea sustancialmente con una dirección de viento aparente;

opcionalmente en donde los elementos de perfil aerodinámico se desvían a la configuración de veleta mediante uno o más miembros de desviación elásticos.

12. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde los elementos de perfil aerodinámico pueden rotar a una configuración replegada, en la que las líneas de cable de cada elemento de perfil aerodinámico son sustancialmente paralelas entre sí y los bordes de fuga del primer y el tercer perfil aerodinámico se orientan entre sí; y/o

en donde al menos uno de los perfiles aerodinámicos comprende un alerón de borde de ataque y/o una o más cercas de capa límite.

13. La vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el segundo elemento de perfil aerodinámico se monta en un larguero principal (14) dispuesto para soportar el peso de la vela ala;

opcionalmente en donde los perfiles aerodinámicos se montan en una placa base (15) y pueden rotar con respecto a la placa base, montándose la placa base de manera rotatoria en el larguero principal;

comprendiendo opcionalmente la vela ala, además, una placa de extremo (16) montada en el extremo opuesto de la envergadura de los perfiles aerodinámicos a la placa base de manera que los perfiles aerodinámicos se montan entre la placa base y la placa de extremo, montándose la placa de extremo de manera rotatoria en el larguero principal.

14. Un sistema que comprende una vela ala de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, y un controlador dispuesto para controlar la rotación de los elementos de perfil aerodinámico, opcionalmente en donde el controlador se dispone para hacer rotar los perfiles aerodinámicos automáticamente en respuesta a al menos una de una condición de viento medida, una fuerza medida sobre la vela ala o un momento medido sobre la vela ala;

opcionalmente en donde los elementos de perfil aerodinámico se disponen en una matriz para formar juntos una forma combada, y el controlador se dispone para hacer rotar al menos dos de los elementos de perfil aerodinámico para revertir de ese modo la combadura de la forma combada.

15. Una embarcación (100) que comprende una vela ala de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-13.