JP5197749B2 - 空気力学的な風力推進装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に船舶用の空気力学的な風力推進装置に関する。この装置は、空力学的ウィングと、牽引ケーブルと、誘導ラインと、支柱（詳しくは、先端に頭部を有する帆柱）と、を備える。空力学的ウィングは、複数のライン、詳しくは、ステアリング・ラインおよび（または）牽引ラインを介して、その下方に位置するステアリング・ユニットに接続される。牽引ケーブルは、第１端がステアリング・ユニットに接続され、第２端が基本プラットフォームに接続される。
空力学的ウィングは、気流方向が牽引ケーブルにほぼ垂直になる時、牽引ケーブルの方向に揚力を発生さる空気力学的プロファイルを有する。誘導ラインは、空力学的ウィングまたはステアリング・ユニットに連結される第１端を有する。支柱（詳しくは、先端に頭部を有する帆柱）は、基本プラットフォームに連結され、空力学的ウィングの起動および着陸の際にドッキング・ポイントとなる。

本発明は、更に、航海船舶を引っ張るウィング部材の飛行を制御する方法に関する。

今日、ディーゼル燃料油または重油燃料（ＨＦＯ）等の炭素系燃料は、航海船舶を推進させるための重要な資源である。通常、ディーゼルエンジンを使って船舶に駆動力を与えているが、炭素系資源のコスト高と共に、航海船舶に駆動力を与える別の方法に関心が寄せられている。

ＷＯ２００５/１００１４７Ａ１には、ウィング部材を制御する位置決め装置が開示されている。ウィング部材は、牽引ケーブルを介して船舶に接続されており、主要または補助的駆動装置として機能する。高い高度で飛行して、牽引力により船舶を引っ張るウィング部材を主体とする推進システムには、巨大なウィング部材が必要であり、そのようなウィング部材の制御は困難な作業である。
ＷＯ２００５/１００１４７Ａ１では、ウィング部材の飛行条件に応じて牽引ケーブルを繰り出しまたは繰り寄せることを提案している。そのような制御機構により、ある程度の飛行制御は可能となるが、特に、風力、風向きが大きく変化する時、または、ウィング部材の起動および着陸操作時等、あらゆる飛行条件下でウィング部材を制御するには十全ではない。

困難な風条件でウィング部材のステアリング性を向上させるため、ＷＯ２００５/１００１４８Ａ１に記載されているように、ウィング部材の直ぐ下に配置されているステアリング・ユニットを、多数の制御ラインを介してウィングに接続し、ウィング部材を、このステアリング・ユニットを介して、航海船舶とステアリング・ユニットの間に延びる牽引ケーブルによって航海船舶に接続することが知られている。
これにより、ウィング部材の制御は大幅に向上するが、起動および着陸時等の低高度でのウィング部材の制御はなお困難である。

ＷＯ２００５/１００１４９Ａ１では、航海船舶を引っ張るウィング部材の制御を向上すべく種々のセンサーを提案している。これらの技術および前述した技術によって、定常飛行における空力学的ウィング部材のステアリング性は大幅に向上し得るが、低高度でのウィング部材の制御、特に、風力、風向きが大きく瞬時に変化する場合には、ウィング部材の制御は、なお非常に困難な作業である。
巨大ウィング部材が水面と接触すれば、システムを回収することは不可能となるので、ウィング部材の制御不能は、システム全体の不能につながる。

起動および着陸操作時のステアリング性を向上させるため、ＷＯ２００５/１００１５０が提案するテレスコーピック式の帆柱は、航海船舶の前部甲板上で、ウィング部材と航海船舶を連結する牽引ケーブルの固定点近くに設立されている。このような帆柱を使用することで、ウィング部材を直接、帆柱の頂部に連結することが可能になり、起動および着陸操作が容易となる。
ウィング部材を帆柱頂部に連結させるために、応急カジ（rudder pendant）を、その一端で摺動自在に牽引ケーブルに連結させ、その他端でウィング部材に接続させる。この応急カジは、牽引ケーブルがたぐり寄せられてウィング部材が低高度に来ると、アクセス可能となる。よって、応急カジを手動で牽引ケーブルから外し、ウィング部材が帆柱の頂部へ牽引されるよう、応急カジを誘導することができる。
応急カジを牽引ケーブルから外し、帆柱頂部に向かう引張力がウィング部材に作用するように誘導すれば、そのような技術は、起動および着陸操作時のウィング部材の操作性を大きく向上させるかもしれない。しかし、応急カジを用い、これを起動および着陸操作の行程で手動操作することはかなり複雑な操作であって、応急カジと牽引ケーブル間の連結または取外しの失敗は、システム全体の故障およびウィング部材の損失につながる。

本発明の第１の目的は、起動および着陸操作時でのウィング部材の制御を容易にし、向上させる装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は、揚力の突然の喪失時、すなわち、風力および（または）風向きの瞬時の変化に対応して、ウィング部材を回収するための装置および方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、牽引ケーブルまたはウィング部材に働く力の大小に関わらず、ウィング部材の制御を向上させ容易にする装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明の第１の局面により、上述の空気力学的な風力推進装置が提供される。この装置は、起動操作時および着陸操作時、並びに起動操作と着陸操作の間において、誘導ラインの第２端が基本プラットフォームに接続されていることを特徴とする。誘導ラインは、支柱を介してまたは支柱に沿って誘導され、少なくとも、起動または着陸時に、引張力を空力学的ウィングに伝えることが可能である。

本発明の空気力学的な風力推進装置は、空力学的ウィングを制御するための洗練されたセットアップを提供する。本発明の基本的概念は、一端で空力学的ウィングに接続され、他端で基本プラットフォームに接続された、連続的な誘導ラインを提供することにある。本発明によれば、起動および着陸操作時のみでなく、起動操作および着陸操作間の飛行段階においても、この連続的な接続が提供される。

起動および着陸操作時には、空力学的ウィングは、支柱近くの位置から基本プラットフォーム上空の飛行位置に、あるいはその逆に移動する。基本プラットフォームと空力学的ウィング間に延びる連続的な誘導ラインを設けることにより、風力ウィングを制御する反応時間が短縮される。何故なら、誘導ラインの第２端を牽引ケーブルから取り外して、該第２端を基本プラットフォームまたは支柱頭部へ移動させる必要がなくなるからである。

本発明においては、誘導ラインは、支柱を介して、もしくは支柱に沿って誘導されるので、空力学的ウィングを、支柱（特に、支柱の頂部）に常時接続しておくことができる。本発明によれば、ステアリング・ユニットを介して力を伝えるのではなく、誘導ラインが直接空力学的ウィングに引張力を伝える。これにより、空力学的ウィングの制御が向上し、この引張力を誘導ラインを介して作用させることが可能となる。
誘導ラインに低い一定の引張力を作用させることで、空力学的ウィングを制御する反応時間は更に短縮される。何故なら、誘導ラインの緩みを繰り寄せることなく、直ちに、引張力を増大させることが可能になるからである。本発明による空力学的ウィングのこうした直接制御は、起動および着陸操作に特に重要である。何故なら、空力学的ウィングの制御は、起動および着陸操作中に必要性が高くなるからである。
しかし、起動操作と着陸操作の間の飛行段階においても、基本プラットフォームと空力学的ウィングを誘導ラインを介して連続的に常時接続しておくとこで、大きな利点が得られる。何故なら、一方では、空力学的ウィングと共に飛行している誘導ラインの位置が制御され、誘導ラインの捻れ（例えば、牽引ケーブルと共に捻れる）を軽減もしくは防止することができる。他方では、誘導ラインを介して連続的に接続しておくことにより、空力学的ウィングが萎んだり、水に濡れる等、空力学的ウィングの損失を招くような不安定な状況下において、空力学的ウィングの回収操作を迅速に開始することができる。

支柱を介して、または支柱に沿って誘導ラインを誘導するのは、次の事実に依拠している。すなわち、空力学的ウィングの起動および着陸操作は、通常は、ウィングが支柱先端（特に、帆柱頭部）近くに存在し、かつ、ステアリング・ユニットが船舶の前方甲板近くに存在する位置において開始／終了される。
よって、誘導ラインを介して、空力学的ウィングを帆柱頭部へ向かって引き寄せ得ることが望ましい。

本発明の更なる局面において、誘導ラインの第１端は、空力学的ウィングに固定された硬質の強化部材（特に、中心棒）に連結される。そして、支柱の頂部は、この強化部材に連結可能な硬質のアダプタ要素を備えることが好ましい。

このような構成により、帆柱頭部と空力学的ウィング間における安全で強固なドッキング接続が確実なものとなる。帆柱頭部を介した、またはそれに沿う誘導ラインの経路は、空力学的ウィングの強化部材が、アダプタ要素に向かって正確に引き寄せられ、円滑なドッキングが確実となるよう決められる。

本発明は、次のようにして更に改良できる。すなわち、複数の縮帆ラインを空力学的ウィングに張り巡らせ、空力学的ウィングの空気力学的プロファイルまたは寸法を変化させて、空気力学的特性を変える。例えば、縮帆ラインを繰り寄せると、揚力が減少する。
この好適な実施形態では、空力学的ウィングの着陸過程において、揚力を減少させることが可能である。着陸段階では、帆柱頭部近くの着陸位置へと、空力学的ウィングを容易に移動させ得ることが望まししい。
空力学的ウィングは、飛行段階で最大揚力を発生できるサイズとされているので、そのプロファイルおよび寸法は、空力学的ウィングを下方の支柱頭部へ向かって引っ張る力に反抗するものとなる。よって、着陸操作の際は、空力学的ウィングの揚力を減少させるのが好ましい。
このことは、縮帆ラインを用いて実現される。縮帆ラインは、空力学的ウィングの表面およびプロファイルを横切り、好ましくは、中央の強化部材に関して対称なパターンで張り巡らされている。これらの縮帆ラインは、繰り寄せられるときに、揚力を減少させるように、空力学的ウィングの寸法およびプロファイルを変化させる。

この実施形態は、次のようにして更に改良できる。すなわち、誘導ラインの第１端を複数の縮帆ラインに連結させ、誘導ラインを介して、縮帆ラインの繰寄せおよび繰出しを行う。このことは、例えば、複数の縮帆ラインを１本のラインとして合流させ、この１本となった縮帆ラインを誘導ラインに連結させることで実現される。連結部材を用いて、誘導ラインの第１端を複数の縮帆ラインまたは１本に合流させた複数の縮帆ラインに連結させてもよい。

複数の縮帆ラインを、空力学的ウィングに固定された中心棒等の強化部材に沿って、少なくとも部分的に誘導することで、この実施形態を更に改良することができる。このように、１本となった縮帆ラインの経路を系統化して、容易に操作できる。また、複数の縮帆ラインの誘導ラインへの連結は、強化部材を使って、実現できる。

縮帆ラインを更に首尾良く制御するために、好ましい実施形態においては、ブロック要素が提供される。ブロック要素は、複数の縮帆ラインと誘導ラインの第１端とを負荷伝達状態で接続することにより、ブロック状態では、縮帆ラインが繰り寄せられるのを防ぐとともに、非ブロック状態では、縮帆ラインを繰り寄せることを可能とする。
このように、ブロック要素がブロック状態にある時は、縮帆ラインを繰り寄せることなく、引張力を誘導ラインにかけることができる。例えば、飛行段階において、空力学的ウィングの寸法またはプロファイルの変化が望ましくない場合、この態様が好ましい。
起動および着陸段階においても、空力学的ウィングの動きのより良い制御を可能にするために、縮帆ラインを繰り寄せ始める時期を積極的に定めることが望ましい。例えば着陸時において、空力学的ウィングがその着陸位置に到達もしくはほぼ到達した時、誘導ラインを繰り寄せて、ブロック要素をそのブロック状態から非ブロック状態に変化させるだけで、空力学的ウィングをその着陸位置、あるいはその近傍に引き寄せることが望ましい。
このようにして、空力学的ウィングがその着陸位置から遠く離れた位置にあるときに、アクシデントにより空力学的ウィングのプロファイルもしくは寸法が変化し、例えば、揚力が低下して水に触れた空力学的ウィングが損失するという危険性を回避できる。

本発明の更なる実施形態は、支柱が、特にテレスコーピック式の帆柱、および（または）基本プラットフォームに対する回動連結部を有していて、実質的に水平方向に畳むことのできる帆柱であることを特徴とする。これにより、空気力学的な風力推進装置が使用されず、帆柱が必要でない段階では、帆柱の鉛直方向への突出を最小とすることができる。
空気力学的な風力推進装置の主要な適用分野は船舶であるので、風抵抗は、通常、最適化されるべきパラメータである。よって、空気力学的な風力推進装置を使用しない間は、帆柱から発生する風抵抗を最小にするのが望ましい。
また、以上の構成により、帆柱、帆柱頭部または帆柱頭部アダプタ要素の点検、オーバーホール、その他、帆柱に近づいて作業を行うことが必要な場合、硬質のアダプタ要素が配置された帆柱頂部に容易に到達できる。

本発明の更に好適な実施形態は、誘導ラインを、支柱頂部（特に、帆柱頭部）に挿通しまたは取り付けて、プーリを介して誘導することを特徴とする。このようにして、誘導ラインを帆柱頭部に取り付けることにより、空力学的ウィングを帆柱頭部近くの位置に引き寄せることが可能になり、このことは、通常、空力学的ウィングの起動および着陸に望ましい。
プーリを介して誘導ラインを誘導することで、確実に、誘導ラインは、基本プラットフォームに対し本質的に角度が可変の状態で誘導され、向きを変えるポイントにおける摩擦を最小にすることができる。

本発明の更なる実施形態においては、牽引ケーブルは高い引張力を担うことができ、および（または）、誘導ラインは、低い引張力を担うことができる。詳しくは、誘導ラインの引張力は、牽引ケーブル引張力の約０．５〜３％、特に１％である。これらの特性は、下記の事実に由来する。
飛行段階において空力学的ウィングの揚力によって発生する主要な力は、牽引ケーブルを介して基本プラットフォームに伝達されるが故に、牽引ケーブルは、非常に高い引張力を担わなればならない。一方、誘導ラインは、空力学的ウィングがその最大揚力に達しない段階において、空力学的ウィングを制御するのに使用されるので、誘導ラインに生じる力は、通常、牽引ケーブルに生じる力より遙かに低い。
この担うべき力の関係の結果、牽引ケーブルと誘導ラインの寸法関係も、それに類似したものとなる。誘導ラインの直径は牽引ケーブルの直径よりかなり小さくてもよく、よって、ウィング部材に働く誘導ラインの重さは大幅に減少する。また、牽引ケーブルと誘導ラインは、異なる材料で構成されてもよい。

更に、誘導ライン内に、信号および（または）電力伝達部を設けるのも好ましい形態である。この好ましい実施形態によると、信号および（または）電力は、誘導ラインに内蔵された信号線および（または）電力線を介して、基本プラットフォームからウィング部材に、またはその逆方向に伝達される。
信号線および（または）電力線は、誘導ラインに平行、もしくは、誘導ライン内で同心状に配置される。誘導ライン内にそのような信号線および（または）電力線を設けても、誘導ラインの重さまたは寸法は大幅に増大することはなく、それ故、誘導ラインによる風抵抗もそれほど大きくならない。このように、航海船舶を引っ張るウィング部材の動力を大幅に減少させるものではない。

更に重要、かつ、好ましい実施形態によれば、誘導ラインを選択的にステアリング・ユニットに固定するためのカップリング部材が設けられる。誘導ラインは、その第１端でウィング部材に常時に連結されているので、ウィング部材の飛行姿勢に影響を与え、そのような影響は高々度で増大する。何故なら、高々度では、誘導ラインが全て繰り出され、ウィング部材に働くその重さが増大するからである。
多くの場合、ウィング部材をステアリング・ユニットに連結する複数のラインによってウィング部材の飛行姿勢は水平状態とされており、誘導ラインによる追加的な影響は、空力学的ウィング部材の動力を大幅に減少させ、制御不能の状態をもたらす。
このような欠点を打破すべく、誘導ラインをステアリング・ユニットに、次のように連結させる。すなわち、誘導ラインの重さに起因する力を、ウィング部材には直接作用させず、ステアリング・ユニットに作用させる。これにより、誘導ラインを介してウィング部材に作用する力は減少もしくは消滅し、その結果、ウィング部材をステアリング・ユニットに連結する複数のラインを介してのみ、ウィング部材に負荷を与えることができる。
そのような誘導ラインのステアリング・ユニットへの選択的な連結は、ある一点で誘導ラインに連結されている短いラインの使用により容易に実現できる。その一点は、ウィング部材に連結された誘導ラインの第１端からある距離に位置しており、それは、当該第１端とステアリング・ユニット間の距離に対応している。
この短い連結ラインは、次のようにしてステアリング・ユニットに連結されている。すなわち、この短い連結ラインが繰り寄せられると、誘導ラインがステアリング・ユニットの方に引き寄せられ、連結ラインが完全に繰り寄せられた時、誘導ラインがステアリング・ユニットに固定される。
着陸操作を開始する前に、連結ラインを繰り出して、誘導ラインを介して直接的に引張力を、ウィング部材に作用させてもよい。

本発明の他の局面によれば、上記またはこの明細書の冒頭部で説明した空気力学的な的風力推進装置は、次のようにして、更に改良できる。すなわち、誘導ラインの一部分を、基本プラットフォームと支柱の頂部との間にも延在させるとともに、支柱には、誘導ラインの当該部分に引張力を作用させることができる牽引装置を設ける。

通常、誘導ラインが空力学的ウィングの誘導に使用されていない時は、基本プラットフォームと支柱の頂部との間に延在する誘導ラインの一部分には張力は作用しない。その結果、誘導ラインに力が作用した時、または、誘導ラインを移動（特に、瞬時の移動）させる必要がある時に、ラインの捩れや節が度々発生する。
本発明によれば、誘導ラインのこの部分に、絶えず、誘導ラインを緊張した状態に保つのに充分な低い引張力をかけて、誘導ラインを繰り寄せる際や繰り出す際に、誘導ラインに捩れや節が生じるのを防いでいる。

この工夫は、誘導ラインに限定されるものではなく、どのラインにも、特に、帆柱にまたは帆柱に沿って引き込まれる縮帆ラインにも、適用可能である。ラインの一部分に引張力を与えて、ラインの繰り寄せまたは繰り出し中にラインの捩れや節の形成を防止することによる利点は、空気力学的な風力推進装置のどのラインにも適用可能である。

この実施形態による他の利点は、次の点にある。すなわち、基本プラットフォームと支柱の頂部間に延びる誘導ラインの一部分に一定の引張力を作用させる。これにより、空力学的ウィングの上昇を通じて誘導端にかかる引張力に対応させて、誘導ラインの第２端にかかる引張力を調整し、それによって、誘導ラインへ一定の張力を作用させることを可能とし、確実なものとする。

本発明のこの実施形態は、次のようにして更に改良できる。すなわち、牽引装置を、対向して配置されて誘導ラインをその間に係合させる２台の張力プーリで構成する。少なくとも一方の張力プーリは、トルクを介して誘導ラインに引張力を付与できるものである。
これらの張力プーリを、例えば、帆柱頂部に配置したプーリの下に配置する。ケーブルまたはラインを張力プーリ間に通して、張力プーリを、例えばバネを介してケーブルまたはラインに押し付けると、張力プーリは、ケーブルまたはラインに張力を付与できる。
ケーブル（またはライン）と張力プーリ間の滑り、または少なくとも、ケーブル（またはライン）と張力プーリの過度の摩耗を防止するために、バネの張力および誘導ラインに付与されるトルクを、ケーブル（またはライン）および張力プーリの寸法および素材に合わせて調整すべきである。

少なくとも１つの張力プーリを駆動アッセンブリで駆動することで、本発明は更に改良できる。駆動アッセンブリは、詳しくは、回転磁界マグネット（rotating field magnet）である。張力プーリが誘導ラインにトルクを介して張力をかけるには、張力プーリを駆動することが好ましい。回転磁界マグネットは、連続的に作動してトルクを作用させる特殊なトルクモータである。

張力プーリが、誘導ラインまたは牽引ケーブルの動きに追随して自由回転するモードに設定可能とすることで、本発明は更に改良できる。誘導ラインまたは牽引ケーブルは、それぞれが繰り出され、または繰り寄せられるので、誘導ラインまたは牽引ケーブルが、張力プーリにブロックされるのは望ましくはない。それ故、誘導ラインまたは牽引ケーブルが繰り出されまたは繰り寄せられている間、張力プーリは自由回転する。
繰り出しまたは繰り寄せ中に誘導ラインに作用する力は、通常、張力プーリのトルクを介して誘導ラインに付与される引張力より大きいので、この力は容易に引張力に打ち勝つことができる。張力プーリのブロック機構が無いので、一旦、繰り出しまたは繰り寄せの高い力がかかると、張力プーリは、誘導ラインまたは牽引ケーブルの動きに追随して自由回転することが可能である。

この好適な実施形態は、次のようにして更に改良できる。すなわち、張力プーリのトルクおよび（または）張力を調整可能にする。特に、張力プーリ、誘導ライン、または牽引ケーブルの摩耗を補償するように、調整可能とする。
誘導ライン、牽引ケーブル、または張力プーリが摩耗あるいは摩滅すると、一定のトルクが付与された誘導ラインまたは牽引ケーブルの引張力を低下するので、この調整が必要になる。最悪の場合、張力が一切生じず、牽引装置が機能しなくなることもある。
付与される力の正確な制御は、空力学的ウィングを首尾良く制御するのに必要であるので、誘導ラインまたは牽引ケーブルに常に一定の張力を与えるためには、張力プーリ間に作用するトルクおよび（または）張力を調整する（特に増大させる）ことが重要である。

本発明の更なる局面によれば、上記またはこの明細書の冒頭部で説明した空気力学的な風力推進装置は、次のようにすることで、更に改良できる。すなわち、牽引ケーブルの第２端および（または）誘導ラインの第２端を、少なくとも１つのウインチを介して基本プラットフォームに連結し、牽引ケーブルまたは誘導ラインの繰出しまたは繰寄せを行う。
この少なくとも１つのウインチは、２つの操作モードを有し、第１操作モードでは、高速で低い力をかけ、第２操作モードでは、低速で高い力をかける。

このようにして、繰出しまたは繰寄せ操作中に、現状に合わせて力および速度を調整することが可能である。例えば、空力学的ウィングの上昇から生じる力が小さい時、ラインまたはケーブルの長い部分を繰り寄せまたは繰り出す必要があれば、低い力だけを付与する操作モード、あるいは、ラインまたはケーブルを高速で移動させる操作モードを使うのが望ましい。
他方、繰り寄せに反する張力が非常に高い状況では、低速で高い力をかける操作モードを使用するのが好ましい。

本発明のこの実施形態は、次のようにすることで好適な改良が得られる。すなわち、少なくとも１つのウインチを、２種類の操作モードで作動する１つの駆動ユニット、または、１方が第１モードで作動し、他方が第２モードで作動する２つの駆動ユニットに連結させる。
空気力学的な風力推進装置を使用して生じる力は大きいので、駆動アッセンブリでウインチを駆動することが好ましい。上記のように異なる操作モードを適用するためには、１つの駆動ユニットが選択的に切替可能な２つの操作モードを有するか、１方が第１モードを、他方が第２モードを担う２つの駆動ユニットを設ける。

この実施形態は、次のようにすることで更に改良できる。すなわち、２つの個別の駆動ユニットを有する本発明の空気力学的な風力推進装置が、更に、少なくとも１つのカップリングを有し、このカップリングにより、２つの駆動ユニットの一方を選択的に、少なくとも１つのウインチに連結するよう構成する。
別個の駆動ユニットを使って異なる操作モードを実現させる場合、必要な駆動ユニットを必要に応じてウインチに連結して、特定された操作モードが実行されることを、確実としなければならない。
１つのウインチと関連して２つの駆動ユニットが存在する場合、必要とされている操作モードに応じて、１つのカップリングが何れかの駆動ユニットを選択的にウインチに連結する。

更なる局面において、本発明は、上記の空気力学的な風力推進装置を備える船舶として具現化される。これに関しては、この明細書の冒頭で説明した、船舶を引っ張るそのようなシステムを説明する国際出願を参照されたし。

更に、本発明は、上記の空気力学的な風力推進装置を、船舶の駆動に使用することに具現化される。

更に、本発明は、上記の空気力学的な風力推進装置を、空力学的ウィングの起動、着陸、飛行、および（または）空力学的ウィングの回収に使用することに具現化される。

本発明の更なる局面によれば、この明細書の冒頭で説明した空気力学的な風力推進装置の制御方法が提供される。この制御方法は、「誘導ラインの第２端を基本プラットフォームに連結する工程」と、「起動および着陸操作時、並びに起動操作と着陸操作の間において、支柱を介して、または支柱に沿って、誘導ラインを誘導する工程」と、「少なくとも起動操作時および着陸操作時に、誘導ラインの異なる機能に応じて、誘導ラインの引張力を管理する工程」と、を含むことを特徴としている。

この実施形態の利点の１つは、上に説明した誘導ラインを介して空力学的ウィングを制御する際の反応時間を短縮できることにある。他の利点は、空力学的ウィングの動きを減じて、空力学的ウィングの制御を向上させ、起動および着陸行程を円滑にできることにある。

第１実施形態において、本発明の方法は、誘導ラインの第２端に作用する引張力を調整する工程を含むことが好ましい。この引張力は特に、空力学的ウィングの揚力により誘導ラインの第１端にかかる引張力に対応して、基本プラットフォーム接続されたウインチおよび（または）支柱に配置された牽引装置を介して第２端に作用するものである。
この結果、起動または着陸操作の一部としての誘導段階において、ある引張力を誘導ラインに保持させることができる。

このコンセプトは、空力学的ウィングが生ずる力、ウインチによりかかる力、および、誘導ラインの所定の初期張力における力平衡を確立することで実現される。ウインチによりかかる力を制御することにより、この力の平衡は、空力学的ウィングによる力に対してコンスタントに変化し、その結果、誘導ラインの初期張力を一定（もしくは、ほぼ一定）に保って、上述の利点を得る。

更に好ましくは、本発明の制御方法は、飛行段階において、牽引ケーブルと平行して誘導ラインを繰り出し、かつ、繰り寄せる工程を含むことが好ましい。そのとき、誘導ラインは、引張力を殆ど（または、全く）伝えない。
ステアリング・プラットフォームと基本プラットフォーム間の距離が約４０メートル、あるいはそれ以上である場合に、この実施形態が当てはまる。

更に一層好ましくは、着陸段階において、もしくは、不安定な状態にある空力学的ウィングを回収するために、誘導ラインの第２端に力をかけて誘導ラインを繰り寄せる。
最も低空の飛行領域において、この実施形態が当てはまる。それは、ステアリング・プラットフォームと基本プラットフォーム間の距離が約３０メートル、あるいはそれ以下の場合である。

本発明の更なる実施形態において、起動段階において、低速度かつ高い力の駆動アッセンブリを使用して、空力学的ウィングを広げることが好ましい。

更なる好適な実施形態において、牽引ケーブルまたは誘導ラインを繰り出し、かつ、繰り寄せるために、牽引ケーブルの第２端、および（または）誘導ラインの第２端に接続した少なくとも１つのウインチを設けている。
この少なくとも１つのウインチは、２つの操作モードで操作される。第１の操作モードでは、高速で低い力を作用させ、第２の操作モードでは、低速で高い力を作用させる。これについては、上記２つの操作モードの詳細とその利点の説明を参照されたい。

本発明を更に改良することが好ましい。つまり、誘導段階では、誘導ラインのウインチを第１操作モードで操作し、空力学的ウィングを広げる段階および畳む段階では、誘導ラインのウインチを第２操作モードで操作し、空力学的ウィングを回収する段階では、誘導ラインのウインチを第１または第２の操作モードで操作する。
操作モードの選択は、空気力学的な風力推進装置の操作状況に応じて行う。

本発明の他の局面により、基本プラットフォームと支柱頂部の間に延びる誘導ラインの部分に引張力をかけることにより、上記または本明細書の冒頭部で説明した方法が更に改良される。
この改良において、支柱は、牽引装置と、特に互いに対向する一対の張力プーリとを含み、一対の張力プーリは、その間に通される誘導ラインと係合し、当該誘導ラインに、特にトルクを介して、引張力を作用させる。

本発明の更なる実施形態において、駆動アッセンブリ、特に回転磁界マグネットを用いて、牽引装置を駆動することが好ましい。

最後に、牽引装置のトルクおよび（または）引張力を調節することで、特に、誘導ラインまたは張力プーリの摩耗を補償することが好ましい。

これについては、牽引装置、特に、上記一対の張力プーリの詳細および利点を参照されたい。

本発明に係る装置の第１実施形態を、飛行段階で示す斜視図。 本発明に係る装置の第１実施形態を、誘導初期段階で示す斜視図。 本発明に係る装置の第１実施形態を、着陸位置で示す斜視図。 本発明に係る装置の第２実施形態の細部を示す概略部分図。 本発明に係る装置の第３実施形態を示す斜視図。 本発明に係る装置の第３実施形態を、起動および着陸状態で示す斜視図。 本発明に係る装置の第４実施形態の細部を示す概略図。

図１に示した空気力学的な風力推進装置１００は、空力学的ウィング１１０と牽引ケーブル１４０で構成される。空力学的ウィング１１０は、複数のライン１２０、詳しくは、ステアリング・ラインおよび（または）固定ラインを介して、該ウィングの下方に配置されたステアリング・ユニット１３０に連結されている。牽引ケーブルの第１端１４１はステアリング・ユニット１３０に連結され、第２端は基本プラットフォーム１７０に連結されている。
空気力学的な風力推進装置１００は、第１端１５１が空力学的ウィング１１０に連結された誘導ライン１５０と、基本プラットフォーム１７０に連結された支柱１６０と、をさらに含む。支柱１６０は、頭部１６１を有する。

誘導ライン１５０の第２端１５２は、ウインチ（巻上げ機）１６３を介して、基本プラットフォーム１７０に連結されている。誘導ライン１５０は、支柱頭部１６１へ案内されて、支柱１６０に沿ってウインチ１６３まで延びている。

牽引ケーブル１４０は、第２端１４２にて、他のウインチ１４３に連結されている。図１から、空力学的ウィングは、飛行段階において、空中高く、通常は船舶１７０の前方に位置するのが分かる。船舶１７０に対する空力学的ウィングの位置は、一般的に、風の状態および他のパラメータ（船舶の速度、波の高さ等）によって変化する。ウィングは、船舶を引っ張る張力を増大さる形態を為して駆動される。
ウィングの飛行段階において、牽引ケーブル１４０は、空力学的ウィング１１０の揚力により付与される引張力を基本プラットフォームに伝える。誘導ライン１５０は、第１端１５１にてウィング内に設けられた中心棒１１１に連結されている。中心棒１１１は、ウィング部材を強化するものである。中心棒１１１の連結部がウィングの前方に突き出ている。この連結部は、支柱頭部１６１に機械的に連結することができる。
誘導ラインの第２端１５２は、基本プラットフォーム１７０に接続されたウインチ１６３に巻き付けられており、誘導ラインは、牽引ケーブルと共に飛行するが、大きな引張力を担うものではない。
ウィング１１０と共に飛行する誘導ライン１５０が、他の部材、例えば、牽引ケーブル１４０と捻れるのを防ぐために、かつ、反応時間を短縮するために、小さな引張力が誘導ライン１５０にかけられている。これは、ウインチ１６３を介して誘導ライン１５０を繰り出しおよび繰り寄せることで実現され、小さな、好ましくは一定の、所定引張力が誘導ライン１５０に生じる。

図２は図１と同じ実施形態を示しているが、装置は、誘導段階に入った状態にある。図２から分かるように、空力学的ウィング１１０は、牽引ケーブル１４０を繰り寄せることによって、図１に比べて、船舶１７０により近い位置にある。基本プラットフォーム１７０とステアリング・ユニット１３０との間の牽引ケーブル１４０の残りの長さは、支柱１６０の長さよりもわずかに長いのが、図２から分かる。
これは、誘導段階がこれから始まることを示している。何故なら、基本プラットフォーム１７０とステアリング・ユニット１３０との間の牽引ケーブル１４０の残りの長さが、支柱１６０の高さと殆ど同じである時、ウィングの誘導段階が始まることが好ましいからである。

ウィング１１０と共に飛行する誘導ライン１５０は、牽引ケーブル１４０と平行して繰り寄せられているが、図２中で誘導ライン１５０が揺らめいていることから、誘導ライン１５０に作用する引張力は、依然として非常に小さいことが分かる。

誘導段階に入るために、牽引ケーブル１４０をさらに繰り寄せる。これと平行して、誘導ライン１５０は、望ましい誘導力が作用するまで繰り寄せられる。この誘導段階は、空力学的ウィングが図３に示した着陸位置に達するまで続けられる。誘導段階において、ウインチ１６３は、第１操作モードで操作され、高速で低い力を作用させている。
繰り寄せられるべき誘導ラインの最終部分に対してのみ（詳しくは、支柱高さにほぼ等しく、かつ空力学的ウィングのサイズにより変化する、誘導ラインの所定長さの部分に対してのみ）、ウインチは、第２操作モードで操作されて、低速の高い力を作用させ、それによって、空力学的ウィング１１０の中心棒１１１を支柱頭部１６５に設けた相補的な硬質の取付器具に連結するのに必要な力を付与する。

図３に示す着陸位置は、以下の特徴を有する。すなわち、当該着陸位置において、ステアリング・ユニット１３０は、基本プラットフォーム１７０近くに在るか、当該プラットフォーム１７０に接しており、一方、空力学的ウィングに固定された中心棒１１１は、支柱頭部２６５に配置された相補的な硬質の取付器具の近くに在るか、当該器具に連結されている。
このことは、空気力学的な風力推進装置に関しては、ステアリング・ユニットと空力学的ウィング間の距離は、通常、支柱または帆柱の高さとほぼ同じでなければならないことを意味している。

誘導ライン１５０は、ウィング内に配置された複数の縮帆ラインを介してウィングに連結されている。これは、縮帆ラインを引っ張ることで、ウィングのサイズが小さくなるようにするためである。

この位置で、空力学的ウィングの制御された折り畳みを開始するために、空力学的ウィング１１０の縮帆ラインを繰り寄せ、誘導ラインおよび縮帆ラインが完全に繰り寄せられると、空力学的ウィング自体が回収される。この段階で、ウインチ１６３は、低速で高い力を作用させる第２操作モードで操作されている。

図４の概略図では、張力プーリ２６２およびウインチ２６３の配置を、さらに詳細に示している。
誘導ライン２５０は、支柱２６１の頂部近くに配置されたプーリ２６８を介して誘導される。このプーリ２６８の下方に、一対の張力プーリ２６２が配置されている。誘導ライン２５０は、この２つの張力プーリ２６２aと２６２bの間を通り、基本プラットフォーム２７０に接続されたウインチ２６３に達し、そこからさらに、基本プラットフォーム２７０に接続されたケーブル収納手段２６６に達している。
張力プーリ２６２aは、回転磁界マグネット（図示せず）により駆動され、トルクを介して、誘導ラインの部分２６７に引張力を付与し、当該部分２６７を低い一定の張力以下に保持する。誘導ラインの当該部分２６７は、基本プラットフォーム２７０に配置されるウインチ２６３から、支柱頂部に配置された一対の張力プーリ２６２まで延在する誘導ラインの部分である。

誘導ライン２５０の繰り出しまたは繰り寄せを、ウインチ２６３を使って行う場合、張力プーリ２６２は、自由に回転して状態を変化させて、誘導ライン２５０の動きを許容する。当該誘導ラインの動きをブロックすることはない。

図５に、本発明による装置の第３実施形態の斜視図を示す。誘導ライン３５０は、第１端３５１にて、空力学的ウィング３１０の中心棒３１１に連結している。
誘導ラインは、短い連結ライン３５４を用いて、選択的にステアリング・ユニット３３０に固定してもよい。この短い連結ライン３５４は、誘導ラインのポイント３５３を固定している。このポイント３５３は、空力学的ウィング３１０に連結された誘導ラインの第１端３５１から所定距離に位置しているもので、その距離は、空力学的ウィングとステアリング・ユニット３３０間の距離にほぼ対応している。
この短い連結ライン３５４は、次のような態様で、ステアリング・ユニット３３０に連結されている。すなわち、当該連結ライン３５４が繰り寄せられると、誘導ライン３５０をステアリング・ユニット３３０へと引き寄せ、連結ライン３５４が完全にステアリング・ユニットに繰り寄せられた時、誘導ラインをステアリング・ユニットに固定させる。
図５は、当該実施形態を飛行状態で示している。空力学的ウィング３１０をステアリング・ユニット３３０に連結している複数のライン３２０を介してのみ、空力学的ウィング３１０に負荷を与えるのが望ましい。図５に示したように、短い連結ライン３５４は繰り寄せられていて、誘導ライン３５０の重みで生じる力は、空力学的ウィング３１０に直接作用せず、ステアリング・ユニット３３０に作用する。
起動および着陸操作においては、連結ライン３５４が繰り出されて（図示せず）、誘導ライン３５０を介して、直接的な引張力を空力学的ウィング３１０に作用させることができる。

図６は、本発明の第３実施形態の装置を、起動および着陸状態で示す斜視図である。図に示したように、誘導ライン３５０は、その第１端３５１を介して直接的に、空力学的ウィングに作用しており、一方、連結ライン３５４は、繰り出されて誘導ラインからステアリング・ユニット３３０へ負荷が伝達するのを防いでいる。このように、誘導ラインの第１端３５１は、ウィング３１０の中心棒３１１に固定されている。
誘導ラインの第２端３５２は、ウインチ３６３を介して基本プラットフォーム３７０に固定されている。連結ライン３５４は、誘導ライン３５０に沿ってスライド可能な摺動部材３５５を介して、誘導ライン３５０に連結されている。連結ライン３５４が完全に繰り寄せられ、誘導ライン３５０がステアリング・ユニット３３０に連結された時、誘導ラインと摺動部材３５５間のスライド動作はブロック（阻止）される。これにより、直接的な引張力が誘導ライン３５０を介して空力学的ウィング３１０に及ぶのを防いでいる。

別例として、連結ライン３５４を、決められた固定点において、誘導ライン３５０に連結してもよい。その場合、連結ライン３５４の固定点と中心棒３１１間の誘導ラインの部分の長さは、少なくとも、中心棒３１１とステアリング・ユニット３３０間の距離の長さを有しなければならない。

図７は、本発明による第４実施形態の装置の一部の概略図を示している。ウインチ５１０は、カップリング５３０を介して、第１駆動ユニット５２０および第２駆動ユニット（図示せず）に連結される。カップリング５３０により、これら２つの駆動ユニットの１つが選択的にウインチ５１０に連結される。図７では、第１駆動ユニット５２０が、カップリング５３０を介して、ウインチ５１０に連結されている。
第１駆動ユニット５２０は第１モードで操作可能であり、当該第１モードは、ウインチ５１０がカップリング５３０を介して第１駆動ユニット５２０に連結されたとき、ウインチ５１０に高速で低トルクを作用させる。その結果、ウインチ５１０は、当該ウインチに関連するライン（図示せず）に、高速で低い力を作用させる。
第２駆動ユニット（図示せず）は第２モードで操作可能であり、当該第２モードは、ウインチ５１０がカップリング５３０を介して第２駆動ユニットに連結されたとき、ウインチ５１０に低速で高いトルクを作用させる。その結果、ウインチ５１０は、当該ウインチに関連するライン（図示せず）に、低速で高い力を作用させる。

Claims (34)

1. 船舶に使用する空気力学的な風力推進装置であって、
   空力学的ウィングと、牽引ケーブルと、誘導ラインと、支柱と、を備え、
   空力学的ウィングは、複数のステアリング・ラインおよび（または）牽引ラインを介して、その下方に位置するステアリング・ユニットに接続され、
   牽引ケーブルは、第１端がステアリング・ユニットに接続され、第２端が基本プラットフォームに接続され、
   空力学的ウィングは、気流方向が牽引ケーブルにほぼ垂直になる時、牽引ケーブルの方向に揚力を発生さる空気力学的プロファイルを有し、
   誘導ラインは、空力学的ウィングまたはステアリング・ユニットに連結される第１端を有し、
   支柱は、基本プラットフォームに連結され、空力学的ウィングの起動および着陸の際にドッキング・ポイントとなり、
   起動操作時および着陸操作時、並びに起動操作と着陸操作の間において、誘導ラインの第２端が基本プラットフォームに接続されていて、
   誘導ラインは、支柱を介してまたは支柱に沿って誘導され、少なくとも、起動または着陸時に、引張力を空力学的ウィングに伝えることが可能であることを特徴とする、風力推進装置。
2. 上記誘導ラインの第１端は、空力学的ウィングに固定された硬質の強化部材に連結されていて、
   支柱の頂部は、この強化部材に機械的に連結可能な硬質のアダプタ要素を備える、請求項１記載の風力推進装置。
3. 上記空力学的ウィングに複数の縮帆ラインを張り巡らせ、空力学的ウィングの空気力学的プロファイルまたは寸法を変化させて、空気力学的特性を変えることで、縮帆ラインを繰り寄せると揚力が減少するよう構成した、請求項１または２記載の風力推進装置。
4. 上記誘導ラインの第１端を複数の縮帆ラインに連結させ、誘導ラインを介して、縮帆ラインの繰寄せを行う、請求項３記載の風力推進装置。
5. 上記複数の縮帆ラインを、空力学的ウィングに固定された中心棒等の強化部材に沿って、少なくとも部分的に誘導する、請求項３または４記載の風力推進装置。
6. 上記複数の縮帆ラインと誘導ラインの第１端とを負荷伝達状態で接続するブロック要素を設け、
   当該ブロック要素は、ブロック状態では、縮帆ラインが繰り寄せられるのを防ぐとともに、非ブロック状態では、縮帆ラインを繰り寄せる、請求項３、４または５記載の風力推進装置。
7. 上記支柱が、テレスコーピック式の帆柱、および（または）基本プラットフォームに対する回動連結部を有していて、実質的に水平方向に畳むことのできる帆柱である、請求項１〜６のいずれか１つに記載の風力推進装置。
8. 上記誘導ラインを、支柱頂部に挿通し、プーリを介して誘導する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の風力推進装置。
9. 上記牽引ケーブルは高い引張力を担うことができ、および（または）、上記誘導ラインは低い引張力を担うことができ、詳しくは、
   誘導ラインの引張力は、牽引ケーブル引張力の約０．５〜３％である、請求項１〜８のいずれか１つに記載の風力推進装置。
10. 上記誘導ライン内に、信号および（または）電力の伝達ラインを設けた、請求項１〜９のいずれか１つに記載の風力推進装置。
11. 上記誘導ラインを選択的にステアリング・ユニットに固定するためのカップリング部材を設けた、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の風力推進装置。
12. 上記誘導ラインの一部分を、基本プラットフォームと支柱の頂部との間にも延在させるとともに、支柱には、誘導ラインの当該部分に引張力を作用させることができる牽引装置を設けた、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の風力推進装置。
13. 上記牽引装置を、対向して配置されて誘導ラインをその間に係合させる２台の張力プーリで構成し、少なくとも一方の張力プーリは、トルクを介して誘導ラインに引張力を付与する、請求項１２記載の風力推進装置。
14. 上記２台の張力プーリの少なくとも１つを駆動アッセンブリで駆動し、当該駆動アッセンブリは、回転磁界マグネットである、請求項１３記載の風力推進装置。
15. 上記張力プーリが、誘導ラインまたは牽引ケーブルの動きに追随して自由回転するモードに設定可能である、請求項１３または１４記載の風力推進装置。
16. 上記張力プーリのトルクおよび（または）張力が調整可能であり、これによって、張力プーリ、誘導ライン、または牽引ケーブルの摩耗を補償する、請求項１３、１４または１５記載の風力推進装置。
17. 牽引ケーブルの第２端および（または）誘導ラインの第２端を、少なくとも１つのウインチを介して基本プラットフォームに連結し、牽引ケーブルまたは誘導ラインの繰出しまたは繰寄せを行い、
    上記少なくとも１つのウインチは、２つの操作モードを有し、第１操作モードでは、高速で低い力をかけ、第２操作モードでは、低速で高い力をかける、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の風力推進装置。
18. 上記少なくとも１つのウインチを、２種類の操作モードで作動する１つの駆動ユニット、または、１方が第１操作モードで作動し、他方が第２操作モードで作動する２つの駆動ユニットに連結してなる、請求項１７記載の風力推進装置。
19. ２つの個別の駆動ユニットを有し、当該２つの駆動ユニットの一方を選択的に、少なくとも１つのウインチに連結するカップリングを少なくとも１つ有する、請求項１８記載の風力推進装置。
20. 請求項１〜１９のいずれか１つに記載の風力推進装置を備えた船舶。
21. 船舶を駆動することを目的とした、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の風力推進装置の使用。
22. 空力学的ウィングの起動、着陸、回収を目的とした、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の風力推進装置の使用。
23. 船舶に使用する空気力学的な風力推進装置を制御する方法であって、
    空力学的ウィングを、複数のステアリング・ラインおよび（または）牽引ラインを介して、その下方に位置するステアリング・ユニットに接続する工程と、
    牽引ケーブルの第１端をステアリング・ユニットに接続し、第２端を基本プラットフォームに接続する工程と、
    誘導ラインの第１端を空力学的ウィングまたはステアリング・ユニットに連結する工程と、
    基本プラットフォームに連結され、空力学的ウィングの起動および着陸の際にドッキング・ポイントとなる支柱を提供する工程と、
    ステアリング・ユニットを介して、空力学的ウィングの飛行を操舵する工程と、を含んでいて、次の工程に特徴を備える、すなわち、
    誘導ラインの第２端を基本プラットフォームに連結する工程と、
    起動操作時および着陸操作時、並びに起動操作と着陸操作の間において、誘導ラインを支柱を介してまたは支柱に沿って誘導する工程と、
    少なくとも起動および着陸時に、誘導ラインの異なる機能に応じて、当該誘導ラインに作用する引張力を管理する工程と、に特徴を備える制御方法。
24. 空力学的ウィングの揚力により誘導ラインの第１端に作用する引張力に応答して、当該誘導ラインの第２端に作用する引張力を調整し、これにより、起動または着陸操作の一部としての誘導段階において、ある引張力を誘導ラインに保持させる工程に特徴を有する、請求項２３記載の制御方法。
25. 飛行段階において、牽引ケーブルと平行して誘導ラインを繰り出し、かつ、繰り寄せ、そのとき、誘導ラインは、引張力を殆ど（または、全く）伝えないことを特徴とする、請求項２３または２４記載の制御方法。
26. 着陸段階において、もしくは不安定な状態にある空力学的ウィングを回収するために、誘導ラインの第２端に力をかけて誘導ラインを繰り寄せることを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれか１つに記載の制御方法。
27. 起動段階において、低速度かつ高い力の駆動アッセンブリを使用して、空力学的ウィングを広げることを特徴とする、請求項２３〜２６のいずれか１つに記載の制御方法。
28. 牽引ケーブルの第２端および（または）誘導ラインの第２端に接続されて、当該牽引ケーブルまたは誘導ラインの繰出しおよび繰寄せを行う、少なくともウインチを提供する工程と、
    上記少なくとも１つのウインチを、高速で低い力を作用させる第１操作モードと、低速で高い力を作用させる第２操作モードとの２つの操作モードで操作する工程と、に特徴を備える、請求項２３〜２７のいずれか１つに記載の制御方法。
29. 上記誘導ラインのウインチは、誘導段階では第１操作モードで操作され、空力学的ウィングを広げる段階および畳む段階では第２操作モードで操作され、空力学的ウィングを回収する段階では第１または第２の操作モードで操作される、請求項２８記載の制御方法。
30. 基本プラットフォームと支柱の頂部との間に延びる誘導ラインの部分に引張力がかけられ、
    上記支柱は、牽引装置と、互いに対向する一対の張力プーリとを含み、当該一対の張力プーリは、その間に通される誘導ラインと係合し、当該誘導ラインにトルクを介して、引張力を作用させる、請求項２３〜２９のいずれか１つに記載の制御方法。
31. 上記牽引装置を、駆動アッセンブリを用いて駆動することを特徴とする、請求項３０記載の制御方法。
32. 上記牽引装置のトルクおよび（または）引張力を調節することで、誘導ラインまたは張力プーリの摩耗を補償することを特徴とする、請求項３０または３１記載の制御方法。
33. 上記誘導ライン内に設けた信号ラインおよび（または）電力ラインによって、信号および（または）電力を伝えることを特徴とする、請求項２３〜３２のいずれか１つに記載の制御方法。
34. 上記誘導ラインは、少なくとも空力学的ウィングの起動時と着陸時の間において、ステアリング・ユニットに固定されている、請求項２３〜３３のいずれか１つに記載の制御方法。

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