DE19847729A1 - Transportfahrzeug, insbesondere Luftkissenfahrzeug und Verfahren zur Steuerung eines Luftkissenfahrzeuges - Google Patents
Transportfahrzeug, insbesondere Luftkissenfahrzeug und Verfahren zur Steuerung eines LuftkissenfahrzeugesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Transportfahrzeug, bestehend aus einer Transport- und einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit ein Druckgehäuse mit mehreren, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten und gegenläufig rotierenden Radialturbinenrädern einer Radialturbine umfaßt. An den radial außenliegenden Enden der Turbinenräder sind Brennkammern mit Ausstrahldüsen fest angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Transportfahrzeuges.
Description
Die Erfindung betrifft ein Transportfahrzeug, bestehend aus
einer Transport- und einer Antriebseinheit.
Die Bedeutung der hier angesprochenen Transportfahrzeuge umfaßt
sowohl landgestützte Fahrzeuge, Luftfahrzeuge als auch sogenann
te "Raumfahrzeuge". Es handelt sich demnach um ein universell
nutzbares Transportmittel, das durch geringe Abwandlungen sowohl
in gasförmigen Medien, aber auch außerhalb der Lufthülle, im
Weltall betrieben werden kann.
Die bekannten Transportfahrzeuge sind auf den jeweiligen Ein
satzzweck speziell abgestimmt, d. h. sie sind nicht universell
einsetzbar. Die Verwendung von Turbinen in Luftfahrzeugen ist
mit großer Geräuschentwicklung und hohen Brennstoffverbräuchen
verbunden.
Außerdem sind komplizierte Steuerungsmechanismen für die Beherr
schung des Flugzustandes sowohl innerhalb als auch außerhalb der
Luftatmosphäre erforderlich. Es sind ebenfalls erhebliche Vor
kehrungen zu treffen, um die Lagestabilität eines Transportfahr
zeuges unter den jeweiligen Umwelteinflüssen aufrechtzuerhalten.
Aus der DE-OS 28 00 975 ist ein rotationsdynamisches Fluggerät
in Form einer Kreisscheibe bekannt, wobei ein Tragkörper als um
eine vertikale Achse umlauffähiger Kreisring ausgebildet ist. Am
Umfang des Tragkörpers sind Austrittsöffnungen für Rückstoßein
richtungen bzw. Triebwerke angeordnet. Das Flugprinzip ent
spricht dem "Diskus" oder einem Boomerang, wobei Richtungsände
rungen durch die Verstellbarkeit der Düsen möglich sind.
Hierfür sind komplizierte Steuerungsmechanismen sowohl bei der
Änderung des Flugzustandes innerhalb als auch außerhalb der
Luftatmosphäre erforderlich. In der DE-OS 37 34 811 wurde daher
vorgeschlagen, daß ein rotierender Kreisel verwendet wird um
eine flugfähige Tragscheibe derart horizontal zu stabilisieren,
daß die Tragflächen ohne seitliches Abkippen auf einem Luftpol
ster schweben. Verschiedene Flugbewegungen werden dadurch er
möglicht, daß der Kreisel an den Außenradien in geeigneter Weise
verstellbare Turbinenschaufeln besitzt, welche die Aufgabe eines
regelbaren Luftkompressors übernehmen. Die Eigendrehung der am
Kreisel befestigten Flugzelle wird dadurch verhindert, daß be
stimmte Luftausstoßdüsen entgegengesetzt zur Eigendrehbewegung
wirksam sind. Für die Lagestabilität dieses Transportfahrzeuges
sind aufwendige Regelungseinrichtungen erforderlich, mit denen
auch die jeweiligen atmosphärischen Bedingungen berücksichtigt
werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein universell
einsetzbares Transportfahrzeug zu entwickeln, das in seinem
Aufbau verhältnismäßig einfach ist, eine gegenüber Umweltein
flüssen hohe Lagestabilität aufweist und das in umweltfreundli
cher und energiegünstiger Weise betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Schutzanspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Antriebseinheit des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges
besteht im wesentlichen aus zueinander gegenläufig rotierenden
Turbinenrädern einer Radialturbine, die an den äußeren, umfangs
seitigen Enden der Turbinenräder Brennkammern aufweisen, die
über fest installierte Leitungen aus dem Zentrum der Turbine mit
den Antriebsmedien versorgt werden. Durch den relativ groß be
messenen Durchmesser der Turbinenräder entsteht im Betriebs
zustand eine große Zentrifugalkraft, die für einen hohen Förder
druck in den Leitungen sorgt. Durch spezielle Luftkanäle wird
Luft radial nach außen gedrückt und in die Brennkammern einge
leitet, wobei diese auch nach dem FAN-Prinzip zur Kühlwirkung
der heißen Brenngase herangezogen werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbei
spiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Transportfahr
zeug;
Fig. 2 Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Transportfahr
zeug;
Fig. 3 Prinzipbild über die Fortbewegung in horizontaler
Richtung;
Fig. 4 Prinzipbild über eine Lenkbewegung in horizontaler
Richtung;
Fig. 5 Prinzipbild über die Fortbewegung in vertikaler Rich
tung;
Fig. 6 Prinzipbild über die kombinierte Bewegung in horizon
taler und vertikaler Richtung;
Fig. 7 Prinzipbild über die kombinierte Bewegung in horizon
taler und vertikaler Richtung eines Luft- oder Gaskis
senfahrzeuges.
In den nachfolgenden Fig. 1-6 sind gleiche Teile mit glei
chen Bezugszeichen versehen. Der Kernbereich des neuen Trans
portfahrzeuges besteht aus einem Druckgehäuse 7, in dem zwei
gegenläufig um eine gemeinsame Welle 11 rotierende Turbinenräder
8 angeordnet sind. Die beiden Turbinenräder 8 sind in Fig. 1
schraffiert dargestellt, wobei die Umlaufrichtung mit den beiden
Pfeilen 17, 18 angegeben ist.
An den radial äußeren Enden der Turbinenräder 8 befinden sich
fest angebracht Ausstrahldüsen 3 und Brennkammern 4, die zur
Erzeugung eines Rückstoßeffektes heiße Verbrennungsgase in den
Innenraum des Druckgehäuses 7 abgeben.
Die für die Verbrennung erforderliche Luft kann entweder über
die als Hohlwelle ausgebildete Welle 11 und Luftkanäle 12 an
gesaugt oder infolge der Fliehkraftwirkung über einen Oxidator
tank 15 in die Brennkammer 4 gedrückt werden. Neben dem Oxida
tortank 15 befindet sich noch ein Treibstofftank 16, wobei die
Verbindung zu der Brennkammer 4 über schematisch dargestellte
Leitungen 18 erfolgt.
Mit den gegenläufig rotierenden Turbinenrädern 8 wird nach dem
Kreiselprinzip eine Lagestabilität erreicht, die unabhängig von
dem das Transportfahrzeug umgebenden Medium ist. Bei einem als
Landfahrzeug ausgebildeten Transportfahrzeug sind zweckmäßiger
weise Füße 2 an der Unterseite des Druckgehäuses 7 angeordnet.
Oberhalb des Druckgehäuses 7 ist schematisch ein Fahrgastraum 6
dargestellt, der aber auch in anderer Weise als Vielzweck-Trans
porteinheit für Lasten, für Sende- und Empfangseinrichtungen
oder für die Aufnahme von Waffen verwendet werden kann.
Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch das erfindungsgemäße
Transportfahrzeug, wobei das Turbinenrad 8 aus einer Vielzahl
von speichenförmig angeordneten Turbinenblättern 12.1-12.10
besteht, die auf der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 11 dreh
bar gelagert sind. Aus dem Prinzipbild nach Fig. 2 ist erkenn
bar, daß der Querschnitt der Turbinenblätter 12.1-12.10 in
radialer Richtung von innen nach außen gesehen kontinuierlich
zunimmt.
Die Leitungen 18 verbinden den Oxidatortank 15 und den Treib
stofftank 16 mit der Brennkammer 4. Nach Zündung der Brenngase
werden diese aus den Ausstrahldüsen 3 in tangentialer Richtung
aus der Brennkammer 4 ausgestoßen, so daß sich nach dem Rück
stoßprinzip die Turbinenräder gegeneinander (Darstellung Fig.
2) drehen. Die darüber bzw. darunter befindlichen Turbinenräder
bewegen sich jeweils gegenläufig zueinander, so daß die Rück
stoßkräfte sich gegenseitig aufheben (resultierende Kraft =
Null).
Das Lenkverhalten des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges kann
anhand der Fig. 3-6 näher erläutert werden. Hierbei geben
die Pfeile 19 die Richtung der Austrittsgase an, während der
Pfeil 20 die resultierende Vortriebsrichtung darstellt.
Zur Steuerung der Austrittsgase 19 sind die in den Fig. 1 und
2 angegebenen Luken 9 in entsprechender Weise geöffnet, bzw.
geschlossen. Hierzu werden die in Fig. 2 schematisch darge
stellten äußeren und inneren Gehäusesegemente 7a, 7b gegenein
ander verschoben, so daß sich eine Austrittsöffnung für die in
der Druckkammer aufgestauten Verbrennungsgase bildet. Durch
entsprechende, nicht dargestellte Regelsysteme lassen sich die
Lukenöffnungen so genau steuern, daß auch Lenkbewegungen in
horizontaler Richtung möglich sind.
Hierzu werden gemäß Fig. 2 die Luken derart verstellt, daß die
Austrittsgase 19a, 19b als rechtwinklig aufeinanderstehende
Komponenten mit unterschiedlichem Volumenstrom (hier angedeutet
durch die Anzahl der Pfeile) aus dem Druckgehäuse 7 austreten.
Als resultierende verbleibt eine Kurvenbewegung in Richtung des
gebogenen Pfeiles 21.
Zur Bewegung des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges in verti
kaler Richtung sind gemäß Fig. 5 Austrittsgase 22, 23 aus dem
Druckgehäuse 7 nach unten auszublasen. Als Resultierende ver
bleibt eine Auftriebskraft 24, mit der das Transportfahrzeug vom
Boden abhebt. Selbstverständlich können auch Neigungswinkel für
die Auftriebskraft bzw. für das Druckgehäuse 7 eingestellt wer
den, in dem entweder die Lage der Austrittsgase 22, bezogen auf
den äußeren Rand des Druckgehäuses 7 oder das Gasvolumen der
Austrittsgase verändert wird.
Wie in Fig. 6 dargestellt, lassen sich auch kombinierte Bewe
gungen ausführen, wobei gleichzeitig an mehreren Seiten bzw. in
der Bodenfläche des Druckgehäuses 7 Austrittsgase 19, 22, 23
ausgeblasen werden. Die Bewegungsrichtung des Druckgehäuses 7
ist durch die Pfeile 25, 26, 27 angegeben. Bei ausreichender
Horizontalgeschwindigkeit erzeugt die halbkugelige Form des
Druckgehäuses 7 eine Auftriebskraft ähnlich der eines Tragflü
gels, so daß die Energie der vertikal austretenden Abgase auch
für den horizontalen Vortrieb genutzt werden kann.
Für eine strömungsgünstige horizontale Bewegung ist der Boden
des Druckgehäuses 7 eben oder - bevorzugt - nach innen gewölbt
ausgebildet. Der halbrund nach innen gewölbte Boden ist in Fig.
6 gestrichelt dargestellt und bewirkt einen zusätzlichen Auf
trieb bei hoher Horizontalgeschwindigkeit nach Art eines Flug
zeug-Tragprofils.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Turbinenräder bei
reinem Steig- und Sinkflug keine Spaltverluste aufweisen, wenn
die Druckkammer 7 vollständig geschlossen ist. Die Radialturbine
und die Brennkammern sind stets fest miteinander verbunden,
wobei durch den großen Durchmesser der Turbinenräder 8 ein hoher
Druck durch die entstehenden Zentrifugalkräfte in den Brenn
kammern erzeugt wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die
durch die Luftkanäle angesaugte Luft radial nach außen gedrückt
und somit auch zur Kühlwirkung rund um die Brennkammern bei
trägt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nicht an jedem
Ende eines Turbinenblattes 12.1-12.10 eine Brennkammer 4
angeordnet. Dann wird durch die in den Turbinenblättern vorhan
denen Luftkanälen 12 Luft in das Druckgehäuse transportiert.
Durch geeignete Ausbildung der Austrittsdüsen kann eine Bypass-
Wirkung erzeugt werden, die einen zusätzlichen Energiegewinn für
den Auftrieb bzw. Vortrieb des erfindungsgemäßen Transportfahr
zeuges bewirkt.
Es ist auch möglich, kleinere Einheiten des erfindungsgemäßen
Transportfahrzeuges zu einer großen Transporteinheit zusammen
zufassen. In diesem Fall läßt sich der Nutzraum zwischen den
Antriebseinheiten beliebig gestalten, wodurch der Anwendungs
bereich der Erfindung weiter vergrößert wird.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Transportfahr
zeuges kann der Auftrieb, insbesondere in der Startphase, da
durch vergrößert werden, daß an dem bodenseitigen Teil des
Druckgehäuses 7 eine am Rand umlaufende Schürze angeordnet ist.
Gemäß Fig. 7 sorgt die Schürze 28 für einen erhöhten Bodendruck
der Austrittsgase 22, 23, so daß eine verstärkte Vertikalkompo
nente als Reaktionskraft in Pfeilrichtung 25, 26 auftritt.
Die vorstehend beschriebenen Steuerungsmöglichkeiten von Luft
kissenfahrzeugen können in gleicher Weise beim Betrieb des er
findungsgemäßen Transportfahrzeuges mit anderen Medien, wie z. B.
Gasen oder Flüssigkeiten genutzt werden. Beispielsweise läßt
sich ein Gaskissenfahrzeug dadurch realisieren, daß anstelle der
zentral angesaugten Luft die zentral angeordneten Gasbehälter,
vorzugsweise an den Speichen der Turbinenräder 8, angeordnet
sind, wobei die zur Verbrennung benötigten Gase auch als Re
aktionsgase kurz vor dem eigentlichen Verbrennungsprozeß ge
bildet werden können.
Je nach Betriebsweise - als in großen Höhen mit hoher Horizon
talgeschwindigkeit fliegendes Transportmittel oder als mit rela
tiv langsamer Horizontalgeschwindigkeit in Bodennähe agierendes
Transportmittel - kann die Unterseite des erfindungsgemäßen
Transportfahrzeuges entweder glatt oder - im Querschnitt gesehen-
halbrund ausgebildet sein. Hierbei sind aerodynamische Effekte
nutzbar, wie sie aus anderen Transportfahrzeugen (Schiff, Flug
zeug, Pkw) bekannt sind.
1
Schieber
2
Füße
3
Ausstrahldüsen
4
Brennkammer
5
Umgebungsluft
6
Fahrgastraum
7
Druckgehäuse, Druckkammer
7
a, b Gehäusesegmente
8
Turbinenräder, Radialturbinenräder
9
Luke
10
Ausgleichsgetriebe
11
Welle, Hohlwelle
12
Luftkanäle
12.1-12.10
Turbinenblätter
13
Öffnungen
14
Tankbehälter
15
Oxidatortank
16
Treibstofftank
17
Umlaufrichtung dargestellt durch Pfeile
18
Leitungen
19
Austrittsgase dargestellt durch Pfeile
20
Vortriebsrichtung dargestellt durch Pfeile
21
gebogener Pfeil
22-23
Austrittsgase
24
Auftriebskraft
25-27
Pfeile (Bewegungsrichtung des Druckgehäuses)
28
Umlaufrichtung dargestellt durch Pfeile
29
Schürze
Claims (17)
1. Transportfahrzeug, bestehend aus einer Transport- und einer
Antriebseinheit,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheit ein Druckgehäuse (7) mit mehreren, auf einer gemeinsamen Welle (11) angeordneten und gegenläu fig rotierenden Radialturbinenrädern (8) einer Radialturbi ne umfaßt,
wobei an den radial außenliegenden Enden der Turbinenräder (8) Brennkammern (4) mit Ausstrahldüsen (3) fest angeordnet sind.
daß die Antriebseinheit ein Druckgehäuse (7) mit mehreren, auf einer gemeinsamen Welle (11) angeordneten und gegenläu fig rotierenden Radialturbinenrädern (8) einer Radialturbi ne umfaßt,
wobei an den radial außenliegenden Enden der Turbinenräder (8) Brennkammern (4) mit Ausstrahldüsen (3) fest angeordnet sind.
2. Transportfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Turbinenrädern (8) radiale Luftkanäle (12) aus
gebildet sind.
3. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Hohlwelle (11) sich Öffnungen (13) für die
Druckleitung der Luft zu den Brennkammern (4) befinden.
4. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an oder in den Turbinenblättern (12.1-12.10) Tankbe
hälter (14) für die Versorgung der Brennkammern (4) mit
Treibstoff angeordnet sind.
5. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen der Ausstrahldüsen (3) tangential am
Turbinenrad (8) angeordnet sind.
6. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aus den Ausstrahldüsen (3) austretenden Verbren
nungsgase über am Druckgehäuse Boden angeordnete Schieber
(1) oder seitlich angeordnete Luken (9) abgestrahlt werden.
7. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schieber (1) und die Luke (9) hinsichtlich des
Gasdurchtrittsquerschnittes und des Gasabstrahlwinkels
steuerbar sind.
8. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Turbinenrädern (8) mindestens ein Aus
gleichsgetriebe (10) angeordnet ist.
9. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß seitlich oder unterhalb des Druckgehäuses (7) ausfahr
bare bzw. hochklappbare Füße (2) angeordnet sind.
10. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Turbinenräder (8) als speichenförmig angeordnete
Turbinenblätter (12.1-12.10) mit Luftkanälen ausgebildet
sind, deren Querschnitte in radialer Richtung von innen
nach außen kontinuierlich zunehmen.
11. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Luke (9) für die Austrittsgase durch Verschieben
von zwei konzentrisch angeordneten Gehäusesegmenten (7a,
7b) gebildet wird.
12. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an oder in jedem Turbinenrad (8) mindestens ein Oxida
tortank (15) und/oder ein Treibstofftank (16) angeordnet
ist.
13. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Form des Transportfahrzeugbodens im Querschnitt
eben oder halbrund nach innen in das Druckgehäuse (7) ge
wölbt ausgebildet ist.
14. Verfahren zur Steuerung eines Transportfahrzeuges nach
einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Brennstoffgemisch in die Brennkammern (4) eingelei tet und über die Hohlwelle (11) und die radialen Luftkanäle (12) Umgebungsluft (5) in die Brennkammern (4) angesaugt oder gedrückt wird,
daß das Brennstoff-Luftgemisch in den Brennkammern (4) gezündet und durch Rückstoß je ein Turbinenrad (8) in eine gegenläufige Bewegung gesetzt wird,
daß bei steigender Drehzahl der Turbinenräder (8) weitere Umgebungsluft (5) in die Brennkammern (4) gedrückt wird und gleichzeitig Treibstoff aus den Tankbehältern (14) in die Brennkammern (4) eingespritzt wird, bis der für die hori zontale oder vertikale Transportbewegung erforderliche Innendruck im Druckgehäuse (7) erreicht ist.
daß ein Brennstoffgemisch in die Brennkammern (4) eingelei tet und über die Hohlwelle (11) und die radialen Luftkanäle (12) Umgebungsluft (5) in die Brennkammern (4) angesaugt oder gedrückt wird,
daß das Brennstoff-Luftgemisch in den Brennkammern (4) gezündet und durch Rückstoß je ein Turbinenrad (8) in eine gegenläufige Bewegung gesetzt wird,
daß bei steigender Drehzahl der Turbinenräder (8) weitere Umgebungsluft (5) in die Brennkammern (4) gedrückt wird und gleichzeitig Treibstoff aus den Tankbehältern (14) in die Brennkammern (4) eingespritzt wird, bis der für die hori zontale oder vertikale Transportbewegung erforderliche Innendruck im Druckgehäuse (7) erreicht ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Verbrennungsgase im Druckgehäuse (7) sammeln
und zur Vortriebs- oder Steuerbewegung in den drei Koordi
natenachsen genutzt werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Transportfahr
zeuges in horizontaler Richtung am Druckgehäuse seitlich
angeordnete Luken geöffnet oder geschlossen werden, wobei
nach dem Reaktionsprinzip die im geöffneten Zustand aus der
Luke (9) austretenden Gase eine in entgegengesetzter Rich
tung wirkende Vortriebsrichtung erzeugen.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Steuerung des Transportfahrzeuges in vertikaler
Richtung am Boden des Druckgehäuses (7) Schieber (1) geöff
net oder geschlossen werden und daß nach dem Reaktions
prinzip die auf den freien Öffnungsquerschnitt des Schie
bers (1) wirkende Druckkraft eine entgegengesetzt wirkende
Auftriebskraft erzeugt.
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