包括形狀記憶材料元件的船帆、用于其操作的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及帆船風(fēng)力推進(jìn)裝置，并且更特別地涉及包括由形狀記憶合金制成的元件的用于帆船的帆。
【背景技術(shù)】
[0002]已知帆不平放在測量高度和寬度的平面中，而是通常沿與所述平面垂直的方向突出，從而限定沿著高度和寬度方向連續(xù)變化的特定曲率或曲度。曲度是對帆的良好的空氣動力學(xué)性能而言的關(guān)鍵因素并且由設(shè)計考慮推導(dǎo)出。
[0003]已知帆通常設(shè)計成具有基于預(yù)知風(fēng)力情況的最佳曲度分布。帆船也通常設(shè)置有用于調(diào)節(jié)曲度以使帆船在航行期間的性能最大化的裝置。
[0004]用于利用風(fēng)力向前運(yùn)動的傳統(tǒng)方法涉及帆的使用，帆由諸如升帆索、控帆索、張帆索、收帆索、下拉索、斜桁支索之類的許多纜繩以及諸如桅桿、吊桿、斜桅、帆柱之類的結(jié)構(gòu)控制和操縱以將帆定形狀成適合的翼型。
[0005]這些控制裝置現(xiàn)在是現(xiàn)代復(fù)雜的航海技術(shù)的部分。然而，帆曲度的控制主要受三維形狀的影響并且尚須主要受三維形狀的影響，因此，帆具有例如相對于其平面在測量高度和寬度的平面上突出的三角形形狀。
[0006]近年來已經(jīng)基于采用形狀記憶合金的構(gòu)思提出了可選擇的帆調(diào)節(jié)方法。AdamVoorhees于2010年7月I日出版在SMST E-Elastic newsletter上的第I至3頁的文章“Shape memory alloys could transform yachting (形狀記憶合金將改變帆船運(yùn)動)”提出了制造設(shè)置有形狀記憶合金骨架的船帆從而允許將船帆從靜態(tài)或被動結(jié)構(gòu)改變成動態(tài)或主動結(jié)構(gòu)，以便實現(xiàn)在每個航行角度、風(fēng)速并且更普遍地在海況下的最佳性能。然而，實施該基本構(gòu)思的具體方法沒有被公開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]從這個基本構(gòu)思出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用形狀記憶合金的技術(shù)的船帆。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于對這樣的船帆的操作進(jìn)行控制的裝置及方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，船帆包括其中結(jié)合有形狀記憶元件的一個或更多個分立的“主動”部分，所述部分的表面面積之和合成的表面面積包括在整個船帆的表面面積的0.01%與50%之間。發(fā)明人實際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不是必須為整個帆提供由形狀記憶元件構(gòu)成的骨架以調(diào)節(jié)帆的形狀，發(fā)明人足以并且更有效地在帆的分立部分處應(yīng)用這樣的元件。在多數(shù)情況下，形狀記憶元件靠近帆頂點(diǎn)一一在該頂點(diǎn)處，帆通常受其支承結(jié)構(gòu)的限制一一的存在甚至是無用的或不利的，這是因為形狀記憶元件將要承受的應(yīng)力對應(yīng)于這些頂點(diǎn)。此外，布置在帆頂點(diǎn)處的形狀記憶元件必須尺寸極大，因而使整個帆更重并且導(dǎo)致功率消耗更大。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，帆的包括形狀記憶元件的部分包括由形狀記憶合金制成的以彼此平行或彼此交叉的式樣布置的絲狀構(gòu)件的組。包括形狀記憶元件的部分的全部表面面積包括在整個帆的表面面積的3%與50%之間，并且更優(yōu)選地包括在整個帆的表面面積的5%與30%之間。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的替代性實施方式，帆的包括形狀記憶元件的部分包括由形狀記憶合金制成并且沿著帆的表面延伸的單個絲狀構(gòu)件。在這種情況下，形狀記憶元件的全部表面面積包括在整個帆的表面面積的0.01%與3%之間并且更優(yōu)選地包括在整個帆的表面面積的0.2%與1.5%之間。
[0011]形狀記憶元件可以例如在制造期間嵌入在帆結(jié)構(gòu)中或者簡單地應(yīng)用于其外部表面；形狀記憶元件可以是帆材料自身的部分或者通過焊接、膠接、縫接、模制、層壓、印制、夾在帆層之間、或其組合的方式結(jié)合在帆材料中。在帆的外部表面上的應(yīng)用特別適用于改進(jìn)現(xiàn)有帆。
[0012]可以適當(dāng)選擇形狀記憶元件相對于帆的支承結(jié)構(gòu)的布置以滿足特定設(shè)計需要。絲狀構(gòu)件可以例如以與桅桿或帆下桁平行或垂直的方式布置或者以相對于桅桿或帆下桁傾斜的方式布置。絲狀構(gòu)件還可以以彼此平行的組布置或依照交叉式樣布置。
[0013]絲狀構(gòu)件還可以有利地依照帆的應(yīng)變線布置。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，由形狀記憶合金制成的絲狀構(gòu)件還可以用于制造帆的拉緊繩索，絲狀構(gòu)件可以替代性地用于通常用來將帆限制于桅桿、帆下桁、前桅支索并且更一般地限制于在船上的任何帆支承結(jié)構(gòu)設(shè)置的繩索。
[0015]絲狀構(gòu)件結(jié)合在帆中并且連接至帆控制裝置并且通過帆控制裝置供電，帆控制裝置還可以包括由形狀記憶合金制成的拉緊繩索。更特別地，絲狀構(gòu)件連接至受帆的支承結(jié)構(gòu)限制的電氣端子。電氣端子進(jìn)而連接至與電源可操作地連接的電氣接口。電氣接口可以構(gòu)造成選擇性地供電至結(jié)合在帆的主動部分中的絲狀構(gòu)件，由此允許僅熱激活主動部分中的一些主動部分，并且允許精細(xì)地控制帆的形狀、尺寸和曲度。
[0016]電力供給能夠被有利地調(diào)節(jié)。為此，控制裝置可以包括手動驅(qū)動器。電力供給的自動或半自動控制也是可能的，并且為此，控制裝置可以包括存儲控制程序并且可能構(gòu)造成接收下述外部輸入的微處理器:所述外部輸入來自在帆的主動部分的預(yù)定位置處和/或在安裝有帆的帆船上安裝的一個或更多個傳感器。其他傳感器還可以在帆的其他非主動部分上或者在安裝有帆的帆船上的其他地方安裝以收集對比和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0017]對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的帆的其他優(yōu)點(diǎn)和特征以及其控制裝置及方法的優(yōu)點(diǎn)和特征將在下面通過參照附圖從發(fā)明的實施方式的詳細(xì)且非限制性地描述變得清楚，其中:
[0018]-圖1示意性地示出了其帆包括結(jié)合有形狀記憶元件的部分的帆船；
[0019]-圖2是示意性地示出了可以用在圖1的船上的帆的放大視圖；
[0020]-圖3是示出了圖1的細(xì)節(jié)K的放大視圖；
[0021]-圖4是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的帆控制裝置的控制電路的方框圖；
[0022]-圖5示出了用于拉緊帆的牽引系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括由形狀記憶元件制成或包括形狀記憶元件的繩索；
[0023]-圖6至圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的帆的其他示例實施方式。
【具體實施方式】
[0024]為便于人們理解，在附圖中示出的元件的尺寸和尺寸比例已經(jīng)改變。特別地，形成形狀記憶元件的絲狀構(gòu)件的厚度已經(jīng)被放大以清楚地示出絲狀構(gòu)件相對于帆和帆的支承結(jié)構(gòu)的布置。此外，還由于元件的特性和定位的很大自由度，因此，沒有描繪對理解本發(fā)明來說不是必要的元件，如電連接器和電纜/電線。
[0025]參照圖1和圖3，A、B和V分別指示例如具有傳統(tǒng)主帆R和熱內(nèi)亞帆G的帆船I的主桅桿、帆下桁和斜桁支索。
[0026]然而，本發(fā)明不涉及任何特定類型的帆并且可以有利地應(yīng)用于小噸位帆船和豪華游艇的帆。因此，本發(fā)明的帆可以在尺寸和形狀方面變化很大。下面將參照裝配百慕大帆的帆船，比如圖1中例示的帆船并且特別參照主帆，應(yīng)該清楚的是任何其他帆或設(shè)備可以根據(jù)本發(fā)明的教示進(jìn)行改進(jìn)。
[0027]帆的形狀通常為大致三角形或梯形。帆的邊一一在百慕大主帆的情況下不受主桅桿或帆下桁限制、或在百慕大前桅帆的情況下不受前桅支索的限制——通常是直的或略微弧形的。帆通常以最