JP6346185B2 - 拡開剛性翼 - Google Patents

Description

本発明は、広義には剛性翼に関し、排他的ではないが特に、船舶を推進させるための剛性翼型帆に関する。

風により推進させる水上船舶を設計する際に、特注の帆が、特定の帆船および構成のために製造される。特注の帆は、しなやかで柔軟性のある帆布から製造され、典型的には、柔らかい帆と称される。設計者や帆製造業者は特定の帆船の効率的な設計を提供するが、柔らかい帆は、風上に向かって帆走しているときに、例えば、帆を風に対して鋭角に傾斜させた場合に、強風で変形する、すなわち「はためく」。

柔らかい帆での帆の調節に依存する効率上の欠陥に対処する上で、ここ最近では、特にレース用帆船に剛性翼型帆が採用されている。剛性翼型帆が取り付けられる水上船舶の最も効率的な操作および推進のために風に対するこの翼型帆の迎え角を調節するために、剛性翼型帆を枢動または旋回させることができる。剛性翼型帆は、一般に、船舶が左舷開きであるか右舷開きであるかによっていずれかの側で揚力を生じさせることを可能にする対称部分を有する。しかしながら、剛性翼型帆には少なくとも以下の欠点がある。（ｉ）剛性翼型帆は、強風の際に「縮帆」により翼型帆の面積を減少させることまたは微風の際に「展帆」により翼型帆の面積を増大させることができない。（ｉｉ）剛性翼型帆はキャンバーを変化させることができない。（ｉｉｉ）剛性翼型帆は、空気抵抗が最小にされる、すなわち「フェザリングされる（ｆｅａｔｈｅｒｅｄ）」および風向に平行に配置されるときでさえ、制御するおよび空気抵抗を最小にすることが困難である。

本発明によれば、側縁部に対向する隣接縁部を各々有する１対の細長い剛性パネルと、剛性パネルの互いに対する枢動を可能にし、（ｉ）剛性パネルの側縁部が互いに隣接する閉形態であって、剛性翼が実質的に閉じられる閉形態か、または（ｉｉ）細長い剛性パネルの側縁部が互いに隔てられる開形態であって、剛性翼が可変キャンバーとされる開形態のいずれかを形成するために、１対の細長い剛性パネルにそれらの隣接縁部でまたは隣接縁部付近で連結されたヒンジ要素とを備える、剛性翼が提供される。

好ましくは、１対のパネルの各々は、剛性材料の１つの連続片である。

好ましくは、剛性翼は翼型帆である。

好ましくは、１対のパネルは各々、非対称な断面形状の湾曲したパネルである。より好ましくは、１対のパネルは、実質的に同一の外形および断面形状を有する。より更に好ましくは、可変キャンバーの剛性翼は、ヒンジ要素の両側で対称である。

好ましくは、ヒンジ要素は、パネルの隣接縁部が枢動するシャフトを含む。より好ましくは、ヒンジ要素は、ピアノ型ヒンジの形態である。

代替的に、剛性翼はまた、剛性翼を更に開くためにヒンジ要素の軸線に平行に配設されかつこの軸線から離間された他のヒンジ要素と、折り畳まれるときに、剛性翼の外面形状が翼形断面を形成するように内側に折り畳まれる細長いパネルとを備える。

好ましくは、剛性翼は、前記パネルの互いに対する枢動のためのヒンジ要素に動作可能に連結されたヒンジ作動手段を更に備える。より好ましくは、ヒンジ作動手段は、細長いパネルおよびヒンジ要素の少なくとも一方に動作可能に連結された１つまたは複数の歯車を含む。

好ましくは、剛性翼は、風に対して所要の角度で剛性翼の向きを定めるためにシャフトの長手方向軸線を中心としたシャフトの旋回を可能にするようにシャフトに動作可能に連結された旋回手段を更に備える。

好ましくは、ヒンジ作動手段は、風に対して所要の角度で翼の向きを定めるように構成された旋回手段を更に備える。

好ましくは、シャフトはマストである。代替的に、シャフトは、シャフトの各々に剛性翼を備えた２つのシャフトの一方である。

好ましくは、マストは、マストの傾動ひいてはマストを含む剛性翼の昇降を可能にする関節機構に取り付けられる。より好ましくは、剛性翼は、マストと共に下げられたときに、剛性パネルが、
ａ）閉じられ、甲板上で一方側にまたは別の側に折り畳まれる、
ｂ）閉じられ、船舶の上部構造および船体内に収納される、
ｃ）開かれ、相補的な形状を有するように設計された船舶の上部構造に巻き付けられる、
ｄ）開かれ、「オーニング」として水平に保管されるように設計される。

代替的な実施形態において、剛性翼はまた、１対の細長いパネルの少なくとも露出面に取り付けまたは貼り付けられた太陽光集光手段を備える。

好ましくは、剛性翼は、乗物に適合するようになされる。より好ましくは、乗物は水上船舶である。

ここで、本発明の本質をより良く理解するために、剛性翼の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながらほんの一例として説明する。

異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 異なる形態で示す、本発明の実施形態による剛性翼型帆の種々の図である。 好ましい実施形態の剛性翼の１対の細長いパネルの一方の斜視図である。 閉形態で示す、本発明による剛性翼の別の実施形態の異なる図である。 閉形態で示す、本発明による剛性翼の別の実施形態の異なる図である。 種々の形態で示す、本発明の更に別の実施形態による剛性翼の異なる図である。 種々の形態で示す、本発明の更に別の実施形態による剛性翼の異なる図である。 種々の形態で示す、本発明の更に別の実施形態による剛性翼の異なる図である。 部分的閉形態で示す、本発明の更なる実施形態による剛性翼の異なる図である。 部分的閉形態で示す、本発明の更なる実施形態による剛性翼の異なる図である。 先の実施形態のいずれか１つの剛性翼、他の１対の剛性パネル、の枢動のためのヒンジ作動手段の概略図である。 先の実施形態のいずれか１つの剛性翼の昇降のために関節機構に取り付けられた好ましい実施形態の剛性翼の等角図でありかつ種々の収納方法を示す図である。 先の実施形態のいずれか１つの剛性翼の昇降のために関節機構に取り付けられた好ましい実施形態の剛性翼の等角図でありかつ種々の収納方法を示す図である。 先の実施形態のいずれか１つの剛性翼の昇降のために関節機構に取り付けられた好ましい実施形態の剛性翼の等角図でありかつ種々の収納方法を示す図である。

図１Ａ〜図１Ｉに示すように、好ましい実施形態において、水上船舶（図示せず）に適合させた剛性翼型帆である剛性翼１０が存在する。剛性翼型帆１０は、１対の細長いパネル１２Ａおよび１２Ｂと、パネル１２Ａ／Ｂの互いに対する枢動を可能にするためにパネル１２Ａ／Ｂに連結された、全体的に１４として示されているヒンジ要素とを備える。１２Ａなどの１対のパネルの各々は、隣接縁部１６Ａと、対向する側縁部１８Ａとを含む。この実施形態における１対のパネル１２Ａ／Ｂは、ヒンジ要素１４により画定される中央線に関する鏡像を形成する。ヒンジ要素１４は、１）それぞれのパネル１２Ａ／Ｂの側縁部１８Ａ／Ｂが互いに隣接して位置決めされた翼１０の閉形態であって、剛性翼型帆１０が閉じられる閉形態か、または、２）それぞれのパネル１２Ａ／Ｂの側縁部１８Ａ／Ｂが互いに隔てられた翼１０の開形態であって、剛性翼型帆１０が可変キャンバーとされる開形態のいずれかを形成するために、パネル１２Ａ／Ｂにそれらのそれぞれの隣接縁部１６Ａ／Ｂで連結される。

閉形態にある剛性翼１０が、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示されており、これに対して、図１Ｃ〜図１Ｇは、種々の開形態にある可変キャンバーの剛性翼１０を示している。図１Ｈおよび図１Ｉは、翼形部の厚さを図１Ａおよび図１Ｂの閉形態にある剛性翼１０の厚さから変化させる実質的に閉じられた剛性翼１０を示している。

この好ましい実施形態において、細長いパネル１２Ａ／Ｂの各々は、１つの連続片として製造される。１２Ａなどの一体パネルは、断面が湾曲しておりかつ非対称形状を有する。この非対称形状は、閉形態にある１対のパネル１２Ａ／Ｂが翼形状を有する対称翼を形成するように設計される。一体パネルの各々は、金属（例えば、鋼またはアルミニウム）などの剛性材料から製造される。

図２に示すように、ヒンジ要素１４は、１２Ａなどのパネルのそれぞれの隣接縁部１６Ａに接続されたピアノ型ヒンジ２０Ａの形態である。ピアノ型ヒンジ２０Ａは、互いに同軸に整列させた２２ａ〜２２ｊなどの複数の等間隔に離間した環状セグメントを含む。細長いパネル１２Ａの管状セグメント２２ａ〜２２ｊは、他の細長いパネル１２Ｂの対応する環状セグメント２２ａ〜２２ｊと噛み合うように設計される。噛み合わされた環状セグメント２２ａ〜２２ｊおよび２２ａ〜２２ｊは、細長い孔２４を画定する。この実施形態のヒンジ要素１４は、細長い孔２４に受け入れられるシャフト２６を含む。したがって、１対の細長いパネル１２Ａ／Ｂは、開形態または閉形態への移行のために互いに対してシャフト２６を中心として枢動することができる。

図３Ａおよび３Ｂは、先行する実施形態と同様であるが、マスト２８が閉形態にある剛性翼１０内に位置する剛性翼型帆１０の別の実施形態を表している。参照を容易にするため、また繰り返しを避けるために、この実施形態の類似の構成要素は、先行する好ましい実施形態と同一の参照符号で示されている。剛性翼１０は、マスト２８に沿って長手方向に離間された３０Ａおよび３０Ｂなどの１対または複数対のストラットを含む。ストラット３０Ａおよび３０Ｂは、等しくかつ一定の長さを有し、その幾何学的形状がパネル１２Ａ／Ｂの互いに対する開閉に適するように、ヒンジ要素１４のシャフト２６に対する所定の位置でそれぞれのパネル１２Ａおよび１２Ｂに接続される。ストラット３０Ａ／Ｂは、互いに対向する端部をマスト２８と翼１２Ａまたは１２Ｂとにそれぞれ枢動可能に接続する。剛性翼型帆１０の前縁部から後方に離間されたマスト２８を伴って、剛性翼型帆１０は、閉形態および開形態にあるときにバランスが保たれる。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明による剛性翼１０の更なる実施形態を図示している。剛性翼１０のこの変形形態は、追加のパネル３４Ａおよび３４Ｂを含むことを除いて先行する実施形態と基本的に同一である。これらの追加のパネル３４Ａ／Ｂは、細長い１次パネル１２Ａ／Ｂのそれぞれに枢動可能に接続される。追加のパネル、すなわち２次パネル３４Ａ／Ｂは、閉形態にある剛性翼１０の内側に畳まれる。繰り返しを避けるため、また参照を容易にするために、この実施形態の類似の構成要素は、先行する実施形態と同一の参照符号で表示されている。

２次パネル３４Ａ／Ｂは、一体の剛性材料から作られる。２次パネルは各々、開形態では、剛性翼１０が１次パネル１２Ａ／Ｂの連続部を形成するように湾曲している。図４Ｃは、この更なる実施形態の剛体翼１０の段階的な開閉を図示している。これらの２次パネルは、翼型帆の基部における関節機構により駆動および制御される。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明による剛性翼の更に別の実施形態を図示している。剛性翼のこの変形形態は、細長いパネル１２Ａおよび１２Ｂのそれぞれに連結された１対のシャフト３６Ａおよび３６Ｂを含む。シャフト３６Ａ／Ｂは、この代替的な実施形態では、それぞれのパネル１２Ａ／Ｂが開閉するために枢動する１対のマストの形態である。参照を容易にするために、この実施形態の類似の構成要素は、先行する実施形態と同一の参照符号で表示されている。

図６は、１２Ａおよび１２Ｂなどのパネルの枢動を駆動するためのヒンジの作動手段の実施形態を表している。４０として示されているヒンジ作動手段は、パネル１２Ａ／Ｂの互いに対する枢動のためのヒンジ要素１４に動作可能に連結される。図１〜図４の剛性翼型帆１０について、ヒンジ作動手段４０は、それぞれの１次パネル１２Ａおよび１２Ｂの枢動を駆動するように配設された１対の同軸駆動シャフト４２および４４を含む。この実施形態では、駆動シャフト４２および４４を、パネル１２Ａ／Ｂまたはそれぞれの管状セグメント２２ａ、２２ａのいずれかに直接固定することができる。代替的に、駆動シャフト４２および４４を、例えば、中間歯車（図示せず）を介して、細長いパネル１２Ａ／Ｂに間接的に連結することができる。この例では、作動手段４０は、駆動シャフト４８に連結された電気モータ（図示せず）により駆動される、４５および４６として示されている歯車列を含む。

図５の代替的な実施形態において、駆動シャフト４２および４４は、それぞれのシャフトまたはマスト３６Ａ、３６Ｂと整列するまたは独立に協働するように互いに軸方向に離間される。いずれにしても、ヒンジ作動手段４０は、シャフト４２および４４の互いに逆方向の回転をもたらす適切な歯車装置を介して駆動シャフト４２および４４の両方に連結された駆動モータを含む。代替的に、ヒンジ作動手段は、駆動シャフト４２および４４のそれぞれに連結された１対の駆動モータを含むことができる。

図７Ａ〜図７Ｃは、１０などの剛性翼型帆の昇降のための関節機構４９の一例を示している。マスト２８が下げられたときに、剛性パネルをａ）閉じ、甲板上で一方側にまたは別の側に折り畳む（図７Ａを参照）、ｂ）閉じ、船舶の上部構造５１および船体内に収納する（図７Ｂを参照）、ｃ）開き、相補的な形状を有するように設計された船舶５５の上部構造５３に巻き付ける（図７Ｃを参照）、ｄ）開き、「オーニング」として水平に保管する（図示せず）ことができる。

この実施形態において、剛性翼１０は、傾動台５０に取り付けられたマスト２６を含む。傾動台５０は、水上船舶（図示せず）の例えば甲板に取り付けられるように設計された台座５２に枢動可能に接続する。閉形態にある剛性翼１０を、図７Ｂに示すように、剛性翼１０が下げられたときに甲板よりも上または下に位置するカセットまたは区画室５４内に収容することもできる。

傾動台５０は、この実施形態では、互いに対向する端部が台座５２の基部と傾動台５０とに接続された５６Ａおよび５６Ｂなどの１つまたは複数の油圧シリンダを介して傾動させる。したがって、好ましくは閉形態にある剛性翼１０の昇降のために、傾動台５０を台座５２に対して枢動させる。代替的に、甲板よりも上に取り付けられた台座５２、剛性翼１０が日差しを遮る開形態に剛性翼１０を下げることができる。

加えて、１２Ａおよび１２Ｂなどの細長いパネルの一方または両方の好ましくは凸面上において、剛性翼型帆１０をソーラーパネル（図示せず）で被覆するまたは部分的に覆うことができる。ソーラーパネルは、剛性翼１０にわたって帯板状に引き出されるパネルなどの、太陽光発電（ＰＶ）パネルの形態をとることができる。発電するためにソーラーパネルを使用することができ、その電力は、船舶（図示せず）の補助装置を駆動または支持するのを助けるために利用される。

本発明のいくつかの好ましい実施形態について説明してきたので、剛性翼が少なくとも以下の利点を有することは当業者には明らかであろう。１）閉形態にパネルを枢動させることにより、剛性翼の面積を低減するまたは剛性翼を効果的に縮帆することができる。２）翼のキャンバーを効果的に再形成する／変化させるためにパネルの相対的配置をずらすことにより風を効果的に捉えるように、剛体翼を再構成することができる。３）剛性翼は、ｉ）効果的な操作のために見掛けの風に対して剛性翼の角度を変化させる旋回運動、および／またはｉｉ）例えば、取り付けられる船舶上にまたは船舶内に効果的に収納するために、昇降させるための剛性翼の傾動を可能にする取付装置に適している。４）好ましい形態における剛性翼は、比較的単純で安価な製造に適する各々一体構成の１対の細長いパネルを含む。

当業者は、本明細書で説明した発明が、特に説明したもの以外の変形形態および修正形態が受け入れられ得ることを認識するであろう。例えば、ヒンジ作動手段は、説明した機械的装置から逸脱することができ、ヒンジ作動手段を、例えば、油圧または空気圧により駆動することができる。剛性翼の細長いパネルは、翼形部を提供するために必ずしも好ましい実施形態に従って成形される必要はなく、それらの最も単純な形態では平面パネルに限定される可能性がある。剛性翼およびパネルが主に剛性材料から製造されるのであれば、構成材料もまた、説明した材料から逸脱することができる。剛性翼は、水上船舶での用途に限定されるものではなく、飛行船、宇宙船、陸上用の船、および砕氷船などの他の用途にも及ぶことができる。

全てのこのような変形形態および修正形態は、本発明の範囲内にあると見なされるべきであり、本発明の本質は、前述の説明から決定されるべきである。

Claims (15)

1. 剛性翼型帆であって、
   側縁部に対向する隣接縁部を各々有する１対の細長い剛性パネルであって、前記１対の細長い剛性パネルの前記隣接縁部が細長い孔を画定する剛性パネルと、
   前記１対の細長い剛性パネルに前記剛性パネルの隣接縁部で連結されるマストを含み、前記剛性パネルの互いに対する枢動であって、前記マストを中心とした枢動を可能にし、
   ｉ）前記剛性パネルの前記側縁部が互いに隣接する閉形態であって、前記剛性翼型帆が実質的に閉じられる前記閉形態、
   または
   ｉｉ）前記細長い剛性パネルの前記側縁部が互いに隔てられる種々の開形態であって、前記剛性パネルの相対的配置をずらすことにより前記剛性翼型帆のキャンバーを再形成しかつ変化させて風を効果的に捉えるように、前記剛性翼型帆が可変キャンバーとされる前記開形態、
   のいずれかを形成するヒンジ要素と、
   を備え、
   前記マストは、前記細長い孔に受け入れられ、前記閉形態および前記種々の開形態において前記１対の剛性パネルの前記隣接縁部に位置する、
   剛性翼型帆。
2. 前記ヒンジ要素は、前記細長い孔を形成するピアノ型ヒンジの形態である、
   請求項１に記載の剛性翼型帆。
3. 前記マストが、前記マストの傾動ひいては前記マストを含む剛性翼型帆の昇降を可能にする関節機構に取り付けられる、
   請求項１に記載の剛性翼型帆。
4. 前記１対の細長い剛性パネルの少なくとも露出面に取り付けられたまたは貼り付けられた太陽光集光器を更に備える、
   請求項１に記載の剛性翼型帆。
5. 前記１対の剛性パネルの各々が、剛性材料の１つの連続片である、
   請求項１に記載の剛性翼型帆。
6. 前記１対の剛性パネルが、各々、非対称な断面形状の湾曲したパネルである、
   請求項１に記載の剛性翼型帆。
7. 前記１対の非対称なパネルが、実質的に同一の外形および断面形状を有する、
   請求項６に記載の剛性翼型帆。
8. 前記可変キャンバーの前記剛性翼型帆は、前記ヒンジ要素の両側で対称である、
   請求項７に記載の剛性翼型帆。
9. 細長くかつ前記１対の剛性パネルのそれぞれに前記剛性パネルの側縁部で枢動可能に連結される１対の２次剛性パネルを更に備え、
   前記２次剛性パネルは、種々の開形態では前記剛性パネルの連続部を形成し、前記剛性翼型帆の閉形態では前記剛性翼型帆の内側に畳まれるように配設される、
   請求項１に記載の剛性翼型帆。
10. 前記剛性パネルの互いに対する枢動のための前記ヒンジ要素に動作可能に連結されたヒンジ作動機構を更に備える、
    請求項１に記載の剛性翼型帆。
11. 前記ヒンジ作動機構が、前記細長い剛性パネルおよび前記ヒンジ要素の少なくとも一方に動作可能に連結された１つまたは複数の歯車を含む、
    請求項１０に記載の剛性翼型帆。
12. 風に対して所要の角度で前記剛性翼型帆の向きを定めるために前記マストの長手方向軸線を中心とした前記マストの旋回を可能にするように前記マストに動作可能に連結された旋回手段を更に備える、
    請求項１に記載の剛性翼型帆。
13. 前記ヒンジ作動機構が、風に対して所要の角度で前記剛性翼型帆の向きを定めるように構成された旋回手段を含む、
    請求項１０に記載の剛性翼型帆。
14. 乗物に適合するようになされる、
    請求項１に記載の剛性翼型帆。
15. 前記乗物が水上船舶である、
    請求項１４に記載の剛性翼型帆。
    

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