Вітрильне спорядження, переважно для спортивних яхт, і спосіб його динамічного настроювання

B63H 9/00-9/10 ВІТРИЛЬНЕ СПОРЯДЖЕННЯ ПЕРЕВАЖНО ДЛЯ СПОРТИВНИХ ЯХТ І СПОСІБ ЙОГО ДИНАМІЧНОГО НАСТРОЮВАННЯ Винахід відноситься до області експлуатації судів, що використовують енергію вітру і хвилі, переважно до спортивних яхт. Вітрильне спорядження призначене для розміщення його на самих сучасних спортивних яхтах, додатково містить ноу-хау, що дозволяє в екстремальних умовах комфортно й ефективно експлуатувати яхту. Відомо вітрильне спорядження сучасних спортивних яхт, що беруть участь у самих престижних гонках, що називаються еверестом вітрильного спорту й останнім часом знаходяться під егідою Volvo (див. наприклад, часопис «Шкіпер», № 1-6, 1988 p., каталог HARKEN, 1999 p.). Вітрильне спорядження містить стоячий такелаж і рангоут, наприклад, щоглу, гик, для установлення вітрил; самі вітрила: грот, стаксель, спінакер; такелаж, що біжить, наприклад, шкот, брас для установлення вітрил під найбільше ефективний ріг до вітру; палубне устаткування для створення тягнучого зусилля в такелажі, що біжить: грото- шкот, виконаний по типу талі, лебідки, що містить підстава, циліндричний зубцюватий редуктор, барабан із зубцюватим колесом, що охоплює вихідна ланка редуктора; ділові речі для проводки бігучого такелажу. Хибою такого вітрильного озброєння є відсутність у ньому устроїв, що дозволяють здійснювати самонастроювання вітрильного спорядження при зміні зовнішніх навантажень, наприклад, зміні сили і напрямки вітру, а також змін навантажень від дії хвилі. Відомий спосіб настроювання вітрильного спорядження, переважно для спортивних яхт (див. наприклад, часопис «Шкіпер», № 1-6, 1988 р.) Спосіб настроювання вітрильного озброєння, який включає установлення вітрил на штатні місця; формування профілю вітрила; наступне настроювання вітрила під конкретні зовнішні умови, шляхом регулювання становища вітрила під найбільше ефективний ріг до вітру через такелаж, що біжить, і за допомогою палубного устаткування; наступне переналагодження вітрильного озброєння при періодичних змінах зовнішніх навантажень, наприклад, шквалистих вітрах і плаванні на короткій хвилі шляхом витравлювання і добору вітрил; або не ефективне використання вітрильного озброєння без переналагодження яхти, наприклад, при хвилюванні. Відомий спосіб настроювання вітрильного спорядження буде рахуватися оптимальним при плаванні яхти, при стабільних вітрових умовах напрямку і сили вітру, а також ходіння на гладкій воді, тобто при відсутності хвилювання, що в реальних умовах практично ніколи не буває. При плаванні в шквалистий і рвучкий вітер, із приходом шквалу, морська традиція потребує потруїти такелаж, що біжить, тобто переналагодити вітрильне спорядження пропустити перші пориви шквалу, увалитись на більш повний курс і триматися цього курсу до закінчення шквалу. З проходженням шквалу відбувається переналагодження вітрильного спорядження у вихідне становище, тобто намічається циклічність експлуатації переналагодження вітрильного спорядження приблизно при стабільних граничних настроюваннях. На короткій хвилі, при будь-якому напрямку вітру до напрямку прямування хвилі періодично яхта, спонукується на хвилю, збивається з генерального курсу і який час вітрильне спорядження буде настроєно далеко від оптимального варіанта, тобто або вітрильне спорядження пропускає вітер, не використовуючи всі можливості для тяги, або не ефективно використовується вітрильне спорядження і призводить яхту до підвищеного моменту, що кренить, із зменшенням сили тяги на вітрилах. При плаванні яхти на довгій хвилі, морська практика потребує рухатися яхті не по прямій стосовно генерального курсу, а в різних режимах на входженні хвилі й сковзатися з хвилі. Крім того, швидкість плину хвилі на вершині її і підошві хвилі різна, що призводить до різних зовнішніх навантажень і умов експлуатації вітрильного озброєння, тобто вимпельний вітер періодично змінює і швидкість і напрямок стосовно вітрильного спорядження і знову спостерігається циклічність експлуатації вітрильного спорядження. І в цих умовах, як правило, переналагодження вітрильного спорядження не ведеться, і у визначені моменти часу робота не ефективна. У якості прототипу обраний гаданий варіант самого сучасного вітрильного спорядження, спроектованого й установленого на швидкісній яхті, побудованій для участі в майбутніх світових змаганнях гонки навколо світу шістдесятьох футових яхт під егідою фірми Volvo за технологією харківських літакобудівників (див. наприклад, часопис «Техніка молоді», № 6, 1998 р. копія додається). Відоме вітрильне спорядження по прототипу аналогічно аналогу, включає стоячий такелаж і рангоут, наприклад, щоглу, гик, для установлення вітрил; самі вітрила: грот, стаксель, спінакер; такелаж, що біжить, наприклад, шкот, брас для установлення вітрил під найбільше ефективний ріг до вітру; палубне устаткування для створення тягнучого зусилля в такелажі, що біжить: грото- шкот, виконаний по типу талі, лебідки, що містить підстава, циліндричний зубцюватий редуктор, барабан з зубцюватим колесом, що охоплює вихідна ланка редуктора; ділові речі для проводки бігучого такелажу. На відміну від деяких аналогів в устрої по прототипу грото- шкот містить і палиспас і працює з лебідкою грото- шкотів. Недоліком відомої конструкції вітрильного спорядження, як і в аналогу, є відсутність на самих сучасних спортивних яхтах технічних рішень, що дозволяють самому вітрильному спорядженню підбудуватися під зміну зовнішніх умов періодичних або короткочасних, наприклад шквалистого вітру, плаванні на короткій і довгій хвилі на той режим роботи, що призведе до переваг у гонках із більшою ефективністю і меншими витратами. Відомий спосіб настроювання вітрильного спорядження, описаного в прототипі (див. також часопис «Техніка молоді», № 6, 1998 р. ), як і в аналогу, включає установлення вітрил на штатні місця; формування профілю вітрила; наступне настроювання вітрила під конкретні зовнішні умови, шляхом регулювання становища вітрила під найбільше ефективний ріг до вітру через такелаж, що біжить, і за допомогою палубного устаткування; наступну переналагодження вітрильного спорядження вручну при періодичних відхиленнях від оптимальних значень зовнішніх навантажень Fmax і Fmin , наприклад, шквалистих вітрах і плаванні на хвилі, із наступним витравлюванням і добором вітрил; або не ефективне використання вітрильного спорядження без переналагодження яхти, наприклад, при хвилюванні. Настроювання вітрильного спорядження по прототипу для спортивних яхт із погляду постановки технічної задачі що заявляється і технічного вирішення збігається з настроюванням, описаної в поділі аналоги, мають ті ж недоліки, обумовлені комплектацією сучасного вітрильного спорядження його недосконалістю конструювання з погляду гнучкого настроювання і тим більше самонастроювання вітрильного спорядження при зміні зовнішніх навантажень. Технічним результатом запропонованого винаходу і способу настроювання є удосконалення вітрильного спорядження шляхом створення устрою, що само настроює, із використанням ноу-хау, підключення устрою до стандартного устаткування з метою ефективного використання для здійснення гнучкого динамічного настроювання і самонастроювання вітрильного спорядження при зміні зовнішніх періодичних навантажень, наприклад, шквалистого вітру, плаванні на короткій і довгій хвилі. Досягається технічний результат тим, що запропоноване вітрильне спорядження; переважно для спортивних яхт, що містить в собі стоячий такелаж і рангоут, наприклад, щоглу, гик, для установлення вітрил; самі вітрила: грот, стаксель, спінакер; такелаж, що біжить, наприклад, шкот, брас для установлення вітрил під найбільше ефективний ріг до вітру; палубне устаткування для створення тягнучого зусилля в такелажі, що біжить: гротошкот, виконаний по типу талі, лебідки, що містить підстава, циліндричний зубцюватий редуктор, барабан із зубцюватим колесом, що охоплює вихідна ланка редуктора; ділові речі для проводки бігучого такелажу. Вітрильне спорядження додатково містить устрій, що само настроює, що містить пружний елемент із рухливим елементом, наприклад, штоком, при цьому пружний елемент складається з одного або декількох гідро-, пневмо-, пружних, гумових або змішаних елементів, і виконаний, наприклад, у виді амортизатора переміщення або обертання регульованої жорсткості, і сполучений із такелажем, що біжить, або безпосередньо через сполучний елемент, виконаний у виді талі, або побічно через палубне устаткування, наприклад, через лебідку й інший сполучний елемент. У варіанті з'єднання пружного елемента з такелажем, що біжить, безпосередньо через сполучний елемент, виконаний у виді талі, таль виконана таким чином, що один блок шківів талі закріплений нерухомо, а другий блок шківів сполучений безпосередньо зі штоком пружного елемента, а сам пружний елемент закріплений усередині або зовні талі. У варіанті з'єднання пружного елемента з такелажем, що біжить, побічно через палубне устаткування, наприклад через лебідку й інший сполучний елемент, останній виконаний, наприклад, виді планетарного редуктора, і сполучений через водило сателітів планетарного редуктора, або безпосередньо з колесом сателітів за допомогою рейкової зубцюватої передачі, крім цього планетарний редуктор розташований між вихідною ланкою редуктора лебідки і барабаном лебідки, при цьому, шестерня барабана є одночасно шестернею планетарного редуктора. Для досягнення технічного результату запропонований спосіб настроювання вітрильного спорядження, переважно для спортивних яхт, що включає установлення вітрил на штатні місця, формування профілю вітрил, наступне настроювання вітрила під конкретні зовнішні умови, шляхом регулювання становища вітрила під найбільше ефективній ріг до вітру через такелаж, що біжить, і за допомогою палубного устаткування; наступне переналагодження вітрильного спорядження вручну при періодичних відхиленнях від оптимальних значень зовнішніх навантажень Fmax і Fmm , наприклад, шквалистих вітрах і плаванні на хвилі, із наступним витравлюванням і добором вітрил. Одночасно, до, або після фіксуючого установлення вітрила на ефективний ріг до вітру, шляхом установлення і настроювання пружного елемента устрою, що само налагоджує на оптимальні зовнішні навантаження Fmax І Fmin , саме вітрило автоматично здійснює періодичне переналагодження бігучого такелажу на оптимальну зміну довжини A L бігучого такелажу, обумовленої з виразу: A L = (0-0,2)L, де L - довжина яхти, A L - оптимальна зміна довжини бігучого такелажу або методом пропорційного переміщення, шляхом передачі пропорційних навантажень F ходового кінця бігучого такелажу до переміщення або обертання штока пружного елемента у лінійній залежності: A L = К (А 1), або A L - К' А ер, де К і К' - редукційні коефіцієнти, А 1 - оптимальна зміна довжини штока пружного елемента, А ф - оптимальне значення рогу повороту штока пружного елемента, при пропорційних навантаженнях: f F = - ККД, К де F - навантаження в такелажі, f - навантаження в пружному елементі, ККД - коефіцієнт корисної дії пристрою, що сам налагоджує, або у функціональній залежності: AL = fKAl,a6oAL = fK'Аф Порівнянний аналіз запропонованого вітрильного спорядження, переважно для спортивних яхт і способу його динамічного настроювання з відомим по прототипу, дозволяє зробити висновок, що завдяки вказаним ознакам, що заявляються, досягнуто технічний результат: удосконалення вітрильного спорядження і здійснення динамічного настроювання і самонастроювання в умовах зміни зовнішніх навантажень, тобто вирішена проблема, що дозволяє забезпечити перемогу спортивній яхті, оснащеній запропонованим вітрильнім спорядженням при будь-яких погодних і інших рівних умовах. Так наявність у запропонованому вітрильному спорядженні додаткового пристрій, що сам настроює налагоджує, у вигляді пружного елемента і його рухливої частини, наприклад у виді штока, при цьому пружній елемент, виконаний у вигляді різних конструкцій: наприклад, одного або декількох гідро-, пневмо-, пружних, гумових або змішаних елементів у різному сполученні, у тому числі, наприклад, у виді амортизатора переміщення й обертання регульованої жорсткості, що дозволило при будь-яких навантаженнях, у різних варіантах виконання пружного елемента і з'єднання з такелажем, що біжить, або безпосередньо, через сполучний елемент, у вигляді талі, або побічно, через палубне устаткування, наприклад, лебідку і його сполучний елемент, у цілому забезпечити передачу зусиль від вітрила через ходовий кінець такелажу на обертовий або шток пружного елемента, що переміщується, а також здійснити пропорційне переміщення штока і передачу зусиль на переміщення такелажу і навпаки. У варіанті з'єднання пружного елемента з такелажем, що біжить, безпосередньо через сполучний елемент, виконаний у вигляді талі, конструктивне виконання самого сполучного елемента, обумовило функціонування устрою, що само настроює, шляхом пропорційного переміщення і передачу зусиль, ходового кінця такелажу до обертання або переміщення штока пружного елемента. Тобто, у варіанті, коли один блок шківів талі закріплюють нерухомо, а другий блок шківів з'єднують безпосередньо зі штоком пружного елемента, а при цьому самий пружний елемент закріплюють усередині або зовні талі, досягнутий результат, при якому переміщення штока пружного елемента веде до зміни відстані між блоками шківів і талі, і, як слідство - до пропорційного переміщення ходового кінця бігучого такелажу, що у свою чергу призводить до зміни рогу настроювання вітрила. У варіанті з'єднанняпружного елемента з такелажем, що біжить, побічно через палубне устаткування, наприклад, лебідку й інший сполучний елемент, ю інше конструктивне вирішення сполучного елемента дозволяє здійснити функціонування вітрильного озброєння шляхом переміщення штока пружного елемента, що у такому варіанті, призводить в обертання колеса сателітів, наприклад, через рейкову зубцювату передачу, що у свою чергу призводить до обертання шестерні барабана лебідки при нерухомій вихідній ланці колеса планетарного редуктора, сполученого з непрацюючим редуктором лебідки, а обертання барабана призводить до переміщення кінця бігучого такелажу і до досягнення цілі: зміні ефективного рогу постановки вітрила до вітру. Крім того, запропоноване технічне вирішення вітрильного спорядження дозволило в обох варіантах аналогічно, у такій же послідовності здійснити функціонування устрою, що само настроює, коли зусилля і переміщення через ходовий кінець вітрила, що біжить, від такелажу передачу до штока пружного елемента. У математичних співвідношеннях, отриманих експериментальним шляхом із морської практики, відображено вибір оптимальних навантажень Fmax і Fmin, обумовлений конкретним розміром сили вітру, у межах шкали якої експлуатується вітрильне спорядження по прототипу. Автоматичне переналагодження вітрилом бігучого такелажу на оптимальну зміну довжини Л L на настроєний розмір у межах (0-0,2)L дозволило настроїти вітрило на оптимальний ріг до вітру при зміні зовнішніх умов як короткочасних так і періодичних u При зміні зовнішніх умов, що потребують зміни довжини такелажу, понад межі 0,2 L, призводить до ручного або автоматичного переналагодження і самого вітрила й устрою, що само настроює. Пропорційні або функціональні зміни довжини такелажу, а також передача пропорційних зусиль від такелажу до штока обумовлена математичними вираженнями, підібраними таким чином, що за допомогою добору редукційного коефіцієнта здійснюється плавне переналагодження від ходового режиму до крайнього, знаходячись увесь час у рівновазі навантажень від вітрила на шток і навантажень від пружного елемента на шток. Математичні намірі добору коефіцієнтів є предметом ноу-хау, захищеного авторським правом. A L = К (А 1), або A L = К' А ер, де К і К' - редукційні коефіцієнти, А 1 - оптимальна зміна довжини штока пружного елемента, А ф - оптимальне значення рогу повороту штока пружного елемента, при пропорційних навантаженнях: f F = - ККД, К де F - навантаження в такелажі, f - навантаження в пружному елементі, ККД - коефіцієнт корисної дії пристрою, що сам налагоджує, 12 або у функціональній залежності: A L = f К А 1, або A L = f К' А ср Залежність від редукційного коефіцієнта, підібраного для досягнення поставленої задачі, показана в прикладі конкретного виконання, де переміщення ходового кінця бігучого такелажу A L однозначно визначає переміщення штока пружного елемента А 1, або обертання штока A q>. Проведений пошук відомих у науці рішень, що можуть містити відмінні від прототипу ознаки, показав, що на дату подачі заявки на патент України, ці ознаки у відомих вирішеннях не виявлені. Запропоноване технічне рішення є новим і має винахідницький рівень, тому що з рівня техніки воно не відомо. Інакше кажучи, технічний результат відображає причинний зв'язок з ознаками запропонованого винаходу, кожний із яких необхідний, а разом із подібними ознаками порівнюваних рішень достатній для досягнення технічного результату, що полягає в гнучкому динамічному настроюванні і самонастроюванні вітрильного спорядження при зовнішніх навантаженнях, наприклад, при шквалистому вітрі, плаванні на короткій і довгій хвилі, за допомогою введення у вітрильне спорядження пристрою, що само настроює, що дозволяє без втручання команди яхти самому вітрилу робити автоматичне переналагодження вітрильного спорядження. Сутність пристрою і способу, що заявляються, його динамічне настроювання, пояснюють креслення, на яких приведені: принципова схема 13 вітрильного спорядження спортивної яхти з його динамічним настроюванням (фіг. 1); схема підключення пружного елемента пристрою, що само настроює, до палубного устаткування у виді лебідки (вид збоку, фіг. 2); схема підключення пружного елемента устрою, що само настроює, до палубного устаткування у виді лебідки (вид поверх, фіг. 3); схема підключення устрою, що само настроює, виконаного у вигляді талі (вид збоку, фіг. 4); схема підключення устрою, що само настроює, виконаного у вигляді талі (вид поверх, фіг. 5); схема стандартного з'єднання редуктора і барабана лебідки без підключення пристрою, що само настроює (фіг. 6); схема підключення пристрою, що само настроює, до палубного устаткування у виді лебідки (фіг. 7); схема прототипу вітрильного озброєння з палубним устаткуванням зі схемами статичних навантажень на вітрильне озброєння для спортивної яхти (ілюстрація). Вітрильне спорядження переважно для спортивних яхт, що містить в собі стоячий такелаж (на кресленні не показаний) і рангоут, наприклад, щоглу 1, гик 2, для установлення вітрил; самі вітрила: грот 3, стаксель 4, спінакер 5; такелаж, що біжить 6, наприклад, шкот 7, брас 8 для установлення вітрил під найбільше ефективний ріг до вітру; палубне устаткування для створення 14 тягнучого зусилля в такелажі, що біжить: грою- шкот, виконаний по типу талі 9, лебідки 10, що містить підстава 11, циліндричний зубцюватий редуктор 12, барабан 13 із зубцюватим колесом 14, що охоплює вихідна ланка 15 редуктора 12; ділові речі 16 для проводки бігучого такелажу 6. Вітрильне спорядження додатково містить устрій, що сам настроює, що містить пружний елемент 17 із рухливим елементом, наприклад, штоком 18, при цьому сам пружний елемент 17 складається з одного або декількох гідро-, пневмо-, пружних, гумових або змішаних елементів, і виконаний, наприклад, у виді амортизатора переміщення й обертання регульованої жорсткості, і сполучений із такелажем, що біжить 6, або безпосередньо через сполучний елемент, виконаний у вигляді талі 19, або побічно через палубне устаткування, наприклад, через лебідку 1- і інший сполучний елемент у виді планетарного редуктора 20. У варіанті з'єднання пружного елемента 17 із такелажем, що біжить 6, безпосередньо через сполучний елемент, виконаний у вигляді талі, таль 19 виконана таким чином, що один блок шківів 21 талі закріплений нерухомо, а другий блок шківів 22 сполучений безпосередньо зі штоком 18 пружного елемента 17, а самий пружний елемент 17 закріплений усередині (на фіг. % позначено пунктирними лініями, або зовні (на фіг. 4 і 5 позначено головними лініями) талі 19. У варіанті з'єднання пружного елемента 17 із такелажем, що біжить 6, побічно через палубне устаткування, наприклад, через лебідку 10 і інший сполучний елемент, останній виконано, наприклад, у виді планетарного 15 редуктора 20, і сполучений через водило 23 сателітів (виконано пунктиром на фіг. 7) планетарного редуктора 20, або безпосередньо з колесом 24 сателітів за допомогою рейкової зубцюватої передачі 25; крім цього планетарний редуктор 20 розташований між вихідною ланкою 15 редуктора 12 лебідки 10 і барабаном 13 лебідки 10, при цьому, шестерня 14 барабана 13 є одночасно шестернею планетарного редуктора 20. Спосіб динамічного настроювання вітрильного спорядження переважно для спортивних яхт, що включає: установлення вітрил 3, 4, 5 (фіг. 1) на штатні місця: формування профілю вітрила; наступне настроювання вітрила під конкретні зовнішні умови, шляхом регулювання становища вітрила під найбільше ефективний ріг до вітру (3 (позначене стрілкою на фіг. 1) через такелаж, що біжить 6 (фіг. 4, 5) 7, 8, 9 (фіг. 1) і за допомогою палубного устаткування 9, 10 (фіг. 1); наступне переналагодження вітрильного озброєння вручну при періодичних відхиленнях (на фіг. 1 позначено пунктирною стрілкою) від оптимальних значень зовнішніх навантажень Fmax І Fm)n , наприклад шквалистих вітрах і плаванні на хвилі, із наступним витравлюванням бігучого такелажу (позначений пунктиром 7, 8, 9 на фіг 1) і добором вітрил (позначені пунктиром 3, 4, 5 на фіг. 1). Одночасно, до, або після фіксуючого установлення вітрила на ефективний ріг до вітру, шляхом установлення і настроювання пружного елемента 17 пристрою, що само налагоджує на оптимальні зовнішні навантаження Fmax і Fmin, саме вітрило 3, 4, 5 (фіг. 1) автоматично здійснює періодичне переналагодження (позначено іб пунктиром на фіг. 1) бігучого такелажу 7, 8, 9 (фіг. 1) на оптимальну зміну довжини A L (фіг. 1) бігучого такелажу, обумовлену з виразу AL = (0-0,2)L, де L - довжина яхти, Д L - зміна довжини бігучого такелажу, або методом пропорційного переміщення, шляхом передачі пропорційних навантажень F ходового кінця бігучого такелажу 7, 8, 9 (фіг. 1) до переміщення або обертання (позначено пунктиром на фіг. 2, 3) штоки пружного елемента 17 (на фіг. 2, 3) у лінійній залежності: A L = К (А 1), або Л L = К' А