DE1198145B - Flow bodies, in particular transverse drive surfaces, with circulation that can be influenced by blowing out flow medium jets - Google Patents
Flow bodies, in particular transverse drive surfaces, with circulation that can be influenced by blowing out flow medium jetsInfo
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Description
Strömungskörper, insbesondere Quertriebsfläche, mit durch Ausblasen von Strömungsmittelstrahlen beeinflußbarer Zirkulation Die Erfindung betrifft einen Strömungskörper, beispielsweise eine Quertriebsfläche, eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine, einen Fahrzeugrumpf od. dgl., welcher am abströmseitigen Ende seiner Oberfläche Düsen aufweist, durch die zur Erzeugung oder Änderung der Zirkulationsströmung um den Strömungskörper ein Strömungsmittel in Form von Strahlen austreten kann.Flow body, in particular transverse drive surface, with by blowing out Circulation Affectable by Fluid Jets The invention relates to a Flow body, for example a transverse drive surface, a rotor blade or guide vane a fluid flow machine, a vehicle body or the like. Which on the downstream side The end of its surface has nozzles through which to generate or change the Circulating flow around the flow body a fluid in the form of jets can emerge.
Es sind Tragflächen von Flugzeugen bekannt, längs deren Hinterkanten Klappen vierschwenkbar gelagert sind, welche mit den feststehenden Rändern der Tragfläche oben und unten je einen Spalt einschließen, durch welchen aus dem Inneren der Tragfläche zugeführtes Strömungsmittel in Form einer Strahlfläche austreten kann. Durch Verschwenken der Klappe wird sowohl die Weite wie auch die Richtung der Austrittsdüse und damit auch die Stärke und Richtung der Strahlfläche verändert. In zwei Grenzfällen kann durch Verschwenken der Klappe in ihre beiden Endstellungen entweder die obere oder die untere Düse gänzlich verschlossen werden. Die Strahlflächen dienen zur Verstärkung der Zirkulation um das Tragflächenprofil in einer oder in der entgegengesetzten Richtung.Aircraft wings are known along their trailing edges Flaps are mounted four-pivot, which with the fixed edges of the wing Include a gap at the top and bottom, through which from the inside of the wing supplied fluid can emerge in the form of a jet surface. By pivoting the flap is both the width and the direction of the outlet nozzle and thus also changed the strength and direction of the beam surface. In two borderline cases by pivoting the flap into its two end positions either the upper or the lower nozzle must be completely closed. The beam surfaces are used for reinforcement the circulation around the airfoil in one or the other Direction.
An einem Strömungskörper treten unter Umständen große Kräfte auf, welche es vor allem bei verschwenk-. baren und die Strömung umlenkenden Teilen des Strömungskörpers nötig machen, dieselben sowohl außerordentlich stabil zu lagern als auch unter Umständen komplizierte Vorrichtungen vorzusehen, welche die zur Verschwenkung nötigen mechanischen Kräfte übertragen können. Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen allgemein verwendbaren Strömungskörper mit Einrichtungen zu schaffen, die eine weitgehende Beeinflussung der Zirkulation um den Strömungskörper zulassen, ohne einen gegen die Strömungskräfte zu vierschwenkenden Teil und komplizierte Einrichtungen zur Ausführung der Schwenkbewegung zu erfordern. Es soll dabei Zirkulationsströmung in der einen und/oder in der entgegengesetzten Richtung sowie in- verschiedener Stärke erzeugt werden können.Under certain circumstances, large forces occur on a flow body, which it is especially with pivoting. parts of the Make flow body necessary to store the same both extremely stable as well as, under certain circumstances, to provide complicated devices which allow the pivoting be able to transmit the necessary mechanical forces. The object of the invention is to create a generally usable flow body with devices that allow the circulation around the flow body to be largely influenced, without a part to be swiveled against the flow forces and complicated facilities to require for the execution of the pivoting movement. There should be circulation flow in one and / or the opposite direction and in different directions Strength can be generated.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Strömungskörper, beispielsweise bei einer Quertriebsfläche, bei einer Lauf- oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine oder bei einem Luft- oder Wasserfahrzeugrumpf, aus dessen Innenraum durch mindestens zwei am abströmseitigen Ende seiner Oberfläche gelegene Düsen Strahlen zur Beeinflussung der Zirkulation um den Strömungskörper austreten können, dadurch, daß die Austrittsrichtungen der Düsen miteinander und mit der Hauptanströmrichtung jeweils feste, von Null verschiedene Winkel einschließen und Einrichtungen vorgesehen sind, welche den Impuls jedes Strahles zu ändern gestatten.The invention solves this problem with a flow body, for example in the case of a transverse drive surface, in the case of a rotor blade or guide vane of a turbomachine or in the case of an aircraft or watercraft fuselage, from its interior through at least two nozzles located at the downstream end of its surface for influencing jets the circulation around the flow body can exit, in that the exit directions of the nozzles with each other and with the main flow direction fixed, different from zero Include angles and means are provided which control the momentum of each beam allow to change.
Im einfachsten Falle weist der Strömungskörper zwei Düsen auf, welche unabhängig voneinander mit Strömungsmedium gespeist werden können und welche jeweils eine Zirkulation um den Strömungskörper in entgegengesetzter Richtung anregen. Der Strömungskörper kann dabei ein symmetrisches Profil aufweisen, d. h. also, daß bei Anströmung des Strömungskörpers keine Zirkulation auftreten würde, wenn nicht aus einer der beiden Düsen ein Strömungsmittel in Form einer Strahlfläche austreten würde. Die Stärke der Zirkulation um den Strömungskörper kann durch Veränderung der Einspeisung in die Düsen beeinflußt werden. Dadurch ist ein Strömungskörper verwirklicht, bei welchem keine festen Teile, z. B. Klappen, gegen den Strömungsdruck verschwenkt werden müssen, um eine Änderung der Zirkulation zu bewirken. Zur Veränderung der Einspeisung in die festen Düsen kann eine beliebige, an sich bekannte Einrichtung dienen, welche den Druck vor jeder Düse zu ändern gestattet.In the simplest case, the flow body has two nozzles, which can be fed independently of one another with flow medium and which in each case stimulate a circulation around the flow body in the opposite direction. Of the Flow body can have a symmetrical profile, d. H. so that at Flowing against the flow body no circulation would occur if not off a fluid in the form of a jet surface emerges from one of the two nozzles would. The strength of the circulation around the flow body can be changed by changing the feed into the nozzles can be influenced. This is a flow body realized, in which no fixed parts, e.g. B. flaps, against the flow pressure have to be pivoted in order to effect a change in the circulation. To change Any device known per se can be used for feeding into the fixed nozzles serve, which allows to change the pressure in front of each nozzle.
Die Erfindung gibt weiterhin einfache Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Strömungskörpers an, welche insbesondere die Ausbildung der Zuführungskanäle für die Düsen sowie der Düsen selbst betreffen. Es sind auch solche Lösungen der Erfindungsaufgabe eingeschlossen, welche nur der Veränderung der Zirkulationsstärke in einer Zirkulationsrichtung dienen. Die Düsen können beispielsweise aus mehreren Reihen von jeweils gleichgerichteten Düsen bestehen, wobei die unterschiedlichen Richtungen der einzelnen Reihen verschieden gerichtete Strahlflächen und damit eine verschieden große Beeinflussung der Zirkulationsströmung ergeben.The invention also provides simple embodiments of an inventive Flow body, which in particular the formation of the supply channels for concern the nozzles as well as the nozzles themselves. There are also such solutions to the object of the invention including those which only change the strength of the circulation in one direction of circulation to serve. The nozzles can, for example, consist of several rows of each rectified Nozzles consist, taking the different directions of each Rows of differently directed jet surfaces and thus different levels of influence the circulation flow.
Weiter gibt die Erfindung vorteilhafte Anwendungen des erfindungsgemäßen Strömungskörpers an, beispielsweise als Rumpf eines Wasser- oder Luftfahrzeuges, wobei die erfindungsgemäßen Strahlklappen zur Steuerung des Fahrzeugs um seine Hochachse dienen können. Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung sind feststehende oder umlaufende Schaufeln in Kreiselströmungsmaschinen. Werden beispielsweise erfindungsgemäße Strömungskörper als Kranz von drallerzeugenden Vorleitschaufeln in einer Axial-oder Radialströmungsmaschine eingesetzt, so kann durch verschieden starke Ausströmung aus den erfindungsgemäßen Düsen ohne die bisher bei derartigen Maschinen notwendige Verschwenkung der Vorleitschaufeln jeder beliebige Vordrall erzeugt werden. Bei der Verwendung erfindungsgemäßer Strömungskörper als Laufschaufeln beispielsweise in einerAxialströmungsmaschine ergibt sich die Möglichkeit einer Umkehrung der Förderrichtung der Maschine, indem durch entsprechend gerichtete und dosierte Strahlen Zirkulation um die Laufschaufeln in entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden kann. Es bedarf dazu weder einer Umkehrung der Drehrichtung des Läufers noch einer Verstellung der Anstellwinkel der Laufschaufeln.The invention also gives advantageous applications of the invention Flow body, for example as the fuselage of a watercraft or aircraft, the jet flaps according to the invention for controlling the vehicle about its vertical axis can serve. Further areas of application of the invention are fixed or rotating Blades in centrifugal fluid machines. For example, flow bodies according to the invention as a ring of swirl-generating inlet guide vanes in an axial or radial flow machine used, so can by different degrees of outflow from the invention Nozzles without the pivoting of the inlet guide vanes that was previously necessary in machines of this type any pre-swirl can be generated. When using flow bodies according to the invention as rotor blades in an axial flow machine, for example, the result is Possibility of reversing the conveying direction of the machine by adding accordingly Directed and metered jets circulate around the blades in opposite directions Directions can be generated. There is no need to reverse the direction of rotation of the rotor still an adjustment of the angle of attack of the blades.
Eine Umkehrung der Förderrichtung ist bei einer Axialpumpe, welche die erfindungsgemäßen Strömungskörper als Laufschaufeln enthält, auch mit Umkehrung der Drehrichtung des Läufers, jedoch ohne Verstellung der Anstellwinkel der Laufschaufeln möglich, wenn an den entgegengesetzten Kanten der Laufschaufeln je eine erfindungsgemäße Düse bzw. Düsenreihe angeordnet ist, wobei bei einer bestimmten Drehrichtung des Läufexs eweils nur die an den Hinterkanten der Laufschaufeln gelegenen Düsen zu speisen sind.A reversal of the conveying direction is in an axial pump, which contains the flow body according to the invention as rotor blades, also with inversion the direction of rotation of the rotor, but without adjusting the angle of attack of the rotor blades possible if there is one according to the invention on each of the opposite edges of the rotor blades Nozzle or row of nozzles is arranged, with a certain direction of rotation of the In each case, only the nozzles located on the trailing edges of the rotor blades are closed are dining.
Weiterhin kann ein erfindungsgemäßer Strömungskörper vorteilhaft als Schlingerruder eines Wasserfahrzeuges verwendet werden. Bei der Verwendung als Schlingerruder kann durch horizontal verlaufende erfindungsgemäße Düsen sowohl eine Auftriebskraft wie auch eine Abtriebskraft auf das Schlingerruder ausgeübt werden.Furthermore, a flow body according to the invention can advantageously be used as Roll rudder of a watercraft can be used. When used as a roll rudder can both a buoyancy force through horizontally extending nozzles according to the invention as well as a downforce on the roll rudder.
Bei allen geschilderten Anwendungen des Strömungskörpers entfallen bisher notwendige, komplizierte mechanische Verschwenkungs- und Kraftübertragungseinrichtungem An Hand der Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt B i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch ein symmetrisches Strömungsprofil mit einer erflndungsgemäßen Anordnung von Düsen, F i g. 2 einen senkrechten Teilschnitt durch ein weiteres Strömungsprofil mit der erfindungsgemäßen Anordnung von zwei Dilsenreihen, F i g. 3 einen Teilschnitt gemäß der Linie 111-11I In Fig.2, F i g. 4 einen waagerechten, schematischen Schnitt durch den Rumpf eines Wasser- bzw. Luftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Anordnung zweier vertikaler I?äsen, P i g. 5 einen "alschnitt durch eine Axialpumpe mit der Anordnung eines erfindungsgemäßen Strömungskörpers als Vorleitschaufel, F i g. 6 einen Axialschnitt durch eine Axialpumpe mit der Anordnung erfindungsgemäßer Strömungskörper als Laufschaufeln, F i g. 7 eine teilweise Seitenansicht eines Schiffes mit der Anordnung erfindungsgemäßer Strömungskörper als Ruder, F i g. 8 eine Vorderansicht des in F i g. 7 dargestellten Schiffes.In all described applications of the flow body previously required complicated mechanical Verschwenkungs- and Kraftübertragungseinrichtungem At omitted reference to the figures, some embodiments of the invention are explained in detail. It shows B i g. 2 shows a vertical section through a symmetrical flow profile with an arrangement of nozzles according to the invention, FIG. 2 shows a vertical partial section through a further flow profile with the arrangement according to the invention of two rows of tubes, FIG. 3 shows a partial section along the line 111-11I in FIG. 2, FIG. 4 shows a horizontal, schematic section through the hull of a watercraft or aircraft with the arrangement according to the invention of two vertical axes, P i g. 5 shows an axial section through an axial pump with the arrangement of a flow body according to the invention as a guide vane, FIG. 6 shows an axial section through an axial pump with the arrangement of flow bodies according to the invention as blades, FIG Rudder, Figure 8 is a front view of the ship shown in Figure 7.
Bei Anströmung des in F i g. 1 dargestellten symmetrischen Strömungsprofils in Richtung der Symmetrieachse würde keine Zirkulationsströmung entstehen. Durch BeaufschlagungderfestenAustrittsdüsen 10 bzw. 11 mit festen, durch die Pfeile 12 bzw. 13 gekennzeichneten Austrittsrichtungen entlang der Hinterkante des Strömungskörpers 15 durch ein Strömungsmittel kann jedoch in Richtung des Pfeiles 12 bzw. 13 je eine Strahlfläche erzeugt werden, die bei Anströmung des Profils eine Zirkulation in der einen oder anderen Richtung anregt. Der Strömungskörper 15 ist hohl ausgebildet und durch eine Trennwand 16 in zwei Kanäle 17 bzw. 18 aufgeteilt, deren jeder mit einer der Düsen 10 bzw. 11 in Verbindung steht und getrennt mit Strömungsmedium gespeist werden kann. Die dargestellte Anordnung ermöglicht eine Erzeugung von Zirkulation in beliebiger Richtung, wodurch dem Strömungskörper ein Auftrieb nach jeder seiner beiden Seiten erteilt werden kann. Durch Änderung der Strömungsmittelzufuhr in die beiden Kanäle 17 bzw.18 kann die Stärke der Zirkulationsströmung und damit des Auftriebs beeinflußt werden. Der Strömungskörper weist an sich keine schwenkbaren Teile oder Klappen auf. Es muß lediglich die Einspeisung in die beiden Kanäle gesteuert werden.When the flow in FIG. 1 shown symmetrical flow profile in the direction of the axis of symmetry, no circulation flow would arise. By applying a fluid to the fixed outlet nozzles 10 and 11, respectively, indicated by the arrows 12 and 13, along the trailing edge of the flow body 15, a jet surface can be generated in the direction of the arrow 12 and 13, which causes a circulation when the profile is approached stimulates in one direction or another. The flow body 15 is hollow and divided by a partition 16 into two channels 17 and 18, each of which is in communication with one of the nozzles 10 or 11 and can be fed separately with the flow medium. The arrangement shown enables circulation to be generated in any direction, as a result of which the flow body can be given buoyancy on either of its two sides. By changing the flow of fluid into the two channels 17 and 18, the strength of the circulation flow and thus the buoyancy can be influenced. The flow body does not have any pivotable parts or flaps. Only the feed into the two channels has to be controlled.
Das in den F i g. 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Änderung der Zirkulationsstärke um eine Quertriebsfläche 21. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zirkulationsströmung nicht ihrer Drehrichtung nach, sondern nur in ihrer Stärke beein$ußt. Das Ausführungsbeispiel enthält ebenfalls keinerlei verschwenkbare und mechanisch komplizierte Teile. Im Inneren des Strömungskörpers sind zwei Druckleitungen 22 bzw. 23 angeordnet, welche mit je einer Reihe von Kanälen 24 bzw. 25 in Verbindung stehen, die ihrerseits in Düsen 26 bzw. 27 an der Hinterkante des Strömungsköipers enden. Die Düsen 26 bzw. 27 wechseln einander entlang der Hinterkante ab. Ihre durch die Pfeile 28 bzw. 29 gekennzeichneten Austrittsrichtungen schließen miteinander einen Winkel 29 a ein. Die beiden Druckleitungen 22 bzw. 23 können unabhängig voneinander mit einem Strömungsmittel gespeist werden. Bei Speisung der Druckleitung 22 tritt eine nahezu geschlossene Strahlfläche gemäß dem Pfeil 28 aus den Düsen 26 aus. Entsprechend tritt eine Strahlfläche gemäß dem Pfeil 29 aus den Düsen 27 bei Speisung der Leitung 23 aus. Auf diese Weise ist eine Winkeländerung der Strahlfläche um den Winkel 29a ohne Verschwenkung einer Klappe oder eines anderen festen Teiles des Strömungskörpers ermöglicht.The in the F i g. 2 and 3 illustrated embodiment is used for Change in the circulation strength by a transverse drive surface 21. In this exemplary embodiment the circulation flow is not in its direction of rotation, but only in its Affects strength. The embodiment also does not contain any pivotable and mechanically complex parts. Inside the flow body are two pressure lines 22 and 23 respectively, which each have a row of channels 24 and 25 in connection are in turn in nozzles 26 and 27 at the rear edge of the flow body end up. The nozzles 26 and 27 alternate along the rear edge. Your through the exit directions marked arrows 28 and 29 close with one another an angle 29 a. The two pressure lines 22 and 23 can be independent of one another be fed with a fluid. When the pressure line 22 is fed an almost closed jet surface according to the arrow 28 from the nozzles 26. Corresponding a jet surface occurs according to the arrow 29 from the nozzles 27 when the line is fed 23 off. In this way there is an angle change of the jet surface by the angle 29a without pivoting a flap or another fixed part of the flow body enables.
In F i g. 4 ist das Heck eines Wasser- bzw. Luftfahrzeuges dargestellt, nahe dessen Ende zwei senkrecht verlaufende Austrittsdüsen 42 bzw. 43 angeordnet sind, welche unabhängig voneinander gespeist werden können. Bei gleich starker Strömungsmittelzufuhr zu den beiden Düsen wird in an sich bekannter Weise lediglich eine Verbesserung des Widerstandsbeiwertes des Fahrzeugrumpfes erzielt. Wird jedoch das Verhältnis der Strahlimpulse der beiden gemäß den Pfeilen 44 und 45 gerichteten Strahlen geändert, so läßt sich damit eine Steuerung um die Hochachse des Fahrzeugs erzielen. Diese Hochachssteuerung ist z. B. bei Hubschraubern und Unterwasserfahrzeugen vorteilhaft.In Fig. 4 shows the stern of a watercraft or aircraft, near the end of which two vertically extending outlet nozzles 42 and 43 are arranged, which can be fed independently of one another. With an equally strong supply of fluid to the two nozzles, only an improvement in the drag coefficient of the vehicle body is achieved in a manner known per se. If, however, the ratio of the beam impulses of the two beams directed according to arrows 44 and 45 is changed, control about the vertical axis of the vehicle can be achieved. This vertical axis control is z. B. advantageous in helicopters and underwater vehicles.
In F i g. 5 ist eine Axialpumpe dargestellt, welche aus einem Antriebsmotor 51 und einem Axialläufer 52 besteht und in einem Strömungskanal 53 angeordnet ist. Zur Vordrallerzeugung ist der Axialpumpe ein feststehender Kranz von Leitschaufeln 54 vorgeschaltet. Bei bekannten Axialpumpen sind zur Änderung des Vordralls vierschwenkbare Leitschaufelkränze vorgesehen. Die komplizierte Mechanik dieser vierschwenkbaren Leitschaufelkränze wird durch die Anwendung von erfindungsgemäßen Strömungskörpern vermieden, deren Düsen derart gespeist werden können, daß entweder gemäß dem Pfeil 55 oder gemäß dem Pfeil 56 aus allen Leitschaufeln gleichgerichtete Strahlflächen zur Erzeugung eines Vordralls in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung austreten können. Durch Veränderung des Strahlimpulses kann die Stärke des Vordralls gesteuert werden.In Fig. 5 shows an axial pump which consists of a drive motor 51 and an axial rotor 52 and is arranged in a flow channel 53 . A fixed ring of guide vanes 54 is connected upstream of the axial pump to generate pre-swirl. In known axial pumps four-swiveling guide vane rings are provided to change the pre-swirl. The complicated mechanics of these four-pivot guide vane rings is avoided by using flow bodies according to the invention, the nozzles of which can be fed in such a way that jet surfaces from all guide vanes are aligned in the same direction as indicated by arrow 55 or as indicated by arrow 56 to generate a pre-swirl in one or the opposite direction can emerge. The strength of the pre-swirl can be controlled by changing the beam impulse.
In F i g. 6 ist eine weitere Axialpumpe mit feststehendem Motor 61 und Axialläufer 62 dargestellt, wobei die Laufschaufeln 63 des sich in Richtung des Pfeiles 63 a drehenden Läufers 62 als erfindungsgemäße Strömungskörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ausgebildet sind. Je nach Ausblasung in Richtung des Pfeiles 64 oder des Pfeiles 65 entsteht eine Zirkulation um die Laufschaufeln in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung, und die Axialpumpe fördert infolgedessen entweder in Richtung des Pfeiles 66 oder in Richtung des Pfeiles 67. Es erfolgt also eine Umkehrung der Förderrichtung ohne Verschwenkung von Leit- oder Laufschaufeln und ohne Änderung der Drehrichtung der Axialpumpe.In Fig. 6 shows a further axial pump with a stationary motor 61 and axial rotor 62 , the rotor blades 63 of the rotor 62 rotating in the direction of the arrow 63 a as a flow body according to the invention according to the exemplary embodiment in FIG. 1 are formed. Depending on the blowout in the direction of arrow 64 or arrow 65, there is circulation around the blades in one or the other direction, and the axial pump consequently delivers either in the direction of arrow 66 or in the direction of arrow 67. So there is a reversal the conveying direction without swiveling the guide or rotor blades and without changing the direction of rotation of the axial pump.
Die Anwendung eines -erfindungsgemäßen Strömungskörpers als Schlingerruder eines Schiffes ist in den F i g. 7 und 8 dargestellt. Nach beiden Seiten ragen aus dem Schiffsrumpf 81 Schlingerruder 85, welche ebenfalls die Strömungskörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ausgebildet sind. Durch Erzeugung einer Strahlfläche an einer der beiden Düsen 86 bzw. 87, welche entlang der Hinterkante jedes Schlingerruders angeordnet sind, kann die Zirkulation in der einen oder entgegengesetzten Richtung angefacht und dadurch eine Auftriebskraft oder Abtriebskraft auf den .Schiffskörper ausgeübt werden. Auch hierbei werden die bei bekannten'*chlingerrudern stark belasteten mechanischen Einrichtungen zum Verschwenken derselben vermieden.The use of a flow body according to the invention as a roll rudder of a ship is shown in FIGS. 7 and 8 shown. To both sides, roll rudders 85 protrude from the ship's hull 81 , which likewise carry the flow bodies according to the exemplary embodiment in FIG. 1 are formed. By generating a jet surface at one of the two nozzles 86 or 87, which are arranged along the trailing edge of each roll rudder, the circulation can be fanned in one or the opposite direction, thereby exerting a buoyancy or downforce on the hull. Here, too, the mechanical devices for pivoting the same, which are heavily loaded in the case of known chling rudders, are avoided.
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