KR20190125285A - 돛 추진을 이용하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조건에 따른 대체로 수직인 축(310) 둘레에서 각지게 제어된 구조물(300)에 장착된 이중 돛을 포함하는 형태의, 적어도 부분적으로 돛 추진되는, 선박에 관한 것으로서, 이중 돛은 전방 플랩(100)과 후방 플랩(200)을 포함하며, 플랩 중 적어도 하나는 전후 비대칭을 갖고 슬롯(L)에 의해 분리된다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 구조물은 붐-형성 요소(330) 및 개프-형성 요소(342)에 의해 연결되는 전방 돛대(310) 및 후방 돛대(320)를 포함하고, 각각의 돛대는 각각의 플랩(100, 200)의 내부를 따라서 연장되며, 상기 구조물(300)은 전방 돛대(310)에 의해 형성된 회전축 상에서 회전할 수 있다.

Description

돛 추진을 이용하는 선박

본 발명은 일반적으로 돛 추진(sail propulsion)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크루즈 보트 및 작업용 선박을 위한 새로운 형태의 추진 에어포일(propulsion airfoil)에 관한 것이다.

천연 그대로의 추진을 위한 강성 에어포일에 관한 이전의 문헌은 풍부하다.

그러므로, 특히 에어포일에 조정 가능한 캠버(camber)를 부여하는 2개의 플랩(flap)을 구비한 강성 또는 반강성 에어포일은 문헌 미국 특허 제3,332,383 A호, 미국 특허 제4,685,410 A호, 미국 특허 제5,313,905 A호 및 미국 특허 제8,635,966 B1호로부터 공지되어 있다.

그러나, 이러한 공지된 에어포일은 낙하 가능한(droppable) 돛을 만들고 리핑(reefing)을 허용하지 않을 때 심각한 문제가 있다. 그러므로, 2개의 플랩을 구비하는 기존의 에어포일은 대부분 셔라우드된 돛대(shrouded mast)를 갖고, 에어포일의 제어는 에어포일 캠버를 강제하는 시트(sheet), 및 필요에 따라 워시아웃(washout)을 발생시키도록 날개의 베이스에서 캠버의 전부 또는 일부에 도달하게 하도록 제2 플랩을 구동하는 고정된 링크를 구성하는 로프(lanyard)에 의해 행해진다. 또한, 제1 플랩에 대한 제2 플랩의 상대적인 운동은 일반적으로 제1 플랩의 프로파일 내부에 위치된 축으로부터 회전에 의해 달성되며, 이러한 것은 성능 관점에서 최적이 아니며 낙하 가능하거나 또는 리핑 가능한(reefable) 에어포일의 실행을 까다롭게 하거나 또는 불가능하게 만든다.

또한, 문헌 미국 특허 제4,848,258 A호는 3개의 돛과 3개의 각각의 돛대를 구비하는 돛 시스템을 개시하며, 여기에서, 2개의 외부 돛대를 포함하는 구조물은 중앙 돛대 근처에서 회전할 수 있다. 돛 시스템은 에어포일보다 돛에 더욱 많이 속하는 리프트 요소를 포함한다. 전방 및 후방 개프(gaff) 및 붐(boom)은 주 돛대에 의해 형성된 축을 중심으로 강제로 회전될 수 있다.

이러한 부분을 위하여, 문헌 유럽 특허 공개 제0,328,254 A1호는 후방 에어포일이 전방 에어포일의 용적 내부에 위치된 축을 중심으로 선회되는 이중 에어포일 돛을 개시한다.

돛은 가변 캠버를 구비하는 단일 에어포일에 속하는 문헌 미국 특허 제4,561,374 A호로부터 공지되어 있다. 이러한 에어포일을 지니는 구조물은, 에어포일의 후방 부분을 통과하고 그 가까이에서 캠버가 행해지는 단일 돛대 근처에서 선회한다.

본 발명의 목적은 전술한 단점 및 제한의 전부 또는 일부를 개선하고 큰 공기 역학적 효율 및 큰 사용 편의성을 제공하는, 적어도 2개의 플랩을 구비하는 에어포일을 제안하는 것이다.

이러한 목적을 위해, 돛 추진을 적어도 부분적으로 이용하고, 조건에 의존하여 대체로 수직인 축 둘레에서 각지게(angularly) 제어된 구조물에 장착된 이중 에어포일을 포함하는 형태의 선박이 제안되되, 여기서 이중 에어포일은 적어도 하나의 전방 플랩 및 하나의 후방 플랩을 포함하고, 상기 플랩들 중 적어도 하나는 전방-후방 비대칭(fore-to-aft asymmetry)을 갖고 슬릿에 의해 분리되고, 각각의 플랩이 높이로 분포된 일련의 형상 요소(shape element)를 포함하며, 상기 구조물은 붐-형성 요소 및 개프-형성 요소에 의해 연결되는 전방 돛대 및 후방 돛대를 포함하고, 전방 플랩의 형상 요소는 전방 돛대가 횡단함으로써 획정된 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 후방 플랩의 형상 요소가 후방 돛대가 횡단함으로써 획정된 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 상기 구조물이 전방 돛대에 의해 형성된 회전축 상에서 회전할 수 있는 것을 특징으로 한다.

선박은 개별적으로 또는 당업자가 기술적으로 호환 가능한 것으로서 이해할 수 있는 임의의 조합으로 취해진 다음의 추가의 특징을 선택적으로 포함한다:

* 전방 플랩은 2개의 플랩의 회전축에 의해 형성된 정중면(P)에 대해 각지게 오프셋되도록 한정된 각도 범위(angular interval)에 걸쳐서 변위 가능하다.

* 전방 플랩은 전방 플랩을 측 방향으로 압박하는 바람의 영향 하에서 자유롭게 변위한다.

* 선박은 전방 플랩의 각도 변위의 제어를 위한 수단을 포함한다.

* 각도 범위는 약 ± 1°와 ± 15°사이에 포함된다.

* 선박은 상기 정중면에 대한 후방 플랩의 기울기를 명령하는 수단을 포함한다.

* 명령 수단은 후방 플랩의 하부 영역과 상부 영역을 별개로 경사지게 할 수 있다.

* 명령 수단은 또한 후방 플랩의 적어도 하나의 중간 영역을 움직일 수 있다.

* 명령 수단은 후방 플랩의 하부 영역 근처에서 작용하는 제1 액추에이터, 및 에어포일의 하부 영역에 위치되고 돛대 중 하나를 통과하는 가이드 기구를 통해 후방 플랩의 근처에서 작용하는 제2 액추에이터를 포함한다.

* 선박은 구조물의 돛대에서 통과하는 가이드 기구에 의해 후방 플랩의 중간 영역 근처에서 작용하는 적어도 하나의 제3 액추에이터를 포함한다.

* 액추에이터는 붐-형성 요소에 장착된다.

* 개프-형성 요소는 낙하 가능한 및/또는 리핑 가능한 전방 플랩 및/또는 후방 플랩 중에서 적어도 하나를 만들도록, 상기 개프-형성 요소, 및 상기 적어도 하나의 돛대를 따라서 슬라이딩할 수 있으며 전방 플랩의 상부 단부 및/또는 후방 플랩의 상부 단부와 병진으로 고정되는 요소를 포함하는 개프-형성 조립체에 속한다.

* 선박은, 개프의 고정 요소의 영역에서 가이드를 갖고 개프-형성 조립체의 상기 슬라이딩 요소에 부착된 적어도 하나의 용총줄(halyard)을 포함한다.

* 선박은 전방 돛대의 발 부분(foot)의 영역에 작용하는 각도 제어 수단을 포함한다.

* 상기 구조물은 셔라우드되지 않고, 상기 각도 제어 수단에 응답하여 360°회전할 수 있다.

* 구조물의 각도는 개프-형성 조립체의 고정 요소 및 슬라이딩 요소에서 공동으로 동작한다.

* 제2 액추에이터와 조합된 가이드 기구는 개프-형성 조립체의 슬라이딩 요소에 장착된 가이드 요소를 포함한다.

* 플랩 중 적어도 하나는 외피(envelope)가 펼쳐지는 프로파일된 윤곽을 구비한 형상 요소의 조립체를 사용하여 만들어진다.

* 플랩 중 적어도 하나는 대체로 서로 신축 가능하게(telescopically) 결합되는 대체로 강성 또는 반강성 박스의 조립체를 사용하여 만들어진다.

본 발명의 다른 양태, 목표 및 이점은 비제한적인 예로서 주어지고 첨부된 도면을 참조하여 만들어진 그 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더욱 명확하게 나타날 것이다:
- 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 돛 추진 에어포일의 전체 사시도;
- 도 2는 도 1의 에어포일의 개략 수평 단면도;
- 도 3A 내지 도 3D는 4개의 상이한 상황에서의 에어포일의 상태를 나타내는 수평 단면도;
- 도 4는 그 외피가 없는 에어포일 구조물의 조립체의 저면 사시도;
- 도 5는 도 4의 조립체의 평면 사시도;
- 도 5a는 도 5의 상세의 확대 평면 사시도;
- 도 6은 도 4 및 도 5의 조립체로부터의 상부 영역의 측면도;
- 도 7은 도 6에 도시된 영역의 평면 사시도;
- 도 8은 에어포일 구조물의 요소의 상세의 평면 사시도;
- 도 9는 도 4 및 도 5의 조립체로부터의 확대된 하부 영역의 확대 저면 사시도;
- 도 10은 도 9의 영역의 축에서 깊이 파인 확대 사시도;
- 도 11은 도 6 및 도 7의 영역의 확대 사시도;
- 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어포일의 개략 사시도;
- 도 13은 도 12의 에어포일의 구조적 요소의 사시도; 및
- 도 14는 도 12의 에어포일의 개략 측면도.

먼저, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예가 설명될 것이다.

a) 일반적인 원리

도 1, 도 2 및 도 3A 내지 도 3D를 참조하면, 이 실시예에 따른 에어포일은 2개의 공기 역학적 프로파일을 포함하여, 둘 모두 입사각이 조정 가능하고, 이를 위해 상대적인 캠버 각도가 조정 가능하다. 다음에서, 이들은 제1 플랩 또는 전방 플랩, 및 제2 플랩 또는 후방 플랩으로 지칭된다. 이들은 도면 부호 100과 200으로 각각 표기된다. 이들은 다음에서 볼 수 있는 바와 같이 2개의 돛대(310, 320)에 의해 획정된 축에서 선회한다.

이러한 프로파일 중 적어도 하나는 전방-후방(선단 가장자리와 후미 가장자리를 구비한) 방향으로 비대칭 공기 역학적 횡단면을 갖는다. 이러한 것은 예를 들어, 대칭 항공기 에어포일로 지칭되는 섹션, 보다 바람직하게는 NACA 00xx 표준화 섹션 또는 다른 섹션을 포함할 수 있다.

제1 플랩에 대한 제2 플랩의 상대 각도는 높이를 따라서 차별적으로 조정 가능하며, 그러므로 제2 플랩의 워시아웃을 허용한다.

도 3A 내지 도 3D는 2개의 플랩에 의해 취해질 수 있는 다양한 위치를 개략적으로 도시한다.

제1 플랩(100)은 본 예에서 에어포일의 종 방향 평면(P)을 중심으로 선회되는 것에 의해 결정되는 1 자유도(후술하는 에어포일 구조물에 의해 한정)를 갖는데 반하여, 제2 플랩(200)은 전방 에어포일에 대한 기울기를 취하도록 시트 시스템(sheet system), 실린더 또는 임의의 다른 시스템을 사용하여 응력을 받을 수 있다.

도 3A는 에어포일의 맞바람(화살표 F) 위치를 도시하며, 후방 플랩(200)은 그 정중 위치(median position)로 보내진다. 전방 플랩(100)은 바람의 축에 따라서 자발적으로 배향되고, 여기에서 후방 플랩은 이와 정렬된다.

도 3B에서, 후방 플랩은 여전히 에어포일의 구조적 대칭 평면(P)에 대해 중간 위치에서 홀딩되지만, 바람은 포트(port)로부터 유입된다. 전방 플랩(100)은 바람에 의해 압박되어서, 도시된 바와 같이 정지된 각도 위치의 상태가 되도록 평면(P)에 대해 반시계 방향(위에서 보았을 때)으로 회전한다. 이러한 위치에서, 전방 플랩의 바람받이 측면(windward side)(바람을 안고 위치된 플랩의 측면)을 따르는 기류(흐름 F1)는 전방 플랩과 후방 플랩 사이, 후방 플랩의 바람받이 측면 상의 내부 흐름(F2a)과, 전방 플랩(100)의 후미 가장자리(102)와 후방 플랩(200)의 선단 가장자리(201) 사이에 획정된 수직 개구 또는 슬릿(L)을 통해 전파되는 바람이 가려진 측면(leeward side) 상의 흐름(F2b) 사이의 천이의 영역에서 갈라진다. 그러므로, 특히 간단한 방식으로, 그리고 전방 플랩을 특별히 구조화시켜야만 하는 일 없이, 본 발명에 따른 2개의 플랩을 구비하는 에어포일은 슬릿의 효과 및 그 공기 역학적 산출량의 개선으로부터 이익을 얻을 수 있다.

도 3C에서, 바람은 도 3B에서와 동일한 방위를 갖지만, 후방 플랩은 에어포일의 평면(P)에 대해 바람 쪽으로의 기울기를 갖도록 압박받는다.

이러한 구성에서, 가요성 에어포일의 충전(또는 캠버) 효과와 유사한 효과가 얻어진다.

마지막으로, 도 3D에서, 후방 플랩(200)은 나중에 상세히 기술될 비틀림 명령(twist command) 때문에, 평면(P)에 비해 그 하부 영역(200')에서의 기울기와 동일한 평면(P)에 대한 그 상부 영역(200")의 기울기 사이의 차이를 갖는 것이 알려졌다. 이러한 비틀림에 의해, 에어포일은 가변 캠버가 주어질 수 있으며, 이러한 것은 그 성능 개선에 유용하다. 보다 상세하게, 이러한 변화에 의해, 에어포일의 공기 역학적 비틀림(길이를 따르는 무익한(null) 리프트 각도의 변화)이 발생되어, 바람 경도(wind gradient)에 적응하거나 또는 에어포일의 상부를 오프로드하거나(offload) 또는 심지어 역 캠버를 발생시켜, 정확한 토크(righting torque)를 증가시킬 수 있다.

당연히, 우현의 바람(starboard wind)에 의해, 반대의 현상이 얻어질 수 있다.

실시 변형예에 따르면, 전방 플랩(100)은 자유롭지 않지만, 도 3A 내지 도 3D에 도시된 것과 유사한 거동을 적응시키도록 구동될 수 있다.

프로파일, 및 보다 일반적으로 전방 플랩(100)과 후방 플랩(200)의 횡방향 치수에 따르면, 전방 플랩(100)이 자유롭게 움직이는(자유롭게 또는 명령에 의해) 각도 범위는 전형적으로 ± 1°와 ± 15°사이에 포함된다.

b) 구조

도 4 내지 도 11을 참조하여, 이러한 제1 실시예에 따른 에어포일의 구조가 지금 상세히 설명될 것이다.

에어포일은, 각각 붐 요소 및 개프 요소를 형성하는 각각의 상부 및 하부 횡방향 구조적 요소(330, 340)에 의해 서로 견고하게 연결되는 2개의 원통형 돛대(310, 320)에 의해 형성된, 여기에서 외경이 일정한 강성 프레임(300)을 포함한다. 이러한 구조 골격은 이를 주 돛대에 연결하는 베어링에 의해 구조물에 대해 그 자체에서 자유롭게 회전한다. 이러한 구조 프레임의 요소는 예를 들어 응력에 의존하여 적절하게 크기화된, 금속 또는 복합 재료로 만들어진 부품으로 형성된다.

본 실시예에서, 전방 돛대(310)가 셔라우드가 없는 것을 의미하는 자체 지지형이지만, 물론 다음의 요소의 전부 또는 일부가 장비될 것으로 예상될 수 있다: 플랩의 구조물 위의 돛대의 상부에 있는 부착 지점을 구비하는 셔라우드, 스테이(stay), 런닝 백스테이(running backstay).

본 실시예에서, 후방 플랩(200)의 두께가 전방 플랩(100)의 두께보다 작기 때문에, 후방 돛대(320)는 전방 돛대(310)보다 작은 직경을 가질 수 있다.

일련의 전방 형상 요소(110) 및 일련의(바람직하게는 동일한 수의) 후방 형상 요소(210)가 전방 돛대 및 후방 돛대에 각각 장착되고; 요소들은 각각의 외피(120, 220)(도 4 내지 도 7에 도시 생략)와 함께 제1 및 제2 플랩(100, 200)을 형성하도록 의도된 대칭의 공기 역학적 프로파일의 외피를 공동으로 규정한다. 이들 외피(120, 220)는 예를 들어 각각의 형상 요소에 대한 긴장 피복재(taut covering)의 형태로 만들어진다. 들어올리는(hoisting) 동안 긴장 하에서 보내지는 종래의 돛을 위해 사용되는 형태의 항공학적 캔버스(aeronautical canvas) 또는 직물이 특히 사용될 수 있다.

형상 요소(110, 210)는 그 각각의 돛대(310, 320) 상에서 회전 및 병진 시에 자유롭다. 이러한 2개의 자유도는 예를 들어 매끄러운 베어링 또는 볼 베어링(도 4 내지 도 7에 도시 생략)에 의해 제공되며, 핀칭(pinching)의 위험을 피하면서 감소된 마찰로 이들의 움직임을 가능하게 하도록 의도된다.

도 8에 도시된 특정 예에서, 이들 베어링은 형상 요소(110)의 상부 영역 및 하부 영역에서 각각 둘러싸인 2개의 베어링 요소(112a, 112b)를 포함하는 동시에, 관련 돛대(310)의 통행을 가능하게 하도록 상기 형상 요소에 형성된 개구(111)를 둘러싼다.

일반적으로, 가이드 요소의 높이는 마찰 및 핀칭의 위험을 최소화하는 한편, 낙하되면 가능한 가장 콤팩트한 형태를 에어포일에 부여하도록 선택된다.

그 각각의 돛대를 따르는 형상 요소의 병진 때문에, 2개의 에어포일은 후술하는 바와 같이 상승되고 하강될 수 있으며, 또한 리핑될 수 있다.

형상 요소(110, 210) 및 그 각각의 외피(120, 220)의 수직 변위는, 돛대(310, 320)에 견고하게 고정된 고정 요소(342)의 형태를 하는 개프-형성부(혹은 개프-형성 조립체)(340), 및 돛대를 따라서 슬라이딩할 수 있고 전방 플랩(100)과 후방 에어포일(200)의 최상측 형상 요소(110a, 210a)가 회전 자유도로 고정되는 엘리베이터 형성 요소(344)를 만드는 것에 의해 2개의 돛대에서 동일하게 행해지며, 여기에서, 이러한 슬라이딩 요소(344)는 각각의 외피, 및 각각의 형상 요소(110a, 210a)를 점진적으로 구동하는 방식으로 용총줄(400)을 사용하여 들어올려지고 하강될 수 있다. 이러한 것은 형상 요소(110a, 210a) 사이의 회전 자유도와 관련되고, 부분(344)은 에어 포일의 상부 단부의 병진 시에 상기 부분과의 고정 연결을 보장하는 한편, 전술한 바와 같이 한정된 각도 제한 내에서 개프-형성부(340)에 대한 전방 플랩(100)의 이동 자유도, 및 후술하는 수단에 의해 기울기에서 압박받는 후방 플랩(200)의 이동 자유도를 또한 가능하게 한다.

본 실시예에서, 용총줄(400)은 가이드 풀리의 조립체(개프-형성 조립체(340)의 고정 요소(342)의 상부에 있는 풀리(410)를 포함)에 의해 가이드되고, 슬라이딩 부분(344)의 중앙 영역에 걸리기 위하여 개프(340)의 고정부(342)의 중앙 영역에 형성된 개구를 통과한다. 에어포일의 상부 영역으로부터, 용총줄(400)은 개구(312)를 통해 이를 진입시키는 것에 의해 전방 돛대(310) 내측에서 하향 이동한다(도 11 참조). 용총줄(보이지 않음)의 하부 단부는 수동으로 조작되거나, 또는 가장 큰 치수의 에어포일에 대해 모터(도시 생략)를 사용하여 조작될 수 있다.

이러한 모터에 인가되는 명령에 의존하여, 에어포일은 그 전체 수직 범위에 걸쳐서 승강될 수 있고, 또한 그 최대 높이 아래의 특정 높이에서 슬라이딩 부분(344)을 위치시키는 것에 의해 리핑될 수 있다.

형상 요소, 및 이를 위한 골격인 플랩이 이와 함께 회전되는 방식이 지금 상세하게 설명될 것이다.

본 예에서, 전방 플랩(100)은 전술한 바와 같이 그 돛대(310) 둘레에서 일정 정도의 각도 자유도를 갖는다. 그러나, 다른 실시예에서, 시트(sheet) 또는 다른 제어에 의해 제어될 수 있다는 것이 알려졌다.

플랩(100)의 공기 역학적 추력의 중심에 대한 전방 돛대(310)의 배치는 바람의 입사각이 무엇이든 간에, 도 3B, 도 3C 및 도 3D에 도시된 바와 같이 플랩이 (바람의 입사각의 측면에 의존하여) 시계 방향 또는 반시계 방향으로 각도 스토퍼 상에 놓이게 되도록 한다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 하부 각도 스토퍼는 붐(330)의 상부 표면 상의 원형 섹터에 배열된 트로트(throat)(332)에서 결합되는 전방 플랩(100)의 최하측 형상 요소(110b)로부터 돌출하는 핑거(114)를 제공하는 것에 의해 제공될 수 있다.

유사한 배열이 전방 플랩의 최상측 형상 요소(110a)와 개프(340)의 슬라이딩 요소(344)의 하부 표면 사이에 제공될 수 있다.

대안적으로, 전방 플랩(100)의 각도 스윙에 대한 제한은 돛대(310)와 하부 형상 요소(110b)(각각 최상측 형상 요소(110a)) 사이에서 작용하는 것에 의해, 또는 심지어 최하측 형상 요소(110b)의 후방 영역에 부착된 한쪽 단부 및 붐(330)에서의 다른쪽 단부를 구비한 로프를 사용하는 것에 의해 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 대응하는 배열은 최상측 형상 요소(110a)와 개프(340)의 슬라이딩 요소(344) 사이에 제공된다.

또 다른 변형예에 따르면, 붐(330)에 고정된 횡방향 레일이 제공될 수 있으며, 여기에서, 카트는 최하측 성형 요소(110b)의 후방 영역을 따라 슬라이딩될 수 있고, 등가의(또는 상이한) 배열이 에어포일의 상부 영역에 제공될 수 있다.

전술한 바와 같이, 후방 플랩(200)은 그 돛대(320) 둘레에서 회전 자유도를 가지지만, 그 각도 위치는 플랩의 비틀림을 제어할 수 있도록 적어도 그 하부 영역에서, 바람직하게는 상부 영역에서 또한 구동된다.

또한, 플랩(200)의 각도 위치의 제어는 이러한 방식으로 그 캠버를 국부적으로 조정할 수 있도록 그 중간 높이에서 하나 이상의 위치에 또한 제공될 수 있다.

본 실시예에서, 후방 플랩(200)의 구동은 제1 제어 수단을 사용하여 붐(330)에 인접하게 최하측 성형 요소(210b)의 각도 위치를 종속시키는 것에 의해, 이에 대해 제2 제어 수단을 사용하여 개프의 슬라이딩 요소(344)에 인접하게 그 최상측 성형 요소(210a)의 각도 위치를 종속시키는 것에 의해 행해진다.

붐(330) 근처에서, 특히 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 형상 요소(210b)의 각도 위치의 구동은 실린더(510)를 사용하여 행해지고, 여기에서, 실린더 바디는 붐(330)에 고정된 플레이트(332) 상의 수평 평면에서 회전 자유도로 장착되며, 실린더의 로드는 붐 요소(330) 바로 위의 돛대(320) 둘레에서 장착된 제어 아암(515)의 자유 단부에서 관절식으로(articulation) 연결되며, 형상 요소(210b)에 회전 시에 고정된다.

실린더(510)의 길이를 조종하는 것에 의해, 후방 플랩의 베이스의 각도 위치는 바람 및 항해 조건에 의존하여 한쪽 측면 또는 다른 측면으로부터, 에어포일의 캠버를 증가시키거나 감소시키는 방식으로 점진적으로 조종된다는 것이 이해된다.

후방 플랩(200)의 상부 영역을 조종하도록, 여기에서 제1 실린더로부터 대체로 대칭으로 배열된 제2 실린더(520)가 제공된다. 실린더의 바디는 제1 플레이트(332)로부터 반대편에 배열된 플레이트(334) 상에 회전 자유도로 장착된다. 실린더(520)의 로드는 붐 요소(330) 바로 아래의 돛대(320)의 하단부에서 선회 가능하게 장착된 붐 요소(330) 상에 관절식으로 장착된다. 이러한 가이드 요소(525)는 단일 부품으로 만들어지고, 붐에 대해 대체로 횡방향으로 반대로 배열된 2개의 제어 아암(525a, 525b)을 형성하며, 여기에서, 실린더(520)의 로드는 제1 제어 아암(525a)의 자유 단부에 연결된다.

2개의 가이드 로프(610, 620)는 2개의 제어 아암(525a, 525b)의 각각의 자유 단부의 영역에 부착된다. 이러한 로프는 적절한 가이드 풀리(611, 621)의 도움으로 전방 돛대(310) 내부에서 그 상부를 향해 통과하고, 이로부터 용총줄(400)에 제공된 개구(312)에 의해 이로부터 나오며, 거기에서, 대체로 요소(525)와 동일하고 상기 형상 요소와 회전 시에 고정되는 것에 의해 개프(340)의 슬라이딩 요소(344)와 최상측 형상 요소(210a) 사이에 배열되는 제2 가이드 요소(530)에 연결된다.

이러한 방식으로, 실린더(520)를 사용하여 붐의 영역으로부터, 후방 에어포일(200)의 최상측 형상 요소(210a)의 각도 위치를 가이드하고, 이러한 방식으로 후방 에어포일의 비틀림을 선택적으로 생성하고, 이러한 방식으로 그 높이에 걸쳐서 전방 플랩(100)과 후방 플랩(200) 사이에서 에어포일의 캠버를 점진적으로 변화시키는 것이 가능하다.

리핑될 때를 포함하는 것을 의미하는, 개프(340)의 슬라이딩 요소(344)의 높이가 무엇이든 로프(610, 620)의 도움으로 가이드를 가능하게 하도록, 그 각각의 가이드 요소(525, 530) 상에서의 그 부착 지점 사이에서 로프(610, 620)의 길이의 조정을 위한 기구가 제공된다.

가벼운 에어포일의 경우에, 이러한 조정은 예를 들어 재밍 클리어트(jamming cleat)에 의해 하부 가이드 요소(525) 근처에서 수동으로 행해질 수 있다. 더욱 큰 치수 시스템에서, 상기 가이드 요소(525)의 영역에서 로프를 선택적으로 해제하고 보유하기 위한 액추에이터, 예를 들어 전기 기기가 제공된다.

또한, 실린더(510, 520)는 에어포일 시스템의 크기에 적합한 임의의 다른 해결책으로 대체될 수 있다. 특히, 소형 운송정(light craft)을 위해 크기화된 에어포일에 대하여, 재밍 클리어트를 구비하는 로프의 시스템은 필요하면 전술한 가이드 요소를 구비하지 않거나 또는 상이하게 배열된 가이드 요소 또는 레버를 구비할 수 있다.

전술한 바와 같이, 견고한 구조(돛대(310 및 320), 개프(340)의 붐 요소(330) 및 고정 요소(342))에 의해 형성된 조립체는 그 자체에서 전방 돛대(310)를 회전시키는 것에 의해 운송정의 축 둘레에서 각지게 조정될 수 있다(정돈/늦춰진다(slackened)).

제1 실시예에서, 이러한 회전은 돛대(310)의 베이스에서 이와 동축으로 장착된 감속 기어(도시 생략)를 구비하는 중공 샤프트 모터에 의해 실시될 수 있다.

제2 실시예에서, 명령은, 그 하부 영역에서 돛대(310)에 고정되고(도 4 및 도 5 참조) 벨트(도시 생략)를 통해 명령 메커니즘(수동, 전기, 유압 등)에 연결되는 풀리(700)(가능하면 노치형인)와 같은 변속기를 사용하는 것에 의해 돛대로부터 일정 거리에서 만들어질 수 있다.

마지막으로, 특히 소형 섹터 보드형 운송정 또는 소형 유람선에 대해, 시트 및 태클(tackle)은 전통적인 소형 돛의 제어와 유사하게 간단히 제공될 수 있다. 래싱(lashing)은 붐 요소(330)의 후방 영역의 구역에서 수행된다.

모든 경우에 있어서, 2개의 돛대(310, 320)로 만들어진 강성 프레임, 개트(340)의 붐 요소(330) 및 고정 요소(342)가 이러한 각도 조정 동안 전체적으로 회전하는 것을 확실히 하기 위해, 요소(330, 342)는 회전 시에 전방 돛대와 고정되도록 전방 돛대(310)에 장착된다.

그러므로, 요약하면, 전방 플랩과 후방 플랩 사이의 슬릿 효과(slit effect)로부터 (특정 조정없이) 자동으로 이익을 얻을 수 있게 하는 이중 플랩 에어포일이 본 발명에 따라서 제안된다.

또한, 본 발명에 따른 에어포일은 수동으로 또는 모터에 의해 제어되는 단일 용총줄에 의해 극히 용이하게 낙하 가능하고 리핑 가능하게 만들어질 수 있다.

보다 일반적으로, 에어포일의 동작(일반적인 배향, 캠버, 캠버의 변화)은 액추에이터에 의해 용이하게 조종되고 자동화될 수 있다.

이러한 점에서, 일부 센서 및 온보드 계산 센터가 이러한 자동화를 위해 이러한 에어포일과 조합될 수 있다.

특히, 미국 위스콘신주의 피워키에 소재한 하켄사(Harken)는 당업자에 의해 본 발명에 따른 에어포일에 적응될 수 있는 자동 돛 제어 시스템을 제안한다.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 에어포일의 플랩의 제2 실시예가 지금 설명될 것이다. 이러한 제2 실시예에서, 각각의 플랩(100, 200)은 저부(각각 131, 231) 및 상승 주변 벽(각각 132, 232)을 구비하는 대체로 U자 형상의 수직 섹션을 각각 갖는(도 13 참조) 일련의 대체로 강성의 박스 형태의 형상 요소(130, 230)를 신축 가능하게 끼워넣는 것에 의해 만들어지며, 여기에서, 각각의 요소는 인가된 응력에 의존하여 이에 대해 점유할 수 있도록 해제 위치 또는 요소에 봉입된 위치 바로 아래에 위치된 요소보다 약간 작다. 요소의 끼워짐을 허용하는 다른 수직 섹션이 고려될 수 있다.

형상 요소(130)의 저부(131)는 전방 돛대(310)가 연장하기 위해 관통하는 개구(133)를 각각 갖는다. 동일한 방식으로, 형상 요소(230)의 저부(231)는 후방 돛대(320)가 연장하기 위해 관통하는 개구(233)를 각각 갖는다. 바람직하게는, 이들 개구는 예를 들어 제1 실시예로부터의 형상 요소와 관련하여 도 8에 도시된 것과 유사한 방식으로 가이들 링 또는 유사물을 구비한다. 이러한 방식으로, 돛대(310, 320)는 그 상호 움직임 동안 그 핀칭을 피하기 위하여 각각의 박스의 가이드로서 작용한다.

또한 도시되지 않은 2개의 인접한 박스는 하나의 박스가 다른 박스로부터 완전히 분리되지 않도록 스토퍼 수단(플랜지, 림, 핑거 등)이 장비된다.

에어포일의 하부 영역에서, 최하측 박스(130a, 130b)는 붐-형성 요소(330)에 대해 수직 병진으로 고정되는데 반하여, 에어포일의 상부 영역에서, 최상측 박스(130b, 230b)는 개프(340)의 슬라이딩 요소(344)에 수직 병진으로 고정된다.

이러한 방식으로, 용총줄(400)에 의한 슬라이딩 요소(344)의 변위는 에어포일을 들어올리는 역할을 하며, 전방 에어포일 및 후방 에어포일로부터 박스는 이러한 들어올림 동안 점진적으로 상방으로 전개된다.

낙하는 역 움직임에 의해 수행되고, 낙하 후의 에어포일의 전체 높이는 하나의 박스의 높이와 실질적으로 동일하다.

이전과 동일한 방식으로, 리핑은 슬라이딩 요소(344)를 붐(330) 바로 위의 중간 높이로 가져오는 것에 의해 가능하다.

후방 플랩(200)의 비틀림 때문에 보여지는 바와 같이 달성된 에어포일의 가변 캠버는 반강성 재료(semi-rigid material)로 박스를 만드는 것에 의해 여기에서 가능하게 될 수 있어, 박스의 저부 지점과 상부 지점 사이에서 박스의 일정 정도의 탄성 변형을 허용한다. 대안적으로 또는 이러한 배열에 추가하여, 하나의 박스의 베이스와 바로 아래에 위치된 박스의 개방된 상부 단부 사이에는 약간의 유격이 제공될 수 있다.

전방 플랩의 하부 박스(130b)는 바람직하게는 제1 실시예로부터의 전방 플랩(100)의 최하측 형상 요소(110b)와 동일한 방식으로 사전 설정된 각도 범위에 있는 이동 자유도를 갖는다. 전방 플랩의 상부 박스(130a)는 제1 실시예로부터의 전방 플랩(100)의 최상측 형상 요소(110a)와 동일한 방식으로 이러한 자유도를 또한 갖는다.

유사하게, 후방 플랩(200)의 최하측 박스(230b) 및 최상측 박스(230a)는 각각 제1 실시예의 후방 플랩(200)의 최하측 형상 요소(210b) 및 최상측 형상 요소(210a)와 동일한 방식으로 압박받는다.

도 14에 도시된 바와 같이, 전방 돛대(310) 및 후방 돛대(320)는 바람직하게는 저부로부터 상부로 (고유하게 그 신축 가능한 구조에서) 플랩의 횡단면의 점진적 감소에도 불구하고 전방 플랩과 후방 플랩 사이의 슬릿(L)의 대체로 일정한 폭을 유지하도록 약간의 상호 기울기를 갖는다.

또 다른 실시예에서, 이러한 방식으로 본질적으로 일정한 슬릿 폭을 유지하도록 전방 플랩의 후미 가장자리와 후방 플랩의 선단 가장자리를 적어도 대략적으로 정렬하기 위하여, 박스들이 서로로부터 해제되면 또는 해제 이동의 범위의 종료 동안 짧은 거리에 걸쳐서 박스들의 수평 병진을 위한 기구가 제공될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 플랩이 섹션만큼 또는 전체적으로 팽창 가능한 하나 이상의 밀폐된 외피로 구성될 수 있다는 것이 제공될 수 있다. 이러한 접근 방식으로, 에어포일은 사용을 위해 그 위치에서 보강될 수 있다. 형상 요소(110, 210)는 예를 들어 형상 요소의 역할을 하는 리브에 의해 각각의 에어포일 섹션을 구속하는 것에 의한 결과로서 조정될 수 있다. 전체적으로 팽창을 위해, 형상 요소는 그런 다음 밀봉되지 않고, 공기가 플랩을 따라서 수직으로 통과하는 것을 허용하기 위해 설계된다.

물론, 본 발명은 전술하고 도면에 예시된 실시예로 한정되지 않으며; 당업자는 실시예에 대한 다수의 변형 또는 변경하는 방법을 알 것이다.

특히, 당업자는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예 및 변형의 임의의 조합을 상상할 수 있을 것이다.

또한, 전술한 설명으로부터, 당업자라면 동일한 원리에 따라 3개 이상의 플랩을 갖는 에어포일을 제조하는 방법을 알 것이다.

또 다른 변형에 따르면, 각각의 플랩 또는 하나의 플랩(전형적으로 후방 플랩)이 몇몇 부분에서 실현되어서, 인접한 부분에 대한 각각의 부분의 각도 오프셋이 특히 후방 플랩의 영역에서 워시아웃을 만드는 역할을 하는 것이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 2개의 플랩을 구비하는 하나의 에어포일은 유람선, 소형 보트 또는 소형 다선체선(light multihull), 경주 보트, 연료 절약을 달성하기 위한 컨테이너 선박, 혼합된 동력 및 돛 추진 크루즈 선박 등 임의의 형태의 선박에 유익하게 장착될 수 있다.

Claims (19)

1. 돛 추진을 적어도 부분적으로 이용하고, 조건에 의존하여 대체로 수직축(310) 둘레에서 각지게 제어된 구조물(300)에 장착된 이중 에어포일(double airfoil)을 포함하는 형태의 선박으로서,
   상기 이중 에어포일은 전방 플랩(100) 및 후방 플랩(200)을 포함하고, 상기 플랩들 중 적어도 하나는 전방-후방 비대칭을 갖고 슬릿(L)에 의해 분리되며, 각각의 플랩은 높이에 분포된 일련의 형상 요소(110, 210; 130, 230)를 포함하되,
   상기 구조물은 붐-형성 요소(boom-forming element)(330) 및 개프-형성 요소(gaff-forming element)(342)에 의해 연결되는 전방 돛대(310) 및 후방 돛대(320)를 포함하고, 상기 전방 플랩(100)의 형상 요소(110; 130)는 상기 전방 돛대(310)가 횡단함으로써 획정된 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 상기 후방 플랩(200)의 형상 요소(210; 230)는 상기 후방 돛대(320)가 횡단함으로써 획정된 축을 중심으로 회전할 수 있고, 상기 구조물(300)은 상기 전방 돛대(310)에 의해 형성된 회전축 상에서 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박.
2. 제1항에 있어서, 상기 전방 플랩(100)은 2개의 플랩의 회전축에 의해 형성된 정중면(P)에 대해 각지게 오프셋되도록 한정된 각도 범위에 걸쳐서 변위 가능한 것을 특징으로 하는 선박.
3. 제2항에 있어서, 상기 전방 플랩(100)은 상기 전방 플랩을 측 방향으로 압박하는 바람의 영향 하에서 자유롭게 변위되는 것을 특징으로 하는 선박.
4. 제2항에 있어서, 상기 전방 플랩(100)의 각도 변위의 제어를 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
5. 제2항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 각도 범위는 약 ± 1°와 ± 15°사이에 포함되는 것을 특징으로 하는 선박.
6. 제2항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 상기 정중면에 대한 상기 후방 플랩(200)의 기울기를 명령하는 수단(510, 515, 520, 525, 530, 610, 620)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
7. 제6항에 있어서, 상기 명령 수단(510, 515, 520, 525, 530, 610, 620)은 상기 후방 플랩(200)의 하부 영역(210b)과 상부 영역(210a)을 별개로 경사지게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박.
8. 제7항에 있어서, 상기 명령 수단은 또한 상기 후방 플랩(200)의 적어도 하나의 중간 영역을 또한 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 선박.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 명령 수단은 상기 후방 플랩의 하부 영역(210b) 근처에서 작용하는 제1 액추에이터(510), 및 상기 에어포일의 하부 영역에 위치되고 상기 돛대 중 하나(310)에서 통과하는 가이드 기구(525, 530, 610, 620)를 통해 상기 후방 플랩의 상부 영역(210a) 근처에서 작용하는 제2 액추에이터(520)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
10. 제8항 및 제9항에 있어서, 상기 구조물의 돛대에서 통과하는 가이드 기구에 의해 상기 후방 플랩의 중간 영역 근처에서 작용하는 적어도 하나의 제3 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 액추에이터(510, 520)는 상기 붐-형성 요소(330)에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박.
12. 제1항 내지 제11항 중 한 항에 있어서, 상기 개프-형성 요소(342)는 낙하 가능한 및/또는 리핑 가능한 전방 플랩 및/또는 후방 플랩 중에서 적어도 하나를 만들도록, 상기 개프-형성 요소(342), 및 상기 적어도 하나의 돛대를 따라서 슬라이딩할 수 있으며 상기 전방 플랩의 상부 단부 및/또는 상기 후방 플랩의 상부 단부와 병진으로 고정되는 요소(344)를 포함하는 개프-형성 조립체(340)에 속하는 것을 특징으로 하는 선박.
13. 제12항에 있어서, 상기 개프(340)의 고정 요소(342)의 영역에서 가이드(410)를 갖고 상기 개프-형성 조립체의 상기 슬라이딩 요소(344)에 부착된 적어도 하나의 용총줄(halyard)(400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
14. 제1항 내지 제13항 중 한 항에 있어서, 상기 전방 돛대의 발 부분의 영역에서 작용하는 각도 제어 수단(700)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
15. 제14항에 있어서, 상기 구조물은 셔라우드(shroud)되지 않고, 상기 각도 제어 수단에 응답하여 360°회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박.
16. 제12항 및 제13항 중 한 항에 있어서, 상기 구조물을 위한 각도 제어 수단은 상기 개프-형성 조립체(340)의 고정 요소(342) 및 슬라이딩 요소(344)에서 공동으로 동작하는 것을 특징으로 하는 선박.
17. 제9항 내지 제11항 중 한 항에 있어서, 상기 제2 액추에이터(520)와 조합된 상기 가이드 기구는 상기 개프-형성 조립체(340)의 슬라이딩 요소(344)에 장착된 가이드 요소(530, 611)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
18. 제1항 내지 제17항 중 한 항에 있어서, 상기 플랩(100, 200) 중 적어도 하나는 외피(120, 220)가 펼쳐지는 프로파일된 윤곽(110, 210)을 구비한 형상 요소의 조립체를 사용하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 선박.
19. 제1항 내지 제18항 중 한 항에 있어서, 상기 플랩(100, 200) 중 적어도 하나는 대체로 서로 신축 가능하게 결합된 대체로 강성 또는 반강성인 박스(130, 230)의 조립체를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 선박.

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