翼及其应用
阅读：312发布：2021-02-21
专利汇可以提供翼及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及一种翼。更具体地，本 发明 的多个方面涉及能以递增方式在中立构型与 变形 构型之间移动的可变形翼，其中所述翼在变形构型中采取反折弯度 翼型 截面形状。翼包括第一翼型区段和第二翼型区段，它们的端部在相对的中立前缘和 后缘 处相互连接或固定并且沿其长度跨过中立前缘和后缘之间延伸的中立 中弧线 相互间隔开，以形成翼的中立翼型截面。一个或多个 致动器 使翼在中立翼型截面和反折弯度翼型截面之间变形，其中第一和第二翼型区段是回弹性的以使翼朝着初始静止状态偏置。为了使翼型截面呈现反折弯度翼型截面，翼型区段的临界屈曲荷载大于致动器使翼在中立翼型截面和反折弯度翼型截面之间变形而在翼型区段中产生的压缩荷载。在使用中，通过致动器使翼型区段之一上的两个点位移以至少在这样的翼型区段中生成压缩荷载，来使翼变形。这样的翼型区段抵抗压缩荷载的能 力 使区段采用具有拐点的形状，从而使翼形成反折弯度翼型截面。，下面是翼及其应用专利的具体信息内容。
1.一种翼，包括：
第一翼型区段和第二翼型区段，所述第一翼型区段和所述第二翼型区段具有在相对的中立前缘和后缘处彼此连接或固定的端部，从而防止所述第一翼型区段和所述第二翼型区段的所述端部相对于彼此滑动，其中所述第一翼型区段和所述第二翼型区段沿它们的长度跨在所述中立前缘和后缘之间延伸的中立中弧线而彼此间隔开，以形成跨所述翼的翼展的中立翼型截面，并且所述后缘能够自由地跨所述中立中弧线移动；
用于使所述翼在所述中立翼型截面和反折弯度翼型截面之间变形的一个或多个致动器；
所述第一翼型区段和所述第二翼型区段是回弹性的，以使所述翼朝着初始静止翼型截面偏置，其中所述初始静止翼型截面是在从所述翼操作性地移除来自所述致动器的所有力的情况下所述翼所呈现的截面，所述初始静止翼型截面是所述中立翼型截面、所述反折弯度翼型截面或它们之间的任何翼型截面，并且所述翼能在所述中立翼型截面和所述反折弯度翼型截面之间渐进式变形，从而使所述翼能够被所述致动器变形为多个增量不同的翼型截面，一些所述增量不同的翼型截面具有增大或减小的最大厚度尺寸；
其中所述翼型区段的临界屈曲荷载大于所述致动器使所述翼在所述中立翼型截面和所述反折弯度翼型截面之间变形而在所述翼型区段中产生的压缩荷载；
从而当所述翼被所述致动器变形时，所述翼型区段之一上两个点之间的位移在至少这样的翼型区段中生成所述压缩荷载，并且这样的翼型区段抵抗所述压缩荷载的能力使这样的区段采用所述反折弯度翼型截面形状，所述反折弯度翼型截面形状具有反折弧线，所述反折弧线具有拐点，所述拐点与所述后缘的距离比与所述前缘的距离更近，其特征在于，所述翼的所述变形导致所述翼型区段之一上所述两个点之间的位移减小，减小后的所述位移在这样的翼型区段中生成所述压缩荷载，这样的翼型区段抵抗所述压缩荷载的能力使这样的区段采用具有拐点的形状，从而使所述翼形成所述反折弯度翼型截面；
其中所述翼关于跨所述中立翼型截面垂直于所述中立中弧线延伸的线是非对称的，所述翼：
(i)在所述翼的端部能安装到一物件；并且
(ii)能围绕穿过所述翼的翼展的旋转轴线相对于所述物件旋转，所述旋转轴线将所述翼分成：
a.限定在所述前缘、所述旋转轴线、和跨所述翼的翼展间隔开的相对翼梢之间的前缘部；和
b.限定在所述后缘、所述旋转轴线、和所述相对翼梢之间的后缘部；
c.其中所述后缘部的表面积大于所述前缘部的表面积；
从而当所述翼处于所述反折弯度翼型截面形状中时，在使用中，作用于所述后缘上的流体流通在所述翼上产生力矩，从而使所述翼围绕所述旋转轴线自由地旋转，以相对于主导流体流动的方向自动地设置冲角。
2.根据权利要求1所述的翼，其中所述第一翼型区段和/或所述第二翼型区段是形成连续闭环翼型肋的单个一体式翼型构件，或者所述第一翼型区段和/或所述第二翼型区段各自由(i)跨在所述前缘和所述后缘之间的单个翼型构件形成，或(ii)由端到端地连接或固定在所述前缘和所述后缘之间的多个翼型构件形成，从而共同形成连续闭环翼型肋。
3.根据权利要求2所述的翼，其中所述翼由多个彼此间隔开的肋形成，以限定用于支承蒙皮的细长翼框架，在使用中，流体能在所述蒙皮上方流动，所述蒙皮是后缘与所述翼框架的所述后缘重合的连续闭环蒙皮构件。
4.根据权利要求3所述的翼，其中所述蒙皮构件是半刚性且回弹性的，以独立地或与所述翼型区段共同地使所述翼朝着所述初始静止截面偏置，所述蒙皮构件还具有与所述翼型区段类似的临界屈曲荷载。
5.根据权利要求3所述的翼，其中所述蒙皮构件是织物，并且所述翼框架能在竖立位置和收缩位置之间配置，在所述竖立位置中，所述多个肋被保持在相互间隔开的关系中以将所述蒙皮构件拉扯在所述翼框架上，而在所述收缩位置中，所述肋能够朝着彼此、背离彼此、或基本上彼此嵌套地移动，以将所述翼收缩为紧凑尺寸以用于运输和/或存储。
6.根据权利要求5所述的翼，其中所述多个肋在所述蒙皮构件的第一端部和相对的第二端部之间以间隔开的间隙被固定到所述蒙皮构件，所述蒙皮构件的所述第一端部和所述相对的第二端部进一步在相应的端部处或附近能连接到能在延长位置和回缩位置之间移动的可伸缩桅杆的第一端部和相对的第二端部，在所述延长位置中，所述蒙皮构件、并且因此还有固定到所述蒙皮构件的肋被迫使进入所述竖立位置，在所述回缩位置中，所述蒙皮构件、并且因此还有固定到所述蒙皮构件的肋被返回到所述收缩位置。
7.根据权利要求6所述的翼，其中所述肋中每一者被配置为使得在所述翼框架处于所述竖立位置中的情况下，相邻肋的相应前缘和后缘彼此邻接以为所述翼框架提供基本上刚性的前缘和后缘，从而使所述翼框架能够在高速下工作，所述肋能在对应的前缘和后缘邻接形成部上邻接，每个所述邻接形成部在相反方向上从所述肋向外延伸，使得在使用中，所述邻接形成部朝着竖立的所述翼框架的所述第一端部和/或所述第二端部延伸。
8.根据权利要求1所述的翼，其中所述第一翼型区段和所述第二翼型区段是细长的自支承且半刚性的翼型壳体的相对的第一构件和第二构件，并且跨所述中立中弧线相互间隔开，所述第一构件和所述第二构件各自是单翼型构件、端到端地彼此连接或固定或者相互集成的多个翼型构件，以形成连续闭环翼型截面，并且所述壳体的外表面是在使用中流体能在上面流动的蒙皮。
9.根据权利要求7或8所述的翼，其中在所述翼在所述中立翼型截面和所述反折弯度翼型截面形状之间变形的范围中：(i)所述后缘保持为是公共的，而所述前缘在所述翼上的位置是可变的；以及(ii)所述翼型截面的总体周边基本上保持恒定，而在所述公共的后缘与所述前缘的可变位置之间测量得到的所述第一翼型区段和所述第二翼型区段的各自长度是可变的；所述前缘关于所述翼的所述翼型截面的鼻部是可变的。
10.根据权利要求9所述的翼，其中所述翼的能安装到所述物件的端部是所述翼的一对翼梢中的一者，这一对翼梢中的一者或二者能连接到所述物件和/或连接到端板，用于在使用中(i)降低由在所述翼的蒙皮上方流动的流体流动所生成的翼梢漩涡效应，并/或(ii)允许所述翼在密封所述翼的开口端的情况下的变形，从而降低曳力。
11.根据权利要求1所述的翼，其中所述中立翼型截面：
关于所述中立中弧线对称并且能向其任何一侧变形为所述反折弯度翼型截面，所述截面是提升翼型截面，使得所述中立翼型截面是这两个完全变形的反折弯度翼型截面的中间过渡，从而提供完全可逆的可变翼型截面翼；或
是反折弯度翼型截面，而所述翼能变形到的反折弯度翼型截面是更显著反折弯度翼型截面，其中所述中立翼型截面和所述反折弯度翼型截面是提升翼型截面，所述中立翼型截面相对于所述中立中弧线是非对称的。
12.根据权利要求11所述的翼，其中所述中立翼型截面和/或所述反折弯度翼型截面是下弯翼型截面，呈现下弯的所述翼型区段的凹形随着所述翼型截面逐渐地从所述中立弯度翼型截面变形为所述反折弯度翼型截面而变得越来越紧，所述凹形形成在所述翼型截面的最大厚度区内或附近。
13.根据权利要求12所述的翼，其中所述致动器能与所述翼上的或除了所述翼之外的锚定结构上的刚性、柔性和/或铰接的致动点邻接和/或连接到所述刚性、柔性和/或铰接的致动点，使得所述致动点和所述致动器至少部分地或完全地位于由所述翼的蒙皮和翼展限定的翼容积内，从而保护所述致动点和所述致动器容纳在所述翼容积内的那些部分免受元件影响。
14.根据权利要求13所述的翼，其中所述翼型截面是能变形的，使得所述前缘朝着所述中立中弧线的一侧变形，而所述后缘向所述中立中弧线的另一侧变形，以形成所述反折弯度翼型截面，所述反折弧线是正弦形的。
15.根据权利要求14所述的翼，其中当在主导流体流动中使用时，所述翼朝着所述中立中弧线的第一侧的变形就生成在主方向上的提升力，而所述翼朝着所述中立中弧线的相对的第二侧的变形就生成在基本上与所述主方向相反的次方向上的提升力，所述翼的可逆性以及由其生成的所述提升力充当制动和/或后退方式。
16.根据权利要求15所述的翼，其中所述翼的所述前缘相对于所述旋转轴线倾斜，使得所述旋转轴线将所述翼的翼展分成前缘部和后缘部，所述前缘部被限定在所述前缘和所述旋转轴线之间，所述后缘部被限定在所述后缘和所述旋转轴线之间，其中所述后缘部比所述前缘部重，从而在所述翼的某些应用中充当自行扶正特征。
17.根据权利要求1所述的翼，其中所述翼的操作能经由一个或多个控制系统控制，所述控制系统包括：
一个或多个用于从一个或多个用于测量流体速度和/或方向的流速计、流体驱动的涡轮、陀螺仪、加速度计、应变仪、压力传感器、位置传感器、倾斜仪接收输入和/或用于接收一个或多个用户输入的输入端，所述用户输入至少是用于使所述翼在所述初始静止翼型截面和所述反折弯度翼型截面之间变形的致动器控制，所述致动器控制是前进-后退控制形式的油门，用于致动所述致动器以将所述翼型截面变形到所述中立中弧线的一侧以提供前进推进，或者将所述翼型截面变形到所述中立中弧线的另一侧以提供后退推进或制动效应；
能针对传感器输入和/或所述用户输入进行查询的数据库、协议和/或程序；以及一个或多个用于在使用中基于针对所述传感器输入和/或所述用户输入对所述数据库、所述协议和/或所述程序进行的查询来控制所述翼的操作的输出端。
18.根据权利要求1所述的翼，其中所述翼：(i)能围绕支承部旋转，所述翼在所述支承部上能以能旋转的方式安装到所述物件；或(ii)固定在支承部上，所述翼在所述支承部上能安装到所述物件。
19.根据权利要求18所述的翼，其中所述支承部在所述翼与以下装置之间延伸：
飞行器的机身，所述翼是一个或多个主翼、水平尾翼、垂直尾翼、升降舵和/或方向舵；
桨毂或旋翼柱，所述翼是螺旋桨、旋翼、和/或流体驱动或驱动流体的涡轮上的一个或多个叶片；
发电设备，所述翼是被流体能驱动的一个或多个往复叶片或旋转叶片；
陆运工具或水运工具，所述翼：
(i)在陆运工具的应用中是用于生成扶正力来抵抗主体横摇的一个或多个翼、用于生成用于提高的牵引的下压力的一个或多个翼、和/或用于推进所述陆运工具的一个或多个翼帆；并且
(ii)在水运工具的应用中是用于控制所述水运工具方向的一个或多个方向舵、用于稳定所述水运工具的一个或多个龙骨、用于提升所述水运工具的一个或多个翼型桨、和/或用于推进所述水运工具的一个或多个翼帆，用于每个所述翼帆的支承部是在所述翼与所述陆运工具或所述水运工具之间延伸的桅杆。
翼及其应用
技术领域
[0001] 本公开涉及一种翼。更具体地，本发明的多个方面涉及能以递增方式在中立(neutral)构型与变形构型之间移动的可变形翼，其中所述翼在变形构型中采取反折(reflexed)弯度(camber)翼型(aerofoil)截面(section)形状。
背景技术
[0002] 翼型或翼的弯度可由中弧线(mean camber line)来限定，中弧线是翼型的上表面和下表面之间中心处的曲线，并且其穿过翼型的前缘和后缘，前缘和后缘分别是最前面的点和最后面的点。该弧线在后缘附近使曲率方向反转的翼型被称为反折弯度翼型。
[0003] 反折翼型是在飞翼飞行器中使用的截面类型，这是由于该形状固有地倾向于导致对翼后缘的转矩，以代替用于使翼保持在稳定的正冲角的更传统的尾翼面(tail plane surface)。这个翼截面当在飞翼或翼/身融合构型中使用时在飞行器设计方面具有显著的优点，其中不需要尾桁(tail boom)和尾翼就大大地减小了曳力(drag)并改善了效率、燃料消耗以及性能。
[0004] 一般而言，具有用于改变升力(lift)特性的目的的可变形翼型截面的翼是已知的，并且以前已经以多种不同的方式实现了。一种方式是通过利用织物来形成翼型的蒙皮(skin)，如例如LATHAM在US 4,530,301中所公开的。织物固有地是可拉伸的，从而适应当翼型在不同地成形的翼型截面之间被操控时总体周边长度的变化。翼型截面周边长度的变化不会使翼型能够被偏转成反折弯度翼型截面。织物不能抵抗和传递压缩荷载就进一步阻止了这种类型的翼型被偏转成反折弯度翼型截面。这种类型的翼型的织物通常被拉扯在固定的前缘和/或后缘形成部(诸如前缘和/或后缘导引线)上，从而进一步限制翼型采取反折弯度翼型截面。
[0005] 另一类型的翼型采用沿翼型截面的滑动接合，滑动接合当其在其各种翼型截面形状之间移动时接受翼型截面的总体周边长度的变化。GRANT在US 2,022,806中教导了一种具有位于前缘处或位于沿翼型底侧的任意位置处的滑动接合的翼型。另一示例是FERGUSON在US 4,624,203中公开了一种具有可变翼型截面的翼帆，该可变翼型截面具有位于其后缘处的滑动接合。由于滑动接合使得能够实现这些类型的翼型的总体周边的长度变化，所以将后缘偏转为反折弯度翼型截面这样的能力是不可能的。
[0006] 授予RAUTIO等人的EP 1,535,835也教导了一种滑动接合类型的翼型。这种滑动接合类型的翼型的意义在于其似乎具有采用非常细微反折弯度翼型截面形状的能力。但是，这个翼型的鼻部相对于翼型的其他部分能围绕其变形的铰链点形成沿翼型截面的凹缺(indent)，从而不会有助于形成平滑、连续且高效成形的翼型截面。此外，由于这个翼型不是闭合的，所以灰尘可能聚集在铰链以及滑动接合内，这不利于翼型的安全可靠操作，尤其是在航空应用中。
[0007] 其他类型的能够生成具有通常与反折弯度翼型截面相关联的S形弧线的翼型截面的可变翼型在本说明书中将被一般性地称为脊支承挠曲翼型(spine-supported flexing aerofoil)和旋转凸轮翼型(rotating cam aerofoil)。
[0008] BEAUCHCHAMP等人在US 5,367,970中公开了脊支承挠曲翼型的一个示例。这个专利文献教导了一种翼型鳍结构(aerofoil fin structure)，该结构具有支承在从中央区段的两个相对端部悬架的弹性脊上的鼻部和尾部区段。在鼻部和尾部区段与中央区段之间延伸的缆索可被拉紧，以使鼻部和尾部区段彼此独立地向上和向下移动。蒙皮包封翼型鳍结构，并且由其操控以生成具有S形弧线的翼型截面形状。
[0009] MUELLER在CZ 300,728中公开了旋转凸轮翼型的一个示例，其包括具有鼻部区段和尾部区段的结构，鼻部区段和尾部区段以能旋转的方式安装到中央区段的任一端部，使得鼻部和尾部区段能围绕穿过翼型的前缘和后缘之间的弧线轴并相对于中央区段旋转。这样，彼此独立地，鼻部能向上旋转，而尾部能向下旋转(反之亦然)。包封旋转凸轮的蒙皮跨置在凸轮上，并被致动以形成具有S形弧线的翼型截面。
[0010] 据信，上述脊支承挠曲翼型和旋转凸轮翼型的蒙皮可能实际上必须由可拉伸的材料制成或被拴系到内部结构，从而蒙皮适形于内部结构的形状以呈现各种翼型截面形状。此外，需要分开的鼻部、中央和尾部区段与必需的致动机构一起来创建为了形成这些翼型的S形弧线所需要的至少两个拐点。
[0011] 应当理解，为了创建所必需的拐点而需要的部件使这些翼型比所需要的更重、复杂、并且制造起来会不必要地昂贵。
[0012] 另一种类型的可变翼型是RINN等人在US 6,045,096中所公开的枢接(articulated)类型的。该翼型包括拉在内部枢接结构上的蒙皮，该结构使尾部能够跨中立弧线“摇摆”，并且由此来改变翼型的翼型截面。
[0013] 由于蒙皮的尾部部分或其主要部分直接支承在内部枢接结构上，所以尾部自身不能如为了形成反折弯度翼型截面所需要的那样在凸形和凹形之间偏转。很多这些类型的翼型还具有固定的不能移动的前缘，这不会有助于可变地形成高效的翼型截面。类似地，如同具有脊支承挠曲翼型和旋转凸轮翼型的情形那样，枢转翼型也比所需要的更重、复杂并且制造起来会不必要的昂贵。
[0014] CAMPANILE等人在US 6,010,098中公开了具有可变形的自支承刚性外蒙皮壳、或者支承在可变形的外部环带(girdle)上的刚性蒙皮的翼型。虽然这个翼型似乎能够提供多种平滑翼型截面，但是该翼型极度复杂，从而需要多个撑条(strut)来使外蒙皮变形。此外，更不要说外蒙皮是回弹性的(resilient)并且固有地能返回到中立位置。
[0015] 这个发明的其他缺点还包括支承结构的定位，其将翼型底侧上的至少两个点固定到外部结构(诸如飞机)，以及翼型截面的不对称的中立形状。上面提到的两个特征导致了翼型能够采取具有波状弯度的翼型截面形状，但不是纯反折弯度翼型截面形状。因此，翼型的后缘不能在其上侧上采取凹形(即始终是凸形)，从而迫使离开上侧的气流始终从后缘操作性地向下引导。
发明内容
[0016] 根据本发明的多个方面提供了一种翼，包括：
[0017] 第一翼型区段和第二翼型区段，第一翼型区段和第二翼型区段具有在相对的中立前缘和后缘处彼此连接或固定的端部，从而防止第一和第二翼型区段的端部相对于彼此滑动，其中第一和第二翼型区段沿它们的长度跨在中立前缘和后缘之间延伸的中立中弧线而彼此间隔开，以形成翼的中立翼型截面，并且后缘能够自由地跨中立弧线移动；
[0018] 用于使翼在中立翼型截面和反折弯度翼型截面之间变形的一个或多个致动器；
[0019] 第一和第二翼型区段是回弹性的，以使翼朝着初始静止翼型截面(initial at rest aerofoil section)偏置；
[0020] 其中翼型区段的临界屈曲荷载(critical buckling load)大于致动器使翼在中立翼型截面和反折弯度翼型截面之间变形而在翼型区段中产生的压缩荷载(compressive load)；
[0021] 从而当翼被致动器变形时，翼型区段之一上两个点之间的位移在至少这样的翼型区段中生成压缩荷载，并且这样的翼型区段抵抗压缩荷载的能力使这样的区段采用具有拐点的形状，从而使翼形成反折弯度翼型截面。
[0022] 初始静止翼型截面通常是这样的截面，即在该截面中，在使用中，来自致动器的所有力都被从翼移除。初始静止翼型截面可以是中立翼型截面、反折弯度翼型截面或者它们之间的任何翼型截面。
[0023] 优选地，翼能在中立翼型截面和反折弯度翼型截面之间渐进地变形，从而使翼能被致动器变形为多个递增不同的翼型截面。在具有或不具有反折弯度的情况下，翼的一些递增不同的翼型截面可进一步具有增大的或减小的最大厚度尺寸。
[0024] 一般而言，翼的变形导致翼型区段之一上所述两个点之间的位移减小，减小的位移在这样的翼型区段中生成压缩荷载，这样的翼型区段抵抗压缩荷载的能力使这样的区段采用具有拐点的形状，从而使翼形成反折弯度翼型截面。
[0025] 应当理解，翼型区段之一上这两个点之间位移的减小导致另一翼型区段上两个点之间的位移增大，并且因此导致这样的翼型区段中的弯曲。还应当理解，压缩和拉伸荷载与弯曲一起共同地促成使翼形成反折弯度翼型截面。
[0026] 在一个实施例中，第一和/或第二翼型区段各自可由跨在前缘和后缘之间的单个翼型构件形成，或者由端到端地连接或固定在前缘和后缘之间的多个翼型构件形成，从而共同形成连续闭环翼型肋。在第一可选实施例中，第一和/或第二翼型区段可以是形成连续闭环翼型肋的单个一体式翼型构件。
[0028] 典型地，蒙皮构件是半刚性且回弹性的，以独立地或与翼型区段共同地使翼朝着初始静止截面偏置，蒙皮构件还具有与翼型区段类似的临界屈曲荷载。
[0029] 或者，蒙皮构件是织物，并且翼框架能在竖立(erected)位置和收缩(collapsed)位置之间配置，在竖立位置中，所述多个肋被保持在相互间隔开的关系中以将蒙皮构件拉扯在翼框架上，而在收缩位置中，肋能够朝着彼此、背离彼此、或基本上嵌套在彼此内地移动来将翼收缩为紧凑尺寸以用于运输和/或存储，其中织物蒙皮手风琴式地折叠在自身上。
[0030] 一般而言，所述多个肋以间隔开的间隙被固定到蒙皮位于其相对的第一和第二端部之间，蒙皮构件的相对的第一和第二端部进一步在相应的端部处或附近能连接到能在延长位置和回缩(retracted)位置之间移动的可伸缩(collapsible)桅杆(mast)的相对的第一和第二端部，在延长位置中，蒙皮构件、并且因此还有固定到其的肋被迫使进入竖立位置，在回缩位置中，蒙皮构件、并且因此还有固定到其的肋被返回到收缩位置。
[0031] 每个肋通常被配置为使得在翼框架处于竖立位置中时，相邻肋的相应前缘和后缘彼此邻接以为翼框架提供基本上刚性的前缘和后缘，从而使翼框架能够在高速下工作。为了使得能够实现上述构型，每个肋优选地包括相应的前缘和后缘邻接形成部，每个前缘和后缘邻接形成部在相反的方向上从肋向外延伸，从而在使用中，它们朝着竖立的翼框架的第一和第二端部延伸。
[0032] 一般而言，每一个肋都包括从第一和第二翼型区段向内突出的加强形成部，通常是在前缘和后缘邻接形成部之间的位置处，用于提供重量轻的加强肋。
[0033] 在一个优选实施例中，加强位置处的肋的横截面基本上是L形，其竖直支脚为第一或第二翼型区段，而基本上水平的支脚为加强形成部，加强形成部兼作支承表面，在翼框架处于收缩位置中时，上覆(super-jacent)嵌套肋能够倚靠在该支承表面上。
[0035] 在第二可选实施例中，第一和第二翼型区段可以是跨中立弧线相互间隔开的细长翼型壳体的相对的第一和第二构件，第一和第二构件各自是单个翼型构件、端到端地连接或固定或者相互一体集成的多个翼型构件，以形成连续闭环翼型截面，并且壳体的外表面是流体在使用中能在上面流动的蒙皮。优选地，壳体是自支承的并且是半刚性的。
[0036] 通常构成壳体的材料是刚性的片状材料，类型很大程度上取决于翼的给定应用。重的坚固的抗锈的片状材料(诸如不锈钢)例如在船舶(vessel)的龙骨(keel)上是适当的，以抵抗帆在风中的翻覆动作。例如船只上的稳定鳍可由类似的钢或金属片状材料制造，或者可选地由重型复合构造材料制造。
[0037] 在飞行器上，重量轻的刚性材料(诸如碳纤维复合片材或层合板材)是最合适的。在用于推进快艇车(land yacht)或帆船的翼帆上，材料一般是重量轻的泡沫和复合玻璃钢片材、胶合板(plywood)和/或片状铝。多个组合和层的在弯曲、强度、耐久性、整饰(finish)、美观和/或重量等方面具有不同特性的刚性片状材料可被集成到翼壳体表面中，以生成适于所意欲的实际应用的翼。
[0038] 不管所使用的材料是什么，翼外侧的表面整饰优选是平滑的，以得到低曳力特性。所需要的表面整饰可以是所使用的材料固有的，或者是通过使用高光漆整饰和凝胶涂层(gel coat)来实现的。应当理解，翼的外表面完美地适于在其上呈现标记，例如图形、品牌宣传、广告宣传等。
[0039] 在翼在中立翼型截面和反折弯度翼型截面形状之间变形的范围中，后缘优选保持为是公共的(common)，而前缘在翼上的位置可以是可变的。
[0040] 此外，在翼在中立翼型截面和反折弯度翼型截面形状之间变形的范围中，翼型截面的总体周边基本上保持恒定，而在公共的后缘与前缘的可变位置之间测量的第一和第二区段的各自长度可以是可变的。
[0041] 优选地，前缘在翼的翼型截面的鼻部周围是可变的，其中鼻部比翼的其余部分更容易变形。通常，鼻部与翼型截面的其余部分相比在尺寸上更薄并且/或者由刚度更低的材料制成，以有利于鼻部的变形。
[0042] 一般而言，翼型截面的其余部分的一个或多个其他区域在尺寸上变薄和/或由刚性更低的材料制成，以有利于这些区域中的局部变形，从而使翼能够在使用中以更加预先确定的方式变形。
[0043] 跨翼的翼展相互间隔开的翼的梢部可各自连接到一物件(object)和/或连接到端板，该物件或端板在使用中降低由在翼的蒙皮上方流动的流体流动所生成的翼梢漩涡(wingtip vortices)效应，并/或允许翼在密封中空翼的开口端从而降低曳力的情况下变形。限定在该物件和/或端板与翼之间的间隙可被密封件(seal)或垫圈(gasket)密封。密封件或垫圈可由氯丁橡胶(Neoprin)制成。
[0044] 对于翼的一些应用，优选的是，中立翼型截面关于中立弧线对称并且能向其任何一侧变形而变形为反折弯度翼型截面，从而中立翼型截面是这两个完全变形的反折弯度翼型截面的中间过渡，由此提供完全可逆的可变翼型截面翼。
[0045] 或者，中立翼型截面是反折弯度翼型截面，而翼能变形到的反折弯度翼型截面是更显著反折弯度翼型截面。此外，中立翼型截面可以是下弯(under cambered)提升(lifting)翼型截面。
[0046] 优选地，中立和/或反折弯度翼型截面是下弯提升翼型截面，在其中形成下弯的翼型截面呈现越来越紧的凹形，翼型截面从中立翼型截面渐进地变形。更优选地，所呈现的凹形形成在翼型截面的最大厚度区内或附近的位置中。
[0047] 对于其他应用，中立翼型截面和反折弯度翼型截面是提升截面(lifting section)，中立翼型截面相对于中立弧线是非对称的。通常，中立翼型截面和反折弯度翼型截面是下弯翼型截面。这种翼一般在低速流体介质中是有用的，在低速流体介质中要求高升力特性。在更高速的应用中，反折弯度翼型截面是提升截面，但并非必需是下弯截面，这可能导致不期望的高曳力和层流分层。
[0048] 一般而言，致动器能与翼上或除了翼之外的锚定结构上的致动点(actuation point)邻接和/或连接到所述致动点。如果存在与致动点的连接，则连接可以是刚性的、柔性的和/或铰接的。
[0049] 通常，致动点和致动器至少部分地或完全地位于由翼的蒙皮和翼展限定的翼容积(wing volume)内，从而保护致动点和致动器的容纳在翼容积内的那些部分免受元件(element)影响并将它们隐藏而不被看到。
[0051] 另一实施例中的致动器可以是完全或至少部分地延伸翼的翼展的翼梁(spar)或桅杆的形式，翼梁或桅杆被纵向地被分为分开的翼梁或桅杆半部，分开的半部具有在基本上与中立弧线共面的面上能相对于彼此滑动的第一侧和具有用于移位致动点的形成部的第二侧。
[0052] 另一实施例中的致动器可以是完全或至少部分地延伸翼的翼展的翼梁或桅杆的形式，具有一个或多个滑动板。滑动板具有在与中立弧线基本上平行且相对于中立弧线横向间隔开的面上能相对于翼梁或桅杆的外侧移动的第一侧、以及具有用于移位致动点的形成部的第二侧。
[0053] 另外一个实施例中的致动器可以是完全或至少部分地延伸翼的翼展、并且能够围绕延伸通过翼的翼展的纵向轴线旋转的翼梁的形式，该翼梁具有用于移位致动点的形成部。优选地，这个实施例还包括在翼的撑固点(bracing point)之间在中立弧线上方横向延伸的一个或多个交叉支柱撑条(cross brace strut)。更优选地，能旋转的翼梁和交叉支柱(cross brace)相对于彼此被定位为使得能旋转的撑条更接近前缘，而交叉支柱更接近后缘。
[0054] 在另一可选的、但特别优选的实施例中，致动器是完全或至少部分地延伸翼的翼展的一个或多个被致动翼梁，该翼梁的边缘能与致动点邻接或者连接到致动点。应当理解，用于操作翼的整个变形的致动器的数量可减少到一个，从而这样的方法是最经济的、重量最轻的并且最容易维护的。
[0055] 被致动翼梁可由所述物件和/或端板支承和/或被支承在所述物件和/或端板之间，其中翼梁基本上平行于中立弧线且与中立弧线间隔开地被安装。通常，被致动翼梁能纵向地位移和/或能相对于中立弧线和/或相对于彼此旋转。
[0056] 优选地，被致动翼梁由所述物件和/或端板支承和/或被支承在所述物件和/或端板之间，翼梁被安装为基本上横向跨在中立弧线上并且能横向地位移和/或能相对于中立弧线和/或相对于彼此旋转。
[0057] 更优选地，翼包括在翼的最大厚度区处或附近的主翼梁、位于翼型截面的前缘与主翼梁之间的前缘翼梁、和位于翼型截面的后缘与主翼梁之间的后缘翼梁。
[0058] 一般而言，前缘翼梁更靠近前缘，而非主翼梁。通常，后缘翼梁更靠近后缘，而非主翼梁。优选地，后缘翼梁位于沿中立弧线从后缘向后朝着主翼梁的三分之一距离处。
[0059] 主、前缘或后缘翼梁可以能旋转的方式支承在所述物件或端板上，而主、前缘或后缘翼梁中的其他几个可连接到所述物件或端板，并且跨最大厚度区或在最大厚度区附近连接到翼，其中所述物件和/或端板能被致动器移动以使翼梁跨中立弧线并且相对于彼此横向地位移。
[0060] 在一可选实施例中，主、前缘或后缘翼梁中的一者或多者每一个都是具有能与致动点邻接或连接到致动点的相对边缘的一对翼梁构件，并且相邻边缘能共同地或相对于彼此地跨中立弧线移动，从而使翼型截面能够在将翼型截面变形为反折弯度翼型截面的情况下或在不将翼型截面变形为反折弯度翼型截面的情况下被变形以改变翼的最大厚度。
[0061] 在另一可选实施例中，用部分地或完全地延伸在翼梁对在正常情况下将会与致动点邻接或连接到致动点的区域处或附近延伸的翼的翼展长度的一体式增厚部分来替代翼梁对，所述一个或多个致动器能与一体化增厚部分接合，从而使得能够利用更少的致动固定点来实现翼的变形。沿反折弯度翼型截面的被变形区段生成的拐点的位置能随着翼型截面的变形程度的变化而变化。反折弯度翼型截面的被变形区段中的拐点可以是多个拐点，但优选是在前缘和后缘之间在其上限定的单个拐点。
[0062] 优选地，被变形区段限定连续正弦形状，该连续正弦形状被限定在该区段的从后缘开始测量的最后三分之一长度中。更优选地，被变形区段限定连续正弦形状，该连续正弦形状被限定在该区段的从后缘开始测量的最后三分之二长度中。最优选地，被变形区段限定沿其整个长度在前缘和后缘之间的连续正弦形状。
[0063] 一般而言，翼型截面是能变形的，从而前缘朝着中立弧线的一侧变形，而后缘向中立弧线的另一侧变形，以形成反折弯度翼型截面。
[0064] 当在主导(prevailing)流体流动中使用时，不管是诸如风这样的空气还是诸如水这样的液体，翼朝着中立弧线的第一侧的变形就生成在主方向上的提升力(lifting force)，而翼朝着中立弧线的相反的第二侧的变形就生成在基本上与主方向相反的次方向上的提升力，翼的可逆性以及由此生成的提升力充当翼上的制动和/或后退方式。
[0065] 翼可以是能围绕延伸通过其相对翼梢的旋转轴线旋转的。优选地，翼相对于该旋转轴线倾斜，使得旋转轴线与前缘之间的距离在翼的一个翼梢处较小、而在其相对翼梢处较大。更优选地，翼相对于该旋转轴线倾斜，使得旋转轴线在翼的一个翼梢处更接近前缘、而在其相对翼梢处更接近后缘。
[0066] 通常，翼被旋转轴线分成在前缘、旋转轴线和相对的翼梢之间限定的前缘部分、以及在后缘、旋转轴线和相对的翼梢之间限定的后缘部分。
[0067] 优选地，翼的前缘和后缘部分具有基本上相同的重量，从而使翼关于旋转轴线平衡，并且例如当应用在海洋上的水运工具(water-craft)中时抵消其在横摇(rolling)作用下由重力导致的不期望的旋转。更优选地，翼的后缘部分比其前缘部分更重，从而(参考前述水运工具的例子)充当自行扶正(self-righting)特征并降低水运工具倾覆的风险。
[0068] 围绕旋转轴线对翼的所期望的负重布置可通过在相对于旋转轴线的特定位置加重翼来实现，方法是在翼和/或端板中或上策略性地定位致动器、其他重的部件和/或负重。最优选地，负重布置是在翼的容积内，从而不需要伸出用于外部安置负重的安装吊杆(mounting boom)。
[0069] 与现有技术中的设置相比，翼相对于旋转轴线的倾斜将翼的更大表面积操作性地置于旋转轴线之前。仍然参考水运工具的例子，在使用中由海洋上的水运工具的横摇和艏摇(yawing)导致的翼的摆动(oscillation)(在翼的操作性最高自由端处最大)被翼的前缘部分的增大的表面积抵消，从而降低了翼上的摆动所导致的拍击效应(flapping effect)。
[0070] 优选地，翼的后缘部分的表面积大于其前缘部分的表面积。参考前述水运工具的例子，翼后缘部分与其前缘部分较小表面积相比较大的表面积使翼能够更容易地在主导风向中转舵(rudder)到风中。
[0071] 在使用中，旋转轴线可垂直于主导风向、或者朝着或背离主导风向倾斜。
[0072] 通常，翼在翼梢之间沿其翼展具有渐缩的形状，使得在中立前缘与后缘之间测得的中立翼型截面的弦线在一个翼梢处较短、而在相对的翼梢处较长，翼型截面的较长的弦生成更明显反折弯度翼型截面，从而有助于翼自动地在较大冲角之间围绕旋转轴线转舵。翼的渐缩形状可以是借助于延伸板是可变的，延伸板能回缩到翼的后缘中和/或能从翼的后缘或在翼的后缘上伸长。
[0073] 翼的操作可以是能经由一个或多个控制系统控制的，控制系统包括：
[0074] 一个或多个用于从一个或多个用于测量流体速度和/或方向的流速计(anemometer)、流体驱动的涡轮(turbine)、陀螺仪、加速度计、应变仪、压力传感器、位置传感器和/或倾斜仪接收输入的输入端；
[0075] 一个或多个用于接收用户输入的输入端；
[0076] 能针对传感器输入和/或用户输入进行查询的数据库、协议和/或程序；以及[0077] 一个或多个用于在使用中基于针对传感器输入和/或用户输入对数据库、协议和/或程序进行的查询来控制翼的操作的输出端。
[0079] 控制输出一般包括用于使翼变形的致动器致动、翼在初始静止翼型截面和反折弯度翼型截面之间的致动以及用于使翼进入安全状况的一个或多个安全超控(safety override)。
[0080] 优选地，翼具有失速防止协议(stall prevention protocol)，其包括：
[0081] 至少包含多个主导流体速度和相应翼型截面变形容许程度的数据库，翼型截面变形容许程度将防止翼型截面变形为将自动地设置导致失速的冲角的翼；
[0082] 用于测量主导流体速度的测量装置，该测量装置在使用中能够根据实际测得的主导流体速度生成输入值；
[0083] 用于将该输入值输入到数据库中并对数据库进行查询以输出相应变形容许程度形式的输出值的输入装置；以及
[0084] 用于将该输出值输出到致动器以将翼变形为变形容许程度的输出装置。
[0085] 通常，失速防止系统是基于微处理器的。测量装置可采用多种形式，但在一优选实施例中，测量装置是也能生成电力来对致动器供电、对电池充电和/或对翼上的或翼能够安装到的物件上的其他设备供电的涡轮。优选地，涡轮被安装到翼的端板之一或者与翼的端板之一一体化地集成。
[0086] 翼优选能围绕支承部旋转，翼在该支承部上能够以能旋转的方式安装到所述物件。但是，对于某些应用，翼可被固定在支承部上，翼在该支承部上能安装到所述物件。
[0087] 支承部可被固定到飞行器的机身(fuselage)并从飞行器的机身横向地延伸，翼是一个或多个主翼、水平尾翼(horizontal tail stabilizer)、垂直尾翼(vertical stabilizer)、升降舵(elevator)和/或方向舵。或者，支承部被固定到桨毂(hub)或旋翼柱(rotor mast)并且从桨毂或旋翼柱延伸，翼是螺旋桨(propeller)、旋翼(rotor)、和/或流体驱动或驱动流体的涡轮的一个或多个叶片。在另一可选实施例中，支承部位于发电设备上，翼是被流体能驱动的一个或多个往复(reciprocating)叶片或旋转叶片。
[0088] 支承部可被固定到陆运工具(land-craft)，翼是：用于生成扶正力(righting force)来抵抗横摇的一个或多个翼；用于生成用于提高的牵引的下压力(down-force)的一个或多个翼；和/或用于推进陆运工具的一个或多个翼帆，每个翼帆的支承部是从陆运工具延伸的桅杆。
[0089] 优选地，支承部被固定到水运工具，翼是：用于控制水运工具方向的一个或多个方向舵；用于稳定水运工具的一个或多个龙骨(keel)；用于提升水运工具的一个或多个翼型桨(hydrofoil)；和/或用于推进水运工具的一个或多个翼帆，每个翼帆的支承部是从水运工具延伸的桅杆。
[0090] 为了提供主动横摇控制，龙骨优选是操作性地从水运工具的船体(hull)向外延伸的一个或多个活动龙骨，龙骨能变形以在使用中生成扶正力，从而抵抗水运工具的横摇或倾斜。更特别地，活动龙骨在使用中生成基本上与翼帆生成的提升力相反的提升力。一般而言，所述一个或多个龙骨的变形能通过控制系统进行控制。
[0091] 桅杆可从翼的翼梢之一向外延伸，并能容纳在陆运或水运工具上的相应桅杆容纳形成部内，或者桅杆从陆运或水运工具向外延伸，并能容纳在翼中在翼梢之一处限定的相应桅杆容纳形成部内。优选地，桅杆是具有用于减小例如由波浪作用所导致的翼帆摆动的阻尼器的末节桅杆(stub mast)。
[0092] 根据本发明的第二方面，提供了一种包括一个或多个往复或旋转叶片的发电设备，所述往复或旋转叶片中每一者都是本文中所述和所示的翼的形式的。
[0093] 根据本发明的第三方面，提供了一种本文中所述和所示的翼的形式的龙骨。
[0094] 根据本发明的第四方面，提供了一种本文中所述和所示的翼的形式的翼型桨。
[0095] 根据本发明的第五方面，提供了一种本文中所述和所示的翼的形式的方向舵。
[0096] 根据本发明的第六方面，提供了一种本文中所述和所示的翼的形式的推进构件。一般而言，推进构件是陆运或水运工具上的一个或多个翼帆。应当理解，推进构件可包括被配置为形成螺旋桨的一个或多个翼。
[0097] 根据本发明的第七方面，提供了一种本文中所述和所示的翼的形式的升力生成构件。升力生成构件可以是飞行器的升力翼(lifting wing)、旋翼、螺旋桨和/或尾翼。
[0098] 根据本发明的第八方面，提供了一种有人驾驶或遥控的飞行器，其包括本文中所述和所示的翼的形式的升力翼、旋翼、螺旋桨和/或尾翼。
[0099] 优选地，升力翼以能旋转的方式安装到飞行器的机身，并且能围绕从机身向外横向延伸通过升力翼的翼梢的旋转轴线来相对于机身旋转，从而使朝着反折弯度翼型截面变形的升力翼能够围绕旋转轴线旋转以在使用中自动地设置冲角来为飞行器提供升力，同时在起飞、飞行和降落整个过程中基本上将机身保持在水平取向。应当理解，飞行器还可包括本文中所述和所示的翼的形式的方向舵。
[0100] 根据本发明的第九方面，提供了一种有人驾驶或遥控的机器(craft)，其包括本文中所述和所示的翼的形式的推进构件。推进构件可以是翼帆和/或螺旋桨上的叶片。
[0101] 如果推进构件是翼帆，则翼帆可包括能回缩到翼帆中并且在主导流体流动的方向相对于机器行进方向顺风的情况下能从翼帆展开的三角帆(spinnaker)。通常，三角帆能由能被流体方向传感器触发的展开致动器自动地展开。一般而言，三角帆在沿翼帆的后缘延伸的轨道上能回缩并且能展开。
[0102] 机器还可包括由相对于机器能纵向地在打开位置和关闭位置之间滑动移动的挡风玻璃封闭的驾驶舱，在打开位置中，驾驶舱被揭开，从而使人员能够进入和离开驾驶舱，而在关闭位置中，驾驶舱被盖上。对于特定应用，处于关闭位置的封闭驾驶舱优选是防水的。
[0103] 一般而言，机器包括至少位于驾驶该机器的人的座位上或下方的传感器(例如压力传感器)，用于通过其重量来感测存在驾驶员，并且在压力传感器没有感测到存在驾驶员的情况下，将致动器脱离而不使翼帆变形并使翼帆能够返回到中立翼型截面形状。优选地，压力传感器被校准以在感测到由预定最小量的驾驶员重量产生的压力时使得能够操作机器，从而防止例如小孩驾驶机器。
[0104] 此外，机器包括能由驾驶员操作的切断开关，用于尽可能快和安全地使机器停止。
[0105] 机器具有包括前进-后退控制和方向操纵控制的简单控制。前进-后退控制致动致动器来将翼型截面变形到中立弧线的一侧以提供前进推进力，或者将翼型截面变形到中立弧线的另一侧以提供后退推进力或制动效应。方向操纵控制对方向舵进行致动，以使机器能够被向左或向右操纵。
[0106] 在翼帆的后缘可旋转地跨过机器的龙骨线时，前进-后退控制通常能自动地逆转。在后缘跨过龙骨线的情况下，翼型截面可自动地被变形为紧邻地在后缘跨过龙骨线之前翼帆所采取的翼型截面的精确颠倒，从而使被驾驶员在前进方向上推进的机器能够以反转的翼型截面继续在前进方向上被推进，而无需驾驶员进行任何输入或知道翼型截面的改变。
[0107] 前进-后退控制包括翼帆上的主控制装置和机器上的辅助控制装置，该辅助控制装置使致动器的极性在翼帆跨过龙骨线时切换。对于特定范围的翼帆相对于龙骨线的临界角，翼帆可被朝着对称翼型截面致动或在其自身偏置下被迫使朝着对称翼型截面，以避免翼帆上的曳力变得基本上等于或大于由此生成的升力。
[0108] 此外，翼帆可被朝着对称翼型截面致动或在其自身偏置下被迫使朝着对称翼型截面，以避免翼帆生成的翻倾力矩变得大于预定安全值。
[0110] 优选地，前进-后退控制包括被配置为跨置在第一和第二接触轨上的第一和第二触点。第一和第二触点可位于翼帆或机器上，而第一和第二接触轨位于翼帆或机器中另一者上。一般来讲，第一和第二触点相对于第一和第二接触轨能在第一配置和第二配置之间进行配置。
[0112] 在第二配置中，第一和第二触点分别跨置在第二和第一接触轨上，从而将反转信号传送给致动器，使得来自前进-后退控制的前进或后退信号将翼型截面变形为与在第一配置中由触点和接触轨形成的翼型截面准确地相反的翼型截面，从而继续按照驾驶员的意愿推进机器。
[0113] 机器可以是陆运工具或水运工具。如果机器是水运工具，则其可进一步包括以下中任意一者或多者：本文中所述和所示的一个或多个翼的形式的龙骨、翼型桨、方向舵和/或螺旋桨。
[0114] 优选地，水运工具包括主中央船体和各自与主中央船体的相对两侧侧面相接的一对外伸支架(outrigger)，外伸支架通过从主中央船体的相对两侧横向延伸的连接构件连接到主中央船体。外伸支架可通过连接构件固定到主中央船体，或者通过连接构件可拆卸地连接到主中央船体，从而水运工具可伸缩以进行运输和/或存放。此外，翼帆能从水运工具拆卸下，从而使其更加紧凑，以进行运输和/或存放。
[0115] 外伸支架每一个都包括操作性地从其向下延伸并朝着主中央船体成角度的一个或多个尾鳍(skeg)。
[0116] 一般来讲，主中央船体包括用于对水运工具进行方向控制的方向舵。方向舵可以枢转地支承在主中央船体上，并且操作性地在其中点前方，以提供更好的稳定性和控制。此外，方向舵受到操作性地设置在方向舵前方的防护鳍(guarding skeg)保护，由此保护方向舵不受到冲击损坏以及与碎片或水生生物的可能缠结。
[0117] 优选地，主船体、外伸支架、尾鳍和方向舵吃水浅，以避免对珊瑚礁的损害以及使水运工具能够在浅水域工作。更优选地，翼帆包括漂浮(floatation)装置，用于防止水运工具在倾覆情况下完全翻转。最优选地，水运工具是单座的或串联设置的双座三体式水运工具。附图说明
[0119] 图1是根据本发明一方面的翼在作为安装到水运工具的翼帆的应用中的透视图；
[0120] 图2是图1所示翼帆的透视图；
[0121] 图3是图2所示翼帆在初始静止翼型截面形状中沿线A-A查看的横截面顶视图；
[0122] 图4是图3所示翼帆在反折弯度翼型截面形状中的横截面顶视图；
[0123] 图5是图3所示翼帆在图4所示的翼帆的反折弯度翼型截面中并相对于其的横截面顶视图；
[0124] 图6是翼帆的透视图，展示了从操作性底端查看的致动器设置的一个优选示例的至少一些内部部件；
[0125] 图7是包含可回缩和可展开的三角帆的翼帆的可选实施例的侧视图；
[0126] 图8是图7所示翼帆的可选实施例的顶视图；
[0127] 图9是图8所示翼帆的后缘的放大顶视图，展示了翼帆后缘上的轨道，三角帆的滑块(runner)能够沿该轨道在其回缩位置和展开位置之间行进；
[0128] 图10是图1所示水运工具的翼帆的侧视图；
[0129] 图11是图1所示翼帆和水运工具的前视图；
[0130] 图12是翼帆的另一可选实施例的横截面顶视图；
[0131] 图13是图2所示翼帆的示意图；
[0132] 图14是用于自动地反转翼帆变形的前进-后退控制装置的接触板的示意图；
[0133] 图15-18是翼帆或其他形式的翼的横截面视图，展示了致动器或致动器设置变体的示例；
[0134] 图19是根据本发明一方面的可收缩翼帆在竖立位置中的透视图；
[0135] 图20是形成图19所示可收缩翼帆的多个肋之一的透视图；
[0136] 图21是附图所示可收缩翼帆在收缩位置中的透视图；
[0137] 图22是用于翼帆或其他形式的翼的控制系统的示意图；
[0138] 图23-25是翼帆或其他形式的翼的横截面视图，展示了另一可选致动器或致动器变体设置，用于使得能够实现可变反折弯度翼型截面变形和可变翼厚度变形；以及[0139] 图26是翼帆或其他形式的翼的横截面视图，展示了另外一种可选致动器或致动器变体设置，用于使得能够实现可变反折弯度翼型截面变形和可变翼厚度变形。
具体实施方式
[0140] 根据包括设备、系统、和方法的本公开的翼可应用于多种应用。为了提供对本发明的详细描述，将参考其作为被应用于水运工具200的翼帆的应用来对翼进行描述，翼帆在附图中被一般性地用附图标记10来指代。
[0141] 参考图1和图2，翼帆10被支承在通常分别位于翼帆10的操作性上部翼梢和下部翼梢处的第一端板12和第二端板14之间，第一端板和第二端板用于防止气流从高压向低压侧溢出到翼帆10的翼梢上方和/或溢出到中空的翼帆10内，从而尽可能地防止产生漩涡。在翼帆10和端板12、14之间限定间隙(未示出)，该间隙通常被垫圈或密封件封闭，该间隙允许翼帆10和端板12、14之间的移动。
[0142] 桅杆16从第二端板14向下延伸，翼帆10能绕其旋转。应当理解，代替桅杆16从第二端板14向下延伸，第二端板14可限定桅杆容纳形成部，从水运工具200延伸的桅杆能以能旋转的方式容纳在该桅杆容纳形成部中。
[0143] 在这些不同的桅杆实施例的任一个中，翼帆10能绕旋转轴线18自由地旋转，从而使翼帆10能自动地设置其自身相对于主导风向的冲角。
[0144] 因此，本发明的翼帆的一个方面被理解为包括在没有操舵索(steering line)和/或缆索的外部帮助的情况下自调的冲角。在一些示例中，操舵索和/或缆索可被并入，以补充翼帆的自调能力，如下文中进一步所述。
[0145] 现在还参考图13，翼帆10在一实施例中相对于旋转轴线18倾斜，从而在翼帆10的下部第二端板14翼梢处旋转轴线18与前缘20之间的距离小于在其上部第一端板12翼梢处旋转轴线18与前缘20之间的距离。
[0146] 更具体地，翼帆10相对于旋转轴线18倾斜，从而旋转轴线18在翼帆10的下部第二端板14翼梢处更接近前缘20，而在其上部第一端板12翼梢处更接近后缘22。在另一示例中，翼帆10倾斜程度更低，并且使用平衡物(counterweight)(未示出)来相对于旋转轴线18平衡翼帆。
[0147] 效果是旋转轴线18将翼帆10分成了前缘部分“A”和后缘部分“B”。在实践中，通过与现有技术的设置相比使翼帆10的更大表面积操作性地在旋转轴线前面，就具有抗衡由水运工具200在海上的艏摇和横摇导致的翼帆10的上部第一端板12翼梢处高摆动程度的效果。不期望的摆动可通过作用于桅杆16上的阻尼器(未示出)来进一步抗衡。
[0148] 应当理解，源于水运工具200在海上的艏摇和横摇作用的翼帆10的摆动使翼帆10围绕旋转轴线18拍击(flap)。作为对该拍击效应的抗衡，翼帆10的前缘部分“A”和后缘部分“B”具有基本上相同的重量，从而使翼帆10关于旋转轴线18平衡。
[0149] 实际上，优选的是，翼帆10的后缘部分“B”比前缘部分“A”重，以在作用于其的重力下，限制翼帆10在水运工具200在横摇期间倾斜的情况下围绕旋转轴线旋转。具有更重后缘部分“B”的另一优点是其充当自行扶正特征，从而降低水运工具200倾覆的风险。应当理解，翼帆10关于旋转轴线的所期望的负重可通过在相对于旋转轴线18的特定位置加重翼来实现，和/或通过在翼帆10中策略性地定位致动器、其他重的部件和/或负重来实现。
[0150] 优选地，翼帆10的后缘部分“B”的表面积大于其前缘部分“A”的表面积，从而使翼帆10能够更容易地转舵到风中。此外，优选的是，旋转轴线18基本上垂直于水运工具200。
[0151] 图3示出了翼帆10沿图1所示线A-A的横截面，该横截面是翼帆10的中立翼型截面26。虽然中立翼型截面26已经被图示为关于延伸通过翼帆10的中立前缘20和后缘22的中立中弧线28对称，但应当理解，对于其他应用，诸如用于飞行器的翼，中立翼型截面26可能关于中立中弧线28是不对称的。
[0152] 翼帆10包括第一翼型区段30和第二翼型区段32，它们在中立前缘20和后缘22相交，沿其长度跨过中立中弧线28相互间隔开。为了本说明书的目的，对术语“中弧线(mean camber line)”的引用将被理解为是第一和第二翼型区段30、32之间中间点的轨迹(locus)，其在翼帆10变形时可以是可变的。
[0153] 第一和第二翼型区段30、32可各自由彼此端到端地连接或固定的一个或多个翼型构件形成。可替换地，如附图中所示的优选实施例的情形那样，第一和第二翼型区段30、32是细长翼型壳体34的一体化的相对的第一和第二构件。
[0154] 不管翼帆10和/或第一和第二翼型区段30、32如何形成，翼型截面26优选是连续闭环翼型截面，从而防止第一和第二翼型区段30、32的端部相对于彼此滑动。可预知地，前缘形状(未示出)和后缘形状(未示出)可被使用，并且翼型区段30、32附接到这两个形状以形成翼型壳体34。
[0155] 翼型壳体34是半刚性且自支承的，其外表面是蒙皮36，在使用中空气能在蒙皮上方流动以产生推进水运工具200所需要的压力差或升力。
[0156] 在其他应用和配置中，蒙皮36可以是支承在第一和第二翼型区段30、32上方的单独构件，第一和第二翼型区段30、32共同地形成沿翼帆10的翼展相对于彼此间隔开的翼型肋。此外，蒙皮36可由织物材料制成，从而使翼帆10能够通过将翼型肋彼此顶靠或至少朝着彼此移动而被收缩。
[0157] 现在返回到附图中所示的本发明的优选实施例，翼型壳体34可以由刚性片状材料制成，优选由金属或钢(即不锈钢)、铝、木材、复合材料、泡沫和/或上述材料的任意组合制成。不管是什么材料，形成翼型壳体34的翼型区段30、32都应该是重量轻的、回弹性的，从而将翼帆10从任何被变形翼型截面形状朝着中立翼型截面26偏置，并且具有比作用于翼型区段30、32上来将翼帆从中立翼型截面26变形的致动器在翼型区段30、32中生成的压缩荷载大的临界屈曲荷载。
[0158] 为了本说明书的目的，临界屈曲荷载将被理解为是构件在其中发生屈曲(buckling)之前能够承受的最大载荷，其是此类构件的杨氏模数与横截面的区域惯性矩(area moment of inertia)的函数。
[0159] 在使用中，随着翼帆10被致动器变形，如下文中将进一步讨论的那样，翼型区段30、32中至少一者(诸如发生压缩的侧)上任意两点之间的位移被减小，从而在这样的翼型区段30、32中生成压缩载荷。这样的翼型区段30、32抵抗压缩载荷的能力与翼型区段30、32的闭环构型以及其端部不能滑动经过彼此一起使这样的翼型区段30、32采取具有拐点的形状，从而使翼形成反折弯度翼型截面26′，如图4和图5中所示，其示出了分别向中立中弧线
28的任一侧变形、并具有基本上正弦变形的中弧线28′的反折弯度翼型截面26′。
28的任一侧变形、并具有基本上正弦变形的中弧线28′的反折弯度翼型截面26′。
[0160] 翼帆10能够向中立中弧线28的任一侧变形而变形为反折弯度翼型截面26′的能力提供了完全可逆的可变形翼帆10。完全可逆性使翼帆10向中立中弧线28的一侧的变形能够用作对水运工具200的前进推进，并且使向中立中弧线28的另一侧的变形能够用作制动和/或后退推进，从而与目前可获得的其他风推进水运工具相比，为水运工具200提供了显著提高的控制。
[0161] 参考图3到图5，应当理解，翼帆10能够变形为反折弯度翼型截面26′的能力在很大程度上是因为在整个变形范围中将后缘22保持为对于每个翼型截面是公共的，同时使前缘20能够沿翼型截面26的鼻部40移动或卷动(scoll)。
[0162] 具体参考图4，随着中立弯度翼型截面26被变形为反折弯度翼型截面26′(其正在减缩第二翼型区段32上的两个点)，鼻部40变形为变形鼻部40′，其中变形前缘20′位于在新前缘20′和后缘22之间延伸的反折中弧线28′上。在中立弯度翼型截面26中，在中立前缘20和后缘22之间测量得到的第一翼型区段30的长度是第一长度L0，而在反折弯度翼型截面26′中，在变形前缘20′和后缘22之间测量得到的第一翼型区段30′的长度是更长的第二长度L1。
[0163] 翼型区段30、32的临界屈曲荷载特征及其在用于形成翼型壳体34的连续闭环中的构型意味着任何变形形状中的翼型区段将基本上保持恒定的翼型截面周边长度。因此，第一翼型截面30的长度在具有基本上恒定的翼型截面周边长度的翼型截面中从第一长度L0增大到第二长度L1就必然导致第二翼型区段32的长度缩短。第一和第二翼型区段30、32各自长度的变化受到后缘22的抵抗，从而在其上产生推压/拉拔效应，并使翼帆10的后缘22和/或尾部部分42、42′自由移动跨过中立弧线28，以“踢(kick)”进反折弯度翼型截面26′。
[0164] 在使用中，在主导方向为W的风中，反折弯度翼型截面26′的变形尾部42′(图4)使反折弯度翼型截面26′围绕旋转轴线18在方向P1上枢转。在主导风向W与穿过变形前缘20′和后缘22的变形弦44之间限定的角度β+表示翼帆10的冲角。由于翼帆10能绕旋转轴线18自由地旋转，所以翼帆10能够自动地设置其自己的冲角β+并生成相对于中立中弧线28在第一方向上指向的第一提升力T1。
[0165] 图5示出了翼帆10的可逆性。通过现在增大第二翼型截面32(而非第一翼型截面30)的长度L1而产生的翼帆10的变形使翼帆10以与参考图4所述基本上相同的方式呈现反折弯度翼型截面26′，这次，反折弯度翼型截面26′的变形尾部42′迫使反折弯度翼型截面
26′围绕旋转轴线18在方向P2上枢转并自动地设置冲角β-。因此，翼帆10能够生成相对于中立中弧线28和第一提升力T1在相反的第二方向上指向的第二提升力T2。
26′围绕旋转轴线18在方向P2上枢转并自动地设置冲角β-。因此，翼帆10能够生成相对于中立中弧线28和第一提升力T1在相反的第二方向上指向的第二提升力T2。
[0166] 相反的第一和第二提升力T1、T2使水运工具200能够在一个方向上被推进以及被制动和/或在相反方向上后退，从而与现有的相当的水运工具相比，提供了水运工具200的多得多的控制。为了促进提升，翼帆10的与提升力T1、T２被生成到的侧相对的翼型区段30、32向内朝着反折弧线28′弯曲，从而形成下弯提升翼型截面。虽然凹形下弯被图示为只在翼帆10被变形为反折弯度翼型截面26′的情况下才发生，但其实际上也可能在除了在反折弯度翼型截面26′中之外以其他方式发生。例如，在用于飞行器的翼的应用中，翼型截面可在其中立形状中限定下弯。
[0167] 为了进一步促进提升，翼型区段30、32(和/或由其形成的翼型壳体34)的某些预定部分的厚度和/或材料特性可与其其余部分不同，以与所述其余部分相比，在这些预定部分中促进更大或更小程度的变形。这就使得能够实现翼帆10的受控或预定的变形。优选地，翼帆10的至少鼻部40、40′与翼帆10的其余部分相比由更薄或刚性更低的材料制成，以促进在鼻部40、40′中更大程度的变形。
[0168] 应当理解，中立翼型截面26可以以多种不同方式并且以多种不同致动器配置来从其开始朝着反折弯度翼型截面26′变形，如上所述，即通过改变翼型截面上点的位移。
[0169] 在一个示例中，通过用类似附图标记指代类似部件，图15示出了中立翼型截面426的横截面，其具有在滑轮(pulley)上运行的缆索427形式的致动器，用于将致动点429相对于彼此位移，以将翼帆从中立翼型截面426变形。
[0170] 在第二示例中，图16示出了中立翼型截面526的横截面，其具有以能旋转的方式安装在桅杆管(mast tube)433上的翼梁或杆臂(lever arm)431形式的致动器、以及在致动点429A之间横向地延伸跨过中立弧线428的一个或多个交叉支柱撑条435。杆臂431包括用于将致动点429B相对于致动点429A位移以将翼帆从中立翼型截面426变形的形成部。
[0171] 在第三示例中，图17示出了中立翼型截面626的横截面，其具有翼梁或桅杆637形式的致动器，翼梁或桅杆637具有一个或多个滑板(sliding plate)639，滑板639具有相对于翼梁或桅杆637的外侧能滑动的第一侧和具有用于将致动点629位移以将翼帆从中立翼型截面426变形的形成部的第二侧。
[0172] 在第四示例中，图18示出了中立翼型截面726的横截面，其具有纵向地分成分开的翼梁或桅杆半部737A、737B的翼梁或桅杆形式的致动器，所述分开的半部具有在基本上与中立弧线共面的平面上相对于彼此能滑动的第一侧和具有用于将致动点位移以将翼帆从中立翼型截面726变形的形成部的第二侧。
[0173] 在一个示例中，翼帆10包括主翼梁46、前缘翼梁48和后缘翼梁50(图6)。主翼梁46可以是能与翼型区段30、32邻接，但优选可沿相对的侧连接到翼型区段30、32并跨过中立中弧线28，以被内部地定位于翼型壳体34内并且在中立翼型截面26的最大厚度位置处或附近。
[0174] 前缘翼梁48也可以是能与翼型区段30、32邻接，但优选可沿相对的侧连接到翼型区段30、32并跨过中立中弧线28，以被内部地定位于翼型壳体34内并且在前缘20和主翼梁46之间。
[0175] 后缘翼梁50也可以是能与翼型区段30、32邻接，但优选可沿相对的侧连接到翼型区段30、32并跨过中立中弧线28，以被内部地定位于翼型壳体34内并且在后缘22和主翼梁46之间。翼梁46、48、50中每一者基本上延伸翼帆10的翼展的长度，并且柔性地或以铰接方式与翼型区段30、32连接。
[0176] 前缘和后缘翼梁48、50以能旋转的方式在其各自的端部处支承在能容纳在第一和第二端板12、14上的相应定位孔54内的销52上。这样，前缘和后缘翼梁48、50相对于第一和第二端板12、14被限制进行纵向和/或横向移动，但能自由地围绕分别穿过前缘和后缘翼梁48、50中每一者的中心轴线旋转。
[0177] 主翼梁46由翼帆10的翼型壳体34支承并被支承在翼帆10的翼型壳体34内，从而主翼梁保持为不固定并且相对于第一和第二端板12、14有效地浮置。致动器53连接到主翼梁46的每一端。每个致动器包括具有自由端56的致动器臂55，自由端56能容纳在第一和第二端板12、14中每一者中所限定的导槽58形式的致动引导形成部内。
[0178] 在使用中，致动器臂55能由致动器53控制，以枢转到中立弧线28的任一侧，从而使致动器臂55的自由端56沿在第一和第二端板12、14中每一者中限定的导槽50邻接和跨置。利用连接到主翼梁46的致动器53，致动器自由端56与导槽58的邻接所生成的力被转换为主翼梁46相对于第一和第二端板12、14的基本上横向的移动。应当理解，主翼梁46的移动也可被描述为是基本上横切中立弧线28。
[0179] 主翼梁46相对于中立弧线28的横切运动将主翼梁46和翼型壳体34之间的接触线沿相对于中立弧线28基本上横切的第一方向移动。销接到第一和第二端部12、14并且只被允许相对于其旋转的前缘和后缘翼梁48、50抵抗主翼梁46沿翼型壳体34分别与前缘和后缘翼梁48、50之间的接触线在与第一横切方向基本上相反的第二横切方向上的横切移动。
[0180] 应当理解，由于翼梁46、48、50相对于彼此的移动，至少翼梁46、48、50与翼型壳体34之间的接触点/线能相对于彼此位移，从而将中立翼型截面26变形为反折弯度翼型截面
26′。在去激活致动器530时，致动器的自由端56被返回到导槽58中的中心中立位置，从而使翼帆10能回弹性地返回到其中立翼型截面26。
26′。在去激活致动器530时，致动器的自由端56被返回到导槽58中的中心中立位置，从而使翼帆10能回弹性地返回到其中立翼型截面26。
[0181] 在一个示例中，致动器(诸如翼梁之一)被通电以将翼型壳体34偏转，这使中立弧线28转化为反折弧线28′。具有由所述一个或多个翼梁导致的特定反折构型的反折翼型壳体自动地围绕旋转轴线18旋转以设置其自己的冲角。
[0182] 还应当理解，前面详细描述的翼帆10的变形方式只需要至多仅仅8个主要部件，即：翼型壳体34；三个翼梁46、48、50；两个端板12、14；和两个致动器53。应当想到，通过去除翼梁中至少一个和致动器之一就能进一步减少主要部件的数量。
[0183] 前缘和后缘翼梁48、50相对于翼帆10的前缘和后缘20、22的位置能影响翼型截面的被变形形状的形状。优选地，前缘翼梁48被定位为跟与主翼梁46相距相比，显著地靠近前缘20。后缘翼梁50优选也被定位为与后缘22的距离比与主翼梁46的距离更近，但并不是如同前缘翼梁48与前缘20那么地靠近。最优选地，后缘翼梁50位于沿中立弧线28从后缘22向后朝着主翼梁46的三分之一距离处。
[0184] 现在具体地参考图2，翼帆10具有从翼帆10的操作性下部第二端板14朝着其操作性上部第一端板12渐缩的延伸板60。换言之，中立翼型截面26的前缘和后缘20、22之间的弦长度在翼帆10的操作性上部第一端板12端处比在其操作性下部第二端板14端处的弦长度短。
[0185] 延伸板60是为翼帆10提供更明显反折弯度翼型截面26′的装置，从而辅助翼帆10在较大冲角β之间围绕旋转轴线8转舵。此外，延伸板60要么固定到翼帆10，要么相对于翼帆10以能移动的方式能延长和/或能回缩，从而翼帆10的表面积是可变的。
[0187] 传感器输入源自一个或多个流速计(用于测量流体速度和/或方向)、流体驱动的涡轮、陀螺仪、加速度计、应变仪、压力传感器、位置传感器和/或倾斜仪。
[0189] 软件是针对传感器和用户输入对其进行查询的数据库、协议和/或程序中的一者或多者，控制系统然后输出相应的输出来以适当的方式控制翼帆(即致动致动器以将翼帆变形为特定反折弯度翼型截面)。
[0190] 内置到控制系统内(或作为独立单元)，翼帆10还能受失速防止协议的控制。应当想到，失速防止系统具有数据库，该数据库上载有通过与主导风速相关的测试而获得的信息和相应翼型截面变形容许程度，相应翼型截面变形容许程度将防止翼型截面变形为将自动地设置在该特定风速导致失速的冲角的翼型截面。
[0191] 在使用中，主导风速由测量装置测量，并且被输入到数据库，测量装置例如是微型风涡轮(miniature wind turbine)形式的。然后用风速值查询数据库，以识别翼型截面变形的相应容许程度。翼型截面变形容许程度以某种信号的形式被输出给致动器，以使翼帆10变形不超过翼型截面变形容许程度。速度测量风涡轮可兼任用于对水运工具200上的电气系统供电和/或对电池充电以供随后使用的发电设备。
[0192] 对于正好顺风的航行，有用的是，翼帆10具有能展开的三角帆62(图7)。三角帆62可以是能收藏(stowable)在主翼梁46的中空部分中，并且能从那里通过在一端64A连接到三角帆62并在另一端64B捕获在沿翼帆10的后缘22延伸的轨道中的滑块64(图9)来展开。滑块64能沿轨道66从翼帆10的操作性下部第二端板14端朝着其操作性上部第一端板12端操作性地向上移动，从而将三角帆从其在主翼梁46内的收藏位置拉到其完全展开位置。应当理解，当不需要时，三角帆62能通过反转展开操作而返回到主翼梁46内的收藏位置。
[0193] 缆索系统可用于将三角帆62拉到收藏和/或展开位置。此外，应当想到，三角帆62能由能被风向传感器(未示出)触发的展开致动器(未示出)自动地展开。
[0194] 现在参考图1、图10和图11，示出了被实现为具有在任一侧上侧面相接有外伸支架204、206的主船体202的单座三体式水运工具的水运工具200。外伸支架204、206通过连接构件204A、206A连接到主船体，连接构件204A、206A能以可脱开的方式连接到主船体202，从而使水运工具200能够收缩为紧凑形式以用于存储和/或运输。为了进一步增强水运工具的紧凑性，应当理解，翼帆10还以可拆卸的方式安装在水运工具200上。
[0195] 主船体202包括用于水运工具200的方向控制的方向舵208。为了改进的稳定性和控制的目的，方向舵208相对于主船体202围绕操作性地位于其中点前面的轴线枢转，并且受到防护鳍210保护以避免冲击损害和与碎片或水生生物的可能缠结。尾鳍204B、206B(图11)还从每个外伸支架操作性地向下延伸，朝着主船体202成角度，以进一步改善稳定性和控制，并使得能够实现高速拐弯(cornering)。应当理解，水运工具200及其所有附属物吃水浅，从而使水运工具200能在浅水域中工作，特别是在对损害敏感的珊瑚礁上方。
[0196] 为了安全的目的，大量安全特征已经被结合到水运工具200中。第一个安全特征是位于翼帆10中的漂浮装置(未示出)，用于防止水运工具200在倾覆的情况下完全翻覆。第二个安全特征是覆盖驾驶舱的挡风玻璃212，从而为驾驶舱提供防水能力，并防止驾驶者在水运工具200倾覆的情况下溺水。实践中，受到悬伸端板14对竖直方向上的移动的限制，挡风玻璃212能操作性地向前和向后滑动，以为驾驶者提供对驾驶舱的进出。
[0197] 第三个安全特征是位于驾驶者座位下的压力传感器(未示出)。在压力传感器没有感测到驾驶者的重量、或至少预先确定的最小重量的情况下，致动器53不能工作来将翼帆10变形。第四个安全特征是包括驾驶者在任何时候能触发以立即去激活致动器53的切断开关(未示出)，从而使翼帆10能够回弹性地恢复到中立翼型截面26并使水运工具200快速且安全地停下。
[0198] 重要的是，水运工具200的控制保持为尽可能简单，从而使即使具有很少或没有先前航行经验的人也能自信地操作水运工具200。这样，应当想到，水运工具200将具有两个主要控制，即前进-后退控制和方向操纵控制。
[0199] 前进-后退控制控制致动器53对翼帆10变形的程度，以生成升力来向前推进水运工具200。或者，前进-后退控制能使翼帆10变形以在与为了向前推进水运工具200而生成的升力相反的方向上生成升力，从而充当制动器并最终使水运工具200后退。方向操纵控制简单地操作方向舵208，从而使驾驶者能够将水运工具200向左或向右进行导向。
[0200] 在航行期间，翼帆10能相对于水运工具200围绕旋转轴线18自由地旋转。当水运工具200在航行期间改变方向时，翼帆10能自由地摇摆(swing)跨过水运工具200的龙骨线(keel line)，从而后缘22从龙骨线的一侧移动到另一侧。对术语“龙骨线”的引用将被理解为是指主船体202的从船首(bow)到船尾(stern)延伸的纵向中心线。翼帆10还能通过在保持水运工具方向的同时改变致动器增大或减小弧线的挠曲来围绕旋转轴线旋转。
[0201] 因此，在不具有用于自动地反转前进-后退控制的装置的情况下，当后缘22从龙骨线的一侧移动到另一侧时，即使驾驶者将前进-后退控制保持在前进方向上，先前在前进方向上推进水运工具200的反折弯度翼型截面26′也会立即用于制动和/或后退水运工具200。
[0202] 将用于自动地反转前进-后退控制的装置(未示出)包括在水运工具200中就在后缘22跨过龙骨线的情况下将翼帆10变形为与先前在前进方向上推进水运工具200正好相反的反折弯度翼型截面26′，从而在没有驾驶者的任何输入或者驾驶员不知道翼型截面改变的情况下继续向前推进水运工具200。
[0203] 用于自动反转前进-后退控制的装置(未示出)可以多种不同的方式来实现，例如由通常具有切换前进-后退控制的极性的能力的磁性传感器、光学传感器或机械转换器类型的设备(如下文中所述)来实现。
[0204] 在前进-后退控制的机械转换器类型实施例中，并且现在参考图14，应当想到，前进-后退控制包括接触板68，接触板68具有围绕环形接地轨道(circular earth track)80同心布置的代表性龙骨线74的第一侧上的第一正弧和负弧轨道70、72和代表性龙骨线74的相对第二侧上的第二正弧和负弧轨道76、78。在代表性龙骨线74的第一侧上，环形接地轨道80直接侧面是第一正弧轨道70，而在代表性龙骨线74的第二侧上，环形接地轨道80直接侧面是第二负弧轨道78。
[0205] 这样，被配置为围绕旋转轴线18在预先确定的环形路经上跨置在轨道70、72；76、78上的触点(未示出)经过正和负轨道70、72；76、78之间，具有切换对制动器53的极性的效应，从而得到施加于翼帆10的变形的反转。触点可位于翼帆10或水运工具200上，而接触板
68定位在翼帆10或水运工具200中另一者上。实践中，触点和接触板68的最佳位置是围绕桅杆16。
68定位在翼帆10或水运工具200中另一者上。实践中，触点和接触板68的最佳位置是围绕桅杆16。
[0206] 这样，驾驶者的前进控制将继续使水运工具200在前进方向上推进，而不管翼帆10围绕旋转轴线18的位置″P″。存在翼帆10相对于代表性龙骨线74的一定范围的临界角θ，在其中，翼帆10的翼型截面被致动或回弹性地返回到对称中立翼型截面，以避免翼帆10上的曳力变得基本上等于或大于翼帆10所生成的升力。
[0208] 例如，前缘和后缘翼梁48、50可由翼型壳体34支承并相对于端板12、14浮置，从而前缘和后缘翼梁48、50能被致动器53横向移动跨过中立弧线28，其中主翼梁46以能旋转的方式销接到端板12、14。
[0209] 另一示例是，翼帆10具有的初始静止翼型截面是这样的截面，即在移除了来自致动器的力之后，翼帆10固有地朝着该截面偏置。初始静止翼型截面可以是中立翼型截面、反折弯度翼型截面或者它们之间的任何增量翼型截面。
[0210] 再一个示例是使用连接在翼型壳体34和/或端板12、14上的关键点(key point)之间的套管伸缩块(telescoping ram)或缆索来使关键点相对于彼此位移，以便使翼帆10变形。参考图12，翼型壳体134具有部分地或完全地延伸翼帆10的翼展长度的加厚部分300，被致动的变形机构能连接到该加厚部分。加厚部分使得能够借助于更少的致动固定点来实现翼型壳体134长的长度的变形。
[0211] 另一示例是可伸缩织物翼帆实施例以及可对其进行实现的大量不同方法。在图19中示出了这些此类方法中的仅仅一个，展示了处于竖立位置的翼帆810，其中为了进行示意性的说明，将织物蒙皮从其移除。
[0212] 现在还参考图20，翼框架由多个肋83构成，他们在被迫使到竖立位置中时在前缘和后缘820、822处相互邻接，以为翼帆810提供基本上刚性的前缘和后缘，从而使其能够在高速下工作。优选地，每个肋具有各自的前缘和后缘邻接形成部815、817，这些形成部中每一者都沿相反的方向朝着第一和第二端板812、814向外延伸。
[0213] 所述多个肋813在第一和第二端板812、814之间以间隔开的间隔固定到织物蒙皮构件(未示出)，其中蒙皮构件的相对两端还被锚定在第一和第二端板812、814处或附近。在竖立位置中，第一和第二端板812、814通过将可伸缩桅杆819延伸进入竖立位置中而被迫使彼此远离，如图19中所示。
[0214] 虽然可伸缩桅杆819被图示为套管伸缩式桅杆，但应当理解，其可以是任何类型的可伸缩桅杆，包括剪式升降桅杆(scissor lift mast)或活塞桅杆(piston mast)。此外，肋可包括加强形成部821，用于加强肋、和或用于提供表面，其中在翼处于收缩位置中时，上覆肋可依靠在该表面上。
[0215] 为了将翼帆收缩到收缩位置，如图21中所示，套管伸缩式桅杆819被回缩以使第一和第二端板812、814朝着彼此移动，从而使肋813移动离开彼此邻接布置而进入彼此嵌套布置，以提供非常紧凑的收缩翼帆810，优选能从水运工具移除并存储在保护套中。
[0216] 本发明的另一可能的修改形式或变形形式是，中立翼型截面已经是反折弯度翼型截面，而翼10能变形到的反折弯度翼型截面是更显著反折弯度翼型截面。
[0217] 本发明的可能修改形式或变形形式的另一示例是致动器的另一可选配置，用于使得能够实现可变的反折弯度翼型截面以及增大或减小翼910的厚度的能力，这对于飞行器行业而言特别有意义。
[0218] 图23示出了翼910的对称翼型截面，翼910具有能以能枢转的方式在两个致动点929之间移动的被致动构件931，使得其在一个方向上的角位移导致反折弯度翼型截面以及翼910的厚度减小(图24)，特别适于高空高速巡航。被致动构件931在相反方向上的角位移(图25)导致另一反折弯度翼型截面以及翼910的厚度增加，特别适于低空低速巡航，例如在飞行器接近着陆时。
[0219] 应当理解，可使用很多不同致动器配置来获得可变的反折弯度增大-减小翼型截面(图26)。例如，两个被致动构件931A、931B可被用于增强反折弯度翼型截面和此类翼型截面的厚度的控制。
[0220] 应当想到，改变翼厚度的能力不仅将显著地减少不利的艏摇和翼尖失速(属于驾驶导致的死亡事件的最大因素)，消除了对尾桁和方向舵的需要，并且获得了高度改善的燃料经济性和降低的飞行器制造成本。
[0221] 本发明的可能修改形式或变形形式的另外一个示例是将翼应用作为从水运工具的船体操作性地向外延伸的一个或多个活动龙骨，从而为水运工具提供主动横摇控制，同时消除对沉重的复杂的龙骨的需要。在使用中，并且通过经由控制系统的控制，活动龙骨可被变形，以生成抵抗水运工具倾斜的相反扶正力(通常地，与翼帆生成的提升力基本上相反的提升力)。这样，水运工具行进时的倾斜是可控的，从而可能几乎消除倾覆。
[0222] 应当理解，活动龙骨可采用很多构型，例如被配置为从船体操作性地向下延伸的一个或多个活动龙骨；基本上与桅杆共面；基本上垂直于桅杆；或以一定角度，以在活动龙骨和桅杆之间限定钝角。
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