ES1058096U - Embarcación powered rotor type magnus. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
Embarcación powered rotor type magnus. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)Info
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Abstract
Description
Embarcación propulsada por rotor tipo magnus.Vessel propelled by rotor type magnus.
Embarcación propulsada por rotor tipo magnus, del tipo que comprende un elemento de impulsión montado en la parte central de la embarcación, equilibrando estática y dinámicamente la masa global de la misma, que se caracteriza porque el elemento de impulsión consiste en un grupo constituido por un rotor vertical accionado en rotación por un motor primario lateral y un inversor del sentido de giro del rotor.Magnus rotor powered boat, from type comprising a drive element mounted on the part center of the boat, statically and dynamically balancing the global mass of it, which is characterized by the element of drive consists of a group consisting of a vertical rotor driven in rotation by a primary side motor and an inverter of the direction of rotation of the rotor.
Se conocen diversos tipos de catamaranes (embarcaciones formadas por dos cuerpos o cascos acoplados en paralelo y notables por su estabilidad de navegación, aún en aguas muy movidas), los cuales son impulsados normalmente a vela, aunque a menudo provistos de un motor auxiliar para casos de necesidad.Various types of catamarans are known (boats formed by two bodies or hulls coupled in parallel and notable for its navigation stability, even in waters very moved), which are normally driven by sail, although often provided with an auxiliary engine for cases of need.
La estabilidad inherente a esta clase de naves se ve contrapuesta por los problemas derivados de la carencia y/o variabilidad del viento, que dificultan la difusión práctica de tales embarcaciones.The stability inherent in this class of ships is is opposed by the problems derived from the lack and / or wind variability, which hinder the practical diffusion of such boats.
Así, se conoce la Patente Europea n° 0474363, de D. Kenneth John England, del año 1991, que se refiere a un sistema de propulsión por viento primariamente para barcos, que comprende un rotor sustancialmente cilíndrico que gira alrededor de su eje longitudinal central y, que gira conjuntamente con el rotor para formar una extensión axial del mismo, una turbina de viento que incluye una pluralidad de palas alargadas, cada una de forma curva en su sección transversal, el diámetro de la cubierta periférica de las palas es menor que el diámetro del rotor en uso y con el eje longitudinal central del sistema extendiéndose transversalmente en la dirección del viento, la turbina gira con el viento a velocidad periférica w_{t}, el diámetro aumentado del rotor dará como resultado que el mismo gira a una velocidad periférica proporcionalmente aumentada w_{r} donde se establece una fuerza propulsora l_{r} de acuerdo con el efecto de magnus.Thus, European Patent No. 0474363, of D. Kenneth John England, from 1991, which refers to a system of wind propulsion primarily for ships, comprising a substantially cylindrical rotor that rotates around its axis longitudinal center and, which rotates together with the rotor to form an axial extension of it, a wind turbine that includes a plurality of elongated blades, each curved in its cross section, the diameter of the peripheral cover of the blades is smaller than the diameter of the rotor in use and with the shaft central longitudinal of the system extending transversely in the wind direction, the turbine turns with the wind at speed peripheral w_ {t}, the increased diameter of the rotor will give as result that it turns at a peripheral speed proportionally increased w_ {r} where a force is established thruster l_ {r} according to the magnus effect.
También se encuentra en el estado de la técnica la Patente Española n° 523139, del año 1983, de D. José BAR BOO y la firma TECNOLOXIA AXEITADA IBERO-AMERICANA, S.A., referidos a unos perfeccionamientos en dispositivos de timón-estabilizador de un móvil, que consiste en un sistema de control para un timón-estabilizador de un móvil. Comprende un timón o estabilizador formado al menos por un perfil rotatorio impulsado por un motor y constituido por una forma cilíndrica o derivada de la cilíndrica, que origina en el fluido en el que está inmerso una circulación independiente de la corriente de este, por rotación del propio perfil o, mediante un generador de circulación acoplado a su periferia en tanto que el perfil permanece inmóvil, produciendo una fuerza normal a la trayectoria en virtud del efecto magnus.It is also in the state of the art Spanish Patent No. 523139, of the year 1983, of Mr. José BAR BOO and TECNOLOXIA AXEITADA IBERO-AMERICANA, S.A., referred to some improvements in devices rudder-stabilizer of a mobile, which consists of a control system for a rudder stabilizer a mobile. It comprises a rudder or stabilizer formed at least by a rotating profile driven by an engine and constituted by a cylindrical shape or derived from the cylindrical, which originates in the fluid in which a circulation independent of the current of this, by rotation of the profile itself or, by means of a circulation generator coupled to its periphery while the profile remains motionless, producing a normal force to the trajectory under the magnus effect.
De los mismos titulares es la Patente Española n° 522680, del año 1983, que protege una maquina de propulsión hidrodinámica. Comprende al menos un perfil inmóvil, con relación al vehículo o a la maquina de fluido de que forma parte, sobre cuya superficie se genera una circulación autónoma con respecto a la corriente del fluido en el que se mueve, es decir, con independencia de la vena de corriente que actúa sobre él, el cual esta dotado de una fuente de energía que induce una circulación controlable alrededor de dicho perfil, lo que determina según el efecto magnus un empuje hidrodinámico regulable sobre este.Of the same holders is the Spanish Patent No. 522680, from 1983, which protects a propulsion machine hydrodynamics It comprises at least one stationary profile, in relation to to the vehicle or fluid machine of which it is a part, on whose surface is generated an autonomous circulation with respect to the current of the fluid in which it moves, that is, with independence of the current vein acting on it, which It is equipped with an energy source that induces circulation controllable around said profile, which determines according to the Magnus effect an adjustable hydrodynamic thrust on it.
Esta invención contempla el diseño y la construcción de una embarcación, caracterizada porque su propulsión, aunque se basa esencialmente en la fuerza del viento, no se produce con el empleo de una o más velas, sino como resultado de una fuerza aplicada subsidiariamente a la embarcación en cuestión y que se basa en el llamado efecto Magnus.This invention contemplates the design and construction of a vessel, characterized in that its propulsion, although essentially based on the force of the wind, does not occur with the use of one or more sails, but as a result of a force applied subsidiarily to the vessel in question and based on the so-called Magnus effect .
Por los tratados de Física se conoce este efecto como la generación de una fuerza en un cilindro giratorio en torno a su eje y sumergido en un campo de fuerzas paralelas y perpendiculares a dicho eje. La fuerza obtenida es también perpendicular al eje y a las fuerzas paralelas, y su sentido es el resultado de un giro de 90 grados, en sentido contrario al de rotación del cilindro, del vector velocidad del campo de fuerzas.Physics treats this effect is known as the generation of a force in a rotating cylinder around to its axis and submerged in a field of parallel forces and perpendicular to said axis. The force obtained is also perpendicular to the axis and parallel forces, and its meaning is the result of a 90 degree turn, in the opposite direction of cylinder rotation, field velocity vector forces.
En el presente caso, el campo de fuerzas es el viento y el cilindro giratorio (rotor) es un cuerpo que forma parte de un dispositivo de propulsión montado en el cuerpo de la embarcación, equilibrando a la misma estática y dinámicamente.In the present case, the force field is the wind and the rotating cylinder (rotor) is a body that is part of a propulsion device mounted on the body of the vessel, balancing it statically and dynamically.
Es un objeto de la presente invención una embarcación propulsada por rotor tipo magnus, del tipo que comprende un elemento de impulsión montado en la parte central de la embarcación, equilibrando estática y dinámicamente la masa global de la misma, que se caracteriza porque el elemento de impulsión consiste en un grupo constituido por un rotor vertical accionado en rotación por un motor primario lateral y un inversor del sentido de giro del rotor.It is an object of the present invention a boat powered by rotor magnus type, of the type that comprises a drive element mounted in the central part of the boat, balancing the mass statically and dynamically global of it, which is characterized because the element of drive consists of a group consisting of a vertical rotor driven in rotation by a primary side motor and an inverter of the direction of rotation of the rotor.
Para facilitar la explicación, se acompaña la presente descripción de unos dibujos en los que se ha representado, a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, un caso de realización de un catamarán, según los principios de las reivindicaciones.To facilitate the explanation, the present description of some drawings in which it has been represented, by way of illustrative and non-limiting example, a case of realization of a catamaran, according to the principles of claims.
La figura 1 es una vista lateral, la figura 2 una vista en planta y la figura 3 una vista de frente de la embarcación.Figure 1 is a side view, Figure 2 a plan view and figure 3 a front view of the boat
La figura 4 es una vista parcial y ampliada del dispositivo de inversión que forma parte del grupo impulsor montado a bordo de la embarcación, y la figura 5 representa la parte del rotor asociada al dispositivo anterior.Figure 4 is a partial and enlarged view of the inversion device that is part of the mounted drive group aboard the vessel, and figure 5 represents the part of the rotor associated with the previous device.
Los elementos designados con números en los dibujos corresponden a las partes indicadas a continuación. En esta realización se ha concretado en un catamarán, aunque puede ser extensible a cualquier otra embarcación.The designated elements with numbers in the Drawings correspond to the parts indicated below. In this realization has been completed in a catamaran, although it can be Extendable to any other boat.
Los cuerpos o cascos 1 y 2 (figuras 1 a 3), unidos convencionalmente en paralelo por travesaños estructurales 3, 4 y 5, comportan un bastidor reforzado 6 para soporte de un grupo propulsor 7, cuyo componente básico es el rotor 8 y que lleva asociado un motor lateral de accionamiento 9, que puede ser de explosión, de combustión interna o bien eléctrico.The bodies or helmets 1 and 2 (figures 1 to 3), conventionally joined in parallel by structural crossbars 3, 4 and 5, include a reinforced frame 6 to support a group propeller 7, whose basic component is rotor 8 and which carries associated with a lateral drive motor 9, which can be of explosion, internal combustion or electric.
El motor 9, en el caso de ser eléctrico, podrá alimentarse de la energía fotovoltaica obtenida de un panel de células solares montado en la embarcación.The motor 9, in the case of being electric, may feed on the photovoltaic energy obtained from a panel of solar cells mounted on the boat.
Esta última comprenderá convencionalmente los dispositivos habituales de dirección 10 (timón), orientación, comunicaciones y complementarios.The latter will conventionally understand the usual steering devices 10 (rudder), orientation, communications and complementary.
En los dos casos mencionados, el motor 9 comportará un dispositivo regulador de velocidad para gobernar el giro del rotor 8, en cada momento, a tenor de la velocidad el viento. De esta manera se podrá comunicar al rotor las características de movimiento acordes con las condiciones de navegación deseadas, con independencia, dentro de lo posible, de la velocidad y dirección del viento: un sistema de control automático permitirá gobernar el rotor y, por lo tanto, el avance del catamarán de la manera más conveniente.In the two cases mentioned, the engine 9 will involve a speed regulating device to govern the rotation of the rotor 8, at all times, at the speed of the wind. In this way the rotor will be able to communicate the movement characteristics consistent with the conditions of desired navigation, regardless, as far as possible, of the wind speed and direction: an automatic control system allow the rotor to govern and, therefore, the advance of the catamaran in the most convenient way.
Para un determinado empuje aplicado al doble cuerpo de la embarcación que se describe, aumentando la velocidad del rotor se compensa la posible reducción de la velocidad del viento. El rendimiento global resultante es elevado, aun con vientos de reducida magnitud.For a given thrust applied twice body of the boat described, increasing the speed of the rotor compensates the possible reduction of the speed of the wind. The resulting overall performance is high, even with winds of reduced magnitude.
Cuando el movimiento del rotor se obtiene a base de la energía solar, captada por paneles fotovoltaicos montados con las inclinaciones y orientaciones apropiadas en la/s cubierta/s del catamarán y almacenada en una batería de acumuladores, se dispone convencionalmente de un regulador electrónico entre los generadores y los acumuladores y de otro entre éstos y el motor eléctrico (en previsión de sobrecargas y otros efectos). Asimismo se dispondrá un inversor de marcha y un regulador reostático de la velocidad y sentido de giro del rotor, según las características de la navegación.When rotor movement is obtained based of solar energy, captured by photovoltaic panels mounted with the appropriate inclinations and orientations on the deck (s) of the catamaran and stored in a battery of accumulators, available conventionally of an electronic regulator between the generators and the accumulators and other between these and the electric motor (in forecast of overloads and other effects). Likewise, a gear inverter and a rheostatic speed regulator and direction of rotation of the rotor, according to the characteristics of the navigation.
Cuando el movimiento del rotor se obtiene a base de un motor de explosión, un dispositivo de embrague y un inversor mecánico de la rotación son necesarios para poder adecuar el rumbo y el sentido de giro del rotor a la dirección del viento, de manera similar al sistema de navegación a vela.When rotor movement is obtained based of an explosion engine, a clutch device and an inverter Mechanical rotation are necessary to be able to adjust the course and the direction of rotation of the rotor in the direction of the wind, so similar to the sailing system.
Dado que el impulso resultante del efecto Magnus mencionado más arriba es función de la velocidad de las fuerzas del campo (viento), de la velocidad del cilindro giratorio (rotor) y especialmente de la superficie de este último sobre la que actúan aquellas fuerzas, se deduce que, para un valor determinado del empuje resultante sobre el cuerpo del catamarán a una velocidad dada, las magnitudes sobre las que se puede actuar son la superficie y la velocidad del rotor.Since the resulting impulse of the Magnus effect mentioned above is a function of the speed of the forces of the field (wind), of the speed of the rotating cylinder (rotor) and especially of the surface of the latter on which they act those forces, it follows that, for a given value of resulting thrust on the catamaran's body at a speed given, the magnitudes on which one can act are the surface and rotor speed.
La magnitud más fácilmente regulable es la velocidad de giro del rotor, cuyo diámetro se escoge de acuerdo con la gama de velocidades deseable y la velocidad típica, con lo cual resultan diámetros del rotor relativamente pequeños y adecuados al tamaño de las embarcaciones. El diseño del nuevo catamarán y sus dispositivos mecánicos de propulsión permiten obtener resultados muy favorables (por ejemplo, valores del empuje comparables al obtenido con una vela de superficie hasta cien veces superior a la del rotor).The most easily adjustable quantity is the Rotation speed of the rotor, whose diameter is chosen according to the desirable speed range and typical speed, thereby relatively small rotor diameters are suitable for size of the boats. The design of the new catamaran and its mechanical propulsion devices allow to obtain results very favorable (for example, push values comparable to obtained with a surface candle up to one hundred times higher than the of the rotor).
El dispositivo impulsor del nuevo catamarán permite optimizar dos magnitudes características de este tipo de embarcaciones. Una de ellas es la llamada velocidad típica o específica V_{t}, definida como la relación entre la velocidad del contorno del rotor V_{r} y la velocidad no perturbada del viento circunstante V_{v}.The driving device of the new catamaran allows to optimize two characteristic quantities of this type of boats One of them is the so-called typical speed or specific V_ {t}, defined as the relationship between speed of the rotor contour V_ {r} and the undisturbed speed of the surrounding wind V_ {v}.
Otra magnitud interesante en el diseño del nuevo propulsor de catamarán es la relación de aspecto, definida como el cociente entre la altura h del rotor y el diámetro d del mismo. Un valor elevado de esa relación asegura que la influencia del flujo cruzado y tridimensional del aire por los extremos sea mínima; Para valores superiores a 10 se obtienen mejoras de hasta el 30%.Another interesting magnitude in the design of the new catamaran propellant is the aspect ratio, defined as the quotient between the height h of the rotor and the diameter d thereof. A high value of that relationship ensures that the influence of the flow cross and three-dimensional air at the ends be minimal; For values greater than 10, improvements of up to 30%
Con un sistema de propulsión basado en el efecto Magnus como el descrito, la dirección del viento más favorable es la transversal a la dimensión longitudinal de la embarcación, en cuyo caso la fuerza de impulsión resultante es aproximadamente normal a la dirección del viento. Cuando éste sopla por amura, el buque puede avanzar aún en casos en que ello no sería posible en navegación a vela.With a propulsion system based on the effect Magnus as described, the most favorable wind direction is the transverse to the longitudinal dimension of the boat, in whose case the resulting driving force is approximately normal to wind direction. When it blows by amura, the ship can still move forward in cases where this would not be possible in Sailing.
El grupo de propulsión consiste en un inversor 7 del sentido de giro del rotor, accionado por un motor primario lateral 9 (de explosión, eléctrico o diesel) y se representa con detalle en la figura 4. A través del embrague centrífugo 8, se transmite el movimiento de rotación del motor lateral 9, mediante el palier 11, al piñón 12 y éste a la rueda 13, solidaria del eje 14.The propulsion group consists of an inverter 7 of the direction of rotation of the rotor, driven by a primary motor lateral 9 (explosion, electric or diesel) and is represented by detail in figure 4. Through the centrifugal clutch 8, it transmits the rotational movement of the lateral motor 9, by the shield 11, to the pinion 12 and this one to the wheel 13, integral with the axle 14.
El eje 14, mediante el piñón cónico 15 que lleva enchavetado, produce la rotación de las ruedas 16 y 17, en sentidos contrarios, las cuales giran continuamente en el exterior del eje hueco de salida 18. Este eje gira en uno u otro sentido según que la corredera 19, deslizante a lo largo de las estrías formadas en el exterior del eje, esté engranada en una u otra de las ruedas cónicas 16 ó 17.The shaft 14, by the conical pinion 15 that carries keyed, produces rotation of wheels 16 and 17, in directions opposite, which rotate continuously outside the shaft output shaft 18. This axis rotates in one direction or another according to the slide 19, sliding along the grooves formed in the outside of the axle, be engaged in one or the other of the wheels conical 16 or 17.
El deslizamiento de la corredera se obtiene por empuje de la leva 22 sobre el collarín 23 provocado por el giro del eje concéntrico 24 mediante la maneta de gobierno 25.The sliding of the slide is obtained by cam thrust 22 on collar 23 caused by the rotation of the concentric axis 24 through the handle 25.
Cuando la corredera 19 se halla en el punto medio de su trayectoria, no engrana con ninguna de las ruedas cónicas 16 y 17, por lo que el movimiento de rotación no se transmite al eje hueco de salida 18 (el cual a su vez mueve el rotor 26, que es el elemento principal del grupo propulsor de la embarcación).When the slide 19 is at the midpoint of its trajectory, it does not engage with any of the conical wheels 16 and 17, so that the rotational movement is not transmitted to the axis output gap 18 (which in turn moves the rotor 26, which is the main element of the propelling group of the vessel).
La figura 5 representa el dispositivo del rotor. El giro procedente del inversor se obtiene, tras introducir el eje 26 en el eje hueco 18, mediante la chaveta 29 que es solidaria del disco de embrague 29 y por medio del disco de fricción 30. Así, por rozamiento, transmite el movimiento de giro a la junta cardán 28 que une el eje 27 con el eje 31 del rotor.Figure 5 represents the rotor device. The rotation from the inverter is obtained, after introducing the axis 26 on the hollow shaft 18, by means of the key 29 which is integral with the clutch disc 29 and by means of friction disc 30. Thus, by friction, transmits the turning movement to the cardan joint 28 which joins shaft 27 with rotor shaft 31.
El eje 31, en su tramo central es de sección cuadrada y está rodeado por una pluralidad de discos 32 de un material elástico, tal como la espuma de caucho o de plástico, -que conforman el cuerpo del rotor 8- siempre de baja densidad, los cuales se prensan entre sí por medio del disco fijo 33 y el disco 34 desplazable axialmente, empujado por la tuerca 35.The axis 31, in its central section is section square and is surrounded by a plurality of disks 32 of a elastic material, such as rubber or plastic foam, -which make up the rotor body 8- always of low density, the which are pressed together by the fixed disk 33 and the disk 34 axially movable, pushed by nut 35.
El cuerpo del rotor puede estar formado también, por tramos de tubo de material plástico, de poco espesor y peso, con sus bases horadadas con la forma y dimensiones del eje 31 del que reciben el movimiento de rotación.The rotor body may also be formed, by sections of tube of plastic material, of little thickness and weight, with its bases drilled with the shape and dimensions of axis 31 of the They receive the rotation movement.
Para mantener el rotor 26 en posición vertical, se arriostra con tres vientos 36, 37 y 38 (figuras 1 y 2), dispuestos según las aristas de una pirámide respecto a los extremos de la embarcación. Cada uno de tales riostras comporta un catavientos para conocer en cada momento la dirección del viento dominante y así disponer de información útil para el gobierno de la embarcación.To keep the rotor 26 in an upright position, braces with three winds 36, 37 and 38 (figures 1 and 2), arranged according to the edges of a pyramid with respect to boat ends. Each of these braces involves a catavientos to know in every moment the wind direction dominant and thus have useful information for the government of the boat
El montaje del inversor y del rotor en el cuerpo del nuevo catamarán se efectúa convencionalmente con ayuda de elementos clásicos (rodamientos, casquillos, retenes, etc.) representados en las figuras 4 y 5 y no reivindicados.The assembly of the inverter and the rotor in the body The new catamaran is carried out conventionally with the help of classic elements (bearings, bushings, seals, etc.) represented in figures 4 and 5 and not claimed.
El presente modelo de utilidad describe una nueva embarcación propulsada por rotor tipo magnus de reducidas dimensiones, poco peso, desmontable y fácilmente transportable. Los ejemplos aquí mencionados no son limitativos de la presente invención, por ello podrá tener distintas aplicaciones y/o adaptaciones, todas ellas dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.This utility model describes a new boat powered by rotor magnus type of reduced dimensions, light weight, detachable and easily transportable. The Examples mentioned here are not limiting here. invention, therefore it may have different applications and / or adaptations, all of them within the scope of the following claims.
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