PL202346B1 - Żaglowy zespół do bezprzechyłowego napędu jednostek pływających - Google Patents

Abstract

Urzadzenie wg wynalazku sk lada si e z wysi egni- ka wspartego jednym ko ncem za po srednictwem dwudzielnego d zwigara na dwóch kad lubach po- mocniczych dolaczanego na czas zeglugi drugim ko ncem obrotowo do konwencjonalnego kad luba nap edzanej jednostki z umieszczon a poprzecznie na wysi egniku wielocz esciow a powierzchni a nap edow a tak nachylon a, ze si la wiatru przechodzi w blisko sci srodka oporu bocznego kad luba g lównego przez co zostaja zlikwidowane si ly przechylaj ace nap edzan a jednostk e oraz powstaje si la j a aerodynamicznie odci azaj aca. Pozwala to na bezpieczne, bardzo znaczne powi ekszenie powierzchni nap edowej i w wyniku umo zliwia osi aganie bardzo du zych pr ed- ko sci w zegludze sportowej, rekreacyjnej i turystycz- nej oraz w zaglowym transporcie pasa zerskim i towa- rowym. Przez obrotowe zamocowanie poszczegól- nych czesci powierzchni nap edowej uzyskano mo z- liwo sc uzyskiwania aerodynamicznego wspó ldzia la- nia tych czesci, aerodynamicznego sterowania nimi oraz natychmiastowej redukcji si ly dzia lania wiatru na nie przez wyluzowanie ich „z wiatrem”. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

W dotychczasowych systemach napędu żaglowego siła wiatru działa na powierzchnię napędową zawsze na znacznej wysokości ponad środkiem oporu bocznego napędzanej jednostki, stwarzając duży moment przechylający ją na bok. Występuje też moment niekorzystnie przegłębiający dziób kadłuba. Zagrożenia z tego wynikające obniżają bezpieczeństwo żeglugi i w sposób zasadniczy ograniczają możliwości stosowania dużych powierzchni napędowych, niezbędnych dla uzyskiwania znacznych prędkości żeglugi.

Pomimo uświadomionej już od lat, wielkiej potrzeby skonstruowania nowego urządzenia do napędu wiatrowego, pozbawionego powyższych wad, wszystkie dotychczasowe zabiegi nie doprowadziły do opracowania konstrukcji mogących mieć praktyczne zastosowanie. Różnorodne próby w tym zakresie ilustrują poniżej wykazane opisy patentowe.

Patenty:

1.	Niemcy	2.431.710	6/1974	B63H	9/06
2.	USA	3.981.258	9/1976	B63B	39/00
3.	USA	4.228.750	10/1980	B63H	9/04
4.	Francja	2.510.969	2/1983	B63H	9/04
5.	Francja	2.524.416	10/1983	B63H	9/06
6.	USA	4.708.075	11/1987	B63B	35/00
7.	USA	4.788.924	12/1988	B63H	9/00

W powyższych rozwiązaniach główną cechą konstrukcyjną wykluczającą wykorzystywanie w pełni olbrzymich moż liwości ożaglowania bezprzechyłowego jest uż ycie do ich napędu nieobrotowych powierzchni napędowych. Przede wszystkim przy takiej konstrukcji wykluczona jest możliwość szybkiego, koniecznego przy nagłych zwiększeniach siły wiatru reagowania na bardzo silny wzrost aerodynamicznego odciążenia jednostki ponad wartość pozwalającą na pożądanie bardzo szybką, ale jeszcze w pełni kontrolowaną żeglugę.

Zasadniczą cechą konstrukcyjną odróżniającą w sposób zasadniczy zgłaszane rozwiązanie P.338874 od wszystkich pozostałych jest zastosowanie do napędu jednostki urządzenia z co najmniej dwoma częściami powierzchni napędowej zamocowanymi obrotowo.

Obrotowe zamocowanie części powierzchni napędowej zapewnia możliwość:

1. Uzyskiwania korzystnego aerodynamicznego ich współdziałania,

2. Pomocniczego aerodynamicznego sterowania jednostką przy ich pomocy,

3. Natychmiastowego redukowania aerodynamicznej siły napędowej i odciążającej przez wyluzowanie powierzchni napędowej z wiatrem.

Dodatkową różnicę z konstrukcjami US.3.981.258 i US.4.708.075 stanowi to, że w nich część napędowa nie jest urządzeniem oddzielnym dołączanym do konwencjonalnego kadłuba z własnym sterem rufowym, ale jest integralnie połączona z rzadko stosowanym kadłubem „proa, który przy każdej zmianie halsu musi rozpoczynać płynięcie w odwrotnym kierunku - „tyłem do przodu, co jest istotną, bardzo niekorzystną różnicą konstrukcyjną w porównaniu ze zgłoszonym rozwiązaniem P.338874. W rozwiązaniu tym konwencjonalny kadłub, po odłączeniu urządzenia napędowego, pozostaje w pełni sprawną samodzielną jednostką mogącą np. wpływać do portu na pomocniczym silniku manewrowym. Jest to bardzo cenna cecha konstrukcyjna ze względu na duże wymiary jednostek bezprzechyłowych, gdy obie części: napędowa i napędzana są ze sobą trwale połączone.

Z nierozwią zanym w innych konstrukcjach w.w. poważ nym problemem bardzo duż ych rozmiarów jednostek bezprzechyłowych, praktycznie przekreślającym szerokie ich rozpowszechnienie pomimo wielkich zalet użytkowych - w rozwiązaniu P.33.88.74 poradzono sobie dodatkowo też w inny sposób. Jest nim zaprojektowanie nowatorskiego, prostego sposobu szybkiego składania urządzenia napędowego z pozostawieniem na kadłubie jednostki napędzanej i uzyskiwania w ten sposób znakomitego zmniejszenia rozmiarów tak zaprojektowanego rozwiązania jednostki z napędem bezprzechyłowym.

Podane powyżej najważniejsze cechy konstrukcyjne rozwiązania P.338874 sprawiają, że może być ono w pełni wszechstronnie powszechnie wykorzystywana w jachtingu regatowym, sportowym,

PL 202 346 B1 rekreacyjnym, turystycznym oraz żaglowym transporcie pasażerskim i towarowym. Przewidziano też stosowanie go do sań o specjalnie dostosowanej konstrukcji płóz.

Poniżej podano istotę rozwiązania wg wynalazku oraz zestawienie jego znamiennych cech konstrukcyjnych.

Wysięgnik, na którym jest umocowana powierzchnia napędowa, jest jednym końcem osadzony na krótkim maszcie gniazda wysięgnika, ustawionym pionowo na kadłubie jednostki napędzanej w uł o ż yskowaniu, umoż liwiają cym obrót wysię gnika wokół masztu w pł aszczyź nie poziomej wraz z powierzchnią napę dową, w celu ustawienia jej pod najkorzystniejszym kątem natarcia względem wiatru. Drugi koniec wysięgnika oparty jest na środku poprzecznego dźwigara, wspartego swoimi zakończeniami na kadłubach pomocniczych.

Przez szerokie rozstawienie tych kadłubów zapewniono konstrukcji bardzo dużą stateczność poprzeczną i podłużną, niezależnie od pozycji wysięgnika. Stateczność ta jest przenoszona - za pośrednictwem masztu gniazda wysięgnika - na kadłub główny, zapewniając spokojną żeglugę także przy dużym sfalowaniu. Jednocześnie uzyskano obszerną bazę do ustawienia, nawet bardzo dużej, wieloczęściowej powierzchni napędowej.

Powierzchnia napędowa może być w małych jednostkach dwuczęściowa. W dużych i bardzo dużych jednostkach korzystne jest zestawienie jej z większej liczby oddzielnych części o mniejszych wymiarach. Szczególnie korzystne jest rozwiązanie, w którym składa się ona z sześciu części. Trzy z nich są usytuowane obok siebie w linii poprzecznej do osi podłużnej wysięgnika, w pobliż u jego zewnętrznego końca. Następna część jest usytuowana bliżej kadłuba. Jest ona korzystnie zintegrowana z - ustawionym na wysięgniku - masztem głównym, do szczytu którego są podwieszone także wierzchołki wszystkich pozostałych części powierzchni napędowej. Dzięki ww. zintegrowaniu uzyskano możność korzystnego aerodynamicznie umieszczenia masztu głównego wewnątrz kieszeni krawędzi natarcia złączonej z nim części, lub skonstruowanie go razem z nią w postaci skrzydło-żagla. Wyżej wymienione cztery części stanowią podstawowy zestaw. Pochylenie ich jest takie, aby był spełniony wymóg przechodzenia osi wspólnej wypadkowej siły parcia wiatru na wysokości środka oporu bocznego kadłuba.

Najdalej od kadłuba, poza ww. częściami jest rozpinana dodatkowa część, największa, o szerokiej podstawie. W celu zrównoważenia - bardziej ku górze skierowanego działania siły wiatru na tą, najbardziej pochyło ustawioną część - jest umieszczona najbliżej kadłuba dodatkowo szósta część w usytuowaniu odpowiednio najbardziej zbliż onym do pionowego.

Dolne rogi ww., największej części są umocowane do zakończeń dźwigara poprzecznego korzystnie za pośrednictwem dwóch odsadni. Każda z nich jest drążkiem z doczepionym do zewnętrznego końca jednym z ww. rogów oraz cięgłem do przyciągania tego końca odsadni do zakończenia dźwigara. Drugi koniec odsadni jest umocowany do dźwigara przesuwnie i ściągany drugim cięgłem w kierunku tego samego zakoń czenia dź wigara, równolegle do jego osi podł u ż nej.

Taka konstrukcja umożliwia dodatkowe dostrajanie do aktualnych warunków wiatrowych ustawienia ww. części powierzchni napędowej, będącej odpowiednikiem - używanego w dotychczasowych systemach ożaglowania - spinakera, dla którego charakterystyczna jest zmiana roli obu jego górnych krawędzi - lików - oraz jego rogów dolnych przy zmianie halsu. Dociągnięcie do zakończenia dźwigara, zewnętrznego końca odsadni wraz z doczepionym do niego rogiem ww. części powierzchni napędowej - aktualnie będącym rogiem halsowym - umożliwia silne naprężenie, odchodzącej od tego rogu krawędzi, będącej aktualnie krawędzią natarcia. Przez zmiany wybrania obu cięgieł drugiej odsadni, do której jest doczepiony róg - aktualnie szotowy - uzyskuje się regulację wyluzowania powierzchni oraz jej wybrzuszenia.

Jak przedstawiono, ta bardzo duża część powierzchni napędowej przeznaczona na wiatry słabe jest ze względu na jej wymiary zamocowana nieobrotowo. Także nieobrotowo jest zamocowana najbliższa kadłuba, uzupełniająca część.

Wszystkie pozostałe części powierzchni napędowej są umocowane obrotowo. W części zintegrowanej z masztem osią obrotu jest maszt, a odpowiednie naprężenie całej powierzchni roboczej korzystnie uzyskuje się przez zamocowanie pięty bomu do masztu, a noku - do obciągacza bomu. U każ dej pozostał ej części naprężenie powierzchni roboczej uzyskuje się przez obcią ganie bomu do dołu cięgłem. Przez odpowiednie zbliżenie umiejscowienia punktu zaczepienia tego cięgła w kierunku rogu halsowego uzyskuje się wymagane usytuowanie osi obrotu danej części - przed środkiem jej powierzchni, co zapewnia odchylanie krawędzi spływu na zawietrzną pod działaniem wiatru i samo4

PL 202 346 B1 czynne ustawianie się powierzchni w łopocie. Do wybierania powierzchni każdej obrotowej części do pożądanej pozycji korzystne jest użycie konwencjonalnych szotów.

Zaprojektowano także - nadające się szczególnie do żeglugi jednoosobowej - korzystne rozwiązanie konstrukcji przymasztowej części powierzchni napędowej. W tym rozwiązaniu bom ramowy obejmuje maszt i ma do tylnego zakończenia przymocowany róg szotowy - głównej, przymasztowej części powierzchni napędowej, a do przedniego końca ma przymocowany róg halsowy - dodatkowej, pełniącej rolę slotu - części. Taka konstrukcja umożliwia obsługę zestawu tych obu części jednym szotem. Ponadto uzyskuje się możność odciążania zamasztowej części bomu przeciwwagą umieszczoną na przedmasztowym zakończeniu bomu. Jest to ważne - podobnie jak u innych części obrotowych powierzchni napędowej - ze względu na ich silne pochylenie oraz położenie punktu ciężkości bliżej rogu szotowego względem osi obrotu i wynikającą z tego tendencję opadania rogu szotowego przy słabych wiatrach.

W celu korzystnego rozładowania różnicy ciśnień po obu stronach dolnej partii każdej części powierzchni napędowej, jest ona podzielona pionowo na segmenty, których krawędzie spływu są odchylane pod działaniem wiatru na zawietrzną. Segmenty te w umocowanych nieobrotowo częściach powierzchni napędowej mają kształt trójkąta, zwróconego wierzchołkiem do dołu. Wierzchołki wszystkich tych segmentów są umocowane do - znajdującego się poniżej segmentów - przesuwnego poziomo cięgła. Przez przesunięcie tego cięgła zgodnie z kierunkiem wiatru uzyskuje się u wszystkich segmentów naprężenie krawędzi, które przy aktualnym halsie są krawędziami natarcia, a wyluzowanie ich krawędzi spływu. Zależnie od zakresu przesunięcia cięgła uzyskuje się pożądany stopień tego wyluzowania, a w wyniku - stopień zwichrowania powierzchni segmentów.

Segmenty w częściach powierzchni napędowej umocowanych obrotowo mogą mieć powyższą konstrukcję, albo mogą mieć kształt zbliżony do prostokąta. W tym przypadku usztywniona bomikiem, dolna krawędź każdego segmentu jest doczepiona cięgłem do wspólnego bomu w jednym punkcie, umiejscowionym odpowiednio blisko przedniego, halsowego rogu danego segmentu. W przestrzeni pomiędzy każdym bomikiem a bomem jest korzystnie rozpięta miękka płaszczyzna uszczelniająca, ograniczająca stopień zwichrowania powierzchni segmentu pod działaniem wiatru oraz hamująca powstawanie wiru brzegowego wokół dolnej krawędzi segmentu.

Według powyższych zasad mogą być podzielone także na segmenty przywierzchołkowe partie poszczególnych części powierzchni napędowej.

W przypadku, gdy jednostka napę dzana urzą dzeniem wedł ug wynalazku jest wyposaż ona w hydroskrzydł a, korzystne jest, aby maszt gniazda wysię gnika, wokół którego obraca się przykadł ubowy koniec wysięgnika, był sztywno umocowany do kadłuba głównego.

W przypadku, gdy jednostka jest bez hydroskrzydeł , dla umoż liwienia naturalnej zmiany podłużnego trymu kadłuba przy wchodzeniu jego w ślizg oraz żeglugi na wysokiej fali korzystne jest ułożyskowanie dolnego końca masztu gniazda wysięgnika w miejscu jego połączenia z kadłubem wokół poziomej osi, prostopadłej do osi podłużnej kadłuba. Korzystne jest też, aby zakres uzyskanej w ten sposób swobody przechylania się masztu wokół tej osi był ograniczany - odpowiednio do potrzeb - na przykład elastycznymi cięgłami lub amortyzatorem hydraulicznym z zaworami ciśnieniowymi. Dzięki uchylnemu zamocowaniu masztu gniazda wysięgnika i wynikającej z tego uchylności osi podłużnej kadłuba głównego względem części napędzającej uzyskuje się także zmniejszenie naprężeń w miejscu połączenia obu części jednostki - napędzającej z napędzaną.

Korzystne jest, aby poprzeczny dźwigar był dwudzielny. Przez ustawienie obu ramion pod kątem uzyskuje się możność wzmocnienia konstrukcji cięglem łączącym od dołu zewnętrzne zakończenia obu ramion dźwigara oraz uniesienie środkowej części dźwigara wraz z opartym na mej końcem wysięgnika w celu zabezpieczenia ich przed zaczepianiem o powierzchnię wody przy silnym sfalowaniu. Poza tym możliwe jest obrotowe złączenie przywysięgnikowych zakończeń obu ramion, co pozwala na składanie ich do tyłu wzdłuż wysięgnika na czas postoju.

Każdy kadłub pomocniczy jest dołączony do jednego z dwóch pionowych zakończeń dźwigara poprzecznego w ułożyskowaniu umożliwiającym obrót kadłuba w płaszczyźnie poziomej. Pozwala to na dopasowywanie ustawienia kadłubów pomocniczych do aktualnych potrzeb, przede wszystkim - do kierunku żeglugi jednostki.

Kadłuby pomocnicze są mocowane do zakończeń dźwigara poprzecznego albo tylko w ww. u łożyskowaniu, albo równocześnie i w dodatkowym ułoż yskowaniu dającym moż liwość uchylania się tych kadłubów w płaszczyźnie pionowej.

PL 202 346 B1

W rozwiązaniu, w którym kadłuby pomocnicze nie są ustawiane względem kierunku żeglugi cięgłami z kadłuba głównego, każdy kadłub pomocniczy ma korzystnie umieszczoną na rufie, pionową płaszczyznę statecznika kierunku.

W celu uzyskania duż ej statecznoś ci kierunku cał ej jednostki, każ dy kadł ub pomocniczy wyposażony w ww. statecznik kierunku ma korzystnie na dziobie płaszczyznę steru dziobowego umocowaną na pionowej osi i połączoną z kadłubem głównym cięgłami ustawiającymi ją w pozycji równoległej do osi kadłuba głównego, niezależnie od odchyleń kadłubów pomocniczych. Dolna część płaszczyzny sterowniczej jest korzystnie wygięta do tyłu, aby środek płaszczyzny był odpowiednio wyprzedzony przez jej oś obrotu. W tym rozwiązaniu, ze względu na nieograniczenie swobody obrotu kadłubów pomocniczych wokół pionowych zakończeń dźwigara oraz wynikającą z tego obracalność sterów dziobowych przekraczającą 360°, korzystne jest umieszczenie na kadłubie pomocniczym koła pośredniczącego - napędzanego z kadłuba głównego - i połączenie go z osadzonym na osi steru kołem napędzanym - przez otoczenie ich zazębionym z nimi cięgłem łańcuchowym.

Zamocowanie końców wyżej wymienionych cięgieł na kadłubie głównym, umożliwiające ich przemieszczanie - korzystnie na obracalnym kole urządzenia sterowniczego - pozwala na zmiany ustawienia płaszczyzny sterowniczej sterów dziobowych względem kadłuba głównego w celu bardzo efektywnego, przedniego sterowania jednostką. Wychylenie steru przedniego powoduje - samo przez się - powstanie bocznej siły skręcającej. Ponieważ siła ta działa na dziób kadłuba pomocniczego, powoduje jego wychylenie i włączenie do działania skręcającego całej powierzchni bocznej kadłuba pomocniczego oraz płaszczyzny statecznika kierunku. Ten sposób sterowania jest odpowiedni zwłaszcza wtedy, gdy kadłuby pomocnicze są prowadzone w stałej styczności z powierzchnią wody.

W rozwiązaniu odmiennym od opisanego kadłuby pomocnicze nie mają statecznika kierunku oraz sterów dziobowych, a do ich utrzymywania w pozycji równoległej do kadłuba głównego - niezależnie od zmian położenia wysięgnika - służą dwa cięgła łączące każdy z kadłubów pomocniczych z kadł ubem gł ównym.

Zamocowanie końców wyżej wymienionych cięgieł na kadłubie głównym umożliwiające odpowiednie ich przemieszczanie - pozwala na dowolne zmiany ustawienia każdego kadłuba pomocniczego względem kadłuba głównego w celu użycia go do sterowania jednostką. Ten sposób sterowania poprzez zmiany usytuowania kadłubów pomocniczych - jest szczególnie odpowiedni, gdy kadłuby te są wyposażone w hydroskrzydła i przy większych prędkościach żeglugi znajdują się ponad powierzchnią wody. Rolę płaszczyzn sterowniczych spełniają w tym rozwiązaniu odpowiednie części powierzchni hydroskrzydeł.

Pełna efektywność sterowania obydwoma kadłubami pomocniczymi - bezpośrednio, albo za pośrednictwem ich sterów dziobowych - ma miejsce przy ich usytuowaniu przed dziobem kadłuba głównego. Natomiast w przypadku, gdy którykolwiek z kadłubów pomocniczych znajduje się w bocznym usytuowaniu wzglę dem kadłuba głównego, korzystne jest wyłączenie go ze sterowania. W celu umoż liwienia niezależ nego włączania do sterowania i wyłączania obu kadł ubów pomocniczych i ich sterów dziobowych oraz rufowego steru kadłuba głównego, opracowano wybiórcze urządzenie sterownicze, składające się korzystnie z umieszczonych współosiowo z masztem gniazda wysięgnika obracanych kół: koła napędzającego oraz sprzęganych z nim w sposób niezależny kół pośredniczących.

Gdy sterowanie przednie odbywa się przy użyciu sterów dziobowych, do jednego z kół pośredniczących doczepione są końce cięgieł rufowego steru kadłuba głównego a do dwóch pozostałych odpowiednio: do jednego - końce cięgieł steru dziobowego kadłuba pomocniczego prawego, a do drugiego - steru dziobowego kadłuba lewego. W rozwiązaniu gdy sterowanie przednie odbywa się bezpośrednio kadłubami pomocniczymi przez zmiany ich ustawienia - to do ww. dwóch kół pośredniczących są doczepione odpowiednio końce cięgieł zamocowanych drugimi końcami bezpośrednio do prawego i lewego kadłuba pomocniczego. W obu przypadkach cięgła steru rufowego kadłuba głównego są prowadzone prosto, a pozostałe - jako skrzyżowane. Uzyskuje się dzięki temu zgodność - sterującego jednostką - działania elementów znajdujących się przed nią oraz jej steru rufowego.

W razie potrzeby uzyskania jednocześ nie dużej stateczności i zwrotności wykorzystuje się według podanych zasad łącznie wszystkie wymienione elementy: kadłuby pomocnicze z płaszczyznami statecznikowymi, ich stery dziobowe oraz ster rufowy kadłuba głównego. Do łącznej obsługi tych wszystkich elementów, wybiórcze urządzenie sterownicze wyposaża się w dwa dodatkowe koła pośredniczące.

PL 202 346 B1

Wszystkie koła mają na swoich obwodach zęby, pomiędzy które są wprowadzane - niezależnie od siebie - rygle stopujące - sprzęgające te koła z bazą zespoloną z kadłubem. Wprowadzenie dowolnego rygla stopującego pomiędzy zęby odpowiadającego mu koła uniemożliwia jego obracanie. Naprzemiennie z tymi ryglami są wprowadzane rygle sprzęgające poszczególne koła pośredniczące z kołem napędzającym. Wprowadzenie pomiędzy zęby dowolnego koła poś redniczącego odpowiadającego mu rygla - sprzęgającego to koło z kołem napędzającym - powoduje połączone z tym wysunięcie odpowiadającego mu rygla stopującego. Taka konstrukcja umożliwia włączanie do czynności sterowniczej dowolnych elementów sterujących, a przy wyłączaniu - zastosowanie ich w nadanym im usytuowaniu. Połączenie odpowiednim ryglem stopującym koła napędzającego z bazą powoduje w razie potrzeby - zastosowanie wszystkich elementów włączonych aktualnie do czynności sterowniczych. Ta możliwość jest korzystna zwłaszcza przy jednoosobowej żegludze.

Połączenie końca wysięgnika z masztem gniazda wysięgnika jest korzystnie rozłączne. Umożliwia to odłączanie części napędowej od kadłuba głównego jednostki napędzanej. Ta możliwość jest szczególnie korzystna w przypadku dużych i bardzo dużych jednostek, na wypadek - na przykład trudności z wpłynięciem ich w pełnym składzie do portu, doku itp. Część napędowa może być wtedy odłączona i - po podwieszeniu końca wysięgnika na przykład do pneumatycznego lub sztywnego pływaka - pozostawiona na zewnętrznym kotwicowisku.

Obrotowe zamocowanie przywysięgnikowych końców ramion dwudzielnego dźwigara do łącznika umieszczonego na wysięgniku, umożliwia złożenie obu ramion wraz z kadłubami pomocniczymi do tyłu, a suwliwe zamocowanie wysięgnika na maszcie jego gniazda umożliwia przesunięcie złożonej całości ku rufie kadłuba głównego. Uzyskuje się w ten sposób bardzo znaczne zmniejszenie gabarytów zewnętrznych całej konstrukcji w pozycji postojowej.

Zaprojektowano umocowanie do konstrukcji wysięgnikowej dwóch płyt sterująco-hamujących. Płyty są umocowane obrotowo na osiach ustawionych ukośnie. Płyty te są utrzymywane cięgłami w pozycji poziomej. Po zwolnieniu cię g ł a odpowiedniej pł yty zagłębia się ona w wodzie do pozycji pionowej. Ukośne jej ustawienie względem osi wysięgnika powoduje - przy wstecznym ruchu jednostki - siłę ściągającą wysięgnik na stronę tej płyty. Umożliwia to - wraz z działaniem powierzchni bocznej kadłuba głównego i miecza oraz odpowiednio ustawionego steru rufowego - sprawne wysterowanie jednostki w ruchu wstecznym w celu przeprowadzenia powierzchni napędowej przez linię wiatru dla wykonania zwrotu prze sztag. Ten awaryjny sposób wykonania zwrotu, może być przydatny przy napędzie bezprzechyłowym, zwłaszcza bardzo szybkich i lekkich jednostek. W przypadku tych jednostek energia kinetyczna, nawet przy szybkiej żegludze, może się okazać niewystarczająca, aby przezwyciężyć opór, stających w łopot, bardzo dużych powierzchni napędowych i wykonania zwrotu przez sztag w ruchu do przodu.

Opuszczenie obu płyt umożliwia - w razie potrzeby - sprawne, szybkie stawianie jednostki w silnie hamowanym dryfie.

Urządzenie napędowe według wynalazku może być stosowane także do innych pojazdów zwłaszcza sań. W tym przypadku rolę kadłubów pomocniczych spełniają pomocnicze sanki. Ze względu na to, że aerodynamiczne odciążanie sań przy bezprzechyłowym napędzie zmniejsza zdolność przeciwdziałania się płóz sile znoszącej sanie pod działaniem wiatrów bocznych - płozy są korzystnie wyposażone w podłużne, pionowe płaszczyzny, zagłębiające się w śniegu i spełniające rolę analogiczną do mieczy nawodnych jednostek żaglowych. Ostre, dolne krawędzie tych płaszczyzn są przydatne w przypadku wykonywania żaglowych ślizgów saniami na bardzo ubitym śniegu albo na lodzie. Głębokość opuszczania płaszczyzn poniżej spodniej powierzchni płóz jest korzystnie regulowana zależnie od potrzeb - głównie od obciążenia sań oraz rodzaju śniegu.

Urządzenie według wynalazku ma szereg istotnych zalet. Przede wszystkim rozwiązuje ono w sposób prosty i skuteczny problem o podstawowym znaczeniu dla ż eglarstwa

- bezprzechył owego napędu wiatrowego jednostek pł ywają cych. Zapewnia bardzo wysoki stopień bezpieczeństwa żeglugi, także przy dwu- i więcejkrotnym powiększeniu powierzchni napędowej. Umożliwia też uzyskiwanie aerodynamicznego odciążenia kadłuba. Dotychczas niewykorzystywane w praktyce żeglarskiej odciążanie aerodynamiczne ma bardzo istotną przewagę nad odciążaniem hydrodynamicznym, ponieważ działa natychmiast - równocześnie ze zwiększaniem się siły wiatru, podczas gdy odciążanie hydrodynamiczne - zawsze działa z opóźnieniem, wzrasta bowiem dopiero w miarę zwiększania się prędkości jednostki żeglującej. Wyeliminowanie siły przechylającej, obciążającej dziób, w połączeniu z aerodynamicznym odciążaniem kadłuba ułatwia stosowanie hydroskrzydeł w celu zmniejszenia oporów ż eglugi.

PL 202 346 B1

Wszystkie powyższe cechy napędu według wynalazku stwarzają możliwości uzyskiwania dużych prędkości i bardzo dużych przyspieszeń, znacznie zwiększających atrakcyjność żeglugi, zwłaszcza sportowej. Dołączenie urządzenia napędowego według wynalazku do jednostki napędzanej przekształca ją w sprawny, o korzystnych proporcjach trójkadłubowiec przewyższający wartościami użytkowymi dotychczasowe konstrukcje wielokadłubowe. Do konstrukcji według wynalazku włączono nowatorski system sterowniczy zapewniający jednocześnie dużą stateczność kierunku oraz zwrotność jednostki.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje duża wszechstronność stosowania. Daje żeglarstwu możliwości znacznie lepszego niż dotychczas wykorzystania środowiska naturalnego oraz jego ochrony. Wynika to przede wszystkich z dwu powodów. Wysoka, wielostronna sprawność konstrukcji według wynalazku prowadzić będzie do intensywniejszego upowszechniania wykorzystywania dwu ważnych elementów środowiska naturalnego - wody i wiatru - dla celów sportowych, rekreacyjnych, turystycznych oraz transportu pasażerskiego i towarowego. Poza tym konstrukcje według wynalazku mają realne szanse skutecznego wypierania jednostek z napędem spalinowym w powyższych dziedzinach.

Urządzenie według wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia jednostkę żaglową z napędem bezprzechyłowym z jednoczęściową powierzchnią napędową w widoku ogólnym, a fig. 2 to samo w widoku wzdłuż osi podłużnej kadłuba. W obu przypadkach uwidoczniono przechodzenie osi sił y napę dowej wiatru przez okolicę ś rodka oporu bocznego. Na fig. 3 uwidoczniono - dla porównania - działanie siły wiatru na żagiel dążące do wywrócenia jednostki w dotychczasowych systemach ożaglowania. Fig. 4-6 przedstawiają jednostkę z sześcioczęściową powierzchnią napędową według wynalazku, przy czym fig. 4 przedstawia widok od strony kadłuba wzdłuż wysięgnika, fig. 5 - w kierunku prostopadłym do wysięgnika, a fig. 6 - w widoku z góry. Fig. 7 przedstawia widok ogólny kadłuba pomocniczego z płaszczyzną statecznika kierunku i urządzeniem steru dziobowego oraz systemu ustawiania dolnych rogów największej, nieobrotowej części powierzchni napędowej za pośrednictwem odsadni. Fig. 8 przedstawia widok po osi podłużnej, a fig. 9 - widok z boku - umocowania kadłuba pomocniczego do pionowego zakończenia dźwigara poprzecznego wraz z systemem kół i cięgieł napędu steru dziobowego tego kadłuba. Na fig. 10 przedstawiono w widoku z boku układ ostro zakończonych segmentów dolnej partii powierzchni napędowej, a na fig. 11 - segmentów o szerokiej dolnej krawędzi. Na fig. 12 i 13 uwidoczniono to samo w widoku z góry, przy czym strzałkami zaznaczono przepływ wiatru przez palisadę utworzoną przez zwichrowane powierzchnie segmentów. Fig. 14 obrazuje układ kół oraz rygli sprzęgających i stopujących wybiórczego urządzenia sterowniczego w widoku z boku. Na fig. 15 przedstawiono w widoku z góry płyty sterująco-hamujące, zamocowane do konstrukcji wysięgnikowej, przy czym lewa płyta jest utrzymywana w pozycji poziomej, a prawa opuszczona na swojej osi w wodę do pozycji pionowej. Zaznaczono działanie na prawą płytę siły spychającej płytę wraz z wysięgnikiem w prawo, powstającej przy wstecznym ruchu wysięgnika. Na fig. 16 przedstawiono widok z boku, a na fig. 17 z góry, przymasztowej części powierzchni napę dowej, otaczają cej maszt kieszenią swojej krawę dzi natarcia, wraz z dodatkową przednią, slotową częścią, oraz bomu ramowego, na którym ww. obydwie części są rozpięte. Fig. 18 przedstawia w widoku z boku jedną z nieprzymasztowych, obrotowych części powierzchni napędowej wraz z cięgłem mocującym ją od dołu. Na fig. 19 przedstawiono w widoku z góry lewą połowę jednostki w pozycji postojowej - ze złożonym ramieniem dźwigara poprzecznego, cofniętym wraz z wysięgnikiem i kadłubem pomocniczym ku rufie kadłuba głównego. Fig. 20 przedstawia w widoku wzdłużnym dolną część płozy sań z pionową płaszczyzną mieczową o regulowanej głębokoś ci opuszczenia jej poniżej spodniej powierzchni pł óz.

Poniżej opisano trzy przykładowe rozwiązania według wynalazku, dostosowane do napędu jednostek o różnym przeznaczeniu. W tych rozwiązaniach urządzenie do bezprzechyłowego napędu wiatrowego wyposażone jest w powierzchnię napędową 1, ustawioną na wysięgniku 2, osadzonym jednym końcem obrotowo na maszcie gniazda wysięgnika 3 ustawionym pionowo na kadłubie głównym, a drugim końcem opartym - za pośrednictwem dźwigara poprzecznego 4 - na kadłubach pomocniczych 5' i 5, umocowanych obrotowo na pionowych osiach 44' i 44 na zakończeniach 6' i 6 dźwigara poprzecznego. Powierzchnia napędowa jest usytuowana w takim pochyleniu, że oś działania siły wiatru przechodzi w pobliżu środka oporu bocznego napędzanej jednostki, nie wywołując momentu przechylającego ją.

I. W tym najprostszym, przykładowym rozwiązaniu, uwidocznionym na fig. 1 - właściwym zwłaszcza dla małych jednostek jednoosobowych - powierzchnia napędowa składa się z dwóch części

PL 202 346 B1 rozpiętych na ramowym bomie 9. Główna część 10 otacza swą kieszenią maszt główny 7. Dodatkowa część 11 znajduje się przed masztem i spełnia rolę slotu.

Zarówno kadłub główny jak i kadłuby pomocnicze mają swobodę uchylania się osią podłużną w pł aszczyź nie pionowej przez uł o ż yskowanie ich na osiach poziomych - odpowiednio 12 i 13 - prostopadłych do ich osi podłużnych. Sterowanie odbywa się za pomocą steru rufowego kadłuba głównego. Kadłuby pomocnicze są wyposażone w płaszczyznę statecznika kierunku 8. Ramiona 4' i 4 dwudzielnego dźwigara poprzecznego do pozycji postojowej są składane razem z kadłubami pomocniczymi do tyłu przez obrót przywysięgnikowych ich zakończeń na osiach łącznika 46 i przesuwane wraz z położonym masztem i wysięgnikiem ku rufie kadłuba głównego - fig. 19.

II. W tym przykładowym rozwiązaniu uwidocznionym na fig. 4, 5 i 6 płaszczyzna napędowa składa się z czterech części podstawowych 15, 16, 17 oraz 18 i może być uzupełniana dodatkowymi częściami 19 i 20. Do obsługi podstawowych części zamocowanych obrotowo korzystne jest stosowanie talii żeglarskich, natomiast w przypadku dodatkowej części 19 przewidziano nowatorskie urządzenie w postaci odsadni 36 z cięgłami 37 i 38 Części 15 - 17 mają lik przedni i tylny wolny, natomiast dolny usztywniony bomem 42 obciąganym do dołu cięgłem 41. Kadłuby pomocnicze wyposażone są w stery dziobowe z płaszczyzną sterowniczą 21. Sterowanie odbywa się za pomocą tych sterów oraz głównego steru rufowego kadłuba głównego przy użyciu wybiórczego urządzenia sterowniczego posiadającego koło napędzające 22 i sprzęgane z nim koła pośredniczące 23, 24 i 25 oraz rygle 26, 27 i 28 sprzęgające koła pośredniczące z kołem napędzającym 22 oraz rygle stopujące 29, 30, 31, 32 sprzęgające koła pośredniczące z bazą 45 zespoloną z kadłubem głównym. To rozwiązanie jest odpowiednie zwłaszcza dla dużych i bardzo dużych jednostek z załogą wieloosobową. Dotyczy to przede wszystkim jachtów do regat i turystyki morskiej oraz jednostek do żaglowego transportu pasażerskiego i towarowego.

W obu powyższych rozwiązaniach korzystne jest stosowanie pionowego podziału dolnych partii części powierzchni napędowej na uchylne segmenty 33 albo 34 z poziomym cięgłem 40 przy segmentach w przypadku częściach nieobrotowych oraz z powierzchnią uszczelniającą 43 - przy obrotowych. W celu uzyskania jeszcze większej sprawności aerodynamicznej korzystny jest podział na segmenty także ich partii przywierzchołkowych. U każdej zamocowanej obrotowo części powierzchni napędowej - ze względu na ich pochylenie - korzystne jest obciążanie halsowego zakończenia bomu przeciwwagą 35. Zamiennie mogą być stosowane cięgła elastyczne zapobiegające opadaniu szotowego zakończenia bomu przy bardzo słabych wiatrach. Bardzo korzystne jest wyposażenie jednostki w płyty sterująco-hamujące 39' i 39.

Do ustawiania wysięgnika w pożądanym usytuowaniu korzystne jest użycie trzech talii żeglarskich: jednej dociągającej wysięgnik do dziobu oraz dwóch - odciągających go ku rufie, odpowiednio po lewej oraz prawej burcie. Przy wąskim kadłubie - w celu oddalenia punktów zaczepienia talii bocznych - korzystne jest zamontowanie dla nich dwóch wysięgników pozaburtowych.

Można też do ustawiania wysięgnika wykorzystać wybiórcze urządzenie sterownicze po wyposażeniu go, w połączone z wysięgnikiem, dodatkowe koło przekazujące. Jest to wygodny sposób, zwłaszcza przy żegludze jednoosobowej.

III. W przykładowym zastosowaniu napędu bezprzechyłowego do sań, z powodu niewystarczającego oporu bocznego odciążanych aerodynamicznie płóz, dla zapobieżenia bocznemu ześlizgiwaniu się zastosowano w nowatorski sposób specjalne płaszczyzny oporu bocznego 47.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Żaglowy zespół do bezprzechyłowego napędu jednostek pływających, dołączany do konwencjonalnego kadłuba napędzanej jednostki pływającej, posiadający wieloczęściową powierzchnię napędową ustawioną poprzecznie na wysięgniku, który jest jednym końcem zamocowywany obrotowo do krótkiego masztu gniazda wysięgnika umieszczonego na kadłubie głównym napędzanej jednostki, a drugim końcem jest oparty na poprzecznym dźwigarze, którego oba ramiona swoimi zakończeniami wspierają się na kadłubach pomocniczych, przy czym powierzchnia napędowa jest usytuowana w takim oddaleniu od kadłuba głównego oraz w takim pochyleniu, że siła działania wiatru na nią przechodzi w bezpośredniej bliskości punktu oporu bocznego kadłuba głównego, znamienny tym, że powierzchnia napędowa (1) posiada co najmniej 2 części zamocowane obrotowo, a obrotowe zamocowanie końca wysięgnika (2) do krótkiego masztu gniazda wysięgnika (3) umieszczonego na kadłubie

   PL 202 346 B1 głównym (5) napędzanej jednostki obejmuje zasięgiem obrotu obie przestrzenie po bokach tego kadłuba.
2. 2. Żaglowy zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia napędowa jest korzystnie złożona z sześciu części: trzech (15), (16) i (17) usytuowanych kolejno obok siebie - poprzecznie do osi podłużnej wysięgnika, dwóch części (18) i (20) umocowanych kolejno na wysięgniku przed częścią (16), oraz jednej (19) umocowanej za nią, przy czym wierzchołki wszystkich części są zawieszone na szczycie masztu głównego (7), ustawionego na wysięgniku i korzystnie połączonego w całość z częścią (18) powierzchni napędowej.
3. 3. Żaglowy zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że część (19) powierzchni napędowej jest korzystnie umocowana każdym z dolnych rogów do zakończenia dźwigara poprzecznego za pośrednictwem odsadni (36), do której zewnętrznego zakończenia jest dołączone cięgło (37), a do drugiego zakończenia cięgło (38).
4. 4. Żaglowy zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że części (15), (16), (17) i (18) powierzchni napędowej są umocowane obrotowo, przy czym osią obrotu części (18) jest maszt, a u każdej pozostałej części oś obrotu przechodzi przez jej wierzchołek oraz punkt zaczepienia dolnego cięgła (41) obciągającego bom (42) do dołu, przy czym oś obrotu w każdym przypadku znajduje się przed środkiem powierzchni roboczej odnośnej części.
5. 5. Ż aglowy zespół wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e posiada - obejmują cy maszt gł ówny bom ramowy (9), mający do tylnego końca przyczepiony róg szotowy głównej części (10) powierzchni napędowej, a do przedniego końca ma przyczepiony róg halsowy części pomocniczej (11).
6. 6. Żaglowy zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że dolne partie części powierzchni napędowej są korzystnie podzielone na segmenty,
7. 7. Żaglowy zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że segmenty (33) są ostro zakończone i umocowane do przesuwnego poziomo cię g ł a (40).
8. 8. Ż aglowy zespół wedł ug zastrz. 6, znamienny tym, ż e każ dy z segmentów jest u doł u zakończony usztywnioną krawędzią, u której punkt zaczepienia cięgła (34) jego dolnego mocowania do bomu znajduje się pomiędzy krawędzią natarcia a środkiem dolnej krawędzi segmentu, przy czym pomiędzy dolną krawędzią a bomem jest umocowana miękka płaszczyzna uszczelniająca (43).
9. 9. Żaglowy zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że każ dy kadłub pomocniczy ma na dziobie umocowaną na osi pionowej płaszczyznę sterowniczą steru dziobowego (21), połączoną z kadłubem głównym cięgłami ustawiającymi ją w pozycji równoleg łej do kadłuba głównego.
10. 10. Żaglowy zespół według zastrz. 9, znamienny tym, że punkty zamocowania cięgieł na kadłubie głównym są przemieszczanie.
11. 11. Żaglowy zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że ma urządzenie sterownicze, składające się korzystnie z umieszczonych współosiowo z masztem gniazda wysięgnika obracalnych kół: koła napędzającego (22) oraz sprzęganych z nim kół pośredniczących (23), (24) i (25).
12. 12. Żaglowy zespół według zastrz. 11, znamienny tym, że do koła pośredniczącego (23) są doczepione końce cięgieł rufowego steru kadłuba głównego, a do kół (24) i (25) - końce cięgieł sterów dziobowych odpowiednio prawego i lewego kadłuba pomocniczego, z tym że cięgła steru rufowego są prowadzone prosto, a cięgła sterów dziobowych są skrzyżowane.
13. 13. Żaglowy zespół według zastrz. 11, znamienny tym, że do koła pośredniczącego (23) są doczepione końce cięgieł rufowego steru kadłuba głównego, a do kół (24) i (25) końce cięgieł doczepionych bezpośrednio do kadłuba pomocniczego prawego oraz lewego, z tym że cięgła steru rufowego są prowadzone prosto, a cięgła kadłubów pomocniczych są skrzyżowane.
14. 14. Żaglowy zespół według zastrz. 11, znamienny tym, że wszystkie koła mają na swoich obwodach zęby, a baza (45) ma rygle stopujące (29), (30), (31) i (32), zaś koło napędzające (22) ma rygle sprzęgające (26), (27) i (28).
15. 15. Żaglowy zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że połączenie końca wysięgnika z masztem gniazda wysięgnika jest korzystnie rozłączne.
16. 16. Żaglowy zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że oba ramiona dźwigara poprzecznego są korzystnie połączone obrotowo z końcami łącznika (46) zamocowanego na wysięgniku, a wysięgnik jest zamocowany suwliwie w gnieździe wysięgnika.
17. 17. Żaglowy zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w dwie płyty sterująco-hamujące (39') i (39) umocowane na konstrukcji wysięgnika obrotowo na osiach poziomych ustawionych ukośnie względem osi podłużnej wysięgnika.