NL8002427A - Inrichting voor de voorststuwing van zeilvaartuigen. - Google Patents

Description

l· 4 t -1-

Inrichting voor de voortstuwing van zeilvaartuigen.

De uitvinding heeft betrekking op een molenachtig mechanisme ten behoeve van het transport te water, waarbij de middels de wieken van de molen gevangen windkracht rechtstreeks wordt overgebracht: op het vaartuig, zonder tussenkomst van assen, 5 scheepsschroeven of soortgelijke voorzieningen.

Yanouds geldt dat,bij. het toepassen van normale zeilen, slechts een zeer klein gedeelte van de in. de langsstrijkende wind aanwezige kinetische energie benut kan worden voor de voortstuwing van een vaartuig (art.van A.Betz in Die Naturwissenschaf-10 ten d.d.t8 nov,1927,Gdttingen,getiteld:"Die Nindmdhlen im Lichte neuerer Forschung”). Naast factoren als oppervlakte , boiling, invalshoek der schijnbare wind en dergelijke, is het aërodynamisch kwaliteitsgetal van. een zeil,uitgedrukt als de verhouding ^/D=Lift/Drift,zeer wezenlijk voor de effisiency 15 van de energieomzetting.(L.Prandtl,Göttiger Segelprofilen).

De getalswaarde van opgenoemde coefficient,kan bij gebruikmaking van conventioneel zeiltuig,de limiet 7 niet zonder grote bezwaren overschrijden,vanwege de in de praktijk van het zeilen optredende koppeling tussen de aërodynamische slank-20 heid van het zeil enerzijds en de kenterneiging van het vaartuig anderzijds. Het prijsgeven van de starre verbinding tussen de mast (in de hoedanigheid van zeildrager) en het eigenlijke vaartuig is in dit opzicht een doorbraak gebleken ( we-reldsnelheidsrecord 1979 gevestigd op een zeilplank volgens 25 het octrooi van de Amerikaan Hoyle Schweitzer).

De mogelijkheden met laatsgenoemde constructie zijn evenwel beperkt tot kleine vaartuigen,daar het vereiste tegenkoppel voor de trekkracht van het zeil begrensd wordt door het lichaamsgewicht van de zeiler. Min of meer los van de construc-30 tie van de zeilplank staat ten slotte het in 1960 bij de 0-lympische Spelen te Napels ontdekte fenomeen van het door middel van spierarbeid inrotatie brengen van het zeil extra stuw-kracht=snelheid oplevert (Het zogenaamde Pompen).

In de constructie van een soort molenzeil dat navolgend wordt 35 beschreven,wordt het fenomeen van de pomp-energie (in dit geval uit de wind) op zodanige wijze gecombineerd met de schar- 800 2 4 27 £- v »2* scharnierende mast of staakvoet van de zeilplank en het principe van de autügyro (uitvinding van de spaanse ingenieur Juan de la Cierva, 1928) dat opnieuw (de practijlc proeven hebben dat inmiddels bevestigd) van een. doorbraak kan worden 5 gesproken, daar de bezwaren opstaand vermeld, alsmede de bezwaren die het. plaatsen van een logge starre molen, op een vaartuig heeft (Windturbine octrooi,Berlijn 1922 van de duitser Anton Flettner) niet alleen zijn opgeheven ,doch waarvan de kwaliteiten vermeerderd zijn met de navolgende voordelen : 10 1) Door de ontkoppeling van de voortbewegings snelheid van 'het zeil enerzijds en de vaarsnelheid anderzijds kan per eenheid van zeiloppervlak een enige tientallen malen hoger vermogen aan de wind worden onttrokken. Omgezet door de molen in voortstuwende kracht wordt vervolgens ook hydro dynamisch dit 15 vermogen minder verspild in het overwinnen van de verleie-ringsweerstand.

2) De trekkracht van het wiekenstelsel slechts een gering koppel via de staak en de stuurknuppel op het vaartuig overbrengt, waardoor niet alleen kostbare maar bovenal veel weer- 20 stand veroorzakende rolstabiliteits-vlakken achterwege kunnen bli jven of althans kleiner kunnen worden gedimensioneerd.

3) De benodigde opwaartse kracht voor het vaartuig + nutti-last niet langer uitsluitend ontleend behoeft te worden aan de statische waterverplaatsing,maar gedeeltelijk ontleend- kan 25 worden, aan de vertikaal, omhoog gerichte component van. de trekkracht van het wiekenstelsel (het autogyro effect),tengevolge waarvan de planeer toestand van het vaartuig eerder wordt bereikt. Voor ingewijden, is het duidelijk dat aldus de golf-weerstand klein gehouden wordt-, terwijl de hydrodynamische 30 draagkracht juist sterk toeneemt.

4) Een voordeel is ook door het meer of minder vertikaal stellen van de staak de verhouding van de vertikale en de horizontale componenten van de trekkracht van de molen continu instelbaar is,zowel in tijd als in ruimtelijke zin.

35 Deze laatste handeling die simpel met behulp van de stuur knu ppel uitgevoerd wordt vervangt niet alleen het zeer omslachtige reven of zelfs vervangen der zeilen,maar levert daarnaast de onder punt 3 genoemde en zeer begeerde hefkracht op het vaartuig , inclusief nuttige last.

80024 27 % 3· Λ -3- 5 ) Een groot voordeel is ook dat door de relatief hoge snelheid van de wieken,de trekkracht een uitgesteld afhankelijke functie is van de momentane windsnelheid. De totale stabiliteit kan dientengevolge aanmerkelijk groter- zi'j'n dan.

5 bij toepassing van onverwijld op windstoten reagerende conventionele zeilen.

ïënslotte zei opgeraerkt dat alle tot nu toe bekende molenachtige voortstuwingsconstructies op schepen, toegespitst waren op de vermeende eigenschap van het rerecht tegen de wind f0 kunnen varen",waarbij een. reeks van verlies gevende energieconversies, middels topzware mechanismen,onontkoombaar bleken te zijn. Essentieel voor deze uitvinding is dan ook dat juist geen enkel as-koppel wordt afgedragen,waardoor deze conceptie niet alleen, reactie vrij is,maar bovendien het eigenlijke f5 wiekontwerp (koorde-profielenjtapsheidjslankheidjwrong,e.d.) geoptimaliseerd kon. worden op het leveren van uitsluitend trekkracht loodrecht op het vlak gevormd door de wieken in werking· Theoretisch is de hefkracht namelijk een tweede machts functie van de rotatie - of omwentelings-snelheid van 20 de wieken.

De uitvinding zal nu beschreven worden, aan de hand van een specifiek uitvoerings voorbeeld en wel m.b.v.twee figuren:

Fig.1 ...... Eenvoudige handbestuurbare zeilmolen in combi natie met een zeilplank· 2-5 Fig 2...... Het wiekenkruisstuk (detail nr.5 van fig.1 )·

Figuur 1 toont de uitvinding in zijn eenvoudigste vorm n.1. in een zodanig handzame uitvoering dat toepassing op een zeilplank een zeer goed te zeilen combinatie oplevert. De zeilmolen is opgebouwd uit de volgende hoofdbestanddelen: een 30 enigszins neerwaarts doorgebogen glasfiber of aluminium buis of staak(2),welke de verbinding vormt tussen het wieken-kruis-stuk(5) en het kogelgewricht (3) waarmede de staak losneembaar op de niet tot de uitvinding behorende zeilplank (t) wordt geschoven. Het wiekenkruisstuk(5) is middels een as en kogella-35 gers(l2) draaibaar en tevens losneembaar gemonteerd op het topeind van de staak(2). Aan de omtrek is het kruisstuk(5) voorzien van een aantal- overeenkomend met het aantal wieken-— adapters (1.0), welke vorkvormig zijn uitgevoerd en zodanig 8002427 V ' ^ -r via. een draaibare as met de wiekstangen( .11 ) zijn verbonden dat deze laatste over hoeken van +en- 90 graden kunnen weg klappen, gerekend vanuit het gemeenschappelijke vlak dat de wieken onder invloed van de centripetale versnellingskrachten 5 trachten in te nemen. Tevens is deze draaibare as onder een zodanige hoek t.o.v.het vlak van het wiekenkruisstulc(5) in de vorkadapter(lO)gemonteerd,dat wanneer de corresponderende wiek (4) b.v. ten gevolge van een hogere windsnelheid naar boven (in de richting van de aangegeven pijl) klapt deze 10 relatieve snelheidsvector tevens een component heeft in het rotatievlak der wieken en qua teken samenvallend met de draai-ingsrichting van de wieken. Deze scharnierconstructie garan-r deert een trillingsvrije omloop der wieken en een minimale wringbelasting van het vorkscharnier. In de geschetste uit-15 voering is de molen uitgerust met 4 wieken (4), die zich vanaf de tip (13) gerekend uitstrekken tot op ongeveer tweederde van de halve molendiameter met als gevolg dat de geen draagkracht en minimale weerstand opwekkende wiekstangen(11),welke de verbinding vormen tussen de wiekworteluiteinden (14) 20 en het wiekenkruisstuk (5) ongeveer 1/3 R lang zijn. De wieken zijn bij voorkeur gevormd uit twee zelfdragende huidpla-ten van lichtmetaal,kanststof of vliegtuigtriplex. De aërodynamische kromming van deze platen wordt verkregen door het inwendige van de wieken te voorzien van b.v. balsa-houten 25 ribben die een zodanige reeks ( boven zowel als onder) profiel coördinaten bevatten dat de wiek(voor dit doel) zijn optimale vorm aanneemt. Op 11/2 a2 meter boven de staakvoet(3) is middels een bout met moer(9) de stuurknuppel of hefboom(7) gemonteerd en wel aan de holla zijde van de gekromde staak(2) 30 en wel zodanig dat de stuurknuppel(7) middels een star aan de stuurknuppel bevestigde vork^reactieloos op en neer bewogen kan worden. Dwars op het andere uiteinde van de hefboom(7)is horizontaal de Stuurstang met handgrepen (6) vast gezet ,zodat wanneer hierop een moment wordt uitgeoefend de molen in 35 de juiste wind en scheeps positie gemanoevreerd kan worden. Door aan de stuurknuppel te trekken wordt de mogelijkheid geboden de staak(2.) meer vertikaal en dientengevolge het wie-kenstel(4) meer horizontaal te stellen.

800 2 4 27

Claims (5)

1. Inrichting voor de voortstuwing van vaartuigen waarbij windenergie door middel van roterende vleugels rechtstreeks. wordt omgezet intrekkracht en waarbij deze kracht middels een eenvoudige bestuurbare staakconstructie wordt inge 5 leid in het vaartuig met het kenmerk dat de staak door middel va van een kogelgewricht aan het vaartuig is gekoppeld.

2. Voortstuwingsinrichting volgens conclusie 1,met het kenmerk dat de wi.ekvorm middels de daartoe geeigende ontwerp-grootheden als profiel coördinaten, slankheid, tapsheid en wrong 10 aërodynamisch geoptimaliseerd is op het leveren van een maximale trekkracht bij een windsnelheid van 6,5 meter/secunde en waarbij het dragende gedeelte van de wieken zich uit strekt tussen een derde en drie derde van de halve diameter van de draaicirkel der wieken en waarbij het resterende deel van de 15 wiekengevormd worden door aërodynamisch geprofileerde verbin-dingsstangen,die in de ontwerpwindconditie geen bijdrage tot de draagkracht leveren en waarbij deze stangen op zodanige wijze met het topeind van de staak zijn verbonden dat de wieken afzonderlijk op en neer kunnen klappen met dien verstande 20 dat de hoek waarmee dit vlak,van naar boven wegklappen, staat met neutrale draaivlak 80 a.85 graden is , althans kleiner is dan loodrecht,terwijl er bovendien ,middels lagers, voor gezorgd is dat de draaiing van. de wieken niet noemenswaardig wordt geremd door wrijving* 25

3) Voortstuwingsinrichting volgens conclusies 1 en 2 met het kenmerk dat de massa van de wieken plus stangen en de ermee samenhangende centrifugaalkrachten zodanig klein zijn dat tipsnelheden van 110 m/s voor de sterkte toelaatbaar zijn.

4. Voortstuwingsinrichting volgens de 1,2 en 3 met het 30 kenmerk, dat de gewenste stand van de staak/molen combinatie ingesteld en gehandhaafd kan worden met behulp van een T-vormige stuurknuppel die op schouderhoogte scharnierend aan de licht gebogen staak is bevestigd door middel van een vork op zonanige wijze dat een aanzienlijk koppel vanuit de stuur-35 knuppel overgebracht kan worden op de staak en vervolgens op de as der wieken ·

5. Voortstuwingsinrichting volgens conclusies 1 en 2,met het kenmerk van zgn.tipvanes aan de uiteinden van de wieken. - - Λ J A Tf