NO171496B - Vingeseilanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en "vingeseil-aerofoil" eller vingeseilanordning for land- /eller sjøfartøyer, samt anordninger for "stalling" av vingeseil-aerofoiler.

En vingeseilanordning monteres og betjenes på noe annen måte enn den mer kjente aeroplanvinge, idet den monteres med vingespennet opprett (dvs. vertikalt eller nesten vertikalt) og med aerofoil-tverrsnittsplanet stort sett horisontalt, og da fartøyet hvortil vingeseilet er fastgjort, hviler på land eller på vann, benyttes aerofoilen for levering eller øking av en drivkraft som av praktiske grunner må kunne overføres i samtlige mulige ferdselsretninger. Oppfinnelsen har i første rekke befatning med en vingeseil-enhet av selvsettende eller selvtrimmende type. En slik vingeseil-enhet omfatter et sett av aerofoiler, i det etterfølgende benevnt et seilsett, med minst et trykkvingeseil som virker tilbake mot drivkraften og er fritt dreibart om en vertikal akse, for å kunne trimmes i forskjellige vinkler i overensstemmelse med vinden og den ønskede bevegelsesretning, og minst én hjelpe-aerofoil (vanligvis en hale-aerofoil) som er montert på en eller flere bommer som er fast forbundet med trykkvingeseilet og som anvendes for trimming av trykkvingeseilet, som beskrevet i det etter-følgende.

Trykkvingeseilet er av en flerelements-konstruksjon med et fremre aerofoilelement og et tett bakenforliggende aerofoilelement som er svingbart i sideretning i forhold til det fremre element, slik at vingeseilet kan anta en asymmetrisk form som gir høyre- eller venstrerettet skyvekraft i forhold til vinden. Det bakre element kan låses i den skyvende stilling og løsgjøres for å tilbakeføres til den fluktende stilling eller til en speilvendt hvelvet stilling. Seilsettets rotasjonsakse vil generelt forløpe gjennom det fremre element eller, i tilfelle av et seilsett av en flerplans-konstruksjon med flere trykkvingeseil som er anordnet side om side, gjennom de fremre elementers midtre symmetriplan, og det bakre element kan svinge uavhengig av hoveddreieaksen. Når samtlige aerofoiler befinner seg på linje, vil seilsettet dreies, i likhet med en værhane, til den minste motstands stilling. Hvis trykkvingen deretter bringes i skyvende stilling ved dreiing og låsing av det bakre element, vil vinden fremkalle et dreiemoment om hovedaksen. Hjelpeaerofoilen kan imidlertid også dreies uavhengig, og selv om den er meget mindre, kan den, på grunn av sin avstand fra hovedaksen, overføre et jevnførbart moment. Ved hensiktsmessig valgt skråstilling av hjelpeaerofoilen (dvs. valg av dens moment jevnført med trykkvingemomentet om hovedaksen ved en gitt skråstilling av trykkvingen) kan således trykkvingens trimming i forhold til vinden velges, og ved en forandring av vindretningen vil den derav følgende endring i trykkvingens og hjelpe-aerofoilens momenter om hovedaksen medføre en naturlig dreining av seilsettet, til momentene atter balanserer når den opprinnelige størrelse av trimmingsvinkelen mot vinden er gjenopprettet.

Fartøyets bevegelsesretning i forhold til den rådende vindretning kan deles i tre hovedkategorier: Mot vinden, stort sett på tvers av vinden, og fra eller med vinden, og i hvert av disse tilfeller vil det foretrekkes forskjellige seilsettinger i forhold til vindretningen. I situasjoner mellom disse hovedkategorier vil de beste seilsettinger være mellom dem som er omtalt i det etterfølgende i forbindelse med hovedkategoriene.

Hvis fartøyet fremdrives mot vinden, vil trimmingen som oftest justeres for oppnåelse av den størst mulige, aero-dynamiske virkningsgrad, vanligvis uttrykt ved løft/drag-forholdet, dvs. forholdet mellom utgangskraftens komponenter, henholdsvis vinkelrett mot vindretningen og i vindretningen. Hvis bevegelsen foregår på tvers av vindretningen, blir trimmingen justert for oppnåelse av størst mulig kraft uten "stalling", og bevegelsesretning med vinden gir den største medvinds-kraftkomponent, om ønskelig med "stalling", dersom dette er mer effektivt.

Foreliggende oppfinnelse har spesiell befatning med flerplans-seilsett og med utførelsesformer som muliggjør opprettholdelse av full "stalling" for maksimal hastighet under fart i medvindsretning. Under "stalling" er luftstrømmen over aerofoilene virvlende eller turbulent, slik at en bakre hjelpeaerofoil kan miste vind og følgelig bli mindre egnet for kontrollering av trykkvingenes trimming under "stalling". Det kan også være et ekstra moment som hindrer oppnåelse av full "stalling" og som skyldes bakutforskyvingen av trykkvingens trykksentrum bort fra hovedrotasjonsaksen. Det er tidligere foreslått et system hvor bakre aerofoiler som ikke er midtplassert, er anordnet med sine bakkanter skrånende innad i ulike vinkler mot det midtre symmetriplan. Denne opprinnelige vinkelforskjell opprettholdes når den bakre seksjon avbøyes slik at trykkvingen, på innersiden av den konvekse krumning (lovartsiden) er mindre dypt "stallet" enn trykkvingen på lesiden, med det resultat at leside-vingen, på grunn av den dypere "stalling" vil holde seilsettet "stallet". Det er imidlertid ikke alltid ønskelig med vinkelforskjell i den symmetriske stilling, eller det kan foretrekkes å variere graden av ulikhet når avbøyningen av den bakre seksjon varierer.

Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveiebrakt en vingeseilanordning omfattende et antall trykkvinger, hver av hvilke omfatter en opprett, fremre aerofoil og en opprett, bakre aerofoil, idet forkanten på den bakre aerofoilen er posisjonert like bakenfor den bakre kanten på den fremre aerofoilen, organer for montering av den bakre aerofoilen for dreiebevegelse rundt en opprett akse i forhold til den fremre aerofoilen, fra en fluktende stilling hvor den bakre aerofoilen forløper i fluktende plan med den fremre aerofoilen, til stillinger på hver side av en skråstilling i avstand fra den fluktliggende stillingen, hvori de samtidige henholdsvise vinkelmessige forskyvningene av i det minste to bakre aerofoiler er forskjellige fra deres fluktliggende stillinger, idet vingeseilanordningen ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at den innbefatter organer for styring av minst to av de bakre aerofoilene, slik at disse kan dreies i større eller mindre grad i forhold til hverandre mens de forskyves vinkelmessig fra den fluktende stillingen.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk planriss av et vingeseil-seilsett av enkeltplantype. Fig. 2 viser et skjematisk perspektiv-delriss av en trykkvingemontasj e. Fig. 3 viser et skjematisk planriss av trykkvinger av dobbelt plantype. Fig. 4 viser et riss av en utførelsesform av dobbeltplan-trykkvinger ifølge oppfinnelsen, illustrert i den symmetriske stilling. Fig. 5 viser et riss av trykkvingene ifølge fig. 4, som er innstilt i en skråstilling for å trekke mot høyre i forhold til vindretningen.

Hoveddelene av et vingeseil-seilsett av enkeltplantypen er vist skjematisk i planriss i fig. 1. En hovedtrykkvinge består av et fremre element 1 og et bakre element 2 (benevnt klaff). Klaffen 2 er svingbar fra side til side om en dreieaksel 3 i den fremre seksjon 1, og er forbundet med dreieakselen 3 gjennom en rekke svingarmer 4 som er tydeligere vist i fig. 2. Dreieakselen 3 behøver ikke å være kontinuerlig, idet den kan bestå av en rekke innbyrdes fluktende aksler i tilknytning til de respektive svingarmer 4. Det er fortrinnsvis anordnet en liten plate (ikke vist) som danner en forlengelse av bakkanten av det fremre elementet 1 når den bakre seksjon 2 er dreiet ut av flukt med det fremre element 1. En slik plate er kjent fra US-patentskrift 4.467.741 og 4.563.970.

En hale-aerofoil 11 er svingbart opplagret om en aksel 5 på flensdeler som vanligvis er anordnet i retning mot eller ved oversiden og undersiden av trykkvingene og som er fast forbundet med det fremre element 1. Hydrauliske eller pneumatiske sylinderaggregater 7 og 8, eller andre bevegelsesmekanismer, tjener til dreiing av henholdsvis klaffen 2 og hale-aerofoilen om sine dreieakseler 3 og 5, og disse fluidsylinderaggregater eller andre mekanismer kan hensiktsmessig være montert på flensdelene 6 som også danner en endeplatemontasje. Videre er det anordnet en motvekt 9 for halen, slik at seilsettet massebalanseres om en aksel 10 og er fritt dreibart om denne. For dynamisk balansering av seilsettet er motvekten plassert tilnærmelsesvis i det fremre elements halve høyde, selv om en viss treghetsreaksjons-fordel kan oppnås hvis motvekten anbringes litt under den halve høyde. Et flerplan-seilsett omfatter de samme elementer som vist og beskrevet i forbindelse med fig. 1, men har flere sett av trykkvinger, hver for seg med et fremre element 1 og en klaff 2. Vanligvis anvendes frem-deles en enkelt hjelpe-hale-aerofoil, selvom flere hjelpe-aerofoiler kan benyttes. Hvis flerplan-seilsettet har et odde antall trykkvinger, er midtkonstruksjonen av lignende type som vist i fig. 1, med hovedaksen 10 forløpende i plan med den fremre midtseksjon. Ved et ujevnt antall trykkvinger vil hovedaksen 10 forløpe midt mellom de innerste, fremre seksjoner. Trykkvingene i et multiplan-seilsett kan være slik sammenkoblet at en klaff (vanligvis klaffen på en midtlinje ved en flerplankonstruksjon med et odde planantall) styres som en leder mens de øvrige drives som slaver, eller hver klaff kan drives separat med drivanordningene styrt på slik måte at klaffene beveges unisont, enten ved fysisk sammenkobling eller ved hjelp av en styremekanisme.

Fig. 3 viser et dobbeltplansett av trykkvinger, hvor hver trykkvinge omfatter et fremre element 1 og et bakre klaffelement 2. Hver av klaffene 2 er svingbar om en aksel 3 som er anbragt på de respektive fremre elementers midtkorde, slik at hver klaff kan svinges til skråstilling på hver side av det respektive, fremre element. Avstanden mellom de fremre elementer er vanligvis fiksert og opprettholdes av deler som forbinder de to fremre elementer med hverandre med mellomrom i oppadgående retning, hvorved disse fremre elementer fastholdes parallelt med hverandre.

Kjente anordninger er innrettet for at klaffene skal holdes parallelt med hverandre slik at den enkelte klaffs vinkelavbøyning i forhold til dens fremre element er den sammen, eller med henblikk på en opprinnelig innervinkel-forskjell ved klaffbakkantene, som opprettholdes under av-bøying, slik at leside-vingen (på hvelvingsyttersiden) blir dypere "stallet" etter graden av opprinnelig vinkelulikhet.

Ved en utførelsesform av oppfinnelsen som er vist i fig. 4 og 5, er klaffene slik sammenkoblet at de er parallelle i den uavbøyde midtstilling, men viser ulike grader av vinkelavbøying når de dreies, idet leside-klaffen derved inntar en større skråstilling. Fig. 4 viser plasseringen på linje, hvorved de fremre aerofoiler er fast forbundet parallelt med hverandre og de adskilte klaffer 2 holdes innbyrdes parallelle og i plan med de fremre aerofoiler ved hjelp av en koblingsstang 14 som ved 15 er svingbart forbundet med respektive armer 16 som er fastgjort til klaffenes bakkanter. Armene 16 er innadrettet mot seilsettets symmetriplan, og lengden av koblingsstangen 14 er derfor mindre enn avstanden mellom vingenes respektive kordeplan.

Ifølge fig. 5 som viser klaffene dreiet skrått mot vindretningen (angitt med en pil), er leside-klaffen 2a dreiet i en vinkel a, mens lovart-klaffen 2b er dreiet i en mindre vinkel f3 på grunn av det ikke-parallellogramformede koblingssystem mellom klaffenes dreieaksler og armenes svingtapper 15. Den nøyaktige vinkelf orskjell mellom a og avhenger av utformingen av det firsidige system som sammenkobler dreieakslene 3 og svingtappene 15, og lengden av armene 16 og koblingsstangen 14 velges i overensstemmelse med den ønskede vinkelforskjell ved full klaffavbøyning. Det er åpenbart at ved mindre enn full klaffdreining vil vinkelforskjellens størrelse ligge mellom størrelsen ved null-avbøyning, dvs. i den symmetriske stilling (hvori vinkelforskjellen er null ifølge fig. 5) og størrelsen ved full klaff-avbøyning (vanligvis av størrelsesorden 2° pr. vinge ved ca. 4 0° avbøyning).

Det ikke-parallelle koblingsprinsipp som er beskrevet i tilknytning til utførelsesformene ifølge fig. 4 og 5, kan finne anvendelse i kombinasjon med en ikke-avbøyd klaffinnstilling med en opprinnelig vinkelforskjell som i så fall, i forening med koblingssystemets utforming, vil bestemme den endelige vinkelforskjell når klaffen befinner seg i fullt avbøyd stilling. En opprinnelig vinkelforskjell i kombinasjon med et ikke-parallelt koblingssystem behøver ikke å betinge at klaffenes bakkanter konvergerer, og det kan velges innstillinger hvor klaffenes bakkanter divergerer i ikke-avbøyd (symmetrisk) stilling.

Ved et trevinge-system av lignende utførelsesform er koblingene slik innrettet at skråvinklene ved full avbøyning utgjør +38°, +40° og +42° eller -38°, -40° og -42° i motsatt retning. Ved utførelsesformer med fire vinger eller mer, kan parvise vinger være forbundet med hverandre ved ulike, ikke-parallelle koblinger, for opprettholdelse av en leside-progresjon mot dypere "stalling".

De fremre aerofoiler er beskrevet som adskilt fra hverandre med parallelle kordelinjer, men det bør bemerkes at det kan avvikes fra parallellstillingen, slik at de fremre aerofoilers kordeplan divergerer eller konvergerer, jevnført med det parallelle forløp. Avbøynings-styreanordningene kan også komme til anvendelse på trykkvinger som ikke dreies av en hjelpe- eller hale-aerofoil.

Claims (6)

1. Vingeseilanordning omfattende et antall trykkvinger, hver av hvilke omfatter en opprett, fremre aerofoil (1) og en opprett, bakre aerofoil (2), idet forkanten på den bakre aerofoilen er posisjonert like bakenfor den bakre kanten på den fremre aerofoilen, organer for montering av den bakre aerofoilen for dreiebevegelse rundt en opprett akse i forhold til den fremre aerofoilen, fra en fluktende stilling hvor den bakre aerofoilen forløper i fluktende plan med den fremre aerofoilen, til stillinger på hver side av en skråstilling i avstand fra den fluktliggende stillingen, hvori de samtidige henholdsvise vinkelmessige forskyvningene av i det minste to bakre aerofoiler er forskjellige fra deres fluktliggende stillinger, karakterisert ved at anordningen innbefatter organer for styring av minst to av de bakre aerofoilene, slik at disse kan dreies i større eller mindre grad i forhold til hverandre mens de forskyves vinkelmessig fra den fluktende stillingen.

2. Vingeseilanordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at organene for styring omfatter et ikke-parallellogramformet, mekanisk koblingssystem (14,15,16).

3. Vingeseilanordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at den mekaniske koblingen omfatter et element (16) som henholdsvis er fast koblet til hver av de bakre aerofoilene i angjeldende par og strekker seg mot det andre paret, og ved at et stivt ledd (14) er dreibart forbundet med hvert av elementene.

4. Vingeseilanordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter to trykkvinger.

5. Vingeseilanordning i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at den omfatter minst tre trykkvinger.

6. Vingeseilanordning i samsvar med hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved at styreorganene tilveiebringer progressiv vinkelforskjell i de bakre aerofoilene i angjeldende gruppe når de er vinkelmessig forskjøvet fra den fluktende stillingen, hvorved den bakre aerofoil på lovart-siden er vinkelmessig forskjøvet forholdsvis minst.