KR20240013736A - 돛 추진 요소, 돛 추진 비히클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 돛 추진 요소에 관한 것으로, 돛 추진 요소는 돛대(3), 그 주변을 따라 함께 결합되어 그 사이에 적어도 하나의 폐쇄된 공동을 형성하는 2개의 실질적으로 유밀인 인접한 표면(5)으로 본질적으로 구성되는 팽창 가능한 또는 팽창 불가능한 돛(1)으로서, 상기 돛은 상부 부분(6), 하부 부분(7), 리딩 에지(8) 및 트레일링 에지(9)를 포함하고, 돛은 그 전체 길이를 따라 돌출부를 형성하는 다양한 캠버를 포함하는, 돛(1), 돛의 공동의 내부와 외부 사이에 위치되는 공기 도관, 상기 공동 내로 공기를 주입하기 위한 적어도 하나의 수단으로서, 일단 팽창된 돛은 상기 추진 요소의 이동 또는 바람의 방향이나 강도에 무관하게 영구적으로 대칭을 유지하는 프로파일을 갖는, 수단, 돛의 상부 부분에 위치되는 헤드보드(10), 및 돛의 하부 부분에서 리딩 에지와 트레일링 에지 사이에 위치되는 돛 리셉터클(11)을 포함한다. 본 발명에 따른 요소는, 돛대가 돛의 공기역학적 추력 중심의 전방에 위치되고, 돛대가 360° 회전이 자유롭거나 또는 자유롭지 않고, 그리고 돛이 돛에 약간의 압력을 유지하는 적어도 하나의 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

돛 추진 요소, 돛 추진 비히클

본 발명은 팽창 가능한 돛에 관한 것이며, 돛 추진 분야 또는 하이브리드 돛 추진 분야에 속한다.

이하에서 사용되는 일부 정의를 아래에 상기한다:

- 리핑(reefing): 바람의 강도에 맞게 돛의 표면적을 조절하기 위해 바닥에서부터 부분적으로 돛을 말아서 돛의 표면적을 감소시키는 것으로 구성된다. 리핑은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다.

- 리핑 밴드(reefing bands): 예를 들어, 그로밋(grommet) 또는 풀리(pulley)를 사용하여 리핑 회전 블록을 부착할 수 있는 부분적으로 보강된 수평 구역이다. 이러한 리핑 밴드는 돛의 리핑 지점이 있는 각각의 높이의 리브(rib)에서 돛에 위치된다. 돛의 표면적을 리핑할 가능성이 있는 만큼 많은 리핑 밴드가 존재한다.

- 굴신 잭(lazy jacks): 돛의 리핑 및 하강 동작을 수행하기 위해 돛을 안내하는 디바이스.

- 붐(boom): 돛대의 베이스에 가깝게 관절식으로 연결된 수평 스파(spar)이며, 특정 돛의 배향을 유지 및 허용한다. 붐은 돛이 하강되었을 때 돛을 수용할 수도 있다.

- 러핑(luffing): 러핑 중인 돛이 충분히 당겨지지 않아서 부분적으로 수축된 상태. 잘 조절된 돛은 러핑의 한계에 있어야 한다. 돛을 적당히 채우면 러핑이 발생하지 않으므로 비스듬히 바람을 받으며 항해할 수 있다.

- 리딩 에지(leading edge): 유체가 2개의 스트림으로 나뉘는 역학적 프로파일(날개, 프로펠러 등)의 전방 부분.

- 트레일링 에지(trailing edge): 그 각각의 측면에서 유체(공기, 물 등)의 흐름을 받는 임의의 프로파일(날개, 용골, 방향타 블레이드 등)의 특징적인 부분. 방향 감각과 반대되는 부분 또는, 달리 말해서, 흐름 방향을 고려했을 때 후방 부분을 가리킨다.

- 헤드보드(headboard): 팽창 가능한 돛의 상부 윤곽과 일치하는 돛의 상부 단부.

- 하강(dropping): 돛을 내리는 것으로 구성된다.

- 권양(hoisting): 돛을 올리는 것으로 구성된다.

- 리깅(rigging): 바람의 힘을 사용하여 보트를 추진하고 조종할 수 있게 하는 범선 유형의 보트의 고정 및 이동 부품의 모음.

- 돛 리셉터클(sail receptacle): 하강된 돛을 수용하는 것 외에도, 돛에 의해 공급되는 장력에 반응하거나, 아니면 돛을 동작하는 데 사용되는 다른 작동기, 에너지 저장 센서 및 제어 모듈을 수용하는 것과 같은 다른 기능을 통합할 수 있다.

- 유체역학적 항력(hydrodynamic drag): 보트와 물 사이의 마찰력. 항력이 높을수록 보트의 속도가 느려진다.

- 공기역학적 항력(aerodynamic drag): 유체를 통해 움직이는 물체가 경험하는 힘의 성분으로서 이동 방향과 반대 방향으로 인가된다. 본 발명에 따르면, 돛은 공기역학적 항력을 생성한다.

- 공기역학적 양력(aerodynamic lift): 유체를 통해 움직이는 물체가 경험하는 힘의 성분으로서 이동 방향에 수직으로 인가된다. 본 발명에 따르면, 돛은 공기역학적 양력을 생성한다.

- 상대풍(relative wind) 또는 겉보기 바람(apparent wind): 보트의 고유 속도와 실제 풍속이 만들어내는 바람의 벡터 합.

- 공기역학적 합력(aerodynamic resultant): 공기역학적 양력과 공기역학적 항력의 벡터 합.

- 돛의 입사각(Angle of incidence of the sail): 돛 프로파일의 평면과 상대풍의 방향 사이의 각도.

- 돛의 각도(Angle of the sail): 돛 프로파일의 평면과 보트의 축 사이의 각도.

[종래 기술]

대칭성 프로파일을 갖는 팽창 가능한 돛을 포함하는 돛 추진 요소는 문서 WO 2017/221117A1에 이미 공지되어 있다. 이 추진 요소는 본질적으로 그 주변을 따라 함께 결합되어 적어도 하나의 폐쇄된 공동을 형성하는 2개의 실질적으로 유밀인 인접한 표면으로 구성된 팽창 가능한 돛을 포함한다. 요소는 공동의 내부와 외부 사이에 위치하는 도관 및 공동에 공기를 주입하기 위한 수단을 더 포함한다. 일단 팽창되면, 이 돛은 요소의 이동이나 바람의 방향 또는 강도에 무관하게 영구적으로 대칭을 유지하는 프로파일을 갖는다. 해당 문서의 돛은 항해에 사용되는 동안 지속적으로 팽창되고 있다.

불행하게도, 이와 같은 연질의 돛은 다양한 그 사용 스테이지, 특히 권양 및 하강 단계 동안 적절한 팽창 수준을 제공하지 못한다는 단점이 있다. 구체적으로, 경질의 돛과 달리, 연질의 돛은 이러한 조작 스테이지(권양 및 하강)에 대해 명확하게 정의된 위치가 없다. 이 스테이지 동안, 돛이 물에 빠지거나 가까운 요소에 걸리거나 콤팩트하게 보관될 수 없을 정도로 불분명한 더미로 붕괴되는 것을 방지하기 위해, 돛을 돛 프로파일의 대칭축에 가깝게 유지하는 것이 중요하다. 또한, 돛의 수명을 단축시킬 수 있는 러핑을 방지하기 위해 하강 또는 리핑 단계 동안 돛에 약간의 압력을 유지하는 것이 중요하다.

더욱이, 이 문서에 설명된 돛은 자동 돛 조작 디바이스, 즉, 제어부, 센서, 작동기 또는 전기 에너지 공급 부품에 전자적 또는 전기적 고장이 발생하는 경우 정확하게 고정될 수 없다.

수축 가능한 보트 돛의 유압 조절을 위한 디바이스가 문서 CN107878720A에도 공지되어 있다. 돛은 두 부분, 즉, 하부 부분과 상부 부분으로 구성되어, 항해 조건 또는 풍향에 따라 돛대 둘레로 서로 독립적으로 회전할 수 있다. 이 디바이스는 바람에 따라 돛의 두 부분 각각의 받음각을 자동으로 조절한다. 돛의 수축 기능은 열악한 항해 조건 하에서 보트의 안전성을 보장한다.

그러나, 돛의 수축 기능을 위해서는 전자 자동화 디바이스가 정확하게 작동해야 한다. 고장이 발생할 경우에는 대안이 없다.

따라서, 지속적으로 또는 비-지속적으로 팽창 가능한 돛, 아니면 팽창 불가능한 돛, 아니면 팽팽한 돛, 아니면 비대칭성 프로파일을 가진 경질의 돛이 여전히 필요하며, 그 자동 조작 디바이스에 전자적 고장이 발생하는 경우, 돛과 탑승 선원 모두에게 안전한 안전 위치를 유지하면서, 동시에 이 팽창 가능한 돛의 양력에 의해 생성되는 힘을 최소화할 수 있어야 한다. 이를 달성하려면, 돛은 공기역학적 양력의 생성을 매우 크게 감소시키면서 공기역학적 항력만을 갖도록 바람을 향하여 자체적으로 위치를 잡을 수 있어야 한다(및/또는 수동 수단을 통해 위치를 잡을 수 있어야 함). 이는 리깅 및 보트에 대한 힘을 감소시키고, 또한 완벽히 안전한 동작을 가능하게 한다.

본 발명의 하나의 청구 대상은 돛 추진 요소이며, 돛 추진 요소는 돛대, 그 주변을 따라 함께 결합되어 그 사이에 적어도 하나의 폐쇄된 공동을 형성하는 2개의 실질적으로 유밀인 인접한 표면으로 본질적으로 구성되는 팽창 가능한 또는 팽창 불가능한 돛으로서, 상기 돛은 상부 부분, 하부 부분, 리딩 에지 및 트레일링 에지를 포함하고, 돛은 그 전체 길이를 따라 돌출부를 형성하는 다양한 캠버를 포함하는, 돛, 돛의 공동의 내부와 외부 사이에 위치되는 공기 도관, 상기 공동 내로 공기를 주입하기 위한 적어도 하나의 수단으로서, 일단 팽창된 돛은 상기 추진 요소의 이동 또는 바람의 방향이나 강도에 무관하게 영구적으로 대칭을 유지하는 프로파일을 갖는, 수단, 돛의 상부 부분에 위치되는 헤드보드, 및 돛의 하부 부분에서 리딩 에지와 트레일링 에지 사이에 위치되는 돛 리셉터클을 포함한다.

본 발명에 따른 추진 요소는, 돛대가 돛의 공기역학적 추력 중심의 전방에 위치되고, 돛대가 360° 회전이 자유롭거나 또는 자유롭지 않고, 그리고 돛이 돛에 약간의 압력을 유지하는 적어도 하나의 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명에 따르면, 돛대는 돛의 입사각을 조절하는 시스템에 의해 회전하도록 형성되고, 돛대가 상기 시스템에 의해 구동을 중단하는 경우에 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서, 돛대는 돛의 입사각을 조절하는 시스템에 작용하는 자동 조작 시스템을 사용하여 회전하도록 형성되며, 고장이나 사고가 발생하는 경우 또는 자동 조작 시스템이 의도적으로 동작을 정지하게 되는 경우에도, 돛대는 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서, 돛대는 자체적으로 여러 번 회전할 수 있다. 사고 또는 고장은 예를 들어 돛대 구동 모터 또는 자동 조작 시스템의 전자 컴포넌트에 대한 전력 손실 또는 심지어 돛대 회전 토크가 사전 설정된 한계값에 도달하는 것을 의미한다. 이러한 경우, 돛대는 자유롭게 회전할 수 있으므로, 돛은 바람을 향하게 위치되어 리깅 및 보트에 인가되는 힘을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 돛 추진 요소는 다음과 같은 다양한 이점을 제공한다. 공기역학적 추력 중심은 돛대와 명확하게 구분되며, 보트의 선미 쪽으로 충분히 떨어져 있다. 돛대를 돛의 공기역학적 추력 중심의 전방에 위치시킨다는 것은, 상대풍이 없는 경우를 제외하고, 모든 상황에서 돛에 대한 공기역학적 힘의 합력이 돛을 상대풍을 향하게 한다는 것을 의미한다. 더욱이, 예를 들어 리딩 에지에 위치된 수동 공기 입구 때문에 돛을 충분히 팽창된 위치로 유지하면, 돛의 그 프로파일을 유지할 수 있으므로, 활성 공급이 없어도 돛이 러핑되는 것을 방지할 수 있다. 상대풍이 없는 상황에서는(따라서 돛이 팽창되는 것을 방지함), 돛은 러핑되지 않는다. 이러한 전자적 고장 상황에서, 돛의 러핑은 돛에 균일을 일으켜(철썩 때린다는 의미에서) 돛이나 돛대가 파괴될 위험이 있는 상당한 하중을 생성하게 된다. 마지막으로, 전자적 고장의 경우, 수동 모드에서 돛을 매우 빠르고 쉽게 사용할 수 있으므로 돛을 안전하게 만들어 보트와 그 승무원을 보호할 수 있는 기능이 개선된다.

바람직하게는, 돛의 공기역학적 추력 중심은 돛대에서 0 내지 10 m 범위의 길이만큼 떨어져 있다.

바람직하게는, 압력을 유지하기 위한 수단은 상대풍을 향하여 위치하는 공기 흡입구이다. 이 공기 흡입구는 상대풍에 의해 유지되는 내부 압력을 돛에 유지하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 돛대의 상기 회전 동안 상기 회전을 방해하지 않는 디바이스를 사용하여 에너지 및 명령이 송신된다.

바람직하게는, 회전의 자유도가 무한한 것이 아니라 회전수로 제한된다는 점을 인정한다면 회전을 방해하지 않는 디바이스는 회전 조인트 또는 케이블 베어링 체인 중에서 선택된다.

바람직하게는, 공기 흡입구는 이동식 폐쇄 플랩(flap)을 포함한다.

바람직하게는, 하나 이상의 부분으로 구성되는 적어도 하나의 가이드 라인은 돛을 권양 및 하강하는 조종을 위해 상기 돛의 폐쇄된 공동에 위치되고, 상기 가이드 라인은 상기 돛의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 연장되어, 헤드보드와 돛 리셉터클을 통과한다.

바람직하게는, 가이드 라인이 존재하는 경우, 가이드 라인은 한 부분으로 구성되고, 트레일링 에지에서 돛 리셉터클에 고정식으로 부착되며 리딩 에지에서 롤러에 의해 이동될 수 있거나, 아니면 트레일링 에지에서 돛 리셉터클에 있는 롤러에 의해 이동될 수 있으며 리딩 에지에 고정식으로 부착될 수 있고, 가이드 라인은 예컨대 트레일링 에지와 리딩 에지 사이의 적어도 하나의 풀리를 통해 이동할 수 있게 헤드보드를 따라 위치된다.

바람직하게는, 가이드 라인이 존재하는 경우, 가이드 라인은 두 부분으로 구성되고, 트레일링 에지 측에 있는 제1 부분은 고정되거나 아니면 헤드보드에 있는 풀리로 이동될 수 있으며 리셉터클의 롤러에 의해 이동될 수 있고, 리딩 에지 측에 있는 제2 부분은 고정되거나 아니면 헤드보드에 있는 풀리로 이동될 수 있으며 리셉터클의 롤러에 의해 이동될 수 있다.

본 발명의 다른 청구 대상은 앞서 설명한 적어도 하나의 돛 추진 요소, 선체, 및 상기 선체에 고정되지만 여전히 자유롭게 회전할 수 있는 돛대를 포함하는 돛 또는 하이브리드 추진 비히클이다. 이 비히클은 돛대가 앞서 설명한 팽창 가능한 돛의 공동 내부에 위치되는 것을 특징으로 한다.

비히클이란, 휠이 있든 또는 없든 간에, 육상, 수상, 빙상, 설상 또는 진흙 위를 이동하는 임의의 선박을 의미한다.

바람직하게는, 돛은 바람의 방향에 따라 그리고 비히클의 이동 방향에 따라 수동으로 또는 자동으로 배향되어, 보트의 축을 따라 추력을 최적화하거나 또는 원하는 추력을 달성하면서, 동시에 힘, 압력 및 기울어짐을 허용 가능한 값으로 제한한다.

돛대가 무한히 자유롭게 회전할 수 없는 경우, 예를 들어 단순히 케이블 베어링 체인을 사용하여 걸림 없이 한 방향으로 자체적으로 두 번 회전할 수 있다. 이러한 경우, 항해를 위해 올바른 위치로 돌아가려면 반대 방향으로 회전해야 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 추진 비히클이란, 예를 들어 에너지 저장소로서 배터리, 수소(연료 전지 포함), 천연 가스 또는 연료유를 갖는 전기 모터 또는 연소 엔진에 의해 구동되는 프로펠러에 의한 추진과 같은 다른 추진원과 결합된 돛 추진을 의미한다.

본 발명은 개략적이며 반드시 일정한 축척으로 그려질 필요는 없는 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 선박, 예를 들어 모터 범선 유형의 선박에 인가되는 다양한 물리적 힘 및 특히 결과적인 공기역학적 힘의 투영을 상기시켜 주고;
도 2는 보트 선체에 위치된 본 발명에 따른 돛 추진 요소의 단면 개략도를 도시하고;
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 서로 다른 상대풍 각도에 따라 본 발명에 따른 추진 요소의 위치를 위에서 본 개략도를 도시한다.

본 발명의 청구 대상을 형성하는 돛 추진 요소를 앞서 설명한 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하기 전에, 몇 가지 유체역학 및 공기역학적 정의를 아래와 같이 상기한다.

이하, 범선 또는 선박이라고 지칭되는 돛 추진 비히클은 공기 및 물과 접촉한다. 물리적 관점에서 볼 때, 가장 중요한 요소는 선체, 돛 및 부속물(센터보드, 용골, 방향타)과, 프로펠러에 인가되는 유체역학 및 공기역학적 힘이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공기역학적 힘(또는 돛 추력)은 적어도 하나의 돛에 의해 방향이 바뀌는 공기의 결과이다. 공기역학적 힘은 돛과, 상대풍의 위치 및 강도에 대해 상대적이다. 항력은 상대풍의 방향에 있고, 양력은 상대풍에 수직인 방향에 있으며, 항상 돛에 수직인 것은 아니다. 예를 들어, 0°에서, 대칭성 프로파일은 공기가 외호면 및 내호면에 걸쳐 정확히 동일한 거리를 덮기 때문에 양력을 생성하지 않는다. 해당 지점에서는, 항력만 생성된다.

돛에 의해 생성된 공기역학적 힘은 또한 돛의 기준 프레임이 아닌 보트의 기준 프레임에서 돛 추진력(보트의 이동 축을 따름)과 표류력(보트의 축에 수직)으로 분해될 수 있으며, 이는 보트가 기울어지는 원인이 될 수 있다(기울어짐은 바람과 같은 외부 현상으로 인해 보트가 횡방향으로 경사지는 것임).

유체역학적 힘은 선체, 및 센터보드 또는 용골과 다양한 수중 부속물에 대한 물의 마찰의 결과이다. 그 방향은 반대되는 공기역학적 힘, 하이브리드 모드의 추진력, 해상 상태 및 해류에 따라 달라진다. 종방향 성분은 유체역학적 항력이라고 지칭되며 횡방향 성분은 측면력, 기울어짐 방지력 또는 유체역학적 양력이라고 지칭된다. 유체역학적 힘의 방향 및 세기는 공기역학적 힘에만 의존하는 것은 아니다. 하이브리드 모드(바람 및 다른 에너지 소스)로 동작하는 수상 선박(보트)의 경우, 유체역학적 힘은 엔진 또는 모터 추진에 의해 생성되는 선박 속도, 예를 들어, 해상 상태 및 해류에 크게 좌우된다.

돛의 힘이 유체역학적 힘보다 더 클 때, 보트는 가속된다. 돛의 힘이 유체역학적 힘보다 더 작을 때, 보트가 느려진다. 또한, 공기역학적 힘이 더 크지만 보트 후방을 향해 지향되면, 보트가 느려진다. 유체역학적 힘이 보트의 이동 방향에 있는 경우(강한 조류가 있기 때문에), 보트(범선)가 가속된다.

돛의 조절을 최적화하면, 보트(범선)가 이동 방향의 돛 추력 측면에서 그 최대 성능을 달성하게 된다. 구체적으로, 상대풍과 보트의 방향에 대해 돛의 각도를 최적화하고 돛의 표면적을 조절함으로써, 보트가 보트의 축을 따라 최대 수준의 돛 추진을 달성하도록 형성될 수 있다. 이에 추가하여, 돛의 내부 압력의 변경과 관련된 추가적인 조절이 있을 수 있다. 이를 통해, 보트의 속도가 증가될 수 있거나, 반면에 동일한 속도를 유지하면서 동시에 돛의 동력으로 인해 다른 에너지 소스의 소비를 줄일 수 있게 된다.

도 1은 앞서 정의된 파라미터 각각을 모두 아래에 나열된 대로 그 자체의 구체적인 참조와 함께 반복한다:

a: 양력

b: 항력

c: 공기역학적 합력

d: 공기역학적 추력(선박 축을 따름)

e: 공기역학적 표류력

f: 상대풍

g: 날개와 보트 축 사이의 상대 각도(예를 들어, 15°)

h: 상대풍과 보트 축 사이의 각도(예를 들어, 30°)

i: 프로펠러 추진력

j: 선체

k: 돛

l: 돛대

m: 공기역학적 추력 중심

n: 프로펠러

o: 고정 부분의 센서(선체 기준 프레임)

p: 움직이는 부분의 센서(돛 기준 프레임)

도 1에 제공된 정보는 선체 기준 프레임의 데이터 센서로부터 돛 기준 프레임의 데이터 센서로의 전이, 그리고 그 반대의 전이를 허용한다.

도 2는 동작 위치에서 범선 유형의 보트에 장착된 본 발명에 따른 돛 추진 요소를 도시한다. 이 요소는 보트의 선체(2)에 장착된 전체 참조 번호 1의 돛을 포함한다. 이 요소는 돛대(3)의 회전 운동을 계속 허용하면서도 최저부(4)가 선체(2)에 고정되어 있는 돛대(3)를 포함한다. 돛대(3)는 자립형이다. 돛대(3)는 물리적 힘의 하중을 흡수하고 회전 자유도를 허용하도록 의도된 지지부(도시되지 않음)를 사용하여 선체(2)에 연결된다. 하중은 지지부(들)에서 측정된다. 돛(1)은 폐쇄된 공동을 형성하는 방식으로 서로 연결된 2개의 인접한 표면(5)(도면에서는 하나만 볼 수 있음)을 포함한다. 2개의 인접한 표면(5)에 사용되는 재료는 공기 소비를 감소시키고 따라서 관련된 다양한 하중이 반응 및 전달될 수 있게 하도록 침투를 제한해야 한다. 특정 경우에, 예를 들어 특정 화재 또는 UV 저항성을 보장하거나, 아니면 정전기 방지 처리를 적용하기 위해 재료에 다양한 처리를 추가하는 것이 필요할 수 있다.

돛(1)에는 높이에 걸쳐 고르게 분포된 여러 개의 캠버(도시되지 않음)가 있다(캠버는 돛의 하부 부분에서 더 크고 상부 부분에서 더 작다). 캠버의 높이는 종종 프로파일의 코드의 길이와 연결된다.

캠버는 콘서티나(concertina)의 외관을 제공한다. 돛(1)은 상부 부분(6), 하부 부분(7), 리딩 에지(8) 및 트레일링 에지(9)을 포함한다. 적어도 하나의 공기 입구(18)는, 예를 들어 돛(1)의 하부 부분(7)에 위치된다. 다른 공기 입구(30)가 또한 리딩 에지(8)의 표면에 위치될 수 있다. 돛의 공동 내로 공기를 주입하기 위한 적어도 하나의 활성 수단(7a)은 공기가 돛의 공동 내로 주입될 수 있게 공기 도관의 연속부에 위치된다. 돛은 그 상부 부분(6)에 위치되는 헤드보드(10), 및 리딩 에지(8)와 트레일링 에지(9) 사이의 그 하부 부분(7)에 위치되는 돛 리셉터클(11)을 더 포함한다. 이 리셉터클(11)은 돛이 하강되었을 때 돛의 전부 또는 일부를 수용하기 위한 것이다. 이 리셉터클(11)은 돛(1)을 권양 또는 하강하는 수동 또는 자동 조종을 용이하게 하는 다양한 작동기 및 센서를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 돛 추진 요소는 돛(1)의 공동 내부에 위치된 가이드 라인(12)을 포함한다. 이 가이드 라인은 돛(1)을 권양 및 하강하는 조종 동안, 그리고 리핑 동안 돛을 안내하기 위한 것이다. 이 라인(12)은 실질적으로 돛(1)의 둘레에 걸쳐 연장된다. 가이드 라인(12)은 트레일링 에지(9)와 돛 리셉터클(11) 사이의 교차점 가까이에 위치된 단부(13)에서 제거 가능하게 또는 제거 불가능하게 고정되지만, 이동할 수는 없게 되어 있다. 그 후, 돛(1)의 상부 부분(6)을 향해 연장되어 트레일링 에지(9)와 리딩 에지(8) 사이의 헤드보드(10)를 따라 이어진다. 가이드 라인(12)은 적어도 2개의 풀리 또는 다른 가능한 회전 블록 시스템(도시되어 있지 않음)의 도움으로 헤드보드(10)를 따라 이동할 수 있으며, 각각은 돛대(3)의 각각의 측면에 하나씩 위치한다. 이 가이드 라인(12)은 돛 리셉터클(11)을 향해 리딩 에지(8)에 인접하고, 그 후, 롤러(19)를 사용하여 실질적으로 리딩 에지(8)에서 돛 리셉터클(11)에 고정된다. 가이드 라인(12)은 수동으로 작동되는 경우 체결 클릿을 향해 올려질 수 있다. 반면, 자동화된 버전의 경우, 자동 롤러에 감겨 있다.

가이드 라인(12)은 전체 표면적이 약 100m²인 돛의 경우 약 50m의 길이를 가지며, 다양한 하강 및 권양 조종 중에 놓이게 되는 용도에 따라 약 50 내지 250N의 장력을 갖는다.

돛대(3)는 신축식이거나 고정식일 수 있다. 돛대(3)가 신축식인 경우, 헤드보드(10)는 신축식 돛대(3)의 마지막 요소에 고정되어, 돛대에 대해 또는 회전하는 돛대의 마지막 요소와 관련하여 회전 자유도를 유지할 수 있다. 돛대(3)가 신축식인 경우, 이는 연장 또는 수축하기 위해 서로에 대해 연속적으로 활주되는 다양한 요소로 구성된다. 리핑이 없는 경우(수송선의 경우), 신축식 돛대를 형성하는 요소가 차례로 연장되게 하거나, 또는 모두 동시에 연장되게 하는 것이 가능하다.

돛대(3)가 고정식인 경우, 헤드보드(10)만이 돛대(3)를 따라 이동할 수 있다. 헤드보드(10)에 고정된 돛(1)은 이에 따라 상승 또는 하강된다. 헤드보드는 자유롭게 회전하거나, 회전이 방지되거나, 또는 특정 하중 값까지 회전이 방지될 수 있다. 돛의 비틀림을 제어하기 위해 헤드보드의 각도 위치에 대한 피드백 제어를 갖는 것도 가능하다. 특히, 풍속이 모든 고도에서 동일하지 않기 때문에, 상대풍의 다양한 변화에 맞게 조절하기 위해 다양한 고도에서 돛의 입사각을 조절하는 것이 유리할 수 있다.

신축식 돛대(3) 및 돛대(3)를 따라 활주되는 헤드보드(10)를 조합하는 것도 가능하다.

헤드보드(10)는 다양한 라인 로프와 돛대(3) 사이에 존재하는 물리적 힘을 전달할 수 있을 만큼, 또한 돛이 팽창되어 있지 않을 때 돛의 중량을 견딜 수 있을 만큼 충분한 강성을 갖는다. 본 발명에 따른 다양한 실시예에 따르면, 헤드보드(10)는 원하는 바에 따라 돛대(3)를 중심으로 자유롭게 회전하거나, 돛대(3)를 중심으로 회전하는 것이 방지되거나, 하중을 허용 가능한 값으로 제한하기 위해 제한 토크 값까지 돛대(3)를 중심으로 회전하는 것이 방지되거나(허용 가능한 최대 값은 시스템 구성 및 이 안전 시스템으로 보호해야 하는 부품에 따라 달라짐), 또는 대안적으로 돛의 비틀림을 제어하는 방식으로 피드백 제어될 수 있다.

돛대(3)는 돛대 지지부(14)를 사용하여 선체(2)에 연결되어 고정되며, 그 목적은 돛과 보트 사이의 다양한 물리적 힘에 반응하는 동시에 돛대가 회전할 수 있는 자유도를 남겨두어 상대풍에 대해 자체적으로 정확한 각도로 위치될 수 있게 하는 것이다.

돛대(3)의 최저부에서, 선체(2)에는 돛대(3)와 상기 돛대(3)에 고정된 모든 조종 컴포넌트를 회전시켜 돛(1)이 회전하도록 명령할 수 있게 입사각을 조절하는 시스템(15)이 있다. 이 시스템(15)은 다른 무엇보다도 모터로 구성될 수 있다. 이 시스템(15)은 돛(1)이 돛대(3)의 회전축을 중심으로 회전할 수 있게 하고, 따라서 돛(1)의 원하는 입사각을 명령할 수 있게 한다. 입사각을 설정하기 위한 이 시스템은, 피니언을 통해, 선체에 고정된 링 기어를 구동하는 모터를 사용하여, 예를 들어 "네스트"(또는 돛 리셉터클)에서 돛대(3)에 대해 고정식으로 장착될 수도 있다.

입사각을 측정하면 보트의 축에 대해 돛(1)의 각도 위치를 결정하는 것이 가능하다는 점을 기억할 것이다. 이러한 디바이스는, 돛(1) 또는 선체(2)에서 바람이 측정되는 지점에 무관하게 돛(1), 선체(2) 및 상대풍이 하나의 동일한 기준 프레임에 배치될 수 있게 한다. 이러한 시스템은 자동 모드에서의 항해를 단순화한다.

보트의 선체에 위치되는 본 발명에 따른 돛 추진 요소는 돛대(3)의 최저부에 위치되며 돛(1)이 선체(2)에 전달할 수 있는 최대 토크를 제한하는 것으로 알려진 토크 제한기와도 조합될 수 있다.

보트의 선체에 위치되는 본 발명에 따른 추진 요소는 돛 리셉터클(11)에 위치되는 전자 제어 시스템(16)을 더 포함할 수 있다. 회전 전기 조인트(17)는 돛대(3)의 하부 베이스에서 선체에 추가될 수 있다. 이 조인트(17)는 돛으로 수행될 수 있는 돛대(3)를 중심으로 한 회전 횟수를 제한하지 않고, 전력 및 전기 명령이 선체(2)와 돛(1)의 하부 부분(7) 사이에서 송신될 수 있게 한다. 조인트(17)는 또한 적합한 종래의 케이블 베어링 체인으로 대체될 수 있다. 본 발명에 따른 돛 요소를 작동하는 데 사용되는 동력이, 예를 들어 유압 또는 공압 동력인 경우, 회전식 유압 또는 공압 조인트가 사용될 수 있다.

다양한 측정 센서 중에는, 돛(1)에서 선체(2)로 전달되는 하중을 측정하는 센서, 선체(2)의 횡방향 축에서 하중을 측정하는 센서, 선체(2)의 종방향 축에서 하중을 측정하는 센서, 돛(1)의 내부 공동의 압력에 대한 센서, 및 상대풍의 속도와 각도를 측정하는 센서가 있을 수 있다. 이 마지막 측정은 돛(1) 또는 선체(2)에서 동일하게 수행될 수 있다. 센서가 돛대(3)에 고정된 부분에 위치되는 경우, 돛(1)의 종방향 축과 횡방향 축을 따라 하중을 측정한다.

돛(1)은 돛 리셉터클(11) 또는 헤드보드(10)에 저장될 돛 중립화 장치(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이러한 중립화 장치는, 돛의 바닥으로부터 상향으로 또는 돛의 상단으로부터 하향으로 전개될 때, 돛이 캡슐화될 수 있게 하고, 따라서 내부 공기를 배출하여 그 체적을 감소시키고, 따라서 돛이 러핑되는 것이 방지되고 그 풍손이 감소된다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 서로 다른 돛 입사각을 가짐으로써 서로 다르다.

도 3a에서, 상대풍은 돛의 축을 따른다. 도 3b에서, 돛의 축은 상대풍의 방향에 대해 실질적으로 15°와 동일한 각도이고, 도 3c에서, 돛의 축은 상대풍의 방향에 대해 도 3b에 도시된 것과 대칭인 동일한 각도이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c에서, 돛(1)은 실질적으로 대칭인 프로파일을 갖는다. 돛대(3)는 원으로 상징된다. 상대풍은 화살표(23)로 상징된다.

도 3a는 바람(23)을 향하는 안정된 상태의 돛(1)을 도시한다. 다양한 하중이 균형을 이루고 있다. 공기역학적 양력은 0이고(그 대칭성 프로파일로 인해 날개의 양 측면에서 동일하기 때문임), 상대풍의 축에 평행한 축에 돛(1)을 유지하는 항력(24)만이 존재한다.

도 3b는 축이 상대풍의 방향에 대해 약 15°의 각도를 이루는 돛(1)을 도시한다. 돛대(3)의 회전축은 프로파일의 대칭축을 따라 공기역학적 힘의 추력(25) 중심에 대해 프로파일의 전방을 향해 오프셋되어 있다. 도 3b는 돛대(3)의 회전 중심으로부터 특정 거리에서 공기역학적 힘에 의해 생성된 토크가 상대풍을 향하는 그 위치를 향해 돛을 복귀시키는 경향이 있음을 도시하고, 여기서는, 돛의 대칭적인 프로파일 때문에 안정적으로 유지될 수 있다.

돛대(3)의 회전 지점과 추력(25)의 중심 사이에 있는 오프셋은 바람의 방향으로부터 큰 각도 편차가 있는 상황과 각도 편차가 작은 상황 모두에서 본 발명의 추진 요소가 돛(1)이 제자리에 유지되는 것을 보장하게 할 수 있다. 돛대(3)의 이 회전 지점과 중심(25) 사이의 이러한 오프셋은 돛이 해당 위치에서 벗어날 때 돛(1)이 돛의 중립 위치 즉, 바람을 향하는 위치를 향해 복귀하도록 형성될 수 있음을 의미한다. 이러한 오프셋은 돛이 상대풍의 방향에 대해 자동으로 적합하며 최적인 위치로 복귀함으로써 하중을 최소화하고 돛이 바람을 향하도록 유지하므로 항해의 안전성을 개선할 수 있다. 그러나, 돛을 회전시키는 데 필요한 힘이 과도하게 증가하지 않도록 이 거리는 최소화되어야 한다.

도 3c는 상대풍의 축에 대해 도 3b의 도면과 대칭인 도면이다. 도 3b에 관한 것과 동일한 관찰이 적용된다.

예

다음 예는 단지 예시로서 제공되며 제한적인 것이 아니다. 아래의 표에는 가능한 다양한 상황이 정리되어 있다.

물체라고도 지칭되는 돛의 외부 층은 외부 공기와 접촉하는 외부 부분 및 내부 부분을 포함하는 구성된 직조 직물로 제조된다. 이 직물은 폴리우레탄으로 코팅된 직조 폴리에스테르일 수 있다. 이 직물의 평량은 대략 100m²의 항해 지역에 대해 110g/m²일 수 있다.

돛의 상부 부분은 벨크로 유형의 후크 및 루프 스트립을 사용하여 고정될 수 있다. 돛의 외부 부분과 리브 사이의 연결(내부 연결) 및 외부 부분의 구성 요소들 사이의 연결은, 기존의 팽창 시스템과 호환되는 충분히 낮은 수준의 침투를 보장하면서 하중이 전달되는 것을 보장할 수 있는 융합 결합 또는 접착 결합 또는 임의의 다른 연결 수단(예를 들어, 지퍼)에 의해 달성될 수 있다.

Claims (9)

1. 돛 추진 요소이며,
   a. 돛대(3),
   b. 그 주변을 따라 함께 결합되어 그 사이에 적어도 하나의 폐쇄된 공동을 형성하는 2개의 실질적으로 유밀인 인접한 표면(5)으로 본질적으로 구성되는 팽창 가능한 돛(1)으로서, 상기 돛은 상부 부분(6), 하부 부분(7), 리딩 에지(8) 및 트레일링 에지(9)를 포함하고, 돛은 그 전체 길이를 따라 돌출부를 형성하는 다양한 캠버를 포함하고, 상기 돛은 공기역학적 추력 중심을 갖는, 팽창 가능한 돛(1),
   c. 돛의 공동의 내부와 외부 사이에 위치되는 공기 도관,
   d. 상기 공동 내로 공기를 주입하기 위한 적어도 하나의 수단으로서, 일단 팽창된 돛은 상기 추진 요소의 이동 또는 바람의 방향이나 강도에 무관하게 영구적으로 대칭을 유지하는 프로파일을 갖는, 수단,
   e. 돛(1)의 상부 부분(6)에 위치되는 헤드보드(10),
   f. 돛의 하부 부분(7)에서 리딩 에지(8)와 트레일링 에지(9) 사이에 위치되는 돛 리셉터클(11)을 포함하는, 돛 추진 요소에 있어서,
   돛대는 돛의 공기역학적 추력 중심의 전방에 위치되고, 돛대는 360° 회전이 자유롭거나 또는 자유롭지 않고, 그리고 돛은 돛에 약간의 압력을 유지하는 적어도 하나의 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 요소.
2. 제1항에 있어서, 돛(1)의 공기역학적 추력 중심은 돛대(3)로부터 0 내지 10 m 범위의 길이만큼 떨어져 있는, 요소.
3. 제1항에 있어서, 압력을 유지하기 위한 수단은 상대풍을 향하여 위치되는 공기 흡입구인, 요소.
4. 제1항에 있어서, 돛대의 상기 회전 동안 상기 회전을 방해하지 않는 디바이스를 사용하여 에너지 및 명령이 송신되는, 요소.
5. 제4항에 있어서, 회전을 방해하지 않는 디바이스는 회전 조인트 또는 케이블 베어링 체인 중에서 선택되는, 요소.
6. 제3항에 있어서, 공기 흡입구는 이동식 폐쇄 플랩을 포함하는, 요소.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 부분으로 구성되는 적어도 하나의 가이드 라인은 돛을 권양 및 하강하는 조종을 위해 상기 돛의 폐쇄된 공동에 위치되고, 상기 가이드 라인은 상기 돛의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 연장되어, 헤드보드와 돛 리셉터클을 통과하는, 요소.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 요소, 선체, 및 상기 선체에 고정되지만 여전히 자유롭게 회전할 수 있는 돛대(3)를 포함하는, 돛 또는 하이브리드 추진 비히클에 있어서, 돛대(3)는 상기 팽창 가능한 돛의 공동 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는, 비히클.
9. 제7항에 있어서, 돛은 풍향에 따라 그리고 비히클의 주행 방향에 따라 수동으로 또는 자동으로 배향되는, 비히클.

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