Project of a wing-sail for propelling yachts

Kamil Jankowski

Abstract

The subject of the thesis is “Project of a wing-sail for propelling yachts”. For many years in sailing, despite the fact of instantaneous technical development, there was no revolutionary change in the concept of propulsion. It seems that stiff wing-sails will be an evolutionary improvement of today’s sails. They offer much more possibilities than traditional rig and much better aerodynamic performance. Design process was started by gathering and analysing of existing wing-sails’ data. Then one dedicated to sailing yachts was designed. The thesis enclose defining of aerodynamic concept, structure and details. Critical cases were investigated and taken into account in strength analysis. At the end, performance and mass of the new design was compared to existing one with “soft” sails. The all process was aided by CAD/CAM/CAE software Unigraphics NX by creating a detailed 3D model of complete structure. The designed wing-sail has number of advantages in comparison to “traditional” rig. They are: excellent performance in up-wind sailing, very easy handling and enhanced safety. Because controlling doesn’t need large forces, it can be easily controlled by a programmable unit via servomechanisms. It is also suitable for conducting tests leading to taking advantage of Katzmayer effect, which can result in decrease of aerodynamic drag, due to induced angle of attack oscillations. After a few changes the wing-sail can be used for propelling practically all vessels, even big merchant ships.
Diploma typeEngineer's / Bachelor of Science
Diploma typeEngineer's thesis
Author Kamil Jankowski (FPAE)
Kamil Jankowski,,
- Faculty of Power and Aeronautical Engineering
Title in PolishProjekt żaglo-skrzydła do napędu jachtów
Supervisor Mirosław Rodzewicz (FPAE / IAAM)
Mirosław Rodzewicz,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics

Certifying unitFaculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unitThe Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE / IAAM)
Study subject / specialization, Lotnictwo i Kosmonautyka
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date30-06-2008
Issue date (year)2008
Pages99
Internal identifierMEL ; PD-595
Reviewers Mirosław Rodzewicz (FPAE / IAAM)
Mirosław Rodzewicz,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics
, Cezary Galiński (FPAE / IAAM)
Cezary Galiński,,
- The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics
Keywords in Polishżeglarstwo, jachty żaglowe, transport morski, napędy alternatywne, pędnik wiatrowy,
Keywords in Englishxxx
Abstract in Polish Tematem pracy dyplomowej jest „Projekt żaglo-skrzydła do napędu jachtów”. W żeglarstwie od długiego czasu, mimo ciągłego i intensywnego rozwoju technologicznego, nie nastąpiła żadna rewolucyjna zmiana w obszarze koncepcji pędnika. Ewolucyjnym rozwinięciem powszechnych obecnie żagli o bardzo małej grubości wydaje się zastosowanie grubszych żaglo-skrzydeł, o większych możliwościach dopasowania do konkretnych zastosowań i możliwych do uzyskania lepszych osiągach. Punktem wyjścia dla prac było zebranie i przeanalizowanie danych dotyczących dotychczasowych przypadków zastosowania koncepcji sztywnych żagli w różnych dziedzinach żeglugi, a następnie, w oparciu o zgromadzoną wiedzę, zaprojektowanie żaglo-skrzydła do napędu jachtów. Projektowa część pracy obejmuje opracowanie koncepcji aerodynamicznej pędnika, jego struktury nośnej oraz detali konstrukcyjnych, dzięki którym układ jest w stanie funkcjonować. Określono przypadki wymiarujące i przeprowadzono obliczenia wytrzymałościowe. Porównano osiągi, masy i parametry użytkowe z tradycyjnym ożaglowaniem. Proces projektowania został przeprowadzony z wykorzystaniem programu CAD/CAM/CAE Unigraphics NX, w wyniku czego otrzymano szczegółowy model konstrukcji. Zaprojektowany pędnik wyróżnia się licznymi zaletami w porównaniu do ożaglowań opartych na miękkich żaglach. Poza znakomitymi osiągami w kursach na wiatr, charakteryzuje się prostotą obsługi (sterowanie pędnikiem może być zredukowane do dźwigni ciągu) wynikającą z aerodynamicznego sterowania kątem natarcia płata głównego przez wychylenie statecznika. Stwarza to duże możliwości automatyzacji procesu sterowania, służące optymalizacji osiągów i zwiększenia bezpieczeństwa. Pędnik w dowolnej chwili może być ustawiony „w chorągiewkę” co ogranicza siłę generowaną na pędniku do niewielkiej siły oporu. Ważny jest fakt, że udało się utrzymać masę pędnika na poziomie porównywalnym z „miękkimi” ożaglowaniami. Konstrukcja może posłużyć do przetestowania w praktyce zastosowania efektu Katzmayera, który skutkuje spadkiem oporu aerodynamicznego, wywołanego przez oscylacje kąta natarcia głównego płata. Zaprojektowana koncepcja żaglo-skrzydła może być wykorzystana po odpowiednim przeskalowaniu na jednostkach o innym przeznaczeniu, np. na statkach handlowych.
File
INZYNIERKA.doc 6.31 MB

Get link to the record

Back
Confirmation
Are you sure?