JP7493037B2 - 推進デバイス - Google Patents

Description

本発明は、動力船艇を推進するためのデバイスに関し、詳細には、翼帆に関する。

（大型船またはスーパーヨットなどの）大型船（ship）に推進力を提供するための機関を有する動力船艇の排出物を減少させるための広く提案される手法は、船舶（vessel）を進ませるために使用される動力の一部または全てを提供するための風力の使用である。したがって、この風力推進は、大型船の主駆動列から要求される動力を減少させ得る。それにより、大型船の駆動機関の燃料消費量を減少させることができ、するとそれにより、温室効果ガス排出量の削減がもたらされ得る。加えて、このプロセスは、所与の旅程に使用される燃料の量を減少させることにより、大型船の運用コストを削減することもできる。

風力船艇（wind powered watercraft）は何世紀にもわたって使用されており、より近年では、上記のように、風力補助技術が大型船などの動力船艇に適用されてきた。この分野での風力技術は、広範にわたり、かつ、多くの異なる設計を含み、それらの設計の特徴は、帆走ヨットのための好ましい構成のように、高い揚抗比を得ることを主に目標としている。

いくつかの知られた構成では、２要素剛体翼帆が船艇に適用されてきた。しかし、そのような翼帆は、典型的には高い揚抗比を念頭に置いて設計され、そのことが、翼帆から得られる絶対的な力を制限する場合がある。

慣習的に、（例えば、航空宇宙産業および自動車産業で使用されるような）高揚力翼が、キャンバ付き形状（cambered shape、湾曲形状）を有するエアロフォイル（aero foil）を使用する。この形状は、所与の迎え角に対する翼の各側間の圧力差を増大させ、したがって、翼の達成可能な揚力を増大させる。

翼が生成することができる最大揚力は、翼上の流れが臨界迎え角において「分離」して揚力の著しい減少をもたらす失速の発現に左右される。エアロフォイルの失速前の達成可能な臨界迎え角を増大させ、したがってエアロフォイルが生成することができる揚力を増大させるために、翼の低圧側における流れは、再生され得る。これは、前翼の後縁と後翼の前縁との間に慎重に寸法決めされたスロットが作り出されるように位置決めされた２つの部品（前翼および後翼）に翼を分割することによって達成され得る。このスロットは、翼の低圧「吸引」側に、流れを付着されたままに保ちかつ失速の発現を遅らせるかまたは失速の発現を特定の角度まで防止するのに役立つ高エネルギー流の流れを提供し得る。この効果は、スロットの厳密な幅に非常に敏感であり、したがって、要素の位置決めは、慎重に制御される必要がある。さらに、より高い揚力係数を生成するために、より大きなキャンバが典型的に使用される。２要素翼は、失速前に限られた量のキャンバを生成することができる。

さらに、キャンバ付き形状を有するエアロフォイルは、典型的には、１つの方向（すなわち、エアロフォイルの凹面側から凸面側へのベクトル）のみに揚力を生成するように設計される。しかし、大型船では、エアロフォイルによって生成される力の方向は、大型船が右舷開きにあるか左舷開きにあるかに応じて、変更される必要があり得る（また実際には、逆転される必要があり得る）。典型的には、これは、対称的なエアロフォイル、そのキャンバを反転させるように変形する柔軟な帆、または前面から背面まで鏡像にされた形状を有するキャンバ付きエアロフォイルのいずれかを使用することによって達成され得る。しかし、そのような構成は、形状が最適でないエアロフォイルをもたらし得る。最適な形状のものでありかつそのキャンバを反転させることが可能な翼帆を提供することが、本発明の目的である。

いくつかの知られた構成では、２要素翼帆が、「テール」として知られることもあるフラップを備える。このテールは、通常、翼帆の回転点から船尾に向かって大距離に位置する。この構成は、これらのテール要素が、相対風に対する翼帆の迎え角を自然に誘発するために、翼帆の他の２つの要素と逆の方向に揚力を生成するように回転されるという点で、本発明の構成とは異なる。したがって、このテール要素は、制御線、および手動または動力付きの手段によるトリム調整の必要性を取り除くことができるが、テール要素によって生成される揚力は、翼帆の全揚力に悪影響をもたらす場合がある。「テール」構成は、上述の「スロット」効果を提供せず、高揚力翼をもたらさないことが、当業者によって理解されるであろう。本発明では、エアロフォイル要素のそれぞれは、凹面側から凸面側へのベクトルに沿って揚力を生成するように、ある角度に設定される。

現代の大型船のための風力補助を求める提案のうちの少数は、商業的な支持を得た。大型船の荷積み領域上の構造物は、効率的な荷積みおよび荷下ろしを阻害する場合があり、また、それらの存在は、大型船の資本コストおよび間接整備費の両方を増大させ、これは、それらを採算の合うものにするために、運用上の節約が十分である必要があることを意味する。風向が大型船の移動を補助していない状況では、帆の存在は、風損の一因となる場合があり、したがって、燃料消費量を増大させる。

本発明の目的は、上記の問題に少なくとも部分的に対処することである。

本開示によれば、第１のエアロフォイル要素、第２のエアロフォイル要素、および第３のエアロフォイル要素を備える動力船艇のための翼帆が提供され、エアロフォイル要素のそれぞれは、対向した第１および第２の縁部を有する。エアロフォイル要素のそれぞれは、軸の周りで回転可能であり、かつ、その後縁よりもその前縁に接近した面積中心（centre of area）を有するエアロフォイル断面を有し、また、エアロフォイル要素は、第１または第３の要素のうちの一方の第２の縁部からの流れが第２の要素の第１の縁部に向けられるとともに第２の要素の第２の縁部からの流れが第１または第３の要素のうちの他方の第１の縁部に向けられる構成に動くことができる。第１の縁部は、それぞれの要素の前縁であってよく、第２の縁部は、それぞれの要素の後縁であってよい。これは、船艇に大きな推進力を提供することが可能な高揚力翼帆を提供し得る。

場合により、エアロフォイルは、キャンバ付き形状を一緒に形成するように、アレイに配置される。これは、高揚力構造を提供し得る。

場合により、エアロフォイル要素のうちの少なくとも２つは、回転することによりキャンバ付き形状のキャンバを逆転させるように構成される。

場合により、第１および第３のエアロフォイル要素は、互いに相反する回転方向に回転することによりキャンバ付き形状のキャンバを逆転させるように構成される。

場合により、エアロフォイル要素は、第１の要素の第２の縁部からの流れが第２の要素の第１の縁部に向けられかつ第２の要素の第２の縁部からの流れが第３の要素の第１の縁部に向けられる第１の構成と、第３の要素の第２の縁部からの流れが第２の要素の第１の縁部に向けられかつ第２の要素の第２の縁部からの流れが第１の要素の第１の縁部に向けられる第２の構成との間で、動くことができる。したがって、第１および第２の構成の両方において、流れは、エアロフォイル要素上を個々のエアロフォイル要素に対して同じ方向に移動する。これは、アレイのキャンバが反転されることを可能にし得る。

場合により、第１のエアロフォイル要素は、第２のエアロフォイル要素に対して回転可能である。

場合により、第３のエアロフォイル要素は、第２のエアロフォイル要素に対して回転可能である。

場合により、第１および／または第３のエアロフォイル要素は、最大でも１１０度だけ、好ましくは最大でも９０度だけ、第２のエアロフォイル要素に対して回転するように構成される。

場合により、エアロフォイル要素のそれぞれは、そのそれぞれの回転軸の周りで他のエアロフォイル要素のそれぞれに対して独立に回転可能である。これは、翼帆が多様な相対風条件において使用されることを可能にし得る。

場合により、エアロフォイル要素は、第１のエアロフォイル要素と第２のエアロフォイル要素との間および第２のエアロフォイル要素と第３のエアロフォイル要素との間にスロットが形成されるように位置決めされるように構成され、スロットは、エアロフォイルの吸引側上の空気流を再生するように構成される。これは、エアロフォイル要素の失速を遅らせ、かつ、より高い揚力が生成されることを可能にし得る。

場合により、スロットのサイズは、隣り合ったエアロフォイルの前縁と後縁との間の距離がエアロフォイルのうちの少なくとも一方の翼弦の２０％以下であるようなサイズである。

場合により、第１のエアロフォイル要素の回転軸は、第１のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置される。

場合により、第１のエアロフォイル要素の回転軸は、第２のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置される。

場合により、第３のエアロフォイル要素の回転軸は、第２のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置される。

場合により、第３のエアロフォイル要素の回転軸は、第３のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置される。

場合により、各それぞれの回転軸は、そのそれぞれのエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置される。これは、キャンバを変化させるときにエアロフォイル要素が容易に動かされることを可能にし得る。

場合により、各エアロフォイル要素の回転軸は、各それぞれのエアロフォイル要素の後縁よりも前縁に接近して配置される。

場合により、各エアロフォイル要素の回転軸は、前縁から翼弦の３分の１内に、好ましくは前縁から翼弦の１５％から３５％の間の位置に、より好ましくは前縁から翼弦の２０％から３０％の間の位置に、配置される。

場合により、第２の要素の回転軸は、第１および第３の要素の軸間に延在する平面に対してオフセットされる。これは、キャンバ付き形状を提供し得る。

場合により、回転軸のそれぞれは、互いに平行である。

場合により、エアロフォイル要素は、それらの翼弦線に関して対称的に成形される。これは、キャンバを変化させるために要素の順番が逆転されることを可能にし得る。

場合により、各エアロフォイル要素の最厚部分から前縁までの距離は、各エアロフォイル要素の最厚部分から後縁までの距離未満である。

場合により、各エアロフォイルの断面は、エアロフォイルのスパンに沿って実質的に一様である。

場合により、翼帆は、第４のエアロフォイル要素をさらに備え、第４のエアロフォイル要素は、その後縁よりもその前縁に接近した面積中心を有するエアロフォイル断面を有し、エアロフォイル要素は、第３の要素の後縁からの流れが第４の要素の前縁に向けられる構成に動くことができる。これは、翼帆のキャンバに対するさらなる制御を提供し得る。

場合により、第４のエアロフォイル要素は、第４のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置された回転軸の周りで他のエアロフォイル要素に対して独立に回転可能である。

場合により、エアロフォイル要素のうちの少なくとも１つは、エアロフォイルのスパンに沿って分散された２つ以上の部分に分割され、各部分は、他の部分に対して独立に回転可能である。これは、改善された制御を提供し得る。

場合により、エアロフォイル要素は、各エアロフォイルの翼弦線が相対風方向と実質的に揃えられる風見鶏構成（weathercocked configuration）に回転可能である。これは、フェイルセーフ構成を提供することが可能であり得、フェイルセーフ構成では、翼帆は、実質的な推進力を生成するために使用されない。

場合により、エアロフォイル要素は、１つまたは複数の弾性付勢部材により風見鶏構成に付勢される。

場合により、エアロフォイル要素は、各エアロフォイル要素の翼弦線が互いに実質的に平行となるとともに第１および第３のエアロフォイルの後縁が互いに向き合う格納構成（stowed configuration）に回転可能である。これは、翼帆のサイズが保管のために縮小または最小化されることを可能にし得る。

場合により、エアロフォイルのうちの少なくとも１つは、前縁スラットおよび／または１つもしくは複数の境界層板を備える。これは、翼帆の揚力をさらに増大させ得る。

場合により、第２のエアロフォイルは、翼帆の重量を支えるように配置された主けたに取り付けられる。これは、船艇への翼帆の簡便な取付けを提供し得る。

場合により、エアロフォイルは、ベースプレートに取り付けられ、かつ、ベースプレートに対して回転可能であり、ベースプレートは、主けたに回転可能に取り付けられる。これは、翼帆全体が船艇に対して回転されることを可能にし得る。翼帆全体は、他の構成を使用することにより船艇に対して回転可能であってもよい。

場合により、翼帆はエンドプレートをさらに備え、エンドプレートは、エアロフォイルがベースプレートとエンドプレートとの間に取り付けられるように、ベースプレートに対してエアロフォイルのスパンの反対側の端部に取り付けられ、エンドプレートは、主けたに回転可能に取り付けられる。

場合により、エアロフォイルは、エアロフォイル要素のうちの少なくとも２つの回転軸が互いに対して移動可能であるように構成される。

本開示によれば、上記の翼帆と、エアロフォイル要素の回転を制御するように構成された制御装置と、を備えるシステムも提供される。これは、翼帆が船艇に取り付けられたときに調整されることを可能にし得る。

場合により、制御装置は、測定された風況、測定された翼帆にかかる力、および測定された翼帆にかかるモーメントのうちの少なくとも１つに応じてエアロフォイルを自動的に回転させるように構成される。これは、向上された燃料効率を提供し得る。

場合により、エアロフォイル要素は、キャンバ付き形状を一緒に形成するようにアレイに配置され、制御装置は、エアロフォイル要素のうちの少なくとも２つを回転させることによりキャンバ付き形状のキャンバを逆転させるように構成される。

本開示によれば、上記のような翼帆を備える船艇も提供される。例えば、船艇は、大型船、ばら積み貨物船、またはスーパーヨットなどの、機関を原動力とする船艇であり得る。

次に、添付の図面を参照しながら、単なる非制限的な例として本発明を説明する。

本発明による翼帆の斜視図である。 本発明による翼帆の第２の斜視図である。 本発明による翼帆の横断平面図である。 間切り開始前の本発明による翼帆のエアロフォイルの平面図である。 図４のエアロフォイルの開きの変更の第１段階の図である。 図４のエアロフォイルの開きの変更の第２の段階の図である。 図４のエアロフォイルの開きの変更の第３段階の図である。 図４と比較して約１８０度回転された図７のエアロフォイルの図である。 開きを変更する前の衝突風（impinging wind）および揚力を含む、図３の図である。 図９のエアロフォイルの開きの変更の第１段階の図である。 図９のエアロフォイルの開きの変更の第２段階の図である。 図９のエアロフォイルの開きの変更の第３段階の図である。 開きの変更が完了したときの図９のエアロフォイルの図である。 風見鶏構成における図４のエアロフォイルの平面図である。 格納構成における図４のエアロフォイルの平面図である。 本発明による翼帆を備える船艇の斜視図である。 本発明による翼帆を備える船艇の平面図である。 風が第１の方向から衝突しているときの船艇上のエアロフォイルの位置決めを示す図である。 風が第２の方向から衝突しているときの船艇上のエアロフォイルの位置決めを示す図である。 旋回前の船艇および衝突風を示す図である。 図１９の船艇の旋回の第１段階の図である。 図１９の船艇の旋回の第２段階の図である。 図１９の船艇の旋回の第３段階の図である。 旋回が完了したときの図１９の船艇の図である。 ４つのエアロフォイル要素を備える翼帆の第２の構成の断面平面図である。 ４つのエアロフォイル要素を備える翼帆の第２の構成の斜視図である。 スパン方向部分に分割されたエアロフォイルを含む翼帆の第３の構成の第１の斜視図である。 図１５の翼帆の第２の斜視図である。 翼帆の第４の構成の斜視図である。 図２８の構成の平面図である。 間切り開始前の図２８および２９の翼帆のエアロフォイルの図である。 間切り途中の図２８および２９の翼帆のエアロフォイルの図である。 間切り後の図２８および２９の翼帆のエアロフォイルの図である。 図３０～３２の図を含む、完全な間切り手順を示すシーケンスの図である。 間切り開始前の、エンドプレートが含まれた図２８および２９の翼帆のエアロフォイルの図である。 間切り途中の、エンドプレートが含まれた図２８および２９の翼帆のエアロフォイルの図である。 間切り後の、エンドプレートが含まれた図２８および２９の翼帆のエアロフォイルの図である。

本発明は、動力船艇のための翼帆１に関する。つまり、翼帆１は、船艇に風力推進を提供するために動力船艇（例えば、大型船）に取り付けられ得るデバイスである。図１および２に示されるように、翼帆１は、第１のエアロフォイル要素１０、第２のエアロフォイル要素１１、および第３のエアロフォイル要素１２を含む。

図１に示されるように、エアロフォイル要素のそれぞれは、軸の周りで回転可能である。つまり、第１のエアロフォイル１０は、第１の軸１０ｘの周りで回転可能であり、第２のエアロフォイル１１は、第２の軸１１ｘの周りで回転可能であり、第３のエアロフォイル１２は、第３の軸１２の周りで回転可能である。各エアロフォイル要素は、そのそれぞれの軸の周りで他のエアロフォイル要素に対して独立に回転可能であり得る。

また、（例えば）図３に示されるように、エアロフォイル要素のそれぞれは、その後縁よりもその前縁に接近した面積中心を有するエアロフォイル断面を有する。言い換えれば、前縁から面積中心までの距離は、後縁から面積中心までの距離未満である。つまり、エアロフォイルの断面（すなわち、スパン方向に対して直角な、翼弦線に沿った切断部）は、翼弦線の中点より前方のエアロフォイルの横断面積が翼弦線の後方の横断面積よりも大きいような断面である。したがって、エアロフォイル断面の面積の半分以上が、（エアロフォイルの）後縁よりも（エアロフォイルの）前縁に近く、エアロフォイルは、翼弦の５０％のところで翼弦に対して直角な線に関して非対称である。これは、各エアロフォイル要素の最厚部分から前縁までの距離が各エアロフォイル要素の最厚部分から後縁までの距離未満であることを意味し得る。これは、より効率的なエアロフォイル形状をもたらし、かつ、エアロフォイルの前縁および後縁がそのように特別に設計されることを可能にし得る。

図３の平面図に最も良く示されるように、エアロフォイル１０、１１、１２は、第１のエアロフォイル要素１０の後縁からの流れが第２のエアロフォイル要素１１の前縁に向けられるとともに第２のエアロフォイル要素１１の後縁からの流れが第３のエアロフォイル要素１２の前縁に向けられる構成に動かされ得る。エアロフォイルは、キャンバ付き形状を有するアレイを一緒に形成することが、留意されるであろう。したがって、第１のエアロフォイル要素１０においてアレイ上に衝突する空気流は、連続して第２および第３のエアロフォイル要素に向けられて、アレイの周りを流れる。アレイにおいて、エアロフォイル要素のそれぞれは、キャンバ付きアレイの凹面側から凸面側へのベクトルに沿った揚力を提供することが、理解されるであろう。上記のように、各エアロフォイル要素が他のエアロフォイル要素に対して独立に回転可能である場合、この回転は、その後縁よりもその前縁に接近した断面における面積中心を有するエアロフォイル要素と相まって、以下で説明されるように、アレイのキャンバが反転されることを可能にする。

この配向におけるエアロフォイル要素は、前述の効果を生じさせるために、エアロフォイル要素の後縁と後続のエアロフォイル要素の前縁との間にスロットを作り出すように位置合わせされることが、理解されるであろう。言い換えれば、第１のエアロフォイル要素と第２のエアロフォイル要素との間、および第２のエアロフォイル要素と第３のエアロフォイル要素との間に、スロットが設けられる。図３に示された構成では、第１のエアロフォイル要素１０の後縁と第２のエアロフォイル要素１１の前縁との間に第１のスロット１７が形成され、第２のエアロフォイル要素１１の後縁と第３のエアロフォイル要素１２の前縁との間に第２のスロット１８が形成される。

エアロフォイル要素間のスロットは、キャンバ付きアレイの高圧側からキャンバ付きアレイの吸引側（すなわち、低圧側）への（したがって、個々の要素の吸引側への）高圧空気流のための通路を提供し得る。これは、空気流を「再生し」、空気流を付着させ続けることができる。すると、これは、失速の発現を遅らせて、翼帆がより大きな揚力を生成することを可能にし得る。エアロフォイル要素を互いに対して動かすことによりスロットのサイズが制御され得ることが、理解されるであろう。いくつかの構成では、スロットは、１つのエアロフォイル要素の後縁と次のエアロフォイル要素の前縁との間の距離がエアロフォイル要素のうちの一方または両方の翼弦の２０％未満であるような寸法となされ得る。つまり、スロットのサイズは、エアロフォイル要素のサイズと比較して相対的に小さい。

上記の構成は、非常に高揚力の構成が実現されることを可能にする。高い揚抗比を使用して翼帆を設計する従来の手法よりも、翼帆の絶対揚力は最大限に高められ得る。これは、いくつもの理由から、大型船に特に有利であり得る。第１に、典型的な航路上の大型船が受ける優勢な相対風角度は（大型船の前進速度に起因して）小さいが、より大きな相対風角度に対して最適化された（すなわち、高い揚力を生成するように最適化された）翼帆によって達成される燃料節約の可能性は、より小さな相対風角度に対して最適化された（すなわち、高い揚抗比に対して最適化された）翼帆のそれと比較して、大きい。第２に、大型船は一般に高い安定性を有し、したがって、デパワーする必要なしに大きなリフト量を生成することが可能な翼帆に適応することができる。第３に、９０度を超える相対風角度において、翼帆の揚力および抗力の両方が大型船に推力を提供し、そのため、このような角度においては、揚力および抗力の両方が有益である。

大型船が小さな相対風角度を受け、かつ、高い揚抗比が有利である状況では、本発明の翼帆は、より低い揚力を、したがってより低い誘導抗力を生成するように簡単にデパワーされて、その揚抗比を高めることができる。

エアロフォイル要素のそれぞれは、剛性構造のものであり得る。つまり、エアロフォイル要素１０、１１、１２のそれぞれは、ボート用の従来の柔軟な帆とは対照的に、剛体材料で形成され、要素の形状は、風または他の力に応じて実質的に変化しない。剛性構造は、エアロフォイル上に流れが存在しないときにエアロフォイルの形状が維持されるような構造であることが、理解されるであろう。そのような構造は、金属、複合材、もしくはプラスチック材料などの剛体材料で外側表面が形成されるエアロフォイルであってよく、または、柔軟なもしくは形成可能な外皮がフレーム上に配置されている剛体フレームを有してもよい。剛体エアロフォイル要素の使用はまた、翼帆の全スパンに沿った上述のこのスロット（または複数のスロット）の寸法に対する改善された制御を可能にし得る。

図１～３に示されるように、第２のエアロフォイル要素１１は、大型船に対して回転することができる主けた１４に取り付けられ得る。主けたは、甲板に取り付けられてよく、かつ、甲板を貫通して延在して（すなわち、甲板を通して取り付けられて）船殻の本体内へ延在し得る。主けたは、軸受機構上でその軸の周りで枢動し得る。第２のエアロフォイル１１は、主けた１４に対して固定されるか、または主けた１４の周りで（すなわち、主けた１４に対して）回転可能であり得る。エアロフォイル１０および１２は、ベースプレート１５とエンドプレート１６との間に取り付けられてよく、ベースプレート１５およびエンドプレート１６自体は、主けた１４に取り付けられ得る。ベースプレート１５およびエンドプレート１６はまた、主けた１４の周りで（すなわち、主けた１４に対して）回転可能であり得る。したがって、第１のエアロフォイル１０および第３のエアロフォイル１２は、主けたに対して回転することができ、第２のエアロフォイル１１は、主けたとともにまたは主けたとは無関係に回転することができる。

代替的な実施形態では、主けた１４は、他のエアロフォイル要素のうちの任意の１つ、例えば第１のエアロフォイル要素１０またはエアロフォイルの並びにおける最後のエアロフォイル要素１２のための取付け台としての役割を果たす場合があり、残りのエアロフォイル要素は、ベースプレート１５およびエンドプレート１６に取り付けられる。さらなる代替形態では、全てのエアロフォイル要素が、組立体を形成するようにベースプレートとエンドプレートとの間に取り付けられる場合があり、組立体全体は、例えば回転可能なマウント上に位置するベースプレート１５によって、回転可能に取り付けられる。

いくつかの構成では、エアロフォイルの１つまたは複数の部品が、例えば図３に示されるように、横断面で見たときにそれらがベースプレートの外側に突出するように、延在し得る。しかし、ベースプレートおよびエンドプレートの形状は、図に示された形状に限定されるものではなく、任意の適切な形状であってよいことが、理解されるであろう。例えば、ベースプレートおよびエンドプレートは、図３に示された構成にあるときにスパン方向におけるエアロフォイルの端部がエンドプレートによって覆われるように成形されてもよい。

風が向きを変える場合、または船舶が風に対して方向を変える場合、翼帆のキャンバの方向を変えることにより翼帆の開きを変えることが必要とされ得る。次に、翼帆が開かれ得る方法の簡易化した例が、図４～８を参照して説明されるが、ここで、風は、ページの上部からの翼帆への衝突から、ページの下部からの衝突に変わる。この例は概略的なものであり、動きの正確な順序は以下で説明される通りである必要はないことが、理解されるであろう。

図４は、図３におけるものと同じ構成におけるエアロフォイル１０、１１、１２を示す。明瞭さのために、翼帆１の残りの構成要素は省略される。

第１に、図５に示されるように、第１のエアロフォイル要素１０は、図５における矢印Ａによって示されるように、おおよそ１８０度回転される。次に、第２のエアロフォイル要素１１は、図６における矢印Ｂによって示されるように、おおよそ１８０度回転される。

次いで、第３のエアロフォイル要素１２は、図７における矢印Ｃによって示されるように、おおよそ１８０度回転される。したがって、エアロフォイル要素１０、１１、１２のそれぞれが回転され、それにより、組み合わせアレイのキャンバが逆転されて、翼が間切りを完了することになる。

逆転したキャンバは、図８に最も良く見ることができ、これは、１８０度回転された図７のバージョンである。そのような回転は、間切りプロセスの一環として行われる必要はないが、単に図４との容易な比較に役立つことが、理解されるであろう。図７および８と図４との比較から、このプロセスによりエアロフォイルアレイの全体的なキャンバが逆転（または反転）され、したがって揚力の方向が１８０度変化することが、留意されるであろう。つまり、エアロフォイルは、第１の要素１０の後縁からの流れが第２の要素１１の前縁に向けられるとともに第２の要素１１の後縁からの流れが第３の要素１２の前縁に向けられる第１の構成から、第３の要素１２の後縁からの流れが第２の要素１１の前縁に向けられるとともに第２の要素１１の後縁からの流れが第１の要素１０の前縁に向けられる第２の構成に動いた。第１および第２の構成の両方において、流れはエアロフォイル要素上を個々のエアロフォイル要素に対して同じ方向に移動することが、理解されるであろう。この変更の後、第３のエアロフォイル要素１２の後縁と第２のエアロフォイル要素１１の前縁との間にスロットが形成され、かつ、第２のエアロフォイル要素１１の後縁と第１のエアロフォイル要素１０の前縁との間にスロットが形成されることも、理解されるであろう。

図９～１３は、間切りプロセスの別の例を、ベースプレート１５を加えて示す。これらの図では、風向が示されているのみならず、図９および１３では、翼帆によって生成される揚力も示されている。この間切りプロセスは、第２のエアロフォイル要素１１が主けたに回転可能に取り付けられるとともにベースプレートおよびエンドプレートが主けたに対して回転することができる構成に使用され得る。プロセスは、翼帆組立体の各部品間の相互作用が理解され得るように、一連の個別の動きとして示されている。しかし、翼帆の様々な部品は、本明細書において説明されるような個別の動きの特定の順序で動く必要はないことが、理解されるであろう。いくつかの構成では、部品（または部品のサブセット）の全てが、間切りプロセス中に各エアロフォイル要素が相対風に対して位置合わせされたその翼弦線を有する（これは、以下のさらなる例で示される）ように、同期的な態様で同時に動かされ得る。

図９では、風は、図の上部における方向から翼帆に衝突する。空気は、翼帆の周りを（すなわち、エアロフォイル要素上を）流れて、図に示された視界における右側へと、合成揚力（すなわち、流れの発現に対して直角に作用する、翼帆からの合力のうちの成分）を生成する。エアロフォイルの位置は、翼帆がその方向に高揚力を提供するような位置である。

間切りプロセスの第１の段階が、図１０に示される。第２のエアロフォイル要素１１および主けた１４は、矢印ＡＡによって示されるように、反時計方向に回転する。ベースプレートもまた、主けたとともに回転する。第１および第３のエアロフォイル要素１０、１２はベースプレートに取り付けられるので、それらは、第２のエアロフォイル要素の回転軸１１ｘの周りで大型船に対して回転するが、第２のエアロフォイル要素１１またはベースプレートに対してはまだ回転しない。図１０では、第２のエアロフォイルはその最終位置（すなわち、図１３に示された位置）に位置決めされていることが、留意されるであろう。

次に、図１１に示されるように、ベースプレートは、矢印ＢＢによって示されるように主けたに対して回転し続け、第２のエアロフォイル要素１１は、動かないままである。ベースプレートに取り付けられていることにより、第１および第３のエアロフォイル要素１０、１２は、軸１１ｘの周りで回転し続ける。

次いで、図１２に示されるように、第１のエアロフォイル要素１０および第３のエアロフォイル要素１２は、矢印ＣＣおよびＤＤによって示されるようにベースプレートに対して回転し始める。ここでは別々に示されているが、矢印ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ、およびＥＥによって示される回転は、全て同時にまたは別々の動きとして行われ得ることが、理解されるであろう。図１２では、第１および第３の要素は、ベースプレートに対してそれらの最終位置にあるが、第２のエアロフォイル要素に対してはそうでないことが、留意されるであろう。

最後に、ベースプレートは、図１３における矢印ＥＥによって示されるように、その開始位置から１８０度回転しているように、回転する。ベースプレートに取り付けられていることにより、第１および第３のエアロフォイル要素は、第２のエアロフォイル要素に対して動き、また、最終位置において、間切りが完了し、アレイのキャンバは逆転（または反転）しており、翼帆は、図９に示された方向とは反対の方向に揚力を生成する。この場合もやはり、エアロフォイルは、第１の要素１０の後縁からの流れが第２の要素１１の前縁に向けられるとともに第２の要素１１の後縁からの流れが第３の要素１２の前縁に向けられる構成から、第３の要素１２の後縁からの流れが第２の要素１１の前縁に向けられるとともに第２の要素１１の後縁からの流れが第１の要素１０の前縁に向けられる構成に動いている。したがって、第１および第２の構成の両方において、流れは、エアロフォイル要素上を個々のエアロフォイル要素に対して同じ方向に移動する。

エアロフォイルの動きのいくつかの具体的な可能なシーケンスが上記されたが、種々のエアロフォイル要素は、キャンバの変化が達成される限り、任意の順序でまた任意の方向に回転され得ることが、理解されるであろう。例えば、各エアロフォイル要素は、同時にかつ／または互いに反対の方向に動くことができ、また場合により、翼帆全体の回転と同時に動くことができる。また、以下で説明されるように、４つ以上のエアロフォイルを有する構成が使用される場合、追加のエアロフォイルも上記のものに類似した態様で動かされることが、理解されるであろう。

また、エアロフォイルが回転するように構成される角度は、それらの機能に応じて選択され得ることが、理解されるであろう。少なくとも１つは、約３６０度回転するように構成されてよく、その他は、約１８０度回転するように構成されてよい。例えば、主けたは、第２のエアロフォイル１１に接続される場合、その軸の周りで３６０度回転するように構成されてよく、第１および第３のエアロフォイル１０、１２は、それらの回転軸の周りで少なくとも１８０度回転するように構成されてよい。あるいは、エアロフォイルの全てが、それらの回転軸の周りで１８０度回転するように構成されてもよい。

図３～８および図９～１３に示されるように、本発明のシステムは、それらの翼弦線に関して対称的に（すなわち、キャンバ付けされずに）成形されたエアロフォイル要素の使用が、全体的なキャンバ付き形状を有するアレイを形成するために使用されることを可能にする。これは、非常に高い揚力の構成が両方の間切りにおいて容易に達成されることを可能にする。これらのエアロフォイル形状では、各エアロフォイルの最厚部分から前縁までの距離は一般に、各エアロフォイルの最厚部分からその後縁までの距離未満である。つまり、前縁から後縁へと、エアロフォイルの厚さは増大し、次いで減少する。

図３に示されるように、エアロフォイル要素は、丸みのある前縁、および先細の後縁を有する。したがって、前縁近くのエアロフォイルの厚さは、後縁近くの厚さよりも大きい。これは、前縁における曲率半径が後縁におけるそれよりも大きい構成をもたらし得る。したがって、エアロフォイル要素は、それら自体はエアロフォイル要素の配向にかかわらず使用される、明瞭な前縁および後縁を有する。「先細の」後縁は、鋭い縁部もしくは尖った縁部であり得るか、平坦な表面を形成するように切頭され得るか、または、前縁のそれよりも小さな曲率半径を有する横断面における曲面を有し得ることが、理解されるであろう。この形状は、エアロフォイル要素上の最適な空気流を提供することができ、また、尖った後縁は、先端により後縁上の空気流が正確に方向付けされることが可能であるので、上述のスロットに対する改善された制御を提供することができる。そのような形状では、エアロフォイル断面の面積中心は、典型的には、エアロフォイルの後縁よりもエアロフォイルの前縁に接近する。

全体にキャンバ付けされたアレイ形状を提供するために、その周りで第２の要素１１が回転する軸１１ｘは、他の軸に対してオフセットされ得る。具体的には、軸１０ｘおよび１２ｘが互いに平行であるかまたは互いに交差する場合、軸１１ｘは、その周りで第１および第３のエアロフォイル要素１０、１２が回転する軸１０ｘと軸１２ｘとの間に延在する平面に対してオフセットされ得る。言い換えれば、第１のエアロフォイル１０および第３のエアロフォイル１２の軸１０ｘと軸１２ｘとの間の（軸上の同じ高さにおける）平面図において線が引かれる場合、第２のエアロフォイル要素１１の回転軸は、この線上に位置しない。オフセットは、翼帆の開きにかかわらず第１および第３のエアロフォイル要素が第２のエアロフォイル要素の圧力側に向かって位置決めされるようなオフセットであることが、留意されるであろう。

その後縁よりもその前縁に接近した面積中心を有するエアロフォイル断面を有するエアロフォイル要素であって、要素間にスロットを含むキャンバ付きアレイ（すなわち、第２の要素の軸が他の軸に対してオフセットされている）を形成するように構成されているエアロフォイル要素と、互いに対して独立に回転可能である各エアロフォイル要素との組み合わせは、それが取り付けられる船舶に対して回転可能である翼帆組立体と一緒に、いかなる相対風にも適応され得る高揚力構成を可能にし得る。これは、翼帆の位置を調整して最大限の揚力を提供するようにエアロフォイル要素の位置を互いに調整することにより、また必要に応じて（上記のように）キャンバを反転させることにより、達成され得る。

いくつかの構成では、ベースプレート１５およびエンドプレート１６のうちの一方または両方は、可動部品を有してよく、この可動部品は、各エアロフォイル要素の回転軸の位置を変更する（例えば、軸を互いに対して動的にオフセットさせる）ことができ、したがって、翼帆のキャンバを変化させることができる。１つの構成では、ベースプレート１５およびエンドプレート１６は、どちらも軸１１ｘの周りで回転可能である２つの関節セクションを備え得る。したがって、両セクションの回転は、回転軸１０ｘおよび１２ｘの位置を変更し、したがって、翼帆のキャンバを調整することができる。翼帆はまた、ベースプレート１５およびエンドプレート１６の関節セクションが翼のキャンバを逆転させるように回転される、上記とは異なる態様で間切りされ得る。

図１に示された構成のようないくつかの構成では、エアロフォイルの回転軸１０ｘ、１１ｘ、１２ｘのそれぞれは、平行である。しかし、いくつかの他の構成では、回転軸は、平行でない場合があり、さらに、互いに対する軸の相対位置は、高さによって異なる場合がある。

図１～３に示された構成では、各エアロフォイル要素の回転軸は、そのエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置されることが、理解されるであろう。言い換えれば、軸は、エアロフォイル要素がそれ自体を中心に回転するように、エアロフォイル自体の内側に配置されて、エアロフォイルのスパン方向に平行に延びる。しかし、他の構成も可能であることが、理解されるであろう。例えば、回転軸は、エアロフォイルの前縁に位置してもよく、または、エアロフォイルの外側に位置してもよい。

具体的には、軸は、エアロフォイル要素の後縁よりも前縁に接近して配置され得る。言い換えれば、軸は、翼弦の最初の５０％内に配置される。いくつかの構成では、軸は、好ましくは、前縁から翼弦の最初の３分の１内に配置され、より好ましくは、翼弦の１５％から３５％の間の位置に配置され、より好ましくは、翼弦の２０％から３０％の間の位置に配置され得る。具体的には、回転軸は、エアロフォイルの圧力中心にまたはその近位に位置決めされ得る。典型的には、これは、前縁から測定した翼弦のおおよそ２５％のところであり得るが、これは、エアロフォイルの形状、その迎え角、および他のエアロフォイル要素の配向に従って変化し得る。

上記のように、エアロフォイルは、全体的にキャンバ付けされた様々なアレイを提供するために、種々の異なる構成に回転可能である。エアロフォイル１０、１１、１２はまた、それらがキャンバ付きアレイを形成しない他の位置に動くこともできる。例えば、図１４に示されるように、エアロフォイル１０、１１、１２は、それらの翼弦線の全てが互いに平行になる位置に動く。これは、例えば、各エアロフォイルの翼弦線が相対風方向と揃えられる「風見鶏」構成であり得る。これは、エアロフォイルの制御が失われた場合、またはエアロフォイルが耐えるには風があまりにも強力である場合に、エアロフォイルが自由に回転することを可能とされ、したがって相対風方向に整列することができるように、フェイルセーフモードを提供し得る。他のフェイルセーフ構成では、エアロフォイルは、所望の位置へ動かされるようにアクチュエータまたは液圧式ラムによって制御され得、また、動力損失が生じた場合にエアロフォイルが風見鶏構成に戻るように、ばねなどの１つもしくは複数の弾性付勢部材、またはアキュムレータもしくはガスストラットなどの他の動力貯蔵デバイスにより、そのような構成に付勢され得る。したがって、デバイスに電力が供給されている場合、アクチュエータまたは液圧式ラムは、エアロフォイルの位置を制御するために弾性付勢部材の力を克服し、また、電力がない場合、デバイスは、風見鶏構成へ受動的に動く。

エアロフォイルが移動され得るさらなる可能な構成が、図１５に示されている。この構成は、翼帆の幅および長さが減少されるかまたは最小化される、格納構成である。この構成では、翼弦線も互いに平行であるが、エアロフォイルのうちの２つ（第１および第２のエアロフォイル要素１０、１１）は、１つの方向に実質的に位置合わせされ、第３のエアロフォイル要素１２は、異なる方向に位置合わせされる。つまり、第３のエアロフォイルは、他の２つのエアロフォイル要素に対して１８０度の角度のところに配置される。これは、組立体全体の幅（すなわち、図１５における左－右方向）が最小化される格納構成を提供し得る。言い換えれば、例えば図３および１０に示された構成とは対照的に、第３のエアロフォイル要素１２は、ベースプレートおよびエンドプレートの縁部を越えて突出しない。この構成は、翼帆が使用されていないとき、また例えばボートが波止場に着けられているときに、翼帆１によって占められる空間を最小化するために使用され得る。

ベースプレート１５およびエンドプレート１６は、第１の要素１０および第３の要素１２のための構造上の支持を提供するだけでなく、翼帆の種々の構成要素を動かすために使用される任意の機械類およびシステムを収容することもできる。さらに、それらは、エアロフォイル要素から離脱する渦を減少させることもできる。

図１６および１７に示されるように、翼帆１のうちの１つまたは複数が、大型船１００に取り付けられ得る。大型船１００は、例えば、ばら積み貨物船、コンテナ船、または任意の他の適切な船艇であり得る。図１６および１７に示された構成では、３つの翼帆１が示されている。しかし、例えば大型船のサイズおよび大型船が使用される条件を考慮に入れて、任意の数の翼帆１が大型船１００に取り付けられ得ることが、理解されるであろう。翼帆は船舶の左舷に取り付けられる必要はなく、任意の適切な場所に取り付けられ得ることも、理解されるであろう。主けた１４は、大型船に回転可能に取り付けられ得、かつ、翼帆の重量（ならびに、空気流と翼帆との間の相互作用によって生じる任意の力およびモーメント）が主けたによって保持されるように、大型船の甲板を貫通して取り付けられ得る。したがって、主けた、エンドプレート、ベースプレート、およびエアロフォイル自体が回転する場合、回転の全ては船艇に対するものである。図１８Ａおよび１８Ｂは、異なる方向から風が衝突しているときに揚力が生成され得るような大型船に対する翼帆の回転を示す。図１８Ａおよび１８Ｂにおける風向は互いに１８０度にあること、ならびに、翼帆は風が中間相対位置（intermediate relative position）にあるときにそれに応じて調整され得ることが、理解されるであろう。

図１９～２３のシーケンスは、大型船によって行われる旋回、および翼帆の間接的調整を示す。これらの図では、風は、略図の上部から衝突するものとして示されている。このシーケンスはまた、ボートが旋回し、したがって風に対する向きを変えるのではなく、風がボートに対して移動する（すなわち、向きを変える）状況でも使用され得ることが、理解されるであろう。以下の動きは、図９～１３に関連して説明されたのと同じ間切りプロセスを使用して行われ得ることが、理解されるべきである。

図１９に示された開始位置から、大型船は、図に示された眺めにおいて時計方向に（すなわち、右側に）、図２０に示された位置へと旋回を始める。図２０に示されるように、エアロフォイルは、それらの翼弦線が相対風に平行であるように旋回される。これは、第２のエアロフォイル１１、および第２のエアロフォイル要素が接続された主けた１４を旋回させることにより、また、第１および第３のエアロフォイル要素が取り付けられたベースプレートを旋回させることにより、行われる。第１および第３のエアロフォイル要素はまた、それらの翼弦線が相対風に平行であるように、ベースプレートに対して回転する。それにより、エアロフォイルは、大型船が相対風「の中を進む」ときの羽根状構成にされる。

次いで、大型船は、図２１および２２に示された位置を経て旋回し続け、エアロフォイル要素は、それらの翼弦線が相対風に平行であるように回転し続ける。最後に、大型船が図２３に示された位置に達すると、エアロフォイル要素は、上記のキャンバ付きアレイ形状を形成するように移動される。図１９に示された位置から図２３の位置への移動においてエアロフォイルのキャンバが逆転していることに、留意されたい。

図２４および２５は、翼帆１の第２２の構成を示す。図２４および２５に示された翼帆は、上記されたものに似ているが、第１、第２、および第３のエアロフォイル要素１０、１１、１２に加えて、第４のエアロフォイル要素１３を備える。第４のエアロフォイル要素１３は、他のエアロフォイル要素に対して独立に回転可能であってよく、また、その後縁よりもその前縁に接近した面積中心を有するエアロフォイル断面を有し得る。したがって、図２４に示された構成では、第３のエアロフォイル要素の後縁からの空気流は、第４のエアロフォイル要素１３の前縁に向けられることが、理解されるであろう。図示されていないが、図２４および２５に示された翼帆は、図４～８に示されかつ上記されたのと同じ方法で開きを変化させることができる。すなわち、エアロフォイル要素のそれぞれは、アレイ全体のキャンバが逆転されるように、回転する。同様に、エアロフォイル要素のそれぞれは、上記された風見鶏構成および格納構成に移動することもできる。

各要素の後縁からの空気流が次の要素の前縁に向けられる状態でさらなるエアロフォイル要素が追加されてもよいことが、理解されるであろう。同様に、全体的なキャンバは、任意の所与の要素の回転軸が、２つの要素間またはその要素の各側間に延在する平面に位置しないようなキャンバであり得る。

図２６および２７は、本発明による翼帆１の第３の構成を示す。この構成は、図１～３に示された構成に似ており、かつ、エアロフォイル要素のそれぞれがエアロフォイルのスパンに沿って分散された２つの部分に分割されるという点で異なる。つまり、第１のエアロフォイル要素１０は、そのスパンに沿って２つの部分１０ａ、１０ｂに分割され、第２のエアロフォイル要素１１は、２つの部分１１ａ、１１ｂに分割され、第３のエアロフォイル１２は、そのスパンに沿って要素１２ａ、１２ｂに分割される。部分のそれぞれは、各エアロフォイルの２つの部分が互いに対して移動し得るように、個別に制御可能であり得る。これは、各エアロフォイル要素の迎え角がエアロフォイル要素のスパンに沿って、したがって翼帆のスパンに沿って、変更されることを可能にし得る。これは、相対風の向きおよび強さが高さとともに変化し得るときに、向上された空気力学を提供し得る。

上記の構成は、２つの部分に分割された各エアロフォイル要素を有するが、各エアロフォイル要素は３つ以上の部分に分割されてもよいこと、または、エアロフォイル要素のうちのいくつかがスパンに沿って分割され、他のエアロフォイル要素が単一のスパンを形成してもよいことが、理解されるであろう。いくつかの構成では、エアロフォイル要素は、それらのスパンに沿って多数の部分に分割され得る。これは、それらの表面を変形させることにより翼帆のスパンに沿って多様な形状を作り出すように連接されたエアロフォイル要素をもたらし得る。

図２８および２９は、本発明による翼帆１の第４の構成を示す。図１～３に示された構成と同様に、翼帆１は、第１のエアロフォイル要素１０、第２のエアロフォイル要素１１、および第３のエアロフォイル要素１２を含む。エアロフォイル要素は、上記されたものに実質的に類似し得る。

図２９の平面図に示されるように、エアロフォイル１０、１１、１２は、第１のエアロフォイル要素１０の後縁からの流れが第２のエアロフォイル要素１１の前縁に向けられるとともに第２のエアロフォイル要素１１の後縁からの流れが第３のエアロフォイル要素１２の前縁に向けられる構成に移動され得る。エアロフォイルは、図１～３の構成におけるように、キャンバ付き形状を有するアレイを一緒に形成することが、留意されるであろう。したがって、第１のエアロフォイル要素１０においてアレイに衝突する空気流は、連続して第２および第３のエアロフォイル要素に向けられて、アレイの周りを流れる。アレイにおいて、エアロフォイル要素のそれぞれは、キャンバ付きアレイの凹面側から凸面側へのベクトルに沿った揚力を提供することが、理解されるであろう。

図２８および２９に示された構成では、エアロフォイルは、図１～３の構成におけるように共通のエンドプレートに取り付けられるのではなく、むしろ、各エアロフォイルが、そのスパンの各端部にエアロフォイル自体のそれぞれのエンドプレートを有し、そのエンドプレートにエアロフォイルが取り付けられる。つまり、第１のエアロフォイル要素１０は、２つの第１のエンドプレート１０ｅ間に取り付けられ、第２のエアロフォイル要素１１は、２つの第２のエンドプレート１１ｅ間に取り付けられ、第３のエアロフォイル要素１２は、２つの第３のエンドプレート１２ｅ間に取り付けられる。第２のエンドプレート１１ｅは、（上記の）第２のエアロフォイル要素１１とともにまたはその代わりに、主けた１４に接続され得る。第１および第３のエアロフォイル要素の回転軸（それぞれ、１０ｘおよび１２ｘ）は、図２８では点線で示されている。

図２９に見られるように、第１および第２のエンドプレートは、枢支点の周りで互いにヒンジ式に接続され、したがって、第１のエアロフォイル要素１０を第２のエアロフォイル要素１１に連結し、第１のエアロフォイル要素の回転軸１０ｘを提供する。同様に、第２および第３のエンドプレートは、枢支点の周りで互いにヒンジ式に接続され、したがって、第３のエアロフォイル要素１２を第２のエアロフォイル要素１１に連結し、第３のエアロフォイル要素の回転軸１２ｘを提供する。

エンドプレートの形状は、エアロフォイル要素の断面形状に類似し得るか、または異なる形状のものであってよいことが、図２９から留意されるであろう。エンドプレートの形状は、空気力学的な判断および／または構造上の判断に従って選択され得る。例えば、第１のエンドプレート１０ｅは、平面図において、第１のエアロフォイル要素１０の断面形状に類似した形状を有し、第１のエアロフォイル要素の前縁は、第１のエンドプレート１０ｅを越えて延在し、第１のエンドプレート１０ｅは、追加の突出部を有する。第２のエンドプレート１１ｅは、６角形の形状を有し、第２のエアロフォイル要素は、６角形の形状内に位置決めされる。第３のエンドプレート１２ｅは、第２のエンドプレート１１ｅを連結するために、第３のエアロフォイル要素の前縁を越えて延在する。

図２８および２９に示されたエンドプレートの具体的な構成は例示的なものにすぎないこと、ならびに他の構成が可能であることが、理解されるであろう。例えば、図１および２に関連して上記されたものに類似した、３つのエアロフォイル要素の全てのための単一のエンドプレートも、採用され得る。

この構成では、第１のエアロフォイル要素１０の枢支点（したがって、第１のエアロフォイル要素１０の回転軸１０ｘ）は、第１のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置されることが、理解されるであろう。具体的には、枢支点は、第１のエアロフォイル要素の後縁に向かって配置される。この構成では、第３のエアロフォイル要素の枢支点（したがって、第３のエアロフォイル要素の回転軸１２ｘ）は、第２のエアロフォイル要素１１の前縁と後縁との間に配置されることも、留意されるであろう。言い換えれば、第３のエアロフォイル要素の枢支点は、第３のエアロフォイル要素の外側に配置される。具体的には、枢支点は、第２のエアロフォイル要素の後縁の領域内に配置される。枢支点は、エアロフォイルの組み合わせアレイの全体的なキャンバの最適な形状を提供するように選択され得る。枢支点の位置はまた、最適揚力構成に配置されたときの各要素の投影翼弦線の交差点と一致し得る。上記の枢支点の配置は、キャンバが好都合に逆転されることを可能にするのと同時に、翼帆の通常動作位置において高い揚力が提供されることを可能にし得る。

図２８および２９の構成では、図１～３に示された構成とは対照的に、アレイのキャンバは、エアロフォイルのうちの２つだけを動かすことによって逆転（または、反転）され得る。具体的には、第１のエアロフォイル要素１０は、第２のエアロフォイル要素１１に対して動かされ、第３のエアロフォイル要素１２は、第２のエアロフォイル要素１１に対して動かされる。各エアロフォイルの動きは、第１および第３のエアロフォイル要素のそれぞれの軸の周りでの回転である。

アレイの全体的なキャンバを変化または逆転させる（したがって、翼帆の開きを変化させる）ためのエアロフォイルの移動は、図３０～３２に示されており、これらの図では、エアロフォイルの支持構造は、理解の容易さのために省略されている。

図３０は、間切りプロセスの前のエアロフォイル要素を示し、図３１は、間切りプロセスの途中のエアロフォイル要素を示し、図３２は、間切りプロセスが完了した（また、キャンバが逆転された）後の要素を示す。この例は概略的なものであり、動きの正確な順序は以下で説明される通りである必要はないことが、理解されるであろう。例えば、第１および第３の要素は、同時にまたは異なるタイミングで動いてもよい。

図３３は、相対風の方向が逆転している、完全な間切り手順を示す。位置２～４は、図３０～３２に示されたものに実質的に類似しており、それらの図に関連して説明された動きを反映することが、留意されるであろう。位置１および５は、翼帆全体が個々のエアロフォイルとは独立に（翼帆が取り付けられた船舶に対して）回転することもできることを示す。つまり、位置１と２との間では、翼帆自体が、開きを開始するために反時計方向に回転し、位置４と５との間では、翼帆自体が、開きを終了するために同様に反時計方向に回転する。これは、例えば、他の構成に関連して上記されたように、主けた１４を回転させることによって達成され得る。

図３０～３２に示されたシーケンスでは、第１のエアロフォイル要素１０は、第２のエアロフォイル要素１１に対して反時計方向におおよそ７０度回転する。第３のエアロフォイル要素１２は、第２のエアロフォイル要素１１に対して反時計方向におおよそ５０度回転する。しかし、これらの値は単なる例であり、回転量は翼帆の全体的なキャンバの形状に従って変化し得ることが、理解されるであろう。一般に、第１のエアロフォイル要素１０は、１１０度以下の角度、好ましくは９０度以下の角度にわたって回転する。第３のエアロフォイル要素１２もまた、１１０度以下の角度、好ましくは９０度以下の角度にわたって回転する。１１０度未満の角度、好ましくは９０度未満の角度にわたる回転は、第１および第３の回転が相反する角度方向（すなわち、時計方向と反時計方向）におけるものであることと相まって、個々の部品の移動を最小限に抑えるとともに、翼帆のキャンバが逆転されることを可能にし得る。これは、製造コストの削減および／または信頼性の向上につながり得る。

図３１に示された配置では、第１、第２、および第３のエアロフォイル要素のそれぞれの翼弦線は、３つのエアロフォイル要素が「数珠つなぎで」整列するように互いに互いに平行であることが、留意されるであろう。これは、第１および第３の要素の軸間に延在する平面内に位置する第２の要素の回転軸によるものである。これは、第２の要素の回転軸が第１および第３の要素の軸間に延在する平面に対してオフセットされる上記の図１～８に示された構成と対照をなす。

図３１の配置は、上記の翼帆のキャンバを逆転させるプロセスにおける中間ステップとして示されているが、この構成はまた、風見鶏構成として翼帆によって採用されてもよく、エアロフォイル要素の全てが、相対風と揃えられる。そのような構成では、エアロフォイル要素のそれぞれが相対風と揃えられ、また、全体的なキャンバが存在しないので、揚力は実質的に生成されない。エアロフォイルが風見鶏構成に動く態様は、上記と同じであってよい。

図３４～３６は、図３０～３２の枢動シーケンスを示し、エアロフォイル要素がその周りで枢動することができる枢支点、ならびに第１および第３のエアロフォイル要素のエンドプレートが示されている。これは、この構成では第１のエアロフォイル要素の回転軸が第１のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置されること、および、第３のエアロフォイル要素の回転軸が第２のエアロフォイル要素の前縁と後縁との間に配置されることの、別の例示を提供する。

上記されかつ図２８～３６に示されたものに対するピボットの場所のための他の構成が可能であることが、理解されるであろう。例えば、第１のエアロフォイル要素の回転軸は、第１のエアロフォイル要素の内側にあってよく、第３のエアロフォイル要素の回転軸は、第３のエアロフォイル要素の内側にあってよい。別の構成では、第１のエアロフォイル要素の回転軸は、第１のエアロフォイル要素の外側にあってよく（かつ、第２の回転要素の内側にあってよく）、第３のエアロフォイル要素の回転軸は、第３のエアロフォイル要素の外側にあってよい（かつ、第２の回転要素の内側にあってよい）。なおもさらなる構成では、第１のエアロフォイル要素の回転軸は、第１のエアロフォイル要素の外側にあってよく（かつ、第２の回転要素の内側にあってよく）、第３のエアロフォイル要素の回転軸は、第３のエアロフォイル要素の内側にあってよい。この場合もやはり、上記のように、枢支点は、翼帆が両方の開きにあるときにキャンバの所望の全体形状を画定するように選択され得る。回転軸がこれらの構成において特定の要素の内側に配置される場合、それらは、上記で提示された翼弦線の割合のところに配置され得る。

上記の構成のいずれかにおいて、さらなる空気力学デバイスが、エアロフォイルのうちの１つまたは複数に任意の組み合わせで追加され得る。例えば、エアロフォイルのうちの１つまたは複数は、前縁スラットを含み得る。つまり、エアロフォイルの揚力を増大するために、エアロフォイルのうちの１つまたは複数の前縁に可動部分が設けられ得る。さらに、境界層板が設けられ得る。つまり、エアロフォイルの翼弦に平行な方向に細長い固定デバイスが、スパン方向の空気流を減少させるかまたは防止するために設けられ得る。

翼帆１の種々の構成要素は、任意の適切な材料で形成されてよく、以下はそのような材料の例を示す。以下に提示される種々の材料は組み合わせられ得ることも、理解されるであろう。エアロフォイル要素および主けたの構造要素は、鋼鉄シェルもしくは中実の鋼鉄棒、またはアルミニウムなどの別の金属合金で形成されるかあるいはそれらを含み得る。これらの要素はまた、カーボンもしくはＥガラスなどの構造用複合材で形成されるかまたはそれらを含んでよく、また、熱硬化性樹脂で硬化されてもよい。同様に、ベースプレートおよびエンドプレートの構造要素は、鋼鉄シェルもしくは中実の鋼鉄棒、またはアルミニウムなどの別の金属合金で形成されるかあるいはそれらを含み得る。構造要素はまた、カーボンもしくはＥガラスなどの構造用複合材で形成されるかまたはそれらを含んでよく、また、熱硬化性樹脂で硬化されてもよい。

エアロフォイル要素は、構造用中心部分と非構造用の前縁および後縁のフェアリングとで形成されるかまたはそれらを含むことができ、それらは、熱硬化性樹脂で硬化され得るカーボンもしくはＥガラスなどの複合材料で形成されるかまたはそれらを含み得る。これらの複合部品は、２つ以上の部品に形成され、続いて互いに接着または固定され得る。あるいは、エアロフォイル要素は、内部構造骨組みを含むかまたは含まない、モノコック性のものであり得る。

金属製の構造体および接続部品は、組み立てられるか、押出し成形されるか、鋳造されるか、または付加製造技法を使用して印刷され得る。複合材構成要素は、真空注入、プリプレグ成形、またはウェットレイアップ（人間またはロボットによる）を使用して製造され得る。

翼の寸法は、用途によって異なり得る。本発明の１つの実施形態では、翼帆は、おおよそ２００ｍの水線長のばら積み貨物船に艤装され得る。そのような船舶で使用される翼帆の各エアロフォイル要素は、３０ｍを超えるスパンと、５ｍを上回る翼弦長とを有する場合があり、要素のベースも、甲板から隆起され得る。しかし、本発明の翼帆の寸法は、それに限定されるものではなく、翼帆が取り付けられる船舶に適した任意のサイズのものであってよいことが、理解されるであろう。

翼帆の種々の部品の動きは、任意の適切な作動機構によってもたらされ得ることが、理解されるであろう。本発明の１つの実施形態では、主けたは、甲板を貫通して取り付けられて、船殻の本体内へ延在する。主けたは、けたがいずれかの方向に３６０度回転することを可能にする軸受機構上で、その軸の周りで枢動し得る。主けたの回転位置は、船舶の構造体に逆らって主けたの軸に作用する１つまたは複数の旋回リングおよびウォーム駆動歯車によって変更され得る。

本発明の別の実施形態では、主けたは、直接取り付けられた１つまたは複数の回転式アクチュエータによって回転される。本発明のさらに別の実施形態では、船舶の構造体に取り付けられた１つまたは複数の直線アクチュエータが、主けた上のレバーアームを操作することにより、主けたを動かし得る。上記の構成の全てにおいて、翼帆の部品を動かすために使用されるエネルギー源は、液圧もしくは空気圧の動力学的な蓄積、または直接的な電気入力によって提供によって提供され得る。

第１および第３のエアロフォイル要素１０、１２は、主けたの軸に対して不変であるがベースプレート１５および／またはエンドプレート１６内の１つまたは複数の軸受によって支持された主けたとは独立に回転することができる、それらの垂直軸を有し得る。第１および第３のエアロフォイルは、ａ）旋回リングおよびウォーム駆動歯車機構、ｂ）直接取り付けられた１つまたは複数の回転式アクチュエータ、およびｃ）けた上のレバーアームまたは線形歯車機構を操作するためにベースプレートおよび／またはエンドプレートに取り付けられた１つまたは複数の直線アクチュエータのうちのいずれか、またはそれらの任意の組み合わせによって、位置決めされ得る。この作動を提供する構成要素は、ベースプレート１５およびエンドプレート１６のどちらかもしくは両方に収容され得るか、または、エアロフォイル要素自体に収容され得る。

ベースプレート１５およびエンドプレート１６は、上部および底部の軸受により主けたに接続されてよく、第１のエアロフォイル要素１０および第３のエアロフォイル要素１２は、同様の態様でベースプレートおよびエンドプレートに接続されてよい。

翼帆１は、翼帆を制御するための制御システム機構と組み合わせられ得る。すなわち、制御システムは、けた、エアロフォイル要素、ならびにエンドプレートおよびベースプレートの回転のうちのいくつかまたは全ての回転を制御し得る。制御システムは、測定された翼状態に応じるかまたはユーザの入力に基づくなどして、翼帆を自動的に制御し得る。したがって、制御装置はまた、上記のエアロフォイルの動きを命令することによりアレイのキャンバを逆転または反転させるように構成され得る。制御装置はまた、例えばエアロフォイル要素の回転を調節することにより上記で言及されたスロットのサイズを制御するように構成され得る。制御システムは、船艇自体の制御システムと一体化され得る。

本明細書において説明された翼帆は、それぞれ、広範な風況においてかなりの量の推進力を生成することが可能であり得る。前述された３つの翼帆がばら積み貨物船に据え付けられる本発明の１つの実施形態では、翼帆は、特定の風の速度および角度において機関を使用することなしに大型船を進ませるのに十分な推進力を生成することが可能であり得る。

前述の翼帆およびばら積み貨物船の構成は、特に経路最適化ソフトウェアとともに使用された場合に、大型船の毎年の燃料消費量および温室効果ガス排出量を著しく減少させることが可能であり得る。大型船がダガーボードまたはリーボードなどの改良型付属物を艤装されている場合、翼帆は、毎年の燃料消費量および温室効果ガス排出量をさらに大量に減少させることが可能であり得る。

推進力、ならびに燃料消費量および温室効果ガス排出量の減少の評価は、翼帆の使用を伴う大型船と伴わない大型船の両方に対してシミュレーションされた多数の国際航路に基づく。シミュレーションは、典型的な平均年間燃料節約量を得るために、６年間の歴史的な気象データのうちの数千の異なる出発日を使用して繰り返される。これらのシミュレーションは、大型船および翼帆に作用する全ての水力学的ならびに空気力学的な力およびモーメントを考慮に入れる。

本明細書では、動力船艇のための翼帆を制御する方法も提供され、翼帆は、第１のエアロフォイル要素、第２のエアロフォイル要素、および第３のエアロフォイル要素を備え、エアロフォイル要素のそれぞれは、軸の周りで回転可能であり、かつ、その後縁よりもその前縁に接近した面積中心を有するエアロフォイル断面を有する。方法は、第１または第３の要素のうちの一方の後縁からの流れが第２の要素の前縁に向けられるとともに第２の要素の後縁からの流れが第１または第３の要素のうちの他方の前縁に向けられる構成にエアロフォイルを動かすことを含む。いくつかの構成では、エアロフォイル要素は、キャンバ付き形状を一緒に形成するように、アレイに配置され、方法は、キャンバ付き形状のキャンバを逆転させる（または、反転させる）ために、エアロフォイル要素のうちの少なくとも２つを動かすことを含み得る。動きは、具体的には、上記の動きのうちのいずれかであってよい。

本発明は例示的な実施形態に関して説明されたが、本発明は開示された例示的な実施形態に限定されないことが、当業者によって理解されるべきである。様々な修正、組み合わせ、部分的組み合わせ、および変更が、それらが添付の特許請求の範囲に記載の範囲またはその均等物の範囲に入る限りにおいて、設計要件および他の要因に応じて生じ得る。本開示の任意の例または実施形態からの特徴は、本開示の任意の他の例または実施形態からの特徴と組み合わせられ得る。

１ 翼帆
１０ 第１のエアロフォイル要素、第１のエアロフォイル
１０ａ 部分
１０ｂ 部分
１０ｅ 第１のエンドプレート
１０ｘ 第１の軸
１１ 第２のエアロフォイル要素、第２のエアロフォイル
１１ａ 部分
１１ｂ 部分
１１ｅ 第２のエンドプレート
１１ｘ 第２の軸
１２ 第３のエアロフォイル要素、第３のエアロフォイル
１２ａ 要素
１２ｂ 要素
１２ｅ 第３のエンドプレート
１２ｘ 第３の軸
１３ 第４のエアロフォイル要素
１４ 主けた
１５ ベースプレート
１６ エンドプレート
１７ 第１のスロット
１８ 第２のスロット
１００ 大型船
Ａ 矢印
ＡＡ 矢印
Ｂ 矢印
ＢＢ 矢印
Ｃ 矢印
ＣＣ 矢印
ＤＤ 矢印
ＥＥ 矢印

Claims (22)

1. 動力船艇のための翼帆であって、
   第１のエアロフォイル要素、
   第２のエアロフォイル要素、および
   第３のエアロフォイル要素
   を備え、
   前記第１から第３のエアロフォイル要素のそれぞれが、軸の周りで回転可能であり、かつ、その後縁よりもその前縁に接近した面積中心を有するエアロフォイル断面を有し、
   前記第１から第３のエアロフォイル要素が、前記第１または第３のエアロフォイル要素のうちの一方の前記後縁からの流れが前記第２のエアロフォイル要素の前記前縁に向けられるとともに前記第２のエアロフォイル要素の前記後縁からの流れが前記第１または第３のエアロフォイル要素のうちの他方の前記前縁に向けられる構成に動くことができ、
   前記第１から第３のエアロフォイル要素が、キャンバ付き形状を一緒に形成するように、アレイに配置され、
   前記第１から第３のエアロフォイル要素のうちの少なくとも２つが、回転することにより前記キャンバ付き形状のキャンバを逆転させるように構成され、
   前記第１から第３のエアロフォイル要素が、前記第１のエアロフォイル要素と前記第２のエアロフォイル要素との間および前記第２のエアロフォイル要素と前記第３のエアロフォイル要素との間にスロットが形成されるように位置決めされるように構成され、前記スロットが、前記第１から第３のエアロフォイル要素の吸引側上の空気流を再生するように構成される、
   翼帆。
2. 前記第１および第３のエアロフォイル要素が、互いに相反する回転方向に回転することにより前記キャンバ付き形状の前記キャンバを逆転させるように構成される、請求項１に記載の翼帆。
3. 前記第１から第３のエアロフォイル要素が、
   前記第１のエアロフォイル要素の前記前縁からの流れが前記第２のエアロフォイル要素の前記前縁に向けられるとともに前記第２のエアロフォイル要素の前記後縁からの流れが前記第３のエアロフォイル要素の前記前縁に向けられる第１の構成と、
   前記第３のエアロフォイル要素の前記後縁からの流れが前記第２のエアロフォイル要素の前記前縁に向けられるとともに前記第２のエアロフォイル要素の前記後縁からの流れが前記第１のエアロフォイル要素の前記前縁に向けられる第２の構成と、の間で回転可能であり、
   前記第１および第２の構成の両方において、前記流れが、前記第１から第３のエアロフォイル要素上を個々の前記エアロフォイル要素に対して同じ方向に移動する、
   請求項１または２に記載の翼帆。
4. 少なくとも１つの前記第１のエアロフォイル要素が、前記第２のエアロフォイル要素に対して回転可能であり、
   少なくとも１つの前記第３のエアロフォイル要素が、前記第２のエアロフォイル要素に対して回転可能であり、
   少なくとも１つの前記第１および／または第３のエアロフォイル要素が、最大でも１１０度だけ、好ましくは最大でも９０度だけ、前記第２のエアロフォイル要素に対して回転するように構成され、
   前記第１から第３のエアロフォイル要素のそれぞれが、そのそれぞれの回転軸の周りで他の前記エアロフォイル要素のそれぞれに対して独立に回転可能である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の翼帆。
5. 前記スロットのサイズが、隣り合った前記エアロフォイル要素の前縁と後縁との間の距離が前記第１から第３のエアロフォイル要素のうちの少なくとも１つの翼弦の２０％以下であるようなサイズである、請求項１～４のいずれか一項に記載の翼帆。
6. 前記第１のエアロフォイル要素の少なくとも１つの回転軸が、前記第１のエアロフォイル要素の前記前縁と前記後縁との間に配置され、
   前記第１のエアロフォイル要素の少なくとも１つの回転軸が、前記第２のエアロフォイル要素の前記前縁と前記後縁との間に配置され、
   前記第３のエアロフォイル要素の少なくとも１つの回転軸が、前記第２のエアロフォイル要素の前記前縁と前記後縁との間に配置され、
   前記第３のエアロフォイル要素の少なくとも１つの回転軸が、前記第３のエアロフォイル要素の前記前縁と前記後縁との間に配置され、
   各それぞれの回転軸が、そのそれぞれのエアロフォイル要素の前記前縁と前記後縁との間に配置される、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の翼帆。
7. 各エアロフォイル要素の少なくとも１つの回転軸が、各それぞれのエアロフォイル要素の前記後縁よりも前記前縁に接近して配置され、
   各エアロフォイル要素の少なくとも１つの回転軸が、前記前縁から翼弦の３分の１内に、好ましくは前記前縁から前記翼弦の１５％から３５％の間の位置に、より好ましくは前記前縁から前記翼弦の２０％から３０％の間の位置に配置され、
   前記第２のエアロフォイル要素の少なくとも１つの前記回転軸が、前記第１および第３のエアロフォイル要素の前記軸間に延在する平面に対してオフセットされ、
   前記回転軸のそれぞれが、互いに平行である、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の翼帆。
8. 少なくとも１つの前記第１から第３のエアロフォイル要素が、それらの翼弦線に関して対称的に成形され、
   各エアロフォイル要素の最厚部分から前記前縁までの少なくとも一部の距離が、各エアロフォイル要素の前記最厚部分から前記後縁までの距離未満であり、
   各エアロフォイル要素の少なくとも一部の断面が、前記第１から第３のエアロフォイル要素のスパンに沿って一様である、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の翼帆。
9. 第４のエアロフォイル要素をさらに備え、前記第４のエアロフォイル要素が、その後縁よりもその前縁に接近した面積中心を有するエアロフォイル断面を有し、前記第１から第３のエアロフォイル要素が、前記第３のエアロフォイル要素の前記後縁からの流れが前記第４のエアロフォイル要素の前記前縁に向けられる構成に動くことができる、請求項１～８のいずれか一項に記載の翼帆。
10. 前記第４のエアロフォイル要素が、前記第４のエアロフォイル要素の前記前縁と前記後縁との間に配置された回転軸の周りで他の前記エアロフォイル要素に対して独立に回転可能である、請求項９に記載の翼帆。
11. 前記第１から第３のエアロフォイル要素のうちの少なくとも１つが、そのエアロフォイル要素のスパンに沿って分散された２つ以上の部分に分割され、各部分が、他の前記部分に対して独立に回転可能である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の翼帆。
12. 前記第１から第３のエアロフォイル要素が、各エアロフォイル要素の翼弦線が相対風方向と揃えられる風見鶏構成に回転可能である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の翼帆。
13. 前記第１から第３のエアロフォイル要素が、１つまたは複数の弾性付勢部材により前記風見鶏構成に付勢される、請求項１２に記載の翼帆。
14. 前記第１から第３のエアロフォイル要素が、各エアロフォイル要素の翼弦線が互いに平行となるとともに前記第１および第３のエアロフォイル要素の前記後縁が互いに向き合う格納構成に回転可能である、請求項１～１３のいずれか一項に記載の翼帆。
15. 前記第１から第３のエアロフォイル要素のうちの少なくとも１つが、前縁スラットおよび／または１つもしくは複数の境界層板を備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載の翼帆。
16. 前記第２のエアロフォイル要素が、前記翼帆の重量を支えるように配置された主けたに取り付けられる、請求項１～１５のいずれか一項に記載の翼帆。
17. 前記第１から第３のエアロフォイル要素が、ベースプレートに取り付けられ、かつ、前記ベースプレートに対して回転可能であり、前記ベースプレートが、前記主けたに回転可能に取り付けられる、請求項１６に記載の翼帆。
18. 前記翼帆はエンドプレートをさらに備え、前記エンドプレートが、前記第１から第３のエアロフォイル要素が前記ベースプレートと前記エンドプレートとの間に取り付けられるように、前記ベースプレートに対して前記第１から第３のエアロフォイル要素のスパンの反対側の端部に取り付けられ、前記エンドプレートが、前記主けたに回転可能に取り付けられる、請求項１７に記載の翼帆。
19. 請求項１～１８のいずれか一項に記載の翼帆と、前記第１から第３のエアロフォイル要素の回転を制御するように構成された制御装置と、を備えるシステム。
20. 前記制御装置が、測定された風況、測定された翼帆にかかる力、または測定された翼帆にかかるモーメントのうちの少なくとも１つに応じて前記第１から第３のエアロフォイル要素を自動的に回転させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記第１から第３のエアロフォイル要素が、キャンバ付き形状を一緒に形成するようにアレイに配置され、前記制御装置が、前記第１から第３のエアロフォイル要素のうちの少なくとも２つを回転させることにより前記キャンバ付き形状のキャンバを逆転させるように構成される、請求項１９または２０に記載のシステム。
22. 請求項１～１８のいずれか一項に記載の翼帆を備える、船艇。