ПАРУСНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2024 года по МПК B63H9/00 

Парусная система относится к области судостроения, а именно к конструкциям ветровых движителей водных судов различных типов, оборудованных системой жестких парусов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известна парусная лодка [US 4506620 A, B63H 9/06, опубл. 26.03.1985], содержащая, по меньшей мере, одну мачту, первую и вторую пары основных полуреев, шарнирно установленных на мачте и разнесенных вертикально друг от друга с возможностью поворота вокруг мачты между первым и вторым положениями, при этом элементы каждой пары выходят из одного и того же осевого местоположения вдоль мачты для определения углов между ними от 0° до 180° соответственно, а также средства для установки паруса между вертикально разнесенными элементами каждой пары основных полуреев, благодаря чему парусная лодка может быть переоборудована из состояния с прямым парусным вооружением, когда основные полуреи находятся в первой позиции, в состояние с косым парусным вооружением, когда основные полуреи находятся во второй позиции. Средство крепления паруса может включать в себя вторичный полурей, шарнирно установленный на каждом основном полурее с возможностью поворота вокруг оси, параллельной мачте, при этом вторичные полуреи на первой и второй парах основных полуреев расположены напротив друг друга и расположены вертикально для установки паруса между ними, вторичные полуреи для крепления паруса могут поворачиваться между основным положением, в котором они проходят соразмерно с основными полуреями, на которых они установлены, и угловым положением, в котором вторичные полуреи крепления паруса образуют угол от 0° до 180° с основными полуреями, на которых они установлены, при этом парусная лодка может быть переоборудована из состояния с прямым парусным вооружением, когда вторичные полуреи находятся в основном, а основные полуреи находятся в первом положении, в состояние с косым парусным вооружением, когда либо вторичные полуреи находятся в основной позиции, а основные полуреи находятся на второй позиции, либо вторичные полуреи находятся под углом, а основные полуреи находятся в первой позиции.

В описанной выше парусной системе используются традиционные тканевые, мягкие паруса. Недостатком известной парусной системы является ее низкая эффективность, обусловленная материалом, из которого изготовлены паруса. Традиционные тканевые паруса; требуют тонкой и постоянной настройки, недолговечны. Сложная конструкция рангоута и такелажа имеет низкую эксплуатационную надежность, не позволяет оперативно управлять всей парусной системой как одним парусом. Также рангоут, такелаж и мачта, на острых курсах судна, расположенные вблизи парусов, снижают аэродинамическое качество мягкого паруса; снижают тяговую (подъёмную) силу, из-за непостоянной выпуклости поверхности таких парусов, невозможно установить оптимальный угол атаки к ветру. При сильном порыве ветра, существует большая вероятность разрыва материала парусов или опрокидывания судна на бок.

Из уровня техники известна парусная система крыльевого типа [US 2018215453 A1, B63H 9/06, опубл. 02.08.2018]. Настоящее изобретение относится к парусной системе крыльевого типа и более конкретно к жесткому крылу, установленному посередине на узле мачты, выполненному с возможностью управления креном и рысканием и при необходимости наклоном и высотой крыла относительно судна.

По сравнению с традиционными мягкими парусами, паруса крыльевого типа обычно представляют собой жесткие или полужесткие симметричные аэродинамические профили, которые развивают подъемную силу за счет прохождения ветра. Парус крыльевого типа обычно устанавливается вертикально и может поворачиваться вокруг своей оси.

Согласно настоящему изобретению предложена парусная система крыльевого типа, содержащая: (a) узел мачты, шарнирно установленный на поворотном основании, прикрепляемом к судну; (b) по существу жесткое крыло, шарнирно прикрепленное к вершине мачты, причем крыло имеет асимметричный профиль (профиль); и (c) механизм управления для изменения крена и рыскания жесткого крыла относительно летательного аппарата.

Согласно дополнительным признакам предпочтительных вариантов осуществления изобретения, описанных ниже, крыло шарнирно прикреплено к вершине мачты в ее центральной части.

В соответствии с другими признаками описанных предпочтительных вариантов реализации крыло ориентируется на наветренную сторону путем поворота крыла и вращения поворотного основания.

В соответствии с другими признаками описанных предпочтительных вариантов реализации механизм управления включает в себя тросы управления для изменения крена и рыскания крыла.

Согласно еще одним признакам описанных предпочтительных вариантов осуществления система дополнительно содержит датчики скорости и направления ветра, установленные на узле мачты и/или на крыле.

Согласно другим признакам описанных предпочтительных вариантов реализации крылышко имеет асимметричный профиль.

В соответствии с другими признаками описанных предпочтительных вариантов осуществления судно дополнительно содержит блок управления каждым механизмом из множества систем.

В описанной выше парусной системе движителем является жесткое парус-крыло, закрепленное на палубе посредством поворотного круга с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, а также с возможностью поворота на 180° вокруг горизонтальной оси для обратимости крыла. Кроме того, предусмотрена возможность компенсации крена судна на острых курсах, посредством принудительного отклонения паруса-крыла от вертикали. Недостатком известной парусной системы является крепление парусов-крыльев непосредственно к палубе судна, что исключает возможность пространственного перемещения для объединения нескольких парусов в единый объемный парус при хождении полными курсами для эффективного использования энергии ветра. Недостатком парусной системы при ходе судна острыми курсами является невозможность производить точную настройку парусной системы в зависимости от изменяемой ветровой обстановки, поскольку паруса закреплены на палубе без возможности перемещения. По этой причине также снижается эффективность использования энергии ветра, а, следовательно, снижается ходкость судна. Применяемая для уменьшения крена судна система отклонения регулируется принудительно, что усложняет всю систему и не обеспечивает защиту от опрокидывания на борт при шквале ветра. Также, две мачты, удерживающие парус-крыло, создают вихреобразование перед и за парусом, что негативно сказывается на качестве паруса-крыла, снижая создаваемую на нем тяговую (подъёмную) силу. Такую парусную систему сложно масштабировать вертикально, система складывания такой конструкции парусов также затруднительна. Расположение парусов на палубе не дает возможности использовать значительную площадь палубы для размещения грузов, либо использовать палубу для потребностей пассажиров.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является парусная система с жёсткими парусами, каждый из которых имеет несимметричный аэродинамический профиль [RU 2148524, B63H 9/00, B63H 9/06, B63H 9/06, опубл. 10.05.2000 - прототип]. Изогнутые боковые поверхности противоположных парусов каждой пары расположены параллельно. Эти паруса соединены общим реем. Он установлен на мачте, имеющей возможность вращения вокруг вертикальной оси. Центральный участок рея снабжен элементом вращения привода. Привод вращения общего рея может выполняться в виде реверсного двустороннего гидроцилиндра. В нем находится поршень с зубчатой поверхностью, находящейся в зацеплении с шестерней в центральной зоне рея. Его привод вращения может выполняться и в виде тросовой системы со звездочкой. Она может крепиться в центральной зоне рея и через трос соединяться с лебедкой, имеющей реверсный электродвигатель для ее привода. В парусной системе предусмотрен механизм подъема и опускания жестких парусов и выполнен в виде механизма наклона мачты или ее верхней части вместе с парусами.

Недостатком известной парусной системы является ее низкая эффективность, обусловленная тем, что при хождении судна на полных курсах, паруса-крылья не работают совместно как единый прямой парус, заметно снижая эффективность использования энергии ветра, поскольку при полных курсах судна, когда ветер направлен в корму, наветренный парус-крыло, закрывает от ветра расположенный за ним второй парус, в результате полезную работу, выполняет только одно из двух парусов-крыльев. Учитывая то, что в ходе эксплуатации парусное судно, двигается как полными, так и острыми курсами, примерно равное количество времени, это снижает общую эффективность использования парусных судов, вооруженных такой парусной системой. При движении судна острыми курсами, недостатком известной парусной системы является, невозможность регулировать положения центра парусности судна, поскольку паруса жестко закреплены на рее без возможности перемещения, как относительно друг друга, так и относительно мачты и корпуса судна. Это не позволяет производить точную настройку парусной системы в зависимости от изменяемой ветровой обстановки, что также снижает эффективность использования энергии ветра. Перечисленные недостатки известных парусных систем снижают ходовые и мореходные качества парусного судна.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности использования ветровой энергии жесткими парусами.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническими результатами являются повышение ходовых качеств и мореходности судна, уменьшение крена судна, а также упрощение системы управления парусами на всех курсах относительно ветра.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что предложена парусная система, включающая в себя мачту и жесткие паруса, характеризующаяся тем, что мачта снабжена устройством для поворота на 360° в горизонтальной плоскости, по меньшей мере, двух балок, причем с каждой балкой конструктивно связана, по меньшей, мере одна букса, к одной плоскости которой присоединен двигатель для вращения вала, а с другой стороны в нее установлен на подшипниках вал с возможностью вращения, на котором закреплен, по меньшей мере, один суппорт, выполненный с возможностью поступательно перемещаться вдоль вала, а также вверх и вниз относительно оси вала, имеющий конструктивные элементы для навешивания на него, по меньшей мере, одного жесткого паруса-крыла, имеющего несимметричный поперечный профиль, причем парус-крыло состоит из одной опорной секции или нескольких секций, одна из которых является опорной, при этом парусная система выполнена с возможностью перехода из первого рабочего состояния, в котором валы расположены между мачтой и носом судна симметрично относительно диаметральной плоскости судна под углом от 130° до 180° друг к другу, паруса-крылья передними кромками приведены в стык друг к другу, формируя один прямой парус, а выпуклые поверхности парусов-крыльев обращены к носу судна, во второе рабочее состояние в котором валы расположены параллельно друг другу, в направлении на ветер под заданным углом атаки, паруса-крылья передними кромками направлены на ветер, а своей выпуклой поверхностью обращены в носовую часть судна.

Существует вариант, в котором букса связана с балкой посредством установки буксы в поворотную часть ползуна, содержащего элемент скольжения для размещения ползуна на балке.

Существует вариант, в котором с каждой балкой конструктивно связаны две буксы.

Существует вариант, в котором парус-крыло состоит из трех и более секций, причем общее количество секций составляет нечетное число, а секции выполнены с возможностью телескопического складывания-раскладывания.

Существует вариант, в котором на суппорт навешано более одного паруса-крыла.

Существует вариант, в котором на валу закреплено более одного суппорта.

Существует вариант, в котором парус-крыло имеет выпукло-вогнутый поперечный профиль.

Существует вариант, в котором мачта и вал выполнены телескопическими.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1а приведена схема парусной система (для наглядности показано только одно парус-крыло) в частном варианте осуществления изобретения, в которой парус-крыло состоит из одной секции.

На фиг. 1б приведена схема парусной системы в частном варианте осуществления изобретения, в которой парус-крыло состоит из пяти секций, одна из которой является опорной.

На фиг. 1в приведена схема парусной системы в частном варианте осуществления, в которой c балкой конструктивно связаны посредством ползуна две буксы, в каждую из которых установлен вал.

На фиг. 2а приведена схема ползуна с одной буксой.

На фиг. 2б приведена схема ползуна с двумя буксами.

На фиг. 2в приведена схема ползуна.

На фиг. 2г приведена схема устройства для поворота балок.

На фиг. 2д приведена схема различных сечений вала с рабочими поверхностями.

На фиг. 3а приведена схема поверхности паруса-крыла в частном варианте осуществления изобретения.

На фиг. 3a' приведена схема паруса-крыла, имеющего несимметричный поперечный профиль.

На фиг. 3б приведены угол (ϕ) и центр парусности.

На фиг. 3в приведена схема суппорта.

На фиг. 4а приведена схема действия парусной системы, когда судно идет полными курсами (первое рабочее состояние).

На фиг. 4б приведена схема действия парусной системы, когда судно идет острыми курсами (второе рабочее состояние).

На фиг. 5 приведена схема действия парусной системы, когда судно переходит с полного на острый курс.

На фиг. 6 приведена схема действия парусной системы при смене галса на острых курсах.

На фиг. 7а приведена схема действия парусной системы для совершения на полных курсах более крутых поворотов судна.

На фиг. 7б приведена схема действия парусной системы для эффективного замедления («торможения») судна.

Парусная система включает в себя мачту 1 (фиг. 1а-1в, 2г), снабженную устройством 2 (фиг. 1а-1в, 2а) для поворота на 360° в горизонтальной плоскости, конструктивно связанных с ним, посредством закрепления в нем корневых концов, двух балок 3 (фиг. 1а-1в, 2а, 2б, 2г), причем с каждой балкой 3 конструктивно связана букса 4 (фиг. 2а–2в). К одной плоскости буксы 4 присоединен двигатель 5 (фиг.2а, 2б) для вращения вала 6 (фиг. 1а-1в, 2а, 2б, 3б, 3в), а с другой стороны в буксу 4 установлен на подшипниках с возможностью вращения вал 6. Вал 6 имеет параллельные рабочие поверхности 7 (фиг. 2д), на которых закреплен посредством граней скольжения 8 (фиг. 2д, 3в) суппорт 9 (фиг 1а-1в, 2д, 3б, 3в) с возможностью, при помощи устройства 10 (фиг. 3в), перемещаться поступательно вдоль вала 6, а также вверх и вниз в вертикальном направлении относительно оси вала 6. Суппорт 9 имеет конструктивные элементы, в частности, упоры 11 (фиг. 3в) для навешивания на него жесткого паруса-крыла, имеющего несимметричный поперечный профиль, состоящего из одной опорной секции 12 (фиг. 1а-1в, фиг. 3а-3в) или нескольких секций 12' (фиг 1б, 1в), одна из которых является опорной 12.

В частном варианте осуществления изобретения парус-крыло имеет выпуклую поверхность 13 (фиг. 3а, 3а'), вогнутую поверхность 14 (фиг. 3а), заднюю кромку 15 (фиг. 3а) и переднюю кромку 16 (фиг. 3а).

В частном варианте осуществления изобретения (фиг. 2а) букса 4 связана с балкой 3 посредством установки буксы 4 в поворотную часть 17 (фиг. 2в) ползуна 18 (фиг. 2а-2в), содержащего элемент скольжения 19 (фиг. 2в) для размещения ползуна 18 на балке 3.

В частном варианте осуществления (фиг 2б), две буксы 4 с установленными в них валами 6 связаны с балкой 3 посредством установки букс 4 в поворотную часть 17 ползуна 18.

Угол (ϕ) (фиг. 3б) является углом отклонения паруса-крыла от вертикали. Центр парусности 20 (фиг. 3б) - точка приложения равнодействующей аэродинамических сил воздействия ветра на парус-крыло.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Мачта 1, звено парусной системы, конструктивно связывает все элементы и блоки парусной системы с корпусом судна для передачи энергии ветра, движущей судно заданным курсом. На мачте 1 закреплено поворотное устройство 2 балок 3 парусной системы.

Поворотное устройство 2 предназначено для конструктивного соединения мачты 1 с балками 3 парусной системы. Поворотное устройство 2 позволяет балкам 3 поворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси мачты на 360°, как независимо друг от друга, так и при необходимости совместно, устанавливая положение парусов-крыльев с учетом направления ветра и курса судна.

Балки 3 служат для удержания остальных элементов (узлов, блоков) парусной системы под необходимыми углами и положением в зависимости от курса судна относительно ветра. Балки 3 конструктивно связаны с мачтой 1 посредством закрепления одного конца балок 3 в поворотном устройстве 2, установленном определенным образом на мачте 1. Каждая из балок 3 конструктивно связана с буксой 4, в которую установлен вал 6.

Букса 4 является узлом парусной системы, связывающим в единую конструкцию балку 3 и вал 6 с установленным на нем суппортом 9, на который навешаны паруса-крылья. К одной плоскости буксы 4 присоединен двигатель 5 для вращения вала 6, с другой стороны в буксу 4, установлен на подшипниках вал 6 с возможностью вращения. Букса 4 может быть установлена непосредственно на конце балки 3, либо закреплена в поворотном элементе 17 ползуна 18.

Ползун 18 в частном варианте осуществления изобретения является узлом парусной системы, который может поступательно перемещаться вдоль балки 3, а также поворачивать буксу 4 и, как следствие, установленный в буксу вал 6 в горизонтальной плоскости на необходимый относительно балки 3 угол. Ползун 18 состоит из двух конструктивных элементов: элемента скольжения 19, позволяющего совершать поступательное движение вдоль балки 3 и поворотной части 17 с установленной в нее буксу 4, причем установленных букс 4 может быть две. Устройства перемещения элемента скольжения 19 и вращения поворотной части 17 ползуна 18, могут быть выполнены реечными, винтовыми, электрическими или пневматическими.

Вал 6 предназначен для закрепления на нем суппорта 9, на который навешаны паруса-крылья. Вал 6 передает горизонтально направленную подъёмную силу от паруса-крыла через балку 3 и мачту 1 корпусу судна для его движения. В частности, вал может быть выполнен цилиндрическим с двухсторонними параллельными лысками, которые образуют рабочие поверхности 7. Вал 6 также может иметь иной профиль сечения с образованными рабочими поверхностями 7. Рабочие поверхности 7 вала 6 используются для удержания в необходимом пространственном положении суппорта 9. В начальном рабочем положении вала 6 плоскости рабочих поверхностей 7 установлены вертикально. Навешанных на суппорт 9 парусов-крыльев при необходимости может быть более одного. Вал 6 может быть при необходимости выполнен телескопическим, состоять из двух и более независимых частей, поскольку указанные части выполнены с возможностью вращения независимо друг от друга.

Суппорт 9 является элементом парусной системы, соединяющим парус-крыло с валом 6. Суппорт 9 конструктивно соединен, в частности, посредством упоров 11, с опорной секцией 12 паруса-крыла. Суппорт 9 может быть выполнен в виде полого параллелепипеда. Суппорт 9 конструктивно соединен с валом 6 таким образом, что наибольшие противоположные грани, грани скольжения 8, внутренней полости суппорта 9 плотно охватывают рабочие поверхности 7 вала 6, позволяя суппорту 9 перемещаться поступательно вдоль вала 6, а также вверх и вниз, относительно оси вала 6. Такое соединение позволяет при вращении вала 6 двигателем 5 поворачивать суппорт 9 и, соответственно, парус-крыло, на 180° вокруг оси вала 6, совершая обратимость крыла. Суппорт 9 во взаимодействии с валом 6 и парусом-крылом позволяет парусной системе осуществлять авторегулирование величины компенсации крена судна за счет изменения значения угла (ϕ) в интервале от 0° до 90°, устанавливаемого либо подъёмной силой, величина которой зависит от скорости ветра в определенный момент времени, либо принудительно путем вращения двигателя 5 вала 6.

Суппорт 9 имеет устройство 10 для продольного перемещения вдоль вала 6. В частном варианте осуществления изобретения на вал 6 может быть установлено более одного суппорта 9.

Парус-крыло является движителем, выполненным в виде жесткого паруса, аналогичного по конструкции крылу самолета, и установленным вертикально, имеет несимметричный профиль поперечного сечения.

При обтекании паруса-крыла несимметричного поперечного профиля потоком воздуха подъёмная сила возникает на выпуклой поверхности 13 паруса-крыла (фиг. 3a'). Вследствие этого, рабочее положение паруса-крыла, в общем случае, определяется, когда оно расположено вертикально и обращено образующей его выпуклой поверхностью 13 в носовую часть судна, что обеспечивает надлежащую тягу в направлении хода судна.

Обратимость паруса-крыла достигается посредством его поворота вокруг горизонтальной оси на 180°, при этом изменяется на противоположное направление подъёмной силы, создаваемой парусом-крылом.

Парус-крыло выполняется из современных полимерных композитных материалов, поскольку указанные материалы при малом удельном весе обладают большой прочностью, не подвержены коррозии, а также устойчивы к усталости.

Поперечный профиль жесткого паруса-крыла (как и его форма в плане) выбирается в зависимости от типа и назначения судна. В частном варианте осуществления изобретения может быть использовано крыло с выпукло-вогнутым поперечным профилем, имеющим наибольший коэффициент подъемной силы.

Устройство действует следующим образом. Парусная система может находиться в 2-х основных рабочих состояниях: парусная система работает подобно «классическим» прямым парусам, когда судно идет полными курсами; парусная система работает подобно «классическим» косым парусам, когда судно идет острыми курсами.

При ходе судна полными курсами (фиг. 4а), парусная система дает возможность использования преимущества «классических» прямых парусов, создавая большую рабочую площадь парусов под «наполнение» их ветром. В результате паруса-крылья задействованы как единый парус, что более эффективно, чем их раздельное использование. При полных курсах судна (первое рабочее состояние), балки 3, вращаясь вокруг вертикальной оси мачты 1, устанавливают валы 6, между мачтой и носом судна, располагая их симметрично относительно диаметральной плоскости судна, под углом от130° до 180° друг к другу. Соответственно, навешанные на суппорты 9 паруса-крылья также располагаются симметрично относительно диаметральной плоскости судна. При этом паруса-крылья передними кромками 16 приходят встык друг к другу, образуя один прямой парус, а выпуклые поверхности 13 парусов-крыльев обращены к носу судна. Необходимая ориентация поверхностей паруса-крыла устанавливается посредством поворота вала 6. Таким образом, создается единая поверхность паруса из отдельных парусов-крыльев, как показано на фиг. 4а.

При хождении судна против ветра парусная система дает возможность лавирования, получая преимущества жесткого крыла над «классическими» мягкими косыми парусами. Жесткая конструкция позволяет лучше управлять потоком воздуха, что приводит к более высокой скорости и маневренности судна. Паруса-крылья обладают большей стабильностью в различных ветровых условиях, позволяет судну лучше удерживать курс и устойчиво двигаться даже при сильном ветре. Паруса-крылья более эффективны при слабых ветрах, так как они удерживают стабильную форму, что позволяет использовать даже слабые ветра для продвижения судна.

При хождении судна против ветра (фиг. 4б) заявленная парусная система настраивается следующим образом (второе рабочее состояние). Балки 3, вращаясь вокруг вертикальной оси мачты 1, устанавливаются таким образом, что валы 6 располагаются в направлении на ветер, параллельно друг другу, под нужным углом атаки к направлению ветра. При этом паруса-крылья передними кромками 16 также направлены на ветер, а выпуклые поверхности 13 парусов-крыльев обращены в носовую часть судна, что обеспечивает надлежащую тягу по направлению хода судна.

При переходе судна с полных курсов на острые (фиг. 5) парусная система переходит во второе рабочее состояние следующим образом. Производится складывание секций «наветренных» парусов-крыльев (фиг. 5, п. 2) с вращением несущего их вала 6 на 180° (фиг. 5 п. 3-4), который увлекает за собой и поворачивает суппорт 9 вокруг горизонтальной оси, меняя положение «наветренных» парусов на рабочее (обратимость крыла). Затем балки 3, вращаясь вокруг вертикальной оси мачты 1, устанавливают валы 6 в направлении на ветер, параллельно друг другу, под нужным углом атаки к направлению ветра. При этом паруса-крылья передними кромками 16 также направлены на ветер, а выпуклые поверхности 13 парусов-крыльев обращены в носовую часть судна, что обеспечивает надлежащею тягу по направлению хода судна. Завершается переход в новое рабочее положение раскладыванием секций 12' паруса-крыла (фиг.5, п. 5)

При смене галса (фиг. 6) с левого на правый или с правого на левый, паруса-крылья складывают секции 12’ (фиг. 6, п. 1) и меняют свое положение на рабочее (обратимость крыла) посредством вращения вала 6 на 180° (фиг. 6, п. 2). Обе балки 3 поворачиваются вокруг вертикальной оси мачты 1, приводя валы 6 парусной системы на ветер под необходимым углом атаки (фиг. 6, п. 3), при этом паруса-крылья передними кромками 16 также направлены на ветер, а выпуклые поверхности 13 парусов-крыльев обращены в носовую часть судна, что обеспечивает надлежащею тягу по направлению хода судна, а затем паруса-крылья раскладывают секции 12’, приводя систему в рабочее положение с учетом курса судна и направления ветра (фиг. 6, п. 5).

Предложенная парусная система при движении судна острыми курсами позволяет уменьшить крен судна, создаваемый подъёмной силой парусов (фиг. 3б). Это свойство парусной системы обусловлено конструкцией суппорта 9 паруса-крыла, который свободно перемещается вверх и вниз по валу 6 и под воздействием силы тяжести в рабочем состоянии всегда занимает возможно нижнее положение, тем самым, образуя плечо подъемной силы между центром парусности 20 паруса-крыла и осью вала 6, которая поворачивает парус-крыло вместе с валом 6 на определенный угол от вертикали. При этом горизонтальная составляющая подъёмной силы F_y (фиг. 3б), сила крена F_кр (фиг. 3б), уменьшается, что приводит к увеличению скорости судна, поскольку уменьшается сила сопротивления движению судна за счет снижения площади «замачивания» борта судна. Эта особенность конструкции парусной системы также позволяет избежать опрокидывания судна на борт при внезапном сильном порыве ветра (шквал), так как, чем сильнее ветер, тем больше создаваемая на парусе подъёмная сила и, соответственно, больше отклоняющий момент М_отк, который увеличивает угол (ϕ) отклонения паруса-крыла от вертикального положения, и, соответственно, подъемная сила, созданная на парусе, направляется все более вверх, тем самым пропорционально уменьшая силу крена (F_кр), не позволяя судну «заваливаться» на борт. Угол (ϕ) отклонения паруса-крыла в нормальных ветровых условиях выставляется непосредственно подъемной силой, создаваемой ветром, либо может быть установлен принудительно вращением двигателя 5 вала 6, при этом оптимальный результат работы парусной системы достигается либо подбором высоты суппорта 9, под определенное парус-крыло, либо поворотом на заданный угол вала 6 при помощи двигателя 5.

При хождении судна «полными» курсами отклонение парусов под воздействием ветровой нагрузки от вертикали позволяет судну в меньшей степени «зарываться» носом в воду, что также улучшает ходкость судна.

Центр парусности 20 - точка приложения равнодействующей аэродинамических сил воздействия ветра на парус-крыло.

Момент силы, отклоняющий от вертикали парус-крыло:

М_отк = F_y L, где F_Y - подъёмная сила, L - плечо силы;

F_y= C_yρV²S/2, где F_y - подъёмная сила, C_y – коэффициент подъёмной силы, ρ - плотность воздуха, V - скорость ветра, S –площадь проекционная.

Поскольку паруса-крылья на острых курсах устанавливаются парусной системой на ветер перед мачтой 1 и другими элементами парусной системы, это дает возможность устранить негативное влияние мачты 1, балок 3, валов 4 на аэродинамические характеристики парусов-крыльев, что также повышает эффективность использования парусной системы.

Предложенная парусная система, используемая определенным образом, повышает маневренность судна без применения вспомогательных средств, при необходимости позволяя судну двигаться задним ходом, совершать на полных курсах (фиг. 7а) более крутые повороты судна, вплоть до разворота «на месте», а на острых курсах (фиг. 7б) - эффективное замедление («торможение») судна, что позитивно сказывается на безопасности судовождения.

Для управления вектором тяги, центром парусности и углом атаки парусов-крыльев, т.е. в целом повышения эффективности работы парусной системы используется: поворот балок 3 вокруг вертикальной оси мачты 1, продольное перемещение и поворот ползунов 18 по балкам, а также продольное скольжение по валу суппортов 9.

В зависимости от водоизмещения на судне устанавливают одну или несколько парусных систем.

Возможно также масштабирование предложенной парусной системы: по вертикали – за счет увеличения ярусов парусной системы телескопическими стеньгами со скользящими вверх и вниз балками (для складывания мачт); по горизонтали – за счет установки дополнительных мачт.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструкциям ветровых движителей водных судов различных типов, оборудованных системой жестких парусов. Парусная система включает в себя мачту и жесткие паруса, а также устройство для поворота на 360° в горизонтальной плоскости, по меньшей мере, двух балок, причем с каждой балкой конструктивно связана, по меньшей мере, одна букса, к одной плоскости которой присоединен двигатель для вращения вала, а с другой стороны в нее установлен на подшипниках вал с возможностью вращения, на котором закреплен, по меньшей мере, один суппорт, выполненный с возможностью поступательно перемещаться вдоль вала, а также вверх и вниз относительно оси вала, имеющий конструктивные элементы для навешивания на него, по меньшей мере, одного жесткого паруса-крыла, имеющего несимметричный поперечный профиль. Парус-крыло состоит из одной опорной секции или нескольких секций, одна из которых является опорной. Парусная система выполнена с возможностью перехода из первого рабочего состояния, в котором валы расположены между мачтой и носом судна симметрично относительно диаметральной плоскости судна под углом от 130° до 180° друг к другу. Паруса-крылья передними кромками приведены встык друг к другу, формируя один прямой парус, а выпуклые поверхности парусов-крыльев обращены к носу судна. Во второе рабочее состояние, в котором валы расположены параллельно друг другу, в направлении на ветер под заданным углом атаки, паруса-крылья передними кромками направлены на ветер, а своей выпуклой поверхностью обращены в носовую часть судна. Достигается повышение ходовых качеств и мореходности судна, уменьшение его крена, а также упрощение системы управления парусами на всех курсах относительно ветра. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Парусная система, включающая в себя мачту и жесткие паруса, отличающаяся тем, что мачта снабжена устройством для поворота на 360° в горизонтальной плоскости, по меньшей мере, двух балок, причем с каждой балкой конструктивно связана, по меньшей мере, одна букса, к одной плоскости которой присоединен двигатель для вращения вала, а с другой стороны в нее установлен на подшипниках вал с возможностью вращения, на котором закреплен, по меньшей мере, один суппорт, выполненный с возможностью поступательно перемещаться вдоль вала, а также вверх и вниз относительно оси вала, имеющий конструктивные элементы для навешивания на него, по меньшей мере, одного жесткого паруса-крыла, имеющего несимметричный поперечный профиль, причем парус-крыло состоит из одной опорной секции или нескольких секций, одна из которых является опорной, при этом парусная система выполнена с возможностью перехода из первого рабочего состояния, в котором валы расположены между мачтой и носом судна симметрично относительно диаметральной плоскости судна под углом от 130° до 180° друг к другу, паруса-крылья передними кромками приведены встык друг к другу, формируя один прямой парус, а выпуклые поверхности парусов-крыльев обращены к носу судна, во второе рабочее состояние, в котором валы расположены параллельно друг другу, в направлении на ветер под заданным углом атаки, паруса-крылья передними кромками направлены на ветер, а своей выпуклой поверхностью обращены в носовую часть судна.

2. Парусная система по п.1, отличающаяся тем, что букса связана с балкой посредством установки буксы в поворотную часть ползуна, содержащего элемент скольжения для размещения ползуна на балке.

3. Парусная система по п.1, отличающаяся тем, что с каждой балкой конструктивно связаны две буксы.

4. Парусная система по п.1, отличающаяся тем, что парус-крыло состоит из трех и более секций, причем общее количество секций составляет нечетное число, а секции выполнены с возможностью телескопического складывания-раскладывания.

5. Парусная система по п.1, отличающаяся тем, что на суппорт навешано более одного паруса-крыла.

6. Парусная система по п.1, отличающаяся тем, что на валу закреплено более одного суппорта.

7. Парусная система по п.1, отличающаяся тем, что парус-крыло имеет выпукло-вогнутый поперечный профиль.

8. Парусная система по п.1, отличающаяся тем, что мачта и вал выполнены телескопическими.