RU2148524C1

RU2148524C1 - Multipurpose sail system and method of its operation

Info

Publication number: RU2148524C1
Application number: RU99121871A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Кульбида; Р.Д. Хомяков
Original assignee: Кульбида Владимир Евгеньевич; Хомяков Рудольф Дмитриевич
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2000-05-10
Also published as: WO2001028851A1; AU6328000A

Abstract

FIELD: shipbuilding; sail systems with rigid sails for ships of various types. SUBSTANCE: each rigid sail has unsymmetrical aerodynamic profile. Bent side surfaces of opposite sails of each pair are located in parallel. These sails are interconnected by means of common yard which is mounted on mast rotatable around vertical axis. Central section of yard is provided with member for its rotation. Mechanism for hoisting and lowering the rigid sails is made in form of mechanism for inclination of mast or its upper part together with sails. Drive for rotation of common yard may be made in form of reversible double-acting hydraulic cylinder. It contains piston with toothed surface thrown into engagement with gear in central zone of yard. Drive for its rotation may be made in form of rope system with sprocket which may be secured in central zone of yard and may be connected with winch by means of rope; winch is provided with reversible electric drive. Method of operation of this sail system is characterized by rotation of mast in shifting the sails from working position to inoperative position. Planes passing through chords of sails are located in parallel with fore-and-aft axis of ship. Then mast or its upper part is inclined together with sails till edges of sails reach the deck. In tacking, yard with sails is rotated through 180 deg by means of its drive and mast is rotated about its vertical axis positioning the sails in accordance with ship's course and direction of wind. EFFECT: simplified construction of sail system units enhanced efficiency due to automation of working procedures. 12 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в парусных системах с жесткими парусами, которые применяются в различных классах судов, например, в крупнотонажных грузовых судах, прогулочных судах, спортивных яхтах и т.п. The invention relates to the field of shipbuilding and can be used in sailing systems with hard sails, which are used in various classes of ships, for example, in large cargo ships, pleasure boats, sports yachts, etc.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному устройству является парусная система, содержащая мачту, выполненную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, по крайней мере одну пару одинаковых жестких профилированных парусов, размещенных симметрично относительно мачты, каждый из которых расположен на рее, установленном на мачте и выполненном с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, и механизм подъема и опускания парусов ( см. авт. СССР N 1155496, кл. B 63 H 9/00, 1985). В известной парусной системе используются жесткие прямые паруса в виде симметричных относительно мачты частей, при этом каждая часть установлена на рее и снабжена индивидуальным приводом поворота вокруг горизонтальной оси. В известном устройстве имеется механизм подъема и опускания парусов, выполненный в виде сложного набора телескопических элементов. Closest to the technical nature of the claimed device is a sailing system containing a mast made with the possibility of rotation around the vertical axis, at least one pair of identical rigid profiled sails placed symmetrically relative to the mast, each of which is located on a pole mounted on the mast and made with the possibility of rotation around the horizontal axis, and the mechanism for raising and lowering the sails (see ed. USSR N 1155496, class B 63 H 9/00, 1985). In the known sailing system, rigid straight sails are used in the form of parts symmetrical with respect to the mast, with each part mounted on a pole and equipped with an individual rotation drive about a horizontal axis. In the known device there is a mechanism for raising and lowering the sails, made in the form of a complex set of telescopic elements.

Недостатком известной парусной системы является ее низкая эффективность, обусловленная формой используемых парусов. Прямые жесткие паруса эффективно работают лишь при попутном ветре, а при острых углах атаки эффективность известной парусной системы резко снижается. Кроме того, известная парусная система имеет низкую эксплуатационную надежность вследствие большого количества сложных индивидуальных телескопических элементов перемещения частей парусной системы. A disadvantage of the known sailing system is its low efficiency, due to the shape of the sails used. Straight stiff sails work effectively only in fair winds, and with sharp angles of attack the effectiveness of the known sailing system decreases dramatically. In addition, the known sailing system has low operational reliability due to the large number of complex individual telescopic elements for moving parts of the sailing system.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ эксплуатации парусной системы, состоящей из поворотной мачты, сопряженной с механизмом подъема и опускания парусов, путем перевода парусов в рабочее положение из нерабочего и наоборот посредством указанного механизма и изменения положения парусов при смене галса при помощи соответствующих механизмов вращения парусов (см. авт. св. СССР N 1159829, кл. B 63 H 9/00, 1985). В известном способе подъем и опускание парусов выполняют при помощи механизма, содержащего тележки, с которыми шарнирно соединены реи с жесткими профилированными парусами. Для перевода парусной системы из нерабочего положения в рабочее тележки поднимают вдоль мачты по направляющим на соответствующий уровень и затем реи поворачивают вокруг горизонтальных осей с помощью индивидуальных приводов поворота, размещенных в парусах, каждый из которых имеет симметричный аэродинамический профиль. При смене галса судна в соответствии с известным способом вращают паруса вокруг осей, перпендикулярных рею, посредством специально предусмотренных приводов поворота каждого паруса. Closest to the technical nature of the claimed is a method of operating a sailing system, consisting of a rotary mast, coupled with a mechanism for raising and lowering the sails, by translating the sails into working position from idle and vice versa by using the specified mechanism and changing the position of the sails when changing tack using the appropriate mechanisms rotation of sails (see ed. St. USSR N 1159829, class B 63 H 9/00, 1985). In the known method, the raising and lowering of the sails is carried out by means of a mechanism containing trolleys, with which the shafts with rigid profiled sails are articulated. To transfer the sailing system from a non-working position to a working one, the bogies are lifted along the mast along the rails to the appropriate level, and then the spindles are rotated around the horizontal axes using individual turning drives placed in the sails, each of which has a symmetrical aerodynamic profile. When changing the tack of a vessel, in accordance with a known method, the sails are rotated around the axes perpendicular to the yoke by means of specially provided rotation drives for each sail.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность, обусловленная сложностью операций и необходимостью синхронизации работы большого количества элементов, обеспечивающих перемещение парусов. Сложность конструкции известной парусной системы и сложность способа эксплуатации известной парусной системы делают крайне затруднительным автоматизацию всех операций способа. The disadvantage of this method is its low efficiency, due to the complexity of the operations and the need to synchronize the operation of a large number of elements for moving sails. The complexity of the design of the known sailing system and the complexity of the method of operating the known sailing system make it extremely difficult to automate all operations of the method.

Задачей изобретения является повышение эффективности парусной системы с жесткими парусами при одновременном повышении ее эксплуатационной надежности и обеспечение возможности полной автоматизации всех операций способа эксплуатации парусной системы. The objective of the invention is to increase the efficiency of a sailing system with rigid sails while increasing its operational reliability and providing the possibility of full automation of all operations of the method of operating a sailing system.

Решение указанной задачи обеспечивается новой универсальной парусной системой, которая эксплуатируется при помощи нового способа. The solution to this problem is provided by a new universal sailing system, which is operated using a new method.

В соответствии с изобретением универсальная парусная система содержит мачту, выполненную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, по крайней мере одну пару одинаковых жестких профилированных парусов, размещенных симметрично относительно мачты, каждый из которых расположен на рее, уставленном на мачте и выполненном с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, и механизм подъема и опускания парусов, при этом каждый парус имеет несимметричный аэродинамический профиль, изогнутые боковые поверхности противоположных парусов каждой пары расположены параллельно, и эти паруса соединены общим реем, центральный участок которого снабжен элементом привода его вращения, причем механизм подъема и опускания жестких парусов выполнен в виде механизма наклона мачты - или ее верхней части вместе с парусами, при этом предпочтительно привод вращения общего рея выполнять в виде реверсного двухстороннего гидроцилиндра с размещенным в нем поршнем, имеющим зубчатую поверхность, и центральную зону общего рея снабжать шестерней, находящейся в зацеплении с зубчатой поверхностью поршня: привод вращения общего рея выполнять в виде тросовой системы, содержащей звездочку, закрепленную в центральной зоне общего рея, которая через трос соединена с лебедкой, подключенной к реверсному электродвигателю; привод вращения общего рея устанавливать в верхней или в средней зоне мачты, которая выполняется полой; механизм наклона мачты вместе с парусами выполнять в виде рычага, ось которого расположена в основании мачты, и гидроцилиндра с поршнем, соединенным при помощи звеньев с упором, закрепленном на палубе судна; механизм наклона верхней части мачты вместе с парусами выполнять в виде мотора-редуктора с червячной передачей и вала, соединенного с верхней частью мачты; верхние и нижние концевые участки паруса выполнять эллипсоидальными; ось общего рея размещать в каждом парусе в месте, соответствующем центру бокового давления ветровой нагрузки; парусную систему снабдить компьютерной системой управления, а привод вращения общего рея, механизм вращения мачты и механизм наклона мачты или ее верхней части снабжать датчиками перемещений, которые соединены с компьютерной системой. In accordance with the invention, the universal sailing system comprises a mast configured to rotate around a vertical axis, at least one pair of identical rigid profiled sails placed symmetrically relative to the mast, each of which is located on a rack mounted on the mast and made to rotate around a horizontal axis, and the mechanism for raising and lowering the sails, with each sail having an asymmetric aerodynamic profile, curved side surfaces of the opposite sails each pair is arranged in parallel, and these sails are connected by a common pole, the central portion of which is equipped with an element for driving its rotation, the mechanism for raising and lowering the rigid sails is made in the form of a mast tilt mechanism - or its upper part together with the sails, while the general rotation drive is preferably the rhea is made in the form of a reversible double-sided hydraulic cylinder with a piston placed in it having a gear surface, and the central zone of the general rhea is equipped with a gear engaged with the gear surface Strongly piston rotational drive total yard perform a tether system comprising a sprocket mounted in the central zone of the general yard, which is connected via a cable with a winch connected to the reversible motor; install the rotary drive of the common rack in the upper or middle zone of the mast, which is hollow; the mast tilt mechanism together with the sails should be in the form of a lever, the axis of which is located at the base of the mast, and a hydraulic cylinder with a piston connected by links with a stop fixed to the deck of the vessel; the mechanism for tilting the upper part of the mast together with the sails is performed in the form of a gear motor with a worm gear and a shaft connected to the upper part of the mast; the upper and lower end sections of the sail are ellipsoidal; place the axis of the common ray in each sail in a place corresponding to the center of the lateral pressure of the wind load; the sailing system should be equipped with a computer control system, and the rotation drive of the common ray, the mast rotation mechanism and the mast tilt mechanism or its upper part should be equipped with displacement sensors that are connected to the computer system.

В соответствии с изобретением способ эксплуатации универсальной парусной системы, выполненной по пп. 1-9, осуществляется путем перевода парусов из нерабочего положения в рабочее и наоборот посредством механизма подъема и опускания парусов и изменения положения парусов при смене галса посредством соответствующего механизма вращения парусов, при этом в процессе перевода парусов из рабочего положения в нерабочее вращают мачту, размещая плоскости, проходящие через хорды парусов, параллельно с продольной осью судна, затем наклоняют мачту или ее верхнюю часть вместе с парусами до размещения кромок парусов на палубе, а при смене галса вращают общий рей с закрепленными на его концах парусами на 180^o посредством привода вращения общего рея и вращают мачту вокруг ее вертикальной оси, устанавливая положение парусов с учетом курса судна и направления ветра, при этом предпочтительно при переводе парусной системы из рабочего положения в нерабочее вращать общий рей с закрепленными на его концах парусами на 90^o вокруг его горизонтальной оси и при этом одновременно наклонять верхнюю часть мачты вместе с парусами на 180^o, размещая кромки парусов на палубе судна; вращать общий рей, мачту или ее верхнюю часть по командам, поступающим из компьютерной системы.In accordance with the invention, a method of operating a universal sailing system, made according to paragraphs. 1-9, is carried out by transferring the sails from the idle position to the working one and vice versa by means of the mechanism for raising and lowering the sails and changing the position of the sails when changing the tack by means of the corresponding mechanism of rotation of the sails, while during the translation of the sails from the working position to the non-working position the mast is rotated, placing the plane passing through the chords of the sails, in parallel with the longitudinal axis of the vessel, then tilt the mast or its upper part together with the sails until the edges of the sails are placed on the deck, and when changing the tack, rotate general ray with sails fixed at its ends by 180 ^° by means of a common ray rotation drive and rotate the mast around its vertical axis, setting the position of the sails taking into account the ship's course and wind direction, while it is preferable to rotate the general ray when transferring the sailing system from the working position to non-working with sails fixed at its ends 90 ^o around its horizontal axis and at the same time tilt the top of the mast with sails 180 ^o , placing the edges of the sails on the deck of the vessel; to rotate the general ray, mast or its upper part according to the commands coming from the computer system.

В заявленной парусной системе, содержащей по крайней мере одну пару одинаковых жестких профилированных парусов, размещенных симметрично относительно мачты, каждый парус имеет несимметричный аэродинамический профиль, при этом изогнутые боковые поверхности противолежащих парусов каждой пары расположены параллельно. Это позволяет существенно повысить общее тяговое усилие за счет увеличения тягового усилия с единицы рабочей поверхности парусов. Парус с несимметричным аэродинамическим профилем, имеющий, например, серповидную форму крыла, обладает более высоким коэффициентом тяги и повышенным аэродинамическим качеством в сравнении с парусом, имеющим симметричный профиль. Одновременно несимметричный профиль паруса обеспечивает высокую эффективность при острых углах атаки. Параллельное расположение изогнутых боковых поверхностей противолежащих парусов пары обеспечивает равенство тяговых усилий, создаваемых этими парусами. Как следует из векторной диаграммы заявленной парусной системы (см. фиг. 1), полная аэродинамическая сила, создаваемая парой одинаковых жестких парусов, удваивается и равна:
P_Σ = P₁+P₂,
где P₁ - аэродинамическая сила, создаваемая правым жестким крылом,
P₂ - аэродинамическая сила, создаваемая левым жестким крылом.In the claimed sailing system containing at least one pair of identical rigid shaped sails placed symmetrically relative to the mast, each sail has an asymmetric aerodynamic profile, while the curved side surfaces of the opposing sails of each pair are parallel. This allows you to significantly increase the total tractive effort by increasing traction from a unit of the working surface of the sails. A sail with an asymmetric aerodynamic profile, having, for example, a crescent-shaped wing, has a higher traction coefficient and improved aerodynamic quality in comparison with a sail having a symmetrical profile. At the same time, the asymmetrical sail profile provides high efficiency at acute angles of attack. The parallel arrangement of the curved side surfaces of the opposing sails of the pair ensures the equal traction forces created by these sails. As follows from the vector diagram of the claimed sailing system (see Fig. 1), the total aerodynamic force created by a pair of identical rigid sails doubles and is equal to:
P _Σ = P ₁ + P ₂ ,
where P ₁ is the aerodynamic force created by the right rigid wing,
P ₂ - aerodynamic force created by the left rigid wing.

С увеличением вдвое аэродинамической силы P_Σ парусной системы удваивается и сила тяги T. Одновременно несимметричные профили парусов-крыльев позволяют значительно уменьшить силы дрейфа Д, особенно при малых углах атаки. Например, при углах атаки менее 10^o сила дрейфа составляет всего 0,01% от силы тяги T. При использовании нескольких пар жестких парусов n полная сила тяги соответственно увеличивается: T_Σ = T_i•n, где T_i - сила тяги, создаваемая одной парой жестких парусов.With a doubling of the aerodynamic force P _{Σ of the} sailing system, the traction force T also doubles. At the same time, the asymmetric profiles of the wing sails can significantly reduce the drift forces D, especially at small angles of attack. For example, at angles of attack of less than 10 ^o , the drift force is only 0.01% of the traction force T. When using several pairs of hard sails n, the total traction force increases accordingly: T _Σ = T _i • n, where T _i is the traction force created one pair of hard sails.

В заявленной парусной системе паруса соединены общим реем, центральный участок которого снабжен элементом, входящим в состав привода его вращения вокруг горизонтальной оси, при этом паруса закреплены на противоположных участках общего рея, например, при помощи центропланов. Это позволяет существенно упростить синхронный поворот пары парусов за счет вращения общего рея. Упрощение системы поворота парусов вокруг горизонтальной оси позволяет повысить эксплуатационную надежность всей парусной системы. Механизм подъема и опускания парусов в заявленной парусной системе выполнен в виде механизма наклона мачты - или ее верхней части вместе с парусами, что обеспечивает упрощение операций способа перевода парусной системы из нерабочего положения в рабочее и наоборот за счет простого наклона мачты и позволяет автоматизировать все операции способа. In the claimed sailing system, the sails are connected by a common ray, the central portion of which is provided with an element included in the drive of its rotation around the horizontal axis, while the sails are fixed on opposite sections of the general ray, for example, by means of center sections. This allows you to significantly simplify the synchronous rotation of a pair of sails due to the rotation of the common ray. Simplification of the system of rotation of the sails around the horizontal axis improves the operational reliability of the entire sailing system. The mechanism for raising and lowering the sails in the claimed sailing system is made in the form of a mast tilt mechanism - or its upper part together with sails, which simplifies the operations of the method of transferring the sailing system from an inoperative position to a working one and vice versa due to a simple mast tilt and allows you to automate all operations of the method .

Предпочтительно привод вращения общего рея выполнять в виде реверсного двухстороннего гидроцилиндра с размещенным в нем поршнем, имеющим зубчатую поверхность, которая находится в зацеплении с шестерней, расположенной в центральной зоне общего рея, что позволяет предельно упростить конструкцию привода вращения и способствует повышению эксплуатационной надежности. Выполнение привода вращения общего рея в виде тросовой системы, содержащей звездочку, закрепленную в центральной зоне общего рея, которая через трос присоединена к лебедке, подключенной к реверсному электродвигателю, позволяет упростить поворот парусов вокруг горизонтальной оси особенно в случае использования нескольких пар жестких парусов, при этом трос привода располагается в полой мачте. Привод вращения общего рея предпочтительно устанавливать в верхней или в средней зонах мачты, которая выполняется полой, так как это способствует уменьшению длины элементов, передающих усилия привода вращения на общий рей, повышая надежность привода. Предпочтительно механизм наклона мачты вместе с парусами выполнять в виде рычага, ось которого расположена в основании мачты, и гидроцилиндра с поршнем, соединенным при помощи звеньев к рычагу и упору, закрепленному на палубе. Такая конструкция механизма наклона мачты позволяет переводить парусную систему из рабочего положения в нерабочее посредством простой операции наклона мачты вместе с парусами, обеспечивая возможность автоматизации операций способа. При выполнении мачты в виде двух сопряженных частей механизм наклона верхней части мачты вместе с парусами выполняется в виде мотора-редуктора с червячной передачей и вала, соединенного с верхней частью мачты. Наклон верхней части мачты вместе с парусами осуществляется при передаче усилий от мотора-редуктора на мачту через червячную передачу, что упрощает операцию перевода парусной системы из рабочего положения в нерабочее и наоборот. Предпочтительно ось общего рея размещать в месте, соответствующем центру бокового давления ветровой нагрузки, что позволяет исключить появление опрокидывающего момента - и вращающего момента, действующего на мачту, и соответственно уменьшаются усилия, затрачиваемые на удержание парусной системы в рабочем положении. Выполнение верхних и нижних участков парусов эллипсоидальными дополнительно повышает эффективность парусов, поскольку устранение острых кромок снижает сопротивление торможения набегающему потоку. Предпочтительно парусную систему снабжать компьютерной системой управления, а привод вращения общего рея, механизм вращения мачты вокруг вертикальной оси и механизм наклона мачты или - ее верхней части вместе с парусами снабжать датчиками перемещения, подключаемыми к компьютерной системе. Это позволяет полностью автоматизировать проведение всех операций способа как при изменении положения парусов по отношению к направлению ветра, так и при переводе парусной системы из нерабочего положения в рабочее и наоборот. Preferably, the rotation drive of the common ray is made in the form of a reversed double-sided hydraulic cylinder with a piston placed therein having a gear surface, which is engaged with a gear located in the central zone of the general ray, which makes it possible to extremely simplify the design of the rotation drive and increase operational reliability. The execution of the rotation drive of the common ray in the form of a cable system containing an asterisk fixed in the central zone of the common ray, which is connected via a cable to a winch connected to a reverse electric motor, makes it possible to simplify the rotation of sails around the horizontal axis, especially in the case of using several pairs of rigid sails, the drive cable is located in a hollow mast. The rotation drive of the common ray is preferably installed in the upper or middle zones of the mast, which is hollow, as this helps to reduce the length of the elements transmitting the forces of the rotation drive to the common ray, increasing the reliability of the drive. Preferably, the mast tilt mechanism together with the sails is in the form of a lever, the axis of which is located at the base of the mast, and a hydraulic cylinder with a piston connected by links to the lever and an abutment fixed to the deck. This design of the mast tilt mechanism allows you to translate the sailing system from a working position to a non-working position by means of a simple mast tilt operation with sails, making it possible to automate method operations. When the mast is made in the form of two conjugated parts, the tilt mechanism of the mast top together with the sails is performed in the form of a gear motor with a worm gear and a shaft connected to the mast top. The inclination of the upper part of the mast together with the sails is carried out by transferring forces from the gear motor to the mast through the worm gear, which simplifies the operation of moving the sailing system from the working position to the non-working position and vice versa. It is preferable to place the axis of the general ray in a place corresponding to the center of the lateral pressure of the wind load, which eliminates the occurrence of a tipping moment - and the torque acting on the mast, and accordingly the efforts spent on keeping the sailing system in working position are reduced. The implementation of the upper and lower sections of the sails ellipsoidal further increases the efficiency of the sails, since the elimination of sharp edges reduces the drag resistance to the incoming flow. It is preferable to equip the sailing system with a computer control system, and the rotation drive of the common ray, the mast rotation mechanism around the vertical axis and the mast tilt mechanism or its upper part together with the sails should be equipped with displacement sensors connected to the computer system. This allows you to fully automate all the operations of the method when changing the position of the sails relative to the direction of the wind, and when moving the sailing system from a non-working position to a working position and vice versa.

В соответствии с заявленным способом при переводе парусной системы из рабочего положения в нерабочее первоначально вращают мачту вокруг вертикальной оси, устанавливая плоскости, проходящие через хорды парусов, параллельно продольной оси судна, что обеспечивает в последующем равномерность передачи усилий на механизм наклона мачты, и затем при помощи соответствующего механизма наклоняют мачту - или ее верхнюю часть вместе с парусами, размещая кромки парусов на палубе судна. При использовании мачты, состоящей из двух частей, при наклоне верхней части мачты вместе с парусами одновременно проводят поворот общего рея с закрепленными на его концах парусами на 90^o вокруг его горизонтальной оси, и после поворота верхней части мачты вместе с парусами на 180^o кромки парусов размещают на палубе судна. Таким образом в заявленном способе перевод парусной системы из нерабочего положения в рабочее и наоборот осуществляется с использованием двух простых операций вращения общего рея и наклона мачты или ее верхней части вместе с парусами, которые легко поддаются автоматизации. При смене галса судна вращают общий рей с закрепленными на нем парусами на 180^o вокруг горизонтальной оси, обеспечивая тем самым оптимальную ориентацию парусов с несимметричными профилями по отношению к направлению ветра. Оптимизацию расположения парусов с учетом курса судна осуществляют затем вращая мачту вокруг ее вертикальной оси посредством соответствующего механизма. Следовательно, при смене галса вновь используется две простых операции вращения общего рея и мачты. Все перечисленные операции заявленного способа предпочтительно осуществлять при помощи компьютерной системы управления по командам, поступающим из этой системы, которая может быть снабжена пакетом программ, каждая из которых содержит данные, соответствующие району расположения судна.In accordance with the claimed method, when transferring a sailing system from a working position to a non-working position, the mast is initially rotated around the vertical axis, setting the planes passing through the chords of the sails parallel to the longitudinal axis of the vessel, which subsequently ensures uniform transmission of forces to the mast tilt mechanism, and then using the corresponding mechanism tilt the mast - or its upper part together with the sails, placing the edges of the sails on the deck of the vessel. When using a mast consisting of two parts, when tilting the upper part of the mast together with the sails, they simultaneously rotate the common beam with sails fixed at its ends 90 ^o around its horizontal axis, and after turning the upper part of the mast with sails 180 ^{o the} edges of the sails placed on the deck of the ship. Thus, in the inventive method, the transfer of the sailing system from a non-working position to a working one and vice versa is carried out using two simple operations of rotating the general beam and tilting the mast or its upper part together with sails, which are easily amenable to automation. When changing the tack of the vessel, the common rail is rotated with sails fixed on it 180 ^o around the horizontal axis, thereby ensuring the optimal orientation of the sails with asymmetric profiles in relation to the direction of the wind. Optimization of the location of the sails, taking into account the course of the vessel, is then carried out by rotating the mast around its vertical axis by means of an appropriate mechanism. Consequently, when changing the tack, two simple operations of rotating the common beam and mast are again used. All of the above operations of the claimed method is preferably carried out using a computer control system according to the commands coming from this system, which can be equipped with a software package, each of which contains data corresponding to the area of the vessel.

Приложенные чертежи изображают: фиг. 1 - векторная диаграмма заявленной парусной системы, фиг. 2 - общий вид универсальной парусной системы с жесткими парусами (вид сбоку), фиг. 3 - то же (вид сверху), фиг. 4 - общий вид универсальной парусной системы с мачтой, состоящей из двух частей (вид в изометрии), фиг. 5 - привод вращения общего рея, выполненный в виде тросовой системы (поперечное сечение), фиг. 6 - нижняя часть мачты с механизмом вращения вокруг вертикальной оси (продольное сечение), фиг. 7А, фиг. 7Б, фиг. 7В и фиг. 7Г - оптимальное расположение парусов при различных направлениях ветра по отношению к направлению движения судна, фиг. 8 - привод вращения общего рея, выполненный в виде двухстороннего гидроцилиндра (продольное сечение), фиг. 9 - схема перемещения парусной системы из рабочего положения I в нерабочее II, фиг. 10 - механизм наклона верхней части мачты вместе с парусами (поперечное сечение), фиг. 11 - часть механизма наклона верхней части мачты (поперечное сечение), фиг. 12 - механизм наклона мачты вместе с парусами (вид сбоку). The attached drawings depict: FIG. 1 is a vector diagram of the claimed sailing system, FIG. 2 is a general view of a universal sailing system with rigid sails (side view), FIG. 3 - the same (top view), FIG. 4 is a general view of a universal sailing system with a mast consisting of two parts (isometric view), FIG. 5 - drive rotation of the common ray, made in the form of a cable system (cross section), FIG. 6 - the lower part of the mast with a rotation mechanism around a vertical axis (longitudinal section), FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 7B and FIG. 7G - optimal sail arrangement for various wind directions with respect to the direction of the vessel’s movement, FIG. 8 - rotation drive of the common ray, made in the form of a double-sided hydraulic cylinder (longitudinal section), FIG. 9 is a diagram of a movement of a sailing system from a working position I to a non-working II, FIG. 10 - tilt mechanism of the upper part of the mast together with sails (cross section), FIG. 11 is a part of the tilt mechanism of the upper mast (cross section), FIG. 12 - mast tilt mechanism with sails (side view).

Универсальная парусная система содержит: жесткие паруса 1, имеющие несимметричный аэродинамический профиль, общий рей 2, на котором закреплены паруса, расчалки 3, дополнительно фиксирующие паруса на общем рее, привод вращения 4 общего рея вокруг его горизонтальной оси, мачту 5,6 в виде двух сопряженных частей, с механизмом вращения 7 вокруг ее вертикальной оси, опору 8, размещенную на палубе, механизм наклона 9 верхней части мачты вместе с парусами; привод вращения общего рея вокруг его горизонтальной оси, включающий поршень 10 с зубчатой поверхностью, который размещен в реверсном двухстороннем гидроцилиндре 11, и реечную шестерню 12, являющуюся центральным участком общего рея; механизм вращения мачты вокруг ее вертикальной оси, состоящий из червячной передачи-13, подшипниковых опор 14,15, червяка 16 и реверсного электродвигателя 17; механизм наклона верхней части мачты вместе с парусами, включающий мотор-редуктор18 с червяком 19, вал 20 и замковое устройство 21, фиксирующее взаимное расположение частей мачты, червячную шестерню 22, подшипниковые опоры 23, 24, при этом в составе замкового устройства входят: подвижное замковое кольцо 25, фиксирующее кольцо 26, неподвижное замковое кольцо 27, вилка 28, ролик 29 и шток 30, размещенный в гидроцилиндре 31; центропланы 32, используемые для крепления парусов на общем рее; реверсный электродвигатель 33, подшипники общего рея 34, звездочка 35, расположенная в центральной зоне общего рея, ось 36 рычага 37, звенья 38, поршень 39 гидроцилиндра 40 и упор 41, закрепленный на палубе судна. The universal sailing system includes: rigid sails 1, having an asymmetric aerodynamic profile, a common rake 2, on which the sails are fixed, braces 3, additionally fixing the sails on a common rake, a rotation drive 4 of the common rai around its horizontal axis, a mast 5.6 in the form of two mating parts, with a rotation mechanism 7 around its vertical axis, a support 8 placed on the deck, the tilt mechanism 9 of the upper part of the mast together with sails; a rotation drive of the common ray around its horizontal axis, including a piston 10 with a toothed surface, which is located in the reversing double-sided hydraulic cylinder 11, and a pinion gear 12, which is the central portion of the common ray; the mechanism of rotation of the mast around its vertical axis, consisting of a worm gear-13, bearing bearings 14.15, a worm 16 and a reverse motor 17; a mechanism for tilting the mast top together with sails, including a gear motor 18 with a worm 19, a shaft 20 and a locking device 21, fixing the relative position of the mast parts, a worm gear 22, bearing bearings 23, 24, while the locking device includes: movable locking a ring 25, a retaining ring 26, a stationary locking ring 27, a fork 28, a roller 29 and a stem 30 located in the hydraulic cylinder 31; center sections 32, used for fastening sails on a common rail; a reverse motor 33, bearings of the common ray 34, an asterisk 35 located in the central zone of the general ray, the axis 36 of the lever 37, links 38, the piston 39 of the hydraulic cylinder 40 and the emphasis 41, mounted on the deck of the vessel.

Жесткие паруса 1, имеющие обычно значительные площади рабочих поверхностей (несколько кв. м.), могут содержать внутренние несущие профили, изготовленные из алюминиевых сплавов, на которых закреплен легкий наполнитель, изготавливаемый, например, из пенопласта, определяющий требуемый аэродинамический профиль паруса, и покрытие из синтетической ткани, которая крепится к поверхности наполнителя при помощи синтетической смолы. Каждый жесткий парус 1 выполняется в виде несимметричного аэродинамического профиля, например, в виде крыла серповидной формы. Паруса 1 каждой пары предпочтительно располагать так, чтобы их передние округлые кромки были параллельны и разделены на одинаковом расстоянии от общего рея 2, при этом нижние кромки парусов 1 располагаются на одинаковом расстоянии от палубы судна. Может быть использовано несколько пар жестких парусов 1, которые располагаются на различных расстояниях от мачты 5, 6. Общий рей 2 предпочтительно выполнять в виде вала, на центральном участке которого располагается элемент привода вращения общего рея, например, шестерня 12 или звездочка 35. Эти элементы привода вращения могут либо крепиться к валу, либо составлять его часть. Жесткие паруса 1 крепятся к общему рею 2 предпочтительно при помощи центропланов 32, что позволяет в случае необходимости проводить оперативную замену паруса. В случае выполнения привода вращения 4 общего рея в виде двухстороннего гидроцилиндра 11 (см. фиг. 8) зубчатая поверхность его поршня 10 находится в зацеплении с шестерней 12. В случае выполнения привода вращения 4 общего рея в виде тросовой системы (см. фиг. 5) звездочка 35, расположенная в центральной зоне общего рея 2, посредством троса соединена с лебедкой (на чертеже не указаны), которая подключена к реверсному электродвигателю 33. Механизм подъема и опускания парусов выполняется либо в виде механизма наклона мачты вместе с парусами (см. фиг. 12), либо в виде механизма наклона 9 верхней части мачты вместе с парусами. В случае использования механизма наклона всей мачты указанный механизм содержит (см. фиг. 12) гидроцилиндр 40 с поршнем 39, который через звенья 38 соединен с упором 41, закрепленным на палубе и - с рычагом 37, ось 36 которого установлена в основании. В случае использования механизма наклона верхней части мачты этот механизм содержит (см. фиг. 10) мотор-редуктор 18 с червячной парой 19, 22 и замковое устройство 21 с системой колец, снабженных выступами и впадинами. Rigid sails 1, which usually have significant working surface areas (several sq. M.), May contain internal load-bearing profiles made of aluminum alloys on which a lightweight filler made of, for example, foam, which determines the required aerodynamic profile of the sail, and a coating are fixed from synthetic fabric, which is attached to the surface of the filler using synthetic resin. Each hard sail 1 is made in the form of an asymmetric aerodynamic profile, for example, in the form of a crescent-shaped wing. It is preferable to arrange the sails 1 of each pair so that their front rounded edges are parallel and separated at the same distance from the common rack 2, while the lower edges of the sails 1 are located at the same distance from the deck of the vessel. Several pairs of rigid sails 1 can be used, which are located at different distances from the mast 5, 6. General rake 2 is preferably made in the form of a shaft, in the central section of which there is a rotary drive element of the common yoke, for example, gear 12 or sprocket 35. These elements rotation drives can either be attached to the shaft or be part of it. Rigid sails 1 are attached to the common rail 2, preferably with the help of center-sections 32, which allows, if necessary, to carry out an operational replacement of the sail. In the case of performing the rotation drive 4 of the common ray in the form of a double-sided hydraulic cylinder 11 (see Fig. 8), the gear surface of its piston 10 is engaged with the gear 12. In the case of the execution of the rotation drive 4 of the general ray in the form of a cable system (see Fig. 5 ) an asterisk 35, located in the central zone of the common ray 2, is connected via a cable to a winch (not shown in the drawing), which is connected to a reverse motor 33. The mechanism for raising and lowering sails is either in the form of a mast tilt mechanism together with sails (see Fig. . 12), l bo as the tilt mechanism 9, the upper part of the mast with sails. In the case of using the tilt mechanism of the entire mast, this mechanism contains (see Fig. 12) a hydraulic cylinder 40 with a piston 39, which is connected via links 38 to a stop 41 mounted on the deck and with a lever 37, the axis 36 of which is installed in the base. In the case of using the tilt mechanism of the upper part of the mast, this mechanism contains (see Fig. 10) a gear motor 18 with a worm pair 19, 22 and a locking device 21 with a system of rings equipped with protrusions and depressions.

Заявленная парусная система с жесткими парусами эксплуатируется следующим образом. Воздушный поток, обтекая жесткие паруса 1, имеющие форму крыльев, со стороны ребра атаки создает движущую силу Т, направленную в сторону наибольшей кривизны парусов, которая через общий рей 2 и мачту 5, 6 передается корпусу судна. Вертикальное расположение острых кромок парусов 1 (см. фиг. 3) выбирают таким образом, чтобы направление движущей силы Т совпало с необходимым направлением движения судна (см. фиг. 7А-7Г). При изменении направления ветра на противоположное проводят вращение общего рея 2 вместе с закрепленными на нем парусами 1 на 180^o вокруг горизонтальной оси общего рея при помощи привода вращения 4. При этом соответственно изменяется положение ребра атаки парусов 1 на противоположное с сохранением первоначального направления движения судна. При повороте поршень 10 гидроцилиндра 11 через шестерню 12 передает усилие вращения на общий рей 2 и при этом удерживает его в требуемом положении. При необходимости обратного поворота парусов 1 элементы привода вращения 4 работают в обратном направлении, т.е. реверсно. При использовании тросовой системы в приводе вращения 4 усилие передается на звездочку 35, расположенную в центральной зоне общего рея 2, через трос, связанный с лебедкой, подключенной к реверсному электродвигателю 33. Для создания необходимого угла атаки к направлению ветра жесткие паруса 1 вместе с мачтой 5, 6 разворачивают при помощи механизма вращения 7 мачты вокруг ее вертикальной оси. Поворот осуществляется червячной парой 13, 16 от реверсного электродвигателя 17. Для перевода судна в рифовое состояние наклоняют верхнюю часть мачты 5 посредством механизма наклона 9 верхней части вместе с парусами 1. При этом гидроцилиндр 31 посредством ролика 29 через вилку 28 разворачивает подвижное замковое кольцо 25 до совмещения его выступов с впадинами неподвижного замкового кольца 27. Затем мотор-редуктор 18 через червячную пару 19, 22 разворачивает вал 20 и верхнюю часть мачты 5 вокруг оси вала 20 на 180^o из рабочего положения I в нерабочее положение II (см. фиг. 8). Одновременно с этим при помощи привода вращения 4 паруса 1, закрепленные на общем рее 2, поворачивают на 90^o вокруг горизонтальной оси общего рея и к концу поворота верхней части мачты 5 паруса 1 своими кромками ложатся на палубу судна. Развертывание парусной системы в рабочее положение осуществляют в обратном порядке, после чего замковое кольцо 25 с помощью гидроцилиндра 31 совмещают его выступами с выступами неподвижного замкового кольца 27 и за счет торцевого клиновидного профиля этих выступов обеспечивается надежная взаимная фиксация частей мачты 5 и 6. Все приводы перемещения различных элементов парусной системы подключены к компьютерной системе управления и их работа и взаимодействие осуществляются по командам, поступающим из компьютерной системы.The claimed sailing system with hard sails is operated as follows. The air stream flowing around the rigid sails 1, having the shape of wings, from the side of the attack rib creates a driving force T directed towards the direction of the greatest curvature of the sails, which is transmitted to the ship’s hull through a common rake 2 and mast 5, 6. The vertical location of the sharp edges of the sails 1 (see Fig. 3) is chosen so that the direction of the driving force T coincides with the necessary direction of movement of the vessel (see Fig. 7A-7G). When changing the direction of the wind to the opposite, the common ray 2 is rotated together with the sails 1 180 ^° fixed on it around the horizontal axis of the general ray using the rotation drive 4. In this case, the position of the attack edge of the sails 1 is changed in the opposite direction while maintaining the original direction of the vessel. When turning the piston 10 of the hydraulic cylinder 11 through the gear 12 transmits the rotation force to the common rail 2 and at the same time holds it in the desired position. If necessary, reverse rotation of the sails 1, the elements of the drive rotation 4 work in the opposite direction, i.e. reverse. When using the cable system in the rotation drive 4, the force is transmitted to the sprocket 35 located in the central zone of the common rail 2, through the cable connected to the winch connected to the reverse motor 33. To create the necessary angle of attack to the direction of the wind, rigid sails 1 together with mast 5 , 6 deploy using the rotation mechanism of the 7 mast around its vertical axis. The rotation is carried out by a worm pair 13, 16 from the reverse electric motor 17. To transfer the vessel to the reef state, the mast 5 is tilted by the upper tilt mechanism 9 together with the sails 1. In this case, the hydraulic cylinder 31, through the roller 29, unfolds the movable locking ring 25 to combining its protrusions with the hollows of the stationary locking ring 27. Then, the gear motor 18, through the worm pair 19, 22, unfolds the shaft 20 and the upper part of the mast 5 around the axis of the shaft 20 by 180 ^° from the working position I to the idle position phenomenon II (see Fig. 8). At the same time, with the help of a rotation drive 4, the sails 1, mounted on the common rail 2, are rotated 90 ^o around the horizontal axis of the common rail and towards the end of the rotation of the upper part of the mast 5 of the sail 1 lie on the deck of the vessel with their edges. The deployment of the sailing system in the working position is carried out in the reverse order, after which the locking ring 25 using the hydraulic cylinder 31 is combined with its protrusions with the protrusions of the stationary locking ring 27 and due to the end wedge-shaped profile of these protrusions, reliable mutual fixation of the mast parts 5 and 6. All movement drives various elements of the sailing system are connected to the computer control system and their work and interaction are carried out according to the commands coming from the computer system.

В сравнении с известными заявленная парусная система обладает значительно более высокой эффективностью за счет использования новой формы парусов, нового расположения парусов и новых приводов их перемещения. Заявленная парусная система в сравнении с известными более универсальна, поскольку может применяться как в крупнотонажных грузовых судах, так и в прогулочных судах, спортивных яхтах и т.п. Заявленная парусная система обладает высокой эксплуатационной надежностью за счет упрощения конструкции ее узлов. Заявленный способ эксплуатации универсальной парусной системы имеет повышенную эффективность благодаря автоматизации всех операций способа. In comparison with the known, the claimed sailing system has significantly higher efficiency due to the use of a new form of sails, a new arrangement of sails and new drives for their movement. The claimed sailing system is more universal in comparison with the known ones, since it can be used both in large cargo ships, and in pleasure boats, sports yachts, etc. The claimed sailing system has high operational reliability due to the simplification of the design of its nodes. The claimed method of operating a universal sailing system has increased efficiency due to the automation of all operations of the method.

Claims

1. A universal sailing system comprising a mast configured to rotate around a vertical axis, at least one pair of identical rigid profiled sails placed symmetrically relative to the mast, each of which is located on a pole mounted on the mast and made to rotate around a horizontal axis , and a mechanism for raising and lowering the sails, characterized in that each sail has an asymmetric aerodynamic profile, curved side surfaces of the opposite sails of each pa The rods are parallel and these sails are connected by a common gate, the central section of which is equipped with an element for driving its rotation, and the mechanism for raising and lowering the rigid sails is made in the form of a mast tilt mechanism or its upper part together with the sails.

2. The universal sailing system according to claim 1, characterized in that the rotation drive of the common ray is made in the form of a reversible bilateral hydraulic cylinder with a piston having a gear surface located in it, while the central zone of the general ray is equipped with a gear engaged with the gear surface of the piston .

3. The universal sailing system according to claim 1, characterized in that the rotation drive of the common ray is made in the form of a cable system containing an asterisk fixed in the central zone of the general ray, which is connected via a cable to a winch connected to a reverse electric motor.

4. Universal sailing system according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the rotation drive of the common yoke is installed in the upper or middle zone of the mast, which is made hollow.

5. The universal sailing system according to claim 1, characterized in that the mast tilt mechanism is made in the form of a lever, the axis of which is located at the base of the mast, and a hydraulic cylinder with a piston connected by links with a lever and a stop fixed to the deck of the vessel.

6. The universal sailing system according to claim 1, characterized in that the mechanism for tilting the upper part of the mast is made in the form of a gear motor with a worm gear and a shaft connected to the upper part of the mast.

7. The universal sailing system according to claim 1, characterized in that the upper and lower end sections of the sail are ellipsoidal.

8. The universal sailing system according to claim 1, characterized in that the axis of the common ray is located in each sail in a place corresponding to the center of the lateral pressure of the wind load.

9. The universal sailing system according to claim 1, characterized in that a computer control system, a common yoke rotation drive, a mast rotation mechanism and a mast tilt mechanism or its upper part are provided with displacement sensors that are connected to the computer system.

10. A method of operating a universal sailing system by transferring sails from a non-working position to a working one and vice versa by means of a mechanism for raising and lowering the sails and changing the position of the sails when changing the tack by means of the corresponding rotation mechanism of the sails, characterized in that when the sails are moved from the working position to the non-working position, the mast is rotated placing the planes passing through the chords of the sails parallel to the longitudinal axis of the vessel, then tilt the mast or its upper part together with the sails until the edges of the pairs are placed cos deck, and when changing tack rotated common ray with fixed at its end portions sails 180 ^o rotation by a drive common yard and mast rotated around its vertical axis, by setting the position of the sails with the ship's course and direction of the wind.

11. The method according to claim 10, characterized in that when transferring the sailing system from its working position to a non-working position, the common rail is rotated with sails fixed at its end sections 90 ^° around its horizontal axis, while at the same time, the mast top is inclined together with the sails 180 ^o , placing the edges of the sails on the deck of the vessel.

12. The method according to p. 10 or 11, characterized in that they rotate the common rail, mast or its upper part according to the commands received from the computer system.