PL225325B1 - Ekologiczny napęd żaglowo-słoneczny o sztywnych żaglopłatach, wspomagany agregatem prądotwórczym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest ekologiczny napęd żaglowo-słoneczny o sztywnych żaglopłatach, wspomagany agregatem prądotwórczym, dla jednostek pływających, zwłaszcza jachtów średniej wie lkości o kształtach podwodzia zbliżonych do katamarana albo trimarana, pływających w reżimie wypornościowym - V/ pL = 4, gdzie V - szybkość jachtu w km/h, L - długość linii wodnej w m.

Z opisu patentowego US 2319999 znany jest napęd żaglowy zawierający pionową sztywną płaszczyznę składającą się z czterech płatów nośnych przymocowanych do poziomej ramy, przy czym jeden skrajny płat jest ruchomy z możliwością zmiany jego położenia za pomocą sztywnego cięgna, w stosunku do pozostałych trzech. Rama z płatami nośnymi przymocowana jest do szczytu pionowego, obrotowego masztu, za pośrednictwem połączenia przegubowego, pozwalającego zmianę kąta położenia żagla w stosunku do powierzchni lustra wody. Obrót masztu realizowany jest przy pomocy przekładni ślimakowej z kołem napędowym co pozwala na ustawienia żagla do pozycji najbardziej efektywnej podczas żeglowania.

Inny napęd żaglowy przedstawiony w opisie patentowym US 4402277 zawiera sztywny panel główny żagla, zamocowany obrotowo na kadłubie łodzi, wokół osi pionowej z tylną klapą zamocowaną zawiasowo na jednej stronie panela głównego. Tylna klapa składa się z szeregu odrębnych klapek indywidualnie ustawionych tak, że kąty padania dla przepływu powietrza mogą się różnić na różnych poziomach na żaglu. Alternatywnie, jedna klapa tylna może być skrętna, elastyczna tak, że kąty padania mogą różnić się wzdłuż jego długości. W korzystnej postaci klapki są umieszczone na przeciwległych krawędziach panelu głównego.

W opisie patentowym US 5131341 przedstawiono układ do wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej na żaglowcu, z wykorzystaniem paneli ogniw fotowoltaicznych zainstalowanych na elastycznych żaglach statków i osprzęt do generowania energii elektrycznej w ciągu dnia w celu napędzania śruby napędowej. Energia elektryczna pozyskana z paneli słonecznych jest przetwarzana przez regulator napięcia, który ładuje akumulatory o dużej pojemności, z których zasila się silnik elektryczny napędzający śrubę napędową statku. Do montażu ogniw wykorzystano żagle, do których zamontowano, na obu stronach żagli, zespoły fotowoltaiczne, w postaci cienkowarstwowych paneli, utworzone z płytek zamontowanych na prętach przymocowanych poprzecznie do powierzchni żagli, w taki sposób aby nie utrudniało to zwijania żagli.

W innym opisie patentowym US 5236378 przedstawiony jest układ montażu, zwijania i przechowywania cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych na statku, zawierający panele ogniw w sztywnych oprawach, ustawionych poziomo między pionowymi, ustawionymi w szereg masztami i zamocowanych do tych masztów, przy czym oprawy z ogniwami montuję się w kilku równoległych zestawach. Głównym celem tego wynalazku jest tylko produkcja i gromadzenie energii elektrycznej, wykorzystywanej głównie do napędu statku.

Przedstawione wyżej konstrukcje sztywnych żagli, w celu, między innymi, uzyskania dużej siły ciągu, wydajności, stabilności i zmniejszenia oporu indukowanego, przybrały skomplikowane kształty, które mają wpływ na poprawę tych parametrów ale uzyskano to poprzez konstrukcje, które charakteryzują się skomplikowaną budową i dużą masą, przez co manewrowanie takimi żaglami jest trudniejsze, w porównaniu z żaglami tradycyjnymi, a wykonanie ich jest drogie.

Natomiast w przykładach wykorzystania energii słonecznej na jednostkach pływających prze dstawiono rozwiązania wymagające budowy dodatkowych elementów konstrukcyjnych pod zabudowę paneli ogniw fotowoltaicznych. W jednym przypadku - konstrukcji składającej się z zespołu sztywnych prętów z zamontowanymi na nich ogniwami, przytwierdzonej do obu powierzchni żagla tkaninowego, przez co narażone są na częste uszkodzenia oraz stanowią duże obciążenie dla żagli co utrudnia manewrowanie tymi żaglami.

W drugim przypadku, do zabudowy paneli z ogniwami fotowoltaicznymi zbudowano na pokładzie statku potężną konstrukcję z wysokimi masztami, co zapewne ma niekorzystny wpływ na stabilność statku podczas silnych wiatrów. Poza tym konstrukcja tego zespołu energetycznego stanowi duże, dodatkowe obciążenia przez co zmniejsza się znamionowa ładowność statku.

Ekologiczny napęd żaglowo-słoneczny, według wynalazku, składa się z prostokątnego płata nośnego, wykonanego korzystnie z laminatów z włókna szklanego lub węglowego o wysokiej wytrzymałości na zginanie, wygiętego łukowato, wzdłuż pionowej osi symetrii, w stronę powierzchni zawietrznej a od strony nawietrznej, krawędzie - górna i dolna, wyposażone są w płaskie żebra, które przylegają, na całej długości, prostopadle do powierzchni płata. Pomiędzy skrajnymi żebrami, od str oPL 225 325 B1 ny nawietrznej, znajduję się co najmniej jedno żebro, do którego, przytwierdzony jest przewód rurowy, wewnątrz którego umieszczone jest cięgno linowe, wzmacniające konstrukcję żagla, połączone końcami z dolnym usztywnieniem żagla. W pionowej osi symetrii płata nośnego, na wysokości przewodu rurowego, przytwierdzone są siłowniki obrotowe o kącie obrotu 90°, które są osadzone na górnym końcu pionowej rury obrotowej, stanowiącej główny element nośny płata. Siłowniki obrotu pozwalają na dokonanie zmiany położenia płata nośnego, odpowiedniego do kierunku wiatru w celu uzyskania optymalnych parametrów żeglowania. Płat nośny połączony jest z rurą obrotową wahliwie przy pom ocy połączenia przegubowego. Połączenie wahliwe umożliwia zmianę kąta nachylenia płata nośnego w stosunku do powierzchni lustra wody, a także do ustawienia płata w pozycji poziomej, wmuszonej przez warunki atmosferyczne albo konieczność przepłynięcia jachtem na przykład pod mostem. Czynności tych dokonuje się przy pomocy siłownika elektrohydraulicznego. Płat nośny, posiadający od dołu pierścień usztywniający, opiera się o podstawę płata ze wzmocnieniem żebrowym, za pośrednictwem pierścienia ustalającego położenie żagla w stosunku linii wzdłużnej jednostki pływającej, w zależności od parametrów wybranych przez żeglarza. W celu zmniejszenia oporu tarcia podczas obrotu masztu, w podstawie zamontowane jest łożysko poliamidowe.

Na całej powierzchni zawietrznej płat posiada wgłębienia gdzie zamontowane są ogniwa fotowoltaiczne, z których uzyskana energia elektryczna magazynowana jest w akumulatorach i wykorzystywana do napędu silników sprzęgniętych ze śrubami napędowymi, tylko w przypadku braku odpowiednich warunków atmosferycznych do korzystania napędu żaglowego.

Dodatkowo w skład napędu wchodzi agregat spalinowo-elektryczny o małej mocy, wykorzystywany do ładowania akumulatorów tylko w warunkach krytycznych, kiedy podczas długiego rejsu w ystąpi jednocześnie pogoda bezwietrzna i zachmurzenie.

Dzięki konstrukcji napędu żaglowo-słonecznego, według wynalazku, charakteryzującej się tym, że do dolnej i górnej krawędzi płata nośnego, przytwierdzono poprzeczne ożebrowanie, wyeliminowano zjawisko gwałtownego wzrostu ciśnienia od strony zawietrznej, przez co uzyskano znaczne zmniejszenie oporu indukowanego żagla (15:20%) w stosunku do takiego samego płata nośnego bez żeber, w identycznych warunkach żeglowania. Ponadto konstrukcja ta pozwala na łatwe ale skuteczne sterowanie żaglem. W przypadku potrzeby zmiany parametrów do prowadzenia żeglugi, zmiana położenia żagla odbywa się z jednego miejsca - pulpitu sterowniczego.

Dużą zaletą rozwiązania jest wykorzystanie powierzchni płata nośnego do instalacji paneli ogniw fotowoltaicznych. Eliminuje się przez to potrzebę budowania dodatkowych konstrukcji do wykorzystania energii słonecznej w napędzie obiektów pływających.

Jednostka pływająca wyposażona w taki napęd jest prawie uniezależniona od potrzeby transportowania ze sobą dużych ilości środków napędowych.

Ponadto dużą zaletą jest możliwość zwielokrotnienia instalacji tych napędów na dużych jednostkach pływających.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunkach, na których:

Fig. 1 przedstawia uproszczony wizerunek jachtu z trzema napędami, przy czym jeden napęd jest stojący a dwa złożone do poziomu, Fig. 2 przedstawia płat nośny w widoku od strony nawietrznej, Fig. 3 przedstawia płat w przekroju wzdłuż pionowej osi symetrii, w widoku z boku z komorą zawierającą elementy napędowe poszczególnych elementów napędu żaglowego, Fig. 4 przedstawia płat w widoku z góry, Fig. 5 połowę pierścienia ustalającego położenie żagla.

Napęd składa się z płata nośnego który posiada powierzchnię nawietrzną (1) na której usytuowane są żebra (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) i powierzchnię zawietrzną (2), na której usytuowane są wgłębienia (19) pod ogniwa fotowoltaiczne. Panel nośny połączony z rurą obrotową (5), która na szczycie posiada napęd hydrauliczny (4) współpracujący z pompą (13) do obracania rury (5). Do jednego żebra (3.3) przytwierdzona jest rura (6) z usztywnieniem (7), i łożyskami na końcach (9), w której umieszczone jest cięgno (8), połączone końcami usztywnieniem (10) które jest posadowione na podstawie (11) za pośrednictwem pierścienia (17) na powierzchni ślizgowej (16). Obrót masztu (5) w podstawie (11) odbywa się za pośrednictwem łożyska poliamidowego (18). Przechył żagla odbywa się za pomocą siłownika (12) a jego obrót za pomocą przekładni kątowej (14) i siłownika wahliwego (15).

Claims (2)

1. Ekologiczny napęd żaglowo-słoneczny o sztywnych żaglopłatach, wspomagany agregatem prądotwórczym, dla jednostek pływających, zwłaszcza jachtów o kształtach podwodzia zbliżonych do katamaranu albo trimarana składający się z płata nośnego połączonego z masztem obrotowym i osprzętu sterowniczego, znamienny tym, że płat nośny ma kształt zbliżony do prostokąta z łukowato wygiętą powierzchnią w stronę zawietrzną (1), a na powierzchni od strony nawietrznej (2) posiada na górnej i dolnej krawędzi płaskie żebra - górne (3.1) i dolne (3.4), prostopadle przylegające do tej powierzchni.

2. Ekologiczny napęd według zastrz. 1, znamienny tym, że płat na powierzchni od strony zawietrznej posiada wgłębienia (19) do zabudowy ogniw fotowoltaicznych.