WO2010099971A2 - Flexibles hochleistungssegel - Google Patents

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WO2010099971A2
WO2010099971A2 PCT/EP2010/001378 EP2010001378W WO2010099971A2 WO 2010099971 A2 WO2010099971 A2 WO 2010099971A2 EP 2010001378 W EP2010001378 W EP 2010001378W WO 2010099971 A2 WO2010099971 A2 WO 2010099971A2
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WO
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winglet
sail
performance sail
flexible
performance
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PCT/EP2010/001378
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WO2010099971A3 (de
Inventor
Thomas Gartner
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Settele, Wilhelm
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/061—Rigid sails; Aerofoil sails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B2035/009—Wind propelled vessels comprising arrangements, installations or devices specially adapted therefor, other than wind propulsion arrangements, installations, or devices, such as sails, running rigging, or the like, and other than sailboards or the like or related equipment

Definitions

  • the invention relates to a flexible high-performance sail with the features of the preamble of claim 1 and a wind-driven vehicle or boat having the features of the preamble of claim 14.
  • Flexible high-performance sails are used, for example, on fast racing yachts, as supplementary propulsion on freight or passenger ships, or more generally on sailing-powered vehicles.
  • the leech and luff at the top of the high performance sail do not converge on high performance sails, but end up in an upper edge of the sail, which due to the arrangement also Oberliek could be called.
  • the advantage of such a high performance sail is that it has a significantly larger sail area and thereby produces a much greater propulsion force. This greater propulsive power is of interest to racing yachts for increased speed and on cargo or passenger ships to reduce fuel consumption.
  • flexible sails are designed so that they can change their bulge or curvature when pivoting. This is e.g. through the use of a flexible canvas.
  • the propulsion force generated by the high-performance sail is generated according to the principle of the impulse when the wind comes from the rear or obliquely behind, or according to the principle of lift when the wind comes from an angle. In any case, the propulsion system
  • BE3T ⁇ TIGUNQSKOPIE force is the result of a difference between the pressure applied to the LEE and LUV sides of the sail, caused by the momentum or lift.
  • a disadvantage of such high-performance sailing is that the pressure difference on the sail can lead to a compensating flow at the free directed in the direction of flow sail edge, which is directed transversely to the flow and thereby reduces the efficiency.
  • This compensating flow reduces the propulsive force and is also called induced resistance in the flow mechanics.
  • the direction of the compensating flow on the sail side can change depending on the position of the sail.
  • the wing grid should have the same total lift per unit length as the main part of the wing, and the wings of the wing grid are preferably formed torsion-free, it is to be assumed that the wing grid itself also formed rigid should be like the main part of the grand piano.
  • the wing grid is designed for only one direction of the compensation flow, and when changing the direction of the compensation flow, this can even increase.
  • the reduction of the induced resistance of a flexible high-performance sail has completely different aspects to consider than is the case with a fixed wing of an aircraft. To solve these problems, the font is nothing to be found.
  • the object of the invention is to provide a flexible high-performance sail and a wind-powered vehicle or boat with a flexible high-performance sail with a reduced induced resistance and an increased propulsion force with the same sail area.
  • an edge of the sail running in the direction of flow should be understood as meaning any edge on which, due to its orientation at a given flow, a pressure difference can arise between the different sides, which can cause the compensating flow described and thus an induced resistance.
  • the winglet is arranged via a flexible connection at the edge of the high performance sail.
  • the flexible connection between the winglet and the high-performance sail ensures that the high-performance sail is not impaired by its freedom of movement through the winglet.
  • the winglet may be connected at its front side and at its rear side in each case via a connection point with the high-performance sail, wherein the high-performance sail between the connection points should be transversely movable relative to the direction of flow relative to the winglet.
  • This can e.g. be achieved by the high-performance sail between the joints is not connected to the winglet, or at least connected only so flexible that the sail can change the bulge, without that the winglet must change its position or shape.
  • connection between the sail and the winglet is windproof.
  • the high performance sail has shape stabilizing battens
  • the winglet is connected to the high performance sail via at least one batten.
  • the shape stabilizing battens provide a simple and stable connection point for the winglet to connect to the high performance sail.
  • the battens can additionally tension the winglet or, when using a rigid winglet, can also stretch the battens. Since the battens span the sail in its surface and with its ends the leech or at least close to the leech, this additionally provides the advantage that the winglet in the sense of a stable attachment to a point of the high-performance sail as far as possible from the mast connected is.
  • a further preferred embodiment of the invention can be seen in that the winglet is curved in such a way that the winglet exerts a buoyancy force on the high-performance sail when it flows.
  • the generated buoyancy force which counteracts the weight of the vehicle or the boat, the water displacement and in the case of sliding, the wetted surface can be reduced, so that the weight losses are reduced and the speed of the vehicle or boat are further increased at the same driving force can.
  • the winglet is pivotally connected to the high-performance sail around an axis parallel to the free edge or extending in the free edge.
  • the winglet can be aligned even at a Krlinden of the boat or vehicle so that this occupies a predetermined angle to the high performance sail.
  • that caused by the winglet Buoyancy can be used by the orientation of the pivoting angle of the winglet also for erecting the boat, so that the heeling angle is reduced in certain driving situations.
  • a reduced heel has the general advantage that the vehicle or the boat with a smaller heel has less resistance in the water and also has better straight-line running characteristics.
  • the winglet protrudes exclusively to one side of the high-level sail, and by the pivoting pivoting of the winglet is allowed to the other side.
  • the winglet can be aligned with the high-performance sail regardless of the direction of the crest so that the winglet is always directed to the crested side of the high-performance sail, that is, to LUV, at a crest of the boat or vehicle.
  • the winglet is pivotable in a position extending the high performance sail.
  • the winglet can be used to increase the sail area, especially in weak winds, where the difference in the pressure applied to the different sides of the sail is not so great. This is justifiable insofar as in weak winds the pressure difference on the sail is smaller, and thus the induced resistance is also lower, so that the winglet should be better used in this case as an additional sail area.
  • means should be provided for adjusting the pivot angle, so that the angle can be actively adjusted.
  • the means for adjusting the swivel angle can be achieved by separate adjustment means or by using the luffing harrow, also known as "Cunningham”. knows, be realized.
  • the winglet is curved in such a way that the winglet exerts a buoyancy force on the high-performance sail when it flows, and the curvature of the winglet is changed or changeable as a function of the swivel angle.
  • This offers the advantage that the buoyancy force caused by the winglet can be adapted to the tilt angle of the winglet. This is particularly useful when the winglet is pivoted from one side of the high performance sail to the other side of the high performance sail.
  • the curvature of the winglet should also change in its sign, so that the winglet, when aligned with both the one side of the high-performance sail and when aligned with the other side, respectively generates a buoyancy force directed counter to the weight force.
  • the width of the winglet increases in the direction of flow. Since the difference between the applied pressure on both sides of the high-performance sail in the direction of flow increases along the free edge of the sail, a greater separation of the two sides is caused by the increasing width of the winglet, so the flow separation of the two sides with a minimum area of the Winglets along the entire edge of the high performance sail is given. In addition, the fluidic resistance of the winglet itself is thereby reduced. Furthermore, a wind-driven vehicle or boat is proposed with a high performance sail according to the invention.
  • the high-performance sail is held by a mast on the vehicle or boat, and the winglet is connected to the mast.
  • a conventional high-performance sail can be used, which is initially produced without the winglet, so it is stowed away and mounted and only then comes to rest on or is connected to the winglet arranged on the mast during or after fitting.
  • the winglet In order for the winglet to be able to align itself accordingly with the high-performance sail, it is further proposed that the winglet is pivotally connected to the mast.
  • Fig.l High performance sail with fixed winglet
  • Fig.2 High performance sail with fixed winglet in view from above
  • Fig.3 High performance sail with foldable double-sided winglet
  • Fig.4 High performance sail with hinged double-sided winglet in a pivoted position
  • Fig.5 High performance sail with one-sided winglet in the the high performance sail extending position
  • Fig.6 cooking power sail with one-sided winglet in a first pivoting angle position
  • Fig.7 High performance sail with one-sided winglet in a second SchwenkwinkelStellung
  • Fig.8 Rigging boat with high-performance sail and winglet pivoted to a first side
  • Fig.9 Rigging boat with high-performance sail and winglet pivoted to a second side
  • Fig. 10 Heeling boat with identical orientation as in Fig. 9, but with a larger heel angle
  • a first embodiment of the invention with a high-performance sail 7, a mast 1 and a winglet 6 can be seen.
  • the high-performance sail 7 is limited by a luff 2 held on the mast 1 and a leech 3.
  • the forehead 2 and the leech 3 open upwards into the free edge 70 directed in the direction of flow W, which could also be called upper luff.
  • the edge 70 is covered by a via a front connection point 9 with the mast 1 and a rear connection point 10 with the batten 4 and thus with the high performance sail 7 connected winglet 6.
  • the winglet 6 itself is stiff and can, for example, first on the batten 4 are connected to the high performance sail 7 and then snap when pulling the high-performance sail 7 in the front connection point 9 on the mast 1.
  • the winglet 6 can also be connected directly to the high performance sail 7 at the front connection point 9. to be bound. It makes sense that, in the event that the winglet 6 is held on the mast 1, the connection to the mast 1 is designed to be pivotable. However, the effect according to the invention occurs even in the case of a winglet fixedly connected to the mast.
  • the high performance sail 7 is shown with the upper edge 70, the winglet 6 and the mast 1 from above.
  • the high performance sail 7 is flowed by the wind in the direction of flow W.
  • the wind from the direction of flow W is composed of the true wind and the wind and is referred to in sailing as the relative (or even apparent) wind.
  • the force "F” would cause the boat to tilt as it is known to sail, while the propulsion force V drives the boat so that the higher pressure at the first side 70a and the lower pressure at the second side 70b can not be compensated by a flow around the edge 70.
  • the at least reduced compensating flow also reduces the induced resistance caused thereby at least so that the acting ones can be compensated Forces are increased including the propulsive force "V".
  • the width B of the winglet 6 increases in the direction of flow W, so that the winglet 6 has a triangular surface with the halves 6a and 6b.
  • the increasing width B makes sense, to a flow around the edge 70, even at a higher pressure difference in the upstream direction of the high performance sail 7 prevent.
  • the winglet 6 is a very simple embodiment of the invention and may e.g. be formed by a rigid plastic or light metal plate or by a fabric covered with a canvas frame construction.
  • the winglet 6 is connected at the front connection point 9 with the sail head of the high performance sail 7, that it always occupies a vertical position to this.
  • the winglet 6 is connected to the batten 4 and biases it in such a way that the batten 4 predetermines the curvature of the high-performance sail 70 in the top.
  • the winglet 6 is used with its rigidity in addition to the tension of the batten 4.
  • the high-performance sail 7 is held transversely movable with respect to the winglet 6, so that the high performance sail 7 can take both a curved position to one side and a curved position to the other side.
  • the edge 70 should be opposite the winglet 6, e.g. be sealed by a device with a flexible cloth or with a flexible sealing lip.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the invention, in which at the upper edge 70 of the high-performance separator. gels 7 a T-shaped winglet 60 with the extending to the sides of the high performance sail 7 halves 61 and 62 can be seen.
  • the winglet 60 is itself curved, so that a buoyancy force A is generated by the flow in the direction of flow W, which is directed opposite to the weight of the boat or the vehicle with a corresponding position of the winglet 60.
  • the weight of the vehicle or of the boat is reduced and the speed of the boat or of the vehicle increases with the same driving force.
  • the winglet 60 is pivotally mounted about an axis X lying approximately parallel to the free edge or in the free edge 70 on the high-performance sail 70, wherein the pivoting angle can be changed via a means 8, such as a pull line.
  • a means 8 such as a pull line.
  • the winglet 60 can be seen in a pivoted position in which the buoyancy force A against the high-performance sail 7 is also pivoted.
  • the buoyant force can be vectorially divided into a buoyancy force AA directed counter to the weight and a force AL directed in the LUV direction. The effect of the forces will be explained in more detail later with reference to FIGS. 8 and 9.
  • FIGS. 5 to 7 show a further embodiment of the invention in which the winglet 600 protrudes from the high-performance sail 7 on one side.
  • the winglet 600 can be seen in an upright position in which the winglet 600 extends the high-performance sail 7 and thereby increases the sail area as a whole.
  • the winglet 600 is curved in this position with a curvature K2 and the high performance sail 7 with a curvature Kl.
  • the curvatures K 1 and K 2 are identical, so that the overall result is a homogeneous sail surface.
  • the winglet 600 is connected to the high performance sail 7 via a flexible connection 601.
  • the winglet 600 is swiveled in each case in the pivoting direction "S" to a swivel angle S1 and S2 relative to the high-performance sail 7.
  • the winglet 600 can be designed such that the course of curvature changes or is variable as a function of the swivel angle is such that, for example, it assumes a curvature course K200 for a swivel angle S1 and a curvature curve K20 for a swivel angle S2.
  • the buoyancy generated by the curvature also changes to a lift A1 or A2.
  • FIGS. 8, 9 and 10 a boat with a high-performance sail 7 and a winglet 600 projecting on one side according to the exemplary embodiment shown in FIGS. 5 to 7 can be seen.
  • the viewing direction is from the front.
  • the boat drifts in the direction of travel to the right side and in the position shown in FIG. 9 to the left side.
  • the high-performance sail 7 has a curvature course K3 and the winglet 600 has an oppositely directed curvature course K4.
  • the angle D1 of the winglet 600 to the high-performance sail 7 in Fig. 8 is greater than 90 degrees and can be individually adjusted by the boat's or the vehicle's driver so as to produce a buoyant force A optimal for the driving conditions.
  • the buoyancy force A should be directed as vertically upwards as possible in order not to produce a force component which is too great against the force of the sail.
  • About the depending on the heeling of the vehicle or boat more or less large lever arm H a righting moment is generated, which counteract the heeling moment acts.
  • the buoyancy force A also acts against the weight of the vehicle or boat.
  • the lever arm H becomes larger with the heel, as shown in Fig. 9 and 10.
  • H3 is greater than H2 and thus the righting moment as well.
  • the angle Dl can be changed manually, eg pulling lines or the existing Cunningham can be used.
  • the wind pressure at each page change during pivoting of the winglet 600 can assist or automatically fold the winglet 600 to the other side.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Hochleistungssegel (7) für ein windgetriebenes Fahrzeug oder Boot, mit wenigstens einer in Anströmrichtung (W) verlaufenden Kante (70), wobei vorgeschlagen wird, dass an der in Anströmrichtung (W) verlaufenden Kante (70) ein Winglet (6, 60, 600) angeordnet ist.

Description

Flexibles Hochleistungssegel
Die Erfindung betrifft ein flexibles Hochleistungssegel mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein windgetriebenes Fahrzeug oder Boot mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 14.
Flexible Hochleistungssegel werden zum Beispiel auf schnellen Rennjachten, als ergänzender Vortrieb auf Fracht- oder Passagierschiffen oder ganz allgemein auf mit Segeln angetriebenen Fahrzeugen verwendet. Im Unterschied zu herkömmlichen Segeln, bei denen das Achterliek und das Vorliek in einer Spitze des Segels zusammenlaufen, laufen bei Hochleistungssegeln das Achterliek und das Vorliek an der Oberseite des Hochleistungssegels nicht zusammen, sondern enden in einer oberen Kante des Segels, welche aufgrund der Anordnung auch Oberliek genannt werden könnte. Der Vorteil eines solchen Hochleistungssegels besteht darin, dass es eine erheblich größere Segelfläche aufweist und dadurch eine wesentlich größere Vortriebskraft erzeugt. Diese größere Vortriebskraft ist für Rennjachten zur Erzielung einer höheren Geschwindigkeit und auf Fracht- oder Passagierschiffen zur Reduzierung des Treibstoffverbrauchs interessant. Im Gegensatz zu feststehenden Segeln sind flexible Segel dabei so ausgebildet, dass sie bei einem Verschwenken ihre Ausbauchung oder Krümmung verändern können. Dies wird z.B. durch die Verwendung eines flexiblen Segeltuches ermöglicht.
Die durch das Hochleistungssegel erzeugte Vortriebskraft wird, wenn der Wind von hinten oder schräg hinten kommt, nach dem Impulsprinzip oder, wenn der Wind schräg von vorne kommt, nach dem Auftriebsprinzip erzeugt. In jedem Fall ist die Vortriebs-
BE3TÄTIGUNQSKOPIE kraft das Ergebnis einer durch den Impuls oder durch den Auftrieb erzeugten Differenz des an der LEE- und an der LUV-Seite des Segels anliegenden Druckes.
Nachteilig bei solchen Hochleistungssegeln ist, dass die Druckdifferenz an dem Segel zu einer Ausgleichsströmung an der freien in Anströmrichtung gerichteten Segelkante führen kann, welche quer zu der Anströmung gerichtet ist und dadurch den Wirkungsgrad senkt. Diese Ausgleichsströmung senkt die Vortriebskraft und wird in der Strδmungsmechanik auch als induzierter Widerstand bezeichnet.
Zur Verminderung des induzierten Widerstandes wurde in der EP 0 642 440 Bl bereits vorgeschlagen, an der freien Segelkante ein Flügelgitter gebildet aus wenigstens zwei parallel gestaffelten Flügelchen anzuordnen. Sofern es sich bei dem Segel um ein flexibles Segel handelt, erscheint die dort beschriebene Lösung jedoch äußerst problematisch, da das Flügelgitter formstabil an dem Segel befestigt werden muss. Die Formstabilität ist dabei von besonderer Bedeutung, da ansonsten der durch das Flügelgitter bezweckte Effekt nicht eintritt. Eine solche Formstabilität ist bei flexiblen Segeln grundsätzlich nicht gegeben. Hinweise, wie das Flügelgitter an einem flexiblen Segel angeordnet werden kann, sind der Schrift aber nicht zu entnehmen, so dass diese Lösung für den Fachmann auch nach dem Lesen der Schrift als nicht umsetzbar erscheinen muss. Ferner kann sich im Gegensatz zu starren Tragflächen von Flugzeugen die Richtung der Ausgleichsströmung an der Segelseite je nach Stellung des Segels ändern. Da das Flügelgitter denselben Gesamtauftrieb pro Längeneinheit wie der Hauptteil des Flügels aufweisen soll, und die Flügelchen des Flügelgitters vorzugsweise verwindungsfrei ausgebildet werden sollen, ist anzunehmen, dass das Flügelgitter selbst ebenso starr ausgebildet sein soll wie der Hauptteil des Flügels. Bei Anwendung eines solchen Flügelgitters auf ein flexibles Segel ist demnach anzunehmen, dass das Flügelgitter nur für eine Richtung der Ausgleichsströmung ausgelegt ist, und bei einem Wechsel der Richtung der Ausgleichsströmung diese sogar noch verstärken kann. Insofern sind bei der Verminderung des induzierten Widerstandes eines flexiblen Hochleistungssegels gänzlich andere Aspekte zu berücksichtigen, als dies bei einer feststehenden Tragfläche eines Flugzeuges der Fall ist. Zur Lösung dieser Probleme ist der Schrift nichts zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein flexibles Hochleistungssegel und ein windgetriebenes Fahrzeug oder Boot mit einem flexiblen Hochleistungssegel mit einem verminderten induzierten Widerstand und einer gesteigerten Vortriebskraft bei gleicher Segelfläche zu schaffen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein flexibles Hochleistungssegel für ein windgetriebenes Fahrzeug oder Boot, sowie ein windgetriebenes Fahrzeug oder Boot mit einem flexiblen Hochleistungssegel mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 14 vorgeschlagen. In den Unteransprüchen sind weitere bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung angegeben.
Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass an der in Anströmrichtung verlaufenden Kante des Hochleistungssegels ein Winglet angeordnet ist. Durch das vorgeschlagene Winglet wird die in Anströmrichtung verlaufende Kante des Segels abgedeckt und damit deren Umströmung verhindert, so dass sich die Druckdifferenz an dem Segel nicht durch die beschriebene Ausgleichsströmung ausgleichen kann, und die treibende Druckdifferenz über die gesamte Fläche des Segels erhalten bleibt. Aufgrund der über die gesamte Segelfläche anliegenden Druck- differenz wird dann bei gleicher Segelfläche die Vortriebskraft entsprechend gesteigert. Unter einer in Anströmrichtung verlaufenden Kante des Segels soll im Sinne der Erfindung jede Kante verstanden werden, an welcher aufgrund ihrer Ausrichtung bei einer bestimmten Anströmung eine Druckdifferenz zwischen den unterschiedlichen Seiten entstehen kann, welche die beschriebene Ausgleichsströmung und damit einen induzierten Widerstand hervorrufen kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Winglet über eine flexible Verbindung an der Kante des Hochleistungssegels angeordnet ist. Durch die flexible Verbindung zwischen dem Winglet und dem Hochleistungssegel wird sichergestellt, dass das Hochleistungssegel in seiner Bewegungsfreiheit durch das Winglet nicht beeinträchtigt ist.
Das Winglet kann an seiner Vorderseite und an seiner Hinterseite über jeweils eine Verbindungsstelle mit dem Hochleistungssegel verbunden sein, wobei das Hochleistungssegel zwischen den Verbindungsstellen relativ zu der Anströmrichtung gegenüber dem Winglet querbeweglich sein sollte. Dies kann z.B. dadurch erzielt werden, indem das Hochleistungssegel zwischen den Verbindungsstellen gar nicht mit dem Winglet verbunden ist, oder zumindest nur so flexibel verbunden ist, dass das Segel die Ausbauchung verändern kann, ohne dass sich dadurch das Winglet in seiner Stellung oder Formgebung verändern muss .
Weiter wird vorgeschlagen, dass zur Steigerung des Wirkungsgrades die Verbindung zwischen dem Segel und dem Winglet winddicht ist .
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann darin gesehen werden, dass das Hochleistungssegel Form stabilisierende Segellatten aufweist, und das Winglet über wenigstens eine Segellatte mit dem Hochleistungssegel verbunden ist . Die Form stabilisierenden Segellatten stellen einen einfachen und stabilen Anbindungspunkt für das Winglet zur Verbindung mit dem Hochleistungssegel dar. Ferner können die Segellatten das Winglet zusätzlich spannen, oder bei Verwendung eines formstabilen Winglets kann dieses auch die Segellatten spannen. Da die Segellatten das Segel in seiner Fläche und mit ihren Enden das Achterliek aufspannen oder zumindest nahe dem Achterliek enden, ist dadurch zusätzlich der Vorteil geschaffen, dass das Winglet im Sinne einer stabilen Befestigung an einem möglichst weit von dem Mast entfernten Punkt des Hochleistungssegels mit diesem verbunden ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann darin gesehen werden, dass das Winglet derart gekrümmt ist, dass das Winglet bei Anströmung eine Auftriebskraft auf das Hochleistungssegel ausübt. Durch die erzeugte Auftriebskraft, die der Gewichtskraft des Fahrzeuges oder des Bootes entgegenwirkt, kann die Wasserverdrängung und im Fall des Gleitens die benetzte Oberfläche vermindert werden, so dass die gewichtsbedingten Verluste gesenkt werden und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder des Bootes bei gleicher Vortriebskraft weiter gesteigert werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Winglet um eine zu der freien Kante parallele, oder in der freien Kante verlaufende Achse schwenkbar mit dem Hochleistungssegel verbunden ist . Durch die vorgeschlagene Lösung kann das Winglet auch bei einem Krängen des Bootes oder Fahrzeuges so ausgerichtet werden, dass dieses einen vorgegebenen Winkel zu dem Hochleistungssegel einnimmt . Insbesondere kann der durch das Winglet bewirkte Auftrieb durch die Ausrichtung des Schwenkwinkels des Winglets auch zum Aufrichten des Bootes genutzt werden, so dass der Krängungswinkel in bestimmten Fahrsituationen vermindert wird. Eine verminderte Krängung hat grundsätzlich den Vorteil, dass das Fahrzeug oder das Boot mit einer kleineren Krängung weniger Widerstand im Wasser besitzt und auch bessere Geradeauslaufeigenschaften hat .
In diesem Fall wird weiter vorgeschlagen, dass das Winglet ausschließlich zu einer Seite des Hochleitungssegels abragt, und durch die Schwenkbarkeit ein Schwenken des Winglets zu der anderen Seite ermöglicht ist. Dadurch kann das Winglet bei einem Krängen des Bootes oder Fahrzeuges unabhängig von der Richtung des Krängens so zu dem Hochleistungssegel ausgerichtet werden, dass das Winglet immer zu der gekrängten Seite des Hochleistungssegels, also nach LUV gerichtet ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Winglet in eine das Hochleistungssegel verlängernde Stellung schwenkbar ist . Dadurch kann das Winglet insbesondere bei schwachen Winden, bei denen die Differenz der an den unterschiedlichen Seiten des Segels anliegenden Drücke nicht so groß ist, zur Vergrößerung der Segelfläche genutzt werden. Dies ist insofern vertretbar, da bei schwachen Winden die Druckdifferenz an dem Segel kleiner ist, und dadurch der induzierte Widerstand ebenfalls geringer ist, so dass das Winglet in diesem Fall besser als zusätzliche Segelfläche genutzt werden sollte.
Vorzugsweise sollten Mittel zur Verstellung des Schwenkwinkels vorgesehen sein, so dass der Winkel aktiv verstellt werden kann. Die Mittel zur Verstellung des Schwenkwinkels können durch gesonderte Einstellmittel oder auch durch die Verwendung des Vorliekstreckers, auch unter dem Namen „Cunningham" be- kannt, verwirklicht sein.
Weiterhin ist es sinnvoll, Mittel zur Feststellung des Schwenkwinkels vorzusehen, so dass sich der Schwenkwinkel zwischen dem Winglet und dem Hochleistungssegel nach dem Einstellen nicht selbsttätig ändert.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Winglet derart gekrümmt ist, dass das Winglet bei Anströmung eine Auftriebskraft auf das Hochleistungssegel ausübt, und die Krümmung des Winglets sich in Abhängigkeit des Schwenkwinkels verändert oder veränderbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass die durch das Winglet bewirkte Auftriebskraft an den Schwenkwinkel des Winglets angepasst werden kann. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Winglet von einer Seite des Hochleistungssegels auf die andere Seite des Hochleistungssegels verschwenkt wird. In diesem Fall sollte sich die Krümmung des Winglets auch in ihrem Vorzeichen ändern, so dass das Winglet bei Ausrichtung sowohl zu der einen Seite des Hochleistungssegels als auch bei einer Ausrichtung zu der anderen Seite jeweils eine der Gewichtskraft entgegen gerichtete Auftriebskraft erzeugt.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Breite des Winglets in Anströmrichtung zunimmt. Da die Differenz zwischen den an beiden Seiten des Hochleistungssegels anliegenden Drücken in Anströmrichtung entlang der freien Kante des Segels zunimmt, wird durch die zunehmende Breite des Winglets auch eine größere Trennung der beiden Seiten bewirkt, so die strδmungstechnische Trennung der beiden Seiten mit einer minimalen Fläche des Winglets entlang der gesamten Kante des Hochleistungssegels gegeben ist . Außerdem ist der strömungstechnische Widerstand des Winglets selbst dadurch reduziert. Weiterhin wird ein windgetriebenes Fahrzeug oder Boot mit einem erfindungsgemäßen Hochleistungssegel vorgeschlagen.
In diesem Fall wird vorgeschlagen, dass das Hochleistungssegel über einen Mast an dem Fahrzeug oder Boot gehalten ist, und das Winglet mit dem Mast verbunden ist. Dadurch kann ein herkömmliches Hochleistungssegel verwendet werden, welches zunächst einmal ohne das Winglet hergestellt wird, so auch verstaut und aufgezogen wird und dann erst beim oder nach dem Aufziehen an dem am Mast angeordneten Winglet zur Anlage gelangt bzw. mit diesem verbunden wird.
Damit sich das Winglet gegenüber dem Hochleistungssegel entsprechend ausrichten kann, wird weiter vorgeschlagen, dass das Winglet schwenkbeweglich mit dem Mast verbunden ist .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert . In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
Fig.l: Hochleistungssegel mit feststehendem Winglet
Fig.2: Hochleistungssegel mit feststehendem Winglet in Sicht von oben
Fig.3: Hochleistungssegel mit klappbarem beidseitigem Winglet
Fig.4: Hochleistungssegel mit klappbarem beidseitigem Winglet in verschwenkter Stellung
Fig.5: Hochleistungssegel mit einseitigem Winglet in der das Hochleistungssegel verlängernden Stellung
Fig.6: Kochleistungssegel mit einseitigem Winglet in einer ersten Schwenkwinkelstellung
Fig.7: Hochleistungssegel mit einseitigem Winglet in einer zweiten SchwenkwinkelStellung
Fig.8: Krängendes Boot mit Hochleistungssegel und zu einer ersten Seite verschwenktem Winglet
Fig.9: Krängendes Boot mit Hochleistungssegel und zu einer zweiten Seite verschwenktem Winglet
Fig. 10: Krängendes Boot mit identischer Ausrichtung wie in Fig. 9, jedoch mit größerem Krängungswinkel
In Fig.l ist eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Hochleistungssegel 7, einem Mast 1 und einem Winglet 6 zu erkennen. Das Hochleistungssegel 7 ist begrenzt durch ein an dem Mast 1 gehaltenes Vorliek 2 und ein Achterliek 3. Das Vor- liek 2 und das Achterliek 3 münden nach oben in die freie in Anströmrichtung W gerichtete Kante 70, welche auch Oberliek genannt werden könnte. Die Kante 70 ist abgedeckt durch ein über eine vordere Verbindungsstelle 9 mit dem Mast 1 und über eine hintere Verbindungsstelle 10 mit der Segellatte 4 und damit mit dem Hochleistungssegel 7 verbundenes Winglet 6. Das Winglet 6 selbst ist steif ausgebildet und kann z.B. zuerst über die Segellatte 4 mit dem Hochleistungssegel 7 verbunden werden und dann beim Hochziehen des Hochleistungssegels 7 in der vorderen Verbindungsstelle 9 an dem Mast 1 einrasten. Selbstverständlich kann das Winglet 6 auch an der vorderen Verbindungsstelle 9 direkt mit dem Hochleistungssegel 7 ver- bunden sein. Sinnvoll ist es, dass für den Fall, dass das Winglet 6 an dem Mast 1 gehalten ist, die Verbindung zu dem Mast 1 schwenkbeweglich ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße Effekt tritt allerdings auch schon bei einem fest mit dem Mast verbundenen Winglet auf .
In Fig.2 ist das Hochleistungssegel 7 mit der oberen Kante 70, dem Winglet 6 und dem Mast 1 von oben dargestellt. Das Hochleistungssegel 7 wird von dem Wind in Anströmrichtung W angeströmt. Der Wind aus der Anströmrichtung W setzt sich zusammen aus dem wahren Wind und dem Fahrtwind und wird im Segelsport auch als der relative (oder auch scheinbare) Wind bezeichnet. Aufgrund des relativen Windes aus der Anströmrichtung W entsteht an dem Hochleistungssegel 7 eine erste Seite 70a mit einem hohen Druck, welcher durch „ + " Zeichen symbolisiert dargestellt ist, und eine zweite Seite 70b mit einem niedrigeren Druck, welcher analog durch „-„ Zeichen symbolisiert dargestellt ist. Aufgrund der an dem Hochleistungssegel 7 anliegenden Druckdifferenz wird dadurch eine Normalkraft „N" erzeugt, welche vektoriell in eine Kraft „F" vertikal zu der Längsachse des Fahrzeuges oder Bootes und eine Vortriebskraft „V" in Richtung der Längsachse aufgeteilt werden kann. Für den Fall, dass das Hochleistungssegel 7 an einem Boot angeordnet ist, würde die Kraft „F" das im Segeln als Krängen bekannte Neigen des Bootes bewirken, während die Vortriebskraft V das Boot antreibt. Die Kante 70 wird nach oben durch das Winglet 6 abgedeckt, so dass sich der höhere Druck an der ersten Seite 70a und der niedrigere Druck an der zweiten Seite 70b nicht durch eine Umströmung der Kante 70 ausgleichen können. Durch die zumindest reduzierte Ausgleichsströmung wird der dadurch bewirkte induzierte Widerstand ebenfalls wenigstens verringert, so dass die wirkenden Kräfte einschließlich der Vortriebskraft „V" vergrößert werden. Die Breite B des Winglets 6 nimmt in Anströmrichtung W zu, so dass das Winglet 6 eine dreieckförmige Fläche mit den Hälften 6a und 6b aufweist. Da die Differenz zwischen den Drücken an der ersten Seite 70a und der zweiten Seite 70b ebenfalls in Anströmrichtung W zunimmt, ist die zunehmende Breite B sinnvoll, um eine Umströmung der Kante 70, auch bei einer höheren Druckdifferenz im in Anströmrichtung hinteren Bereich des Hochleistungssegels 7 zu verhindern.
Das Winglet 6 ist eine sehr einfache Ausführungsform der Erfindung und kann z.B. durch eine starre Kunststoff- oder Leichtmetallplatte oder auch durch eine mit einem Segeltuch bespannte Rahmenkonstruktion gebildet sein. Das Winglet 6 ist an der vorderen Verbindungsstelle 9 so mit dem Segelkopf des Hochleistungssegels 7 verbunden, dass es immer eine senkrechte Stellung zu diesem einnimmt. An der hinteren Verbindungsstelle 10 ist das Winglet 6 mit der Segellatte 4 verbunden und spannt diese derart vor, dass die Segellatte 4 die Krümmung des Hochleistungssegels 70 im Top vorgibt. Dadurch wird das Winglet 6 mit seiner Steifigkeit zusätzlich zur Spannung der Segellatte 4 genutzt. Zwischen den Verbindungsstellen 9 und 10 ist das Hochleistungssegel 7 querbeweglich gegenüber dem Winglet 6 gehalten, so dass das Hochleistungssegel 7 sowohl eine gekrümmte Stellung zu der einen Seite als auch eine gekrümmte Stellung zu der anderen Seite einnehmen kann. Damit trotz der Querbeweglichkeit kein Umströmen der Kante 70 eintritt, sollte die Kante 70 gegenüber dem Winglet 6 z.B. über eine Vorrichtung mit einem flexiblen Tuch oder auch mit einer flexiblen Dichtlippe gedichtet sein.
In Fig.3 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung zu erkennen, bei der an der oberen Kante 70 des Hochleistungsse- gels 7 ein T- förmiges Winglet 60 mit den sich zu den Seiten des Hochleistungssegels 7 erstreckenden Hälften 61 und 62 zu sehen ist. Das Winglet 60 ist selbst gekrümmt, so dass durch die Anströmung in Anströmrichtung W eine Auftriebskraft A erzeugt wird, welche bei entsprechender Stellung des Winglets 60 der Gewichtskraft des Bootes oder des Fahrzeugs entgegengerichtet ist . Dadurch wird das Gewicht des Fahrzeuges oder des Bootes verringert und die Geschwindigkeit des Bootes oder des Fahrzeuges bei gleicher Vortriebskraft erhöht. Das Winglet 60 ist schwenkbar um eine in etwa parallel zu der freien Kante oder in der freien Kante 70 liegende Achse X an dem Hochleistungssegel 70 angeordnet, wobei der Schwenkwinkel über ein Mittel 8, wie z.B. eine Zugleine, verändert werden kann. In Fig.4 ist das Winglet 60 in einer verschwenkten Stellung zu erkennen, in der die Auftriebskraft A gegenüber dem Hochleistungssegel 7 ebenfalls verschwenkt ist . Die Auftriebskraft kann vektoriell in eine der Gewichtskraft entgegen gerichtete Auftriebskraft AA und eine in LUV-Richtung gerichtete Kraft AL aufgeteilt werden. Die Wirkung der Kräfte wird später anhand der Fig. 8 und 9 näher erläutert.
In den Fig.5 bis 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das Winglet 600 einseitig von dem Hochleistungssegel 7 abragt. In der Fig.5 ist das Winglet 600 in einer aufrechten Stellung zu erkennen, in der das Winglet 600 das Hochleistungssegel 7 verlängert und dadurch die Segelfläche insgesamt vergrößert. Das Winglet 600 ist in dieser Stellung mit einem Krümmungsverlauf K2 und das Hochleistungs- segel 7 mit einem Krümmungsverlauf Kl gekrümmt . Zumindest im Bereich der oberen Kante 70 sind die Krümmungen Kl und K2 i- dentisch, so dass sich insgesamt eine homogene Segelfläche ergibt. Das Winglet 600 ist im Bereich der freien Kante 70 über eine flexible Verbindung 601 mit dem Hochleistungssegel 7 ver- bunden und kann in der Verbindung 601 um die Achse X verschwenkt werden. In den Fig.6 und 7 ist das Winglet 600 jeweils in Schwenkrichtung „S" zu einem Schwenkwinkel Sl und S2 gegenüber dem Hochleistungssegel 7 verschwenkt . Das Winglet 600 kann dabei so ausgebildet sein, dass der Krümmungsverlauf sich in Abhängigkeit von dem Schwenkwinkel ändert oder veränderbar ist, so dass dieser z.B. bei einem Schwenkwinkel Sl einen Krümmungsverlauf K200 und bei einem Schwenkwinkel S2 einen Krümmungsverlauf K20 einnimmt. In Abhängigkeit von dem Krümmungsverlauf ändert sich dann auch der durch die Krümmung erzeugte Auftrieb zu einem Auftrieb Al oder A2.
In den Fig.8, 9 und 10 ist ein Boot mit einem Hochleistungssegel 7 und einem einseitig gemäß dem in den Fig.5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel abragenden Winglet 600 zu erkennen. Die Blickrichtung ist von vorne. Das Boot krängt in der in Fig.8 gezeigten Stellung in Fahrtrichtung zu der rechten Seite und in der in Fig.9 gezeigten Stellung zu der linken Seite. In Fig 10 krängt das Boot in Fahrtrichtung zur der linken Seite, jedoch stärker als in Fig.9 gezeigt.
In der Fig.8 weist das Hochleistungssegel 7 einen Krümmungsverlauf K3 und das Winglet 600 einen entgegengesetzt gerichteten Krümmungsverlauf K4 auf. Der Winkel Dl des Winglets 600 zu dem Hochleistungssegel 7 in Fig.8 ist größer als 90 Grad und kann individuell so von dem Führer des Bootes oder des Fahrzeuges eingestellt werden, dass eine für die Fahrbedingungen optimale Auftriebskraft A erzeugt wird. Die Auftriebskraft A soll möglichst senkrecht nach oben gerichtet sein, um nicht eine zu große entgegen der Segelkraft gerichtete Kraftkomponente zu erzeugen. Über den je nach Krängung des Fahrzeuges oder Bootes mehr oder weniger großen Hebelarm H wird ein aufrichtendes Moment erzeugt, das entgegen das Krängungsmoment wirkt. Die Auftriebskraft A wirkt außerdem entgegen der Gewichtskraft der Fahrzeuges oder Bootes. Je stärker die Krängung, umso größer wird der Hebelarm H und damit das aufrichtende Moment bei gleich bleibender Auftriebskraft A. Der Hebelarm H wird mit der Krängung größer, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt ist. H3 ist größer als H2 und damit das aufrichtende Moment ebenso. Je nach Krängung und Windverhältnissen kann der Winkel Dl manuell verändert werden, wobei z.B. Zugleinen oder auch der vorhandene Cunningham genutzt werden können.
In Fig.9 ist dasselbe Boot mit dem Hochleistungssegel 7 auf der anderen Seite dargestellt. Da sich das Hochleistungssegel 7 hier auf der anderen Seite des Bootes befindet, hat sich die Krümmung des Hochleistungssegels 7 in ihrem Verlauf und auch in ihrem Vorzeichen zu einer Krümmung K5 verändert . Das Winglet 600 wurde dabei gegenüber der in Fig.8 gezeigten Stellung auf die andere Seite des Hochleistungssegels 7 verschwenkt und hat dabei ebenfalls seine Krümmung zu einer der Krümmung K5 des Hochleistungssegels 7 entgegengesetzt gerichteten Krümmung K6 verändert .
Da das Winglet 600 in beiden gezeigten Fällen nach LEE zeigt, kann der Winddruck bei jedem Seitenwechsel beim Verschwenken des Winglets 600 unterstützen oder das Winglet 600 selbständig zur anderen Seite klappen.
Derselbe Effekt des Aufrichtens des Bootes lässt sich auch mit dem in den Fig.3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel erzielen, wobei das in den Fig.3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel den Vorteil aufweist, dass das T-förmige Winglet 60 auch bei einem Wechsel des Hochleistungssegels 7 auf die andere Seite nur geringfügig verschwenkt werden muss .

Claims

Ansprüche :
1. Flexibles Hochleistungssegel (7) für ein windgetriebenes Fahrzeug oder Boot, mit wenigstens einer in Anströmrichtung (W) verlaufenden Kante (70), dadurch gekennzeichnet, dass an der in Anströmrichtung (W) verlaufenden Kante (70) ein Winglet (6,60,600) angeordnet ist.
2. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (6,60,600) über eine flexible Verbindung an der Seite (70) des Hochleistungssegels
(7) angeordnet ist.
3. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (6,60,600) an seiner Vorderseite und an seiner Hinterseite über jeweils eine Verbindungsstelle (9,10) mit dem Hochleistungssegel (7) verbunden ist, und das Hochleistungssegel (7) zwischen den Verbindungsstellen (9,10) relativ zu der Anströmrichtung (W) gegenüber dem Winglet (6) querbeweglich ist.
4. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Hochleistungssegel (7) und dem Winglet (6) winddicht ist.
5. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochleistungssegel (7) Form stabilisierende Segellatten (4,5) aufweist, und das Winglet (6,60,600) über wenigstens eine Segellatte (4) mit dem Hochleistungssegel (7) verbunden ist .
6. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (60,600) derart gekrümmt ist, dass das Winglet
(60,600) bei Anströmung eine Auftriebskraft (A) auf das Hochleistungssegel (7) ausübt.
7. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (60,600) um eine zu der freien Kante (70) parallele oder in der freien Kante (70) verlaufende Achse (X) schwenkbar mit dem Hochleistungssegel (7) verbunden ist.
8. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (600) ausschließlich zu einer Seite des Hochleistungssegels (7) abragt, und durch die Schwenkbarkeit ein Schwenken des Winglets (600) zu der anderen Seite ermöglicht ist .
9. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (600) in eine das Hochleistungssegel (7) verlängernde Stellung schwenkbar ist .
10. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (8) zur Verstellung des Schwenkwinkels vorgesehen sind.
11. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Feststellung des Schwenkwinkels vorgesehen sind.
12. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (600) flexibel ausgebildet ist, und die Krümmung
(K2) des Winglets (600) sich in Abhängigkeit des Schwenkwinkels verändert oder veränderbar ist .
13. Flexibles Hochleistungssegel (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) des Winglets (6) in Anströmrichtung (W) zunimmt.
14. Windgetriebenes Fahrzeug oder Boot mit einem Hochleistungssegel (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
15. Windgetriebenes Fahrzeug oder Boot nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochleistungssegel (7) über einen Mast (1) an dem Fahrzeug oder Boot gehalten ist, und das Winglet (6,60,600) mit dem Mast verbunden ist.
16. Windgetriebenes Fahrzeug oder Boot nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Winglet (6,60,600) schwenkbeweglich mit dem Mast (1) verbunden ist.
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