DE69921173T2

DE69921173T2 - Tragflügelsegelboot

Info

Publication number: DE69921173T2
Application number: DE69921173T
Authority: DE
Inventors: Stephen Para Hills Bourn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: DE69921173D1; EP1127002A1; EP1127002B1; US6675735B1; AUPP691498A0; WO2000026083A1; EP1127002A4; ATE279354T1; AU750682B2; AU1531800A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Segelfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein windkraftbetriebenes Segelfahrzeug mit im Vergleich zum Stand der Technik verbesserter Geschwindigkeitsleistung.
Hintergrund der Erfindung
Mit Segeln betriebene Wasserfahrzeuge sind seit vielen Jahren wohlbekannt und wurden für viele Zwecke, einschließlich Handels- und Militäranwendungen, verwendet. In letzter Zeit sind mit dem Aufkommen von aktiven Antriebssystemen windkraftbetriebene Segelfahrzeuge im allgemeinen auf Freizeitaktivitäten beschränkt.
Beliebte Formen moderner Segelfahrzeuge umfassen Yachten, Katamarane und Surfbretter. Während in letzter Zeit die Anwendungen für diese Art von Wasserfahrzeug mehr und mehr beschränkt wurden, gibt es noch immer ein großes Interesse an Freizeitanwendungen. Der Freizeitmarkt ist sehr groß und der Wettbewerb bezüglich neuer und verbesserter Konstruktionen ist beträchtlich.
Insbesondere gibt es einen beträchtlichen Wettbewerb bezüglich der Herstellung eines Segelfahrzeugs mit überlegener Geschwindigkeitsleistung im Vergleich zu Konstruktionen des Stands der Technik. In dieser Hinsicht ist der Wettbewerb bezüglich der Herstellung von Segelfahrzeugen mit immer mehr verbesserter Geschwindigkeitsleistung ähnlich dem Wettbewerb bezüglich der Herstellung von mit Sonnenenergie betriebenen oder mit Menschenkraft betriebenen Fahrzeugen mit einer größerer Leistung als ihre Vorgänger. Ein bemerkenswertes Beispiel dieser Art von Wasserfahrzeug, das konstruiert wurde, um die bestbekannte Geschwindigkeitsleistung zu erbringen, ist die in Australien konstruierte "Yellow Pages Endeavour", die ein windkraftbetriebenes Segelfahrzeug ist, bei dem eine durchschnittliche Spitzengeschwindigkeit von 46,52 Knoten bei einer wahren Windgeschwindigkeit von 19 Knoten bei einer minimalen Wellenhöhe registriert wurde.
Jedoch unterliegt die "Yellow Pages Endeavour" Einschränkungen, da sie im Vergleich zu allgemein verfügbaren Wasserfahrzeugen eine verringerte Handling-Fähigkeit besitzt. Das signifikanteste ist, dass das Wasserfahrzeug nur auf einem Bug segeln kann.
Die vorliegende Erfindung soll ein windkraftbetriebenes Segelfahrzeug mit einer im Vergleich zum Stand der Technik überlegenen Geschwindigkeitsleistung schaffen. Des weiteren ist auch beabsichtigt, ein windkraftbetriebenes Segelfahrzeug zu schaffen, das eine verbesserte Geschwindigkeitsleistung aufweist ohne die Handling-Fähigkeiten zu opfern wie dies im allgemeinen im Stand der Technik der Fall ist.
Einige der grundlegenden Terminologien, die in der gesamten Beschreibung verwendet werden, werden unter Bezugnahme auf 1 eingeführt, die die grundlegenden Prinzipien der Wasserfahrzeuggeschwindigkeit in Beziehung zu der wahren Windgeschwindigkeit darlegt. Insbesondere stellt 1 schematisch die theoretische maximale Wasserfahrzeuggeschwindigkeit dar, die mit irgendeiner Art von Wasserfahrzeug erzielt werden kann. Eine Analyse von 1 ergibt eine Reihe von Beziehungen, die in 2 aufgetragen sind.
1 ist ein Vektordiagramm, in dem ein geometrischer Ort aller möglichen Geschwindigkeiten eines Segelfahrzeugs, mit V angegeben, für eine gegebene wahre Windgeschwindigkeit, mit V_T angegeben, und einen scheinbaren Windwinkel, mit β bezeichnet, detailliert angegeben ist. Die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs kann in eine Rückenwind- und eine Gegenwindkomponente projiziert werden, wobei die maximalen erzielbaren Rückenwind- und Gegenwindgeschwindigkeiten mit V_D bzw. V_U bezeichnet sind.
Die scheinbare Windgeschwindigkeit ist mit V_A bezeichnet. Für einen gegebenen Wert des wahren Winds V_T und des scheinbaren Windwinkels β umfaßt der Bereich aller möglichen Wasserfahrzeuggeschwindigkeiten einen Bogen eines Kreises, wobei die wahre Windgeschwindigkeit eine Kreissehne ist. Der Bogen, der alle möglichen Wasserfahrzeuggeschwindigkeiten darstellt, wird mit V_POSS bezeichnet. Die maximale mögliche Wasserfahrzeuggeschwindigkeit tritt auf, wenn die Geschwindigkeit V den Mittelpunkt des Kreises V_POSS schneidet und sich über den Durchmesser des Kreises erstreckt. In dieser Position ist die erzielbare maximale Geschwindigkeit mit V_max bezeichnet. Wenn der Kreis V_POSS den Bereich aller möglichen Wasserfahrzeuggeschwindigkeiten bezeichnet, ist leicht ersichtlich, daß die maximale Gegenwindkomponente der Geschwindigkeit V_U und die Rückenwindkomponente der Geschwindigkeit V_D Projektionen von dem Kreis der V_POSS parallel der wahren Windgeschwindigkeit V_T sind.
Aus dem Vektordiagramm von 1 kann leicht abgeleitet werden, daß die maximale Geschwindigkeit V_max durch:
angegeben ist.
Die maximale Geschwindigkeit, die sich bei Gegenwind nachgewiesen ist, d.h. die Gegenwindkomponente V_U, ist durch
angegeben.
Die maximale Geschwindigkeit, die sich bei Rückenwind V_D ergibt, ist durch
angegeben.
Die mit V_U verbundene Bootgeschwindigkeit ist durch
angegeben.
Der entsprechende scheinbare Wind ist durch
angegeben.
Das entsprechende Verhältnis von Bootgeschwindigkeit zu scheinbarer Windgeschwindigkeit ist durch
angegeben.
Diese Beziehungen sind zeichnerisch für den sich verändernden, scheinbaren Windwinkel β angegeben und erscheinen in 2. Die vertikale Achse des Diagramms von 2 stellt Einheiten der wahren Windgeschwindigkeit dar, wobei eine Einheit die wahre Windgeschwindigkeit darstellt. Die horizontale Achse stellt den sich verändernden, scheinbaren Windwinkel von 0° bis 90° dar.
Wie aus dem Diagramm von 2 ersichtlich ist, besitzt die zeichnerische Darstellung, die die Höchstgeschwindigkeit des Wasserfahrzeugs bezeichnet, V_max, einen Wert, der sich der Grenze der wahren Windgeschwindigkeit nähert, da sich der scheinbare Windwinkel 90° nähert und da die Höchstgeschwindigkeit mit sich verringerndem scheinbaren Windwinkel zunimmt. Die "Yellow Pages Endeavour" erzielte eine Höchstgeschwindigkeit von etwa dem 2,5-fachen der wahren Windgeschwindigkeit am Tag des Tests wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, dies stellt einen scheinbaren Windwinkel von etwa 25° dar.
Die wahren Windwinkel, mit λ bezeichnet, für eine Höchstgeschwindigkeit und maximale Rückenwind- und Gegenwindkomponenten sind wie folgt:
V_max wird erzielt bei
V_U wird erzielt bei
V_D wird erzielt bei
Es ist jedoch sehr schwierig, niedrige Werte des scheinbaren Windwinkels bei einem Segelfahrzeug zu erhalten, während man gleichzeitig das Segelfahrzeug segelt und steuert.
Die vorstehend angegebene Analyse und die schematischen Darstellungen von 1 und 2 sind auf alle Typen von Segelfahrzeugen anwendbar. Sie stellen die theoretischen Prinzipien wirksam dar, die ungeachtet der Struktur des Wasserfahrzeugs anwendbar sind.
Während die vorstehende Analyse allgemein auf jeden Typ von Wasserfahrzeug anwendbar ist, konzentriert sich die nachfolgende Erörterung auf die allgemeinen Prinzipien, die sich auf die Struktur von Wasserfahrzeugen beziehen und führt zu einer detaillierten Erörterung der spezifische Struktur des Wasserfahrzeugs der vorliegenden Erfindung.
Bei der Konstruktion von Hochleistungs-Segelfahrzeugen ist es notwendig, drei Hauptklassen von Kraft in Betracht zu ziehen, nämlich die aerodynamische, die hydrodynamische und die Schwerkraft. Hydrostatische Kräfte können als vernachlässigbar erachtet werden, wenn das Wasserfahrzeug eine ausreichende Geschwindigkeit besitzt. Die resultierende Schwerkraft ist eine einzige Kraft, die durch das Zentrum der Masse wirkt. Die aerodynamischen Kräfte können auf eine einzige resultierende Kraft und möglicherweise ein Restdrehmoment mit einer Achse parallel zur Wirkungslinie der resultierenden Kraft reduziert werden. Eine ähnliche Reduktion ist auf die hydrodynamischen Kräfte anwendbar. Idealerweise sind die Restdrehmomente vernachlässigbar, womit nur die sich ergebenden aerodynamischen, hydrodynamischen Kräfte und die Schwerkraft in Betracht gezogen müssen. Falls drei nichtparallele Kräfte auf einen starren Körper wirken, dann muß sich das Gleichgewicht der Kräfte auf Null addieren, muß koplanar sein und muß gleichzeitig sein.
Des weiteren wurde seit einiger Zeit erkannt, daß die Analyse des Betriebs eines Segelfahrzeugs von der Perspektive des Inbetrachtziehens des Wassers und der Luft als zwei an einer Grenzfläche aufeinander treffenden Fluida von beträchtlich unterschiedlicher Dichte in Betracht gezogen werden kann. Als solche befinden sich Segelfahrzeuge an der Grenzfläche der zwei Fluida und treffen auf die Fluida, wobei sich die Wassertragflügel ins Wasser und die Lufttragflügel in die Luft erstrecken. Die Ausnutzung dieser Grenzfläche ist tatsächlich die Basis des Betriebs von Segelfahrzeugen.
Bei den meisten konventionellen Segelfahrzeugkonstruktionen stehen der Wassertragflügel und der Lufttragflügel in im allgemeinen senkrechter Ausrichtung. In dem Fall einer Yacht bildet der Kiel den Wassertragflügel und das Segel bildet den Lufttragflügel. In diesem Fall ist die Analyse der verschiedenen Kräfte, die auf das Boot zur Erzeugung der Bewegung des Boots einwirken, relativ einfach, da die meisten der Kräfte, die auf den Wassertragflügel und den Lufttragflügel einwirken, im wesentlichen parallel zur horizontalen Ebene der Grenzfläche zwischen den beiden Fluida liegen. Es ist für Personen mit einem grundlegenden Verständnis der Vektoraddition ersichtlich ist, daß die Aufgabe der Analysierung der resultierenden Kräfte sehr vereinfacht ist, wenn die Kräfte innerhalb einer einzigen Ebene dargestellt werden können. Es ist herkömmlich, Krängungsmomente unabhängig in Betracht zu ziehen. Stampfmomente werden oft formell nicht in Betracht gezogen. Die Abstützung des Gewichts des Wasserfahrzeugs wird auch unabhängig für sowohl Niedrigleistungsals auch Hochleistungswasserfahrzeuge in Betracht gezogen, die durch hydrostatische bzw. dynamische Kräfte abgestützt werden.
Alternative Segelfahrzeugkonstruktionen sind auch vorgeschlagen worden, die den Standard der im allgemeinen vertikalen Ausrichtung zwischen dem Wassertragflügel und dem Lufttragflügel nicht aufrechterhalten.
Die Anmelderin hat jedoch mit Bezug auf Konstruktionen des Stands der Technik, die keinen allgemein ausgerichteten Wassertragflügel und Lufttragflügel aufweisen, den Eindruck, daß es Beschränkungen der Analyse der Kräfte und der Wechselwirkungen der Kräfte auf das Segelfahrzeug gegeben hat. Dieses Fehlen der vollständigen Analyse der in Wechselwirkung stehenden Kräfte hat zu dem Fehlen des richtigen Verständnisses der Wirkungsweise dieser Kräfte und folglich zu einer Nichtoptimierung der Leistung dieser Wasserfahrzeuge geführt.
Insbesondere hat die Anmelderin erkannt, daß es für eine korrekte Analyse der Kräfte, die auf ein Segelfahrzeug einwirken, wichtig ist, die Kräfte, die auf die Grenzfläche (d.h. die horizontale Ebene) projiziert werden, sowie die tatsächlichen Kräfte, die auf das Wasserfahrzeug einwirken, in Betracht zu ziehen. Bei herkömmlichen Konstruktionen, bei denen ihre tatsächlichen Kräfte im wesentlichen parallel zu der horizontalen Ebene liegen, war die herkömmliche Analyse für die Struktur des Wasserfahrzeugs korrekt. Wenn jedoch von herkömmlichen Strukturen abgewichen wird, führt das Nichterkennen dieses wichtigen Aspekts zu nichtoptimalen strukturellen Konstruktionen.
Bei der vorliegenden Erfindung hat die Anmelderin die Erkenntnis der Notwendigkeit, die Projektion der Kräfte auf die horizontale Ebene in Betracht zu ziehen für die Analyse der Struktur des Segelfahrzeugs in Betracht gezogen und ein verbessertes Segelfahrzeug im Vergleich zum Stand der Technik entwickelt.
Als Teil dieser Erkenntnis hat die Anmelderin realisiert, daß zur Bewirkung einer verbesserten strukturellen Konstruktion verschiedene Komponenten des Wasserfahrzeugs verschiedene Freiheitsgrade erfordern würden. Dementsprechend und anders als bei der "Yellow Pages Endeavour" kann das verbesserte Segelfahrzeug der vorliegenden Erfindung auf jedem Bug segeln. Als Ergebnis dieser Analyse hat die Anmelderin ein Segelfahrzeug mit einer theoretisch verbesserten Leistung im Vergleich zum Stand der Technik entwickelt, ohne die Fähigkeit, auf jedem Bug zu segeln, zu opfern.
Das Dokument D1 (FR-A-2676705) offenbart ein windkraftbetriebenes Segelfahrzeug, umfassend eine Wassertragflügelanordnung, eine Lufttragflügelanordnung und einen Rumpf, wobei ein starrer Baum die Wassertragflügelanordnung, die Lufttragflügelanordnung und den Rumpf miteinander verbindet. Der Rumpf ist von der Wassertragflügelanordnung getrennt und versetzt und ist bei Gebrauch oberhalb des Wassers durch die Verbindung mit dem starren Baum abgestützt.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein windkraftbetriebenes Segelfahrzeug geschaffen, umfassend:
eine Wassertragflügelanordnung (3);
eine Lufttragflügelanordnung (7);
einen starren Baum (8); und
einen Rumpf (5), der mit dem starren Baum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassertragflügelanordnung (3) und die Lufttragflügelanordnung (7) an entgegengesetzten Enden des starren Baums (8) angeordnet sind und der Rumpf (5) sowohl von der Wassertragflügelanordnung als auch von der Lufttragflügelanordnung getrennt und versetzt ist; wobei während des Gebrauchs die Lufttragflügelanordnung entweder teilweise oder vollständig windabwärts bezüglich der Wassertragflügelanordnung versetzt ist und eine Wirkungslinie einer resultierenden Kraft der Luftragflügelanordnung und eine Wirkungslinie einer resultierenden Kraft der Wassertragflügelanordnung ungefähr durch einen gemeinsamen Punkt gehen, der auf einer vertikalen Linie durch den Schwerpunkt des Wasserfahrzeugs liegt, wobei beide resultierenden Kräfte der Wassertragflügel- und der Lufttragflügelanordnung von dem gemeinsamen Punkt weg gerichtet sind, wobei die resultierenden Kräfte der Wassertragflügel- und der Lufttragflügelanordnung horizontale Komponenten haben, die im we sentlichen die gleiche Größe besitzen und entgegengesetzt gerichtet sind, wobei die resultierende Kraft der Lufttragflügelanordnung eine vertikale Komponente hat, die nach oben gerichtet ist, wobei die resultierende Kraft der Wassertragflügelanordnung eine vertikale Komponente hat, die Null sein kann oder nach oben oder nach unten gerichtet sein kann, und wobei die Summe der vertikalen Komponenten der resultierenden Kräfte der Wassertragflügel- und der Lufttragflügelanordnung nach oben gerichtet ist und im wesentlichen die gleiche Größe wie das Gewicht des Fahrzeugs besitzt.
Der Rumpf ist derart mit dem starren Baum verbunden, daß sich der Rumpf, wenn er oberhalb des Wassers abgestützt ist, frei um eine im allgemeinen vertikale Achse drehen kann. Ohne irgend eine direkte Steuerung der Gierbewegung des Rumpfs, wird der Rumpf, wenn er oberhalb des Wassers abgestützt ist, eine Ausrichtung annehmen, die von der Luftströmung am Rumpf vorbei abhängt. Das Wasserfahrzeug kann jedoch ein Ruder oder Ruder umfassen, das bzw. die mit dem Rumpf verbunden ist bzw. sind, um die Gierbewegung des Rumpfs zu stabilisieren. Der Rumpf kann auch einen Ausleger umfassen, mit dem ein Ruder oder Ruder verbunden ist bzw. sind.
Es ist auch bevorzugt, daß die Wassertragflügelanordnung ein Wassertragflügelteil umfaßt, daß sich bei Gebrauch um eine Achse drehen kann, die im allgemeinen mit der Strömung des Wassers an dem Wassertragflügelteil vorbei fluchtet und daß die Lufttragflügelanordnung ein Lufttragflügelteil umfaßt, das sich bei Gebrauch um eine Achse drehen kann, die im allgemeinem mit der Strömung der Luft an dem Lufttragflügelteil vorbei fluchtet.
Des weiteren ist bevorzugt, daß sich das Wassertragflügelteil bei Gebrauch um eine Achse im allgemeinen quer zu der Strömung des Wassers an dem Wassertragflügelteil vorbei drehen kann, wobei die Achse auch im allgemeinen mit der seitlichen Achse des Wassertragflügelteils fluchtet. Es ist auch bevorzugt, daß sich das Lufttragflügelteil bei Gebrauch um eine Achse im allgemeinen quer zu der Strömung der Luft an dem Lufttragflügelteil vorbei drehen kann, wobei die Achse auch im allgemeinen mit der seitlichen Achse des Lufttragflügelteils fluchtet.
Wie die freie Drehung des Rumpfs um eine im allgemeinen vertikale Achse ist auch bevorzugt, daß die Wassertragflügelanordnung und die Lufttragflügelanordnung mit dem starren Baum derart verbunden sind, daß sie sich bei Gebrauch jeweils frei um eine im allgemeinen vertikale Achse derart drehen können, daß die seitlichen Achsen des Wassertragflügelteils und des Lufttragflügelteils im allgemeinen quer zu der Richtung der Strömung des Wassers oder der Luft an den Tragflügelteilen vorbei gehalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Wassertragflügelanordnung einen Wassertragflügelausleger und daran befestigte Stabilisierungsflügel, wobei der Wassertragflügelausleger fest an der Anordnung befestigt ist und sich stromabwärts des Wassertragflügelteils erstreckt und dabei hilft, die seitliche Achse des Wassertragflügelteils im allgemeinen quer zu der Strömung des Wassers, das an dem Was sertragflügelteil vorbei strömt, aufrechtzuerhalten, und dazu wirkt, die Gierbewegungen der Wassertragflügelanordnung zu stabilisieren.
Des weiteren umfaßt bei einer bevorzugten Ausführungsform die Lufttragflügelanordnung einen Lufttragflügelausleger und daran befestigte Stabilisierungsflügel, wobei der Lufttragflügelausleger fest an der Anordnung befestigt ist und sich stromabwärts des Lufttragflügelteils erstreckt und dabei hilft, die seitliche Achse des Lufttragflügelteils im allgemeinen quer zu der Strömung der Luft, die an dem Lufttragflügelteil vorbei strömt, aufrechtzuerhalten und dazu wirkt, die Gierbewegungen der Lufttragflügelanordnung zu stabilisieren.
Zur Verringerung des hydrodynamischen Widerstands ist bevorzugt, daß das Wassertragflügelteil von der Verbindung zwischen dem starren Baum und der Wassertragflügelanordnung getrennt und versetzt ist. Jedoch ist des weiteren bevorzugt, um ein Eintauchen der Verbindung zu vermeiden, daß sich die Achsen, die die Drehung der Wassertragflügelanordnung um eine im allgemeinen vertikale Achse und die Drehung des Wassertragflügelteils um eine Achse darstellen, die im allgemeinen mit der Strömung des Wassers an dem Wassertragflügelteil vorbei fluchtet, schneiden.
Bei einer Ausführungsform umfaßt der Rumpf ein Ruder, das bezogen auf den Rumpf nach hinten und nach oben angeordnet ist, und bei einer anderen Ausführungsform umfaßt der Rumpf ein Ruder, das bezogen auf den Rumpf nach hinten und nach unten angeordnet ist. Sei einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Rumpf ein Ruder, das bezogen auf den Rumpf nach hinten und nach oben angeordnet ist, und ein Ruder, das bezogen auf den Rumpf nach hinten und nach unten angeordnet ist. Bei dieser besonderen Ausführungsform können das Ruder, das bezogen auf den Rumpf nach hinten und nach oben angeordnet ist, und das Ruder, das bezogen auf den Rumpf nach hinten und nach unten angeordnet ist, bei Gebrauch unabhängig gesteuert werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Rumpf daran befestigte Schwimmkörper, um für die Stabilität des Rumpfs zu sorgen, während er sich auf der Wasseroberfläche befindet.
Die an den Tragflügelauslegern und dem Rumpf befestigten Stabilisierungsflügel können im allgemeinen horizontal ausgerichtete Schwimmkörper umfassen, die zu der Steuerung der Neigung des starren Baums beitragen. In einem geringeren Umfang können diese Stabilisierungsflügel auch die Rollstabilisierung des starren Baums unterstützen. Die Neigung des starren Baums wird auch dadurch stabilisiert, daß sich die Position des Mittelpunkts der Schwerkraft unterhalb der geraden Linie befindet, die den hydrodynamischen Mittelpunkt des Drucks und den aerodynamischen Mittelpunkt des Drucks verbindet. Dementsprechend ist bevorzugt, daß der Mittelpunkt der Schwerpunkt des Wasserfahrzeugs unterhalb einer geraden Linie liegt, die zwischen den hydrodynamischen und aerodynamischen Mittelpunkten des Drucks projiziert ist.
Um eine verbesserte Leistung zu erzielen, ist bevorzugt, das Wasserfahrzeug derart zu konstruieren, daß der Winkel zwischen der horizontalen Ebene und der geraden Linie, die den hydrodynamischen Mittelpunkt des Drucks und den aerodynamischen Mittelpunkt des Drucks im Gebrauch verbindet, so klein wie möglich ist. Dies hat selbstverständlich einen Einfluß auf andere Beschränkungen mit Bezug auf die physischen Abmessungen der verbleibenden Aspekte des Wasserfahrzeugs, insbesondere der Spannweite des Lufttragflügels und der Breite des starren Baums. Mit Bezug auf die Flügelanordnungen ist es bevorzugt, die Flügelanordnungen derart zu konstruieren, daß mindestens einer der Flügel einen Auftriebskoeffizienten mit einem großen Bereich besitzt.
Um den Widerstand zu verringern, ist bevorzugt, daß alle Elemente des Wasserfahrzeugs gemäß aerodynamischen und hydrodynamischen Grundsätzen stromlinienförmig gestaltet werden. Insbesondere ist bevorzugt, daß der starre Baum einen stromlinienförmigen Querschnitt besitzt, um die auf das Wasserfahrzeug aufgebrachten Widerstandskräfte zu verringern.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der starre Baum zwei verschiedene verbundene Abschnitte, wobei sich ein stumpfer Winkel zwischen den Abschnitten erstreckt, wobei der Rumpf an dem Baum nahe der Verbindung befestigt ist, wobei der Abschnitt des starren Baums, der den Rumpf mit der Lufttragflügelanordnung, einschließlich einer aerodynamisch gestalteten Verkleidung oder Abdeckung, verbindet, die sich über eine beträchtliche Länge entlang der Längsachse dieses Abschnitts des Baums erstreckt, wobei sich die Verkleidung um die Längsachse des Baums derart drehen kann, daß sie eine Stellung einnehmen kann, die dem geringsten aerodynamischen Widerstand entspricht. Die Ausrichtung der Verkleidung hängt deshalb von den vorherrschenden Windbedingung während des Gebrauchs und von dem Bug ab. Der Abschnitt des starren Baums, der den Rumpf mit der Wassertragflügelanordnung verbindet, kann auch eine ähnlich gestaltete Verkleidung aufweisen, die sich über eine beträchtliche Länge dieses Abschnitts erstreckt. Alternativ könnte diese Verkleidung symmetrisch und befestigt sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Lufttragflügelteil ein flexibles und nachgiebiges Element, das sich bei Gebrauch um eine Achse im allgemeinen quer zu der Strömung der Luft an dem Lufttragflügelteil vorbei drehen kann, wobei die Achse auch im allgemeinen mit der seitlichen Achse des Lufttragflügelteils fluchtet.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Lufttragflügelteil aus zwei im wesentlichen gleichen Elementen konstruiert, die sich unabhängig um ihre seitlichen Achsen bewegen können. Die unabhängig gesteuerte Drehung der Lufttragflügelteile um ihre seitlichen Achsen ermöglicht, daß die Drehung der Lufttragflügelteile um eine Achse, die im allgemeinen mit der Strömung der Luft an den Lufttragflügelteilen vorbei fluchtet, durchgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform ist auch bevorzugt, ein Wassertragflügelteil vorzusehen, das aus zwei im wesentlichen gleichen Elementen konstruiert ist, die sich um ihre seitlichen Achsen drehen können. Die unabhängig gesteuerte Drehung der Wassertragflügelteile um ihre seitlichen Achsen ermöglicht es, daß die Drehung der Wassertragflügelteile um eine Achse, die im allgemeinen mit der Strömung des Wassers an den Wassertragflügelteilen vorbei fluchtet, durchgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, daß die nachfolgende Beschreibung die Allgemeingültigkeit der vorstehenden Beschreibung nicht einschränken soll.
Es zeigen:
1 ein Vektordiagramm, das die Geschwindigkeit eines Wasserfahrzeugs, die wahre Windgeschwindigkeit und die scheinbare Windgeschwindigkeit mit einem geometrischen Ort des Bereichs der möglichen Wasserfahrzeuggeschwindigkeiten darstellt;
2 ein Diagramm verschiedener Parameter, wenn sie mit dem scheinbaren Windwinkel variieren;
3 eine perspektivische Ansicht eines verbesserten Segelfahrzeugs gemäß der Erfindung;
4a und 4b eine Vorder- und eine Seitenansicht der Wassertragflügelanordnung von 3;
5a, 5b und 5c eine Draufsicht, eine Vorder- bzw. eine Seitenansicht der Lufttragflügelanordnung von 3;
6a eine Draufsicht auf ein Segelfahrzeug gemäß der Erfindung, in dem verschiedene projizierte Kraftvektoren einzeln angegeben sind;
6b ein Vektordiagramm, in dem der scheinbare Wind und die scheinbare Strömung (wie in 6a gezeigt) detailliert angegeben sind und in der der scheinbare Windwinkel detailliert angegeben ist;
7 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs, in der verschiedene Kraftvektoren einzeln angegeben sind. Die Fig. stellt das Wasserfahrzeug im Gebrauch dar, wobei die Wasserlinie durch die Streben der Wassertragflügel-Gierkardanrahmenanordnung geht. Bei dieser Fig. sind die unteren Abschnitte der Wassertragflügelanordnung eingetaucht, während sich der Rest des Wasserfahrzugs in der Luft befindet.
7b und 7b Vektordiagramme, in denen die verschiedenen Kräfte, die auf den starren Baum einwirken, einzeln angegeben sind.
8 eine schematische Darstellung der Zerlegung der Kräfte und des Auftriebs in relevante Komponenten für die Analyse der Faktoren, die die Leistung des erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs beeinflussen.
9 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen den Winkeln ϕ_BA und ϕ_BH für repräsentative Werte von λ und θ.
10 ein Diagramm der Beziehung zwischen ϕ_BA und dem scheinbaren Windwinkel β für repräsentative Werte von λ, θ, ε_A und ε_H;
11a, 11b und 11c eine Vorder-, Seiten- bzw. perspektivische Ansicht eines flexiblen und nachgiebigen Lufttragflügels, der sich entlang seiner seitlichen Achse drehen kann, um die Neigung des Tragflügels zu beeinflussen;
12a eine Vorderansicht des Segelfahrzeugs von 3 ohne ein Luftruder und Verkleidungen an dem starren Baum in Ruhestellung mit Bezug auf einen Vektor, der den wahre Wind darstellt;
12b und 12c Draufsichten auf das Wasserfahrzeug von 12a, wenn das Wasserfahrzeug gesteuert wird, um anfänglich zu beschleunigen und eine stetige Segelgeschwindigkeit auf einem Steuerbordbug mit Bezug auf einen Vektor, der den wahren Wind darstellt, zu erzielen.
13a und 13b Draufsichten auf das Wasserfahrzeug von 12a, wenn das Wasserfahrzeug gesteuert wird, um die Bewegung der Tragflügel zu initiieren und anfänglich auf einem Backportbug zu beschleunigen.
14a und 14b Draufsichten auf das Wasserfahrzeug von 12a, das auf einem Steuerbordbug mit Rückenwind und Gegenwind segelt mit Bezug auf einen Vektor, der den wahren Wind darstellt.
Unter Bezugnahme auf 3 umfaßt ein verbessertes Segelfahrzeug gemäß der Erfindung eine Wassertragflügelanordnung 3, einen Rumpf 5, eine Lufttragflügelanordnung 7 und einen starren Baum 8, der diese Hauptkomponenten miteinander verbindet.
Die Wassertragflügelanordnung 3 ist mit dem starren Baum 8 durch die Wassertragflügel-Gierkardanrahmenanordnung 20, die es der Wassertragflügelanordnung 3 ermöglicht, sich frei um die mit 22 bezeichnete Achse zu drehen. Das Wassertragflügelteil 10 ist mit einer Wassertragflügel-Rollkardanrahmenanordnung (hier nicht detailliert angegeben) derart verbunden, daß sich das Wassertragflügelteil 10 um eine Achse in der Richtung 18 drehen kann und sich um die seitliche Achse des Wassertragflügelteils 10 in der Richtung 19 drehen kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Stabilisierungsflügel 14 an dem Wassertragflügelausleger 12 angebracht, der mit dem Gierkardanrahmen verbunden ist. Die Wassertragflügelanordnung kann auch einen Schwimmkörper 13 umfassen, um die Wassertragflügel-Gierkardanrahmenanordnung 20 etwas Schwimmfähigkeit zu verleihen, um hierbei so zu wirken, daß das vollständige Eintauchen des Kardanrahmens ver hindert wird, während sich das Wasserfahrzeug im Ruhezustand befindet.
Die Verbindung zwischen dem starren Baum 8 und der Wassertragflügelanordnung 3 gestattet nur die Drehung der Wassertragflügelanordnung um die Gierachse 22. Die Rollachse 18 des Wassertragflügels fällt nicht mit der Gierlagerung zusammen, sondern schneidet die Fortsetzung der Gierachse 22. Die Trennung der Gierlagerung von der Rollachse ermöglicht es dem starren Baum, oberhalb der Wasserlinie zu bleiben. Falls irgendein Teil des starren Baums eingetaucht werden muß, wäre die Gesamtwirkung auf den Widerstand beträchtlich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Wassertragflügelausleger 12, der mit der Wassertragflügelanordnung 3 verbunden ist, stromabwärts des Wassertragflügelteils 10, und die Stabilisierungsflügel 14 sind daran befestigt. Die Flügel 14 wirken zur Stabilisierung der Gierbewegungen der Wassertragflügelanordnung 3.
Die Fähigkeit der Wassertragflügelanordnung, sich frei um die mit 22 bezeichnete Gierachse zu drehen, gestattet es, daß die seitliche Achse des Wassertragflügelteils 10 im allgemeinen quer zu der Strömung des Wassers gehalten wird, die an dem Wassertragflügelteil 10 vorbeiströmt.
Die Mannschaft ist in dem Rumpf 5 untergebracht und dieser ist auch mit dem starren Baum 8 mittels einer Halterung verbunden, die die Drehung in der Richtung 25 ermöglicht. Der Rumpf 5 umfaßt auch ein Luftruder 27 und ein Wasserruder 28. Es ist möglich, daß in dem Rumpf keine Ruder enthalten sind oder daß er alternativ nur ein Luftruder 27 oder ein Wasserruder 28 umfaßt. In dem Fall, in dem er nur ein Wasserruder 28 umfaßt, könnte das Ruder dazu verwendet werden, den Rumpf 5 mit dem scheinbaren Wind auszurichten, wenn sich der Rumpf in der Luft befindet, während es dem Rumpf ermöglicht wird, mit der scheinbaren Wasserströmung ausgerichtet zu werden, während er sich im Wasser befindet, wodurch es dazu wirkt, die auf den Rumpf aufgebrachten Widerstandskräfte auf ein Minimum herabzusetzen, während sich der Rumpf entweder in der Luft oder im Wasser befindet. Die Verwendung eines einzigen Wasserruders sorgt auch für einen zweiten Vorteil, dar darin besteht, daß das Ruder dazu verwendet werden könnte, einen seitlichen Widerstand von dem Rumpf zu erhalten, um den Wassertragflügel bei niedrigen Geschwindigkeiten zu unterstützen. In 3 umfaßt die Ausführungsform beide Ruder, und in diesem Fall sollten das Luftruder 27 und das Wasserruder 28 nicht gleichzeitig fixiert sein, da sich in ihnen Bedingungen ergeben können, die gegeneinander wirken, was dazu führt, daß das Wasserfahrzeug ein großes Ausmaß an Widerstand erfährt. Es gibt mehrere Lösungen für dieses potentielle Problem, einschließlich der aktiven Steuerung beider Ruder oder indem einfach die Giersteuerung des Rumpfs der Luft- oder Wasser-Gierkardanrahmenanordnung untergeordnet wird.
Die aktive Steuerung beider Ruder sorgt für die maximale Fähigkeit, den Rumpf zu steuern, erhöht jedoch die Komplexität der Bedienung für den Steuermann. Ein einziges Wasserruder könnte mit einer solchen Tiefe vorgesehen sein, die sein teilweises Eintauchen aufrechterhält, selbst wenn sich der Rumpf in der Luft befindet. In diesem Fall könnte sich das Wasserruder an Streben befinden, um dadurch das Eintauchen aufrechtzuerhalten, um dadurch für weniger Widerstand im Vergleich zu einem tiefen Ruder mit einem konstanten Profil zu sorgen. Des weiteren könnte ein horizontaler Stabilisator in der Nähe der Basis des Wasserruders vorgesehen sein. Die Neigungssteuerung des Stabilisators könnte auch enthalten sein, um den Trimmwinkel der Gleitfläche des Rumpfs zu optimieren.
Der Rumpf weist auch Schwimmkörper 31 und 32 auf, die für eine Stabilität des Rumpfs 5 sorgen, wenn er auf dem Wasser ruht, insbesondere wenn der Rumpf mit dem Baum 8 während eines Bugwechsels fluchtet.
Der starre Baum 8 erstreckt sich von dem Rumpf 5 zu der Lufttragflügelanordnung 7. Die Lufttragflügelanordnung 7 ist mit einer Luft-Goerkardanrahmenanordnung (gezeigt, jedoch hier nicht detailliert angegeben) derart verbunden, daß sich die Lufttragflügelanordnung 7 um die mit 46 bezeichnete vertikale Achse drehen kann. Die Lufttragflügelanordnung ist auch mit einer Luft-Rollkardanrahmenanordnung (auch gezeigt, jedoch hier nicht detailliert angegeben) derart verbunden, daß sich die Lufttragflügelanordnung 7 um die mit 41 bezeichnete Achse drehen kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform von 3 umfaßt die Lufttragflügelanordnung 7 ein Steuerbord-Lufttragflügelteil 34 und ein Backbord-Lufttragflügelteil 35, die beide mit der Luft-Rollkardanrahmenanordnung verbunden sind. Beide Lufttragflügelteile 34 und 35 sind mit der Luft-Rollkardanrahmenanordnung derart verbunden, daß sie sich um die seitliche Achse 42 drehen können, die sich durch jedes einzelne Tragflügelteil erstreckt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Lufttragflügelanordnung einen Luftausleger 36, der mit der Luft-Gierkardanrahmenanordnung verbunden ist. Der Ausleger 36 besitzt Seiten- und Bauchflossen 37 und einen horizontalen Stabilisierungsflügel 38, der daran angebracht ist.
Die Fähigkeit der Lufttragflügelanordnung, sich frei um die mit 46 bezeichnete Gierachse zu drehen, ermöglicht es der seitlichen Achse der Lufttragflügelteile 34 und 35 im allgemeinen quer zu der Strömung der Luft, die an den Lufttragflügelteilen vorbeiströmt, gehalten zu werden.
Die Steuerung des Anstellwinkels der Lufttragflügelteile und der Wassertragflügelteile bezieht sich auf die Steuerung der Neigung dieser Tragflügel (d.h. Drehung um die seitlichen Achsen 42 bzw. 19). Die Neigung beider Tragflügel kann direkt oder durch die Verwendung von Höhenrudern gesteuert werden, die an Streben hinter den Tragflügeln angebracht sind. Mit Tragflügeln mit einem geringen Moment sollte die direkte Steuerung der Neigung möglich sein, ohne das Ausüben von Kräften zu erfordern, die größer sind, als diejenigen, die der Steuermann aufbringen kann. Falls Tragflügel mit einem ausreichend geringen Moment die die nicht unterstützte Betätigung durch den Steuermann ermöglichen, nicht möglich sind, können Höhenruder verwendet werden, um die erforderliche Kraft zu verringern. Die Verwendung von Höhenrudern hätte auch den zusätzlichen Nutzen der Trennung der Neigung des Tragflügels von der Neigung des starren Hauptbaums.
In 3 sind auch aerodynamisch gestaltete Verkleidungen 50, 51 detailliert angegeben. Vorzugsweise sind die Verkleidungen an dem starren Baum 8 derart angebracht, daß sie sich um die Längsachse des Baums drehen können, wodurch es den Verkleidungen ermöglicht wird, eine Ausrichtung anzunehmen, die dem geringsten Widerstand entspricht. Eine Drehung würde besonders für die Verkleidung 50 bevorzugt sein, die sich über einen beträchtlichen Teil des starren Baums 8 zwischen dem Rumpf 5 und der Lufttragflügelanordnung 7 erstreckt, um bei jedem Bug einen geringen Widerstand sicherzustellen. Um Kosten zu verringern, kann die Verkleidung 51 symmetrisch und festgelegt sein. Dies ist möglich, da die Verkleidung 51 beim Gebrauch im wesentlichen horizontal ist und im allgemeinen dem Wind ungeachtet der Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs keinen großen Querschnittsbereich bietet.
4a und 4b sind eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Wassertragflügelanordnung 3 und zeigen insbesondere den Wassertragflügelteil 10 und die Bewegungsfreiheit des Wassertragflügelteils 10 um eine Rollachse 18 und seine seitliche Achse 19 herum. Die gesamte Wassertragflügelanordnung kann sich um eine Gierachse 22 drehen.
5a, 5b und 5c zeigen eine Draufsicht, eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Lufttragflügelanordnung 7. 5a zeigt insbesondere ein Detail der Bewegungsfreiheit der Lufttragflügelanordnung um eine Gierachse 46 herum mit Phantomlinien. 5b und 5c zeigen detailliert die Bewegungsfreiheit der Lufttragflügelteile 34 und 35 um eine Rollachse 41 bzw. eine seitliche Achse 42 herum. In dem Fall der bevorzugten Ausführungsform werden zwei separate Lufttragflügelteile 34 und 35 verwendet, die sich beide unabhängig um ihre seitlichen Achsen drehen können.
6a ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Segelfahrzeug, in der verschiedene projizierte Kraftvektoren angegeben sind. In dieser Fig. ist die korrekte Analyse, die die Projektion von Kräften auf die horizontale Ebene umfaßt, detailliert angegeben.
In 6a umfaßt der Rumpf einen sich stromabwärts erstreckenden Ausleger, der an einem Luftruder befestigt ist. In dem Fall von 6a fluchtet das Luftruder mit dem Rumpf und dementsprechend nimmt der Rumpf eine Ausrichtung an, die im wesentlichen mit der Strömung von Luft, die an dem Rumpf vorbei strömt, fluchtet. Mit dieser besonderen Gestaltung wird der aerodynamische Widerstand, der auf das Wasserfahrzeug aufgrund des Rumpfs aufgebracht wird, auf ein Minimum herabgesetzt.
Auf der linken Seite der schematischen Darstellung des Wasserfahrzeugs von 6a sind die projizierten, hydrodynamischen Kräfte und Winkel dargestellt. Auf der rechten Seite sind die projizierten, aerodynamischen Kräfte und Winkel dargestellt.
Die Struktur des Segelfahrzeugs umfaßt eine Trennung des Wassertragflügels von der im allgemeinen vertikalen Ausrichtung mit dem Lufttragflügel. Folglich verlaufen die Kräfte, die auf den Wassertragflügel und den Lufttragflügel einwir ken, nicht notwendigerweise im wesentlichen parallel zu der horizontalen Ebene. Jedoch ist, wie bereits festgestellt, die Komponente der tatsächlichen Kräfte, die parallel zur horizontalen Ebene wirken, diejenige, die für die Analyse der Kräfte relevant ist, die auf das Wasserfahrzeug wirken, um die Bedienung und die Leistung des Wasserfahrzeugs zu bestimmen.
Das Wasserfahrzeug von 6a kann als sich in einem stationären Zustand befindlich erachtet werden, wenn das Wasserfahrzeug als sich mit einer konstanten Geschwindigkeit (d.h. ohne Beschleunigung) ohne Drehung bewegend erachtet wird. Es ist von dem Bezugssystem des Wasserfahrzeugs ersichtlich, daß das Wasser an dem Wasserfahrzeug mit einer Größenordnung und Richtung, die durch V_H dargestellt ist, vorbei strömt. In ähnlicher Weise ist das Wasserfahrzeug einem scheinbaren Wind von einer Größenordnung und Richtung, die durch V_A dargestellt ist, unterworfen.
In 6a wird erachtet, daß sich der Rumpf mit vernachlässigbarem Widerstand in der Luft befindet. Die sich ergebende Kraft von dem Lufttragflügel, die auf den Baum wirkt, verläuft in der vertikalen Ebene durch den Baum. In ähnlicher Weise verläuft die sich ergebende Kraft aus dem Wassertragflügel, die auf den Baum wirkt, auch in der vertikalen Ebene durch den Baum. Falls dies nicht der Fall wäre, gäbe es eine sich ergebende Kraft, die auf den Baum wirkt, und der Baum würde in der Richtung dieser sich ergebenden Kraft beschleunigen. Die Kraft, die auf den Baum von entweder dem Wassertragflügel oder dem Lufttragflügel wirkt, kann zu Komponenten reduziert werden, die parallel und lotrecht zu der Richtung der scheinbaren Strömung oder der scheinbaren Windvektoren verlaufen. Als solche stellen diese Komponenten die Widerstands- und Auftriebskomponenten der Gesamtkraft dar, die sich aus den Tragflügeln ergibt.
Es ist jedoch wichtig, die horizontale Projektion der Auf triebskomponente der Kraft in Betracht zu ziehen, und dies ist als L_IH für den Wassertragflügel (d.h. die horizontale Komponente der hydrodynamischen Kraft, die lotrecht zur Richtung der scheinbaren Strömung wirkt) und L_IA für den Lufttragflügel (d.h. die horizontale Komponente der aerodynamischen Kraft, die lotrecht zur Richtung des scheinbaren Winds wirkt) dargestellt. Die horizontalen Komponenten der hydrodynamischen und aerodynamischen Kräfte, d.h. die Komponenten parallel zur Ebene der Grenzfläche, sind als F_IH bzw. F_IA dargestellt.
Die Projektion der hydrodynamischen und aerodynamischen Widerstandswinkel sind als ε_IH bzw. ε_IA dargestellt und sind die Winkel zwischen den Komponenten der Gesamtkräfte parallel zur horizontalen Ebene und die Auftriebskomponenten der Kräfte parallel zur horizontalen Ebene.
Aus der geometrischen Konstruktionsdarsellung ist leicht ersichtlich, daß der Gierinkel für den Lufttragflügel, als ψ_A dargestellt, gleich dem aerodynamischen Widerstandswinkel ε_IA ist und in gleicher Weise der Gierwinkel des Wassertragflügels, als ψ_H dargestellt, gleich dem hydrodynamischen Widerstandswinkel ε_IH ist.
Unter Bezugnahme auf 6b stellt das Vektordiagramm die Umformung des scheinbaren Windvektors und des scheinbaren Strömungsvektors derart dar, daß der scheinbare Windwinkel gebildet wird. Da der scheinbare Windwinkel die Summe der hydrodynamischen und aerodynamischen Gierwinkel ist, dann gilt: β = εIH = εIA
Wie bereits festgestellt wurde, hat die Anmelderin erkannt, daß die korrekte Analyse der Kräfte die Analyse der Komponenten dieser Kräfte parallel zur horizontalen Ebene umfaßt.
In dieser Hinsicht ist die resultierende Erkenntnis, daß der scheinbare Windwinkel die Summe der Projektionen der Widerstandswinkel auf die horizontale Ebene ist, von gleicher Bedeutung.
7a, 7b und 7c geben die Analyse der gesamten sich ergebenden aerodynamischen, hydrodynamischen und Schwerkraftskräfte an, die auf den Baum des Segelfahrzeugs wirken.
7a ist eine schematische Darstellung des Wasserfahrzeugs, in der die drei resultierenden Kräfte, die auf das Wasserfahrzeug wirken, und der Ort dieser Kräfte angegeben sind. Die aerodynamische Kraft ist durch F_A dargestellt und wirkt an dem aerodynamischen Mittelpunkt des Drucks des Wasserfahrzeugs, als ACP dargestellt. In ähnlicher Weise ist die hydrodynamische Kraft durch F_H dargestellt und wirkt an dem hydrodynamischen Mittelpunkt des Drucks des Wasserfahrzeug, als HCP dargestellt. Die Schwerkraft an dem Wasserfahrzeug ist als W für Gewicht dargestellt und wirkt an dem Mittelpunkt der Schwerkraft des Wasserfahrzeugs, als CG dargestellt.
Selbstverständlich sind die vorstehende Beschreibung und die beiliegenden schematischen Darstellungen, die sich auf Kräfte beziehen, die in einer vertikalen Ebene durch den starren Baum verlaufen, eine Annäherung, die die Wirkungen der Widerstandskräfte auf den Rumpf und den Baum nicht beachtet. Die Wirkung der Widerstandskräfte, die auf diese Komponenten des Wasserfahrzeugs wirken, liegt von der Fahrtrichtung weg, und als solche würden die Kräfte F_A und F_H eine Komponente in der Fahrtrichtung haben, um die Widerstandskräfte auszugleichen. Widerstandskräfte wären am ausgeprägtesten, wenn der Rumpf sich im Wasser befindet. Jedoch wird aus Gründen der Einfachheit angenommen, daß diese Widerstandskräfte vernachlässigbar sind, wenn sich der Rumpf in der Luft befindet.
Obgleich es im allgemeinen wünschenswert ist, das Gewicht des Wasserfahrzeugs auf ein Minimum herabzusetzen, kann die Verwendung von Gegengewichten erforderlich sein, um nicht ausgeglichene Schwerkräfte zu vermeiden, die die Wirkung der Stabilisatoren übersteigen würden. Gegengewichte können auch mit Bezug auf einen der Tragflügel oder beide Tragflügel erforderlich sein. Der Ausdruck "Flattern" wird verwendet, um die Schwankungen des Anstellwinkels eines Tragflügels zu beschreiben und wird im allgemeinen durch nicht ausgeglichene Trägheitskräfte verursacht, die sich aus der Beschleunigung der Tragflügel ergeben. Dementsprechend können Gegengewichte erforderlich sein, um den Auftrieb auszugleichen und die Flächen der Tragflügel um die seitlichen Achse herum zu steuern, um ein Flattern zu vermeiden.
7b stellt die Vektorsummierung der drei Hauptkräfte und die Tatsache dar, daß sie Null sein müssen. Die erforderlichen relativen Größen von F_A und F_H können durch Einstellen der relativen Neigung der Luft- und Wassertragflügel erhalten werden. Die Neigungseinstellung gleicht auch die relativen Unterschiede bei V_A und V_H aus. 7c wiederholt wirksam das Kraftdiagramm von 7a ohne die Darstellung der Hauptelemente des Wasserfahrzeugs. Der horizontale Abstand zwischen dem hydrodynamischen Mittelpunkt des Drucks und dem aerodynamischen Mittelpunkt des Drucks ist als "b" bezeichnet, und die Variable λ stellt den horizontalen Abstand zwischen dem hydrodynamischen Mittelpunkt des Drucks und dem Schwerkraftsmittelpunkt als Bruchteil der Gesamtbreite dar. In dieser Fig. ist die Definition der Winkel ϕ_BH und ϕ_BH als diejenigen Winkel zwischen der tatsächlichen Kraft und der horizontalen Ebene von besonderer Bedeutung. Die Definition des Winkels θ zwischen der horizontalen Ebene und einer geraden Linie, die den hydrodynamischen Mittelpunkt des Drucks und den aerodynamischen Mittelpunkt des Drucks verbindet, ist ebenfalls von Bedeutung.
Die Werte der Winkel von ϕ_BA und ϕ_BH sind wie folgt begrenzt:
und unter der Voraussetzung, daß die drei resultierenden Kräfte durch einen einzigen Punkt verlaufen müssen, kann die folgende Beziehung festgelegt werden:
In 8 ist die Nomenklatur, die bei der Zerlegung der Kräfte und ihrer Auftriebskomponenten in Komponenten verwendet wird, die parallel zur horizontalen Ebene gegeben sind, detailliert angegeben. Die folgenden Beziehungen können festgelegt werden:
9 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen den Winkeln ϕ_BA und ϕ_BH für repräsentative Werte von λ und θ. In dem besonderen Fall von 9 ergeben λ = 0,5 und θ = 30°das detaillierte Diagramm von ϕ_BH über ϕ_BA.
Unter Verwendung der vorstehend angegebenen Gleichungen für gegebene Werte von ε_A, ε_H, λ und θ ist es möglich, für jeden möglichen Wert von ϕ_BA, ε_IA und ε_IH und folglich ihre Summe zu bewerten, die gleich β ist.
10 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen ϕ_BA und dem scheinbaren Windwinkel β für die gleichen angenommenen Werte für λ und θ wie bei 9 und ε_A = ε_H = 7,5°. Wie aus dem Diagramm von 10 ersichtlich ist, bleibt der scheinbare Windwinkel (β) nahe seinem Mindestwert für einen beträchtlichen Bereich von Werten für ϕ_BA. Dieses Ergebnis stützt die Behauptung, daß es möglich sein sollte, ein Segelfahrzeug mit einer verbesserten Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Wasserfahrzeugen des Stands der Technik bei einem Wind von mehr als 15 Knoten und möglicherweise sogar 10 Knoten zu konstruieren.
Um kleine projizierte Widerstandswinkel auf der horizontalen Ebene (d.h. ε_IA und ε_IH) und folglich einen geringen scheinbaren Windwinkel (β) und eine hohe relative Geschwindigkeit im Vergleich zu der wahren Windgeschwindigkeit V_T zu erhalten, ist es notwendig, einen kleinen Winkel zwischen der horizontalen Ebene und der geraden Linie, die den hydrodynamische Mittelpunkt des Drucks mit dem aerodynamischen Mittelpunkt des Drucks (d.h. θ) verbindet, kleine Widerstandswinkel (ε_A und ε_H) und ein niedriges Gewicht im Vergleich zu den Tragflügelkräften F_A und F_H zu haben.
Es ist bevorzugt, die Tragflügel derart zu konstruieren, daß mindestens einer relativ dick ist. Aus den folgenden grundlegenden dynamischen Fluidgleichungen ist leicht ersichtlich, daß der Auftrieb und der Widerstand eines Tragflügels proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit des Fluids, das über den Tragflügel strömt, proportional ist. Es ist auch aus der letzten Beziehung ersichtlich, daß der Koeffizient des Auftriebs proportional zu dem Anstellwinkel (α) ist:
Es ist für die vorstehend angegebenen Gleichungen festzustellen, daß ρ die Fluiddichte darstellt, S den Tragflügelflächenbereich darstellt und Co den Widerstandskoeffizienten darstellt.
Wenn θ_BA und θ_BH variieren, müssen die relativen Größen von F_A und F_H variieren. Wenn der Segelpunkt variiert, variieren die relativen Größen von V_A und V_H und die Kraft ist proportional zum Quadrat dieser Werte. Um ein Gleichgewicht über einen Bereich von Werten für V_T und über einen Bereich von Segelpunkten zu erzielen, ist es notwendig, entweder C_LA oder C_LH oder beide (d.h. den Koeffizienten des Auftriebs des Lufttragflügels bzw. des Wassertragflügels) zu variieren. Dicke Tragflügelabschnitte ergeben gute Verhältnisse von Auftrieb zu Widerstand über einen großen Bereich von Anstellwinkeln α und folglich Koeffizienten des Auftriebs C_L. Jedoch sind dicke Tragflügel nicht notwendig, um ein großes Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand oder einen hohen Koeffizienten des Auftriebs zu erhalten. Tatsächlich ist es nur notwendig, das Verhältnis von C_LA zu C_LH zu variieren, und dies kann durch Variieren von nur einem der Werte erzielt werden, d.h. ein Tragflügel könnte dünn oder für einen kleinen Bereich von α optimiert sein. Des weiteren ermöglicht die Erfindung die Verwendung von starren asymmetrischen Tragflügeln.
Einer der wichtigsten Aspekte des Steuerns des Wasserfahrzeugs ist die Steuerung der Tragflügel um die Rollachse. Das Rollen kann direkt oder durch Schaffen eines Ungleichgewichts an den oberen und unteren Tragflügeln, beispielsweise durch einzelnes Variieren des Neigungs-/Anstellwinkels der einzelnen Tragflügel oder beispielsweise über Querruder oder Flügelverwindung gesteuert werden. So können sowohl das ϕ als auch die Rollgeschwindigkeit (dϕ/dt) gesteuert werden. Eine direkte Rollsteuerung gestattet die Steuerung bei einem sehr leichten Wind. Die Steuerung der Rollgeschwindigkeit erfordert weniger Anstrengung durch den Steuermann und ist leichter (folglich billiger) durchzuführen.
Bei der Steuerung der Rollgeschwindigkeit kann es schwierig sein, das Rollen von entweder den Tragflügelanordnungen und insbesondere des Wassertragflügels bei hohen Geschwindigkeiten zu steuern. Es wird jedoch erwartet, daß eine Dämpfung vorgesehen werden könnte, um dieses potentielle Problem zu überwinden. Beispielsweise würde das Befestigen des Auslegers des Tragflügels an der Rollkardanrahmenanordnung bewirken, daß die Stabilisatoren für eine gewisse Rolldämpfung sorgen. Die Dämpfung wird durch Bewegen des Bereichs der Stabilisatoren weg von der Achse unter Verwendung einer hohen Flügelstreckung oder einer ebenen "Schaufel"-Form vergrößert. Weitere Blätter können hinzugefügt werden, um in dieser Hinsicht eine Unterstützung zu leisten. Des weiteren oder als Alternative könnte die Drehung der Stabilisatoren durch ein Getriebe erhöht werden.
Ein Dieder an den Tragflügeln könnte verwendet werden, um eine Rückstellkraft zu erzeugen, um dem Rollen entgegenzuwirken. Dies müßte jedoch sorgfältig erwogen werden, da Gierbewegungen im allgemeinen zu einem diedrisch induzierten Rollen führen. Alternativ kann das Rollen der Tragflügel durch eine Rollanforderungssteuerung gesteuert werden. Falls der geforderte Rollwinkel durch ϕ_Anforderung bezeichnet wird, dann bestimmt der Unterschied zwischen dem tatsächlichen Rollwinkel (ϕ) und ϕ_Anforderung die Rollgeschwindigkeit.
Der Steuermann kann ϕ_Anforderung mit einem Steuermechanismus steuern, der mittels Seilen, Zahnrädern, Getriebeketten oder hydraulischen Vorrichtungen gesteuert wird. Der Unterschied zwischen dem tatsächlichen und dem erforderlichen Rollwinkel könnte zum Erzeugen einer Rollgeschwindigkeit durch Erzeugung eines Unterschieds der Neigung der oberen und unteren Tragflügel verwendet werden. Des weiteren kann es nützlich sein, einen Torsionsstab, der die Tragflügel verbindet, zu verwenden, der bei dem Ausgleichen der Tragflügel bei niedrigen Geschwindigkeiten helfen würde.
Die wahre Windgeschwindigkeit variiert mit der Höhe oberhalb des Wassers als Folge der Wirkung, die als Windscherung bekannt ist. Deshalb variieren die scheinbare Windgeschwindigkeit und -richtung mit der Höhe oberhalb des Wassers. Falls beide Tragflügelteile des Lufttragflügels die gleiche Neigung aufweisen, können die Kräfte auf jedem Tragflügel um die Rollachse herum nicht ausglichen werden. Das sich ergebende Rollmoment könnte für eine direkte Rollsteuerung zu hoch sein, während die Rollgeschwindigkeitssteuerung oder Rollanforderungssteuerung dieses Ungleichgewicht automatisch ausgleicht.
Falls der Wassertragflügel nicht vollständig eingetaucht bleibt, könnte dies eine Wirkung ähnlich der Windscherung haben. Kräfte auf den oberen und unteren Wassertragflügeln oder Teilen eines einzigen Wassertragflügels könnten zu einem übermäßigen Rollmoment führen. Dies könnte durch zeitweiliges Verringern der Neigung verringert werden oder alternativ könnte die Rollanforderungssteuerung zum automatischen Ausgleich verwendet werden.
Die Rollgeschwindigkeitssteuerung, die Rollanforderungssteuerung und der Windscherungsausgleich können durch die Verwendung eines Tragflügels erzielt werden, der ausreichend flexibel und nachgiebig ist, um es dem Tragflügel zu ermöglichen, über die Länge des Tragflügels "verwunden" oder verdreht zu werden. Die Technik des Flügelverwindens hat den Vorteil, daß er eingestellt werden kann, um für eine optimale Leistung des Tragflügels bei Vorhandensein einer Windscherung zu sorgen. 11a, 11b und 11c zeigen eine Vorder-, eine Seiten- bzw. eine perspektivische Ansicht eines einzigen Lufttragflügels in einem gewundenen oder verdrehten Zustand, wie er während des Gebrauchs auftreten kann. In seinem normalen Zustand ist der Tragflügel relativ eben, und für die Steuerung der Neigung durch diese Technik muß der Tragflügel ausreichende Flexibilitäts- und Nachgiebigkeitseigenschaften aufweisen.
Backbord- und Steuerbordbug
Das verbesserte Segelfahrzeug dieser Erfindung kann sowohl auf dem Backbord- als auch auf dem Steuerbordbug gesegelt werden.
12a bis 14b zeigen ein verbessertes Segelfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem der Rumpf ein Wasserruder, das sich bezogen auf den Rumpf nach hinten und unten befindet, umfaßt. Als solcher nimmt der Rumpf eine Ausrichtung an, die im allgemeinen mit der Strömung des Wassers an dem Wasserruder vorbei ausgerichtet ist, wenn er sich im Wasser befindet. In dem Fall von 12a bis 14b ist das Wasserruder ausreichend lang, um bei der sich während des Betriebs in der Luft befindenden Höhe des Rumpfes teilweise im Wasser eingetaucht zu sein. Dementsprechend behält der Rumpf eine Ausrichtung, die im allgemeinen mit der Strömung des Wassers an dem Wasserruder vorbei ausgerichtet ist, wenn sich der Rumpf in der Luft befindet.
Es ist jedoch möglich, ein Wasserruder vorzusehen, daß bei dem Betrieb mit der sich in der Luft befindlichen Höhe des Rumpfs nicht im Wasser eingetaucht bleibt. In diesem Fall könnte ein Luftruder zur Steuerung der Ausrichtung des Rumpfs, wenn er sich in der Luft befindet, verwendet werden.
12a stellt eine Draufsicht auf ein verbessertes Segelfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung in der Ruhestellung dar. Vektoren, die den wahren Wind (V_T), den scheinbaren Wind (V_A) und die scheinbare Strömung (V_H) darstellen, sind für die Zwecke der Veranschaulichung angegeben. In der Ruhestellung von 12a ruht der Rumpf auf dem Wasser.
Um mit einer Fahrt auf dem Steuerbordbug zu beginnen, werden die Lufttragflügelteile 34 und 35 um ihre seitlichen Achsen gerollt und geneigt, um eine Kraft auf dem Baum in der erforderlichen Richtung zu erzeugen. Dies schafft eine anfängliche Beschleunigung des Wasserfahrzeugs wie in 12b gezeigt. Das Wasserruder richtet den Rumpf mit der Bewegungsrichtung aus. In dieser Phase bleibt der Rumpf im Wasser.
12c stellt das Segelfahrzeug auf einem Steuerbordbug bei einer relativ konstanten Geschwindigkeit dar. In dieser Phase befindet sich der Rumpf in der Luft und die Kräfte, die auf das Wasserfahrzeug wirken, befinden sich in einem stabilen Zustand.
Eine Umkehrung dieses Verfahrens von dem stabilen Zustand bringt das Wasserfahrzeug in den in 12a dargestellten Ruhezustand zurück. Aus diesem Ruhezustand können die Lufttragflügelteile 34 und 35 dann gerollt und geneigt werden, um eine Kraft auf den Baum in der Richtung zu erzeugen, die für die Fahrt auf dem Backbordbug erforderlich ist, wie dies in 13a gezeigt ist.
Das Wasserfahrzeug beschleunigt dann auf dem Backbordbug, wie dies in 13b gezeigt ist.
14a und 14b sind weitere Beispiele einer stabilen konstanten Geschwindigkeit auf dem Steuerbordbug, in den Rückenwind- bzw. der Gegenwindrichtung.
Es ist möglich, daß andere Konstruktionskompromisse einen günstigen Einfluß auf die Leistung des Wasserfahrzeugs haben. Diese Faktoren können das Vermeiden von Kavitation an dem Wassertragflügel durch Begrenzen des Bereichs von α_H (d.h. dem Anstellwinkel des Wassertragflügels) umfassen. Andererseits hat die Spannweite des Lufttragflügels eine große Wirkung auf θ und so kann eine kleine Spannweite, die bei einem maximalen C_LA betrieben wird, wünschenswert sein, um den Winkel θ so klein wie möglich zu halten.
Das Erkennen der relevanten Kräfte, die bei der Analyse des Segelfahrzeugs in Betracht zu ziehen sind, hat es der Anmelderin ermöglicht, die Wechselwirkung der relevanten Kräfte und folglich den Einfluß der Wahl verschiedener struktureller Merkmale einer Segelfahrzeugkonstruktion besser zu verstehen. Als Folge der Analyse hat die Anmelderin ein neues Segelfahrzeug entworfen, daß theoretisch eine verbesserte Geschwindigkeitsleistung zur Verfügung stellt, während eine ausreichende Steuerung beibehalten wird, um für die Fähigkeit des Segelns auf jedem Bug zu sorgen.
Schließlich ist ersichtlich, daß es viele andere Abänderungen und Modifikationen der hier beschriebenen Gestaltungen geben kann, die auch unter den Umfang der vorliegenden Anmeldung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, fallen.

Claims

Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug mit einer Wassertragflügelanordnung (3); einer Lufttragflügelanordnung (7); einem starren Baum (8); und einem Rumpf (5), der mit dem starren Baum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassertragflügelanordnung (3) und die Lufttragflügelanordnung (7) an entgegengesetzten Enden des starren Baumes (8) angeordnet sind und der Rumpf (5) sowohl von der Wassertragflügelanordnung als auch von der Lufttragflügelanordnung getrennt und versetzt ist; wobei während des Gebrauchs, die Lufttragflügelanordnung entweder teilweise oder vollständig windabwärts bezüglich der Wassertragflügelanordnung versetzt ist und eine Wirkungslinie einer resultierenden Kraft der Lufttragflügelanordnung und eine Wirkungslinie einer resultierenden Kraft der Wassertragflügelanordnung ungefähr durch einen gemeinsamen Punkt gehen, der auf einer vertikalen Linie durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs liegt, wobei beide resultierenden Kräfte der Wassertragflügel- und der Lufttragflügelanordnung von dem gemeinsamen Punkt weggerichtet sind, wobei die resultierenden Kräfte der Wassertragflügel- und der Lufttragflügelanordnung horizontale Komponenten haben, die im wesentlichen gleich in Größe und entgegengesetzt in Richtung sind, wobei die resultierende Kraft der Lufttragflügelanordnung eine vertikale Komponente hat, die nach oben gerichtet ist, wobei die resultierende Kraft der Wassertragflügelanordnung eine vertikale Komponente hat, die Null sein kann oder nach oben oder nach unten gerichtet sein kann, und wobei die Summe der vertikalen Komponenten der resultierenden Kräfte der Wassertrag flügel- und der Lufttragflügelanordnung nach oben gerichtet ist und im wesentlichen gleich in Größe zu dem Gewicht des Fahrzeugs ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem der Rumpf derart mit dem starren Baum verbunden ist, daß sich der Rumpf um eine vertikale Achse drehen kann.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wassertragflügelanordnung mindestens ein Wassertragflügelteil mit einer Querachse aufweist, das in Gebrauch eine Drehung um eine Achse machen kann, die im Großen und Ganzen zu der an dem Wassertragflügelteil vorbeiziehenden Wasserströmung gleichgerichtet ist, und/oder die Lufttragflügelanordnung mindestens ein Lufttragflügelteil mit einer Querachse aufweist, das in Gebrauch eine Drehung um eine Achse machen kann, die zu der an dem Lufttragflügelteil vorbeiziehenden Luftströmung im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wassertragflügelanordnung mindestens ein Wassertragflügelteil aufweist und das Wassertragflügelteil in Gebrauch eine Drehung um eine Achse machen kann, die im Großen und Ganzen quer zu der an dem Wassertragflügelteil vorbeiziehenden Wasserströmung verläuft, wobei die Achse auch zu der Querachse des Wassertragflügelteiles im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Lufttragflügelanordnung mindestens ein Lufttragflügelteil aufweist und das Luftragflügelteil in Gebrauch eine Drehung um eine Achse machen kann, die im Großen und Ganzen quer zu der an dem Lufttragflügelteil vorbeiziehenden Luftströmung verläuft, wobei die Achse auch zu der Querachse des Lufttragflügelteiles im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wassertragflügelanordnung mindestens ein Wassertragflügelteil aufweist und/oder die Lufttragflügelanordnung mindestens ein Lufttragflügelteil aufweist, die Wassertragflügelanordnung und/oder die Lufttragflügelanordnung mit dem starren Baum derart verbunden sind, daß sie sich in Gebrauch um im Großen und Ganzen vertikale Achsen drehen können und dadurch die Querachsen des Wassertragflügel- und/oder Lufttragflügelteiles im Großen und Ganzen quer zu der Wasserströmung bzw. Luftströmung halten können, die an dem Wassertragflügel- bzw. dem Lufttragflügelteil vorbeizieht.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 6, bei dem die Wassertragflügelanordnung einen Wassertragflügelausleger und daran befestigte Stabilisierungsflügel aufweist, wobei der Wassertragflügelausleger fest mit der Anordnung verbunden ist und sich stromabwärts von dem Wassertragflügelteil erstreckt und dazu beiträgt, die Querachse des Wassertragflügelteiles im Großen und Ganzen quer zu der an dem Wassertragflügelteil vorbeiziehenden Wasserströmung zu halten und Gierbewegungen der Wassertragflügelanordnung zu stabilisieren.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 6, bei dem die Lufttragflügelanordnung einen Lufttragflügelausleger und daran befestigte Stabilisierungsflügel aufweist, wobei der Lufttragflügelausleger fest mit der Anordnung verbunden ist und sich windabwärts von dem Lufttragflügelteil erstreckt und dazu beiträgt, die Querachse des Lufttragflügelteiles im Großen und Ganzen quer zu der an dem Lufttragflügelteil vorbeiziehenden Luftströmung zu halten und eine Gierbewegung der Luft tragflügelanordnung zu stabilisieren.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lufttragflügelanordnung mindestens ein Lufttragflügelteil aufweist, wobei das Lufttragflügelteil ein biegsames und elastisches Teil aufweist, das in Gebrauch um eine Achse verdreht werden kann, die im Großen und Ganzen quer zu der an dem Lufttragflügelteil vorbeiziehenden Luftströmung verläuft, wobei die Achse auch zu der Querachse des Lufttragflügelteiles im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lufttragflügelanordnung mehrere Lufttragflügelteile aufweist, von denen jedes Teil in Gebrauch eine Drehung um eine Achse machen kann, die im Großen und Ganzen quer zu der an dem Lufttragflügelteil vorbeiziehenden Luftströmung verläuft, wobei jede Achse auch zu der Querachse der einzelnen Lufttragflügelteile im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 10, bei dem die Lufttragflügelanordnung zwei Lufttragflügelteile mit einem im wesentlichen gleichen Aufbau aufweist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 11, bei dem die beiden Lufttragflügelteile in Gebrauch eine unabhängige Drehung um eine Achse machen können, die im Großen und Ganzen quer zu der an den Lufttragflügelteilen vorbeiziehenden Luftströmung verläuft, wobei die Achsen auch zu der Querachse eines jeden Lufttragflügelteiles im Großen und Ganzen gleichgerichtet sind, derart, daß wenn ihre unabhängige Drehung gesteuert wird, die Drehung der beiden Tragflügel dazu verwendet werden kann, eine Drehung der Lufttragflügelteile um eine Achse zu bewirken, die zu dem an den Lufttragflü gelteilen vorbeiziehenden Luftströmung im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wassertragflügelanordnung mehere Wassertragflügelteile aufweist, von denen jedes Teil in Gebrauch eine Drehung um eine Achse machen kann, die im Großen und Ganzen quer zu der an den Wassertragflügelteilen vorbeiziehenden Wasserströmung verläuft, wobei die Achse auch zu der Querachse der Wassertragflügelteile im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 13, bei dem die Wassertragflügelanordnung zwei Wassertragflügelteile mit einem im wesentlichen gleichen Aufbau aufweist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 14, bei dem die beiden getrennten Wassertragflügelteile in Gebrauch eine unabhängige Drehung um eine Achse machen können, die im Großen und Ganzen quer zu der an den Wassertragflügelteilen vorbeiziehenden Wasserströmung verläuft, wobei die Drehachsen auch zu der Querachse eines jeden Wassertragflügelteiles im Großen und Ganzen gleichgerichtet sind, derart, daß wenn ihre unabhängige Drehung gesteuert wird, die Drehung der beiden Tragflügel dazu verwendet werden kann, eine Drehung der Wassertragflügelteile um eine Achse zu bewirken, die zu der an den Vorderkanten der Wassertragflügelteile vorbeiziehenden Wasserströmung im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Wassertragflügelanordnung mindestens ein Wassertragflügelteil aufweist, wobei das Wassertragflügelteil getrennt und versetzt von der Verbindung zwischen dem starren Baum und der Wassertragflügelanordnung ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 16, bei dem die Wassertragflügelanordnung mit dem starren Baum derart verbunden ist, daß sie sich in Gebrauch um eine im Großen und Ganzen vertikale Achse drehen kann, und das Wassertragflügelteil in Gebrauch eine Drehung um eine Achse machen kann, die zu der an dem Wassertragflügelteil vorbeiziehenden Wasserströmung im Großen und Ganzen gleichgerichtet ist, und wobei sich die Achsen im wesentlichen schneiden.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 2, oder Anspruch 2 und irgendeinem der Ansprüche 3 bis 17, bei dem der Rumpf mindestens ein Ruder, das hinter und über dem Rumpf angeordnet ist, und ein Ruder, das hinter und unter dem Rumpf angeordnet ist, aufweist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 18, bei dem das hinter und über dem Rumpf angeordnete Ruder und das hinter und unter dem Rumpf angeordnete Ruder unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Wassertragflügelanordnung ein Wassertragflügelanordnungsschwimmteil aufweist, das mit der Wassertragflügelanordnung verbunden und ausgebildet ist, um zu verhindern, daß die Verbindung zwischen dem starren Baum und der Wassertragflügelanordnung untertaucht.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Rumpf Rumpfschwimmteile aufweist, die daran befestigt sind, um dem Rumpf Stabilität zu geben, während er auf der Wasseroberfläche ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, ferner mit einer Verkleidung, die sich über einen beträchtlichen Teil des starren Baumes erstreckt, wobei die Verkleidung an dem starren Baum angebracht ist, um sich um eine Längsachse des starren Baumes drehen zu können.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein Druckmittelpunkt der Wassertragflügelanordnung getrennt und versetzt von der Verbindung zwischen dem starren Baum und der Wassertragflügelanordnung ist.
Windkraftbetriebenes Segelfahrzeug nach Anspruch 23, bei dem die Wassertragflügelanordnung mit dem starren Baum derart verbunden ist, daß sie sich in Gebrauch um eine im Großen und Ganzen vertikale Achse drehen kann und der Druckmittelpunkt der Wassertragflügelanordnung ungefähr auf dieser Achse liegt.