JP2008515712A - 流体に関して物体を移動させるための物体移動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来技術の欠点をもたない物体移動装置を提供することである。
【解決手段】本装置は、運動方向(F)から見て、プレート面を走るフラップ後部と、前方部をもつ少なくとも1個のフラップ部材(3)を有する。前方部(8)は、フラップ部(17)が流体内でプレート面を横断する方向に、且つ、中立面(P)の両側にある2つの位置の間で移動できるように物体(2)に接続されている。さらに、本装置は、フラップ部材(3;61、62)の自由な振動運動を可能にする作動手段(8、9)と、フラップ部材(3;61、62)の振動振幅値が予め定められた閾値より小さい場合に、フラップ部材(3;61、62)を作動させるための駆動装置(6)とを有する。
【解決手段】本装置は、運動方向(F)から見て、プレート面を走るフラップ後部と、前方部をもつ少なくとも1個のフラップ部材(3)を有する。前方部(8)は、フラップ部(17)が流体内でプレート面を横断する方向に、且つ、中立面(P)の両側にある2つの位置の間で移動できるように物体(2)に接続されている。さらに、本装置は、フラップ部材(3;61、62)の自由な振動運動を可能にする作動手段(8、9)と、フラップ部材(3;61、62)の振動振幅値が予め定められた閾値より小さい場合に、フラップ部材(3;61、62)を作動させるための駆動装置(6)とを有する。
Description
本発明は、流体に対する運動の方向に物体を移動させるための物体移動装置に関する。
ピストンエンジンは、1ストロークごとに加速、減速、再加速が必要な構成部品からなる。これら加速及び減速は、それ自体有利でないシーケンスを形成するが、このエンジンの動作モードの不可欠な要素であるため受容しなければならない。例えば、回転エンジン(ワンケルエンジン)では、これらのシーケンスは回避される。
特許文献1(ノルウェー特許310401号)は、駆動装置すなわちエンジンの部品が共振周波数で振動するように設けられた船舶用推進装置を開示している。また、この振動駆動装置では、マス(質量体)が加速、減速されるが、このマスは、交互に、アキュムレータとエネルギー源となり、このことは、実際の振動にとって必須条件であり、いかなるエネルギー損失も引き起こさない。従って、この駆動装置は、前後に駆動される駆動素子の動作に十分に適しており、振動素子は振動駆動装置に容易に接続可能である。
特許文献1から、駆動装置はプレート状部材を移動させるように設けられ、このプレート状部材は船舶の運動方向に移動させることが可能であり、そのプレート面は船舶の進行方向を横断して走ることもまた公知である。この部材は、船舶の後方で水の間欠運動をもたらす。十分に大きい推進力を得るため、それ故に、物体は船舶の横断方向に大きな広がりをもたなければならないが、水面下の船舶の横断面が小さいことが望ましい場合には、これは不利である。
さらに、例えば、泳者が、各足に固定するフラップ状部材、いわゆる水かきを利用できることはすでに知られている。泳ぐ方向を横切って水かきを動かし、さらに任意で、同時に足関節を中心として水かきを振動させることで、泳者は比較的少ないエネルギーを用いて十分なスピードを得られる。しかしながら、一方向への足の各回の動きの最後に、泳者はこの動きを制止し反対方向に足を加速することにエネルギーを使わねばならず、これは多大なエネルギーを要する。
特許文献2(米国特許5370561号)から、ボートの船尾が、ボートから後方に延び水中に至る2本の傾動可能なアームを支持できることは公知である。フラップがアームの後端に枢動可能に接続され、アームが一方向及び他方向に交互に傾くと、前方への水力がフラップに対して働き、ボートの前進運動をもたらす。この配置において、アームはエンジンによって連続的に動かされ、そして、フラップに接続される歯付ベルトと、フラップの位置を判定するセンサーと、制御回路と、トルクモーターとからなる制御システムを用いて、水力によって生じるトルクに抗して、フラップを中立位置に向かって傾斜さることが試みられている。連続的に運転されるエンジンがピストンエンジンの場合、比較的燃費が大きくなる。制御システムは常に作動中でなければならず、これにより燃費がさらに増加することになる。さらに、制御システムは複雑で大きく、保守が大変であり、したがって、高価である。
特許文献3(米国特許1245540号)は、傾動可能なフラップが設置されるハウジングを備えたポンプについて記載している。傾動可能なフラップは、交互に、ポンプハウジング内に流体をくみ上げ、またハウジング外に流体を押し出すように設けられる。フラップ用の駆動装置については少しも論じられていない。
流体を移動させるためのそれ自体公知のプレート状部材を動作させるための、それ自体公知の振動駆動装置の組み合わせを有する装置では、この部材は、物体に関する流体の流れの方向を実質的に横切って移動するように設けられ、その結果、動作中わずかのエネルギーしか用いない非常に単純且つ安価な装置となる。この場合、物体とは、例えば、船などの船舶であり、船を前方へ移動させるために、部材は船の後方の水中に設けられる。あるいは、物体は、例えば、流体を運搬するためのパイプであってもよく、部材は、パイプに関して流体を圧送するために流体中に設置される。
本発明の目的は、前述の欠点をもたない上記種類の装置を提供することである。
本発明による装置の特徴的態様は、請求項に開示した特徴的性質から明らかである。
以下に、本発明の実施例を概略的に示す図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。以下、簡略化のため、部材を“フラップ”と呼ぶ。
以下の説明において、“右向きに”と“上方”の用語は、それぞれ、図面の右端へ向かう方向と、図面の、読者から離れる方向に面した端部を意味するものと理解されたい。図において、対応する部品は同じ参照番号で示す。
図1に示すように、水1の中に、船などの船舶の船体2が位置しており、船は水に対して速度Fで左方向へ移動している。実質的に流線形でプレート状のフラップ、すなわちフラップ部材3は、図において、水平に且つ船舶の長手方向に走るプレート面を有する。図1aからわかるように、フラップ3はフラップ部17と前方部18とを有する。フラップの前方部は、枢動軸4を有し、これによりフラップが船体において支持されるので、フラップ3は水平の回転軸5を中心として傾動することができる。枢動軸4と船体におけるその支持は、従って、ヒンジ及び第1の接続手段121を形成する。
駆動装置6は、長手方向において前後に移動可能な駆動ロッド7を有し、駆動ロッドは、枢動軸4に接続されるアーム8を作動させることができる。駆動装置6が駆動ロッド7を介してアーム8に対して右向きに力を及ぼすと、フラップは時計回りに傾動すなわち揺動する。
螺旋状のトーションバネなどのバネ9の一端は、船体2に固定され、トーションバネの他端は枢動軸4に固定される。トーションバネ9は、負荷がかかっていないとき、フラップのプレート面が中立面P、例えば水平面を走るように、フラップ3を保持しようとする。フラップ3とともに動かされる部品は、それぞれ対応する中立位置を有する。従って、フラップがそれぞれ時計回り方向及び反時計回り方向にその中立位置から離れていくと、バネ9は反対方向に徐々により多くの張力を受け、バネ9は常にフラップ3を中立位置に戻そうとする。
図示される実施例において、フラップ3と、枢動軸4と、アーム8と、任意のさらなる部品は、一体化したマス(質量体)を形成する。同時に、トーションバネ9とこのマスは、バネの剛性と、前記部品の質量と、振動の減衰についての各固定値によって決定される共振周波数において振動できるバネ/マス機構すなわち作動手段を形成する。
図は概略的であり、単に図の複雑さを増すだけの部品は含まない。従って、例えば、装置の各部品と船体等との間の隙間から水が船体内に流入するのを防ぐ密閉手段は、このような手段の構成が当業者にとって自明であるため、図には含まれない。
装置の作動形態について、装置の各部品が図1において実線で示す位置にあるという前提に基づいて、下記に説明する。
まず、駆動装置6は、駆動ロッド7を介してアーム8に、一時的なほとんど衝撃状の駆動力を右向きに及ぼし、これにより、アーム8とフラップ3は時計回りに移動する。このようにして、これらの部品は一定量のエネルギーを受け、このエネルギーの第1の部分はフラップ周囲の水に伝達される。このエネルギー部分は、中立面Pに対し実質的に直角方向に水を動かすという点で運動エネルギーに変換される。それ以外の残りのエネルギー部分は、フラップが図1の位置Nに向かって移動する間、バネ9における位置エネルギーに変換される。
フラップが位置Nに到達したとき、駆動装置によって供給された全てのエネルギーは、水に対する運動エネルギーとバネ9における位置エネルギーに変換されているため、これにより、フラップの速度はゼロである。フラップ3に対しバネ9が及ぼす力は、この時最大である。フラップがこうして位置Nに到達すると、バネ9は、フラップ3を反対方向、すなわち、反時計回り方向に中立面Pに向かって戻るように移動させる。その間に、バネの位置エネルギーは、水と、フラップ3と、フラップとともに移動する部品の運動エネルギーに変換される。このとき、フラップ3は運動の方向Fに対し斜めに走る。
フラップ3が中立面Pに到達したとき、バネ9の全ての位置エネルギーは、フラップ3と水に対する運動エネルギーに変換されている。その結果、水の運動速度は後向きの成分を有する。従って、反作用力が、運動方向Fに、フラップひいては船体に対して働く。次に、運動エネルギーの一部が、再び、バネ9における位置エネルギーに変換され、それから、フラップ3が図1の文字Oで示す位置で停止する。
次に、フラップは時計回り方向に加速され、前述の移動パターンが繰り返され、フラップと、フラップとともに動かされる部品と、バネは、自由振動構造すなわち自由揺動構造を形成する。フラップの極限位置NとOの間を、フラップ3が揺れるたびに、水は後方、すなわち、右向きに押される。一方、船体に対しては、反作用力が左に向かって、すなわち、方向Fにおいて前方に加えられる。水の運動をもたらすのはフラップのフラップ部17であることが理解されよう。前方部はこの運動にはごくわずかしか寄与しない。
本発明による装置はまた、振動振幅を監視できる機構(図示せず)を有する。この機構は、例えば、フラップの角度位置と移動を判定するセンサーと、センサーに接続されたコンピュータを有してもよい。振動振幅が減少して予め定められた閾値を下回り、アーム8が駆動装置6から離れる方向の運動を開始したと判定されると、制御信号がコンピュータから駆動装置6に送られ、上述したように、アーム8に対しできる限り一時的な力が加えられる。その結果、振動構造は大量のエネルギーを供給されるので、振幅低減すなわち減少に対する補償が得られる。従って、駆動装置6は小さくてよく、振動構造に対しエネルギーの新規供給が必要な場合にだけ用いられる。駆動装置は、例えば、燃焼室を有してもよい。燃焼室内には、急速に燃焼し、駆動ロッド7に接続されたピストン又はダイヤフラムを作動させる、可燃性ガス物質又は固形物質などの可燃性物質を所望の時点で導入することができる。
図2は、図1に示したものと類似する装置を示すが、ここでは、非柔軟性のフラップ部材すなわちフラップ3は、非柔軟性のほぼプレート状のフラップ部17を有し、フラップ部材の前方部は剛性のロッドすなわち支持ロッド10からなる。ここで、水の運動をもたらすのはフラップ部であり、一方、前方部はこの運動に対してわずかに寄与するだけであることが考慮されている。従って、傾斜軸5とフラップ部17の間の距離は増加した。フラップ3が中立位置にあるとき、フラップ部のプレート面は中立面Pを走る。
支持ロッドの前端は、傾斜軸5を中心として傾動できるように、船体に接続される。
支持ロッドの後端は、連結点75において、適当な手段(図示せず)を介しフラップ部17の前方部と柔軟に接続される。この接続は、ヒンジ装置でもある第2の接続手段122を形成する。
これらの手段は、弾性的弾力的に、支持ロッド10とフラップ部17を互いに整列する位置にそろえようとする。その位置で、支持ロッド10はプレート面を走る。支持ロッドの前端には、例えば、支持ロッド10を図2の実線で示す中立位置に保持しようとするトーションバネ9を設けてもよい。
図3からわかるように、上面図におけるフラップ部17は実質的に三角形であり、魚の尾の形状を有していてもよい。ここで、推進力に関して無益であり、フラップ部に略長方形形状を与えることになる、フラップ部の前方外側領域における部分76は削除されている。しかしながら、フラップ部17は別の形状を有してもよい。例えば、好適には、楕円形であってもよい。
図4において、支持ロッド10とフラップ部17の、互いに関して異なる各位置が破線で示され、ここでは支持ロッド10もまた、傾動してその中立位置から離れていく。
すなわち、支持ロッド10とフラップ部17が、それぞれ第1の位置S1及びK1において示され、ここでは、支持ロッドは、その中立位置から反時計回りに短い距離だけ離れて移動している。しかしながら、柔軟性をもつ連結点75とフラップ部の慣性及び水抵抗のために、フラップ部17は、支持ロッド10に対して時計回り方向に短い距離だけ揺動して位置K1に至る。支持ロッドがその上限位置S2まで傾動すると、フラップ部17は位置K2においてほぼ水平に走る。
しかしながら、その直後に支持ロッド10が中立位置に向かって時計回り方向に移動し位置S3(簡略化のため、支持ロッドの位置S1と一致する)に至ると、フラップ部17は、上記と同じ理由から、支持ロッドに対して反時計回り方向に短い距離だけ傾動して位置K3に至る。支持ロッド10が、中立位置を過ぎて時計回り方向にさらに移動すると、中間位置S4と、次に下限位置S5に至り、フラップ部17と支持ロッド10の互いに対する位置はわずかに変化する。
続いて、支持ロッドは、下限位置から中立位置方向へ移動することができ、これにより、上限位置から中立位置に至る前述の移動パターンに相当する、支持ロッドとフラップ部17の移動パターンが得られる。
支持ロッド10とフラップ部17を非柔軟性とする代わりに、どちらか一方あるいは両方とも弾性的に柔軟であってもよい。弾性手段を点75に設けることは好適であるが、支持ロッドとフラップの接続は非柔軟性であってもよい。このような手段は、一端が支持ロッド10に接続され他端がフラップ部17に接続されたトーションバネでもよい。あるいは、弾性的に柔軟であり、支持ロッド10とフラップ部17に接続された材料によって接続を形成してもよい。
図5は本発明の別の実施例を示し、ここでは、船体1が、図1に示すフラップと類似するフラップ部材すなわちフラップ3を支持する。但し、フラップ3は、第1のバネ11を介しスライドブロック12に接続される。スライドブロックは、レール13内を走り、このレールは船体に固定され、運動方向Fとフラップのプレート面を横断して走る。このようにして、フラップ3は中立面Pを横断する並進運動を行なうように配置される。第1のバネ11は、フラップのプレート面が運動方向F、すなわち、スライドブロック12に対する中立位置を走るようにフラップ3を保持しようとする。しかし、第1のバネは、フラップ3が弾力的に、フラップの前端に近接する振動軸5を中心として両方向に、ある角度距離だけ角度変位することを可能にする。スライドブロック12の上端部は、圧力引張組合せバネ又はその他のバネ14の一端に接続されてもよい。バネ14の他端は、船体1に接続される。スライドブロック12の第2の端部は、ロッド7を介し駆動装置6により加えられる圧縮力により作動させることができる。駆動装置6がスライドブロックにいかなる圧力も及ぼさず、フラップ3が静止しているとき、バネ11及び14は、図5の実線で示す位置、すなわち、フラップが中立面Pを走り、レール13に対してその中立位置にある位置に、フラップ3がくるようにする。
フラップ3が静止して、図5の実線で示す位置にあり、上向きの力が駆動装置6によってスライドブロック12に加えられた場合、スライドブロック12はまず上方へ向かって加速され、一方、フラップ3は自身の慣性及び水抵抗により、第1のバネ11のバネ特性に応じ、短い角度距離だけ時計回り方向に揺動され、第2のバネ14は、この時、圧縮される。駆動装置6によって、スライドブロックと、バネ11と、フラップ3を有する可動構造に供給されるエネルギーが、フラップ3の周囲の水の運動エネルギーと第1及び第2のバネ11及び14における位置エネルギーに変換されたとき、スライドブロック12は上方位置(図示せず)を有し、ここで、フラップは、図5の参照文字Cで示す位置にある。
第1のバネ11は、次に、フラップ3を位置Dに旋回させ、一方、第2のバネ14は、スライドブロック12を下方へ向かって加速させる。スライドブロック12とフラップ13が中立面Pを通過するとき、バネ11及び14における全ての位置エネルギーが運動エネルギーに変換されている。それから、バネ11及び14は上述と同様にして再び張力をかけられる。このようにして、振幅を徐々に減らしながら繰り返されるフラップの振動もまた得られる。振幅が予め定められた閾値を下回ると、駆動装置が再起動されて、スライドブロックに対して前進力を加え、振幅減少の補償が得られる。
従って、傾動運動の各ストロークの間、フラップ3が中立面に対し斜めに走ることにより、例えば、フラップによる水の効果的な後方運動とそれに対応して大きな船体に対する反作用力とが得られること、および、フラップは次に、傾動ストロークの上部における位置Dに対応する位置に移動することが理解されよう。さらに、図5によるフラップ3は、中立面を横断する方向に長い距離を移動し、これはまた、図2に示すフラップの場合も同様であることが理解されよう。このようにして、効率的な装置が得られる。第1のバネ11を有する装置の代わりに、フラップ3を弾力性材料で作り、スライドブロック12に直接固定してもよい。このようにして、フラップ3が、その振動の間、そのプレート面を横断する方向に曲げられて位置C及びDのような位置に至るようにしてもよい。一方、この場合にもまた、位置エネルギーは、フラップに蓄えられたりフラップから放出されたりする。
側面から見ると、フラップ3は後方に向かってテーパ状にされているので、この方向に剛性が低下することが保証される。あるいは、この装置はバネ11を有する上に、さらに弾力性材料から作られてもよい。図6は、図1に示す種類のフラップを示し、このフラップは駆動装置83によって作動させてもよい。トーションバネ11は、2個のコイルバネ80及び81を有し同様に機能する装置によって置き換えられ、2個のコイルバネは、フラップ3に固定して接続されるアーム82を作動させる。フラップ3は、例えば、正方形の断面を有する導管すなわちパイプライン84の2つの壁の間に配置され、このようにしてポンプとして機能することができる。この装置の機能は、図1の装置の機能に対応するが、この場合には、フラップ3と導管84の壁との間の連携が得られるため、効果はより優れている。
図7は本発明による装置の図であり、この装置は図1に示す装置と類似する。しかしながら、この装置に関しては、固定プレートすなわち壁31及び32がフラップ3の上下にそれぞれ配置される。壁31及び32の間隔は、壁の前端から壁の後端に向かって大きくなる。壁31及び32の各々は、2個の逆止め弁34及び35を備える。ここで、弁は2個より多くても少なくてもよいことが理解されよう。これらの逆止め弁34及び35は、壁の外部からの流入、すなわち、矢印で示すように、壁の、フラップ3から離れる方向に面する側の空間から壁に挟まれた空間への流入を可能にするように設けられる。フラップ3の前端に、又は前端の前方に、壁31及び32に挟まれた空間から前方に水が流れるのを防ぐ横断壁36を備えてもよい。フラップ3全体が船の後方の水中に設置される場合、前方壁は、例えば、壁31及び32に挟まれた空間に水を流入させることを可能とする少なくとも1個の逆止め弁を有してもよい。
フラップ3の振動の間、水は、フラップが一時的に離れてゆく方のプレート31及び32の弁34及び35から吸い込まれるが、一方、反対側のプレートの弁は閉鎖されたままである。図7に示すように、フラップ3が、例えば、時計回り方向に一時的に移動する場合、フラップ3とフラップ3が一時的に向かっていく方のプレート32との間の水は後方に押しやられ、これにより、弁35は閉鎖されたままである。一方、上側プレート31の弁34は開き、その結果、水は弁34を介して上方から、フラップ3とフラップ3が離れていく方のプレート31との間の空間に流入する。従って、本装置は、フラップの振動の間、高効率を有することが保証される。
図8は本発明による装置の別の実施例を示し、本装置は逆止め弁を備える2つの壁の間で逆位相で移動できる2個のフラップ37及び38を有する。フラップ37及び38が互いに向かって移動する場合、フラップの間の水は後方に押しやられる。フラップが互いから離れて移動する場合、水は、両方の壁の弁を通って流れる。
図9は本発明による装置の図であり、この装置は図1に示す装置と類似するが、ここでは、フラップ3は弾力性材料で作られ、その横断方向に可撓性をもつ。
図10〜13は、図6に示すものと類似するフラップをもつ装置を示すが、ここでは、フラップ3はエラストマー材料で作られ、フラップの上下に且つ中立面Pに関して対称に、プレートすなわち壁51及び52が設けられる。壁は中立面Pに関して対称に配置され、壁同士の距離は右に向かう方向に大きくなる。逆止め弁53が、図7に関連して説明したように、壁に設けられる。フラップの振動の間、水は、逆止め弁を介して、フラップ3と各壁51及び52の間の空間に流入することができる。フラップ3の前方部分の前で、壁51及び52は、横断壁54を介して互いに接続され、この横断壁をアーム8が封密状態で通過している。アーム8は、上記のように、駆動装置6によって作動させることができる。
図10において、フラップは静止しており、中立面Pを走る。フラップがこの位置にあるとき装置を起動するために、駆動装置6が起動され、次に、駆動装置はアーム8に対して短く力を加え、その結果、フラップ3はまず傾動軸5を中心として反時計回り方向に傾動し、図11に示す位置に至る。このように、フラップ部の一連の部分は、前方から後方に見て、上壁51に連続的に当接し、水は従って、下壁52の逆止め弁を通って、フラップと下壁との間に引き込まれる。同時に、上壁51とフラップ3の後部との間の水は、実質的に後方へ押しやられる。同時に水が横向きに押しやられるのを防ぐため、本装置に、垂直プレートすなわち壁(図示せず)を、上壁51と下壁52の間に、フラップの側縁に近接して設けることが好適である。フラップ3をこれらの垂直壁に密封状態で当接させることができれば、プレート51及び52の間の空間を横方向で密封することができる。図11に示すようなフラップ3の位置で、フラップ3と上壁51との間の空間は、従って、後方のみ開放されている。
次に、振動装置は、図12に示すようなフラップ形状が得られるように、フラップ3を下方に揺動させる。このとき、フラップ3と下壁52の間の水は後方に押しやられ、一方、フラップ3と上壁51の間の空間に、水が逆止め弁53を介して引き込まれる。フラップ3が、このように、時計回り方向にさらに揺動され、下壁52に近づくと、図13に示すようなフラップ形状が得られ、これは図11に示すものと類似する。角度αは、フラップの前端における、中立面とフラップのプレート面との角度を表す。この運動は、フラップ3がその全長にわたって下壁に当接することで随意終了する。
図10〜13に示す装置は、このように非常に簡略で効率的であり、もしさらに本装置が垂直側壁すなわちプレートを有するならば、その効率をさらに上げることが可能である。フラップの前方部には、トーションバネを備えてもよい。つまり、フラップ部17の撓みは、前方部が弾性的に変形可能であることによって与えることができ、その結果、所望の振動効果が得られる。
図14は、図5に示す装置と同様の機能を有する装置を示すが、本装置は上壁91及び下壁92を有する導管すなわちパイプライン90内に設置される。壁91及び92の開口を介して、アームすなわちロッド8の形態の部材が封密状態でスライド自在に通過し、このロッドは、駆動装置6の駆動ロッド7に接続される。ロッド8はその長手方向において、前後に動くように設けられる。ロッド8の上部の先端は、上壁91から突出し、2個のバネ94及び95により作用を受ける。2個のバネは、ロッド8を中立位置に保持しようとするが、アームが中立位置から弾性的に離れることを許容する。ロッド8の中心部の連結点93において、ロッドはフラップ3の前端部と接続され、この接続は弾性的で、フラップ3が連結点93を中心として傾動することを可能にする。
図15は、壁102の一部に近接する傾動軸5を中心として傾動するように設けられたフラップ100を有する装置を示す。フラップ100は、矢印で示すように、フラップ100と壁部102によって規定される空間に水を流入させることを許容する逆止め弁103を有する。フラップ3の前方部は、トーションバネ9などのバネに接続され、駆動装置6は、フラップ100に接続されたアーム8に対し一時的な力を加えるために設けられる。
例えば、壁部は、船の外被すなわち外板の一部であってもよい。フラップが、壁部102に向かって、また、離れるように振動傾動することは、上記のように、水の後方への運動と、ひいては船の運動をもたらす。
図16は、図15に示す種類のフラップ100を2個有するアセンブリを示す。フラップ100は、例えば逆位相で、互いに独立あるいは互いに依存して、移動することができる。フラップ3の間には、船に固定して接続されるプレート105が配置されている。
図17は、本発明の実施例の側面図であり、ここで、本発明は逆位相で移動可能な2個のフラップ61及び62を有する。
各フラップ3はそれぞれアーム64と65を有し、アーム64と65は、駆動装置6に接続される接続ロッド手段66を介して互いに連接する。フラップ61と62はそれぞれ、螺旋状のトーションバネ69と70に接続される。
各フラップ3は、図16に示すものと類似する少なくとも1個の弁67及び68を有し、これらの弁は、フラップ61及び62の間の空間に水を流入させることを許容し、反対方向には許容しないように配置される。
この装置において、フラップ61及び62は、各中立位置を中心として、実線で示す極限位置と破線で示す極限位置の間を、逆位相で、互いに向かってあるいは互いから離れる方向に振動するように配置される。フラップ61及び62が、駆動装置6及びバネ69及び70によって作動されず、静止しているとき、これらフラップはそれぞれの中立位置、すなわち図示した位置の間の中立面にある。フラップ61及び62が互いに向かって移動する間、それらの間の水を、フラップ61及び62間の空間から後方に押しやることができ、一方、弁67及び68は閉じたままに保たれる。フラップ61及び62が互いから離れて移動する場合、水は弁67及び68を介してこの空間に流入することができる。従って、本発明による極めて効率的な装置を得ることができる。上述の装置の推進力及びポンプ作用を増進するため、複数の装置を統合してアセンブリとすることが可能である。
図18は、図6に示す種類のフラップ3を2個有する装置を示す。フラップは導管の2つの外壁21及び22間に配置される。フラップ3の間に、流線形の中央ガイドプレート20が配置される。図1による螺旋状トーションバネの代わりに、図6におけるように、フラップ3の枢動軸4に接続されたアーム8の両側を作動させる一対の圧力バネ23及び24が設けられる。フラップ3は、関節アーム27を介して相互連結される枢軸アーム25及び26にそれぞれ接続される。駆動装置6は、上述したように関節アーム27を作動させるように構成されている。単に2個のフラップを有する装置の代わりに、一列のフラップを同様に並べて設けることも可能である。
図19は、図7に示したものと同様の種類の装置を一列に、運動方向Fを横断する方向に並べた機構を示す。
図20〜22は、図7に示すものと類似する装置の図であるが、本装置は、パイプライン41の部分42に設けられ、パイプラインを介して流体を圧送する。部分42は長方形の断面を有する。パイプライン41は、従って、装置の運転中、流体が流過する物体を形成する。
図20には、上方から見た装置を示し、上カバー45(図21)は除去されている。従って、パイブラインの部分42の両側壁すなわちカバー43及び44内に、枢動軸4を介して枢動可能に支持されたフラップ3を見ることができる。
図21はパイプライン41の側面図であり、側部カバー44が除去されている。フラップ3の上下には、各プレートすなわち壁46及び47が設けられ、これらのプレート46及び47のそれぞれには、図7に示す種類の弁が多数取り付けられている。さらに、プレート46及び47の前方部は、フロントプレート48を介して相互接続される。さらに、多数の逆止め弁50が、プレートの後端の間に設けられ、フラップ3の振動の各部分の間、流体がパイプライン内を前方に流れることを防止する。
図22は、図21の部分Aを拡大して示し、逆止め弁49の構成がより明瞭に示される。
図23は、図21のX−X線に沿った、パイプライン41の断面を示す。この線は、パイプラインの部分を接続するフランジの間を走る。
図24は、図14に示す種類のフラップ3を3個有する装置を示し、バネ及び駆動装置は省略されている。全てのフラップ3に柔軟に接続されたアームすなわちロッド8と、バネ及び駆動装置の機構により、流体を圧送するためのパイプラインに用いることができ、あるいは、例えば水噴射装置のような船舶駆動装置として用いることができる非常に簡素な装置が得られる。任意に、フラップを船舶付近の水中に配置し、アーム8を船体から突出する支持部に支持することができる。
図25は、図16に示す種類の装置を5個有するアセンブリを示し、ここでは、バネと、駆動装置と、フラップがロッドを介してともに接続できることが概略的に示されている。
図26は、例えば、図1〜17に示した種類のフラップを有する16個の装置のアセンブリを示す概略図であり、背面から見たものである。例えば、本アセンブリは、4列の装置からなり、各列は4個の装置からなり、装置は間隔をおいて配置されている。アセンブリは、例えば、流体を圧送するためのパイプライン107内に配置しても、あるいは、船の船尾の水中に、その推進力のために配置してもよい。本装置は、例えば、船の操縦のために、例えば、個々に制御及び運転されてもよい。あるいは又はさらに、共通の又は個別の垂直の振動軸を中心として揺動できるように、これらの装置を構成してもよい。
最後に、図27は、図24に示したものと類似のアセンブリを示し、パイプライン110の各側に、パイプライン110を横断し、その上部及び下部を封密状態で貫通して走る垂直アーム8が設けられている。各アーム8の後方に、支持体111が設けられ、この支持体には、垂直方向に間隔をおいて設けられた一連の凹部112が形成されている。3本のステーバー113が、アーム8の間に、対応する垂直方向間隔をおいて走っている。
また、3個のフラップ114が、導管中に設けられる。各フラップの前方部には、フラップの横断方向に走る貫通孔が形成されている。この孔は、フラップの長手方向に細長く、ステーバー113が各孔を通って走る。フラップの後端部は、各凹部112に挿入される。
ロッド8が交互に上下に運動すると、パイプライン内の流体の運動が、矢印で示す方向に得られる。
ここで、説明し図示した実施例の多くの特徴は、組み合わせ可能であることが理解されよう。例えば、フラップは非柔軟性であってもよいし、弾力性材料で作られてもよい。プレートすなわち壁は、フラップの上及び/又は下及び/又はその側面を走るものを備えてもよい。フラップ及び壁を備える場合、フラップ又は壁に弁を設けてもよい。
上記では、フラップのプレート面が水平に走ることが示されているが、プレート面は垂直又は斜めに走ってもよいことが理解されよう。
本発明による装置のすべての実施例は、船の推進のため、又は、パイプライン中の流体を圧送するため、又は流体と装置の互いに対する運動を得るための別の態様に用いることができる。明確さのために、図示の典型的な実施例には、できるだけ簡潔な手段を用いた。例えば、フラップを中立位置に保持しようとするバネ要素として、螺旋状のトーションバネ又はコイルバネを用いた。しかしながら、当業者であれば、同様の効果を得るために、その他の手段、例えば、空気圧手段を利用できることが理解されるであろう。上記では、駆動装置はフラップの動作について間欠式であると述べたが、連続的動作のための駆動手段を用いることもできる。
Claims (28)
- 流体に対する運動の方向(F)に物体を移動させるための物体移動装置において、
前記運動の方向(F)から見て、プレート面を走るフラップ部(17)と、前方部(18)とを有する少なくとも1個のフラップ部材(3;61、62)と、
前記前方部(18)を前記物体(2)と接続し、前記フラップ部(17)が中立面(P)の両側にある2つの位置の間で前記プレート面を横断する方向に流体中を移動することを許容する第1の接続手段(121)と、
前記フラップ部材(3;61、62)と共に機械的振動機構を形成し、前記フラップ部材(3;61、62)の自由な振動を許容するように設けられた作動手段(8、9)と、
前記フラップ部材(3;61、62)の運動を開始させ、かつ、前記フラップ部材(3;61、62)の振動振幅値が予め定められた閾値より小さい場合に運動を増大させるように、前記フラップ部材を間欠的に作動させる駆動装置(6)とを有することを特徴とする物体移動装置。 - 前記第1の接続手段(121)は、物体に対する前記フラップ部材(3;61、62)の傾動運動を可能とするヒンジ装置から成ることを特徴とする請求項1に記載の物体移動装置。
- 前記前方部(18)は、ロッド(10)であることを特徴とする請求項1又は2に記載の物体移動装置。
- 前記ロッド(10)は、第2の接続手段(122)を介して前記フラップ部(17)に接続されたことを特徴とする請求項3に記載の物体移動装置。
- 前記第2の接続手段(122)は、ヒンジ装置であることを特徴とする請求項4に記載の物体移動装置。
- 前記第2の接続手段(122)は、前記前方部(18)又は前記フラップ部(17)の柔軟性をもつ部分から成ることを特徴とする請求項5に記載の物体移動装置。
- 前記第2の接続手段(122)は、弾力的弾性的に、前記フラップ部(17)と前記前方部(18)を、互いに対して予め定められた位置に保持しようとする手段を有することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前記第1の接続手段(121)は、前記中立面を横断する方向に前記前方部を移動させるための手段(10;12、13)を有することを特徴とする前記請求項1〜7のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前記前方部の並進運動のための手段は、前記前方部(18)を支持し、前記物体において支持され、前記中立面(P)を横断して走る経路内を移動するように構成された要素(12)を有することを特徴とする請求項8に記載の物体移動装置。
- 前記要素は、前記中立面(P)を横断して走るレール(13)内に支持されるスライドブロック(12)であることを特徴とする請求項9に記載の物体移動装置。
- 前記要素はロッド(8)であり、前記ロッド(8)の少なくとも一方の端部は前記物体(2)に支持されることを特徴とする請求項8に記載の物体移動装置。
- 前記フラップ部材(3)の少なくとも一方の側に、前記物体に対して静止した壁(21、22;31、32;46、47;51、52;84;91、92;100;102;110)が設けられたことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前記フラップ部材(61、62)と前記壁(31、32)の一方に、前記フラップ部材と前記壁によって規定される空間の方向に開く少なくとも1個の逆止め弁を設けたことを特徴とする請求項12に記載の物体移動装置。
- 1つの壁(102)と1個のフラップ部材(100)が設けられ、前記フラップ部材と前記壁との間の空間は、前記フラップのプレート面が前記壁に近接して走る場合を除き、前記物体の進行方向(F)から見て、後方に広がることを特徴とする請求項13に記載の物体移動装置。
- 2つの壁(31、32)が設けられ、前記壁の間の空間は、前記物体(2)の進行方向(F)から見て、後方に広がることを特徴とする請求項13に記載の物体移動装置。
- 一致する傾動軸又は互いに近接して走るそれぞれの傾動軸を有する2個のフラップ部材(37、38;61、62)が設けられ、前記フラップ部材は逆位相で移動可能であることを特徴とする前記請求項1〜15のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前記フラップ部材(3)の前記フラップ部(17)及び前記フラップ部材(3)の前記前方部(18)の少なくとも一方は、弾性的に柔軟であることを特徴とする前記請求項1〜16のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前方及び後方から見て、前記フラップ部の一連の部分は、前記壁(51;52)に対して連続的に当接するように設けられたことを特徴とする請求項12又は17に記載の物体移動装置。
- 前記フラップ部(17)は、そのプレート面の方向で見たとき、略三角形を有し、前記三角形の頂点は前方を向いていることを特徴とする前記請求項1〜18のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前記物体移動装置は、導管内に設置され、導管通って流体を圧送するように配置されることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の物体移動装置。
- 請求項1〜17に記載の物体移動装置を複数個有し、前記物体移動装置は、互いに角度を成して走る少なくとも2列に設けられたことを特徴とする物体移動装置の配置。
- 前記物体移動装置の駆動装置(6)は、個別に制御可能であることを特徴とする請求項21に記載の物体移動装置の配置。
- 前記前方部(18)は、運動方向(F)に走るロッド(10)から成り、前記ロッドの後部は前記フラップ部(17)に、剛性または弾力性手段(122)を介して接続され、前記剛性または弾力性手段は、前記フラップ部(17)及び前記ロッド(10)を互いに対して予め定められた位置に保持しようとするものであり、前記フラップ部材(3)の前記フラップ部(10)及び前記ロッド(10)の少なくとも一方は弾性的に柔軟であることを特徴とする前記請求項1〜22のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前記フラップ部(17)は、そのプレート面から離れる方向に見たとき、ほぼ三角形を有し、前記三角形の頂点は前方に面し、前記ロッド(10)の後端部に接続されたことを特徴とする前記請求項1〜23のいずれかに記載の物体移動装置。
- 前記請求項1〜24のいずれかに記載の物体移動装置を少なくとも1個有し、前記物体移動装置はポンプの導管に設置されることを特徴とするポンプ。
- 請求項1〜24のいずれかに記載の物体移動装置を複数個有し、前記物体移動装置の駆動装置(6)は個別に制御可能であることを特徴とする請求項25に記載のポンプ。
- 推進手段として、前記請求項1〜26のいずれかに記載の物体移動装置を少なくとも1個有することを特徴とする船。
- 請求項1〜24のいずれかに記載の物体移動装置を複数個有し、前記物体移動装置の駆動装置(6)は個別に制御可能であることを特徴とする請求項27に記載の船。
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