BE1015726A3

BE1015726A3 - Zelfvarende aandrijfeenheid.

Info

Publication number: BE1015726A3
Application number: BE2003/0551A
Authority: BE
Inventors: Geert Maria Hugo Pauwels
Original assignee: Creative Products Bv Met Beper
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-07-05

Abstract

Zelfvarende aandrijfeenheid voor het aandrijven van een vaartuig door middel van een vlieger of zogenaamde "power kite", daardoor gekenmerkt dat zij voorzien is van middelen voor het compenseren van de zijwaartse kracht (Fs) en de opwaartse kracht (Fu) die door de vlieger (2) wordt uitgeoefend.

Description


  Zelfvarende aandrijfeenheid.

  
De huidige uitvinding heeft betrekking op een zelfvarende aandrijfeenheid, meer bepaald een zelfvarende aandrijfeenheid die voorzien is van een vlieger of zogenaamde "power kite".

  
Meer speciaal nog betreft de uitvinding een zelfvarende aandrijfeenheid die de tractie van een vaartuig minstens gedeeltelijk voor zich neemt.

  
Het vaartuig kan eventueel een installatie of zogenaamde energietransformator bevatten die minstens een gedeelte van de mechanische energie omzet in bijvoorbeeld chemische energie, zodat de zelfvarende aandrijfeenheid aangewend kan worden voor energievoorziening.

  
Het is bekend dat vliegers of zogenaamde "power kites" bij voorkeur op grote hoogte boven het wateroppervlak worden toegepast omdat de windsnelheid daar beduidend groter is dan net boven het wateroppervlak en dat bijgevolg de energieopwekking sterk toeneemt.

  
Een probleem dat zich stelt bij de aandrijving van een vaartuig met behulp van zulke vliegers, is dat slechts de component van de trekkracht in de vaarrichting van nut is.

  
De trekkracht kan worden opgesplitst in drie componenten, namelijk de component volgens de vaarrichting, de zijwaartse component die horizontaal en loodrecht op de vaarrichting gericht is en de opwaartse component die verticaal op het wateroppervlak gericht is.

  
De zijwaartse component brengt het vaartuig uit evenwicht en is verantwoordelijk voor het schuin liggen van het vaartuig. Bij zeilboten wordt dit fenomeen opgevangen door een grote ballast te voorzien waardoor echter de wrijving van de romp met het water wordt verhoogd.

  
Bij bekende vaartuigen die bedoeld zijn voor snelheidsprestaties, wordt de opwaartse component nuttig gebruikt om de romp meer uit het water te tillen, zodat het vaartuig sneller gaat planeren.

  
Het nadeel is echter dat dit effect slechts bekomen kan worden bij speciaal geconstrueerde vaartuigen of bij bestaande vaartuigen die ingrijpend dienen te worden aangepast. Bovendien is het vanzelfsprekend dat de opwaartse kracht beduidend lager moet blijven dan het gewicht van het vaartuig, waardoor de oppervlakte van de vlieger sterk beperkt wordt.

  
De huidige uitvinding heeft een zelfvarende aandrijfeenheid tot doel die de voornoemde en andere nadelen uitsluit.

  
Tot dit doel is de zelfvarende aandrijfeenheid voor het aandrijven van een vaartuig door middel van een vlieger of zogenaamde "power kite" voorzien van middelen voor het compenseren van de zijwaartse kracht en de opwaartse kracht die door de vlieger wordt uitgeoefend.

  
Het voordeel dat hierdoor bekomen wordt is dat de vlieger zeer grote afmetingen kan aannemen of dat verschillende vliegers met elkaar verbonden kunnen worden zodat een grote nuttige aandrijfkracht in de richting van de vaarrichting bekomen wordt.

  
Bovendien laat het gebruik van een zelfvarende aandrijfeenheid volgens de uitvinding toe een vaarkoers aan te nemen dwars op de windrichting, zodat nagenoeg heen en weer gevaren kan worden, wat vooral voordelig is indien het vaartuig voorzien is van een energietransformator en enkel bedoeld is om mechanische energie om te zetten in opgeslagen chemische energie of in andere energievormen.

  
Volgens een eerste voorkeurdragende uitvoeringsvorm bestaan de middelen voor het compenseren van de zijwaartse kracht en de opwaartse kracht hoofdzakelijk uit een vleugel en een regelmechanisme.

  
Het regelmechanisme bestaat volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm uit een verbindingsstaaf die, enerzijds, scharnierend verbonden is met de vleugel en, anderzijds, scharnierend verbonden is met een hefboomarm waarmee, enerzijds, een sleeplijn van het vaartuig is verbonden en waarmee, anderzijds, op scharnierende wijze, een stuurstang of dergelijke verbonden is die tevens scharnierend verbonden is met de vleugel. 

  
Het voordeel van zulk regelmechanisme is dat het eenvoudig is en bijgevolg prijsgunstig en onderhoudsvriendelijk en dat zulk regelmechanisme zeer breukbestendig uitgevoerd kan worden.

  
Volgens een andere voorkeurdragende uitvoeringsvorm bevat het regelmechanisme elektrische, hydraulische of pneumatische bekrachtigingsmiddelen en is het eventueel voorzien van een elektronische controle-eenheid.

  
Zulke regelmechanismen hebben het voordeel dat de dynamische eigenschappen van de zelfvarende aandrijfeenheid kunnen worden bijgestuurd.

  
In de praktijk is zulke zelfdragende aandrijfeenheid bij zonder geschikt voor het trekken van een vaartuig dat een energietransformator bevat die bij voorkeur voorzien is van middelen welke de mechanische energie gebruiken om een generator aan te drijven, bijvoorbeeld door middel van een turbine, waarna de opgewekte elektrische energie bijvoorbeeld verder wordt aangewend voor de omzetting van water in waterstof en zuurstof en waarbij de geproduceerde waterstof opgeslagen kan worden via bekende opslagmethodes.

  
Het voordeel van zulke energietransformator is dat water voldoende voorradig is en dat de opslag van waterstof zeer efficiënt kan gebeuren en dat waterstof een zeer milieuvriendelijke groene brandstof is.

  
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend

  
 <EMI ID=1.1> 

  
van een zelfvarende aandrijfeenheid, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:
Figuur 1 schematisch een zicht weergeeft van een zelfvarende aandrijfeenheid volgens de uitvinding; figuur 2 een zicht weergeeft van de zelfvarende aandrijfeenheid volgens pijl F2 in figuur 1; figuur 3 het zicht weergeeft volgens pijl F3 in figuur 1; figuur 4 de krachtencomponenten weergeeft die de wind veroorzaakt in de vlieger.

  
De zelfvarende aandrijfeenheid 1 volgens de uitvinding bestaat in hoofdzaak uit een vlieger 2, die in gebruik in de lucht en meestal boven het wateroppervlak 3 is voorzien, en die rechtstreeks of onrechtstreeks met behulp van kabels 4 of dergelijke met een vleugel 5 is verbonden die onder het wateroppervlak 3 is aangebracht, en uit een sleeplijn 6 van een vaartuig 7.

  
De vleugel 5 heeft bij voorkeur een slanke en gerekte vorm waarvan de dwarsdoorsnede een ronde neus 8 vertoont die geleidelijk versmalt naar een puntvormige staart 9.

  
De aslijn van de vleugel 5, meer bepaald de verbindingslijn van de neus 8 met de staart 9, vormt een hoek met de bewegingsrichting Z die de aanvalshoek y wordt genoemd. 

  
De vleugel 5 is aan haar zij kanten 10 ter hoogte van de staart 9 voorzien van vinnen 11 die dwars op de vleugel 5 zijn gericht.

  
Verder is de vleugel 5 nabij zijn centerpunt van een spil
12 voorzien waarmede een verbindingsstaaf 13 nabij haar eerste uiteinde op scharnierende wijze met de vleugel 5 verbonden is.

  
De voornoemde verbindingsstaaf 13 is nagenoeg centraal verbonden met een vlotter 14, ' terwijl aan zijn tweede uiteinde een spil 15 is voorzien waarrond een hoofdzakelijk U-vormige hefboomarm 16 scharnierend is aangebracht.

  
De U-vormige hefboomarm 16 bestaat hoofdzakelijk uit twee benen 17 en een halfrond verbindingsgedeelte 18 waarmee de sleeplijn 6 van het vaartuig 7 is verbonden, terwijl aan elk van de uiteinden 19 van de benen 17 op scharnierende wijze een stuurstang of dergelijke 20 is voorzien.

  
Deze stuurstangen 20 zijn aan hun andere vrije uiteinde scharnierend verbonden met de .vleugel 5, meer bepaald nabij de staart 9.

  
Het is duidelijk dat de stuurstangen 20 bijvoorbeeld ook kettingen kunnen zijn.

  
Het geheel van de scharnierend met elkaar verbonden staven, stangen of kettingen en dergelijke vormt het regelmechanisme 21 van de zelfvarende aandrijfeenheid 1.

  
Met de spil 15 zijn eveneens de kabels 4 of dergelijke van de vlieger 2 verbonden.

  
De werking van de zelfvarende aandrijfeenheid 1 is eenvoudig en als volgt.

  
De kracht F die de wind veroorzaakt in de vlieger 2 wordt via de kabels 4 of dergelij ke doorgegeven aan de spil 15 en kan, zoals weergegeven in figuur 4, ontbonden worden in drie componenten, namelijk de component Fz volgens de vaarrichting Z, de zijwaartse component Fs die horizontaal en loodrecht op de vaarrichting Z gericht is en de opwaartse component Fu die verticaal op het wateroppervlak 3 gericht is.

  
De component Fz van de trekkracht in de vaarrichting Z wordt nagenoeg volledig aangewend voor het aandrijven van het vaartuig 7.

  
De krachtencomponenten Fu en Fs worden door de zelfvarende aandrijfeenheid 1 volgens de uitvinding geneutraliseerd, meer bepaald door middel van de vleugel 5 waarvan de aanvalshoek y wordt geregeld door het regelmechanisme 21 waarvan de werking hierna wordt uitgelegd.

  
Wanneer ten gevolge van een toenemende opwaartse kracht Fu de vlotter 14 en het volledige regelmechanisme 21 uit het water wordt getild, zal de sleeplijn 6 het verbindingsgedeelte 19 van de U-vormige hefboomarm 16 enigszins naar het wateroppervlak 3 doen scharnieren, waardoor, via de stuurstangen 20 of dergelijke, de aanvalshoek y zodanig wordt bijgestuurd dat een tegengestelde kracht wordt ontwikkeld door de naar beneden duikende vleugel 5 totdat een nieuw krachtenevenwicht wordt bereikt tussen de opwaartse kracht Fu van de vlieger en de neerwaartse kracht van de vleugel.

  
De constructie is bij voorkeur zodanig opgebouwd dat de sleeplijn 6 in evenwicht horizontaal is.

  
Bij toenemende zijwaartse kracht Fs wordt de spil 15, waarmee de kabels 4 of dergelijke van de vlieger 2 verbonden zijn, en bijgevolg ook.de verbindingsstaaf 13 en het volledige regelmechanisme 21, zijwaarts gekanteld.

  
Door deze kanteling zal de sleeplijn 6 het verbindingsgedeelte 19 van de U-vormige hefboomarm 16 enigszins naar het wateroppervlak 3 verplaatsen, waardoor op gelijkaardige wijze de aanvalshoek y zodanig wordt bijgestuurd dat een tegengestelde zijwaartse kracht wordt ontwikkeld door de zijwaarts naar beneden duikende vleugel 5 totdat een nieuw krachtenevenwicht wordt bereikt.

  
De vinnen 11 voorkomen het spinnen van de vleugel 5, zodat deze steeds met de neus 8 in de vaarrichting Z wijst. 

  
Het is duidelijk dat het regelmechanisme 21 anders kan worden opgebouwd en bijvoorbeeld voorzien kan zijn van bekrachtigingsmiddelen waarvan de besturing gecontroleerd kan worden door.bijvoorbeeld een elektronische controle eenheid.

  
De bekrachtiging kan, zowel hydraulisch, pneumatisch, als elektrisch zijn.

  
Ook is het duidelijk dat in het hierboven beschreven mechanische regelmechanisme 21, de vormgeving, de verbindingsmiddelen, de keuze en de samenbouw van de onderdelen anders kan worden uitgevoerd.

  
Zo kunnen de stuurstangen 20 bijvoorbeeld vervangen worden door kettingen of dergelijke, kunnen de stuurstangen 20 op andere punten met de hefboomarm en met de vleugel 5 verbonden worden en kan de vlotter 14 eventueel weggelaten worden.

  
Voor een praktische uitvoering is het uiteraard mogelijk verschillende vliegers en/of verschillende vleugels te voorzien.

  
We merken op dat het vaartuig 7 voorzien kan zijn van een energietransformator die bijvoorbeeld voorzien is van middelen welke de mechanische energie gebruiken om een generator aan te drijven, bijvoorbeeld door middel van een turbine, waarna de opgewekte elektrische energie wordt aangewend voor de omzetting van water in waterstof en zuurstof. 

  
Ook de vleugel kan voorzien zijn van zulke energietransformator en het is duidelijk dat ook de vlotter 14 vervangen kan worden door één of ander vaartuig waarin al dan niet een energietransformator is voorzien, en dat, in dat geval, het vaartuig 7 vervangen kan worden door een voortgesleepte vlotter.

  
De vlotter 14 of de vleugel 5 kunnen ook een roer en een turbine bevatten die door middel van een afstandsbediening bediend kunnen worden en waarbij de turbine als aandrijfmiddel of als energietransformator aangewend kan worden, waarbij de benodigde of de bekomen energie kan worden uitgewisseld met een centrale opslag.

  
De vlotter 14 kan ook worden uitgevoerd met één of meer vuldoppen, bijvoorbeeld onderaan en bovenaan, zodanig dat de vlotter 14 deels met water kan worden gevuld. De vlotter 14 behoudt dan drijfvermogen, doch fungeert ook als ballast. Indien de verbindingsstaaf 13 hol uitgevoerd wordt, kan deze desgevallend ook van vuldoppen voorzien worden en kan deze tevens als vlotter dienen. De verbindingsstaaf 13 kan in de vorm van een vleugel of vin worden uitgevoerd, zodat ook de beschreven vinnen 11 aan de zijkanten 10 van de vleugel 5 kunnen worden weggelaten. 

  
We merken op dat de kabels 4 en de vlieger 2 voorzien kunnen zijn van holtes, en dat de zelfvarende aandrijfeenheid 1 of het vaartuig 7 voorzien kunnen zijn van een waterstofgenerator of een luchtcompressor, om te bekomen dat de vlieger 2 en de kabels 4 drijvend worden gehouden bij windstilte.

  
Het is tenslotte duidelijk dat meerdere vaartuigen 7 verbonden kunnen worden met een zelfvarende aandrijfeenheid 1, en dat ook meerdere zelfvarende aandrijfeenheden 1 verbonden kunnen worden met één of meerdere vaartuigen 7, waarbij iedere aandrijfeenheid 1 op zich een veelvoud aan vleugels (5), vliegers (2), regelmechanismen (21) en/of andere van de voornoemde elementen kan bevatten.

  
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven zelfvarende aandrijfeenheid, doch zulke zelfvarende aandrijfeenheid volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Conclusies.

1. Zelfvarende aandrijfeenheid voor het aandrijven van

een vaartuig door middel van een vlieger of zogenaamde "power kite", daardoor gekenmerkt dat zij voorzien is van middelen voor het compenseren van de zijwaartse <EMI ID=2.1>

vlieger (2) wordt uitgeoefend.

2. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 1,

daardoor gekenmerkt dat de middelen voor het

<EMI ID=3.1>

opwaartse kracht (Fu) hoofdzakelijk bestaan uit minstens één vleugel (5) en een regelmechanisme (21).

3. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 2,

daardoor gekenmerkt dat het regelmechanisme (21) minstens bestaat uit een verbindingsstaaf (13) die, enerzijds, scharnierend verbonden is met de vleugel

(5) en, anderzijds, scharnierend verbonden is met een hefboomarm (16) waarmee, enerzijds, een sleeplijn (6) van het vaartuig (7) is verbonden en waarmee, anderzijds, op scharnierende wijze een stuurstang (20) of dergelijke verbonden is die tevens scharnierend verbonden is met de vleugel (5).

4. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 3,

daardoor gekenmerkt dat de vlieger (2) direct of indirect met kabels of dergelijke (4) verbonden is met de verbindingsstaaf (13). 5. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 3,

daardoor gekenmerkt dat de stuurstang (20) of dergelijke, een ketting is.

6. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 3,

daardoor gekenmerkt dat de stuurstang (20) of dergelijke tussen de scharnierende verbinding met de vleugel (5) en de scharnierende verbinding met de hefboomarm (16), verbonden is met een vlotter (14).

7. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 3,

daardoor gekenmerkt dat de vleugel (5) een slanke en gerekte vorm heeft, waarvan de dwarsdoorsnede een ronde neus (8) vertoont die geleidelijk versmalt naar een puntvormige staart (9), en dat met de vleugel (5) en dwars op zijn lengteas minstens één vin (11) verbonden is.

8. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 2,

daardoor gekenmerkt dat het regelmechanisme (21) elektrische, hydraulische of pneumatische bekrachtigingsmiddelen bevat.

9. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 2,

daardoor gekenmerkt dat het regelmechanisme (21) voorzien is van een elektronische controle-eenheid.

10. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens één of meerdere

van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat het vaartuig (7) een energietransformator bevat. 11. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 6,

<EMI ID=4.1>

energietransformator bevat.

12. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 2,

daardoor gekenmerkt dat de vleugel (5) een energietransformator bevat.

13. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens één van de

conclusies 10. tot 12, daardoor gekenmerkt dat de energietransformator middelen bevat om water (H20) om

<EMI ID=5.1>

14. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 6,

daardoor gekenmerkt dat de- vleugel (5) en/of de vlotter (14) een turbine bevat die, zowel als aandrijfmiddel, of als energietransformator kan worden aangewend.

15. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 14,

daardoor gekenmerkt dat de turbine voorzien is van een afstandsbediening.

16. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 4,

daardoor gekenmerkt dat minstens delen van de kabels

(4) en de vlieger (2) hol zijn en dat de zelfvarende aandrijfeenheid (1) of het vaartuig (7) voorzien is van een waterstofgenerator of een luchtcompressor, om te bekomen dat de vlieger (2) en de kabels (4) drijvend worden gehouden bij windstilte. 17. Zelfvarende' aandrijfeenheid volgens conclusie 6,

daardoor gekenmerkt dat de vlotter (14) hol is uitgevoerd en voorzien is van één of meer vuldoppen.

18. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 3,

daardoor gekenmerkt dat de verbindingsstaaf (13) hol is uitgevoerd en voorzien is van één of meer vuldoppen.

19. Zelfvarende aandrijfeenheid volgens conclusie 3,

daardoor gekenmerkt dat de verbindingsstaaf (13) een vleugel- of vinvormige dwarsdoorsnede heeft.