судно, содержащее свободно летящий, типа воздушного змея, атакуемый ветром элемент в качестве ветрового приводного блока

Формула изобретения

1. Судно, движущееся вперед с помощью ветра, в котором свободно летящий, подобный воздушному змею элемент (1), на который воздействует ветер, и который имеет профиль крыла, используемый в качестве исключительной, вспомогательной или аварийной движительной системы, соединен с судном (4) через перлинь (1.1), который может быть развернут в несколько удерживающих тросов, при этом элемент (1), на который воздействует ветер, можно изменять, по меньшей мере, через один активный приводной элемент (140, 145, 152), размещенный в непосредственной близости от элемента или в элементе, на который воздействует ветер, и соединен с ним, посредством изменения аэродинамических характеристик элемента, на который воздействует ветер, для направления его в заданное положение и удерживания в этом положении относительно судна (4) и/или для динамического маневрирования, в частности, по заданным маршрутам полета, отличающееся тем, что

содержит средство для изменения аэродинамических характеристик элемента (1), предназначенное для изменения его выравнивания, положения и/или формы,

при этом подобный воздушному змею элемент (1) снабжен множеством управляющих линей (103), которые соединены с указанным средством для изменения аэродинамических характеристик элемента и образуют подобную матрице систему, при этом различные управляющие лини (103) приводятся в действие комбинированно через совместный приводной рабочий элемент (140, 145), с различными линейными перемещениями посредством различно выбранных точек крепления и/или различно выбранных понижающих или повышающих передаточных отношений.

2. Судно по п.1, отличающееся тем, что активный приводной элемент (140, 145, 152) снабжается электрической энергией из накопителя, размещенного в месте расположения приводного элемента.

3. Судно по п.1, отличающееся тем, что средство для изменения аэродинамических характеристик элемента (1), на который воздействует ветер, содержит средство для изменения формы посредством симметричного или асимметричного изменения профиля крыла за счет влияния на выравнивание его кромки отделения потока посредством искривления профиля крыла, посредством симметричного и/или посредством ассиметричного изменения кривизны профиля крыла, и/или посредством изменения парусности, и/или посредством изменения точки крепления перлиня относительно геометрии формы крыла, при этом средство для изменения формы в случае двухслойного профиля крыла содержит средство для изменения расстояния между двумя слоями (105, 106).

4. Судно по п.3, отличающееся тем, что средства для работы на обеих сторонах и/или для работы в противоположных направлениях и для изменения профиля крыла в одинаковом направлении или асимметрично имеют общий приводной элемент (140, 145).

5. Судно по п.3, отличающееся тем, что при выполнении элемента (1), на который воздействует ветер, по меньшей мере, частично из текстильного или другого гибкого материала, средство для изменения аэродинамических характеристик содержит устройство для регулирования, предпочтительно для удлинения или укорачивания, по меньшей мере, одного управляющего линя (103) с помощью приводного элемента, при этом управляющий линь (103) имеет, по меньшей мере, один изгиб или зону обратной подачи в виде блока шкивов с повышающим или понижающим действием.

6. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что приводной элемент содержит лебедку и/или линейный исполнительный механизм (152), который может приводиться в действие с помощью сжатой среды, при этом линейный исполнительный механизм (152) выполнен в виде пневматического элемента, длина которого уменьшается при приложении повышенного давления.

7. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что содержит средство для определения управляющего сигнала для приводного элемента (140, 145, 152), по меньшей мере, опосредованно из сигнала, который характеризует направление ветра и/или скорость ветра, и для определения сигнала, который характеризует состояние моря, при этом сигнал, который характеризует направление ветра и/или скорость ветра, и сигнал, который характеризует состояние моря, определяются посредством датчика, при этом направление ветра и/или скорость ветра соответственно являются направлением и/или скоростью кажущегося ветра, которые определяются предпочтительно непосредственно на элементе, на который воздействует ветер.

8. Судно по п.7, отличающееся тем, что датчики связаны с процессором или логическим блоком, который использует сигналы соответствующих датчиков, связанных с ним фиксированным или изменяемым образом, для формирования сигнала положения, выравнивания и/или маневра для элемента (1), на который воздействует ветер, при этом указанный сигнал, по меньшей мере, опосредованно, образует управляющий сигнал для приводного элемента (140, 145, 152).

9. Судно по п.1, отличающееся тем, что на элементе (1), на который воздействует ветер, размещен, по меньшей мере, один датчик положения, выходной сигнал которого, являющийся сигналом положения и/или выравнивания в трех координатах, подается на первый вход устройства вычитания, на другой вход которого подается сигнал положения, выравнивания и/или маневра, и при этом на выходе устройства вычитания формируется сигнал направления и/или коррекции, который, по меньшей мере, частично служит управляющим сигналом для приводного элемента (140, 145, 152).

10. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что датчик положения является разностным устройством GPS или любым другим навигационным устройством, которое с дополнительным датчиком ускорения и/или датчиком магнитного поля земли, формирует информацию о положении и/или выравнивании элемента (1), на который воздействует ветер.

11. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что на судне (4) и на элементе (1), на который воздействует ветер, размещены высотомеры для определения положения элемента, на который воздействует ветер.

12. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что длина и выравнивание перлиня (1.1) используются для определения положения элемента (1), на который воздействует ветер.

13. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что содержит средство для использования составляющей, предпочтительно действующей в направлении перлиня, в частности, с помощью датчика ускорения и вызванной волнами от движения судна (4), для уменьшения перемещения элемента (1), на который воздействует ветер, так, что либо определение положения с помощью разностного устройства GPS компенсируется для движения судна в направлении перлиня, а сигнал GPS относится к стабилизированной платформе, и/или лебедка (2) приводится в действие с соответствующим фазовым сдвигом.

14. Судно по п.9, отличающееся тем, что сигнал направления и/или коррекции образуют/образует входной сигнал для устройства автопилота, с выходом которого соединен вход приводного элемента (140, 145, 152).

15. Судно по п.9, отличающееся тем, что в устройство автопилота подается выходной сигнал из датчика ускорения и/или датчика магнитного поля земли в качестве дополнительного сигнала коррекции.

16. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что датчики и средства обработки сигналов частично размещены на борту судна (4) и частично на элементе (1), на который воздействует ветер, а судно содержит средство передачи сигналов для обмена сигналами между двумя группами датчиков и средств обработки сигналов.

17. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что сигналы положения и выравнивания относятся к положению элемента (1), на который воздействует ветер, относительно судна (4) или земной поверхности.

18. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что датчик выполнен в виде чувствительного элемента для приближающегося отделения потока или для отделенного потока и содержит элемент, размещенный на участке поверхности элемента (1), на который воздействует ветер, вокруг которого проходит поток, при этом выходной сигнал излучается элементом, когда присутствует поток воздуха.

19. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что приводной элемент (140, 145, 152) и/или датчик размещены/размещен в контейнере (102), который имеет обтекаемую форму и служит точкой, в которой действует сила для перлиня (1.1), и из которого выходят удерживающие и управляющие лини (103), с которыми соединен элемент (101), на который воздействует ветер.

20. Судно по п.19, отличающееся тем, что контейнер (102) имеет каплеобразную форму.

21. Судно по п.19, отличающееся тем, что контейнер (102) выполнен в виде профиля крыла и предпочтительно ориентирован в направлении перлиня (1.1) или под прямым углом к нему.

22. Судно по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что содержит генератор для получения энергии, который приводится в действие потоком воды снаружи судна, в частности, через гребной винт или турбину судна, и подает генерируемую электрическую энергию в накопитель энергии, в частности, генератор водорода с расположенным за ним контейнером для хранения.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к судну, которое приводится в движение ветром, в котором свободно летящий, аналогичный воздушному змею элемент, на который воздействует ветер и который имеет профиль крыла, соединен с корпусом судна лишь через перлинь.

Уровень техники

Судно такого типа известно из публикации WO/097448. Это судно имеет недостаток, состоящий в том, что аэродинамическую форму элемента, на который воздействует ветер, можно изменять исключительно с помощью дополнительных управляющих линей, которые проходят на корпус судна. Это приводит к тому, что когда элемент, на который воздействует ветер, летит на больших высотах, то дополнительные лини представляют значительную массу из-за их большой длины, так что уменьшаются приводные характеристики, поскольку эта масса также должна поддерживаться ветровым элементом, и поэтому соответствующая сила не может быть преобразована в движение вперед. Кроме того, множество тяговых линей может запутываться (сматываться или скручиваться).

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание судна типа, указанного выше, которое не имеет указанных недостатков и позволяет изменять форму профиля крыла без приведения в действие с помощью длинных тяговых линей.

Поставленная задача решена посредством признаков, указанных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Изобретение в данном случае основывается на открытии, что изменение аэродинамической формы элемента, на который воздействует ветер, можно осуществлять оптимально при различных направлениях ветра и различной силе ветра, при этом управляющие действия исходят из одного блока, который расположен очень близко к элементу или в элементе, на который воздействует ветер, так что число активных соединений, таких как лини или т.п., является минимальным. Это не исключает наличие перлиня, состоящего из множества отдельных линей. Однако общее управление через соответствующие направляющие элементы и шарнирное соединение с точкой приложения силы к элементу, на который воздействует ветер, являются важными, при этом разветвление может также исходить из этой узловой точки сил.

В этом случае элемент, на который воздействует ветер, можно, но не обязательно, направлять в фиксированные положения или же выполнять маневрирование, т.е. элемент, на который воздействует ветер, выполняет специальные фигуры пилотажа в заданных положениях.

Предпочтительно, чтобы усилия для изменения элемента, на который воздействует ветер, следовало бы передавать лишь на короткие расстояния, так что возможно точное регулирование, не в последнюю очередь, за счет того, что точная передача управляющих команд невозможна при использовании длинных тяговых линей из-за растяжений. Кроме того, для элемента, на который воздействует ветер, нет опасности переплетения линей друг с другом и потери управляемости. В частности, необходимо упомянуть, что точное регулирование и управление элементом, на который воздействует ветер, имеет также значительную важность для всего судна, поскольку, например, маневр для изменения направления движения должен всегда включать регулирование элемента, на который воздействует ветер. Если, например, лини перекрещиваются или перепутываются, то невозможно выполнять изменение движения или же элемент, на который воздействует ветер, необходимо отрезать.

Предпочтительно также предусмотреть рабочие элементы и средства для создания сил вблизи элемента, на который воздействует ветер, или даже внутри него, и могут быть также предусмотрены соответствующие управляющие устройства, по меньшей мере, частично непосредственно у элемента, на который воздействует ветер, или даже в нем, так что можно в основном отказаться от сложных путей передачи сигналов, которые чувствительны к помехам.

Все элементы аэродинамического управления, такие как закрылки, управляющие поверхности, а также изменения их выравнивания, положения и/или формы включаются в изменение аэродинамических характеристик элемента, на который воздействует ветер.

В этом случае форму можно предпочтительно изменять посредством симметричного или несимметричного изменения профиля крыла посредством влияния на выравнивание его кромки срыва потока с помощью скручивания профиля крыла, посредством потока с помощью скручивания профиля крыла, посредством симметричного и/или асимметричного изменения кривизны профиля крыла и/или посредством изменения точки крепления перлиня. В других предпочтительных вариантах выполнения аэродинамические характеристики можно изменять также посредством изменения геометрии профиля крыла, представленной поперечным сечением воздушного змея или его кривизной. Такие изменения профиля в случае двухслойного профиля крыла предпочтительно включают изменение расстояния между двумя слоями с помощью подходящих элементов.

Для уменьшения массы предпочтительно использовать единственный приводной элемент для работы на обеих сторонах и/или в противоположных направлениях для изменения профиля крыла в одном направлении или асимметрично. В этом случае, например, два элерона работают каждый в противоположных направлениях, при этом нейтральное положение является средним положением двух управляющих поверхностей.

В случае когда элемент, на который воздействует ветер, выполнен из текстильного материала, например в виде воздушного змея в форме параглайдера, аэродинамические характеристики предпочтительно изменяются посредством регулирования или посредством удлинения или укорочения, по меньшей мере, одного управляющего линя с помощью приводного элемента.

Для согласования прикладываемых сил при проведении аэродинамических регулировок предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один управляющий линь имел изгиб или зону обратного прохождения в виде блока шкивов, при этом блок шкивов можно использовать как для регулирования передачи, так и для ее уменьшения.

Если управляющие лини образуют систему, подобную матрице, то это облегчает воздействие на воздушный змей как на параглайдер. В этом случае система относится к зоне под воздушным змеем, посредством которого можно совместно выполнять аэродинамические операции. В этом случае предпочтительно приводить в действие различные управляющие лини комбинированно с помощью совместно приводимых в действие рабочих элементов, поскольку это сокращает число приводных элементов. В этом случае совместно приводимые в действие рабочие элементы могут содержать элемент, который установлен так, что он может поворачиваться, например коромысло, рычаг, диск шкива для зубчатого ремня или т.п., который приводится в действие с помощью приводного двигателя. При этом отдельные управляющие лини направлены к различным точкам крепления на общем рабочем элементе, так что линейное перемещение обуславливается геометрией точки крепления, при этом соответствующий управляющий линь перемещается с помощью этого линейного перемещения. В этом случае отдельные управляющие лини могут быть ступенчатыми или их можно уменьшать с помощью блоков шкивов или т.п. Это, в свою очередь, приводит к преобразованию рабочего элемента, т.е. в изменение геометрии всего элемента, на который воздействует ветер, или частей рабочего элемента.

В другом предпочтительном варианте выполнения приводной элемент содержит электрическую лебедку и/или линейный исполнительный механизм, при этом линейный исполнительный механизм образован пневматическим элементом, который удлиняется в боковом направлении при приложении повышенного давления, сокращая тем самым свою длину, или наоборот. Такие элементы известны как искусственные мускулы и приводятся в действие предпочтительно пневматически.

Для получения энергии для управления элементом, на который воздействует ветер, предусмотрена ветротурбина в контейнере, который размещен вблизи элемента, на который воздействует ветер, и который имеет обтекаемую форму, которая действует в качестве электрогенератора, который заряжает источник электропитания. Если в качестве исполнительных механизмов используются пневматические элементы, то можно предусмотреть турбину, которая приводит в действие расположенный за ней компрессор, который обеспечивает повышенное давление для пневматических элементов. В этом случае используется напорный резервуар в качестве источника энергии.

Средства для управления элементом, на который воздействует ветер, также размещаются в контейнере вблизи элемента, и эти средства формируют выходные сигналы для приведения в действие приводных элементов (исполнительных механизмов). В этом случае предусмотрены, в частности, средства для определения управляющего сигнала для приводного элемента из сигнала курса судна, направления ветра и/или скорости ветра.

Управление предпочтительно зависит от направления и скорости ветра у элемента, на который воздействует ветер, поскольку его положение определяется в этом направлении.

Управление элементом, на который воздействует ветер, предпочтительно осуществляется с помощью устройства автопилота, при этом предусмотрен чувствительный элемент и, по меньшей мере, один преобразующий элемент, который выполнен предпочтительно в виде акселерометра и который подает управляющий сигнал в приводной элемент. Дополнительный чувствительный элемент формирует выходной сигнал в зависимости от своего положения и ориентации в трех координатах, которые связаны с положением судна.

Фактическое положение элемента, на который воздействует ветер, относительно судна можно также предпочтительно определять с использованием высотомеров и/или датчиков земного магнитного поля на элементе, на который воздействует ветер, и на судне и/или с помощью направления и длины перлиня. Это обеспечивает получение данных даже в случае выхода из строя системы.

Если предусмотрен другой чувствительный элемент, который указывает приближающееся отделение потока воздуха или уже случившееся отделение потока, или элемент, предусмотренный в зоне элемента, на который воздействует ветер, вокруг которого проходит поток и который излучает выходной сигнал, когда на него воздействует поток воздуха, то управление полетом направлено на предотвращение падения элемента, на который воздействует ветер, в случае потери скорости.

Было также установлено, что предпочтительно предусматривать средства для формирования управляющего сигнала для регулирования трехмерного положения элемента, на который воздействует ветер, или для маневрирования с помощью бортового блока, который соединен с судном. Кроме того, предпочтительно предусмотрены средства передачи сигналов для передачи третьего управляющего сигнала из бортового блока в устройство автопилота, в этом случае этот управляющий сигнал предпочтительно является разностным сигналом глобального позиционирования (GPS) или каким-нибудь другим навигационным сигналом, который включает информацию о положении элемента, на который воздействует ветер, относительно судна.

Если предусмотрены дополнительные средства хранения и средства сравнения, которые обеспечивают хранение предыдущих сигналов вместе с сигналами, которые появляются позже, так что можно сравнивать состояния последовательных маневров, то можно обеспечить предварительное управление элементом, на который воздействует ветер, в том смысле, что учитываются предсказуемые последствия для судна при инициировании маневра.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения в контейнере предусмотрены приводной элемент и/или чувствительный элемент, причем контейнер служит также точкой крепления перлиня и из него выходят удерживающие лини и управляющие лини, с которыми соединен элемент, на который воздействует ветер. Этот контейнер предпочтительно имеет обтекаемую форму и может иметь также ветротурбину для создания энергии для аэродинамического управления элементом, на который воздействует ветер. Обтекаемая форма может быть в этом случае формой капли или профилем крыла, которая может быть ориентирована в направлении перлиня или под прямым углом к нему.

Данное изобретение особенно пригодно для морских судов или судов, совершающих плавания в открытом море.

В предпочтительном варианте для создания энергии предусмотрен генератор, который приводится в действие потоком воды, в частности, через гребной винт или турбину судна и подает генерируемую электрическую энергию в хранилище энергии, в частности в генератор водорода. Водород, полученный посредством электролитического разложения воды, сохраняется и удерживается в резервуаре.

Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения заявлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные примеры выполнения изобретения описаны ниже и показаны на сопровождающих чертежах, на которых:

фиг.1 изображает общий вид судна, буксируемого системой в виде воздушного змея, согласно изобретению;

фиг.1а - систему координат, используемую в качестве опорной системы в описании, согласно изобретению;

фиг.1b - общий вид элемента, на который воздействует ветер, в виде параглайдера согласно изобретению;

фиг.2 - блок-схему системы управления элементом, на который воздействует ветер, согласно изобретению;

фиг.3 - блок-схему системы управления системой использования ветра для движения согласно изобретению;

фиг.4 - общий вид управляющего устройства для элемента, на который воздействует ветер, согласно изобретению;

фиг.4а - общий вид первого варианта выполнения управляющего устройства для иллюстрации механического принципа действия согласно изобретению;

фиг.4b - общий вид второго варианта выполнения управляющего устройства для иллюстрации механического принципа действия согласно изобретению;

фиг.4с - общий вид первого варианта выполнения устройства уменьшения парусности управляющего устройства для иллюстрации механического принципа действия согласно изобретению;

фиг.4d - общий вид второго варианта выполнения устройства уменьшения парусности управляющего устройства для иллюстрации механического принципа действия согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Элемент, на который воздействует ветер, согласно изобретению называется также для краткости воздушным змеем. Однако выражение «крыло» также является правильным, поскольку речь идет о воздушном устройстве с функцией крыла.

На фиг.1 представлено судно, которое буксируется системой воздушного змея согласно изобретению. Элемент 1, на который воздействует ветер, соединен с судном через перлинь 1.1. Судно содержит устройство 2, на которое воздействует сила ветра и которое размещено в области носа судна 4. Перлинь 1.1 проходит к центральной гондоле 1.2, из которой выходит несколько удерживающих линей 1.3, проходящих к элементу 1, на который воздействует ветер и который выполнен в виде параглайдера с профилем воздушного змея, придающим ему необходимую форму (описано ниже). Направление ветра в зоне элемента 1, на который воздействует ветер, обозначено позицией W. Соответствующий вектор ветра указывается с помощью его величины и направления. При необходимости скорость изменения ветра указывается с помощью переменной В, которая обозначает порывистость ветра, представляет собой усредненную во времени разницу между скоростью ветра и ее средней величиной и может быть представлена в виде скалярной величины, которая является радиусом сферы вокруг вершины вектора ветра W.

На фиг.1а показана система координат, которая используется в качестве опорной системы в данном описании, где x_s обозначает направление движения судна и y _s является направлением, перпендикулярным направлению движения. В данном случае систему координат следует рассматривать как неподвижно соединенную с точкой P_s на судне. Эта точка предпочтительно является точкой 2, на которую воздействует сила в области носа. Высота h_s в данном случае соответствует направлению оси z обычной системы координат и указывает высоту над опорной точкой P_s. Эта опорная точка предпочтительно является местом, в котором установлена антенна GPS или бортовое устройство GPS, так что координаты точки вне точки P_s, в которой расположено другое устройство GPS, можно получать посредством вычитания координат, выдаваемых двумя устройствами (если антенная GPS бортового устройства GPS расположена на расстоянии от опорной точки P_s, то это необходимо учитывать посредством прибавления фиксированной разницы координат).

Для простоты последующее описание базируется на полярной системе координат, в которой угол образует угол азимута, а угол - угол возвышения (угол места). Таким образом, вектор V в этом случае направлен к гондоле 1.2 элемента 1, на который воздействует ветер. В действительности это географическая система координат, поскольку гондола 1.2 и элемент 1, на который воздействует ветер, перемещаются по существу по поверхности сферы. Таким образом, азимутальный угол и угол возвышения указывают приблизительно географическую широту и долготу положения гондолы на сфере мира, заданной вектором V. Длина вектора V приблизительно указывает длину перлиня 1.1, при этом первоначально не учитывается его провисание.

Гондола 1.2 элемента, на который воздействует ветер, ориентирована на основе ее собственной системы координат с направлениями x _k, y_k и z_k, при этом z_k направлено в направлении вектора V. Поворот гондолы 1.2 вокруг вертикальной оси z_k называется углом рыскания. Изменения угла рыскания приводят к изменениям направления полета элемента 1, на который воздействует ветер. Угол рыскания можно изменять посредством активного приведения в действие тормозных закрылков (описание которых будет приведено ниже) параглайдера, который образует элемент 1, на который воздействует ветер. Это приводит к изменению направления, и этот процесс сравним с процессом управления воздушным змеем. Поворот вокруг продольной оси

x_k представляет крен, и активное управление креном не выполняется. Провисание перлиня 1.1, вызванное силой тяжести, можно определять из крена и соответствующей разницы между направлениями z_k и V, в то время как поворот вокруг боковой оси y_k представляет тангаж элемента, на который воздействует ветер, вокруг боковой оси и может быть вызван порывами ветра и их влиянием на перлинь 1.1. Эта опорная система образует основу для понимания системы судно/воздушный змей, описание которой приводится ниже.

Один пример выполнения элемента, на который воздействует ветер, согласно изобретению схематично показан на фиг.1b. Элемент, на который воздействует ветер, образует параглайдер 101 с контейнером 102 для контроллера. Удерживающие лини 103 выходят из контейнера 102, который прикреплен к перлиню 1.1, и объединяются в ветви 104 в виде дерева линей, которые соединены с нижним текстильным покрывным слоем 105. Верхний текстильный покрывной слой 106 образует покрытие сверху. Два покрывных слоя удерживаются вместе с помощью внутренних соединительных линей (не изображены) или соответствующих соединительных элементов, таких как текстильные ребра, при этом профиль крыла, который образуется двумя покрывными слоями, стабилизируется посредством увеличения внутреннего давления воздуха, которое создается с помощью отверстий в передней кромке воздушного змея (не показаны). Направление полета обозначено стрелкой 107.

На фиг.2 представлена блок-схема системы движения под действием ветра согласно изобретению. Пунктирная линия 99 окружает те узлы, которые должны быть, по меньшей мере, добавлены к обычному судну для дополнительного оборудования ветровой движительной системой согласно изобретению. Система 100, на которую воздействует ветер, содержит элемент, на который воздействует ветер, а также связанную с ним управляющую систему, если последняя расположена непосредственно в этом элементе. В этом случае система может быть расположена не только в гондоле, которая находится на конце перлиня и из которой выходят удерживающие лини, но может быть размещена непосредственно в элементе, на который воздействует ветер. Управляющая система содержит по существу автопилот, который управляет ориентацией и маршрутом полета элемента, на который воздействует ветер.

Система 100, на которую воздействует ветер, соединена через перлинь и лебедку 210 (включающую перлинь) и линии связи, показанные пунктирными линиями, с интерфейсом 205 пользователя бортовой системы 200, которая содержит управляющую систему, которая не только управляет положением воздушного змея, но также передает необходимые команды управления в машину 5 и руль 6 судна. Бортовая система соединена с элементом, на который воздействует ветер, посредством различных элементов связи, которые позволяют не только в принципе задавать положение воздушного змея с помощью бортовой системы, но также обеспечивают получение информации, которая является важной для бортовой системы, из системы, на которую воздействует ветер.

К бортовой системе 200 подключена навигационная система 300, которая передает в бортовую систему маршрут, по которому должно следовать судно, с учетом стоимости, времени, скорости и использования ветра, а также, по возможности, направления и силы ветра. Информация о ветре может также включать параметр, который характеризует порывистость ветра. Кроме того, эта информация может включать также информацию, относящуюся к состоянию моря и обусловленному этим перемещению судна (данные ветра и погоды приходят в данном случае первоначально из системы 600 погодной информации, описание которой приведено ниже). Навигационная система опирается на навигационную информационную базу (подвижную карту) 310.

Информация о курсе, ветре и волнах используется для генерирования сигналов, которые приводят в действие бортовую систему 200 и которые вызывают соответствующее регулирование системы 100 воздушного змея. Бортовая система 200 создает также сигналы возбуждения для машины 5 и для руля 6.

Навигационная система 300 приводится в действие системой 400 маршрутизации, которая определяет курс судна с использованием экономических параметров, на которых основывается работа судна. Система 400 маршрутизации работает на основе данных, которые задаются внешней станцией 500 и согласовываются с данными из системы 600 погодной информации. Данные курса, определяемые в текущий момент с помощью навигационной системы 300, подаются обратно во внешнюю станцию 500 через линию 301 обратной связи (по радио, через спутник). Данные могут приниматься также другими судами, оборудованными системами, согласно изобретению и могут использоваться для локального обновления погодной системы. Это делает также возможным учет течения, вызывающего местные изменения курса, для внешнего задания маршрута.

Система 100 воздушного змея позиционируется в зависимости от данных курса, так что оптимальный маршрут задается как на основе погодных условий (действительно возникающих ветров и состояния моря), так и учета экономических ограничений, которые направлены на обеспечение работы судна с возможно большей экономией стоимости.

Аварийная система 700 обеспечивает необходимые команды управления в случае непредвиденного события, которое требует незамедлительного действия в виде аварийного маневра.

Сигнальная система и система связи объединены соответственно в дополнительные блоки 800 и 900 и согласовывают навигацию с другими судами. Сигнальная система включает навигационные огни безопасности, а также передачу своих навигационных данных по радио, которые информируют другие суда, расположенные вблизи развернутой системы, на которую воздействует ветер, а также вблизи предполагаемого маршрута и текущего курса. При этом система связи включает все системы, которые относятся к остальным процессам обмена информацией.

Главные пути потока данных представлены сплошными линиями на фиг.2, в то время как пути других сообщений представлены пунктирными линиями.

На фиг.3 показан подробно блок 100, который содержит систему, на которую воздействует ветер, а также блок 200 с бортовой системой. Ниже приводится описание позиционирования и управления воздушным змеем 101. Информация о направлении ветра и скорости ветра, включая характеристики порывов ветра, а также информация о состоянии моря поступают в буферную память 211, в которой эти данные сохраняются для буферизации. Поскольку направление ветра и все регулировки воздушного змея относятся к кажущемуся ветру, то информация о курсе не имеет значения во время обработки данных. Регулирование и маневрирование элемента, на который воздействует ветер, относительно судна не требует какой-либо информации о текущем курсе, поскольку все маневры осуществляются относительно судна и с учетом влияния кажущегося ветра, воздействующего на воздушный змей. Во время развертывания воздушного змея 101 информация о ветре первоначально приходит из системы 600 погодной информации относительно положения воздушного змея. Однако как только начинает работать его собственная система измерения ветра, то определяется кажущийся ветер в месте расположения самого элемента, на который воздействует ветер, поскольку это является решающим фактором для позиционирования.

Данные ветра и данные состояния моря образуют вместе запись данных в памяти 221, которая образует справочную таблицу для необходимого положения и типа маневра элемента, на который воздействует ветер. Эта справочная таблица организована как обычная адресная память с адресацией выходных данных из буферной памяти 211 в качестве адресных сигналов с указанием отдельных мест памяти, в которых хранятся данные состояния, связанные с адресуемыми данными для элемента, на который воздействует ветер. Такая справочная таблица связывает друг с другом входные данные и выходные данные в виде ПЗУ в соответствии с заданным функциональным соотношением и может, таким образом, рассматриваться в качестве математической связи (функции). Однако указанные блоки образуют лишь один пример осуществления и могут быть заменены любыми другими желаемыми функциональными элементами или узлами. Например, они могут включать микропроцессор, в котором в памяти хранится управляющее программное обеспечение, или же это может быть электрический контур, в котором функциональное соотношение задано в виде аналогового компьютера с помощью используемых электрических компонентов. Представление в виде справочной таблицы выбрано в данном случае по причинам наглядности, поскольку, например, решение с микропроцессором можно представить менее наглядно, поскольку различные стадии программы, которые необходимо выполнять последовательно, требуют сложных разборов относительно того, какие части программы необходимо последовательно подавать в микропроцессор.

В описываемом варианте выполнения управляющие сигналы можно обрабатывать параллельно, хотя переключающие элементы, которые приводят к активации указанных блоков в заданное время и соответствующих процессов управления, не показаны. Для простоты предполагается, что входные управляющие сигналы, которые отличаются от предыдущего состояния сигналов, которые инициируют обработку в последующих блоках, которые сохраняют релевантное достигнутое состояние, приводят к выполнению новой обработки, пока происходит изменение сигнала.

Таким образом, данные состояния включают, с одной стороны, требуемое положение элемента, на который воздействует ветер, то есть его направление относительно судна и длину перлиня для развертывания. Кроме того, при необходимости они содержат также информацию о погоде и информацию о том, когда действительно необходимо выполнять маневрирование воздушным змеем 101 и на основе какой сохраняемой программы. Во время направления воздушного змея в устойчивое состояние фиксированным образом через несколько положений для работы судна в некоторых обстоятельствах лучше управлять воздушным змеем динамически, т.е. для заданных фигур полета, подлежащих выполнению, поскольку это увеличивает его скорость относительно ветра и, как следствие, также его тяговое усилие. Текущее положение воздушного змея, определяемое навигационной системой воздушного змея 101, сохраняется в дополнительной памяти 213.

Действительное положение воздушного змея, которое сохраняется в памяти 213, относится к судну и предпочтительно определяется посредством вычитания двух сигналов GPS. Это относится, с одной стороны, к GPS-приемнику 124 для воздушного змея 101 внутри системы 100 воздушного змея, которая соединена с летящим воздушным змеем 101. Данные положения воздушного змея 101, определенные в полете, передаются с помощью передатчика 112 в приемник 214, который расположен на борту судна. Другой GPS-приемник 215 предусмотрен на борту судна. Его выходной сигнал вместе с выходным сигналом из приемника 214 подается в блок 216 вычитания, с помощью которого формируется разностный сигнал GPS. Данные разницы положений преобразуются в блоке 217, который подключен за блоком 216 вычитания, в полярные координаты, которые относятся к расстоянию между лебедкой 2 и положением элемента, на который воздействует ветер. Это углы и (фиг.1а), а также длина L троса. Полученные таким образом разностные данные положений GPS являются очень точными, если они определяются в одно время и если GPS-приемник судна установлен в месте, на которое возможно меньше влияет движение судна, или же движения компенсируются.

Кроме того, в этом случае необходимо учитывать разницу координат между положениями лебедки и GPS-приемника на судне посредством вычитания фиксированной величины. Положение, определяемое с помощью разностного GPS-приемника, определяется с интервалами времени. Если этой точности недостаточно, то можно привлекать данные, которые определяются с помощью датчиков 117, 119 и 120 ускорения. Соответствующие вычисления, которые включают процесс интегрирования, осуществляются в узле 123. Поскольку лишь промежутки времени, которые проходят перед следующим сигналом GPS положения, имеют значение для временных интервалов, внутри которых необходимо осуществлять процесс интегрирования, то интеграторы не должны отвечать любым требованиям качества, которые бы гарантировали стабильность в течение длительных периодов времени (датчики ускорения используются также для стабилизации маневров полета, как будет дополнительно показано ниже, т.е. они имеют двойную функцию). Кроме того, предусмотрены высотомер 129 (предпочтительно в виде измерителя давления воздуха) и датчик 128 магнитного поля земли, данные которых также передаются в память 124 для навигационных сигналов.

Другой возможный путь определения фактического положения элемента, на который воздействует ветер, относительно судна состоит в использовании данных, передаваемых на судно из высотомера 129 и из датчика 128 магнитного поля земли. Эти данные передаются на судно в блок 227 и сохраняются. Затем в блоке 227 выполняется процесс вычитания данных из высотомера 233 на судне и из датчика 234 магнитного поля земли на судне. Если высотомер 129 является измерителем давления воздуха, то можно использовать также данные о погоде из блока 600 (изобары) для определения давления на судне. Полученная таким образом информация положения подается в блок 217 и при необходимости согласуется с данными GPS. Это приводит к получению информации из двух независимых систем, используемых для взаимной поддержки, и если одна система выйдет из строя, то необходимые данные будут все же доступными.

Требуемое положение воздушного змея, считанное из памяти 212, подается затем в компаратор 218, который выдает сигнал, когда фактическое положение системы 100, на которую воздействует ветер, которое хранится в памяти 213, соответствует требуемому положению, считываемому из памяти 212. В случае маневра из памяти 220 типа маневра считывается запись данных, которая характеризует выбранный тип маневра, через активирующую схему 219 (однако можно определять устойчивое состояние полета, когда воздушный змей не выполняет никаких маневров, но остается в том же положении полета. Это является маневром нулевого типа).

Таким образом, при активировании памяти 220 типа маневра считывается программа последовательного типа и передается в автопилот для системы 100, на которую воздействует ветер. Выходной сигнал из памяти 220 передается в передатчик 221, который передает данные в приемник 113 для системы 100, на которую воздействует ветер. Сигнал с выхода приемника 113 поступает в узел автопилота и из него в блок 114 управления маневрированием, который принимает сигналы, идентифицирующие специальные последовательные полетные маневры, и преобразует их в поворотные величины, которые подаются в процессор 116 полета, выполняющий соответствующий полетный маневр. В этом случае подлежащая установке величина передается в компаратор 115 поворотных величин, в который подается также входной сигнал измерителя 117 величины отклонения от курса.

Процессор 116 полета создает поворотный полет в заданной последовательности и для заданной длительности на своем соответствующем выходе 125 на подходящем приводном элементе на воздушном змее посредством асимметричного торможения воздушного змея 101 или подходящей аэродинамической деформации. Другие аэродинамические эффекты, которые приводятся в действие другими двумя выходами процессора 116 полета, являются регулированием угла наклона крыла и процессом уменьшения парусности, как будет подробно описано ниже.

Лебедка 240 также приводится в действие из памяти 220b позиционирования для выдачи конкретной необходимой длины троса.

Для исключения колебаний вокруг вертикальной оси сигнал, который фильтруется с помощью фильтра высоких частот, дополнительно подается в процессор 116 полета, накладывается на управляющий сигнал, но со сдвигом фазового угла, что предотвращает начало колебаний. В то время как движениями рыскания можно управлять через выход 125, угол наклона крыла устанавливается через выход 126. Как известно, аэродинамическое качество можно оптимизировать с помощью величины угла наклона крыла. Уменьшение парусности воздушного змея 101 можно инициировать через другой выход 127. Изменение парусности изменяет аэродинамическое качество и может быть необходимо для отдельных полетных маневров.

Поскольку воздушный змей прочно направляется перлинем, то он автоматически стабилизируется действием натяжения троса в его центре подъема относительно его крена и тангажа. Однако для исключения колебаний сигнал положения в каждом случае передается соответствующим образом из датчика 119 крена и датчика 120 тангажа через соответствующие инвертирующие фильтры 121 и 122 высокой частоты в процессор полета для исключения и компенсации внезапных изменений положения элемента 101, на который воздействует ветер.

Таким образом, когда воздушный змей находится в заданном положении (выходной сигнал, который идентифицирует это состояние, появляется на выходе компаратора 218), то считывается выбранный тип маневра, который приводит к выполнению воздушным змеем заданной цикличной программы полета. При передаче этого типа маневра управление выполняется автоматически с помощью автопилота для элемента, на который воздействует ветер, и блок 200 не должен больше реагировать при условии, что воздушный змей не покидает своего требуемого положения в результате непредсказуемых явлений.

Если требуемое положение элемента 101, на который воздействует ветер, не соответствует заданному положению, поскольку изменилось заданное положение, которое было считано из памяти 212, что имеет место также при развертывании воздушного змея, или же из-за ухода воздушного змея из своего положения во время маневрирования, то выходной сигнал на выходе компаратора 218 исчезает и завершается подача сигнала о типе маневра из памяти 220, активированного через переключающий элемент 219. На выходе (левая часть) памяти 220 типа маневра появляется нулевой сигнал, который интерпретируется автопилотом системы 100, на которую воздействует ветер, как окончание выполнения последнего сохраненного маневра. Вместо этого сравнивается фактическое положение воздушного змея, которое считывается из памяти 213 и было определено с помощью GPS, с требуемым положением из памяти 212, с помощью блока 221 коррекции положения и определяется маневр, который приводит воздушный змей в требуемое положение. Блок 221 коррекции выполнен снова в виде справочной таблицы, при этом требуемое положение и фактическое положение (снова относительно судна) комбинируются для образования общего адресного сигнала и считывается идентификация соответствующего маневра коррекции для элемента, на который воздействует ветер, из фактического положения А в требуемое положение В. В частности, необходимо следить за тем, чтобы выбирались различные маневры в зависимости от начальной и конечной точки (и по возможности в зависимости от состояния ветра и волн) для маневрирования воздушным змеем. Причем любые желаемые маневры можно выбирать и выполнять с помощью указанных мер.

Если уровень ветра и состояние моря играют роль в подлежащих выполнению маневрах, то эти данные можно пропускать из памяти 211 через память 212 и 221 справочных таблиц, так что эти данные являются доступными в записи данных для выбора конкретного маневра, и можно выбирать подходящий маневр. Однако это не относится к компенсации отдельных событий, а к общим принципам регулирования, которые могут включать, например, полет воздушного змея при относительно неспокойном состоянии моря, так что можно компенсировать, насколько возможно, силы, действующие на судно в результате направления волн. Таким образом, если судно сильно кренится, то предпочтительно использовать положение воздушного змея с боковой составляющей, в то время как направленная вперед составляющая предпочтительна для судна, которое имеет сильную килевую качку. Для этого выходной сигнал из блока 231 для измерения состояния моря проходит непосредственно в блок 211 для обеспечения информации, которая влияет на выбор подходящего положения воздушного змея и указанного выше маневрирования. Другой функцией этой линии связи является выбор частей полетных маневров, чтобы они противодействовали ускорениям, вызываемым состоянием моря. Это включает полетные маневры с циклическими маршрутами полета, в которых на перлинь действуют различные силы натяжения в разное время, так что эти силы возникают со сдвигом фазы относительно ускорений, вызываемых состоянием моря. Это уменьшает общие перемещения судна. Эта компенсация или уменьшение перемещений судна с помощью различных сил натяжения, которые вызываются маневрированием, не создает помех другим способам, которые используются для компенсации состояния моря. Это объясняется тем, что перемещения судна, которые были уменьшены с самого начала, требуют меньших усилий для уменьшения их влияния на путь полета воздушного змея. Описание компенсаций отдельных перемещений судна приведено ниже применительно к блоку 231.

Для изменения положения правая часть памяти 220 адресуется посредством переключающего элемента 222 с записью данных, которая была считана из блока 221 коррекции, при этом переключающий элемент 222 приводится в действие выходным сигналом из компаратора с помощью инвертера 223, когда не активирован переключающий элемент 219, т.е. когда требуемое положение и фактическое положение не одинаковы.

Кроме того, на положение элемента, на который воздействует ветер, оказывает влияние его полетная устойчивость. Многонаправленный измеритель 111 давления набегающего воздуха, предусмотренный на воздушном змее, действует в качестве анемометра, в то время как составляющая, измеряемая в направлении полета, передает состояние чрезвычайно низкого набегающего на воздушный змей потока с помощью подходящего сигнала, который вместе с созданием маневра изменения положения также приводит в действие контроллер 240 лебедки, что ускоряет изменение положения воздушного змея, так что скорость набегающего потока снова увеличивается. Ясно, что лебедку можно также приводить в действие в случае преднамеренных изменений положения, вызываемых данными ветра и данными волн, через правую часть памяти 220b для изменения высоты элемента, на который воздействует ветер.

Для определения истинного направления ветра и скорости ветра анемометр имеет трубки Пито, направленные в разных направлениях и имеющие капсулы давления, которые оцениваются по отдельности. Направление и скорость ветра можно определять относительно выравнивания анемометра 111 из величин давления из трех капсул давления, которые направлены под прямым углом друг к другу и имеют большие величины давления. Если также учитывается выходной сигнал из датчика 128 магнитного поля земли, который содержит мостиковую схему, состоящую из магнитно-чувствительных сопротивлений и тем самым позволяющую определять направление линий магнитного поля земли, то направление ветра можно соотносить с направлением на север и передавать на судно в качестве направления кажущегося ветра на элементе, на который воздействует ветер. При необходимости на судне также выполняется коррекция с магнитного севера на географический север.

Стрелка, направленная к блоку 211, указывает, что в данном случае нормальная навигация воздушного змея не работает. Остальное нормальное управление маневром также подавляется через ИЛИ-вентиль 224, соединенный с входом инвертера 223. Это относится также к блокам 228, 229, 230 и 232, описание которых приведено ниже, и инициирует другие специальные функции, соответствующие сигнальные линии не показаны.

Блок 228 инициирует маневр аварийного сбрасывания посредством выбора и запуска маневра соответствующего типа через правую часть памяти 220b типов маневра, которая содержит соответствующие программы. Этот маневр необходим, когда элемент, на который воздействует ветер, приводит к опасности для судна в результате неблагоприятных обстоятельств или аварии (например, при столкновении с препятствием). В этом маневре элемент, на который воздействует ветер, полностью отсоединяется от судна.

Блок 229 развертывания и блок 230 свертывания инициируют подходящие маневры посредством выбора и запуска маневра соответствующего типа через правую часть памяти 220b типов маневра, которая содержит соответствующие программы.

Блок 231 перемещений судна определяет составляющую ускорения в направлении перлиня с помощью соответственно направленного измерителя ускорения и, после интегрирования, формирует сигнал, который описывает перемещения судна в направлении перлиня. Этот сигнал подается в бортовой GPS-приемник, который создает сигнал положения (для коррекции положения контроллера 240 лебедки), если приемник и/или антенна не установлены в этом положении. Если бы этот сигнал положения GPS оценивался непосредственно вместе с сигналом положения GPS, принятым через приемник 214 из системы 100 воздушного змея, и использовался для управления воздушным змеем 101, то воздушный змей 101 следовал бы за вызванными состоянием моря перемещениями лебедки в процессе управления. Однако поскольку воздушный змей 101 предназначен для выполнения своего маневра относительно мнимого стабилизированного положения судна, то дополнительно подается интегрированный сигнал из измерителя ускорения в блоке 231 в GPS-приемник 215 для вычитания (в качестве искажения) из сигнала, который подается в блок 216 для обработки, так что в нем обрабатывается сигнал положения стабилизированной платформы. Это приводит к выполнению воздушным змеем 101 полетных маневров, свободных от вызванных состоянием моря искажений. В частности, можно видеть, что составляющие состояния моря, действующие в направлении перлиня, оказывают главное воздействие на летящий объект, в то время как в противоположность этому составляющие в боковом направлении влияют лишь на изменение углов и вектора полета, который стремится к нулю, когда перлинь длинный, и им можно пренебречь.

Для исключения возникновения ситуации, в которой прерывается выполняемый полетный маневр, когда волнение моря сильное, посредством обнаружения расхождения в разностном блоке 218, при необходимости перевода управляемого полета в правильное положение (в данном случае посредством приведения в действие лебедки 240 через правую часть памяти 220b), предусмотрена прямая связь из блока 231 с контроллером 240 лебедки. Контроллер 240 лебедки непосредственно принимает команду на разматывание или сматывание троса в ответ на вызванное состоянием моря перемещение в направлении перлиня, обнаруженное блоком 231, так что перемещения судна непосредственно компенсируются для воздушного змея. Коррекция положения с помощью подходящего маневра инициируется лишь когда по какой-нибудь причине эта компенсация недостаточна.

Для обеспечения проведения маневров вручную можно создать соответствующие входные команды с помощью входа 232 пользователя, который является частью интерфейса 205 пользователя (фиг.2). Соответствующие команды можно использовать для прямой передачи команд управления в блок автопилота и в контроллер 240 лебедки в левой части 220а памяти маневров для ручного управления, при этом остальные выходные сигналы из этой памяти подавляются. Эти команды содержат функции налево, направо, прямо, увеличение парусности, уменьшение парусности, увеличение наклона, уменьшение наклона, разматывание лебедки и сматывание лебедки. Можно изменять интенсивность всех этих команд.

В одном варианте выполнения осуществляют прогнозирующее маневрирование посредством ввода фиктивных данных ветра и курса в систему для вычисления текущего положения элемента, на который воздействует ветер, при этом выбранная конфигурация отображается для информации. Затем система управления судном может оценивать прогнозируемое поведение системы и может соответствующим образом уточнять навигацию. Эта множественная обработка данных в виде системы возможного прогнозирования представлена на фиг.3, показана в виде нескольких уголков у различных элементов памяти для указания того, что содержание этой памяти оценивается более одного раза независимо от текущего процесса управления. Таким образом, в этом случае предусматриваются дополнительные средства памяти и средства сравнения, которые обеспечивают хранение сигналов, связанных с предшествующим временем, вместе с сигналами, возникающими позже, так что можно сравнивать последовательные состояния маневров на основе различных, включая фиктивные, входных данных.

Способ управления параглайдером, который образует элемент, на который воздействует ветер, подробно показан на фиг.4а-4b. Элемент 101 (фиг.4), на который воздействует ветер, соединен с контейнером 102, который имеет обтекаемую форму и прикреплен к перлиню 1.1 для управления. Управляющие лини 103, которые выходят из контейнера 102, расположены в виде точечной матрицы, при этом столбцы матрицы обозначены римскими цифрами от I до V и проходят в направлении полета. Ряды обозначены заглавными буквами и расположены поперек направления полета. Важным фактором в данном случае является то, что отдельные лини, которые сходятся в ветви 104 в виде дерева линий и соединены с нижним текстильным несущим слоем 105, можно укорачивать или удлинять по отдельности или группами для обеспечения аэродинамической настройки параглайдера. Направление полета обозначено стрелкой 107.

Управляющие лини 103, которые расположены в виде матрицы, заканчиваются в контейнере, который имеет обтекаемую форму и округлен спереди. Ветротурбина 108 приводится в действие потоком воздуха, проходящим через нее, и соединена с генератором, который преобразует энергию ветра в энергию, необходимую для работы приводных элементов, описание приведено ниже, для регулирования управляющих линей 103. Для этой цели можно использовать различные типы энергии, но предпочтительно электрическую энергию и пневматическую энергию. Если используется пневматическая энергия, то генератор выполнен в виде компрессора и обеспечивает вспомогательную энергию непосредственно, как будет описано ниже.

На фиг.4а показан первый пример выполнения управляющего механизма. Управляющие лини 103 также образуют матричную систему, которая упрощает воздействие на воздушный змей в виде параглайдера. Все управляющие лини 103 и 103а приводятся в действие комбинированным образом с помощью первой качалки 140 и общего рабочего элемента. Качалка установлена на осевых стойках 141 и 142, так что она может поворачиваться (подшипники поворота не показаны). Система линей образует ряды А-С и Z и столбцы I-V. Первый приводной электродвигатель 143 приводит в действие качалку 140 через зубчатый ремень 144, так что лини рядов А-С и Z перемещаются каждый на одинаковую величину. Поскольку ряды А и Z расположены снаружи качалки, то они совместно (но в противоположных направлениях) совершают наибольшее линейное перемещение, в то время как ряды В и С линей перемещаются каждый лишь на половину линейного расстояния (соответственно, в противоположных направлениях). Эта операция соответствует установке угла наклона воздушного змея в соответствии с требуемыми аэродинамическими характеристиками. Работа качалки 140 приводит к регулированию положения крыла, который образует элемент 101, на который воздействует ветер.

Другая качалка 145 установлена в боковом направлении качалки 140 так, что она может поворачиваться вокруг вала 146. Вал приводится в движение через зубчатый ремень вторым приводным электродвигателем 147. В этом случае лини 103 на качалке 143 также приводятся в действие совместно дополнительно к приводному перемещению, вызываемому качалкой 140. При этом лини, которые расположены снаружи и принадлежат к рядам I и V, перемещаются на наибольшее линейное расстояние (в противоположных направлениях), в то время как линейное перемещение линей в рядах II и IV, которые расположены внутри, соответственно, меньше. Лини ряда III остаются полностью неподвижными. Лини в столбце Z, которые приводятся в действие качалкой 145, воздействуют на заднюю кромку воздушного змея и управляют направлением полета (отклонением от курса) аналогично перемещению элеронов самолета. Таким образом, это вызывает в целом искривление в зоне задней кромки воздушного змея и оказывает влияние на движение вокруг вертикальной оси.

Можно видеть, что лини можно приводить в действие также группами для деформации воздушного змея в зависимости от желаемого профиля. Например, качалки могут быть дополнительно разделены и могут быть снабжены дополнительными приводными элементами, так что возможно различное подразделение приводных перемещений. Например, односторонняя работа линей Z (тормозных) или дополнительная асимметричная деформация элемента, на который воздействует ветер, возможна, например, посредством непосредственного приведения в действие линей в группах I и V, в то время как лини в группах II и IV перемещаются на меньшее расстояние посредством понижающей передачи (блок шкивов не показан) с помощью направляющих роликов и двойного прохождения линей. Блок шкивов можно также использовать для удлинения расстояния прохождения линя. Приводные электродвигатели 143 и 147 предпочтительно выполнены в виде шаговых двигателей.

Энергия для электродвигателей 143 и 147 создается с помощью ветротурбины 108, которая приводит в действие электрический генератор 149 напряжения постоянного тока, который, в свою очередь, заряжает накопитель энергии 150 (заряжаемый аккумулятор или конденсатор большой емкости, в частности Goldcap). Энергия подается в управляющий блок 151, который подает необходимые приводные напряжения (импульсы) в электродвигатели 143 и 147. Управляющий блок 151 принимает, в свою очередь, управляющие команды из блока 114 автопилота.

Данный тип совместного привода уменьшает число приводных элементов. Совместно приводимый в действие рабочий элемент может в этом случае также содержать элемент другого типа, который установлен так, что он может поворачиваться, качалка или рычаг или т.п., который приводится в движение с помощью приводного двигателя. Отдельные управляющие лини прикреплены через ветви к различным выбранным точкам крепления на нижней ткани параглайдера. Это приводит к преобразованию движения рабочего элемента в желаемое изменение геометрии всего элемента, на который воздействует ветер, или его частей для обеспечения изменения аэродинамической формы в зависимости от желаемого движения вперед или перемещения маневрирования. В этом случае, например, соответствующее расположение управляющих линей обеспечивает возможность изменения толщины профиля воздушного змея двухслойного параглайдера. Каждый чередующийся тяговый линь проходит через нижнюю покрывную поверхность без соединения с ней для прикрепления к верхней покрывной поверхности. Тяговые лини можно укорачивать, в то время как другие лини прочно соединены с нижней покрывной поверхностью без изменения их длины.

В другом варианте выполнения (фиг.4b) средства управления элементом, на который воздействует ветер, приводные элементы содержат линейные исполнительные механизмы, при этом каждый линейный исполнительный механизм образован пневматическим элементом 152, который расширяется в боковом направлении под воздействием повышенного давления, так что его длина сокращается. Такие элементы известны как искусственные мускулы и приводятся в действие пневматически. Каждый пневматический элемент 152 соединен с одним линем 103. В варианте выполнения, показанном на фиг.4b, базовая поверхность 153 фиксирована и отдельные исполнительные механизмы 152 приводятся в действие с помощью требуемого количества сжатого воздуха через измерительный блок 154 для отклонений линей.

Исполнительные механизмы в качестве искусственных мускулов заполняются воздухом, а затем сжимаются. Это достигается, например, посредством окружения упругой оболочки тканью в виде проволочной сетки, которая при воздействии усилия в одном направлении сжимается в направлении взаимно перпендикулярных осей. Измерительное устройство 154 также приводится в действие выходными сигналами из автопилота, описание которого приведено ниже. Необходимую энергию сжатого воздуха получают в данном примере выполнения из ветротурбины 108, за которой следует воздушный компрессор 155. Воздушный компрессор 155 может быть выполнен, например, в виде осевого компрессора (самолетной турбины) или в виде радиального компрессора (турбонагнетателя).

Два примера выполнения устройств для изменения парусности показаны на фиг.4с и 4d, при этом на фиг.4с схематично показан принцип действия устройства для изменения парусности с электрической лебедкой, а на фиг.4d - пример выполнения с пневматическими исполнительными механизмами. Текстильные ткани 160-165 (фиг.4с) образуют структуру с формированием профиля элемента 101, на который воздействует ветер (покрывные элементы не показаны). Электрический серводвигатель 166 в виде шагового двигателя снабжен на концах приводного вала двумя намоточными дисками 167 и 168. Они наматывают два тяговых линя 169 и 170 в противоположных направлениях, при этом тяговые лини соединены в точках 171 и 172 крепления с соответствующими тканями 160 и 165. Когда приводится в действие двигатель 166, то он укорачивает тяговые лини и тянет ткани 160 и 165. Тяговые линии 169 и 170 для других тканей 161-164 проходят через вырезы 173, 173 и 174, 174, так что они проходят лишь над складывающимися покрывными слоями крыла при уменьшении его парусности. Возможно частичное изменение парусности посредством частичного втягивания линей 169 и 170. Увеличение парусности осуществляется посредством приведения в действие серводвигателя 166 в противоположном направлении, так что элемент 101, на который воздействует ветер и который выполнен в виде параглайдера, принимает снова первоначальное состояние за счет его изогнутой формы и тягового усилия в линях без приложения дополнительного рабочего усилия. Приводной вал с двумя намоточными дисками 167 и 168 не обязательно должен быть расположен между текстильными тканями 162 и 163, т.е. внутри профиля крыла. Он может быть предпочтительно расположен в контейнере 102, к которому проходят тяговые лини 169 и 170. Однако, с другой стороны, тяговые лини могут проходить через контейнер 102.

В другом примере выполнения, показанном на фиг.4d, ткани 175-178 выполнены аналогично лонжеронам и имеют пневматические исполнительные механизмы 179-181 аналогично примеру выполнения, показанному на фиг.4b, для уменьшения расстояния между тканями посредством стягивания и тем самым осуществления процесса уменьшения парусности. Концы исполнительных механизмом соединены каждый с двумя смежными тканями. В этом случае увеличение парусности можно выполнять активно посредством приведения в действие исполнительных механизмов в противоположных направлениях.

Другой пример выполнения (не показан) относится к использованию полученной энергии, здесь предусмотрен генератор, который приводится в действие потоком воды, в частности, через гребной винт судна или турбину, генерируемую электрическую энергию передают в накопитель энергии, в частности в генератор водорода. Таким образом, эти блоки могут быть установлены на судах, которые ходят исключительно в областях с высокими скоростями ветра, для получения энергии для генерирования водорода посредством электролитического разложения воды с помощью создаваемой электрической энергии с последующей транспортировкой водорода в соответствующих баках и разгрузкой в портах, в которые заходит судно, или же передачей на другое подходящее транспортное судно в море.

Изобретение не ограничивается лишь описанными вариантами выполнения. Другие конфигурации, входящие в объем данного изобретения, раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, которые понятны для специалистов в данной области техники на основе приведенного выше описания.