WO2005100150A1 - Setzsystem für ein ausfliegendes drachenartiges windangriffselement bei einem wasserfahrzeug mit windantrieb - Google Patents

Setzsystem für ein ausfliegendes drachenartiges windangriffselement bei einem wasserfahrzeug mit windantrieb Download PDF

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WO2005100150A1
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WO
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wind
setting system
windage
engaging element
kite
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/004186
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Wrage
Johannes Böhm
Original Assignee
Skysails Gmbh & Co. Kg
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Priority to DE502005009135T priority patent/DE502005009135D1/de
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    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • the invention relates to a system for setting a free-flying kite-like windage element in a watercraft with wind propulsion.
  • the invention has for its object to provide measures in such a setting system, which make it possible, a wind attack system in a practical
  • the invention is based on the knowledge that even for the mountains, the windage element are guided into a position in which it can be safely and easily recovered.
  • an azimuthally pivotable holder is provided, by means of which the wind-engaging element, on the one hand, can be brought into a position for seating in which it is exposed to sufficient wind action.
  • a Andockabilityvorraum for releasable connection with the docking adapter of the windage element is directed in each case to the side facing away from the wind, both driven tracking means and a kind of "wind vane" may be provided.
  • the Andockingvoriques is designed so that it also allows locking by automatically engaging holding means for recovering the Windangriffselements.
  • the starting position is arranged offset in the horizontal and / or vertical direction relative to the location of the last cable guide in the set state of the windage element.
  • the latter is usually formed by the winch or is located near the winch. In this way, the Windangriffsele- ment in the operating state can be operated independently of the starting device.
  • Another advantageous development of the invention is configured in such a way that in the free-flying kite-like wind-engaging element, a traction cable which fences out into a number of tethers is connected to the vehicle. is provided, wherein a connection cable bridging the fanning point is provided, which is guided by the docking device on the wind engaging element to a - viewed from the wind engaging element - beyond the Auff kau ceremoniesspunk- tes connection point to the main part of the pull rope, and that a Sorgleine is provided which of the Andockabilityvorides emanates and whose free end is at least in the region of the connecting cable on the pull rope frictionally displaceably guided.
  • the care line can preferably also be formed by a case or the like, when the wind engagement element is used on a pleasure craft.
  • an additional care line is connected to the pull rope via a rope switch, which has means for designing a guide device designed as a zip-line, which is connected to the end of the care line, from its position on the pull rope when the wind-engaging element is recovered to transfer to the caregiver, while the windage element is connected via a further linen part with the rope switch.
  • the rope switch has a substantially T-shaped profile, which is ⁇ -shaped embraced by the guide device. In this way, the gripping and recovery of the windage element is facilitated.
  • the azimuthally rotatable docking receptacle has a device which automatically sets the active direction of the pickup to leeward, an automated recovery process can be realized, so that even with a possible malfunction of the control part or a connected, for the operation of the windage element important device automatically safe recovery of the windage element is triggered.
  • the receiving device can also be self-standing to Lee by a pulley for the Sorgleine is eccentrically connected to the receiving device, so that the standing under wind pressure Windangriffselement the receiving device automatically pulls to the Lee.
  • the docking receptacle and the wind engagement element are designed such that a minimal load is exerted on the system by the wind engagement element in the attached state. This is achieved, for example, when the wind engagement element is guided on the docking receptacle in its aerodynamic equilibrium point. If this is the case, then the wind-infested windage element generates exactly the lift needed to neutralize its weight. Thus, the wind engagement element "floats" on the docking receptacle, which then only has to absorb the horizontal resistance forces acting on the wind attack element, but which are relatively low, since the wind attack element is docked with its narrow front side Benefits for sizing.
  • the wind attack element on a Reffein in which case the setting and / or the recovery of the so far flexible trained windage element takes place in a reefed state.
  • the wind engagement element has a fixed, non-reusable central part.
  • the reefing is advantageously designed when the reefing mechanism has drawstrings directed in the direction of the reefing operation, which preferably can be actuated with a winch provided inside the wind-arresting element, the reefing preferably taking place in a lateral extension of the airfoil profile.
  • the wrinkles arising during reefing are advantageously taken in between regions with a fixed profile cross-section, with an identical profile cross-section being provided essentially over the entire airfoil length.
  • the wind force transmitting element is designed so that it has a slight curvature across its width. This allows the windage element reffen easier, since the frictional forces of the reef ribbons are reduced in the element. Furthermore, it is advantageous in this development that the reefed wind engagement element has a lower height than a reefed wind attack element with a large curvature. However, the flight characteristics are significantly improved at a smaller height, so that the control of the element is facilitated.
  • At least one inflatable element is provided in the area of the leading edge of the wing and / or between the areas of fixed wing cross-section, which also serves to assist in the descent.
  • the raised position forms the upper end of a particularly telescopic crane, in which preferably hydraulic cylinders with adjacent or successive telescope segments are connected to the drive.
  • the mobile crane expediently has an aerodynamically lined connection element which has a feed and a connection element for compressed air, which can be connected to the inflatable body of the wind engagement element.
  • a strong blower is provided either on the crane base or in the docking receptacle of the system, which is also suitable for the suction operation.
  • an opening with a relatively large cross-section which is connected in the docked state so conclusive with the docking receptacle that the windage element can be quickly aerated or vented by the fan. It can easily be seen that the setting and recovery process can be accelerated by this device.
  • a refining operation with free-flying wind engagement element can be triggered by a remote control or by the output signal of at least one sensor element, wherein the venting process can also be triggered in the case of an airbag element having an inflatable element.
  • An emergency procedure is preferably initiated by the rapid opening of a closure region closing off the inflatable element, in particular together with rapid retraction of the pull cable of the wind engagement element.
  • the illustrated invention is particularly suitable for seagoing vessels or those with sailing areas in the area of large lakes.
  • 1a is a coordinate system which serves as a reference system in the following description
  • Fig. 1b shows an embodiment of the windage element according to the invention in the form of a paraglider according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the control of the inventive windage element in a schematic representation
  • FIG. 3 is a block diagram of the control of the wind propulsion system according to the invention as a block diagram in more detail
  • FIG. 4 shows a docking device for the wind engaging element in a perspective view
  • 4a is a detail of the docking device according to FIG. 4 in perspective view
  • 4b shows a further detail of the docking device .according to FIG. 4 in a perspective view
  • 5a is a block diagram of a setting process according to the invention.
  • 5b is a block diagram of a recovery operation according to the invention.
  • 6a is a schematic representation of the sequence of a setting process according to the invention.
  • Fig. 6b is a schematic representation of the course of a recovery operation according to the invention.
  • Fig. 7 shows the reproduction of an accelerated stowage process according ⁇ the invention.
  • a drawn by the dragon system of the invention ship is shown in the oblique top view.
  • a wind engagement element 1 via a pull cable 1.1 with a force application device 2, which is provided in the bow region of a ship 4, connected to the latter.
  • the traction cable 1.1 is guided to a central nacelle 1.2, from which a number of tethers 1.3 emanates, which are guided to the designed like a paraglider with kite profile windage element 1 and give this the necessary shape.
  • W apparent wind direction in the region of the wind engagement element 1
  • the corresponding wind vector is through his Size and direction marked.
  • variable B characterizing the gustiness
  • W the time-average deviation of the wind speed from the mean value
  • a coordinate system is reproduced, which is used in the following description as a reference system.
  • x s is the direction of travel of the ship
  • y s is the direction transverse to the direction of travel.
  • the coordinate system is to think firmly connected to a point P s of the ship. This point is preferably the force application point 2 in the bow area.
  • the height h s corresponds to the direction of the axis z of the conventional coordinate system. It indicates the height above the reference point P s .
  • This reference point is preferably the location of the attachment of the GPS antenna of an on-board GPS device so that the coordinates of a point outside P s where another GPS device is located are obtained by subtracting the coordinates output by both devices can be generated. (If the GPS antenna onboard own GPS device is away from the reference point P s , this can be taken into account by adding a fixed coordinate difference.)
  • the angle ⁇ forms the azimuth angle and the angle ⁇ the elevation angle.
  • the direction of the vector V points to the nacelle 1.2 of the windage element 1.
  • this is a "geographical coordinate system” since the nacelle 1.2 or the windage element 1 essentially move on the surface of a sphere.
  • the azimuth angle ⁇ and elevation ⁇ thus give something like the geographical see the length and width of the position of the nacelle on the "globe" spanned by the vector V.
  • the length of the "vector V is roughly the length of the hawser to 1.1, wherein the first slack should remain out of consideration.
  • the nacelle 1.2 of Windangrif selements is aligned according to a, own coordinate system with the directions x k , y k and z k , wherein z k points in the direction of extension of the vector V.
  • the rotation of the nacelle 1.2 of the wind arresting element 1 about the vertical axis z k is designated by the yaw angle (Yaw).
  • Yaw yaw angle
  • the yaw angle can be changed, inter alia, by the active activation of (described further below) brake flaps of the wind attack element 1 forming paraglider.
  • a rotation about the longitudinal axis x k represents a rolling motion (roll) and is not actively controlled. From the rolling motion or the corresponding deviation of the direction of z k from V, the sag of the pull rope 1.1 can be determined by gravity, while the rotation about the transverse axis y k forms the inclination (pitch) of the wind attack element about the transverse axis and through gusts and their action on the pull rope 1.1 may be caused.
  • This frame of reference forms the basis for understanding the description of the ship-kite system described below.
  • FIG. Lb an embodiment of a windage element according to the invention is shown schematically.
  • the Windangriffselement forms in the illustrated embodiment tion form a paraglider 101 with a container 102 for the control, as will be described in more detail below.
  • container 102nd Starting tethers 103, which go into branches 104 in the form of a linen tree, which are connected to a lower textile cover layer 105.
  • An upper textile cover layer 106 forms the conclusion upwards.
  • the two cover layers are held together by internal connection lines or corresponding connecting elements, such as textile ribs, which are not visible in the figure, whereby the airfoil profile formed by the two cover layers is stabilized by an internal air pressure which is established via openings on the leading edge of the kite (FIG. in the drawing on the left), which are also omitted in the drawing for reasons of clarity.
  • the direction of flight is indicated by the arrow 107.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the wind propulsion system according to the invention is shown as a block diagram. The picture also serves for orientation in the following description of the individual system components.
  • the 100-th reference numerals used in the overview display also form the group designation of the system parts detailed below.
  • a dashed line 99 delimits those assemblies, which must be added to at least one conventional ship, so that it is additionally equipped with the wind drive according to the invention.
  • the wind attack system 100 comprises the windage element and the associated control system, as far as it is located directly at this is.
  • the arrangement can be arranged either in a nacelle located at the end of the towing cable from which the tethers extend, or it can also be incorporated directly into the wind tapping element.
  • the control system essentially comprises an autopilot, which controls the attitude and trajectory control of the windage element.
  • the wind attack system 100 is connected to the on-board system 200 via the pull cable and a winch 210 (including pull rope) and dashed communication paths with a user interface 205 which includes a control system that controls both the kite position and the engine 5 and the rudder 6 of the ship gives the necessary control commands.
  • the on-board system is connected to the windage element via various communication paths, which allow both the kite position from the on-board system to be given in principle and the wind attack system to receive information relevant to the on-board system.
  • a navigation system 300 Upstream of the on-board system 200 is a navigation system 300, which transmits to the on-board system the route of the ship to be observed, taking into account costs, times, speed and wind utilization and optionally the wind direction and wind strength.
  • the wind information may also include a marking that characterizes the gustiness of the wind.
  • information about the sea state or the resulting movement of the ship can also be obtained.
  • the navigation system is supported by the navigational information finder (moving map) 310.
  • wind and wave information signals are generated which control the on-board system 200 and effect a corresponding adjustment of the kite system 100.
  • the on-board system 200 further generates drive signals for the engine 5 and the rudder 6.
  • the navigation system 300 is operated by a route system 400 controlled, which determines the route of the ship on the underlying economic operation of the ship.
  • the route system 400 is driven on the basis of predetermined data from an external station 500, which are matched with the data of a weather information system .600.
  • the course data currently determined by the navigation system 300 are reported back to the external station 500 via a feedback link 301 (via radio, satellite).
  • the data can also be received by other ships equipped with the system according to the invention and can be used for local updating of the weather system. In this way, current, locally caused course changes in the further external route specification can be considered as.
  • the positioning of the kite system 100 takes place in such a way that both due to the weather conditions (currently prevailing winds and sea conditions) and taking into account the economic boundary conditions, which are to provide the most cost-saving possible ship operation, an optimal route specification takes place.
  • An emergency system 700 provides the necessary control commands in the event of an unforeseen event which forces immediate action in the form of an emergency maneuver.
  • the signaling system and communication system are summarized, which tunes the navigation with other road users.
  • the signaling system includes navigation safety lighting as well as the transmission of own navigation data via radio, which inform other ships in the vicinity about the set wind attack system and the intended route or the current course.
  • the communication system includes all systems which concern the further exchange of information.
  • FIG. 2 The main paths of the data flow are shown in FIG. 2 as solid lines, while the remaining message paths are shown in dashed lines.
  • Fig. 3 the block 100, which includes the wind attack system, and the block 200 with the on-board system of Fig. 2 are shown in more detail.
  • the positioning and control of the kite 101 will be described here.
  • the wind direction and wind speed information including the caliper characteristic as well as the wave information, are transferred to a buffer memory 211, in which this data for buffering is recorded. Since the wind direction and all settings of the kite refer to the apparent wind, the course information is unnecessary during processing.
  • the adjustment and maneuvering of the windage element with respect to the ship does not require knowledge of the current course, since all maneuvers relate to the ship and to the effect of the apparent wind acting on the kite.
  • the wind information originates when setting the kite 101 first from the weather information system 600 in Figure 2 when it comes to positioning the kite. However, as soon as its own wind measurement after the start is in function, the apparent wind is determined at the location of the windage element itself, since this is decisive for the positioning.
  • the wind and sea gait data collectively form a dataset which addresses a lookup table memory 212 for the target position and maneuver type of the windage element.
  • This look-up table is organized like a normal addressable memory, the output data of the buffer 211 being used as an addressable memory. Addressing the individual memory locations in which the status data of the wind engagement element belonging to the addressed data are stored.
  • Such a "look-up table” connects the input and output data to one another in the manner of a "read only memory” (ROM) according to a predetermined functional relationship, and can therefore be understood as a mathematical assignment (function).
  • ROM read only memory
  • the corresponding blocks form only an exemplary realization and can also be replaced by any other functional elements or assemblies.
  • This may be, for example, a microprocessor, in which the control software is held in a corresponding memory or else an electrical circuit, in which the functional relationship is determined in the manner of an analog computer by the participating electrical components.
  • the presentation as a look-up table is chosen here for the sake of clarity, because a solution with a microprocessor, for example, is more difficult to represent only because the various to be processed one after the other
  • Program steps require elaborate considerations as to which program parts are to be supplied to the microprocessor one after the other.
  • control signals can be processed in parallel, although such switching elements, which cause activation of the blocks shown at certain times and the corresponding regulations are not shown.
  • an incoming control signal which deviates from the previously existing signal state, triggers the processing in the subsequent blocks, which maintain the respective reached state, until a signal change forces a new processing.
  • the state data thus contain, on the one hand, the desired position of the wind engagement element, ie its direction with respect to the ship and the length of the pull rope to be deployed. In addition, if necessary, they also contain information as to whether and, if so, according to which stored program the kite 101 should be maneuvered.
  • the kite While the kite is static in some positions, ie fixed, it is more favorable for ship operation in certain cases when the kite is dynamically guided, ie predetermined flight figures are executed, because thereby its relative speed to the wind and consequently also its pulling power elevated.
  • the current position of the kite is determined as determined by the kite 101's navigation system.
  • the actual position of the kite recorded in the memory 213 relates to the ship and is preferably determined by subtraction of two GPS signals.
  • this involves the GPS receiver 124 of the kite 101 within the kite system 100, which is connected to the flying kite 101.
  • the position data determined in the flight position of the kite 101 are transmitted by means of a transmitter 112 to a receiver 214, which is located aboard the ship.
  • Another GPS receiver 215 is also provided aboard the ship. Its output, along with the output of the receiver 214, is applied to a subtraction unit 216 which generates the differential GPS signal. Downstream in one of the subtraction unit 216
  • Block 217 the difference position data in polar coordinates are converted, which relate to the distance between the winch 2 and in the position of the windage element. These are the angles ⁇ and ⁇ according to FIG. 1a and the rope length "L".
  • the thus obtained Differential GPS position data are highly accurate if they are detected simultaneously and the ship's GPS receiver is installed in a location that is as little affected by ship movements as possible, or if the movements are compensated.
  • GPS receiver detected position is determined at intervals. If it is insufficient in its precision, it can be supported by values determined by accelerometers 117, 119 and 120.
  • the corresponding computations, which contain an integration, are executed in the assembly 123. Since within the time intervals that need to be integrated, these are only the times that elapse before the next GPS position signal, the integrators do not need to meet quality requirements that would guarantee long-term stability.
  • the accelerometers are used to stabilize the maneuvers, as described below - thus receive a secondary function).
  • an altimeter 129 preferably designed as an air pressure gauge, and an earth magnetic field sensor 128 are provided, whose data are also supplied to the memory for the navigation signal 124.
  • altimeter 129 and terrestrial magnetic field sensor 128 data transmitted to the vessel are transmitted and recorded on the vessel in block 227.
  • a difference is then formed with the data of the altimeter 233 on the ship and the geomagnetic field sensor 234 at the ship instead.
  • weather data from block 600 isobars
  • the position information determined in this way is fed to block 217 and, if necessary, adjusted with the GPS data. In this way, the position information of two independent systems are mutually supportive and in case of failure of a system, the required data is still available.
  • the desired position of the kite read out of the memory 212 is now fed on the one hand to a comparator 218 which outputs a signal if the actual position of the wind attack system 100 present in the memory 213 agrees with the setpoint position ü read from the memory 212 ,
  • a record characterizing the selected maneuver type is read from the maneuver type memory 220.
  • a static flight condition can also be characterized by the fact that the kite does not perform any maneuvers but retains its flight position.
  • the flight processor 116 now generates at its relevant output 125 via a corresponding drive element on the kite 101 by asymmetrical braking of the kite 101 or a corresponding aerodynamic deformation of curved flight in the predetermined sequence and duration.
  • the other aerodynamic effects that are driven by the two other outputs of the flight processor 116 are the pitching of the wing and reefing, as will be described below.
  • the winch 240 is also controlled for fanning to a specific desired rope length.
  • a filtered through a high pass signal is additionally the flight processor, so that a swinging avoided fed 116 overlaid with a shifted phase angle to the control signal '. While 125 yawing movements can be controlled via the output 125, the hiring of the wing is set via the output 126. As is known, the ratio of flight resistance and buoyancy can be optimized by the size of a wing.
  • the reefing of the kite 101 can be initiated via a further exit 127. A reef changes the buoyancy and drag and may be required for individual maneuvers.
  • kite Since the kite is firmly guided on the pull rope, it is automatically stabilized by the pulling action of the rope in its buoyancy center with respect to its rolling and tilting movements. However, in order to exclude oscillation in this case as well, a position signal from a roller sender 119 and an inclinometer 120 are respectively transmitted via speak speaking inverting high pass filters 121 and 122 to the flight processor, so that jerky changes in position of the windage element 101 are avoided and compensated.
  • the selected maneuver type is read which causes the kite to execute a predetermined cyclic flight program. If this type of maneuver is transmitted, the control is done automatically by the autopilot of the windage element and the unit 200 does not need to respond unless the kite leaves its target position due to unforeseen events.
  • the target position of the windage element 101 does not coincide with its predetermined position, it may be that the default position read out of the memory 212 has changed - as is the case when the kite is set - or is it the kite in the kite During maneuvering, the output disappears from the output of the comparator 218, and the maneuver type of the memory 220 activated via the switching element 219 ends. At the output of the memory for the maneuver type 220 (left part), the signal "zero" appears, which is interpreted by the autopilot of the wind attack system 100 to the effect that the last stored maneuver is no longer executed.
  • the actual position of the kite which is read out of the memory 213 and determined via GPS, is compared with the desired position from the memory 212 by means of a position correction unit 221 and a maneuver is determined, which leads the kite into the desired position.
  • the correction unit 221 is again designed as a look-up table, wherein the desired position and the actual position (again relative to the ship) are combined to form a common addressing signal and the identification of a corresponding correction maneuver of the wind engagement element is read from the actual position A into the desired position B. It should be noted that, depending on the start and end point (and also, if necessary, depending on the wind and wave conditions), different maneuvers must be selected to maneuver the kite. With the specified measures but any dragon maneuvers can be selected and executed.
  • this data may be "looped" from the memory 211 through the look-up table memories 212 and 221 so that they are still present in the specific maneuver selection record and an appropriate maneuver is selected can.
  • this is not about the compensation of individual events, but about general adjustment guidelines, which may include, for example, that when the sea is high, the kite is flown relatively so that the forces acting on the vessel by the wave direction can be compensated as possible.
  • general adjustment guidelines which may include, for example, that when the sea is high, the kite is flown relatively so that the forces acting on the vessel by the wave direction can be compensated as possible.
  • an output signal of the sea clipping block 231 is directly supplied to the block 211 to add information which participates in the selection of the corresponding kite position and maneuvering in the sense described above.
  • Another function of this connection is to select parts of flight maneuvers to counteract the accelerations due to the sea. This includes maneuvers with cyclic trajectories where different tractive forces act on the pull rope at different times, are flown so that these forces occur out of phase to the accelerations, which are caused by the sea state. In this way the ship movements are reduced overall. This compensation or reduction of ship movements by different tractive forces, which are caused by the maneuvering, do not disturb the other applied methods for the sea state compensation. The reason for this is that from the beginning reduced ship movements require less effort to reduce their impact on the hang gliding trajectory. Because of the compensation of the individual ship movements, reference is made to the description of block 231 below.
  • the right-hand part of the memory 220 is addressed via a switching element 222 with the data set read out from the correction unit 221, the switching element 222 being activated by the output signal of the comparator by means of an inverter 223, if the switching element 219 is not activated, ie and actual position are unequal.
  • a multi-directional dynamic pressure gauge 111 provided on the kite on the one hand forms an anemometer and, on the other hand, transmits to the component measured in the direction of flight the condition of too small a flow of the kite through a corresponding signal which, together with the generation of a position change maneuver, also drives the winch control 240
  • the kite is accelerated at the position change, so that the ' flow is raised again. (It can be seen that the winch is also affected by "wanted" position changes due to wind and wel- can be driven via the right part of the memory 220b, so that, for example, a change, the height of the windage element can be brought about.)
  • the wind gauge in different directions directed Pitot tubes with pressure cans, which are evaluated separately. From the pressure values of the three orthogonal pressure cans with the highest pressure values, the direction and speed of the wind with respect to the orientation of the wind gauge 111 can be determined. If the output signal of the magnetic field sensor 128, which contains a bridge circuit of magnetically sensitive resistors and thus makes it possible to determine the direction of the field lines of the earth's magnetic field, is taken into account, then the direction of the wind can be referred to the north direction and can thus be referred to as the direction of the apparent wind in Windabzugselement be transferred to the vessel. If necessary, the correction from magnetic north to geographic north takes place there.
  • An arrow directed to the block 211 indicates that the normal navigation of the kite is disabled. Via an OR gate 224, which is connected upstream of the inverter 223, the rest of the normal maneuvering control is also suppressed. (This also applies accordingly to the blocks 228, 229, 230 and 232 to be described below, which trigger further special functions.) The associated signal connections have been omitted there for reasons of clarity.)
  • the emergency maneuver "emergency release” is initiated by selecting and starting the associated maneuver type via the right-hand part of the maneuvering type memory 220b, which contains the respective programming.
  • This maneuver becomes necessary when the ship's wind-attacking element poses a great danger due to unfavorable circumstances or an accident (eg due to a collision with an obstacle). In this maneuver, the windage element is completely separated from the ship.
  • the corresponding maneuvers are initiated by selecting and starting the relevant maneuver type via the right-hand part of the maneuver type memory 220b which contains the respective programming.
  • the acceleration component directed in the direction of the traction cable is determined via a suitably oriented acceleration sensor and, after integration, a signal is generated which describes the ship movements in the direction of the traction cable.
  • This signal is fed to the on-board GPS receiver which provides a position signal corrected for the position of the winch control 240 if the receiver or antenna is not itself mounted in this position. If this GPS position signal were evaluated and used for guidance of the kite 101 directly in conjunction with the kite system 100 GPS position signal received via the receiver 214, it would follow in its control the sway of the winch.
  • the accelerometer's integrated signal is additionally supplied to the GPS receiver 215 in block 231 to be subtracted (as a disturbance) from the signal to block 216 for processing is supplied, so that there the position signal of a "calm platform" is processed.
  • the kite flies 101 maneuvers, which are characterized by sea clutter. are exempted.
  • the swell-acting sea-cable portions of the flying object become noticeable, whereas proportions directed transversely thereto contribute only to a change in the angles ⁇ and ⁇ of the flight vector which disappears just in the case of a long towing rope and are therefore negligible.
  • control commands can be transmitted directly to the autopilot unit and the winch control 240 in the left part 220a of the manual command maneuver memory, suppressing the rest of the signal output from this memory.
  • These are the functions "Left”, “Right”, “Straight”, “Reffen”, “Recover”, “Hunt (+)”, “Hunt (-)”, “Winch (+)” and “Winch (-) ". All commands can be modulated in their intensity.
  • a "predictive maneuvering" takes place in such a way that fictitious wind and course data are entered into the system for calculating the current position of the wind attack element and the configuration then being displayed for information. From this, the ship's command can then estimate the predictable behavior of the system and adjust the navigation accordingly.
  • This multiple processing of the data in the manner of contingent foresight is shown in FIG. 3 by multiple angles at the corners of different memory elements, which is intended to indicate that the contents of these memories are evaluated multiple times independently of the current process control.
  • additional memory means and comparator means are provided which allow a storage of signals associated with preceding times with signals appearing later in time in such a way that temporally successive maneuvering states are comparable on the basis of different - also more fictitious - input data.
  • a telescopically extendable crane 180 which can be pushed out, for example, by a hydraulic cylinder (not shown), has at its end a receiving device 181 for docking, which has a recess profile on its inside 182 which adjoins the outer profile of the wind engaging element 101 in the area of its Front edge is adjusted.
  • the side facing away from the windage element of the receiving device 181 is designed aerodynamic, as it points to dock in docking. Also, it should not disturb the flow of the windage element 101.
  • a care line 183 is guided, which serves to attract the wind attack element to the mast when it is overtaken in the mountains by means of the winch to the height of the extended crane 180.
  • This care 183 is with its free end with a - shown in detail below guide device 184, with which it "rides” on the pull rope 1.1 and then on the branching off of the pod 102 Bergeleine 1.11, near the winch 2 on the pull rope put on and then fetched until it assumes the position shown in Fig. 4.
  • the Consvorrich- device 181 is rotatably mounted on the upper end of the crane 180.
  • the receiving device has a guide or deflection roller 185 for the care line 183, which is situated eccentrically in the direction of lee from the azimuthal axis of rotation of the receiving device.
  • the receiving device 181 is automatically rotated by the train of the Sorgleine 183 to Lee for receiving the windage element 101.
  • the receiving device 181 is provided on the outside with a wind vane, so that it points automatically by the wind pressure in the direction of the wind engaging element. This is particularly advantageous when Bergen.
  • a filling tube 186 which is provided on the receiving side of the receiving device 181, gets into a valve opening 187, which with. an inflatable bead 188 (shown in phantom) is in the wing leading edge in conjunction.
  • the bead 188 serves to meet and stiffen the wind attack element when setting when it ventilates when setting is before the windbreaker leaves the launch crane.
  • the filling tube merely needs to open a valve to let out the stiffening medium (preferably compressed air).
  • the mechanism is here preferably simulated that of a floating body of a conventional dinghy.
  • the crane 180 is designed to be substantially hollow.
  • a blower is provided, which can also work in the suction mode.
  • an air duct with a large cross section is formed, which exits on the inner side 182.
  • the windage element 101 has an opening formed in accordance with the outlet opening of the air channel, so that the docked wind engagement element can be aerated or vented (by suction) by commissioning the fan. This allows accelerated setting and recovery.
  • the crane and the panels are rounded outwards and formed without protruding edges, corners and other protruding parts.
  • a Seilweiche 189 In the reproduced in Fig. 4a detail of the docking device of FIG. 4 in perspective view a Seilweiche 189 can be seen, which ensures that the guide device 184, which is connected to the end of the Sorgleine 183 from its position on the tow rope 1.1 during recovery of the wind-engaging element 101 on the Bergeleine 1.11 device when the Sorgleine is fetched.
  • the switch 189 preferably has a T-shaped profile, which is mounted following the pull cable 1.1 and continues in the width of its transverse leg according to the thickness of the pull rope or even exceeds this width.
  • the guide device 184 surrounds the cable 1.1 ⁇ -shaped, and guide elements 190 thus engage behind the cable (comparable to a guide for curtains on a T-rail), the guide device safely passes from the cable part 1.1 to the cable part 1.11, although the path of the main traction is transferred to the rope part 1.12.
  • the mountain line 1.11 ends in a device which at least partially surrounds the traction cable 1.1.
  • the device is designed in such a way that it fixes the end of the cover 1.11 at a defined position of the pull cable 1.1. If the wind engagement element 101 is to be recovered, then the guide device 184 of the care line 183 rides up on the pull rope 1.1 and hits the device which fixes the slip line 1.11 on the pull rope 1.1. In this case, a coupling process is triggered, so that the guide device 184 and the device for fixing the Bergeleine 1.11 together positively or positively connect with each other. At the same time, the fixation of the rescue rope 1.11 on the traction cable 1.1 is released by the coupling process, so that now the trailing rope 1.11 is connected to the care line 183, but there is no longer any connection to the traction rope 1.1.
  • Fig. 4b shows an overall view of the invention.
  • a reef device is reproduced in a perspective representation, a schematic representation of a Development of the mechanical principle of an embodiment of a Reff realized with electric winch and embodiment shown embodiment textile webs 160 to 165 are shown, which form the. Pro fil forming structure for the windage element 101.
  • the top surfaces are omitted in the schematic illustration.
  • An electric servo motor 166 is designed as a stepper motor and carries at the ends of its drive shaft two winding disks 167 and 168. They wind in opposite directions two pull lines 169 and 170, which are at loading ' fastening points 171 and 172 connected to the webs 160 and 165, respectively.
  • the motor 166 If the motor 166 is activated, it shortens the pull lines and pulls the webs 160 and 165 up. In the other webs 161 to 164, the pulling lines 169 and 170 are guided through recesses 173, 173 'and 174, 174', so that they are guided only over the unfolding cover layers of the wing when it is reefed. A partial meeting is possible by partially tightening the lines 169 and 170.
  • the retrieval takes place by activating the servomotor 166 in the opposite direction, wherein the trained as a paraglider windage element 101 by its curved shape and the tensile force of the lines without additional operating force again assumes the appropriate state.
  • FIG. 5a block representation of a setting process according to the invention
  • the corresponding command was ben, is triggered by a corresponding control circuit sequentially fully or semi-automatically, the corresponding sequence of control commands, which trigger the function shown via the respective mechanism.
  • FIG. 5b shows a recovery operation according to the invention. These are the individual operations in sequence: catching the pull rope and partial reefing, I. handing over the carriage, II. Fixing the cap profile, III. Venting and reefing, IV. Crane retract and cap and subsequent cladding and packaging of the windage element as they are also shown with the corresponding Roman numerals in the figures according to Fig. 6b.
  • the sequence of actions is triggered accordingly by a control command from block 230 in FIG. 3. This may also trigger a recovery operation in an emergency situation, whereby a signal would emanate from the block 228.
  • the signal curve in FIGS. 5a and 5b is simplified.
  • further logical signal connections are included, which ensure the safe execution of the setting and recovery functions without colliding with other maneuvers.
  • FIG. 6a a schematic representation of the sequence of a setting process according to the invention will be described in detail once again:
  • the extension of the crane is prepared and possibly the person or the like removed from the windage element.
  • the cap is already with the profile nose on the mast top.
  • the filling of the air chamber also with the help of the blower
  • the Windangriffselement can now align freely in the wind on the rotatable recording. Once the wind-engaging member has accepted his flyable profile, it is decoupled and falls about '15 ° Lee back. At least now the autopilot takes over the flight phase. Subsequently, the windage element is brought to the desired altitude by deploying the pull cable and completely aligned.
  • Fig. 6b is a schematic representation of the course of a recovery operation according to the invention:
  • the windage element is brought by fetching with the winch to an altitude that corresponds radially to the height of the crane.
  • the windage element is partially reefed.
  • the ' care line which was parked over the (not shown) Holeticianrolle near the winch during the flight phase at the bow, is obtained.
  • a guide device (oa) slips up the pull rope from the Holeddlingrolle to the profile nose and pulls the cap including gondola to windward to the crane.
  • the control pod is held on the mast and the flight phase ends. This fixed connection between the gondola and the mast enables a system check of the control components.
  • the cap is evenly reefed on both sides and the crane can be lowered.
  • Fig. 6a at I and II and Fig. 6b at IV is shown ' that the collapsed windage element hangs limply from the receiving device.
  • the folded windage element will align more or less horizontally, so that it provides the wind only a small istsflä- marriage and does not exert a large pulling force on the crane.
  • the windage element is guided either to the crane, the crane to the windage element, or a combination of both.
  • the wind engagement element is connected to the receiving device by means of suitable guide devices or by sensors. or docking device introduced so that a corresponding mechanism can complete the docking maneuver.
  • Fig. 7 is shown,. how an accelerated recovery operation according to the invention can be achieved.
  • an opening closed by hook-and-loop tapes
  • the cover 191 of which is connected to a deployable parachute 192.
  • the false umbrella 192 will open during the Lifting operation before docking on the element 181 is triggered and rips out the cover 191, so that the pressurized air from the bellows 188 escapes quickly.
  • the cover 191 can be triggered.
  • the reflow lines 169 and 170 are connected to the parachute 192. By the wind pressure in the parachute 192 these Reffleinen are pulled together quickly.

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Abstract

Setzsystem für ein frei ausfliegendes drachenartiges Windangriffselement (101) bei einem Wasserfahrzeug, bei dem das drachenartige Windangriffselement (101) mit einem Tragflächenprofil über ein Zugseil (1.1) mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, wobei das Windangriffselement (101) aus einer Ruhestellung an Bord des Wasserfahrzeugs in eine erhöhte, von Hindernissen in gleichem oder erhöhtem Niveau freie Startposition führbar ist, eine azimutal schwenkbare Halterung (181) vorgesehen ist, mittels der das Windangriffselement (101) in eine Position bringbar ist, in der es einer ausreichenden Windeinwirkung ausgesetzt ist und wobei eine Andockaufnahmevorrichtung (181) zur lösbaren Verbindung mit dem Andockadapter des Windangriffselements (101) an der dem Wind abgewandten Seite vorgesehen ist, welche durch selbsttätig eingreifende Haltemittel auch ein Bergen des Windangriffselements ermöglicht.

Description

SetzSystem für ein ausfliegendes drachenartiges Windangriffselement bei einem Wasserfahrzeug mit Windantrieb
Die Erfindung betrifft ein System zum Setzen eines frei ausfliegenden drachenartigen Windangriffselements bei einem Wasserfahrzeug mit Windantrieb.
Ein derartiges Setzsystem für ein frei ausfliegendes dra- chenartiges Windangriffselement ist aus der Druckschrift:
Ship Propulsive Kites, An Initial Study, by J. F. Wellicome and S. Williams, üniversity of Southampton, ISSN 0140 3818 SSSU19, Kapitel 4.1.2 "Non Powered Drouge Launch" bekannt.
Nachteilig bei diesem in der genannten Veröffentlichung nur skizzenhaft angedeuteten und nicht vollständig ausentwickelten Setzsystem ist, dass das Setzen des Windangriffselements mit einem Hilfsantrieb in Form eines zusätzlichen Fallschirms erfolgen muss. Außerdem sind keine Maßnahmen ersichtlich, welche es ermöglichen, ein größeres Windangriffselement auch wieder sicher zu bergen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derartigen Setzsystem Maßnahmen vorzusehen, welche es ermögli- chen, ein Windangriffssystem in einer für den praktischen
Einsatz auf See tauglichen Weise zu starten und auch wieder sicher zu bergen. Dabei soll insbesondere auch dafür Sorge getragen sein, dass das Windangriffselement in gesetztem Zustand von Deck geführt werden kann, so dass die Krängung des Wasserfahrzeugs minimiert ist. Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst . Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass auch zum Bergen das Windangriffselement in eine Position geführt werden, in der es sicher und unproblematisch geborgen werden kann.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine azimutal schwenkbare Halterung vorgesehen ist, mittels der das Windangriffselement einerseits zum Setzen in eine Position bringbar ist, in der es einer ausreichenden Windeinwirkung ausgesetzt ist. Eine Andockaufnahmevorrichtung zur lösbaren Verbindung mit dem Andockadapter des Windangriffselements ist dabei jeweils zu der dem Wind abgewandten Seite gerichtet, wobei sowohl angetriebene Nachführmittel als auch eine Art "Windfahne" vorgesehen sein kann. Die Andockaufnahmevorrichtung ist dabei so ausgestaltet, dass sie durch selbsttätig eingreifende Haltemittel auch ein Arretieren zum Bergen des Windangriffselements ermöglicht.
Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist weiterhin der Umstand, dass der Start des Windangriffselements allein durch Windeinwirkung erfolgen kann.
Es ist weiterhin günstig, wenn sich die Startposition in horizontaler und/oder vertikaler Richtung gegenüber dem Ort der letzten Seilführung in gesetztem Zustand des Windangriffselements versetzt angeordnet ist. Letzterer wird meist durch die Winsch gebildet oder befindet sich in der Nähe der Winsch. Auf diese Weise kann das Windangriffsele- ment im Betriebszustand unabhängig von der Startvorrichtung betrieben werden.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dabei derart ausgestaltet, dass bei dem frei ausfliegendes drachenartigen Windangriffselement ein sich in eine Anzahl von Halteseilen auffächerndes Zugseil mit dem Fahrzeug ver- bunden ist, wobei ein den Auffächerungspunkt überbrückendes Verbindungsseil vorgesehen ist, welches von der Andockeinrichtung am Windangriffselement zu einem - vom Windangriffselement aus gesehen - jenseits des Auffächerungspunk- tes gelegenen - Verbindungspunkt zum Hauptteil des Zugseils geführt ist, und dass eine Sorgleine vorgesehen ist, welche von der Andockaufnahmevorrichtung ausgeht und deren freies Ende mindestens im Bereich des Verbindungsseils auf dem Zugseil kraftschlüssig verschieblich geführt ist. Auf diese Weise ist der Auffächerungspunkt des Zugseils, in dessen Nähe sich auch die Steuerelemente für die aerodynamische Einstellung des Windangriffselements im Betrieb befinden können, während des Bergevorgangs überbrückt, so dass es sicher an die Andockvorrichtung herangezogen werden kann. Die Sorgleine kann dabei bevorzugt auch durch ein Fall oder dergl. gebildet werden, wenn das Windangriffselement auf einem Sportboot zum Einsatz kommt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ei- ne zusätzliche Sorgleine mit dem Zugseil über eine Seilweiche verbunden, welche Mittel aufweist, um eine als Seilrutscher ausgebildete Führungsvorrichtung, die mit dem Ende der Sorgleine verbunden ist, von ihrer Position auf dem Zugseil beim Bergen des Windangriffselements auf die Sorg- leine zu überführen, während das Windangriffselement über einen weiteren Leinenteil mit der Seilweiche verbunden ist. Vorzugsweise weist dabei die Seilweiche ein im wesentlichen T-förmiges Profil auf, welches von der Führungsvorrichtung Ω-förmig umgriffen wird. Auf diese Weise wird das Ergrei- fen und Bergen des Windangriffselements erleichtert.
Wenn die azimutal rotierbare Andockaufnahme eine Vorrichtung aufweist, welche die aktive Richtung der Aufnahme jeweils selbsttätig nach Lee stellt, lässt sich ein automati- sierter Bergevorgang realisieren, so dass auch bei einer möglichen Fehlfunktion des Steuerteils oder eines angeschlossenen, für die Bedienung des Windangriffselements wichtigen Geräts selbsttätig das sichere Bergen des Windangriffselements auslösbar ist. Bei der Verwendung einer Sorgleine kann sich die Aufnahmevorrichtung auch dadurch selbsttätig nach Lee stellen, indem eine Umlenkrolle für die Sorgleine exzentrisch mit der Aufnahmevorrichtung verbunden ist, so dass das unter Winddruck stehende Windangriffselement die Aufnahmevorrichtung selbsttätig nach Lee zieht.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Andockaufnahme und das Windangriffelement so gestaltet, dass von dem Windangriffselement im angedαckten Zustand ei- ne minimale Last auf das System ausgeübt wird. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn das Windangriffelement an der Andockaufnahme in seinem aerodynamischen Gleichgewichtspunkt geführt wird. Ist dies der Fall, so erzeugt das vom Wind angeströmte Windangriffselement genau den Auftrieb, der benötigt wird um seine Gewichtskraft zu neutralisieren. Damit „schwebt" das Windangriffselement an der Andockaufnahme. Diese muss dann nur noch die horizontal am Windangriffelement wirkenden Widerstandkräfte aufnehmen, die aber relativ gering sind, da das Windangriffelement mit seiner schmalen Vorderseite angedockt ist. Es ist leicht ersichtlich, dass ein derart gestaltetes System erhebliche Vorteile für die Dimensionierung mit sich bringt.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung weist das Wind- angriffselement eine Reffeineinrichtung auf, wobei dann das Setzen- und/oder das Bergen des insoweit flexibel ausgebildeten Windangriffselements in einem gerefften Zustand erfolgt. Dabei ist es aus Stabilitätsgründen gegebenenfalls günstig, wenn das Windangriffselement einen feststehenden, nicht reffbaren Mittelteil aufweist. Das Reffen gestaltet sich vorteilhaft, wenn der Reffmechanismus in Richtung des Reffvorgangs gerichtete Zugbänder aufweist, die vorzugsweise mit einer innerhalb des Windan- griffselements vorgesehenen Winsch betätigbar sind, wobei das Reffen bevorzugt in seitlicher Verlängerung des Tragflügelprofils erfolgt. Die beim Reffen entstehenden Falten werden vorteilhaft zwischen Bereichen mit festem Profilquerschnitt eingeschlagen, wobei ein gleicher Profilquer- schnitt im Wesentlichen über die gesamte Tragflügellänge vorgesehen ist.
Bei einer■ orteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Windangriffelements so gestaltet, dass es über seine Breite eine geringe Krümmung aufweist. Damit lässt sich das Windangriffselement leichter reffen, da die Reibungskräfte der Reffbänder im Element reduziert werden. Weiterhin vorteilhaft ist bei dieser Weiterbildung, dass das gereffte Windangriffelement eine geringere Höhe aufweist, als ein ge- refftes Windangriffselement mit großer Krümmung. Die Flugeigenschaften sind jedoch bei einer geringeren Höhe wesentlich verbessert, so dass das Steuern des Elements erleichtert ist.
Günstigerweise ist zur Stabilitätserhöhung mindestes ein aufblasbares Element im Bereich der Flügelvorderkante und/oder zwischen den Bereichen mit festem Flügelquerschnitt vorgesehen, welches auch zum Unterstützen des Ent- reffens dient.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bildet die erhöhte Position das obere Ende eines insbesondere te- leskopierbaren Krans, bei dem vorzugsweise Hydraulikzylinder mit benachbarten oder aufeinander folgenden Teleskop- Segmenten zum Antrieb verbunden sind. Günstigerweise weist der mobile Kran im Bereich der azimutal schwenkbaren Aufnahme ein aerodynamisch verkleidetes Anschlusselement auf, welches eine Zuführung und ein An- Schlusselement für Druckluft aufweist, das mit dem aufblasbaren Körper des Windangriffselements verbindbar ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist entweder am Kranfuß oder in der Andockaufnahme des Systems ein starkes Gebläse vorgesehen, das sich auch für den Saugbetrieb eignet. In der Mitte der Vorderkante des Windangriffelements befindet sich bei dieser Weiterbildung eine Öffnung mit relativ großem Querschnitt, die im angedockten Zustand derart schlüssig mit der Andockaufnahme verbunden ist, dass durch das Gebläse das Windangriffselement schnell be- oder entlüftet werden kann. Es ist leicht ersichtlich, dass durch diese Vorrichtung der Setz- und Bergevorgang beschleunigt werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn ein Reffvorgang bei frei fliegendem Windangriffselement über eine Fernbetätigung o- der durch das Ausgangssignal mindestens eines Sensorelements auslösbar ist, wobei bei einem ein aufblasbares Element aufweisenden Windangriffselement auch der Entlüftungs- Vorgang auslösbar ist.
Ein Notreffvorgang wird dabei bevorzugt durch schnelles Öffnen eines das aufblasbare Element abschließenden Verschlussbereichs ausgelöst, insbesondere zusammen mit einem schnellen Einziehen des Zugseils des Windangriffselements.
Um die Bergungskräfte klein zu halten erfolgt das Einfangen des Windangriffselements über eine Befestigung, welcher in einem Punkt angeordnet ist, für den sich symmetrisch wir- kende Windkräfte in horizontaler und vertikaler Richtung kompensieren.
Die dargestellte Erfindung eignet sich insbesondere für seegehende Schiffe oder solche mit Fahrgebieten im Bereich großer Seen.
Weitere günstige Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüche .
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein von dem erfindungsgemäßen Drachen-System gezoge- nes Schiff in schräger Draufsicht,
Fig. la ein Koordinatensystem, welches bei der nachfolgenden Beschreibung als Bezugssystem dient,
Fig. 1b ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Windangriffselements in Form eines Gleitschirms gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Steuerung des erfindungs- gemäßen Windangriffselements in schematischer Darstellung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Steuerung des erfindungsgemäßen Windantriebssystems als Blockschaltbild in detaillierter Darstellung,
Fig. 4 eine Andockvorrichtung für das Windangriffselement in perspektivischer Darstellung,
Fig. 4a ein Detail der Andockvorrichtung gemäß Fig. 4 in perspektivischer Darstellung, Fig. 4b ein weiteres Detail der Andockvorrichtung .gemäß Fig. 4 in perspektivischer Darstellung,
Fig. 4c eine Reffeinrichtung des Windangriffselements in schematischer Darstellung,
Fig. 5a eine Blockdarstellung eines Setzvorgangs gemäß der Erfindung,
Fig. 5b eine Blockdarstellung eines Bergevorgangs gemäß der Erfindung,
Fig. ,6a eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Setzvorgangs gemäß der Erfindung,
Fig. 6b eine schematische -Darstellung des Ablaufs eines Bergevorgangs gemäß der Erfindung sowie
Fig. 7 die Wiedergabe eines beschleunigten Bergevorgangs gemäß ■ der Erfindung.
In Fig. 1 ist in den schräger Draufsicht ein von dem erfindungsgemäßen Drachensystem gezogenes Schiff wiedergegeben. Dabei ist ein Windangriffselement 1 über einen Zugseil 1.1 mit einer Kraftangriffsvorrichtung 2, die im Bugbereich eines Schiffes 4 vorgesehen ist, mit letzterem verbunden. Das Zugseil 1.1 ist zu einer zentralen Gondel 1.2 geführt, von der aus eine Anzahl von Halteleinen 1.3 ausgeht, welche zu dem nach Art eines Gleitschirms mit Drachenprofil ausgestalteten Windangriffselement 1 geführt sind und diesem die notwendige Form geben. Zu den Einzelheiten hierzu wird auf die .Beschreibung weiter unten verwiesen. Die scheinbare Windrichtung im Bereich des Windangriffelements 1 ist mit W bezeichnet. Der entsprechende Windvektor ist durch seine Größe und Richtung gekennzeichnet. Gegebenenfalls wird seine zeitliche Veränderung noch durch eine die Böigkeit kennzeichnende Größe B gekennzeichnet, die zeitlich mittlere Abweichung der Windgeschwindigkeit vom mittleren Wert bil- det und als Skalar darstellbar ist, der quasi den Radius einer Kugel um die Spitze des Windvektors W bildet.
In Fig. la ist ein Koordinatensystem wiedergegeben, welches bei der nachfolgenden Beschreibung als Bezugssystem heran- gezogen wird. Dabei gibt xs die Fahrtrichtung des Schiffes an, und ys ist die Richtung quer zur Fahrtrichtung. Das Koordinatensystem ist dabei fest mit einem Punkt Ps des Schiffes verbunden zu denken. Bei diesem Punkt handelt es sich bevorzugt um den Kraftangriffspunkt 2 im Bugbereich. Die Höhe hs entspricht dabei der Richtung der Achse z des konventionellen Koordinatensystems. Sie gibt die Höhe über dem Bezugspunkt Ps an. Dieser Bezugspunkt ist in bevorzugter Weise der Ort der Anbringung der GPS-Antenne eines Bord eigenen GPS-Gerätes, so dass die Koordinaten eines Punktes außerhalb von Ps, bei dem sich ein anderes GPS-Gerät befindet, durch Differenzbildung der von beiden Geräten ausgegebenen Koordinaten erzeugt werden können. (Sollte sich die GPS-Antenne das Bord eigenen GPS-Gerätes entfernt vom Bezugspunkt Ps befinden, so kann dies durch Hinzufügen einer festen Koordinatendifferenz berücksichtigt werden.)
Zur Vereinfachung soll nachfolgend von einem Polarkoordinatensystem ausgegangen werden, bei dem der Winkel α den Azimutwinkel und der Winkel ß den Höhenwinkel bildet. Die Richtung des Vektors V zeigt dabei also auf die Gondel 1.2 des Windangriffselements 1. Es handelt sich hierbei gleichsam um ein "geographisches Koordinatensystem", da die Gondel 1.2 bzw. das Windangriffselement 1 sich im Wesentlichen auf der Oberfläche einer Kugel bewegen. Der Azimutwinkel α und Höhenwinkel ß geben damit so etwas wie die geographi- sehe Länge und Breite der Position der Gondel auf der durch den Vektor V aufgespannten "Weltkugel". Die Länge des 'Vektors V gibt grob die Länge des Zugseils 1.1 an, wobei dessen Durchhang zunächst außer Betracht bleiben soll.
Die Gondel 1.2 des Windangrif selements ist nach einem ei-, genen Koordinatensystem mit den Richtungen xk, yk und zk ausgerichtet, wobei zk in die Richtung der Verlängerung des Vektors V weist. Die Drehung der Gondel 1.2 des Windan- griffselements 1 um die Hochachse zk wird mit dem Gierwinkel (Yaw) bezeichnet. Durch eine Veränderung des Gierwinkels wird eine Änderung der Flugrichtung des Windangriffselements 1 bewirkt. Der Gierwinkel kann u. a. durch die aktive Ansteuerung von (weiter unten beschriebenen) Brems- klappen des das Windangriffselement 1 bildenden Gleitschirms verändert werden. Er bewirkt eine Richtungsänderung, und dieser Vorgang ist mit dem Lenken eines Lenkdrachens vergleichbar. Eine Drehung um die Längsachse xk stellt eine Rollbewegung (Roll) dar und wird nicht aktiv gesteuert. Aus der Rollbewegung bzw. der entsprechenden Abweichung der Richtung von zk von V lässt sich der Durchhang des Zugseils 1.1 auf Grund der Schwerkraft ermitteln, während die Drehung um die Querachse yk die Neigung (Pitch) des Windangriffselements um die Querachse bildet und durch Böen und deren Einwirkung auf das Zugseil 1.1 hervorgerufen sein kann. Dieses Bezugssystem bildet die Basis für das Verständnis der Beschreibung des weiter unten beschriebenen Schiff-Drachen-Systems .
In Fig. lb ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Windangriffselements schematisch dargestellt. Das Windangriffselement bildet bei der dargestellten Ausführ rungsform einen Gleitschirm 101 mit einem Behältnis 102 für die Steuerung, wie es weiter unten näher beschrieben werden wird. Von dem an dem Zugseil 1.1 befestigten Behältnis 102 gehen Halteleinen 103 aus, welche in Verzweigungen 104 in Form eines Leinenbaums übergehen, die mit einer unteren textilen Deckschicht 105 verbunden sind. Eine obere textile Deckschicht 106 bildet den Abschluss nach oben. Die beiden Deckschichten sind durch interne - in der Figur nicht sichtbare - Verbindungsleinen oder entsprechende Verbindungselemente, wie zum Beispiel Textilrippen, zusammengehalten, wobei das durch die beiden Deckschichten gebildete Tragflügelprofil durch einen internen Luftüberdruck sta- bilisiert wird, der sich über Öffnungen an der Drachenvorderkante (in der Zeichnung links) aufbaut, welche in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls fortgelassen sind. Die Flugrichtung ist mit dem Pfeil 107 gekennzeichnet .
In Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Windantriebssystems als Blockschaltbild wiedergegeben. Das Bild dient auch zur Orientierung bei der nachfolgenden Beschreibung der einzelnen Systembestandteile. Die in der Ü- bersichtsdarstellung verwendeten 100-ter-Bezugszeichen bilden auch die Gruppenbezeichnung der weiter unten jeweils detailliert dargestellten Systemteile. (Eine gestrichelte Linie 99 umgrenzt dabei diejenigen Baugruppen, welche mindestens einem konventionellen Schiff hinzugefügt werden müssen, damit es mit dem erfindungsgemäßen Windantrieb zusätzlich ausgestattet ist.) Das Windangriffssystem 100 um- fasst das Windangriffselement sowie das dazugehörige Steuersystem, so weit es unmittelbar bei diesen angeordnet ist. Die Anordnung kann dabei sowohl in einer am Ende des Zug- seils befindlichen Gondel, von der die Halteleinen ausgehen, angeordnet sein oder aber auch unmittelbar in das Windangriffselement eingearbeitet sein. Das Steuersystem umfasst im Wesentlichen einen Autopiloten, der die Lage- und Flugbahnsteuerung des Windangriffselements kontrol- liert. Das Windangriffssystem 100 ist über das Zugseil und eine Winsch 210 (einschließlich Zugseil) und gestrichelt dargestellte Kommunikationswege mit dem Bordsystem 200 verbunden mit einer Bedienoberfläche (User Interface) 205, welches ein Steuersystem umfasst, das sowohl die Drachenposition kontrolliert als auch an die Maschine 5 und das Ruder 6 des Schiffes die notwendigen Steuerbefehle abgibt. Mit dem Windangriffselement ist das Bordsystem über verschiedene Kommunikationswege verbunden, welche ermöglichen, sowohl die Drachenposition vom Bordsystem im Grundsatz vorzugeben als auch vom Windangriffssystem her Informationen zu empfangen, die für das Bordsystem von Bedeutung sind.
Dem Bordsystem 200 vorgeschaltet ist ein Navigationssystem 300, welches an das Bordsystem die einzuhaltenden Route des Schiffes unter Berücksichtigung von Kosten, Zeiten, Geschwindigkeit und Windausnutzung sowie gegebenenfalls die Windrichtung und Windstärke übermittelt. Zur Windinformati- onen kann auch eine Kennzeichnung gehören, welche die Böigkeit des Windes charakterisiert. Dazu können ferner durch noch Informationen betreffend den Seegang bzw. die daraus resultierende Schiffsbewegung kommen. (Die Wind- und Wetterdaten stammen dabei ursprünglich aus dem weiter unten dargestellten Wetterinformationssystem 600.) Das Navigationssystem wird unterstützt von dem navigatorischen Informationsfundus (Moving Map) 310.
Aus den Kurs-, Wind- und Welleninformationen werden Signale generiert, welche das Bordsystem 200 ansteuern und eine entsprechende Einstellung des Drachensystems 100 bewirken. Das Bordsystem 200 erzeugt weiterhin Ansteuersignale für die Maschine 5 und das Ruder 6.
Das Navigationssystem 300 wird von einem Routensystem 400 angesteuert, welches den Weg des Schiffes über die dem Schiffsbetrieb zu Grunde liegenden ökonomischen Basis ermittelt. Das Routensystem 400 wird auf der Basis von einer externen Station 500 vorgegebenen Daten angesteuert, welche mit den Daten eines Wetterinformationssystems .600 abgeglichen werden. Die von dem Navigationssystem 300 aktuell ermittelten Kursdaten werden über eine Rückkopplungsverbindung 301 (über Funk, Satellit) an die externe Station 500 zurückgemeldet. Die Daten sind auch von anderen mit dem er- findungsgemäßen System ausgestatten Schiffen empfangbar und können zur lokalen Aktualisierung des Wettersystems verwendet werden. Auf diese Weise können aktuelle, lokal bedingte Kursänderungen bei der weiteren externen Routenvorgabe wie berücksichtigt werden.
Es ist ersichtlich, dass die Positionierung des Drachensystems 100 in Abhängigkeit von den Kursdaten so erfolgt, dass sowohl auf Grund der Wetterbedingungen (aktuell vorherrschenden Winde und Seegangsbedingungen) als auch unter Be- rücksichtigung der ökonomischen Grenzbedingungen, welche einen möglichst Kosten sparenden Schiffsbetrieb erbringen sollen, eine optimale Routenvorgabe erfolgt.
Ein Notfallsystem 700 gibt im Falle eines unvorhergesehenen Ereignisses, welches ein sofortiges Handeln in Form eines Notmanövers erzwingt, die erforderlichen Steuerbefehle.
In weiteren Blöcken 800 bzw. 900 sind jeweils das Signali- sierungssystem und Kommunikationssystem zusammengefasst, welches die Navigation mit weiteren Verkehrsteilnehmern abstimmt. Zum Signalisierungssystem gehört eine Navigations- sicherheitsbeleuchtung sowie die Aussendung von eigenen Navigationsdaten über Funk, welche andere in der Umgebung befindliche Schiffe über das gesetzte Windangriffssystem und die beabsichtigte Route bzw. den aktuellen Kurs informie- ren.. Das Kommunikationssystem umfasst dagegen alle Systeme, welche den weiteren Informationsaustausch betreffen.
Die Hauptwege des Datenflusses sind in Fig. 2 als durchge- zogene Linien dargestellt, während die übrigen Nachrichtenwege gestrichelt wiedergegeben sind.
In Fig. 3 sind der Block 100, welcher das Windangriffssystem umfasst, sowie der Block 200 mit dem Bordsystem aus Fig. 2 näher dargestellt. Es wird hier die Positionierung und Steuerung des Drachens 101 beschrieben. Die Windrich- tungs- und Windgeschwindigkeitsinformation, einschließlich Böigkeitskennwert sowie Seegangsinformationen gelangt in einen Zwischenspeicher 211, in dem diese Daten zur Puffe- rung festgehalten werden. Da sich die Windrichtung und alle Einstellungen des Drachens auf den scheinbaren Wind beziehen, ist die Kursinformation bei der Verarbeitung entbehrlich. Die Einstellung und das Manövrieren des Windangriffselements in Bezug auf das Schiff erfordert keine Kenntnis des aktuellen Kurses, da sich alle Manöver in Bezug auf das Schiff und unter Einwirkung des auf den Drachen einwirkenden scheinbaren Winds beziehen. Die Windinformationen stammen beim Setzen des Drachen 101 zunächst aus dem Wetterinformationssystem 600 in Figur 2, wenn es darum geht, den Drachen zu positionieren. Sobald dessen eigene Windmessung nach dem Start jedoch in Funktion ist, wird der scheinbare Wind am Ort des Windangriffselements selbst bestimmt, da dieser für die Positionierung bestimmend ist.
Die Wind- und Seegangsdaten bilden insgesamt einen Datensatz, welcher einen eine Nachschlagetabelle bildenden Speicher 212 für die Sollposition und den Manövertyp des Windangriffselements adressiert. Diese Nachschlagetabelle ist wie ein normaler adressierbarer Speicher organisiert, wobei die Ausgangsdaten des Zwischenspeichers 211 als Adressen- Signale die einzelnen Speicherplätze adressieren, bei denen die zu den adressierten Daten gehörigen Zustandsdaten des Windangriffselements abgelegt sind. Eine derartige "Nachschlagetabelle" .verknüpft nach Art eines "Nur-Lese- Speichers" (ROM) gemäß einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang die Eingangs- und Ausgangsdaten miteinander, lässt sich also als mathematische Zuordnung (Funktion) verstehen. Die entsprechenden Blöcke bilden jedoch nur eine beispielhafte Realisierung und können auch durch beliebige andere Funktionsglieder oder Baugruppen ersetzt werden.
Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor handeln, bei dem die Steuerungssoftware in einem entsprechenden Speicher festgehalten ist oder aber auch um eine elektrische Schaltung, bei der der funktionale Zusammenhang nach Art eines Analogrechners durch die beteiligten elektrischen Komponenten festgelegt ist. Die Darstellung als Nachschlagetabelle ist hier der Übersichtlichkeit halber gewählt, weil eine Lösung mit einem Mikroprozessor beispielsweise nur deswegen unübersichtlicher darzustellen ist, weil die verschiedenen nacheinander abzuwickelnden
Programmschritte aufwendige Überlegungen dahingehend erfordern, welche Programmteile dem Mikroprozessor nacheinander zuzuführen sind.
Bei der gewählten Ausführung können die Steuersignale parallel verarbeitet werden, wobei allerdings solche Schaltglieder, die eine Aktivierung der dargestellten Blöcke zu bestimmten Zeiten und die entsprechenden Regelungen bewirken, nicht dargestellt sind. Es wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass ein eingehendes Steuersignal, welches von bisher anstehenden Signalzustand abweicht, die Verarbeitung in den nachfolgenden Blöcken auslöst, welche den betreffenden erreichten Zustand beibehalten, bis eine Signaländerung eine neue Verarbeitung erzwingt. Die Zustandsdaten beinhalten also zum einen die Sollposition des Windangriffselements, d. h. seine Richtung in Bezug auf das Schiff und die auszubringende Länge des Zugseils. Darüber hinaus enthalten sie gegebenenfalls auch eine In- formationen darüber, ob und wenn ja nach welchem abgespeicherten Programm der Drachen 101 manövriert werden soll. Während der Drachen in einigen Positionen statisch, d. h. feststehend geführt wird, ist es für den Schiffsbetrieb in bestimmten Fällen günstiger, wenn der Drachen dynamisch ge~ führt wird, d. h. vorbestimmte Flugfiguren ausgeführt werden, da sich dadurch seine Relativgeschwindigkeit zum Wind und infolgedessen auch seine Zugleistung erhöht. In einem weiteren Speicher 213 wird die aktuelle Position des Drachens festgehalten, wie sie durch das Navigationssystem des Drachens 101 bestimmt wird.
Die im Speicher 213 festgehaltene Ist-Position des Drachens bezieht sich auf das Schiff und wird vorzugsweise durch Differenzbildung zweier GPS-Signale ermittelt. Hierbei han- delt es sich zum einen um den GPS-Empfänger 124 des Drachens 101 innerhalb des Drachensystems 100, welches mit dem fliegenden Drachen 101 verbunden ist. Die in der Flugposition des Drachens 101 ermittelten Positionsdaten werden mittels eines Senders 112 an einen Empfänger 214 übermit- telt, welcher sich an Bord des Schiffes befindet. Ein weiterer GPS-Empfänger 215 ist ebenfalls an Bord des Schiffes vorgesehen. Sein Ausgangssignal wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Empfängers 214 einer Subtrahiereinheit 216 zugeführt, mit der das Differential-GPS-Signal erzeugt wird. In einem der Subtrahiereinheit 216 nachgeschalteten
Block 217 werden die Differenz-Positionsdaten in Polarkoordinaten umgerechnet, welche sich auf den Abstand zwischen der Winsch 2 und in die Position des Windangriffselements beziehen. Es handelt sich um die Winkel α und ß entspre- chend Fig. la sowie die Seillänge "L" . Die so erhaltenen Differential-GPS-Positionsdaten weisen eine große Genauigkeit auf, wenn sie gleichzeitig ermittelt werden und der GPS-Empfänger des Schiffes an einem Ort installiert ist, der möglichst wenig von Schiffsbewegungen betroffen ist bzw. wenn die Bewegungen kompensiext werden.
Weiterhin ist es dabei notwendig, die Koordinatendifferenz zwischen der Positionen der Winsch und des GPS-Empfänger des Schiffes durch Subtraktion eines festen Wertes zu be- rücksichtigen. Die durch den so gebildeten Differential-
GPS-Empfänger ermittelte Position wird in Zeitabständen ermittelt. Falls sie in ihrer Präzision nicht ausreicht, kann sie durch Werte, die über Beschleunigungsaufnehmer 117, 119 und 120 ermittelt werden, gestützt werden. Die entsprechen- den Berechnungen, die eine Integration enthalten, wird in der Baugruppe 123 ausgeführt. Da es sich innerhalb der Zeitintervalle, in denen integriert werden muss, lediglich um die Zeiten handelt, die bis zum nächsten GPS-Positions- Signal vergehen, brauchen die Integratoren keine Qualitäts- anforderungen zu erfüllen, die eine Stabilität über lange Zeiträume garantieren würde. (Die Beschleunigungsaufnehmer dienen an sich zur Stabilisierung der Flugmanöver, wie es weiter unten beschrieben ist - erhalten somit also eine Zweitfunktion) . Des weiteren sind noch ein Höhenmesser 129, vorzugsweise als Luftdruckmesser ausgeführt, und ein Erdmagnetfeldsensor 128 vorgesehen, deren Daten ebenfalls dem Speicher für das Navigationssignal 124 zugeführt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Ist-Position des Windangriffselements in Relation zum Schiff ist die
Nutzung der zum Schiff übertragenen Daten des Höhenmessers 129 und des Erdmagnetfeldsensors 128. Diese Daten werden auf dem Schiff in Block 227 übertragen und festgehalten. In Block 227 findet dann eine Differenzbildung mit den Daten des Höhenmessers 233 am Schiff und des Erdmagnetfeldsensors 234 am Schiff statt. Handelt es sich bei dem Höhenmesser 129 um einen Luftdruckmesser können für die Bestimmung des Luftdrucks am Schiff aber auch Wetterdaten aus Block 600 (Isobaren) genutzt werden. Die so ermittelten Positioninformationen werden Block 217 zugeführt und gegebenenfalls mit den GPS-Daten abgeglichen. Auf diese Weise stützen sich die Positionsinformationen zweier unabhängiger Systeme gegenseitig und bei Ausfall eines Systems stehen die benötigten Daten weiterhin zur Verfügung.
Die aus dem Speicher 212 ausgelesene Sollposition des Drachen wird nun einerseits einem Vergleicher 218 zugeführt, der ein Signal ausgibt, wenn die Ist-Position des Windangriffssystems 100, die in dem Speicher 213 vorhanden ist, mit der aus dem Speicher 212 ausgelesenen Sollposition ü- bereinstimmt . In diesem Fall wird über eine Freigabeschaltung 219 ein den ausgewählten Manövertyp kennzeichnender Datensatz aus dem Manövertyp-Speicher 220 ausgelesen. (Dabei kann ein statischer Flugzustand sich aber auch da- durch auszeichnen, dass der Drachen keine Manöver ausführt, sondern seine Flugposition beibehält. Hierbei handelt es sich um den Manövertyp "Null".)
Bei Ansteuerung dieses Manövertypspeichers 220 wird also ein Flugprogramm vom sequenziellen Typ ausgelesen und an den Autopiloten des Windangriffssystems 100 übertragen. Das Ausgangssignal des Speichers 220 gelangt dabei an einen Sender 221, der die Daten emittiert und einem Empfänger 113 des Windangriffssystems 100 zuführt. Vom Ausgang des Emp- fängers 113 gelangt das Signal in eine Autopiloten- Baugruppe und dort in eine Manöversteuereinheit 114. Diese empfängt die für ein bestimmtes sequenzielles Flugmanöver kennzeichnenden Signale und setzt diese in Kurvenwerte um, die dem Flugprozessor 116 zugeleitet werden, welcher das betreffende Flugmanöver ausführt. Dabei wird der einzustel- lende Wert in einen Kurvenwertvergleicher 115 überführt, dem andererseits das Eingangssignal des Gierwertmessers 117 zugeführt wird. Der Flugprozessor 116 erzeugt jetzt an seinem betreffenden Ausgang 125 über ein entsprechendes An- triebselement am Drachen 101 durch unsymmetrisches Abbremsen des Drachens 101 oder einer entsprechenden aerodynamischen Verformung Kurvenflug in der vorgegebenen Folge und Dauer. Die anderen aerodynamischen Effekte, welche durch die beiden anderen Ausgänge des Flugprozessors 116 ange- steuerte werden sind das Anstellen des Flügels und das Reffen, wie es weiter unten beschrieben wird.
Aus dem Speicher 220b für die Positionierung wird auch die Winsch 240 zum Fieren auf eine bestimmte Seil-Solllänge an- gesteuert.
Um ein Pendeln um die Hochachse zu vermeiden, wird zusätzlich ein durch einen Hochpass gefiltertes Signal dem Flugprozessor 116 mit versetzter Phasenlage dem Steuersignal überlagert zugeführt', so dass ein Aufschwingen vermieden ist. Während über den Ausgang 125 Gierbewegungen gesteuert werden können, wird über den Ausgang 126 das Anstellen des Tragflügels eingestellt. Bekanntlich lässt sich durch das Maß des Anstellens eines Flügels das Verhältnis von Flugwi- derstand und Auftrieb optimieren. Über einen weiteren Ausgang 127 kann das Reffen des Drachens 101 eingeleitet werden. Ein Reffen verändert den Auftrieb und Widerstand und kann bei einzelnen Flugmanövern erforderlich sein.
Da der Drachen fest am Zugseil geführt ist, wird er durch die Zugwirkung des Seils in seinem Auftriebsschwerpunkt bezüglich seiner Roll- und Neigungsbewegungen automatisch stabilisiert. Um aber auch hier ein Schwingen auszuschließen wird in entsprechender Weise jeweils ein Lagesignal von einem Rollgeber 119 und einem Neigungsgeber 120 über ent- sprechende invertierende Hochpassfilter 121 und 122 zum Flugprozessor übermittelt, so dass ruckartige Lageänderungen des Windangriffselements 101 vermieden und kompensiert werden.
Wenn der Drachen sich also in seiner vorgegebenen Position befindet (am Ausgang des Vergleichers 218 erscheint ein diesen Zustand kennzeichnendes Ausgangssignal) , so wird der ausgewählte Manövertyp ausgelesen, welche den Drachen dazu veranlasst, ein vorgegebenes zyklisches Flugprogramm auszuführen. Ist dieser Manövertyp übertragen, erfolgt die Steuerung selbsttätig vom Autopiloten des Windangriffselements und die Einheit 200 braucht nicht mehr zu reagieren, sofern der Drachen nicht durch unvorhergesehene Ereignisse seine Sollposition verlässt.
Stimmt die Sollposition des Windangriffselements 101 nicht mit seiner vorgegebenen Position überein, sei es, dass sich die Vorgabeposition, welche aus dem Speicher 212 ausgelesen wird, verändert hat - was auch beim Setzen des Drachens der Fall ist - oder sei es, dass der Drachen im Laufe des Ma- növrierens seine Position verlassen hat, so verschwindet das Ausgangssignal am Ausgang des Vergleiches 218, und der über das Schaltglied 219 aktivierte Manövertyp des Spei- chers 220 endet. Am Ausgang des Speichers für den Manövertyp 220 (linker Teil) erscheint das Signal "Null", was vomAutopiloten des Windangriffssystems 100 dahingehend interpretiert wird, dass das zuletzt eingespeicherte Manöver nicht mehr ausgeführt wird. Statt dessen wird die Ist- Position des Drachen, welche aus dem Speicher 213 ausgelesen wird und über GPS ermittelt wurde, mit der Soll- Position aus dem Speicher 212 mittels einer Positionskorrigiereinheit 221 verglichen und ein Manöver ermittelt, welches den Drachen in die Sollposition führt. Die Korrigier- einheit 221 ist wieder als Nachschlagetabelle ausgebildet, wobei die Soll- und die Ist-Position (wieder bezogen auf das Schiff) zu einem gemeinsamen Adressiersignal zusammen- gefasst werden und die Kennzeichnung eines entsprechenden Korrekturmanövers des Windangriffselements von der Ist- Position A in die Soll-Position B ausgelesen wird. Es ist nämlich zu beachten, dass je nach Start und' Zielpunkt (und auch gegebenenfalls abhängig von den Wind- und Wellenbedingungen) unterschiedliche Manöver gewählt werden müssen, um den Drachen zu manövrieren. Mit den angegebenen Maßnahmen können aber beliebige Drachenmanöver ausgewählt und ausgeführt werden.
Spielen Wind- und Seegang bei den auszuführenden Manövern eine Rolle, so können diese Daten vom Speicher 211 durch die Nachschlagetabellenspeicher 212 und 221 "durchgeschleift" werden, so dass sie im Datensatz für die Auswahl eines spezifischen Manövers noch vorhanden sind und ein geeignetes Manöver ausgewählt werden kann. Hierbei geht es allerdings nicht um den Ausgleich einzelner Ereignisse, sondern um generelle Einstellungsrichtlinien, welche beispielsweise beinhalten können, dass bei hohem Seegang der Drachen relativ so geflogen wird, dass die durch die Wellenrichtung auf das Wasserfahrzeug wirkenden Kräfte möglichst kompensiert werden können. So wäre also bei stark krängendem Schiff eine Dracheposition mit Querkomponente und bei stark stampfendem Schiff eine Vorauskomponente zu bevorzugen. Aus diesem Grunde wird ein Ausgangssignal des Blocks 231 zur Erfassung des Seegangs direkt dem Block 211 zugeleitet, um eine Information zuzufügen, welche bei der Auswahl der entsprechenden Drachenposition und Manövrierung im oben beschriebenen Sinne mitwirkt. Eine weitere Funktion dieser Verbindung besteht darin, Teile von Flugmanövern so auszuwählen, dass sie den Beschleunigungen aufgrund des Seegangs entgegenwirken. Hierzu gehört, dass Manöver mit zyklischen Flugbahnen, bei denen unterschiedliche Zugkräfte am Zugseil zu unterschiedlichen Zeiten einwirken, so geflogen werden, dass diese Kräfte phasenversetzt zu den Beschleunigungen auftreten, welche durch den Seegang hervorgerufen werden. Auf diese Weise werden die Schiffsbewegun- gen insgesamt herabgesetzt. Diese Kompensation bzw. Herabsetzung von Schiffsbewegungen durch unterschiedliche Zugkräfte, welche durch das Manövrieren hervorgerufen werden, stören die- übrigen angewandten Verfahren für die Seegangskompensation nicht. Dies hat seinen Grund darin, dass von vornherein reduzierte Schiffsbewegungen weniger Aufwand bei der Reduzierung von deren Auswirkungen- auf die Drachenflugbahn erfordern. Wegen der Kompensation der einzelnen Schiffsbewegungen wird auf die Beschreibung des Blocks 231 weiter unten verwiesen.
Für den Positionswechsel wird der rechte Teil des Speichers 220 über ein Schaltglied 222 mit dem aus der Korrigiereinheit 221 ausgelesenen Datensatz adressiert, wobei das Schaltglied 222 vom Ausgangssignal des Vergleichers mittels eines Inverters 223 aktiviert wird, wenn das Schaltglied 219 nicht aktiviert ist, also Soll- und Ist-Position ungleich sind.
Des Weiteren kann auch die Flugstabilität des Windangriffs- elements für seine Position eine Rolle spielen. Ein am Drachen vorgesehener Mehrrichtungs-Staudruckmesser 111 bildet einerseits einen Windmesser und übermittelt andererseits für die in Flugrichtung gemessene Komponente den Zustand einer zu geringen Anströmung des Drachens durch ein ent- sprechendes Signal, welches zusammen mit der Erzeugung einer Positionswechselmanövers auch die Winschsteuerung 240 ansteuert, wodurch der Drachen bei dem Positionswechsel beschleunigt wird, so ,dass die' Anströmung wieder heraufgesetzt wird. (Es ist ersichtlich, dass die Winsch auch bei "gewollten" Positionsänderungen aufgrund von Wind- und Wel- lendaten über den rechten Teil des Speichers 220b mit angesteuert werden kann, damit beispielsweise eine Änderung, der Höhe des Windangriffselements herbeigeführt werden kann.)
Für die Ermittlung der wahren Windrichtung und' Windgeschwindigkeit weist der Windmesser in unterschiedliche Richtungen gerichtete Staurohre mit Druckdosen auf, welche getrennt ausgewertet werden. Aus den Druckwerten der drei rechtwinklig zueinander gerichteten Druckdosen mit den höchsten Druckwerten lässt sich die Richtung und Geschwindigkeit des Windes in Bezug auf die Ausrichtung des Windmessers 111 bestimmen. Wird das Ausgangssignal des Magnetfeld-Sensors 128, der eine Brückenschaltung aus magnetisch empfindlichen Widerständen enthält und somit die Ermittlung der Richtung der Feldlinien des Erdmagnetfeldes ermöglicht, mit in Betracht gezogen, so kann die Richtung des Windes auf die Nordrichtung bezogen werden und kann somit als Richtung des scheinbaren Windes beim Windangriffselement zu Wasserfahrzeug hin übertragen werden. Dort erfolgt dann ge- gebenenfalls noch die Korrektur von magnetisch Nord zu geographisch Nord.
Ein zu dem Block 211 gerichteter Pfeil deutet an, dass dabei die normale Navigation des Drachens außer Funktion ge- setzt wird. Über ein Oder-Gatter 224, das dem Inverter 223 vorgeschaltet ist, wird auch die übrige normale Manöver- steueruήg unterbunden. (Dies gilt entsprechend auch für die nachfolgend zu beschreibenden Blöcke 228, 229, 230 und 232, welche weitere Sonderfunktionen auslösen. Die zugehörigen Signalverbindungen, sind dort aber aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden. )
Über den Block 228 wird das Notfallmanöver „Notabwurf" durch Auswahl und Start des zugehörigen Manövertyps über den rechten Teil des Manövertypspeichers 220b eingeleitet, der die jeweiligen Programmierungen enthält. Dieses Manöver wird notwendig, wenn vom Windangriffselement für das. Schiff durch ungünstige Umstände oder einen Unfall eine große Gefahr ausgeht (z.B. durch Zusammenstoss mit einem Hinder- nis) . Bei diesem Manöver wird das Windangriffselement vollständig vom Schiff getrennt.
■ Über die Blöcke "Setzen" 229 und "Bergen" 230 werden die entsprechenden Manöver durch Auswahl und Start des betref- fenden Manövertyps über den rechten Teil des Manövertypspeichers 220b eingeleitet, der die jeweiligen Programmierungen enthält.
Über einen Block 231 "Schiffsbewegungen" wird über einen entsprechend ausgerichteten Beschleunigungsaufnehmer die in Richtung des Zugseils gerichtete Beschleunigungskomponente ermittelt und nach Integration ein Signal generiert, welches die Schiffsbewegungen in Richtung des Zugseils beschreibt. Dieses Signal wird dem Bord-GPS-Empfänger zuge- führt, welcher ein für die Position der Winschsteuerung 240 korrigiertes Positions-Signal liefert, falls der Empfänger bzw. die Antenne nicht selbst in dieser Position montiert ist. Würde dieses GPS-Positionssignal unmittelbar zusammen mit dem über den Empfänger 214 empfangenen GPS-Positions- Signal des Drachensystems 100 ausgewertet und zu Führung .des Drachens 101 verwendet, würde dieser in seiner Steuerung den Seegangsbewegungen der Winsch folgen. Da dieser aber seine Manöver in Bezug auf eine gedachte beruhigte Schiffsposition fliegen soll, wird das integrierte Signal des Beschleunigungsaufnehmers in Block 231 zusätzlich dem GPS-Empfänger 215 zugeführt, um (als Störung) von dem Signal subtrahiert zu werden, welches dem Block 216 zur Verarbeitung zugeführt wird, so dass dort das Positionssignal einer "beruhigten Plattform" verarbeitet wird. Auf diese Weise fliegt der Drachen 101 Manöver, die von Seegangsstö- rungen befreit sind. Es ist nämlich ersichtlich, dass sich hauptsächlich die in Zugseil-Richtung wirkenden Seegangs- Anteile für das Flugobjekt bemerkbar machen, wohingegen quer dazu gerichtete Anteile lediglich zu einer gerade bei langem Zugseil verschwindenden Änderung der Winkel α und ß des Flugvektors beitragen und somit vernachlässigbar sind.
Um bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht permanent in die Situation zu kommen, bei starkem Seegang ein anstehendes Flugmanöver durch Feststellung einer Abweichung am Differenzblock 218 zu unterbrechen und einen gesteuerten "Flug" in die korrekte Position (in diesem Fall durch Aktivierung der Winsch 240 über den rechten Manöverblock 220b) ausführen zu müssen, besteht vom Block 231 eine Direktver- bindung zur Winschsteuerung 240. Diese erhält unmittelbar den Befehl, entsprechend der Feststellung der Seegangsbewegung in Zugseilrichtung durch den Block 231 zu fieren und zu holen, so dass die Schiffsbewegungen für den Drachen unmittelbar ausgeglichen sind. Erst, wenn dieser Ausgleich aus irgendeinem Grunde nicht mehr ausreichend sein sollte, wird eine Positionskorrektur durch ein entsprechendes Manöver ausgelöst.
Um auch Manöver manuell auslösen zu können, sind über eine Bedienereingabe 232, welche Teil des Bedieneroberfläche 205 in Figur 2 ist, die entsprechenden Eingabebefehle möglich. Über entsprechende Befehle können in dem linken Teil 220a des Manöverspeichers für manuelle Befehle unter Unterdrückung der übrigen Signalausgabe aus diesem Speicher direkt Steuerbefehle an die Autopiloteneinheit und die Winschsteuerung 240 übermittelt werden. Hierbei handelt es sich um die Funktionen "Links", "Rechts", "Gerade", "Reffen", "Entreffen", "Anstellen (+)", "Anstellen (-) ", "Winsch (+) " und "Winsch (-)". Alle Befehle können in ihrer Intensität moduliert werden. Bei einer in der beschriebenen Ausführung eingeschlossenen Variante erfolgt, ein "vorausschauendes Manövrieren" in der Weise, dass in das System zur Berechnung der aktuellen Po- sition des Windangriffselements fiktive Wind- und Kursdaten eingegeben werden und die sich dann einstellende Konfiguration zur Information angezeigt wird. Hieraus kann dann die Schiffsführung das vorhersehbare Verhalten des Systems abschätzen und die Navigation entsprechend einstellen. Diese Mehrfachbearbeitung der Daten nach Art der Eventualvoraus- schau ist in Figur 3 durch Mehrfachwinkel an den Ecken verschiedener Speicherelemente dargestellt, was andeuten soll, dass die Inhalte dieser Speicher unabhängig von der aktuellen Prozesssteuerung mehrfach ausgewertet werden. Hierbei sind also zusätzliche Speichermittel und Vergleichermittel vorgesehen, welche eine Speicherung von vorangehenden Zeitpunkten zugeordneten Signalen mit zeitlich später erscheinenden Signalen in der Weise ermöglichen, dass zeitlich aufeinander folgende Manöverzustände unter Zugrundelegung verschiedener - auch fiktiver - Eingangsdaten vergleichbar sind.
Fig. 4 zeigt eine Andockvorrichtung für das Windangriffselement 101 in perspektivischer Darstellung. Ein teleskop- artig ausziehbarer Kran 180, der beispielsweise mit einem nicht dargestellten Hydraulikzylinder ausschiebbar ist, weist an seinem Ende eine Aufnahmevorrichtung 181 zum Andocken auf, die an ihrer Innenseite 182 ein Ausnehmungsprofil aufweist, welches an das Außenprofil des Windangriffsele- ments 101 im Bereich seiner Vorderkante angepasst ist. Die dem Windangriffselement abgewandte Seite der Aufnahmevorrichtung 181 ist strömungsgünstig gestaltet, da sie im Andockfall nach Luv weist. Auch soll sie die Anströmung des Windangriffselements 101 nicht stören. Innerhalb des Krans 180 ist eine Sorgleine 183 geführt, welche zum Heranziehen des Windangriffselements an den Mast dient, wenn dieser beim Bergen mittels der Winsch bis zur Höhe des ausgefahrenen Krans 180 eingeholt ist. Diese Sorg- leine 183 wird mit ihrem freien Ende mit einer - weiter unten im Detail dargestellten Führungsvorrichtung 184, mit der sie auf dem Zugseil 1.1 und dann auf der vor der Gondel 102 abzweigenden Bergeleine 1.11 "reitet", nahe der Winsch 2 auf das Zugseil aufgesetzt und dann geholt bis sie die in Fig. 4 dargestellte Position einnimmt. Die Aufnahmevorrich- tung 181 ist auf dem oberen Ende des Krans 180 drehbar gelagert. Im Bereich der Innenseite 182 weist die Aufnahmevorrichtung eine Führung oder Umlenkrolle 185 für die Sorgleine 183 auf, welche exzentrisch in Richtung Lee von der azimutalen Drehachse der Aufnahmevorrichtung gelegen ist. Damit wird die Aufnahmevorrichtung 181 durch den Zug der Sorgleine 183 selbsttätig nach Lee zur Aufnahme der Windangriffselements 101 gedreht.
Bei einer nicht dargestellten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Aufnahmevorrichtung 181 an der Außenseite mit einer Windfahne versehen, so dass sie durch den Winddruck selbsttätig in Richtung des Windangriffselementes weist. Dies ist insbesondere beim Bergen vorteilhaft.
Mit dem weiteren Anziehen der Bergeleine 1.11 gelangt die vordere Profilnase des Windangriffselements 101 näher an die Aufhahmevorrichtung heran. Ein Füllrohr 186, das an der Aufnahmeseite der Aufnahmevorrichtung 181 vorgesehen ist, gerät in eine Ventilöffnung 187, die mit . einer aufblasbaren Wulst 188 (gestrichelt dargestellt) im Bereich der Flügelvorderkante in Verbindung steht .
Die Wulst 188 dient zum Entreffen und Aussteifen des Wind- angriffselements beim Setzen, wenn sie beim Setzen belüftet wird, bevor das Windangriffselement den Startkran verlässt. Beim Bergen bracht das Füllrohr lediglich ein Ventil zu öffnen, um das aussteifende Medium (vorzugsweise Pressluft) herauszulassen. Der Mechanismus ist hier vorzugsweise dem eines Schwimmkörpers eines gewöhnlichen Schlauchboots nachgebildet.
Bei einer nicht dargestellten Weiterbildung ist der Kran 180 im Wesentlichen hohl ausgeführt. Am Fuß des Krans 180 ist ein Gebläse vorgesehen, dass auch im Saugbetrieb arbeiten kann. In die Aufnahmevorrichtung 181 ist ein Luftkanal mit großem Querschnitt eingearbeitet, der auf der Innenseite 182 austritt. Das Windangriffselement 101 weist eine entsprechend der Austrittsöffnung des Luftkanals geformte Öffnung auf, so dass das angedockte Windangriffselement durch Inbetriebnahme des Gebläses be- oder entlüftet (im Saugbetrieb) werden kann. Dadurch ist ein beschleunigtes Setzen und Bergen möglich.
Um Zwischenfälle beim Setzen und Bergen zu verhindern, sind der Kran und die Verkleidungen nach außen verrundet und ohne vorstehende Kanten, Ecken und sonstigen herausragende Teile ausgebildet.
Bei dem in Fig. 4a wiedergegebenen Detail der Andockvorrichtung gemäß Fig. 4 in perspektivischer Darstellung ist eine Seilweiche 189 erkennbar, welche dafür sorgt, dass die Führungsvorrichtung 184, welche mit dem Ende der Sorgleine 183 verbunden ist von ihrer Position auf dem Zugseil 1.1 beim Bergen des Windangriffselements 101 auf die Bergeleine 1.11 gerät, wenn die Sorgleine geholt wird. Die Weiche 189 hat vorzugsweise ein T-förmiges Profil, welches im An- schluss an das Zugseil 1.1 montiert ist und in der Breite seines Querschenkels sich entsprechend der Dicke des Zug- seils fortsetzt oder dieses sogar an Breite übertrifft. Der senkrechte Schenkel des T-förmigen Profils ist schmaler gehalten und geht in die Fortsetzung des Zugseils 1.12 ü- ber, welche zum Behältnis 102 der Gondel hinführt, an der die Halteleinen 103 des Windangriffselements 101 befestigt sind. Da die Führungsvorrichtung 184 das Seil 1.1 Ω-förmig umgreift, und Führungselemente 190 das Seil somit hintergreifen (vergleichbar mit einer Führung für Gardinen auf einer T-Schiene) gelangt die Führungsvorrichtung sicher vom Seilteil 1.1 zum Seilteil 1.11, obgleich der Weg der Haupt- Zugkraft in den Seilteil 1.12 übergeleitet wird.
Bei einer alternativen Ausführung, die nicht dargestellt ist, endet die Bergeleine 1.11 in einer Vorrichtung, die das Zugseil 1.1 zumindest teilweise umgreift. Die Vorrich- tung ist derart gestaltet, dass sie das Ende der Bergeleine 1.11 an einer definierten Position des Zugseils 1.1 fixiert. Soll das Windangriffselement 101 geborgen werden, so reitet die Führungsvorrichtung 184 der Sorgleine 183 auf dem Zugseil 1.1 empor und stößt an die Vorrichtung, die die Bergeleine 1.11 auf dem Zugseil 1.1 fixiert. Dabei wird ein Kupplungsvorgang ausgelöst, so dass sich die Führungsvorrichtung 184 und die Vorrichtung zur Fixierung der Bergeleine 1.11 miteinander kraft- oder formschlüssig miteinander verbinden. Gleichzeitig wird die Fixierung der Berge- leine 1.11 am Zugseil 1.1 durch den Kupplungsvorgang gelöst, so dass jetzt die Bergeleine 1.11 mit der Sorgleine 183 verbunden ist, aber keine Verbindung mehr mit dem Zugseil 1.1 besteht.
Fig. 4b zeigt eine Gesamteinsicht der Erfindung.
Bei dem in Fig. 4c wiedergegebenen Detail des Windangriffselements 101 für das Zusammenwirken mit der Andockvorrichtung gemäß Fig. 4 ist eine Reffeinrichtung in perspektivi- scher Darstellung wiedergegeben, eine schematische Darstel- lung des mechanischen Prinzips eines Ausführungsbeispiels einer Reffeinrichtung mit elektrischer Winsch und ein Ausführungsbeispiel dargestellten Ausführungsbeispiel sind Textilstege 160 bis 165 wiedergegeben, welche die das. Pro- fil bildende Struktur für das Windangriffselement 101 bilden. Die Deckflächen sind in der schematischen Darstellung weggelassen. Ein elektrischer Servomotor 166 ist als Schrittmotor ausgebildet und trägt an den Enden seiner Antriebswelle zwei Wickelscheiben 167 und 168. Sie wickeln gegensinnig zwei Zugleinen 169 und 170 auf, welche an Be- 'festigungspunkten 171 und 172 mit den Stegen 160 bzw. 165 verbunden sind. Wird der Motor 166 aktiviert, so verkürzt er die Zugleinen und zieht die Stege 160 und 165 heran. Bei den übrigen Stege 161 bis 164 sind die Zugleinen 169 und 170 durch Aussparungen 173, 173' und 174, 174' geführt, so dass diese nur über die sich auffaltenden Deckschichten des Flügels geführt werden, wenn dieser gerefft wird. Eine Teilreffung ist durch teilweises Anziehen der Leinen 169 und 170 möglich. Das Entreffen erfolgt durch Aktivieren des Servomotors 166 in Gegenrichtung, wobei das als Gleitschirm ausgebildete Windangriffselement 101 durch seine gewölbte Form und die Zugkraft der Leinen ohne zusätzliche Betätigungskraft wieder den entrefften Zustand einnimmt.
Bei der in Fig. 5a wiedergegebenen Blockdarstellung eines Setzvorgangs gemäß der Erfindung, werden nach entsprechender Auslösung über den Block 229 (Fig. 3) nacheinander die Funktionen I.: Entpacken, II.: Ausfahren des Krans, III.: Füllen der Kappe inklusive partiellem Entreffen, IV. : Ent- koppeln der Kappe, Freigeben der Steuergondel und fieren des Zugseils sowie V. : vollständiges Entreffen ausgelöst, was durch die entsprechende Folge von Darstellungen in Fig. 6a illustriert wird (auf die Darstellung der Entreffung wurde aus - Gründen der Einfachheit verzichtet). Nachdem über eine Eingabe über Block 229 der entsprechende Befehl gege- ben wurde, wird durch eine entsprechende Steuerschaltung sequentiell voll- oder halbautomatisch die entsprechende Folge von Steuerbefehlen ausgelöst, welche über die jeweilige Mechanik die dargestellte Funktion auslösen.
Die in Fig. 5b wiedergegebene Blockdarstellung zeigt einen Bergevorgang gemäß der Erfindung. Es handelt sich der Reihe nach um die Einzelvorgänge: Einholen des Zugseils und partielles Reffen, I. Übergabe des Sorgleinenschlittens, II. Kappenprofil fixieren, III. Entlüften und Reffen, IV. Kran einfahren und Kappe und nachfolgendes Auftuchen und Verpacken des Windangriffselements wie sie mit den entsprechenden römischen Ziffern auch entsprechend in den Figuren gemäß Fig. 6b dargestellt sind. Ausgelöst wird die Folge von Aktionen entsprechend durch eine Steuerbefehl von Block 230 in Fig. 3. Hierbei kann es auch zur Auslösung eines Bergevorgangs in einer Notsituation kommen, wobei von dem Block 228 ein Signal ausgehen würde. (Bezüglich der Blöcke 228 bis 230 ist der Signalverlauf in den Figuren 5a und 5b ver- einfacht dargestellt.- Hier sind bei der tatsächlichen Realisierung noch weitere logische Signalverknüpfungen einbezogen, welche das sichere Ausführen der Setz- und Bergefunktionen ohne Kollision mit anderen Manövern gewährleisten) .
An Hand von Fig. 6a soll eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Setzvorgangs gemäß der Erfindung noch einmal im Einzelnen beschrieben werden: Als erste Phase wird das Ausfahren des Krans vorbereitet und eventuell die Persen- ning oder ähnliches vom Windangriffselement entfernt. Die Kappe befindet sich schon mit der Profilnase am Masttop. Nach dem vollständigen Ausfahren beginnt das Füllen der Luftkammer (u.u. auch unter Zuhilfenahme des Gebläses) und das partielle Entreffen. Das Windangriffselement kann sich jetzt über die rotierbare Aufnahme frei im Wind ausrichten. Sobald das Windangriffselement sein flugfähiges Profil angenommen hat, wird er entkoppelt und fällt ca.' 15° nach Lee zurück. Spätestens jetzt übernimmt der Autopilot die Flugphase. Anschließend wird das Windangriffselement durch Aus- fieren des Zugseils auf die gewünschte Flughöhe gebracht und vollständig entrefft.
Fig. 6b eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Bergevorgangs gemäß der Erfindung: Das Windangriffselement wird durch Holen mit der Winsch auf eine Flughöhe gebracht, die radial der Höhe des Krans entspricht. Gleichzeitig wird das Windangriffselement partiell gerefft. Die' Sorgleine, die über der (nicht dargestellten) Holepunktrolle in der Nähe der Winsch während der Flugphase am Bug geparkt war, wird eingeholt. Eine Führungsvorrichtung (o.a.) rutscht am Zugseil von der Holepunktrolle zur Profilnase hoch und zieht die Kappe einschließlich Gondel nach Luv zum Kran. Hier wird auch die Steuergondel am Mast gehalten und die Flugphase endet. Durch diese feste Verbindung zwischen Gon- del und Mast ist ein System-Check der Steuerkomponenten möglich. Anschließend wird die Kappe an beiden Seiten gleichmäßig gerefft und der Kran kann abgesenkt werden.
In Fig. 6a bei I und II und Fig. 6b bei IV ist gezeigt, ' dass das zusammengelegte Windangriffselement schlaff von der Aufnahmevorrichtung herabhängt . Das wäre natürlich nur bei Windstille der Fall. Bei Wind wird sich das zusammengelegte Windangriffselement mehr oder weniger waagerecht ausrichten, so dass es dem Wind nur eine geringe Angriffsflä- ehe bietet und keine große Zugkraft auf den Kran ausübt.
Das Windangriffselement wird entweder zum Kran geführt, der Kran zum Windangriffselement, oder eine Kombination von beiden. Das Windangriffselement wird mittels geeigneter Führungseinrichtungen oder von Sensoren an die Aufnahme- oder Andockvorrichtung herangeführt, damit eine entsprechende Mechanik das Andockmanöver vollenden kann.
In Fig. 7 ist dargestellt, . wie ein beschleunigter Bergevor- gangs gemäß der Erfindung erzielt werden kann.' Bei der hier dargestellten Ausführungsvariante ist eine (durch Klettbänder o.a. verschlossene aufreißbare, mit dem aufblasbaren Balg 188 in Verbindung stehende, Öffnung vorgesehen, deren Abdeckung 191 mit einem auslösbaren Fallschirm 192 verbun- den ist. Auf einen entsprechenden Steuerbefehl hin wird der Falschschirm 192 während des Bergevorgangs vor dem Andocken an dem Element 181 ausgelöst und reißt die Abdeckung 191 heraus, so dass die unter Überdruck stehende Luft aus dem Balg 188 schnell entweicht.
Auf diese Weise ist auch ein Notreffvorgang durch schnelles Öffnen des das aufblasbare Element abschließenden Verschlussbereichs, der Abdeckung 191 auslösbar. Dabei sind die Reffleinen 169 und 170 mit dem Fallschirm 192 verbun- den. Durch den Winddruck im Fallschirm 192 werden diese Reffleinen schnell zusammengezogen.
Die Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. Andere im Bereich der Erfindung liegen- de Konfigurationen ergeben sich aus Kombinationen von Unteransprüchen, welche sich dem Fachmann aufgrund der vorliegenden Beschreibung erschließen.

Claims

Patentansprüche
1. Setzsystem für ein frei ausfliegendes drachenartiges Windangriffselement (1) bei einem Wasserfahrzeug (4) , bei dem das Windangriffselement (1) mit einem Tragflächenprofil über ein Zugseil (1.1) mit dem Fahrzeugkörper (4) verbunden ist, wobei das Windangriffselement (1) aus einer Ruhestellung an Bord des Wasserfahrzeugs (4) in eine erhöhte, von Hindernissen in gleichem oder erhöhtem Niveau freie Startposition führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine azimutal schwenkbare Halterung vorgesehen ist, mittels der das Windangriffselement (1) in eine Posi- tion bringbar ist, in der es einer ausreichenden Windeinwirkung ausgesetzt ist, wobei eine Andockaufnahmevorrichtung (181) zur lösbaren Verbindung mit dem Andockadapter des Windangriffselements an der dem Wind abgewandten Seite vorgesehen ist, welche durch vorzugsweise selbsttätig eingreifende Haltemittel auch ein Bergen des Windangriffselements (1) ermöglichen.
2. Setzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Startposition in horizontaler und/oder vertikaler Richtung gegenüber dem Ort der Seilführung in gesetztem Zustand des Windangriffselements versetzt angeordnet ist, welcher durch die Winsch (2) gebildet ist oder sich in der Nähe der Winsch (2) befindet.
3. Setzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Windangriffselement (1) ein sich in eine Anzahl von Halteseilen auffächerndes Zugseil (1.1) mit dem Fahrzeug verbunden ist, wobei ein den Auffächerungspunkt überbrückendes Verbin- dungsseil (1.11) vorgesehen ist, welches von der Andockeinrichtung am Windangriffselement (1) zu einem - vom Windangriffselement (1) aus gesehen - jenseits des Auffächerungspunktes gelegenen - Verbindungspunkt zum Hauptteil des Zugseils (1.1) geführt ist, und dass eine Sorgleine (183) oder ein Fall vorgesehen ist, welche von der Andockaufnahmevorrichtung (181) ausgeht und deren freies Ende mindestens im Bereich des Verbindungsseils auf dem Zugseil (1.1) kraft- schlüssig verschieblich geführt ist.
4. Setzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorgleine (183) mit dem Zugseil (1.1) über eine Seilweiche (189) verbunden ist, welche Mittel aufweist, um eine als Seilrutscher ausgebildete Führungsvorrichtung (184), die mit dem Ende der Sorgleine (183) verbunden ist, von ihrer Position auf dem Zugseil (1.1) beim Bergen des Windangriffselements (101) auf das Verbindungsseil (1.11) zu überführen, während das Windangriffselement (101) über einen weiteren Leinenteil (1.12) mit der Seilweiche verbunden ist.
5. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vom Windangriffselement (1) im angedockten Zustand eine minimale Belastung in Vertikalrichtung ausgeübt wird, insbesondere infolge aerodynamischen Auftriebs.
6. Setzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilweiche (189) ein im wesentlichen T- förmiges Profil aufweist, welches von der Führungsvorrichtung (184) Ω-förmig umgriffen wird.
7. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die azimutal rotierbare Andockaufnahme (181) eine Vorrichtung aufweist, welche die aktive Richtung der Aufnahme (181) selbsttätig nach 5 Lee stellt, insbesondere in Form einer Windfahne.
8. Setzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine exzentrisch an der Andockaufnahme (181) befestigte Umlenkrolle
10 für die Sorgleine (183) oder das Fall aufweist.
9. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Windangriffselement (1) über seine Breitenausdehnung gekrümmt ist.
15 10. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ■ gekennzeichnet, dass das Einfangen des Windangriffselements (1) über eine Befestigung erfolgt, die eine Stelle bildet, für den sich symmetrisch am Windan-
20 griffselement (1) wirkende Windkräfte vertikal und horizontal kompensieren.
11. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Windangriffselement (1) eine
25 Reffeineinrichtung aufweist und dass das Setzen und Bergen des flexibel ausgebildeten Windangriffselements aus einem gerefften Zustand heraus erfolgt.
12. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch 30. gekennzeichnet, dass das Windangriffselement (1) einen festen, ungerefften Mittelteil aufweist.
13. Setzsystem nach einem der Ansprüche 11' oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reffmechanismus Zug- bänder (169, 170) aufweist, die vorzugsweise mit einer Winsch (166) betätigbar sind.
14. Setzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da- durch gekennzeichnet, dass das Reffen in seitlicher Verlängerung des Tragflügelprofils erfolgt.
15. Setzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Reffen entstehenden Falten zwischen Bereichen mit festem Profilquerschnitt eingeschlagen werden.
16. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein gleicher Profilquerschnitt im Wesentlichen über die gesamte Tragflügellänge vorgesehen ist.
17. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilitätserhöhung mindes- tes ein aufblasbares Element (188) im Bereich der Flügelvorderkante und/oder zwischen den Bereichen mit festem Flügelquerschnitt vorgesehen ist.
18. Setzsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das aufblasbare Element den ganzen Hohlraum des Windangriffselements einnimmt.
19. Setzsystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das aufblasbare Element an der Vorder- seite offen und durch Staudruck befüllbar ist.
20. Setzsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, • dass in der Andockaufnahme ein Verbindungselement mit einem Durchtrittsquerschnitt für ein Medium, welches in das oder aus dem aufblasbaren Element gelangt, vorgesehen ist.
21. Setzsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Nähe der Andockaufnahme ein starkes Gebläse zum Befüllen/Entleeren des aufblasbaren Elements vorgesehen ist.
22. Setzsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mast der Andockaufnahme einen sich im Wesentlichen über seine Länge erstreckenden Hohlraum aufweist, der mit dem Gebläse verbunden ist.
23. Setzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 22, da- durch gekennzeichnet, dass ein ReffVorgang bei frei fliegendem Windangriffselement über eine Fernbetätigung oder durch das Ausgangssignal mindestens eines Sensorelements auslösbar ist, wobei bei einem ein aufblasbares Element (188) aufweisenden Windangriffs- element gleichzeitig auch der Entlüftungsvorgang auslösbar ist.
24. Setzsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Notreffvorgang durch schnelles Öffnen eines das aufblasbare Element abschließenden Verschlussbereichs auslösbar ist.
25. Setzsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das schnelle Öffnen bei dem Notreffvorgang mit- tels eines mit dem schnellen Einziehen des Zugseils auszubringenden Fallschirm (192) erfolgt.
26. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Andockaufnahme (181) am obe- ren Ende eines Krans (180) angeordnet ist.
27. Setzsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kran (180) teleskopierbar ist, wobei insbesondere Hydraulikzylindern mit benachbarten oder auf- einander folgenden Teleskopsegmenten zum Antrieb verbunden sind.
28. Setzsystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der mobile Kran (180) einen mittels eines komprimierten Gases aufblasbaren Körper aufweist oder er daraus besteht.
29. Setzsystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem komprimierten Gas um Druckluft handelt.
30. Setzsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die azimutal schwenkbaren Halterung ein Anschlusselement für das komprimierte Gas aufweist, das mit dem aufblasbaren Element (188) des Windangriffselements (1) verbindbar ist.
31. Setzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fehlfunktion des Steuer- geräts oder eines angeschlossenen, für die Bedienung des Windangriffselements wichtigen Geräts selbsttätig das Bergen des Windangriffselements (1) auslösbar ist.
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