CN102144092B - 具有双弹性线路联接的气动风力推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动风力推进装置，该气动风力推进装置特别是用于船只，其包括：气动翼，其经由多个牵引线连接到位于气动翼下方的转向单元；牵引线缆，所述牵引线缆的第一端连接到转向单元，并且所述牵引线缆的第二端连接到基础平台；所述气动翼具有空气动力学轮廓，其在气流方向大致垂直于牵引线缆时在牵引线缆的方向中产生上举力。根据本发明，气动翼被设置成经由多个具有不同弹性的牵引线联接到气动翼的靠近气动翼的下方的转向单元。

Description

具有双弹性线路联接的气动风力推进装置

技术领域

本发明涉及一种气动风力推进装置，特别是用于船只的气动风力推进装置，该装置包括气动翼和牵引线缆，该气动翼经由多个牵引线连接至位于该气动翼下方的转向单元，该牵引线缆的第一端连接至转向单元，并且该牵引线缆的第二端连接至基础平台，该气动翼具有空气动力学轮廓，其在气流方向大致垂直于牵引线缆时在牵引线缆的方向上产生上举力。

背景技术

根据本说明书，气动风力推进装置应该被理解为是一种可用于驱动可移动平台或诸如船只等的船舶的装置。此外，气动风力推进装置应该被理解为是一种由风驱动并且能够相对于例如用于陆上或海上风力发电厂中的、诸如附接至地面或固定在海洋中的平台之类的固定的基础平台移动的装置。

与前面描述的这种气动风力推进装置相关联的一个主要问题是对使用中的气动翼的控制。为了使气动翼产生非常大的上举力，该上举力能够经由牵引线和牵引线缆传递至可移动的或固定的基础平台，所希望的是增加气动翼的尺寸。然而，对这种尺寸为160m²或更大的大型气动翼的控制是非常困难的，并且这种大型气动翼的失控会导致气动翼破碎且无法修复的情况。

WO 2005/100147A1公开了一种用于控制翼元件的定位装置，该翼元件经由牵引线缆连接至船只以用作主驱动器或辅助驱动器。这种基于高空飞行且经由牵引力拉动船只的翼元件的推进系统需要大型的翼元件，因此对这种翼元件的控制是一项具有挑战性的任务。在WO2005/100147A1中，提出了响应于翼元件的飞行状态而放出或绞入牵引线缆。尽管通过这种控制机构能够实现一定程度的飞行控制，但是这并不足以在所有的飞行状态下、特别是在风力和风向显著变化时控制翼元件。

为了改善对异常风况下的这种翼元件的控制，从WO 2005/100148A1中得知，经由多个控制线将转向单元联接在翼元件的紧挨着翼元件的下方，并且经由这种转向单元通过在航海船只与转向单元之间延伸的牵引线缆将翼元件连接到该航海船只上。这样，就可以改善对翼元件的控制，但是控制翼元件并且特别是操纵翼元件的飞行路径仍然是一项具有挑战性的任务。

WO 2005/100149A1提出使用多种传感器来改善对吊拖航海船只的翼元件的控制。尽管这些技术以及在先的技术可改善气动翼元件的可操纵性，但是高效地操纵及控制大型气动翼元件并且以高效的方式控制其飞行路径和状态仍然是一项极具挑战性的任务。

气动翼的设置和技术及其控制将显著改善控制这种气动翼的飞行路径的可操纵性和选择性。然而，所期望的是提供额外的控制装置，其有助于对翼元件的控制，特别是有助于在诸如起飞及着陆操作之类的富有挑战性的控制状态下对翼元件的控制。

为了改善起飞及着陆操作期间的可操纵性，WO 2005/100150提出了在航海船只的前甲板上竖立伸缩式桅杆，该桅杆靠近将翼元件联接至航海船只的牵引线缆的固定点。使用这种桅杆，翼元件就可以直接联接至桅杆的顶部。尽管这种技术可显著改善翼元件在起飞及着陆过程期间的可操纵性，但是，改善翼元件在多种飞行状态下的可操纵性并提高这种操纵技术的效率的这样一项富有挑战性的任务仍然存在。

虽然WO 2005/100150中提出的这种桅杆将有助于起飞及着陆操作，但是在将气动翼联接至桅杆并在起飞操作中在已将该气动翼与桅杆分离开且该气动翼处于低空飞行之后的短时间内安全地控制气动翼仍然是一项富有挑战性的任务。更进一步地，控制气动翼的在低空接近桅杆期间以及在着陆操作中在这种接近之后将气动翼联接至桅杆的期间中的飞行路径仍然是一项富有挑战性的任务。

与这种起飞及着陆操作相关联的问题存在的一个原因在于这一事实，即低空下的风速不同于高空中的风速。因此，高空控制是不同于低空控制的一项任务。

与这种起飞及着陆操作相关联的另一个问题在于这一事实，即当将大型气动翼联接至桅杆时该大型气动翼可将强力传递至桅杆。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种气动风力推进装置，其改善了控制，尤其是对于起飞与着陆操作期间的控制。

本发明的另一个目的在于提供一种气动风力推进装置，其更加安全地避免了起飞和着陆操作期间损坏系统的风险。

本发明的另一个目的在于提供一种允许轻质结构的气动风力推进装置。

本发明的这些以及其它目的通过提供如前所述的气动风力推进装置来实现，其中，所述多个牵引线中的至少两个牵引线在使用气动风力推进装置时出现的负载范围中具有弹性特性，并且所述至少两个牵引线的弹性特性是不同的。

根据本发明，提供了一种气动翼，其经由具有不同弹性的多个牵引线联接到位于翼下方靠近翼的转向单元。这样，就可以将牵引线的伸长量、即应变设计成在不同的负载状态下是不同的。这将允许在不同的负载状态下提供气动翼的不同几何位置或气动翼的相对于转向单元的不同部分的不同几何位置。一般来说，所有的牵引线都可显示成比例的弹性特性，其中，只有一个单独的牵引线可具有与其它牵引线不同的成比例的弹性特性，即，不同的杨氏模量，从而在所述单独的牵引线的附接区域中产生翼的基于负载的变形。

作为选择，将翼的前面部分联接到转向单元的那些线可具有与将翼的后面部分联接到转向单元的那些线不同的弹性，从而导致翼的结构相对于转向单元产生了基于负载的变化，其中，翼本身的几何形状保持不变。应该将弹性或弹性性质理解为牵引线在其使用中的整个负载范围上的应力-应变比率的幅值。

如果至少在使用时出现的负载范围的一部分中所述应力应变比率是不同的，则将至少两个牵引线的这种弹性性质规定为不同的。这可以通过牵引线来实现，这种牵引线在整个负载范围上被绷紧，从而使其在整个负载范围内承受应变，但是在所述负载范围的至少一部分中具有不同的应力-应变比率。此外，这可以通过多个牵引线来实现，这些牵引线具有相同的杨氏模量，但联接到气动翼和转向单元，从而使这些线中的至少一个牵引线在第一负载状态下是松驰的并在增加负载是变紧。这样，所述松驰的线将在作用于气动翼的负载范围的第一部分中不承受应变，但是在已达到某一负载程度时将被张紧，而其它牵引线则同样在负载范围的第一部分中被张紧，从而提供不同的弹性性质。

根据第一优选实施例，所述多个牵引线中的一个牵引线由分别在气动翼及转向单元上附接在相同附接点上的至少两个平行的牵引线段形成，其中，将所述两个牵引线段的长度及弹性性质选择成使得：在使用气动风力推进装置时出现的负载范围内的第一低负载状态下，所述两个牵引线段的长度是不同的，在所述负载范围内的第二中等负载状态下，所述两个牵引线中的较短的一个牵引线被拉伸成使其长度对应于所述两个牵引线中的较长的一个牵引线的长度，以及在所述负载范围内的第三高负载状态下，所述两个牵引线中的每个均被拉伸。这样，具有不成比例的弹性性质的牵引线就由具有不同长度且联接到相同附接点的两个或更多个牵引线段形成，其中，线中的一个或多个线在第一负载状态下是松驰的，但是在第二负载状态下是拉紧的。在这种具有两个长度不同且平行联接到相同附接点的牵引线段的结构中，提供了具有双弹性性质的牵引线。应该将这种具有双弹性性质的牵引线理解为在两个不同的负载范围下具有两种截然不同的应力应变特性的线，或在所述两种不同的负载范围中具有两种截然不同的应力应变特性范围的线。

根据本发明的另一个优选实施例，将气动翼连接到转向单元的所述多个牵引线中的至少一个牵引线在使用气动风力推进装置时出现的负载范围中具有不成比例的弹性性质。具有不成比例的弹性特性的所述至少一个牵引线在使用气动风力推进装置时出现的负载范围中可优选地具有不同于将气动翼联接到转向单元的至少一个其它的牵引线的弹性特性。

将会理解的是，具有不成比例的弹性性质的牵引线将会被理解成是一种在承受具有不同幅值的第一应力和第二应力时具有至少两种不同的应力应变特性特征的线。这可以通过提供这样一种线来实现，所述线在可以通过第一负载范围中具有连续的且成比例的应力应变特性，所述应力应变特性可以通过该第一负载范围中的应力应变曲线的第一斜率来描述，并且所述线在第二负载范围中具有不同于第一负载范围中的特性的连续的且成比例的第二应力应变特性，所述第二应力应变特性可通过该第二负载范围中的应力应变曲线的不同的第二斜率来描述。在这种情况下，在所述线的应力应变曲线中在第一负载范围与第二负载范围之间将存在断点。

然而，在上述示例的可替换示例中，应力应变曲线在整个负载范围内都可以是连续的并且可以是不成比例的，这是因为应力应变曲线的斜率随着负载的增加连续变化，或者至少在特定的负载范围中显示这种连续变化。此外，将会理解的是，根据本说明书及权利要求书，术语“部成比例的弹性性质”可以由具有上述应力应变特性、即连续的及不连续的曲线段的组合并且在使用中出现的负载范围中具有应力应变曲线的成比例的及不成比例的曲线段的线来实现。

通常知道的是，大量的线、尤其是那些通过将多个金属丝或纤维扭曲或编织成一个单独的线或线缆等而制成的线在承受非常高的负载并由此承受高应变时会显示出不成比例的弹性性质。在这种高负载状态下，该线或线缆经过了推算定位，其中，所述纤维或金属丝相对于负载变化的冲角完全平行于纤维，而纤维通常以沿与惯例的负载范围中的线或线缆的纵向轴线方向略有倾斜的方式设置。在这种推算定位的过程中，线及线缆将变硬。然而，这将并不被理解成使用中出现的负载范围中的不成比例的行为，因为将会避免将线或线缆暴露于将执行线或线缆的推算定位的这种负载下，这是因为这会导致单独的纤维乃至整个线或线缆的失效。由此，常规的线或线缆将永远不会以它们达到使用中的将导致这种推算定位的负载范围并因此产生不成比例的弹性性质的方式来进行设计及使用。

此外，弹性特性的细微变化会导致单独的纤维的方向相对于由扭曲或编织的纤维构成的线或线缆的纵向轴线方向发生变化。这将不会被理解成在本发明的意义上的不成比例的弹性特性，这是因为这将不会对线的弹性性质产生显著的影响。

根据优选实施例，具有不成比例的弹性性质的所述牵引线由前述的所述两个牵引线段形成。将会理解的是，彼此平行联接的具有不同长度的那两个线段将在功能上对应于具有两种不同的应力-应变比率的一个单独的线，其中，第一应力-应变比率只由其中一个线段所确定，而另一个线段则是松驰的，第二应力-应变比率由拉紧且平行作用的两个线段所确定。

特别地，具有不成比例的弹性性质的所述至少一个牵引线在使用气动风力推进装置时出现的负载范围的第一范围中具有第一应力-应变特性，并在使用气动风力推进装置时出现的负载范围的第二范围中具有第二应力-应变弹性，其中，第一应力-应变特性与第二应力-应变特性是彼此不同的，并且第一范围与第二范围是彼此不同的。这种改善的线特征是特别优选的，因为它将允许使气动翼与转向单元之间的联接的几何结构适应于两种不同的状态，这两种状态对应于由作用在牵引线上的较低负载范围来表征的起飞和着陆操作，以及由作用在牵引线上的高负载来表征的高空状态。

根据再一个优选实施例，提供具有不同弹性性质的多个牵引线，从而使得气动翼相对于转向单元的冲角在较小的力作用在牵引线上的状态比在较大的力作用在牵引线上的状态大。冲角是影响气动翼的空气动力学性质并由此影响上举力以及由翼产生并且经由牵引线和牵引线缆传递的力的一个重要的参数。一般而言，小的冲角由通常位于平行于翼的方向的平面中的气动翼来表征，而较大的冲角则由相对于气动翼的方向处于倾斜方向中的气动翼的一个或多个覆盖物来表征，其中，前缘位于翼的后缘的上方。在气动翼经由多个牵引线联接到转向单元的情况下，冲角的这种变化通常将由转向单元相对于气动翼的位置的变化来提供。这种相关性源自处于与牵引线缆和基础平台的附接点相关的给定力线中的转向单元和气动翼。

这些几何状态导致冲角与转向单元相对于位于风向中的气动翼的位置直接相关。在转向单元设置在相对于气动翼向前移动的位置中的情况下，这将导致气动翼的冲角较小。通常，转向单元在更为靠前的位置中的这种定位可通过缩短将转向单元联接到气动翼的前缘或气动翼的前部区域的那些(前部)牵引线，和/或拉伸将转向单元联接到气动翼的后端或后部的那些(后部)牵引线来实现。

反之亦然，转向单元在相对于气动翼的更为靠后的位置中的定位将增大冲角，且可通过分别拉伸将转向单元联接到前缘/前部区域的前部牵引线和/或缩短将转向单元联接到后端/后部的后部牵引线来实现。

根据上述优选实施例，在低负载状态下冲角增大。这将在作用在气动翼上的风力减小，例如在风速较低的低空中进行起飞和着陆操作期间导致冲角较大。然而，具有不成比例的牵引线的这种结构同样将进一步稳定气动翼在高空中的飞行性质。在这种情况下，风速的突然减小将增大冲角，并因此而稳定由气动翼产生的上举力，反之亦然，风速的突然增大将减小冲角并同样获得这种稳定效果。

根据另一个优选实施例，多个牵引线具有不成比例的弹性特性，并且至少两个牵引线的不成比例的弹性特性是不同的。如先前所讨论的那样，一个或多个牵引线的不成比例的弹性特性可优选地用于改变气动翼相对于转向单元的几何关系，并由此改变气动翼相对于风向的冲角。尽管这甚至也可通过与所有牵引线相似的一个或多个牵引线的不成比例的弹性性质来实现，但是优选的是提供具有不同的不成比例的弹性性质的牵引线。尽管在前一种情况下，几何变化将随着作用在相似的牵引线上的不同的力而变化，但在后一种情况下，这种几何变化甚至可以在所有牵引线都承受相同负载的负载状态下实现。在这种情况下，有些牵引线，例如将转向单元联接到气动翼的前缘或前部区域上的那些前部牵引线在该负载下会显示出更大的应变，而其它牵引线，例如将转向单元联接到气动翼的后缘或后部区域的那些后部牵引线会显示出较小的应变。

特别优选的是，将气动翼的前部联接到转向单元的一个或多个牵引线在低于第一负载状态的负载范围中具有第一应力-应变比率，将气动翼的后端联接到转向单元的一个或多个牵引线在低于第二负载状态的负载范围中具有第二应力-应变比率，其中，第一应力-应变比率低于第二应力-应变比率。在该优选实施例中，转向单元将相对于气动翼设置得更为靠前，从而在作用在牵引线上的负载增大的情况下减小冲角。这是通过提供后部牵引线来实现的，当增大负载进而使转向单元相对于翼移动到更为靠前的位置中，并且在增大负载的期间减小冲角时，后部牵引线显示出比前部牵引线更大的应变，反之亦然，当使转向单元相对于翼移动到更为靠后的位置中，并且在减小负载的期间增大冲角时，后部牵引线显示出比前部牵引线更大的应变。将会理解的是，第一负载状态和第二负载状态可由相同的或不同的负载程度来表征。

根据另一个优选实施例，将气动翼的前面部分联接到转向单元的一个或多个牵引线在高于第一负载状态的负载范围中保持第三应力-应变比率，将气动翼的后面部分联接到转向单元的一个或多个牵引线在高于第二负载状态的负载范围中具有第四应力-应变比率，其中优选地，第三应力-应变比率大于第四应力-应变比率。这将在作用在气动翼上的负载通过将气动翼的后面部分联接到转向单元的那些牵引线的相对于将气动翼的前面部分联接到转向单元的那些牵引线的增大的拉伸量而增加的情况下自动减小冲角。将会理解的是，第一负载状态及第二负载状态可由相同的或不同的负载程度来表征，并且可特别地与根据前述实施例的第一负载状态及第二负载状态相同。

在前述的两个优选实施例中，第一负载状态可优选地低于第二负载状态。这将允许在作用于气动翼上的负载增大的情况下自动减小冲角，并由此允许一方面优化起飞及着陆操作中的空气动力学性质，另一方面优化高空飞行状态下的空气动力学性质。这样，就有可能将气动翼在起飞及着陆操作期间(即，在低风速状态下)的改进的特性与当承受过载状态时(即，在高风速状态下)对翼及其相关元件进行安全保护结合起来。这在无需有效的绞入或放松特定的牵引线(类似于联接到致动器等的操纵线)的情况下就可以实现，并且可通过一个单独组的牵引线的被动拉伸特性来实现。

根据另一个优选实施例，所述牵引线中的至少一个牵引线具有与其它牵引线不同的弹性性质，优选地为不成比例的弹性性质，以便在第一负载状态下实现气动翼的变形，从而降低由气动翼产生的上举力和/或增大由气动翼产生的空气阻力，并在第二负载状态下建立最佳空气动力学形状，以形成由气动翼产生的最大的上举力和/或最小的空气阻力，其中，第一负载状态优选地低于第二负载状态。这样，就可将气动翼成形为在第一负载状态下，例如在起飞或着陆操作期间减小上举力或降低风速，从而有助于这种操作。此外，可能优选的是，在第一负载状态下，例如过载状态下减小上举力或降低风速，以避免在这种过载情况下损坏气动风力推进装置的气动翼或任何相关的元件。优选地，一个单独的牵引线在所述第一负载状态下通过具备与所有其它牵引线的弹性性质不同的不成比例的弹性性质而实现气动翼的变形。

在所述实施例中，具有不同于其它牵引线的弹性性质的所述至少一个牵引线可优选地联接到气动翼的一部分，优选地为中心部分，以便在第一负载状态下实现所述中心部分的变形，从而使第一负载状态下的空气动力学轮廓具有与理想的气动翼截面不同的截面。这将被理解成联接到翼的所述部分的一对或几个牵引线可实现这种变形。

根据另一个优选实施例，所述牵引线中的至少一个牵引线具有与其它牵引线不同的弹性性质，优选地为不成比例的弹性性质，以便在第一负载状态下提供气动翼的第一曲率，并在第二负载状态下使该第一曲率改变成第二曲率，其中，气动翼的曲率为气动翼的侧部截面中或气动翼的主视截面中的曲率。根据该实施例，当改变气动翼的侧部截面中的曲率时，这可有助于使由气动翼产生的上举力适应特定的风速，从而稳定气动翼的飞行状态。在改变气动翼的主视截面，即气动翼的通常朝向转向单元指向的外侧尖端的曲率的情况下，使侧部尖端向外并向上运动成气动翼的外部区域产生巨大的上举力的几何结构。这可用于在低风速下提供增大的上举力，以便稳定气动翼的飞行状态，并且降低侧部尖端在侧风的情况下向内折叠的风险。

更加优选的是，所述牵引线中的至少一个牵引线具有与其它牵引线不同的弹性性质，优选地为不成比例的弹性性质，以便在第一负载状态下提供气动翼的第一外洗，并在第二负载状态下将该第一外洗改变成第二外洗，其中，气动翼的外洗为气动翼的第一区域中的冲角与气动翼的第二区域中的冲角之间的差的幅值。翼的外洗将会被理解为翼在第一区域中的相对于第二区域的冲角。所述冲角的差在第一负载状态或第二负载状态中的一个状态下可以是零，从而产生并不扭曲并由此在这两个状态中的一个状态下不具有外洗的翼，然而这可以被理解为根据本发明的第一外洗或第二外洗。

在上述实施例中，特别优选的是，该外洗被改变成使得气动翼的侧端、尤其是仅尖端的冲角在第一负载状态与第二负载状态之间发生变化。特别地，在翼的产生增大的冲角的侧端或尖端提供外洗可防止该尖端在翼的起飞及着陆操作中发生不期望发生的向内折叠，然而减小所述冲角可改善翼在高风速下的空气动力学效率。

如前所讨论的那样，根据上述实施例的牵引线的不成比例的弹性性质可由两个都是成比例的不同的弹性性质，从而在这两种不同的性质之间产生间断转换点来表征，或可由一种弹性性质到另一种弹性性质的连续变化来表征。

附图说明

下面将参考附图来更为详细地说明本发明。在这些附图中：

图1：是根据本发明的气动风力推进装置处于两种不同负载状态下的侧向示意图，

图2a、b：是本发明的处于两种不同负载状态下的第二实施例的侧向示意图，

图3a-c：是结合在根据本发明的处于三种不同负载状态下的气动翼风力推进装置中的气动翼的侧向截面示意图，

图4：是结合在根据本发明的气动翼风力推进装置中的气动翼的主视示意图，

图5：是具有不成比例的弹性性质的牵引线的应力应变曲线，以及

图6a-c：是根据本发明的气动翼的三种不同外洗状态的主视示意图。

具体实施方式

首先参照图1，在侧向截面视图中示出了气动翼10。

气动翼10经由多个前部牵引线30a联接至转向单元20，该前部牵引线30a将转向单元联接至气动翼的前部区域。此外，设置多个中间牵引线31a，其将转向单元20联接至气动翼的中间区域，并设置多个后部牵引线32a，其将转向单元联接至气动翼10的后部区域。

以实线示出的牵引线30a、31a、32a对应于气动风力推进装置的第一、较低负载状态。在该第一、较低负载状态下，气动翼相对于以实线绘出的转向单元20a处于一几何位置中，该几何位置相对于作用在气动翼上的风向W而言与相对较高的冲角相关联。

以虚线示出的牵引线30b、31b、32b对应于牵引线30a、31a、32a，并且与处于气动风力推进装置的第二、高负载状态下的这些牵引线相关联。如可从图中看出的那样，转向单元设置在在垂直方向中与气动翼10相距更大距离的位置处，并且设置在相对于所述气动翼10处于更为靠前的方向中。以虚线示出的转向单元20b对应于处于第二、较高负载状态下的该位置。

在该第二、较高负载状态下，气动翼相对于风向W的冲角小于第一、较低负载状态下的冲角。

牵引线缆40a、40b将转向单元20a联接至基础平台(未示出)。

冲角的改变是通过提供牵引线30a、30b、31a、31b及32a、32b的不同的不成比例的弹性性质来实现的。如可从图中看出的那样，在第二、较高负载状态下，在与对应的牵引线30a和32a的较高负载状态相关联的情况下，前部牵引线30b的伸长量小于后部牵引线32b的伸长量。这是通过提供前部牵引线30a、30b来实现的，该前部牵引线30a、30b在第二、较高负载状态下比在第一、较低负载状态下相比于后部牵引线32a、32b更硬。

现在参照图2a、2b，其描述了气动风力推进装置的第二实施例。该气动风力推进装置包括经由多个牵引线联接至转向单元120的气动翼110。牵引线被划分为将转向单元分别联接到气动翼110的前部区域、前部中间区域、后部中间区域和后部区域的前部线130、前部中间线131、后部中间线132和后部线133。

如所示，牵引线缆140将转向单元120联接至基础平台(未示出)。

根据该实施例，设置有辅助牵引线134。该辅助牵引线134具有成比例的弹性性质，并且在气动翼和转向单元处联接至与前部中间线131相同的同一附接点。

牵引线130-133可具有成比例的或不成比例的弹性性质。对于第二实施例的功能，在至少一个负载范围中，辅助牵引线134的成比例的弹性性质不同于牵引线131的弹性性质是很重要的。这样，牵引线131和辅助牵引线134就形成一个功能单元，即，一条具有不成比例的弹性性质的牵引线。

如图2a所示，辅助牵引线134在第一、较低负载状态下短于前部中间牵引线131。这样，就实现了气动翼在前部中间区域的变形，从而导致气动翼的减速。这将有助于限制气动翼在起飞和着陆操作期间的最大速度。

如图2b所示，在较高负载状态下，辅助牵引线134的长度与前部中间牵引线131的相似，从而形成了气动翼110的最佳空气动力学轮廓。这将允许在第二、较高负载状态下实现气动风力推进装置的速度及上举力的最佳输出值，其对应于气动翼的最佳风速范围。

现在参照图3a、3b和3c，其示出了处于三种不同负载状态下的气动翼210。

气动翼210经由多个牵引线230-234联接至转向单元(未示出)，这多个牵引线230-234在气动翼210的纵向方向中彼此间隔开一定距离。将会理解到的是，每个牵引线230-234均表示在气动翼210的横向方向中彼此间隔开的多个牵引线。

牵引线230-234均具有不同的不成比例的弹性性质。如图3a所示，在第一、最佳负载状态下，牵引线230-234的长度形成了气动翼210的最佳空气动力学轮廓。

在图3b中，示出了处于与图3a中的状态相比较低负载状态下的同一个气动翼210。如可从该图中看出的那样，在该较低负载状态下，在与图3a的最佳负载状态相比时，前部牵引线230和后部牵引线234比中间牵引线231-233被缩短得更多。这样，就获得了气动翼210的更高曲率，从而增加了气动翼的上举力。这将有助于稳定气动翼210在起飞和着陆操作中的飞行状态，在起飞和着陆操作中，风速较低，并且作用在气动翼和牵引线上的负载较低。

现在参照图3c，示出了处于与图3a和图3b的状态相比较高负载状态下的气动翼。如可见，在该较高负载状态下，后部牵引线234与其它牵引线230-233相比被拉伸得更多，从而实现了气动翼210的后端在向上方向中的变形。这将显著减小由气动翼210所产生的上举力，并且降低气动翼相对于风的速度。这样，在危险的高负载状态下，就可以减小气动翼的上举力和速度，从而在损坏之前保护整个气动风力推进装置的气动翼和任何其它元件。

当进一步参照图4时，在主视截面视图中示出了气动翼310。

气动翼310经由多个牵引线330a-330f联接至转向单元(未示出)。应该理解的是，每个牵引线330a-330f均表示一组如图3a-3c所示的牵引线330-334。

如可从图中看到的那样，在最佳负载的最佳飞行状态下，气动翼310的侧部尖端指向下。尽管在最佳负载状态和风速下，这是气动翼310的用以稳定其飞行路径的最佳几何形状，但是所期望的是，增加较低负载和风速状态下的上举力，并且防止在侧面风的情况下放置侧部尖端的向内折叠。

如由箭头A、B示意性所示，这可通过设置联接至气动翼310的侧部尖端并与将气动翼310的中间部联接至转向单元的那些牵引线330b-330e相比具有不同的不成比例的弹性性质的牵引线330a和330f来实现。这样，就可以实现使侧向牵引线330a和330f在低负载状态下的拉伸量比中间牵引线330b-330e拉伸量大，从而形成气动翼310的变形，该变形的特征在于气动翼310的尖端的由箭头A、B示意性示出的侧向及向上运动。

当与图4所示的最佳负载相比，这将显著增加气动翼310的有效表面，并由此增加低负载下的上举力并防止侧部尖端向内折叠。

现在参照图5，其示出了根据本发明的牵引线的示意性的应力应变曲线。将会理解的是，该图表中在Y-轴上描绘出的应力表示作用在牵引线上的总负载。

如可看出的那样，牵引线在第一、较低负载范围L1中承受了大应变。这将表征起飞和着陆操作，并且考虑到了气动翼的变形或冲角的变化，如前所述。

在达到外洗负载Lt之后，牵引线承受更高的负载L2。在该更高的负载范围中，牵引线承受较小的应变，即，应力应变曲线的斜率比第一、较低负载范围L1中的陡。该第二、更高负载范围L2表征了气动翼的高空飞行的最佳负载范围。

图6a-c示出了气动翼410处于三种不同外洗状态下的主视图。该翼经由三对牵引线430a-430c联接至转向单元420。每对牵引线430a-430c均包括前部牵引线(如针对前部牵引线430af、430cf所示)和后部牵引线(如针对后部牵引线430ar、430cr所示)，其中，前部牵引线将该翼的前缘联接至转向单元，并且后部牵引线将该翼的后缘联接至转向单元。

如可从图中看出的那样，将气动翼410的尖端410a、410c联接至转向单元的这些对牵引线430a、430c的前部牵引线和后部牵引线在靠近该翼的上部中被分割成两个牵引线段，从而构成呈Y形的分叉的牵引线。

图6a示出了处于第一外洗状态下的气动翼，其中，该翼并未被扭转，并且该翼的所有区域均具有相同的冲角。

如图6b所示，在第二外洗状态下，气动翼的尖端410a、410c相对于该翼的中间区域410b被扭转。这可通过允许前部牵引线430af、430cf比后部牵引线430ar、430cr承受更高的拉伸来实现。结果，提供了对称的外洗状态，其中，尖端410a、410c中的冲角大于中间区域410b中的冲角。由此，在图6b所示的主视图中，就可以看到翼410的下侧411a、411c。

图6c示出了第三外洗状态。在该外洗状态下，后部牵引线430ar、430cr比前部牵引线430af、430cf伸长得更多，从而导致在与气动翼的中间区域410b中的冲角相比较时，尖端区域410a、410c中的冲角较小。这样，在该第三外洗状态下，就可以在图6c所示的主视图中在尖端区域410a、410b中看到上侧412a、412c。

Claims (18)

1.气动风力推进装置，所述气动风力推进装置包括：

气动翼(10)，所述气动翼(10)经由多个牵引线连接到位于所述气动翼下方的转向单元(20)，

牵引线缆(40a、40b)，所述牵引线缆的第一端连接到所述转向单元(20)，并且所述牵引线缆的第二端连接到基础平台，

所述气动翼(10)具有空气动力学轮廓，所述气动翼(10)在气流方向大致垂直于牵引线缆(40a、40b)时在所述牵引线缆(40a、40b)的方向上产生上举力，

其特征在于，所述多个牵引线中的至少两个牵引线在使用所述气动风力推进装置时所出现的负载范围中具有弹性特性，并且所述至少两个牵引线的弹性特性是不同的，并且

将所述气动翼(10)连接到所述转向单元(20)的所述多个牵引线(30a-32a)中的至少一个牵引线在使用所述气动风力推进装置时出现的负载范围中具有不成比例的弹性性质。

2.如权利要求1所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述多个牵引线中的一个牵引线由分别附接到所述气动翼和所述转向单元上的相同附接点上的至少两个平行的牵引线段形成，其中，所述两个牵引线段的长度及弹性性质被选择成使得：

在使用所述气动风力推进装置时所出现的负载范围内的第一低负载状态下，所述两个牵引线段的长度是不同的，以及

在所述负载范围内的第二中等负载状态下，所述两个牵引线中的较短的一个牵引线被拉伸成使其长度对应于所述两个牵引线中的较长的一个牵引线的长度，以及

在所述负载范围内的第三高负载状态下，所述两个牵引线中的每个牵引线都受到拉伸。

3.如权利要求2所述的气动风力推进装置，

其特征在于，具有不成比例的弹性性质的所述牵引线由所述至少两个牵引线段形成。

4.如权利要求1所述的气动风力推进装置，

其特征在于，具有不成比例的弹性性质的所述至少一个牵引线在使用所述气动风力推进装置时出现的负载范围的第一范围中具有第一应力-应变特性，并且在使用所述气动风力推进装置时出现的所述负载范围的第二范围中具有第二应力-应变特性，其中，所述第一应力-应变特性与所述第二应力-应变特性是彼此不同的，并且所述第一范围与所述第二范围是彼此不同的。

5.如权利要求1或2所述的气动风力推进装置，

其特征在于，多个牵引线设置成具有不同的弹性性质，从而使得所述气动翼的与所述转向单元相关联的冲角在较小的力作用在所述牵引线上的状态中比在较大的力作用在所述牵引线上的状况中高。

6.如权利要求1或2所述的气动风力推进装置，

其特征在于，将所述气动翼的前部联接到所述转向单元的一个或多个牵引线在低于第一负载状态的负载范围中具有第一应力-应变比率，并且将所述气动翼的后端联接到所述转向单元的一个或多个牵引线在低于第二负载状态的负载范围中具有第二应力-应变比率，其中，所述第一应力-应变比率低于所述第二应力-应变比率。

7.如权利要求6所述的气动风力推进装置，

其特征在于，将所述气动翼的前面部分联接到所述转向单元的一个或多个牵引线在高于第一负载状态的负载范围中保持第三应力-应变比率，并且将所述气动翼的后面部分联接到所述转向单元的一个或多个牵引线在高于第二负载状态的负载范围中具有第四应力-应变比率，其中，所述第三应力-应变比率大于所述第四应力-应变比率。

8.如权利要求6所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述第一负载状态低于所述第二负载状态。

9.如权利要求7所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述第一负载状态低于所述第二负载状态。

10.如权利要求1所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述牵引线中的至少一个牵引线具有与其它牵引线不同的弹性性质，以便在第一负载状态下实现所述气动翼的变形，从而降低由所述气动翼产生的上举力和／或增大由所述气动翼产生的空气阻力，并且在第二负载状态下建立最佳空气动力学形状，从而由所述气动翼产生最大的上举力和／或最小的空气阻力，其中，所述第一负载状态低于所述第二负载状态。

11.如权利要求10所述的气动风力推进装置，

其中，具有不同于其它牵引线的弹性性质的所述至少一个牵引线联接到所述气动翼的一部分，以便在所述第一负载状态下实现所述气动翼的所述一部分的变形，从而使所述第一负载状态下的空气动力学轮廓具有与理想的气动翼截面不同的截面。

12.如权利要求11所述的气动风力推进装置，

其中，所述气动翼的所述一部分为中心部分。

13.如权利要求1所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述牵引线中的至少一个牵引线具有与其它牵引线不同的弹性性质，以便在第一负载状态下提供所述气动翼的第一曲率，并且在第二负载状态下将该第一曲率改变为第二曲率，其中，所述气动翼的曲率为所述气动翼的侧向截面或所述气动翼的主视截面中的曲率。

14.如权利要求1所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述牵引线中的至少一个牵引线具有与其它牵引线不同的弹性性质，以便在第一负载状态下提供所述气动翼的外洗的第一外洗状态，并且在第二负载状态下将该第一外洗状态改变到所述气动翼的外洗的第二外洗状态，其中，所述气动翼的外洗为所述气动翼的第一区域中的冲角与所述气动翼的第二区域中的冲角之间的关系。

15.如权利要求14所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述外洗被改变成使得所述气动翼的侧端的冲角在所述第一负载状态与所述第二负载状态之间变化。

16.如权利要求10、13或14所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述弹性性质为不成比例的弹性性质。

17.如权利要求15所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述外洗被改变成使得所述气动翼的仅尖端的冲角在所述第一负载状态与所述第二负载状态之间变化。

18.如权利要求1所述的气动风力推进装置，

其特征在于，所述气动风力推进装置用于船只。