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Steuervorrichtung für Unterwasser- und Luftfahrzeuge Die Erfindung
betrifft eine Steuervorrichtung für Unterwasser- und Luftfahrzeuge mit je einem
Paar vorderen und hinteren, drehbar an der Außenwand des Fahrzeuges angeordneten
Steuerflossen, die durch eine Betätigungsvorrichtung paarweise zueinander verstellbar
sind.
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Der im folgenden verwendete Ausdruck »Fahrzeug« umfaßt beispielsweise
starre Luftschiffe, unstarre Luftschiffe, Untersee- oder Tauchboote und ähnliche
Fahrzeuge. Der im folgenden verwendete Ausdruck »Hülle.« bedeutet die Außenhaut
oder die äußere Abdeckung eines solchen Fahrzeuges.
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Zum Steuern eines Unterseebootes u. dgl. ist eine Steuereinrichtung
bekanntgeworden, durch die etwa in der Schwerpunktlinie des Fahrzeuges seitlich
angebrachte Bug- und Heckquerruder sowie ein normales Steuerruder in der gleichen
Weise betätigt werden können, wie dies auch bei Flugzeugen bekannt ist. Dabei bewirken
die bugseitigen Querruder eine Bewegung des Bootes um seine Längsachse, während
die heckseitigen Querruder eine Bewegung des Bootes um seine Querachse bewirken.
Das am Heck in üblicher Weise angebrachte und betätigte Seitenruder dient der Bewegung
des Schiffes um seine vertikale Achse.
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Weiterhin ist es bei Flugzeugen bekannt, die Heckleitflächen oder
Heckruder derart anzubringen, daß die Ruderflächen in zueinander geneigten Ebenen
liegen, die, von der Rumpfmitte ausgehend, sich etwa in einem Winkel von 30 bis
40° nach oben erstrecken.
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Außerdem ist es bekannt, zur Verhinderung der Rollbewegung bei Seeschiffen
an dem Schiffskörper eine Anzahl symmetrisch verteilter Stabilisierungsflossen anzubringen,
die beispielsweise hydraulisch ausgefahren, verriegelt und wieder eingezogen und
in der ausgefahrenen Stellung um die Flossenachse verstellt werden können.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine besonders
einfache Steuervorrichtung für Luft- oder Unterwasserfahrzeuge der oben angegebenen
Art zu schaffen, bei welcher zur Bewegung des Fahrzeuges, das vollkommen von dem
tragenden Medium umgeben ist, um jede der drei Hauptachsen des Fahrzeuges nur zwei
Steuerflossenpaare und kein Seitenruder erforderlich sind. Dies soll erfindungsgemäß
durch die Kombination folgender, zum Teil bekannter Merkmale erreicht werden, die
darin bestehen, daß die Flossenachsen jeder Fahrzeugseite in derselben Ebene liegen
und die beiden Ebenen, symmetrisch zur Mittellängsachse liegend, einen stumpfen,
zwischen 90 und 180° großen Winkel einschließen, daß die wirksamen Flossenflächen
annähernd gleich groß sind, daß die Flossen eines jeden Paares im entgegengesetzten
Drehsinn verstellbar sind und daß Flossenbewegungen kombiniert durch die verschiedene
Handhabung einer einzigen Betätigungsvorrichtung bewirkt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden Teil der Beschreibung an Hand der
Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt eines Tauchbootes
mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine längs der Linie 2-2 der Fig.
1 gesehene Draufsicht, in der einige Teile im Schnitt gezeigt sind. Fig. 3 eine
Schnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 1, Fig. 3 A eine vergrößerte Schnittansicht
der in Fig. 3 gezeigten Fahrzeugwand, Fig. 4 eine Draufsicht auf das schematisch
dargestellte Steuersystem des Bootes, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5
der Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht, von der Linie 6-6 der Fig. 4 aus gesehen, Fig.
7 eine Ansicht der Steuersäule, Fig. 8 eine Seitenansicht der Fig. 7, von der Linie
8-8 der Fig. 7 aus gesehen, zum Teil ein Schnitt, Fig. 9 eine Draufsicht, von der
Linie 9-9 der Fig. 7 aus gesehen, Fig. 10 einen Schnitt durch das Getriebe der Steuersäule
längs der Linie 10'-10 der Fig. 9, Fig. 11 ein unstarres Luftschiff mit drehbar
montierten Flügeln.
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Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Tauchboot besteht aus einer äußeren,
stromlinienförmigen Hülle 20 mit einer oberen durchsichtigen Haube 21, welche es
dem Bedienungsmann ermöglicht, von der Hülle aus nach außen zu sehen.
Die
Hülle 20 kann aus einem mit Kunststoff getränkten Glasfasergewebe hergestellt sein,
vorzugsweise aus ungefähr drei Lagen eines solchen Gewebes. Druckaufnehmende Querträger
21 b können gleichfalls vorgesehen werden, um die Wände auseinanderzuhalten. Die
Haube kann in ihrer Längsrichtung um ein Scharnier 21a geklappt werden, um als Zugang
zum Innern der Hülle zu dienen. Das Innere der Hülle ist mit Rückstützen 22 und
22a und einem Sitz 23 ausgerüstet, um dem Bedienungsmann eine sitzende, halb zurückliegende
Lage zu ermöglichen. Der Bedienungsmann sitzt zwischen dem Antrieb und dem Propeller.
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Das Tauchboot ist mit vier unabhängig voneinander drehbaren Steuerflossen
versehen: Linke hintere Flosse 52; rechte hintere Flosse 53; linke vordere Flosse
54 und rechte vordere Flosse 55. Diese Flossen sind an drehbaren Wellen 56 befestigt,
die sich von der Hülle nach außen in derselben Ebene wie die Flossen erstrecken.
In ihrer Normallage liegen die Flossen in Ebenen, die um etwa 45° gegenüber der
Horizontalen nach unten geneigt sind, d. h. in der Lage, in welcher das Boot vorwärts,
geradeaus und auf ebenem Kiel gesteuert wird. Die vorderen Kanten der Flossen sind
um 45°, wie bei 54a (Fig. 4) gezeigt, nach hinten gerichtet, um Tang abrutschen
zu lassen, obgleich auch kleinere Winkel, wie z. B. 30°, für diesen Zweck als ausreichend
befunden wurden. Jede Welle 56 ist mit einem Winkelhebel 57 verbunden, welcher sich
unterhalb der Welle erstreckt und dessen vorstehender Arm mit einer Schubstange
verbunden ist, so daß die Bewegung des Winkelhebels die Flossen einstellbar verschwenkt.
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Um eine Steuerung des Bootes um die drei Raumachsen zu erreichen,
ist es notwendig, daß einige kombinierte Flossenstellungen einstellbar sind, welche
; durch Reaktion mit dem Wasser um alle drei Hauptachsen des Fahrzeuges ein resultierendes
Moment ergeben, wenn das Boot durch das Wasser fährt. Diese Hauptachsen werden wie
folgt bezeichnet: Die Längsachse, welche praktisch in Fahrtrichtung des Fahr- ,
zeuges liegt, und eine senkrechte und eine waagerechte Querachse. Diese drei Achsen
liegen senkrecht zueinander: Um derartige resultierende Kräfte bei Benutzung von
zwei Flossenpaaren zu erhalten, müssen je zwei Flossen in einem Winkel zueinander
um die Längsachse so angeordnet sein, daß die zu den in ihrer Normallage befindlichen
Flossen parallel verlaufenden Ebenen sich unter einem stumpfen Winkel von weniger
als l80° schneiden.
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Eine Steuersäule 58 ist drehbar in einer Buchse 62 angeordnet und
hat eine untere waagerechte Steuerstange, die aus zwei mit der Zentralsäule fest
verbundenen Stangen, und zwar der unteren linken Stange 60 und der unteren rechten
Stange 61, besteht. Die Buchse 62 umgibt die Steuersäule. Zwei obere Stangen 63
und 64 sind links und rechts an der Buchse befestigt und liegen einander radial
gegenüber. Das Steuerrad 71 ist fest auf dem Hauptantriebskegelrad 66 mittels der
Bolzen 66a montiert. Rad 71 und Kegelrad 66 sind drehbar auf der stillstehenden
horizontalen Welle 67 montiert, die gegen Drehung durch die durch eine Bohrung 67a
der Welle 67 hindurchgehende Säule 58 gehalten wird. Das Antriebskegelrad 68 ist
fest auf <dem oberen Ende der Steuersäule 58 mittels Keil 70 und Gewindekappe
72 montiert. Die Steuersäule 58 geht durch die Welle 67 und das Kegelrad 65 des
Buchsenantriebes hindurch; dieses Kegelrad 65 ist mit der Buchse 62 durch Bolzen
65a verbunden. Das Kegelrad 65 ist mit dem Hauptantriebs-Kegelrad 66 im Eingriff
und auch mit dem Zwischenrad 69, welches drehbar auf der Welle 67 montiert ist und
durch die Kappenmutter 73 in seiner Lage gehalten wird. Dieses Kegelradgetriebe
und die Steuersäule werden von der Buchse 62 getragen. Die Buchse 62 wird durch
das Kreuzgelenk und das Gestell 59a getragen. Stellringe 59b auf der Buchse
62 halten dieselbe in ihrer Lage. Das Kreuzgelenk 59 ist eine büchsenartige
Anordnung, die eine Drehbewegung der Buchse und der Steuersäule um die Horizontalachse
erlaubt. Auf jeder Seite des Kreuzgelenkes sind stangenartige Vorsprünge 59 c vorgesehen,
die in dem Gestell 59a gelagert sind. Diese Anordnung erlaubt ein Drehen der ganzen
Steuersäule in der senkrechten Ebene der Längsachse. Das Drehen des Steuerrades
71 auf der Welle 67 verursacht, daß die oberen,63, 64, und die unteren Stangen 60,
61 sich gegeneinander drehen.
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Die obere linke Stange 63 ist mit der linken hinteren Flosse 52 durch
eine Schubstange 74 verbunden. Die rechte hintere Flosse 53 ist mit der oberen rechten
Stange 64 durch Schubstange 75 verbunden. Die linke vordere Flosse 54 ist mit der
unteren linken Stange 60 durch Schubstange 76 und die rechte vordere Flosse 55 ist
mit der unteren Stange 61 durch Schubstange 77 verbunden. Die Schubstangen sind
mit den oberen und unteren Stangen durch Kugel- und Pfannengelenke 84 verbunden.
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Jede Schubstange ist durch ein Kugelgelenk 85 au dem Ende eines Winkelhebels
57 angelenkt, welches mit der entsprechenden Flosse, wie oben angegeben, verbunden
ist, so daß die Bewegung der Schubstange den Anstellwinkel der Flosse ändert.
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Im folgenden werden nun die drei Grundmanöver um die drei Hauptachsen
des Bootes beschrieben. Man betrachtet zuerst das Auftauchen oder Untertauchen.
In Fig. 5 ist am besten gezeigt, daß beim Zurückziehen des Rades 71 die Steuersäule
sich um den Kreuzgelenkträger 59 dreht, so daß die beiden oberen Stangen 63 und
64 nach hinten und die beiden unteren Stangen 60 und 61 nach vorn gestoßen werden.
Dies verursacht, daß an den hinteren Flossen sich die hinteren Kanten heben und
die vorderen Kanten senken, während sich an den vorderen Flossen die vorderen Kanten
heben und die hinteren Kanten sich senken, wodurch bewirkt wird, daß das Tauchboot
sich nach oben bewegt. Wenn das Rad nach vorn gedrückt wird, kehrt sich die Lage
der Flossen um, so daß das Boot taucht.
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Um das Tauchboot zu rollen, wird die Steuersäule um ihre Mittelachse,
wie in Fig. 9 ersichtlich, gedreht. Dreht man die Säule im Uhrzeigersinn, wird eine
Rechtsrolle verursacht, im entgegengesetzten Sinn eine Linksrolle. Beispielsweise
bewegt das Drehen der Säule im Uhrzeigersinn, wie aus Fig. 9 ersichtlich, die obere
linke Stange 63 und die untere linke Stange 60 nach vorn und die obere rechte und
untere rechte Stange 61 bzw. 64 nach hinten. Hierdurch wird die Stange 74 nach vorn
bewegt, und die linke hintere Flosse erzeugt eine Kraft, die nach oben gerichtet
ist, die Schubstange 76 wird nach vorn bewegt und verursacht, daß auch die linke
vordere Flosse eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt. Dadurch wird auf der linken
Seite bewirkt, daß das Boot, nach vorn gesehen, im Uhrzeigersinn rollt. Auf der
rechten Seite wird die Schubstange 75 nach hinten bewegt, wodurch die rechte hintere
Flosse eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt, und die Schubstange 77 wird nach
hinten gezogen, wodurch die rechte Vorderflosse auch eine nach unten gerichtete
Kraft erzeugt; hierdurch ergibt sich ein zusätzliches Moment, das bestrebt ist,
das Boot in Uhrzeigerrichtung zu
rollen. Wenn man die Säule im entgegengesetzten
Sinne des Uhrzeigers dreht, wird die Lage dieser Flossen umgekehrt, wodurch das
Boot in die andere Richtung rollt.
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Dreht man das Steuerrad 71 um seine eigene Achse, so drehen sich mittels
des Kegelradgetriebes die oberen Querstangen mit Bezug auf die unteren Querstangen.@
Man betrachte nun das Rad in seiner in Fig. 7 gezeigten Stellung. Wenn man das Rad
im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers dreht, dreht sich das Boot nach links,
während eine Drehung in der anderen Richtung das Boot nach rechts lenkt. Die Drehung
im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers verursacht die obere rechte Stange 64,
sich nach vorn zu bewegen, wobei durch die Schubstange 75 die Vorderkante der rechten
hinteren Flosse gehoben wird, und die obere linke Stange 63 wird nach hinten bewegt,
so daß die Schubstange 74 die vordere Kante der linken hinteren Flosse 52 senkt.
Bei Betrachtung der Zeichnungen sieht man, daß nun diese beiden hinteren Flossen
ungefähr gleichmäßig verdreht sind, um so eine resultierende Kraft hervorzubringen,
die das hintere Ende des Bootes nach rechts bewegt, während die vorderen Flossen
eine resultierende Kraft nach links bewirken, so daß das Boot, wie in Fig. 4 gezeigt,
eine Linkswendung vollführt. Durch das Drehen des Rades in Uhrzeigerrichtung werden
die oben beschriebenen Lagen umgekehrt, und das Boot wendet sich in die andere Richtung.
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Die oben beschriebenen drei Grundbewegungen der Steuersäule sind unabhängig
voneinander, so daß irgendeine gewünschte resultierende Kraft in irgendeiner Richtung
und um irgendeine Achse erzeugt werden kann. Bei Benutzung dieser Steuervorrichtung
kann also das Boot in jede gewünschte Lage manövriert werden. Zum Beispiel können
Bewegungen, wie »Loopings« od. dgl., vollzogen werden. Es ist zu erwähnen, daß das
Boot auch rückwärts gefahren werden kann.
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Das Steuersystem gemäß dieser Erfindung kann auch bei größeren konventionellen
Typen von Unterseebooten angewendet werden. Bei Benutzung in konventionellen Unterseebooten
werden die gewöhnlich gebrauchten Bugflossen, Heckflossen und das Ruder mit ihren
unabhängigen Steuersystemen durch das in hohem Maße anpassungsfähige Steuersystem
und die Steuerflossen gemäß dieser Erfindung ersetzt, wobei die Ausführung aller
Lageänderungen von einer einzigen Station innerhalb des Schiffes ermöglicht wird.
Man sieht auch, daß das Steuersystem gemäß dieser Erfindung erlaubt, derartige.
Lageänderungen in kürzerer Zeit und auf kleinerem Raum auszuführen, wodurch die
Manövrierbarkeit des Fahrzeuges bedeutend erhöht wird. Bei einer derartigen Benutzung
ist die Verwendung einer Servosteuerung und eines mechanischen Antriebs wünschenswert.
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Diese Steuervorrichtung kann in gleicher Weise wie bei Unterseebooten
auch bei Luftschiffen, z. B. unstarren Luftschiffen, starren Luftschiffen usw.,
wie in Fig. 11 gezeigt, verwendet werden. In dieser Figur ist 84' die Hülle eines
halbstarren Luftschiffes, 85' ist die Kabine und 86' ein herkömmlicher, durch einen
Motor getriebener Propeller zur Erzeugung der Vorwärtsbewegung. Ein Paar schwenkbar
gelagerter Flossen 87' sind an dem hinteren Ende des Fahrzeuges vorgesehen und ein
zweites Paar Flossen 88' an seinem vorderen Ende. Diese Flossen entsprechen den
Flossen 52, 53, 54 und 55 des Unterseebootes, in den Fig. 2, 3, 4 und 5 gezeigt.
Diese Flossen können in gleicher Weise durch gleiche Mittel gehandhabt werden, um
dreiaxiale Bewegungen zu erzeugen.