Die Erfindung betrifft ein vom Wind angetriebenes Wasser¬ fahrzeug, bei dem ein frei ausfliegendes drachenartiges Windangriffselement mit einem Tragflächenprofil nur über ein Zugseil mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist.

Ein derartiges Wasserfahrzeug ist aus der WO/097448 be¬ kannt. Nachteilig bei diesem Fahrzeug ist, dass die aerody¬ namische Form des Windangriffselements ausschließlich über zusätzliche Steuerleinen, die bis zum Schiffsrumpf geführt sind, verändert werden kann. Hierbei tritt die Schwierig¬ keit auf, dass bei hoch fliegendem Windangriffselement die zusätzlichen Leinen wegen ihrer erforderlichen großen Län¬ gen eine erhebliche Masse ausmachen, so dass die Leistungs- fähigkeit des Antriebs herabgesetzt ist, weil dies Masse von dem Windantriebselement zusätzlich getragen werden muss und die entsprechende Kraft somit nicht in Vortrieb umge¬ setzt werden kann. Außerdem können sich mehrere Zugleinen vertüdern (verwirren oder verschlingen) .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasserfahr¬ zeug der eingangs angegebenen Gattung anzugeben, welches den genannten Nachteil nicht aufweist und es gestattet, die Form des Tragflächenprofils ohne Betätigung durch lange Zugleinen zu verändern.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des An¬ spruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Erfindung be- ruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch Veränderung der aerodynamischen Form des Windangriffselements dieses bei unterschiedlichen Windrichtungen und Windstärken optimal geführt werden kann, wobei die Steueraktionen von einer Einheit ausgehen sollten, welche recht nahe bei oder' in dem Windangri-ffselement gelegen ist, so dass die Anzahl der ak¬ tiven Verbindungen, wie Leinen und dergleichen ein Minimum ist. Dabei soll nicht ausgeschlossen werden, dass das Hauptzugseil aus mehreren Einzelleinen besteht. Wichtig ist jedoch die gemeinsam Führung über entsprechende Führungs¬ elemente und die gemeinsame Befestigung an einem Kraftein¬ leitungspunkt zum Windangriffselement hin, wobei von diesem "Kraftknotenpunkt" aus wieder eine Verzweigung ausgehen kann.

Das Windangriffselement kann dabei wahlweise in feste Posi¬ tionen oder aber "manövrierend" geführt werden, d.h. dass das Windangriffselement in vorgegebnen Positionen bestimmte Flugfiguren ausführt.

Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist der Umstand, dass die Kräfte zur Veränderung des Windangriffselements lediglich über kurze Wege übertragen werden müssen, so dass • präzise Einstellungen ermöglicht sind, zumal bei der Betä- tigung über lange Zugleinen schon durch deren Dehnungen keine präzise Übermittlung der Steuerbefehle möglich ist. Weiterhin ist das Windangriffselement nicht dadurch Gefah¬ ren ausgesetzt, dass sich die Leinen miteinander verschlin¬ gen und es manövrierunfähig wird. Man muss sich nämlich vor Augen führen, dass die korrekte Einstellung und Führung des Windangriffselements auch für das Wasserfahrzeug insgesamt von erheblicher Bedeutung ist, da beispielsweise ein Manö¬ ver zur Fahrtrichtungsänderung stets eine Neueinstellung des Windangriffselements mit einschließen muss. Wären hier beispielsweise Leinen überkreuzt oder vertakelt, so könnte entweder die Richtungsänderung nicht ausgeführt werden oder das Windangriffselement naüsste gekappt werden.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass wenn die Betätigungseleitien- te bzw. die Mittel zur Krafterzeugung in unmittelbarer Nähe des Windangriffselements oder sogar in demselben vorgesehen, sind, die entsprechenden Regeleinrichtungen auch mindestens teilweise dort unmittelbar beim Windangriffselement oder sogar in demselben vorgesehen sein können, so dass auch auf aufwendige und störanfällige Signalübertragungswege weitge¬ hend verzichtet werden kann.

Bei der Veränderung der aerodynamischen Wirkung des Windan¬ griffselements sind alle aerodynamischen Steuerungen, wie Klappen, Ruder, sowie die Änderung seiner Ausrichtung, An¬ stellung und/oder Form eingeschlossen.

Die Änderung der Form kann dabei bevorzugt durch eine sym¬ metrische oder unsymmetrische Änderung des Tragflächenpro- fils über eine Beeinflussung der Ausrichtung seiner Strö¬ mungsabrisskante, durch Verwindung des Tragflächenprofils, durch symmetrische und/oder durch unsymmetrische Änderung der Wölbung des Tragflächenprofils und/oder durch Änderung des Angriffspunkts des Zugseils, erfolgen. Bei anderen vor- teilhaften Weiterbildungen kann die Veränderung der aerody¬ namischen Eigenschaften auch über eine Veränderung der Geo¬ metrie des Tragflächenprofils vorgenommen werden, wie es ■ sich im Querschnitt des Drachens oder seiner Wölbung mani¬ festiert. Eine derartige Änderung der Form besteht bei ei- nem zweilagigen Tragflächenprofil vorteilhafterweise in ei¬ nem Verändern der des Abstands zwischen den beiden Lagen durch entsprechende Elemente.

Aus Gewichtsgründen kann es günstig sein, dass eine beid- seitige und/oder gegensinnige Betätigung zur gleichsinnigen bzw. unsymmetrischen Änderung des Tragflächenprofils durch ein einziges Antriebselement erfolgt. In diesem Fall werden beispielsweise zwei Querruder jeweils gegensinnig betrie¬ ben, wobei die neutrale Position die Mittellage beider Ru- der bildet.

Bei einem aus textilem Material bestehenden Windangriffs¬ element, wie es beispielsweise ein Drachen nach Art eines Gleitschirms darstellt, kann die Veränderung der aerodyna- mischen Wirkung vorzugsweise durch Verstellen oder durch Verlängern oder Verkürzen von mindestens einer Steuerleine mittels des Antriebselements erfolgen.

Um die für die aerodynamischen Verstellungen aufzuwendenden Kräfte anzupassen kann es günstig sein, wenn mindestens ei¬ ne Steuerleine mindestens eine Umlenkung oder Rückführung in Form eines Flaschenzugs aufweist, wobei der Flaschenzug sowohl zur über- als auch zur Untersetzung dienen kann.

Wenn die Steuerleinen eine matrixartige Anordnung bilden, ist die Beeinflussung eines Drachens nach Art eines Gleit¬ schirms erleichtert. Dabei bezieht sich diese Anordnung auf einen Bereich unterhalb des Drachens, von dem aus die aero¬ dynamischen Betätigungen gemeinsam vorgenommen werden kön- nen. Hierbei ist es günstig, wenn verschiedene Steuerleinen jeweils über ein gemeinsam angetriebenes Betätigungselement zusammengefasst angetrieben werden, da sich dadurch die Zahl der Antriebselemente verringert. Das gemeinsam ange¬ triebene Betätigungselement kann dabei beispielsweise aus einem drehbar gelagerten Element, einer Wippe, einem Hebel, einer Zahnriemenscheibe oder dergl. bestehen, welches ge¬ meinsam über einen Antriebsmotor bewegt wird. Die einzelnen Steuerleinen führen dann zu unterschiedlich gewählten Be¬ festigungspunkten auf dem gemeinsamen Betätigungselement, so dass sich.aus der Geometrie des Befestigungsorts der je- weilige Hub ergibt' um, mit den die betreffende Steuerleine bewegt wird. Dabei können die einzelnen Steuerleinen auch noch durch Flaschenzüge oder dergleichen über- oder unter¬ setzt werden. Auf diese Weise setzt sich dann die Bewegung des Betätigungselements in die gewünschte Geometrieverände¬ rung des gesamten oder von Teilen des Windangriffselements um.

Bei einer anderen günstigen Ausführung besteht das An- triebselement aus einer elektrischen Winsch und/oder einem linearen Aktor, wobei der lineare Aktor durch ein pneumati¬ sches Element gebildet wird, welches sich unter Überdruck in Querrichtung ausdehnt und dadurch in seiner Länge ver¬ kürzt bzw. umgekehrt. Derartige Elemente werden "künstli- eher Muskel" genahnt und vorzugsweise pneumatisch angetrie¬ ben.

Zur Energiegewinnung für die Steuerbetätigungen am Windan¬ griffselement ist es günstig, wenn in einem in der Nähe des Windangriffselements vorgesehenen und strömungsgünstig ver¬ kleideten Behältnis eine Windturbine vorgesehen ist, welche auf einen elektrischen Generator wirkt, der dann einen e- lektrischen Energiespeicher auflädt. Bei Verwendung von pneumatischen Elementen als Aktoren kann auch eine Turbine vorgesehen sein, die einen nachgeschalteten Verdichter an¬ treibt, der dann den Überdruck für die pneumatischen Ele¬ mente liefert. Als Energiespeicher dient in diesem Fall ein Druckspeicher.

In dem in der Nähe des Windangriffselements vorgesehenen Behältnis sind auch die Mittel zur Steuerung des Windan¬ griffselements untergebracht, welche Ausgangssignale zur Ansteuerung der Antriebselemente (Aktoren) liefern. Hierbei sind insbesondere Mittel vorgesehen, um ein Steuersignal für das Antriebselement aus einem Signal für den Kurs des Fahrzeugs, die Windrichtung und/oder die Windgeschwindig¬ keit zu ermitteln

Günstig ist es, wenn für die Steuerung von der Richtung und der Geschwindigkeit des scheinbaren Windes am Windangriffs¬ element ausgegangen wird, da dessen Ausrichtung hierdurch bestimmt ist.

Das Windangriffselement wird bevorzugt durch eine Selbst- Steuervorrichtung (Autopilot) gesteuert, wobei ein Sensor¬ element vorgesehen ist, dem mindestens ein vorzugsweise als Beschleunigungsmesser ausgestaltetes Wandlerelement nachge¬ schaltet ist, welches mindestens mittelbar ein Steuersignal an das Antriebselement abgibt. Ein weiteres Sensorelement gibt ein Ausgangssignal mit Bezug auf seine Position und/Ausrichtung im Raum ab, welche insbesondere auf die Po¬ sition des Schiffes bezogen ist.

Die Ist-Position des Windangriffselements in Relation zum Schiff kann vorteilhafterweise auch unter Verwendung von Höhenmessern und/oder Erdmagnetfeldsensoren an Windan¬ griffselement und Schiff und/oder mit Hilfe der Ausrichtung und der Länge des Zugseil bestimmt werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Daten auch bei Ausfall ei- nes Systems weiterhin zur Verfügung stehen.

Wenn ein anderes Sensorelement vorgesehen ist, welches ei¬ nen bevorstehenden oder bereits eingetretenen Strömungsab- riss anzeigt oder als ein im Bereich der umströmten Ober- fläche des Windangriffselements vorgesehenes Element aus¬ gestaltet ist, welches bei anliegender Luftströmung ein Ausgangssignal abgibt, kann die Flugsteuerung so ausgelegt werden, dass im Falle eines Stalls ein Absinken des Windan¬ griffselements verhindert wird. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn Mittel vorgesehen sind, um ein Steuersignal zur räumlichen Aus¬ richtung des Windangriffselements oder für die Manöverfigu¬ ren extern durch eine mit dem Wasserfahrzeug verbundene Bordeinheit zu erzeugen. Weiterhin sind vorteilhaft Signal¬ übertragungsmittel vorgesehen, um das dritte Steuersignal von der Bordeinheit an die Selbststeuervorrichtung zu über¬ mitteln, wobei es sich bevorzugt bei diesem Steuersignal um ein Diffential-GPS oder ein anderes Navigationssignal han- delt, welches eine Information über die Position des Wind¬ angriffselements zum Wasserfahrzeug enthält.

Wenn zusätzliche Speichermittel und Vergleichermittel vor¬ gesehen sind, welche eine Speicherung von vorangehenden Zeitpunkten zugeordneten Signalen mit zeitlich später er¬ scheinenden Signalen in der Weise ermöglichen, dass zeit¬ lich aufeinander folgende Manöverzustände vergleichbar sind, kann eine vorhersehende Steuerung des Windangriffs¬ elements in dem Sinne erzeugt werden, dass bei Einleitung eines Manövers, die vorsehbaren Folgen für den Schiffsbe¬ trieb berücksichtigt werden.

Bei einer anderen günstigen Ausführung der Erfindung ist das Antriebselement und/oder das Sensorelement in dem Be- hältnis vorgesehen ist, welches auch den Angriffspunkt für das Zugseil bildet und von dem Halte- und Steuerleinen aus¬ gehen, mit denen das Windangriffselement verbunden ist. Dieses Behältnis ist bevorzugt strömungsgünstig ausgeführt und kann auch eine Windturbine zur Energiegewinnung für die aerodynamische Steuerung des Windangriffselements aufwei¬ sen. Die strömungsgünstige Form kann dabei tropfenartig o- der ein Tragflügelprofil sein, das in Richtung des Zugseils oder orthogonal davon orientiert sein kann. Die dargestellte Erfindung eignet sich insbesondere für seegehende Schiffe oder solche mit Fahrtgebieten im Bereich großer Seen.

Bei einer günstigen Anwendung zur Energiegewinnung ist ein durch die Strömung des Wassers, insbesondere über eine Schiffsschraube oder Turbine, angetriebener Generator vor¬ gesehen ist, welcher die erzeugte elektrische Energie einem Energiespeicher, insbesondere einem Wasserstoffgenerator zuführt. Der durch elektrolytische Spaltung des Wassers ge¬ wonnene Wasserstoff wird gespeichert und in einem Reservoir festgehalten.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dar¬ gestellt und werden nachfolgend beschrieben. Dabei wird das erfindungsgemäße Windangriffselement auch synonym kurz als "Drachen" bezeichnet. Es ist aber auch die Bezeichnung "Flügel" richtig, weil es sich um ein Fluggerät mit Trag¬ flügelfunktion handelt. Es zeigen:

Fig. 1 ein von dem erfindungsgemäßen Drachen-System gezoge- nes Schiff in schräger Draufsicht,

Fig. Ia ein Koordinatensystem, welches bei der nachfolgen¬ den Beschreibung als Bezugssystem dient,

Fig. Ib ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wind¬ angriffselements in Form eines Gleitschirms gemäß der Er¬ findung.

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Steuerung des erfindungs- gemässen Windangriffselements in schematischer Darstellung, Fig. 3 ein Blockschaltbild der Steuerung des erfindungsge¬ mäßen Windantriebssystems als Blockschaltbild in detail¬ lierter Darstellung,

Fig. 4 eine Steuereinrichtung für das Windangriffselement in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4a eine schematische Darstellung des mechanischen Prinzips eines ersten Ausführungsbeispiels der Steuerein¬ richtung gemäß Fig. 4,

Fig. 4b eine schematische Darstellung des mechanischen Prinzips eines zweiten Ausführungsbeispiels der Steuerein- richtung gemäß Fig. 4,

Fig. 4c eine schematische Darstellung des mechanischen Prinzips eines ersten Ausführungsbeispiels einer Reffein¬ richtung für eine Steuereinrichtung gemäß Fig. 4 sowie

Fig. 4d eine schematische Darstellung des mechanischen Prinzips eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Reffein¬ richtung für eine Steuereinrichtung gemäß Fig. 4.

In Fig. 1 ist in. den schräger Draufsicht ein von dem erfin¬ dungsgemäßen Drachensystem gezogenes Schiff wiedergegeben. Dabei ist ein Windangriffselement 1 über einen Zugseil 1.1 mit einer Kraftangriffsvorrichtung 2, die im Bugbereich ei¬ nes Schiffes 4 vorgesehen ist, mit letzterem verbunden. Das Zugseil 1.1 ist zu einer zentralen Gondel 1.2 geführt, von der aus eine Anzahl von Halteleinen 1..3 ausgeht, welche zu dem nach Art eines Gleitschirms mit Drachenprofil ausges- • talteteh Windangriffselement 1 geführt sind und diesem die notwendige Form geben. Zu den Einzelheiten hierzu wird auf die Beschreibung weiter unten verwiesen. Die scheinbare Windrichtung im Bereich des Windangriffselements 1 ist mit W bezeichnet. Der entsprechende Windvektor ist durch seine Größe und Richtung gekennzeichnet. Gegebenenfalls Wird sei¬ ne zeitliche Veränderung noch durch eine die Böigkeit kenn- zeichnende Größe B gekennzeichnet, die zeitlich mittlere Abweichung der Windgeschwindigkeit vom mittleren Wert bil¬ det und als Skalar darstellbar ist, der quasi den Radius einer Kugel um die Spitze des Windvektors W bildet.

In Fig. Ia ist ein Koordinatensystem wiedergegeben, welches bei der nachfolgenden Beschreibung als Bezugssystem heran¬ gezogen wird. Dabei gibt xs die Fahrtrichtung des Schiffes an und ys ist die Richtung quer zur Fahrtrichtung. Das Ko¬ ordinatensystem ist dabei fest mit einem Punkt Ps des Schiffes verbunden zu denken. Bei diesem Punkt handelt es sich bevorzugt um den Kraftangriffspunkt 2 im Bugbereich. Die Höhe hs entspricht dabei der Richtung der Achse z des konventionellen Koordinatensystems. Sie gibt die Höhe über dem Bezugspunkt Ps an. Dieser Bezugspunkt ist in bevorzug- ter Weise der Ort der Anbringung der GPS-Antenne eines Bord eigenen GPS-Gerätes, so dass die Koordinaten eines Punktes außerhalb von Ps, bei dem sich ein anderes GPS-Gerät befin¬ det, durch Differenzbildung der von beiden Geräten ausgege¬ benen Koordinaten erzeugt werden können. (Sollte sich die GPS-Antenne das Bord eigenen GPS-Gerätes entfernt vom Be¬ zugspunkt Ps befinden, so kann dies durch Hinzufügen einer festen Koordinatendifferenz berücksichtigt werden.)

Zur Vereinfachung soll nachfolgend von einem Polarkoordina- tensystem ausgegangen werden, bei dem der Winkel a den Azi¬ mutwinkel und der Winkel ß den Höhenwinkel bildet. Die Richtung des Vektors V zeigt dabei also auf die Gondel 1.2 des Windangriffselements 1. Es handelt sich hierbei gleich¬ sam um ein "geographisches Koordinatensystem",, da die Gon- del 1.2 bzw. das Windangriffselement 1 sich im Wesentlichen auf der Oberfläche einer Kugel bewegen. Der Azimutwinkel α und Höhenwinkel ß geben damit so etwas wie die geographi¬ sche Länge und Breite der Position der Gondel auf der durch den Vektor V aufgespannten "Weltkugel". Die Länge des Vek- tors V gibt grob die Länge des Zugseils 1.1 an, wobei des¬ sen Durchhang zunächst außer Betracht bleiben soll.

Die Gondel 1.2 des Windangriffselements ist nach einem ei¬ genen Koordinatensystem mit den Richtungen xk, yk und zk ausgerichtet, wobei zk in die Richtung der Verlängerung des Vektors V weist. Die Drehung der Gondel 1.2 des Windan¬ griffselements 1 um die Hochachse zk wird mit dem Gierwin¬ kel (Yaw) bezeichnet. Durch eine Veränderung des Gierwin¬ kels wird eine Änderung der Flugrichtung des Windangriffs- elements 1 bewirkt. Der Gierwinkel kann u. a. durch die ak¬ tive Ansteuerung von (weiter unten beschriebenen) Brems¬ klappen des das Windangriffselement 1 bildenden Gleit¬ schirms verändert werden. Er bewirkt eine Richtungsänderung und dieser Vorgang ist mit dem Lenken eines Lenkdrachens vergleichbar. Eine Drehung um die Längsachse xk stellt eine Rollbewegung (Roll) dar und wird nicht aktiv gesteuert. Aus der Rollbewegung bzw. der entsprechenden Abweichung der Richtung von zk von V lässt sich der Durchhang des Zugseils 1.1 auf Grund der Schwerkraft ermitteln, während die Dre- hung um die Querachse yk die Neigung (Pitch) des Windan¬ griffselements um die Querachse bildet und durch Böen und deren Einwirkung auf das Zugseil 1.1 hervorgerufen sein kann. Dieses Bezugssystem bildet die Basis für das Ver¬ ständnis der Beschreibung des weiter unten beschriebenen Schiff-Drachen-Systems.

In Fig. Ib ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mässen Windangriffselements schematisch dargestellt. Das Windangriffselement bildet bei der dargestellten Ausfüh- rungsform einen Gleitschirm 101 mit einem Behältnis 102 für 04185

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die Steuerung, wie es weiter unten näher beschrieben werden wird. Von dem an dem Zugseil 1.1 befestigten Behältnis 102 gehen Halteleinen 103 aus, welche in Verzweigungen 104 in Form eines Leinenbaums übergehen, die mit einer unteren textilen Deckschicht 105 verbunden sind. Eine obere textile Deckschicht 106 bildet den Abschluss nach oben. Die beiden Deckschichten sind durch interne - in der Figur nicht sichtbare - Verbindungsleinen oder entsprechende Verbin¬ dungselemente, wie zum Beispiel Textilrippen, zusammen- gehalten, wobei das durch die beiden Deckschichten gebilde¬ te Tragflügelprofil durch einen internen Luftüberdruck sta¬ bilisiert wird, der sich über Öffnungen an der Drachenvor¬ derkante (in der Zeichnung links) aufbaut, welche in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls fort- gelassen sind. Die Flugrichtung ist mit dem Pfeil 107 ge¬ kennzeichnet.

In Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Windantriebssystems als Blockschaltbild wiedergegeben. Das Bild dient auch zur Orientierung bei der nachfolgenden Be¬ schreibung der einzelnen Systembestandteile. Die in der Ü- bersichtsdarstellung verwendeten 100-ter-Bezugszeichen bil¬ den auch die Gruppenbezeichnung- der weiter unten jeweils detailliert dargestellten Systemteile. (Eine gestrichelte Linie 99 umgrenzt dabei diejenigen Baugruppen, welche min¬ destens einem konventionellen Schiff hinzugefügt werden müssen, damit es mit dem erfindungsgemäßen Windantrieb zu¬ sätzlich ausgestattet ist.) Das Windangriffssystem 100 um- fasst das Windangriffselement sowie das dazugehörige Steu- ersystem, so weit es unmittelbar bei diesen angeordnet ist. Die Anordnung kann dabei sowohl in einer am Ende des Zug¬ seils befindlichen Gondel, von der die Halteleinen ausge¬ hen, angeordnet sein oder aber auch unmittelbar in das Windangriffselement eingearbeitet sein. Das Steuersystem uiufasst im Wesentlichen einen Autopiloten, der die Lage- und Flugbahnsteuerung des Windangriffselements kontrol¬ liert.

Das Windangriffssystem 100 ist über das Zugseil und eine Winsch 210 (einschließlich Zugseil) und gestrichelt darge¬ stellte Kommunikationswege mit dem Bordsystem 200 verbunden mit einer Bedienoberfläche (User Interface) 205, welches ein Steuersystem umfasst, das sowohl die Drachenposition kontrolliert als auch an die Maschine 5 und das Ruder 6 des Schiffes die notwendigen Steuerbefehle abgibt. Mit dem Windangriffselement ist das Bordsystem über verschiedene Kommunikationswege verbunden, welche ermöglichen, sowohl die Drachenposition vom Bordsystem im Grundsatz vorzugeben als auch vom Windangriffssystem her Informationen zu emp- fangen, die für das Bordsystem von Bedeutung sind.

Dem Bordsystem 200 vorgeschaltet ist ein Navigationssystem 300, welches an das Bordsystem die einzuhaltenden Route des Schiffes unter Berücksichtigung von Kosten, Zeiten, Ge- schwindigkeit und Windausnutzung sowie gegebenenfalls die Windrichtung und Windstärke übermittelt. Zur Windinformati¬ onen kann auch eine Kennzeichnung gehören, welche die Böig¬ keit des Windes charakterisiert. Dazu können ferner noch Informationen betreffend den Seegang bzw. die daraus resul- tierende Schiffsbewegung kommen. (Die Wind- und Wetterdaten stammen dabei ursprünglich aus dem weiter unten dargestell¬ ten Wetterinformationssystem 600.) Das Navigationssystem wird unterstützt von dem navigatorischen Informationsfundus (Moving Map) 310.

Aus den Kurs-, Wind- und Welleninformationen werden Signale generiert, welche das Bordsystem 200 ansteuern und eine entsprechende Einstellung des Drachensystems 100 bewirken. Das Bordsystem 200 erzeugt weiterhin Ansteuersignale für die Maschine 5 und das Ruder 6. P2005/004185

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Das Navigationssystem 300 wird von einem Routensystem 400 angesteuert, welches den Weg des Schiffes über die dem Schiffsbetrieb zu Grunde liegenden ökonomischen Basis er- mittelt. Das Routensystem 400 wird auf der Basis von einer externen Station 500 vorgegebenen Daten angesteuert, welche mit den Daten eines Wetterinformationssystems 600 abgegli¬ chen werden. Die von dem Navigationssystem 300 aktuell er¬ mittelten Kursdaten werden über eine Rückkopplungsverbin- düng 301 (über Funk, Satellit) an die externe Station 500 zurückgemeldet. Die Daten sind auch von anderen mit dem er¬ findungsgemäßen System ausgestatten Schiffen empfangbar und können zur lokalen Aktualisierung des Wettersystems verwen¬ det werden. Auf diese Weise können aktuelle, lokal bedingte Kursänderungen bei der weiteren externen Routenvorgabe wie berücksichtigt werden.

Es ist ersichtlich, dass die Positionierung des Drachensys¬ tems 100 in Abhängigkeit von den Kursdaten so erfolgt, dass sowohl auf Grund der Wetterbedingungen (aktuell vorherr¬ schenden Winde und Seegangsbedingungen) als auch unter Be¬ rücksichtigung der ökonomischen Grenzbedingungen, welche einen möglichst Kosten sparenden Schiffsbetrieb erbringen sollen, eine optimale Routenvorgabe erfolgt.

Ein Notfallsystem 700 gibt im Falle eines unvorhergesehenen Ereignisses, welches ein sofortiges Handeln in Form eines Notmanövers erzwingt, die erforderlichen Steuerbefehle.

In weiteren Blöcken 800 bzw. 900 sind jeweils das Signali- sierungssystem und Kommunikationssystem zusammengefasst, welches die Navigation mit weiteren Verkehrsteilnehmern ab¬ stimmt. Zum Signalisierungssystem gehört eine Navigations- sicherheitsbeleuchtung sowie die Aussendung von eigenen Na- vigationsdaten über Funk, welche andere in der Umgebung be- findliche Schiffe über das gesetzte WindangriffsSystem und die- beabsichtigte Route bzw. den aktuellen Kurs informie¬ ren. Das KommunikationsSystem umfasst dagegen alle Systeme, welche den weiteren Informationsaustausch betreffen.

Die Hauptwege des Datenflusses sind in Fig. 2 als durchge¬ zogene Linien dargestellt, während die übrigen Nachrichten¬ wege gestrichelt wiedergegeben sind.

In Fig. 3 sind der Block 100, welcher das Windangriffssys¬ tem umfasst, sowie der Block 200 mit dem Bordsystem aus Fig. 2 näher dargestellt. Es wird hier die Positionierung und Steuerung des Drachens 101 beschrieben. Die Windrich- tungs- und Windgeschwindigkeitsinformation, einschließlich Böigkeitskennwert sowie Seegangsinformationen gelangt in einen Zwischenspeicher 211, in dem diese Daten zur Puffe¬ rung festgehalten werden. Da sich die Windrichtung und alle Einstellungen des Drachens auf den scheinbaren Wind bezie¬ hen, ist die Kursinformation bei der Verarbeitung entbehr- lieh. Die Einstellung und das Manövrieren des Windangriffs¬ elements in Bezug auf das Schiff erfordert keine Kenntnis des aktuellen Kurses, da sich alle Manöver in Bezug auf das Schiff und unter Einwirkung des auf den Drachen einwirken¬ den scheinbaren Winds beziehen. Die Windinformationen stam- men beim Setzen des Drachen 101 zunächst aus dem Wetter¬ informationssystem 600 in Figur 2, wenn es darum geht, den Drachen zu positionieren. Sobald dessen eigene Windmessung nach dem Start jedoch in Funktion ist, wird der scheinbare Wind am Ort des Windangriffselements selbst bestimmt, da dieser für die Positionierung bestimmend ist.

Die Wind- und Seegangsdaten bilden insgesamt einen Daten¬ satz, welcher einen eine Nachschlagetabelle bildenden Spei¬ cher 212 für die Sollpositlon und den Manövertyp des Wind- angriffselements adressiert. Diese Nachschlagetabelle ist 5 004185

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wie ein normaler adressierbarer Speicher organisiert, wobei die Ausgangsdaten des Zwischenspeichers 211 als Adressen¬ signale die einzelnen Speicherplätze adressieren, bei denen die zu den adressierten Daten gehörigen Zustandsdaten des Windangriffselements abgelegt sind. Eine derartige "Nachschlagetabelle" verknüpft nach Art eines "Nur-Lese- Speichers" (ROM) gemäß einem vorgegebenen funktionalen Zu¬ sammenhang die Eingangs- und Ausgangsdaten miteinander, lässt sich also als mathematische Zuordnung (Funktion) ver- stehen. Die entsprechenden Blöcke bilden jedoch nur eine beispielhafte Realisierung und können auch durch beliebige andere Funktionsglieder oder Baugruppen ersetzt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor handeln, bei dem die Steuerungssoftware in einem entspre- chenden Speicher festgehalten ist oder aber auch um eine elektrische Schaltung, bei der der funktionale Zusammenhang nach Art eines Analogrechners durch die beteiligten elekt¬ rischen Komponenten festgelegt ist. Die Darstellung als Nachschlagetabelle ist hier der Übersichtlichkeit halber gewählt, weil eine Lösung mit einem Mikroprozessor bei¬ spielsweise nur deswegen unübersichtlicher darzustellen ist, weil die verschiedenen nacheinander abzuwickelnden Programmschritte aufwendige Überlegungen dahingehend erfor¬ dern, welche Programmteile dem Mikroprozessor nacheinander zuzuführen sind.

Bei der gewählten Ausführung können die Steuersignale pa¬ rallel verarbeitet werden, wobei allerdings solche Schalt¬ glieder, die eine Aktivierung der dargestellten Blöcke zu bestimmten Zeiten und die entsprechenden Regelungen bewir¬ ken, nicht dargestellt sind. Es wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass ein eingehendes Steuersignal, wel¬ ches von bisher anstehenden Signalzustand abweicht, die Verarbeitung in den nachfolgenden Blöcken auslöst, welche den betreffenden erreichten Zustand beibehalten, ' bis eine Signaländerung eine neue Verarbeitung erzwingt.

Die Zustandsdaten beinhalten also zum einen die Sollpositi- on des Windangriffselements, d. h. seine Richtung in Bezug auf das Schiff und die auszubringende Länge des Zugseils. Darüber hinaus enthalten sie gegebenenfalls auch eine In¬ formationen darüber, ob und wenn ja nach welchem abgespei¬ cherten Programm der Drachen 101 manövriert werden soll. Während der Drachen in einigen Positionen statisch, d. h. feststehend geführt wird, ist es für den Schiffsbetrieb in bestimmten Fällen günstiger, wenn der Drachen dynamisch ge¬ führt wird, d. h. vorbestimmte Flugfiguren ausgeführt wer¬ den, da sich dadurch seine Relativgeschwindigkeit zum Wind und infolgedessen auch seine Zugleistung erhöht. In einem weiteren Speicher 213 wird die aktuelle Position des Dra¬ chens festgehalten, wie sie durch das Navigationssystem des Drachens 101 bestimmt wird.

Die im Speicher 213 festgehaltene Ist-Position des Drachens bezieht sich auf das Schiff und wird vorzugsweise durch Differenzbildung zweier GPS-Signale ermittelt. Hierbei han¬ delt es sich zum einen um den GPS-Empfänger 124 des Dra¬ chens 101 innerhalb des Drachensystems 100, welches mit dem fliegenden Drachen 101 verbunden ist. Die in der Flugposi¬ tion des Drachens 101 ermittelten Positionsdaten werden mittels eines Senders 112 an einen Empfänger• 214 übermit¬ telt, welcher sich an Bord des Schiffes befindet. Ein wei¬ terer. GPS-Empfänger 215 ist ebenfalls an Bord des Schiffes vorgesehen. Sein Ausgangssignal' wird zusammen mit dem Aus¬ gangssignal des Empfängers 214 einer Subtrahiereinheit 216 zugeführt, mit der das Differential-GPS-Signal erzeugt wird. In einem der Subtrahiereinheit 216 nachgeschalteten Block 217 werden die Differenz-Positionsdaten in Polarkoor- dinaten umgerechnet, welche sich auf den Abstand zwischen OO5ZOO4185

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der Winsch 2 und in die Position des Windangriffselements beziehen. Es handelt sich um die Winkel α und ß entspre¬ chend Fig. Ia sowie die Seillänge "L". Die so erhaltenen • Differential-GPS-Positionsdaten weisen eine große Genauig- keit auf, wenn sie gleichzeitig ermittelt werden und der GPS-Empfänger des Schiffes an einem Ort installiert ist, der möglichst wenig von Schiffsbewegungen betroffen ist bzw. wenn die Bewegungen kompensiert werden.

Weiterhin ist es dabei notwendig, die Koordinatendifferenz zwischen der Positionen der Winsch und des GPS-Empfänger des Schiffes durch Subtraktion eines festen Wertes zu be¬ rücksichtigen. Die durch den so gebildeten Differential- GPS-Empfänger ermittelte Position wird in Zeitabständen er- mittelt. Falls sie in ihrer Präzision nicht ausreicht, kann sie durch Werte, die über Beschleunigungsaufnehmer 117, 119 und 120 ermittelt werden, gestützt werden. Die entsprechen¬ den Berechnungen, die eine Integration enthalten, wird in der Baugruppe 123 ausgeführt. Da es sich innerhalb der Zeitintervalle, in denen integriert werden muss, lediglich um die Zeiten handelt, die bis zum nächsten GPS-Positions- Signal vergehen, brauchen die Integratoren keine Qualitäts¬ anforderungen zu erfüllen, die eine Stabilität über lange Zeiträume garantieren würde. (Die Beschleunigungsaufnehmer dienen an sich zur Stabilisierung der Flugmanöver, wie es weiter unten beschrieben ist - erhalten somit also eine Zweitfunktion) . Des weiteren sind noch ein Höhenmesser 129, vorzugsweise als Luftdruckmesser ausgeführt, und ein Erd¬ magnetfeldsensor 128 vorgesehen, deren Daten ebenfalls dem Speicher für das Navigationssignal 124 zugeführt werden.

Eine' weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Ist-Position des Windangriffselements in Relation zum Schiff ist die Nutzung der zum Schiff übertragenen Daten des Höhenmessers 129 und des Erdmagnetfeldsensors 128. Diese Daten werden auf dem Schiff in Block 227 übertragen und festgehalten. In Block 227 findet dann eine Differenzbildung mit den Daten des Höhenmessers 233 am Schiff und des Erdmagnetfeldsensors 234 am Schiff statt. Handelt es sich bei dem Höhenmesser 129 um einen Luftdruckmesser, können für die Bestimmung des Luftdrucks am Schiff aber auch Wetterdaten aus Block 600 (Isobaren) genutzt werden. Die so ermittelten Positionsin¬ formationen werden Block 217 zugeführt und gegebenenfalls mit den GPS-Daten abgeglichen. Auf diese Weise stützen sich die Positionsinformationen zweier unabhängiger Systeme ge¬ genseitig und bei Ausfall eines Systems stehen die benötig¬ ten Daten weiterhin zur Verfügung.

Die aus dem Speicher 212 ausgelesene Sollposition des Dra- chen wird nun einerseits einem Vergleicher 218 zugeführt, der einen Signal ausgibt, wenn die Ist-Position des Windan¬ griffssystems 100, die in dem Speicher 213 vorhanden ist, mit der aus dem Speicher 212 ausgelesenen Sollposition ü- bereinstimmt. In diesem Fall wird über eine Freigabeschal- tung 219 ein den ausgewählten Manövertyp kennzeichnender Datensatz aus dem Manövertyp-Speicher 220 ausgelesen. (Dabei kann ein statischer Flugzustand sich aber auch da¬ durch auszeichnen, dass der Drachen keine Manöver ausführt, sondern seine Flugposition beibehält. Hierbei handelt es sich um den Manövertyp "Null".)

Bei Ansteuerung dieses Manövertypspeichers 220 wird also ein Flugprogramm vom sequenziellen Typ ausgelesen und an den Autopiloten des Windangriffssystems 100 übertragen. Das Ausgangssignal des Speichers 220 gelangt dabei an einen Sender 221, der die Daten emittiert und einem Empfänger 113 des Windangriffssystems 100 zuführt. Vom Ausgang des Emp¬ fängers 113 gelangt das Signal in eine Autopiloten- Baugruppe und dort in eine Manöversteuereinheit 114. Diese empfängt die für ein bestimmtes sequenzielles Flugmanöver kennzeichnenden Signale und setzt diese in Kurvenwerte um, die dem Flugprozessor 116 zugeleitet werden, welcher das betreffende Flugmanöver ausführt. Dabei wird der einzustel¬ lende Wert in einen Kurvenwertvergleicher 115 überführt, dem andererseits das Eingangssignal des Gierwertmessers 117 zugeführt wird. Der Flugprozessor 116 erzeugt jetzt an sei¬ nem betreffenden Ausgang 125 über ein entsprechendes An¬ triebselement am Drachen 101 durch unsymmetrisches Abbrem¬ sen des Drachens 101 oder einer entsprechenden aerodynami- sehen Verformung Kurvenflug in der vorgegebenen Folge und Dauer. Die anderen aerodynamischen Effekte, welche durch die beiden anderen Ausgänge des Flugprozessors 116 ange¬ steuerte werden sind das Anstellen des Flügels und das Ref¬ fen, wie es weiter unten beschrieben wird.

Aus dem Speicher 220b für die Positionierung wird auch die Winsch 240 zum Fieren auf eine bestimmte Seil-Solllänge an¬ gesteuert.

Um ein Pendeln um die Hochachse zu vermeiden, wird zusätz¬ lich ein durch einen Hochpass gefiltertes Signal dem Flugprozesser 116 mit versetzter Phasenlage dem Steuersig¬ nal überlagert zugeführt, so dass ein Aufschwingen vermie¬ den ist. Während über den Ausgang 125 Gierbewegungen ge- steuert werden können, wird über den Ausgang 126 das An¬ stellen des Tragflügels eingestellt. Bekanntlich lässt sich durch das Maß des Anstellens eines Flügels das Verhältnis von Flugwiderstand und Auftrieb optimieren. Über' einen wei¬ teren Ausgang 127 kann das Reffen des Drachens 101 einge- . leitet werden. Ein Reffen verändert den Auftrieb und Wider¬ stand und kann bei einzelnen Flugmanövern erforderlich sein.

Da der Drachen fest am Zugseil geführt ist, wird er durch die Zugwirkung des Seils in seinem Auftriebsschwerpunkt be- P2005/004185

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züglich seiner Roll- und Neigungsbewegungen automatisch stabilisiert. Um aber auch hier ein Schwingen auszuschlie¬ ßen, wird in entsprechender Weise jeweils ein Lagesignal von einem Rollgeber 119 und einem Neigungsgeber 120 über entsprechende invertierende Hochpassfilter 121 und 122 zum Flugprozessor übermittelt, so dass ruckartige Lageänderun¬ gen des Windangriffselements 101 vermieden und kompensiert werden.

Wenn .der Drachen sich also in seiner vorgegebenen Position befindet (am Ausgang des Vergleichers 218 erscheint ein diesen Zustand kennzeichnendes Ausgangssignal) , so wird der ausgewählte Manövertyp ausgelesen, welche den Drachen dazu veranlasst, ein vorgegebenes zyklisches Flugprogramm auszu- führen. Ist dieser Manövertyp übertragen, erfolgt die Steu¬ erung selbsttätig vom Autopiloten des Windangriffselements und die Einheit 200 braucht nicht mehr zu reagieren, sofern der Drachen nicht durch unvorhergesehene Ereignisse seine Sollposition verlässt.

Stimmt die Sollposition des Windangriffselements 101 nicht mit seiner vorgegebenen Position überein, sei es, dass sich die Vorgabeposition, welche aus dem Speicher 212 ausgelesen wird, verändert hat - was auch beim Setzen des Drachens der Fall ist -, oder sei es, dass der Drachen im Laufe des Ma- növrierens seine Position verlassen hat, so verschwindet das Ausgangssignal am Ausgang des Vergleiches 218, und der über das Schaltglied 219 aktivierte Manövertyp des Spei¬ chers 220 endet. Am Ausgang des Speichers für den Manöver- typ 220 (linker Teil) erscheint das Signal "Null", was vom Autopiloten des Windaήgriffssystems 100 dahingehend inter¬ pretiert wird, dass das zuletzt eingespeicherte Manöver nicht mehr ausgeführt wird. Statt dessen wird die Ist- Position des Drachen, welche aus dem Speicher 213 ausgele- sen wird und über GPS ermittelt wurde, mit der Soll- Position aus dem Speicher 212 mittels einer Positionskorri¬ giereinheit 221 verglichen und ein Manöver ermittelt, wel¬ ches den Drachen in die Sollposition führt. Die Korrigier¬ einheit 221 ist wieder als Nachschlagetabelle ausgebildet, wobei die Soll- und die Ist-Position (wieder bezogen auf das Schiff) zu einem gemeinsamen Adressiersignal zusammen- gefasst werden und die Kennzeichnung eines entsprechenden Korrekturmanövers des Windangriffselements von der Ist- Position A in die Soll-Position B ausgelesen wird. Es ist nämlich zu beachten, dass je nach Start und Zielpunkt (und auch gegebenenfalls abhängig von den Wind- und Wellenbedin¬ gungen) unterschiedliche Manöver gewählt werden müssen, um den Drachen zu manövrieren. Mit den angegebenen Maßnahmen können aber beliebige Drachenmanöver ausgewählt und ausge- führt werden.

Spielen Wind- und Seegang bei den auszuführenden Manövern eine Rolle, so können diese Daten vom Speicher 211 durch die Nachschlagetabellenspeicher 212 und 221 "durch- geschleift" werden, so dass sie im Datensatz für die Aus¬ wahl eines spezifischen Manövers noch vorhanden sind und ein geeignetes Manöver ausgewählt werden kann. Hierbei geht es allerdings nicht um den Ausgleich einzelner Ereignisse, sondern um generelle Einstellungsrichtlinien, welche bei- spielsweise beinhalten können, dass bei hohem Seegang der Drachen relativ so geflogen wird, dass die durch die Wel¬ lenrichtung auf das Wasserfahrzeug wirkenden Kräfte mög¬ lichst kompensiert werden können. So wäre also bei stark krängendem Schiff eine Dracheposition mit Querkomponente und bei stark stampfendem Schiff eine Vorauskomponente zu bevorzugen. Aus diesem Grunde wird ein Ausgangssignal de Blocks 231 zur Erfassung des Seegangs direkt dem Block 211 zugeleitet, um eine Information zuzufügen, welche bei der Auswahl der entsprechenden Drachenposition und Manövrierung im oben beschriebenen Sinne mitwirkt. Eine weitere Funktion 85

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dieser Verbindung besteht darin, Teile von Flugmanövern so auszuwählen, dass sie den Beschleunigungen aufgrund des Seegangs entgegenwirken. Hierzu gehört, dass Manöver mit zyklischen Flugbahnen, bei denen unterschiedliche Zugkräfte am Zugseil zu unterschiedlichen Zeiten einwirken, so geflo¬ gen werden, dass diese Kräfte phasenversetzt zu den Be¬ schleunigungen auftreten, welche durch den Seegang hervor¬ gerufen werden. Auf diese Weise werden die Schiffsbewegun¬ gen insgesamt herabgesetzt. Diese Kompensation bzw. Herab- Setzung von Schiffsbewegungen durch unterschiedliche Zug¬ kräfte, welche durch das Manövrieren hervorgerufen werden, stören die übrigen angewandten Verfahren für die Seegangs¬ kompensation nicht. Dies hat seinen Grund darin, dass von vornherein reduzierte Schiffsbewegungen weniger Aufwand bei der Reduzierung von deren Auswirkungen auf die Drachenflug¬ bahn erfordern. Wegen der Kompensation der einzelnen Schiffsbewegungen wird auf die Beschreibung des Blocks 231 weiter unten verwiesen.

Für den Positionswechsel wird der rechte Teil des Speichers 220 über ein Schaltglied 222 mit dem aus der Korrigierein¬ heit 221 ausgelesenen Datensatz adressiert, wobei das Schaltglied 222 vom Ausgangssignal des Vergleichers mittels eines Inverters 223 aktiviert wird, wenn das Schaltglied 219 nicht aktiviert ist, also Soll- und Ist-Position un¬ gleich sind.

Des Weiteren kann auch die Flugstabilität des Windangriffs¬ elements für seine Position eine Rolle spielen..Ein am Dra- chen vorgesehener Mehrrichtungs-Staudruckmesser 111 bildet einerseits einen Windmesser und übermittelt andererseits für die in Flugrichtung gemessene Komponente den Zustand einer zu geringen Anströmung des Drachens durch ein ent¬ sprechendes Signal, welches zusammen mit der Erzeugung ei- ner Positionswechselmanövers auch die Winschsteuerung 240 OO5ZOO4185

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ansteuert, wodurch der Drachen bei dem Positionswechsel be¬ schleunigt wird, so dass die Anströmung wieder heraufge¬ setzt wird. (Es ist ersichtlich, dass die Winsch auch bei "gewollten" .Positionsänderungen aufgrund von Wind- und We-I- lendaten über den rechten Teil des Speichers 220b mit ange¬ steuert "werden kann, damit beispielsweise eine Änderung der Höhe des Windangriffselementjs- herbeigeführt werden kann.)

Für die Ermittlung der wahren Windrichtung und Windge- schwindigkeit weist der Windmesser in unterschiedliche Richtungen gerichtete Staurohre mit Druckdosen auf, welche getrennt ausgewertet werden. Aus den Druckwerten der drei rechtwinklig zueinander gerichteten Druckdosen mit den höchsten Druckwerten lässt sich die Richtung und Geschwin- digkeit des Windes in Bezug auf die Ausrichtung des Wind¬ messers 111 bestimmen. Wird das Ausgangssignal des Magnet¬ feld-Sensors 128, der eine Brückenschaltung aus magnetisch empfindlichen Widerständen enthält und somit die Ermittlung der Richtung der Feldlinien des Erdmagnetfeldes ermöglicht, mit in Betracht gezogen, so kann die Richtung des Windes auf die Nordrichtung bezogen werden und kann somit als Richtung des scheinbaren Windes beim Windangriffselement zu Wasserfahrzeug hin übertragen werden. Dort erfolgt dann ge¬ gebenenfalls noch die Korrektur von magnetisch Nord zu geo- graphisch Nord.

Ein zu dem Block 211 gerichteter Pfeil deutet an, dass da¬ bei die normale Navigation des Drachens außer Funktion ge- setzt wird. Über ein Oder-Gatter 224, das dem Inverter 223 vorgeschaltet ist, wird auch die übrige normale Manöver¬ steuerung unterbunden. (Dies gilt entsprechend auch für die nachfolgend zu beschreibenden Blöcke 228, 229, 230 und 232, welche weitere Sonderfunktionen auslösen. Die zugehörigen Signalverbindungen, sind dort aber aus Gründen der Über- sichtlichkeit weggelassen worden.) P2005/004185

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. Über den Block 228 wird das Notfallmanöver „NotabwurfλΛ . durch Auswahl und Start des zugehörigen Manövertyps über den rechten Teil des Manövertypspeichers 220b eingeleitet, 5 der die jeweiligen Programmierungen enthält. Dieses Manöver wird notwendig, wenn vom Windangriffselement für das Schiff durch ungünstige Umstände oder einen Unfall eine große Ge¬ fahr ausgeht (z.B. durch Zusammenstoss mit einem Hinder¬ nis) . Bei diesem Manöver wird das Windangriffselement voll- 10 ständig vom Schiff getrennt.

Über die Blöcke "Setzen" 229 und "Bergen" 230' werden die entsprechenden Manöver durch Auswahl und Start des betref¬ fenden Manövertyps über den rechten Teil des Manövertyp- 15 Speichers 220b eingeleitet, der die jeweiligen Programmie¬ rungen enthält.

Über einen Block 231 "Schiffsbewegungen" wird über einen entsprechend ausgerichteten Beschleunigungsaufnehmer die in 20 Richtung des Zugseils gerichtete Beschleunigungskomponente ermittelt und nach Integration ein Signal generiert, wel¬ ches die Schiffsbewegungen in Richtung des Zugseils be¬ schreibt. Dieses Signal wird dem Bord-GPS-Empfänger zuge¬ führt, welcher ein für die Position der Winschsteuerung 240 25 korrigiertes Positions-Signal liefert, falls der Empfänger bzw. die Antenne nicht selbst in dieser Position montiert ist. Würde dieses GPS-Positionssignal unmittelbar zusammen mit dem über den Empfänger 214 empfangenen GPS-Positions- Signal des Drachensystems- 100 ausgewertet und zu Führung 3.0 des Drachens 101 verwendet, würde dieser in seiner Steue¬ rung den Seegangsbewegungen der Winsch folgen. Da dieser . aber seine Manöver in Bezug auf eine gedachte beruhigte Schiffsposition fliegen' soll, wird das integrierte Signal des Beschleunigungsaufnehmers in Block 231 zusätzlich dem 35 GPS-Empfänger 215 zugeführt, um (als Störung) von dem Sig- nal subtrahiert zu werden, welches dem Block 216 zur Verar¬ beitung zugeführt wird, so dass dort das Positionssignal einer "beruhigten Plattform" verarbeitet wird. Auf diese Weise fliegt der Drachen 101 Manöver, die von Seegangsstö- rungen befreit sind. Es ist nämlich ersichtlich, dass sich hauptsächlich die in Zugseil-Richtung wirkenden Seegangs- Anteile für das Flugobjekt bemerkbar machen, wohingegen quer dazu gerichtete Anteile lediglich zu einer gerade bei langem Zugseil verschwindenden Änderung der Winkel a. und ß des Flugvektors beitragen und somit vernachlässigbar sind.

Um bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht perma¬ nent in die Situation zu kommen, bei starkem Seegang ein anstehendes Flugmanöver durch Feststellung einer Abweichung am Differenzblock 218 zu .unterbrechen und einen gesteuerten "Flug" in die korrekte Position (in diesem Fall durch Akti¬ vierung der Winsch 240 über den rechten Manöverblock 220b) ausführen zu müssen, besteht vom Block 231 eine Direktver¬ bindung zur Winschsteuerung 240. Diese erhält unmittelbar den Befehl, entsprechend der Feststellung der Seegangsbewe¬ gung in Zugseilrichtung durch den Block 231 zu fieren und zu holen, so dass die Schiffsbewegungen für den Drachen un¬ mittelbar ausgeglichen sind. Erst, wenn dieser Ausgleich aus irgendeinem Grunde nicht mehr ausreichend sein sollte, wird eine Positionskorrektur durch ein entsprechendes Manö¬ ver ausgelöst.

Um auch Manöver manuell auslösen zu können, sind über eine Bedienereingabe 232, welche Teil des Bedieneroberfläche 205 in Figur 2 ist, die entsprechenden Eingabebefehle möglich. Über entsprechende Befehle können in dem linken Teil 220a des Manöverspeichers für manuelle Befehle unter Unterdrü¬ ckung der übrigen Signalausgabe aus diesem Speicher direkt Steuerbefehle an die Autopiloteneinheit und die Wirischsteu- erung 240 übermittelt werden. Hierbei handelt es sich um die Funktionen "Links", "Rechts", "Gerade", "Reffen", "Entreffen", "Anstellen (+)", "Anstellen (-)", "Winsch (+) " und "Winsch (-)". Alle Befehle können in ihrer Intensität moduliert werden. ' .

Bei einer in der beschriebenen Ausführung eingeschlossenen Variante erfolgt, ein "vorausschauendes Manövrieren" in der Weise, dass in das System zur Berechnung der aktuellen Po¬ sition des Windangriffselements fiktive Wind- und Kursdaten eingegeben werden und. die sich dann einstellende Konfigura¬ tion zur Information angezeigt wird. Hieraus kann dann die Schiffsführung das vorhersehbare Verhalten des Systems ab¬ schätzen und die Navigation entsprechend einstellen. Diese Mehrfachbearbeitung der Daten nach Art der Eventualvoraus- schau ist in Figur 3 durch Mehrfachwinkel an den Kanten verschiedener Speicherelemente dargestellt, was andeuten soll, dass die Inhalte dieser Speicher unabhängig von der aktuellen Prozesssteuerung mehrfach ausgewertet werden. Hierbei sind also zusätzliche Speichermittel und Verglei- chermittel vorgesehen, welche eine Speicherung von vorange¬ henden Zeitpunkten zugeordneten Signalen mit zeitlich spä¬ ter erscheinenden Signalen in der Weise ermöglichen, dass zeitlich aufeinander folgende Manöverzustände unter Zugrun¬ delegung verschiedener - auch fiktiver Eingangsdaten - vergleichbar sind.

Die Steuerung des das Windangriffselement bildenden Gleit¬ schirms ist in den Figuren 4 bis 4b näher dargestellt. Das in Fig. 4 dargestellte Windangriffselement 101 ist wiederum mit dem an dem Zugseil 1.1 befestigten stromlinienförmig ausgestalteten Behältnis 102 für die Steuerung verbunden. Die von dem Behältnis 102 ausgehenden Steuerleineh 103 sind in Form einer Punktmatrix angeordnet, wobei die Spalten der Matrix mit römischen Zahlen I bis V versehen sind und sich in Flugrichtung erstrecken. Die Zeilen sind mit Groß- OO5ZOO4185

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buchsstaben bezeichnet, welche in ihrer Folge entgegenge¬ setzt zur Flugrichtung ausgerichtet sind. Von Bedeutung ist hierbei, dass die einzelnen Leinen, welche in Verzweigungen 104 in Form eines Leinenbaums übergehen, die mit einer un- teren textilen Deckschicht 105 verbunden sind, einzeln oder in Gruppen verkürz- oder verlängerbar sind, um die aerody- namische Anpassung des Gleitschirms zu bewirken. Die Flug¬ richtung ist wieder mit dem Pfeil 107 bezeichnet.

Die matrixartig angeordneten Steuerleinen 103 enden in dem strömungsgünstig ausgestalteten Behältnis 102, welches in seiner Richtung nach vorne verrundet ist. Eine Windturbine 108 wird von der durch sie hindurch tretenden Luftströmung angetrieben und ist mit einem Generator verbunden, welcher die Umwandlung von Windenergie in die zum Betreiben der weiter unten zu beschreibenden Antriebselemente zur Ein¬ stellung, der Steuerleinen 103 bewirkt. Hierbei können un¬ terschiedliche Energiearten zur Anwendung kommen. Bevorzugt sind elektrische Energie und pneumatische Energie. Bei der Verwendung von pneumatischer Energie ist der Generator als Verdichter ausgeführt und stellt die Hilfsenergie unmittel¬ bar zur Verfügung, wie an Hand der nachfolgenden Figuren beschrieben wird.

Fig. 4a gibt ein erstes Ausführungsbe.ispiel eines Steuerme¬ chanismus in schematischer Darstellung wieder. Es ist er¬ sichtlich, dass auch hier die Steuerleinen 103 eine matrix¬ artige Anordnung bilden, welche die Beeinflussung eines Drachens nach Art eines Gleitschirms erleichtert. Alle Steuerleinen 103 und 103a sind jeweils auf einer ersten Wippe 140 als gemeinsames Betätigungselement zusammenge- fasst angetrieben. Die Wippe ist in Achsstummeln 141 und 142 schwenkbar gelagert, wobei die Drehlager' aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung fortgelassen wurden. Die Leinen bilden in ihrer Anordnung wieder Reihen A bis C OO5ZOO4185

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und Z und Spalten I bis V. Ein erster elektrischer Getrie¬ bemotor 143 treibt die Wippe 140 über einen Zahnriemen 144 an, so dass die Leinenreihen A bis C und Z unter sich je¬ weils um identische- Beträge bewegt werden. Da die Leinen-. reihen A und Z auf der Wippe außen gelegen sind, erhalten sie gemeinsam (allerdings gegensinnig) den größten Hub, währen die Leinenreihen B und C (entsprechend gegensinnig) jeweils nur um den halben Hub bewegt werden. Die hier be¬ schriebene Betätigung entspricht einer Anstellung des Dra- chens entsprechend den geforderten aerodynamischen Gegeben¬ heiten. Eine Betätigung der Wippe 140 bewirkt ein Anstellen des durch das Windangriffselement 101 gebildeten Tragflü¬ gels.

Auf der Wippe 140 ist eine weitere Wippe 145 in Querrich¬ tung montiert, die um eine Achse 146 drehbar gelagert ist. Sie wird über einen zweiten elektrischen Getriebemotor 147 über einen Zahnriemen 148 angetrieben. Dabei werden die Leinen 103a auf der Wippe 145 ebenfalls gemeinsam - zusätz- lieh zu der von der Wippe 140 hervorgerufenen Antriebsbewe¬ gung - angetrieben. Jetzt ist es so, dass die außen liegen¬ den, den Zeilen I und V angehörenden Leinen den (gegensinnig) größten Hub ausführen, während die Hübe der weiter innen gelegenen Leinen II und IV entsprechend gerin- ger sind Die Leine III bleibt insoweit vollständig in Ruhe. Die durch die Wippe 145 angetriebenen Leinen der Spalte Z greifen an der Hinterkante des Drachens an und steuern die .Flugrichtung (Gieren) entsprechend der Querruderbewegung eines Flugzeugs. Insgesamt ergibt sich im Bereich der Hin- terseite des Drachens also eine Verwindung, welche die Be¬ wegung um die Hochachse beeinflusst.

Es. ist ersichtlich, dass der Antrieb der Leinen in Gruppen zur Verformung des Drachens - je nach gewünschtem Profil - auch in anderer Weise erfolgen kann. So können die Wippen OO5ZOO4185

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beispielsweise zusätzlich geteilt und mit weiteren An¬ triebselementen versehen sein, so dass eine mehrfache Auf¬ gliederung der Antriebsbewegungen möglich ist. So ein ein¬ seitiges Betätigen der Z-Leinen (Bremsen) oder eine zusätz- liehe asymmetrische Verformung des Windangriffselements da¬ durch, dass beispielsweise die Leinen der Gruppen I und V direkt angetrieben werden, während die Leinen der Gruppen II und IV einen durch Umlenkrollen und eine doppelte Lei¬ nenführung hervorgerufene Untersetzung (Flaschenzug - nicht dargestellt) einen geringeren Hub erhalten. Wenn eine Ver¬ längerung des Leinenwegs erwünscht ist, kann ein Flaschen¬ zug auch zur Übersetzung eingesetzt werden. Die Antriebsmo¬ toren 143 und 147 sind' bevorzugt als Schrittmotoren ausge¬ bildet.

Die Energieerzeugung für die Motoren 143 und 147 erfolgt über die Windturbine 108, welche einen elektrischen Gleichspannungs-Generator 149 antreibt, welcher seinerseits einen Energiespeicher 150 (Akkumulator oder Hochkapazitäts- kondensator, insbesondere "Goldcap") auflädt. Die Energie wird einer Steuereinheit 151 zugeführt, welche den Elektro¬ motoren 143 und 147 die notwendigen AntriebsSpannungen (Impulse) zuleitet. Die Steuereinheit 151 erhält ihre Steu¬ erbefehle ihrerseits von zuvor beschriebenen Autopiloten- einheit 114.

Es ist ersichtlich, dass sich durch die gezeigte Art des gemeinsamen Antriebs die Zahl der Antriebselemente verrin¬ gert. Das gemeinsam angetriebene Betätigungselement kann dabei auch in einem anders ausgestalteten drehbar gelager¬ ten Element, einer Wippe, einem Hebel oder dergl. bestehen, welches gemeinsam über einen Antriebsmotor bewegt wird. Die einzelnen Steuerleinen sind über die Verzweigungen zu un¬ terschiedlich gewählten Befestigungspunkten an der unteren Bahn des Gleitschirms befestigt. Auf diese Weise setzt sich 85

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dann die Bewegung des Betätigungselements in die gewünschte GeometrieVeränderung des gesamten oder von Teilen des Wind¬ angriffselements um zwecks Erzeugung der für die gewünsch¬ ten Antriebs - oder Manövrierbewegung notwendigen Verände- rung der aerodynamischen Form. Hierbei kann durch entspre¬ chende Anordnung der Steuerleinen beispielsweise auch die Dicke des Drachenprofils eines zweifoligen Gleitschirms verändert werden. In diesem Fall würde jede zweite Zugleine durch die untere Deckfläche unverbunden hindurch gelangen, um an der oberen Deckfläche befestigt zu werden. Sie sind verkürzbar, während die übrigen Leinen fest mit der unteren Deckfläche zu verbinden sind und ihre Länge beibehalten.

Bei einer anderen in Fig. 4b dargestellten Ausführung der Steuerung des erfindungsgemäßen Windangriffselements beste¬ hen die Antriebselemente aus linearen Aktoren, wobei jeder lineare Aktor durch ein pneumatisches Element 152 gebildet wird, welches sich unter Überdruck in Querrichtung ausdehnt und dadurch in seiner Länge verkürzt. Derartige Elemente werden "künstlicher Muskel" genannt und pneumatisch ange¬ trieben. Jedes pneumatische Element 152 ist mit einer Leine 103 verbunden (in Fig. 4b beispielsweise gezeichnet) Bei der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform steht die Grundfläche 153 fest und die einzelnen Aktoren 152 werden übe eine Dosiereinheit 154 jeweils mit der notwendigen Men¬ ge Druckluft angesteuert, um Leinenauslenkungen entspre¬ chend dem Ausführungsbeispiel gemäß. Fig. 4a zu erzeugen.

Die Aktoren werden als "künstliche Muskeln" mit Luft ge- füllt und kontrahieren dabei aufgrund ihrer Beschaffenheit. Diese lässt sich beispielsweise erreichen, wenn man die flexible Umhüllung mit einer Art Maschendrahtgewebe umgibt, welches sich bei Dehnung in einer Richtung in der senkrecht dazu stehenden Achsenrichtung zusammenzieht. Die Dosierein- heit 154 wird ebenfalls von den Ausgangssignalen des später OO5ZOO4185

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zu beschreibenden Autopiloten angesteuert. Die notwendige Druckluftenergie wird bei dem dargestellten Ausführungsbei¬ spiel aus der Windturbine 108 gewonnen, der ein Luftver¬ dichter 155 nachgeschaltet ist. Dieser Luftverdichter 155 kann beispielsweise als Axialverdichter (Flugzeugturbine) oder aber als Radialverdichter (Turbolader) aufgebaut sein.

Zwei Ausführungsbeispiele von Reffeinrichtungen sind in den Figuren 4c und d dargestellt, wobei Fig. 4c eine schemati- sehe Darstellung des mechanischen Prinzips eines Ausfüh¬ rungsbeispiels einer Reffeinrichtung mit elektrischer ■ Winsch und Fig. 4d ein Ausführungsbeispiel mit pneumati¬ schen Aktoren wiedergibt. Bei dem in Fig. 4c dargestellten Ausführungsbeispiel sind Textilstege 160 bis 165 wiederge- geben, welche die Profil bildende Struktur für das Windan¬ griffselement 101 bilden. Die Deckflächen sind in der sche¬ matischen Darstellung weggelassen. Ein elektrischer Servo¬ motor 166 ist als Schrittmotor ausgebildet und trägt an den Enden seiner Antriebswelle zwei Wickelscheiben 167 und 168. Sie wickeln gegensinnig zwei Zugleinen 169 und 170 auf, welche an Befestigungspunkten 171 und 172 mit den Stegen 160 bzw. 165 verbunden sind. Wird der Motor 166 aktiviert, so verkürzt er die Zugleinen und zieht die Stege 160 und 165 heran. Bei den übrigen Stegen 161 bis 164 sind die Zug- leinen 169 und 170 durch Aussparungen 173, 173' und 174, 174' geführt, so dass diese nur über die sich auffaltenden Deckschichten des Flügels geführt werden, wenn dieser ge¬ refft wird. Eine Teilreffung ist durch teilweises Anziehen der Leinen 169 und 170 möglich. Das Entreffen erfolgt durch Aktivieren des Servomotors 166 in Gegenrichtung, wobei das als Gleitschirm ausgebildete Windangriffselement 101 (vgl. Fig. 2) durch seine gewölbte Form und die Zugkraft, der Lei¬ nen ohne zusätzliche Betätigungskraft wieder d.en entrefften Zustand einnimmt. Die Antriebswelle mit den beiden Wickel- ■ Scheiben 167 und 168 muss nicht, wie dies in Figur 4c) T/EP2005/004185

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schematisch dargestellt ist, zwischen den Textilstegen 162 und 163, also innerhalb des Tragflügelprofils, angeordnet sein. Sie kann auch vorteilhafterweise in dem Behältnis 102 angeordnet sein, zu der dann die Zugleinen 169 und 170 .ge- führt werden. Andererseits können diese Zugleinen aber auch an dem Behältnis 102 vorbeigeführt werden.

Bei dem anderen in Fig. 4d dargestellten Ausführungsbei¬ spiel, das entsprechend schematisiert wiedergegeben "ist, sind spantenartige Stege 175 bis 178 mit pneumatischen Ak¬ toren 179 bis 181 - wie sie entsprechend in dem in.Fig. 4b dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet werden - vorge¬ sehen, um den Abstand zwischen den Stegen durch Zug zu ver¬ ringern und damit ein Reffen zu bewirken. Die Enden der Ak- toren sind jeweils mit zwei benachbarten Stegen fest ver¬ bunden. Ein Entreffen kann hier auch aktiv durch ein gegen¬ sinniges Betätigen der Aktoren 179 bis 181 erfolgen.

Ein weiteres - nicht dargestelltes - Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Anwendung zur Energiegewinnung, wobei ein durch die Strömung des Wassers, insbesondere über eine Schiffsschraube oder Turbine, angetriebener Generator vor¬ gesehen ist, welcher die erzeugte elektrische Energie einem Energiespeicher, insbesondere einem Wasserstoffgenerator zuführt. Hierbei kann es sich also um Einheiten handeln, welche ausschließlich zum Zwecke der Energiegewinnung wind¬ reiche Gebiete der Erde befahren, um aus der erzeugten e- lektrischen Energie Wasserstoff durch elektrolytische Spal¬ tung von Wasser zu generieren, welcher dann in entsprechen- den Tanks mitgeführt und in dazu angelaufenen Häfen entla¬ den oder auf See an ein entsprechendes Transportschiff ü- bergeben wird. 85

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Im Hinblick auf Details einzelner Elemente des Ausführungs¬ beispiels .wird auch auf die gleichzeitig eingereichten pa¬ rallelen Patentanmeldungen derselben Anmelderin verwiesen.

Die Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungs- beispiele gebunden. Andere im Bereich der Erfindung liegen¬ de Konfigurationen ergeben sich aus Kombinationen von Un¬ teransprüchen, welche sich dem Fachmann aufgrund der vor¬ liegenden Beschreibung erschließen.