DE2052816C3 - Schubkraftverstärker für in Wasser oder Luft arbeitenden Antrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schubkraftverstärker ?emäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Schubkraftverstärker ist bereits aus der AU-PS 2 15 956 bekannt der bei vertikaler Anordnung seiner Längsachse als Antrieb für ein Luftfahrzeug und bei horizontaler Anordnung seiner Achse als Antrieb für ein Wasserfahrzeug zu verwenden ist In beiden Fällen ist der Schubkraftverstärker am in Fahrtrichtung rückwärtigen Fahrzeugende angeordnet wobei ein Propeller bzw. eine Schraube mit ihren wirksamen Schaufelteilen in einem Ringkanal rotiert der einerseits vom rückwärtigen Fahrzeugende und andererseits von der Ummantelung des Propellers bzw. der Schraube gebildet ist wobei der Ringkanal derart geführt ist daß die Strömungseintrittsrichtung radial zur Längsachse des Schubkraftverstärkers geführt ist, während die Strömungsaustrittsrichtung parallel zu dieser Achse verläuft. Spezielle Oberflächengestaltungen der dem Ringkana! zugewandten Flächenelemente des rückwärtigen Fahrzeugendes bzw. der Ummantelung sind nicht vorgesehen.

Schließlich ist aus der US-PS 20 30 375 ein als Kort-Düse bekannter Schubkral (verstärker bekannt, der am rückwärtigen Ende eines Schiffes derart angebaut ist, daß im wesentlichen tangential zum Schiffsrumpf strömendes Wasser entsprechend gefühlten Eintrittsöffnungen eines Düsenrohres zugeführt wird, in dessen rückwärtigem Teil eine Schraube rotiert. Dabei können die von beiden Seiten des Schiffsrumpfes ausgehenden Eintrittsöffnungen so geführt sein, daß sie sich zu einem gemeinsamen Düsenrohr vereinigen, oder statt dessen so geführt sein, daß zwei Düsenrohre parallel nebeneinander angeordnet sind, wobei in jedem der beiden Düsenrohre eine Schraube angeordnet ist. Im Prinzip handelt es sich bei diesem Schubkraftverstärker also um einen solchen in der Form einer Mantelschraube, wobei die Strömungseintrittsrichtung in den Mantel nur verhältnismäßig unwesentlich von der Fortbewegungsrichtung des zugehörigen Fahrzeugs abweicht. Auch in diesem Fall wird ein Teil der Eintrittsöffnung der Schraubenmäntel vom rückwärtigen Ende des angetriebenen Fahrzeugs gebildet. Schließlich sind auch hier keine besonderen Oberflächengestaltungen der den Schraubenmantel bildenden Düsenrohre und der benachbarten rückwärtigen Enden des Schiffsrumpfs vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hinsichtlich seiner Gattung im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Schubkraftverstärker derart auszubilden und zu verbessern, daß eine erhöhte Antriebsleistung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebene Maßnah nie gelöst.

Infolge der vorgesehenen Aufrauhung tritt an dieser Flächenbereichen eine Verzögerung der Strömungsge schwindigkeit ein. Diese Verzögerung hat ihrerseits zui Folge, daß die ansonsten gegebene Entstehung einei nach hinten gerichteten Kraft verhindert wird, die siel negativ auf den Vortrieb des Fahrzeugs auswirken wür de. Es wird also eine Schubkraftverstärkung durch Ver hinderung einer dem Schub entgegenwirkenden Kraf erreicht.

Im übrigen ist zur Funktionsweise anzugeben, dal quer über die ringförmige Eintrittsöffnung eine nich unerhebliche Differenzgeschwindigkeit entsteht. Hier bei bildet sich die bereits erwähnte, dem Vortrieb eni gegengesetzte Kraft aus,, die allerdings, wie experimer teile Versuche gezeigt haben, kleiner als die Schubvei Stärkung ist. Diese aus der Differenz zwischen de

Schubversiärkung und der entgegengesetzt wirkenden Kraft resultierende effektive Schubverstärkung wird durch die erfindungsgemäße Aufrauhiyig stärker ausgeprägt, so daß insgesamt eine nicht unerhebliche effektive Schubverstärkung erreicht wird.

Beachtenswert ist, daß die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Schubkraftverstärkers in seiner Ausbildung als Schiffsantrieb nur im Zusammenhang mit der Nutzung des Nachstromes an einem stumpfen Schiffsheck gegeben ist Sofern der sich ergebende Strahlantrieb allerdings zur Steuerung benutzt wird, in welchem Fall von einer Injektionspumpe gesprochen werden kann, bedarf es für die volle Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Schubkraftverstärkers keinen Nachstrom; selbst ohne Nachstrom wird ein erhöhter Schub gegenüber reinen Strahldüsen erreicht

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen zu ersehen.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend beschrieben; in den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schubkraftverstärker,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Schubkraftverstärker der F i g. 1, ₂,

F i g. 3 einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform,

F ig. 4 Anordnungen erfindungsgemäßer Schubkraftverstärker am Schiffsheck,

Fig.5 eine Anordnung erfindungsgemäßer Schubkraftverstärker entlang des Schiffsrumpfs und

Fig.6 eine Anordnung richtungsvariabler Schubkraftverstärker zum Antrieb und zum Manövrieren eines Schiffes.

Der Schubkraftverstärker der F i g. 1 besitzt eine Ummantelung 10 mit sich nach außen erweiternder Einlauföffnung 12. Die Ummantelung 11 umgibt eine Treibdüse 13, und die sich nach außen erweiternde Einlauföffnung 12 der Ummantelung 11 ist nahe an der Wand oder dem Rumpf 14 des Schiffes angeordnet, so daß das Fluidum im wesentlichen radial in die Ummantelung 11 bzw. rechtwinklig zu deren Achse eintritt. In bevorzugter Weise ist das hintere Ende der Ummantelung 11 mit einer sich nach rückwärts erstreckenden, zylindrischen rohrförmigen Verlängerung 15 ausgestattet, die als Mischrohr dient. Hierbei ist die Länge der Ummantelung 11 zusammen mit der Verlängerung 15 viel größer als der Innendurchmesser der Einlauföffnung 12. Da die Einlauföffnung 12 nahe an der den Rumpf begrenzenden Wandung 14 angeoidnet ist, wird die Geschwindigkeit des in die Ummantelung 11 gezogenen Fluidums erhöht Dabei ist die Geschwindigkeitserhöhung an dem sich nach außen erweiternden Rand größer als an der Wandung 14. Um jegliche möglicherweise hohe Geschwindigkeit nahe der Wandung 14 zu senken, die eine nach hinten gerichtete Kraft liefern würde, ist die Wandung 14 hydraulisch aufgerauht, z. B. durch die Verwendung von Höckern 16. Der Außenrand der Einlauföffnung 12 ist vorzugsweise scharfkantig, wie bei 17 gezeigt ist. Er kann andererseits auch mit einem kleinen Vorsprung 18 ausgestattet sein, um die Grenzschicht des Fluidums über der gekrümmten Oberfläche der Einlauföffnung 12 trommeiförmig aufzuweiten. Dies erhöht die entwickelte Schubkraft.

Gemäß F i g. 1 und 2 ist der Schubkrafterzeuger eine Düse 13, die von einer innerhalb des Schiffes angeordneten Pumpe zur Erzeugung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit gespeist wird. Alternativ zur Düse 13 ist gemäß F i g. 3 eine herkömmliche oder besonders entwickelte Schraube 23 verwendbar. Die Schraube 23 bzw. ein entsprechender Propeller ist mit einer Ummantelung 21 mit einer sich nach außen erweiternden Einlauföffnung 22 nahe am Rumpf 24 des Schiffes ausgestattet In diesem Fall bildet das Mischrohr 25 keine Verlängerung des hinteren Endes der Ummantelung 21, sondern ein gesondertes Element das eine sich nach außen erweiternde Einlauföffnung 20 aufweist, die angrenzend oder sehr nahe an der Einlauföffnung 22 der Ummantelung 21 angeordnet ist Die Länge des Mischrohrs 25 ist viel größer als der Innendurchmesser der Einlauföffnung 20. Bei dieser Ausführungsform wird die Verstärkung der anfänglichen Schraubenschubkraft durch Saugwirkung an der Leitfläche der Ummantelung 21 und zusätzliche Saugwirkung an der Einlauföffnung 20 erreicht. Die Hinterfläche der Einlauföffnung 22 der Ummantelung 21 ist in entsprechender Weise und aus gleichen Gründen wie die Wandung 14 der Ausführungsform der F i g. 1 und 2 hydraulisch ausgebildet

Die Gesetze der Hydrodynamik zeigen, daß für laminare Bedingungen nahe der Einlauföffnung eine Wirbelbewegung, die dem nach innen gerichteten radialen Strom gegeben wird, die Strömungsgeschwindigkeiten, angrenzend an die Flächen der Einlauföffnungen, erhöht.

Da dies mit Wahrscheinlichkeit auch für turbulente Strömungen gilt, erhöhen Rippen oder Schaufeln 26 (F i g. 3), die rund um den Rand der Einlauföffnung 20 angrenzend an die Rückseite der Einlauföffnung 22 angeordnet sind, auch weiterhin die Druckdifferenz. Es können des weiteren Rippen oder Schaufeln 27 zwischen der Einlauföffnung oder Ummantelung und dem Rumpf des Schiffes für die Fälle der F i g. 1 bis 3 so angeordnet sein, daß die Wirksamkeit des Hauptschuberzeugers vergrößert wird.

Bei Wasser als Antriebsmedium hängt der Wirkungsgrad stark vom Ausschluß von Luft aus dem eingeführten Wasser ab. Denn lufthaltiges Wasser liefert keine besonders gute Impulsänderung. Daher sollten die erfindungsgemäßen Schubkraftverstärker möglichst tief am Heck des Schiffsrumpfes angeordnet sein. Eine mögliche Anordnung für einen Massengutfrachter ist im rechten Teil der F i g. 4 dargestellt.

Es ist möglich, eine Mehrruderanordnung an den Auslassen der Mischrohre vorzusehen. Die Steuerung kann aber auch mit Düsen an einer Seite des Hecks erfolgen, die allein verwendet werden. Wenn nicht genügend Raum am Schiffsheck zur Erzeugung des gewünschten Schubes zur Verfügung steht, können Düsen und Schubkraftverstärker auch in Einbuchtungen 29 entlang der Seiten angeordnet sein (F i g. 4 linker Teil und F i g. 5). Diese Verstärker sind wegen ihres geringen Anstellwinkels zur Schiffslängsachse etwas weniger wirksam als die am Schiffsheck für Schubzwecke dienenden Verstärker. Sie können jedoch für die Schiffssteuerung: sehr wirksam sein. Wenn die am Bug /orgesehenen Verstärker beispielsweise allein betrieben werden, wird ein starkes Drehmoment auf das Schiff ausgeübt. Ein flexibleres System zeigt F i g. 6, bei dem erfindungsgemäße Schubkrafterzeuger mit Drehgelenken 30 innerhalb entsprechender Kanäle 31 entlang jeder Schiffsseite angeordnet sind. Die Hauptschuberzeuger entweder mit Düse oder Schraube können achtern 5, nach Steuer- oder Backbord P oder in Richtung auf den Bug B für Umkehrzwecke gerichtet

werden. Es ist somit ein Manövrieren ohne Schlepper möglich.

Zwar wurde vorstehend in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Schubkraftverstärkern immer von flüssigen Medien ausgegangen, jedoch kann auch Luft als solches Medium verwendet werden. Dabei wird die Luft aus Preßlufttanks, von Kompressoren oder Gebläsen in einer vertikalen, geneigten oder horizontalen Richtung zugeführt.

Bei Flugzeugen kann das Konzept eines Mischrohres und einer Hochgeschwindigkeitsdüse die notwendigen großen Luftvolumina und andere Vorteile des Differentialdruckes an Ummantelungen und sich nach außen erweiternden Einlauföffnungen schaffen. Das hauptsächliehe Anwendungsgebiet sind Hebekräfte, wie sie beim Helikopter ähnlichen Betrieb erforderlich sind. Antriebseinrichtungen gemäß F i g. 1 und 3, die nach oben gerichtet sind, können die Düse 13 oder die Schraube 23 verwenden, um Luft durch das Mischrohr 15 oder 25 zu ziehen. Eine große Lastenplattform würde mehrere solche Einheiten erfordern.

Ein einzelnes Triebwerk läßt sich auch so ausbilden daß ein Mensch und die notwendigen Einrichtunger

ίο zur Krafterzeugung gehoben werden können. Diese Person kann sich dann horizontal selbst vorwärtsbewe gen durch Neigen der Plattform oder unter Zuhilfenah me des zusätzlichen Propellers.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schubkraftverstärker für einen in Wasser oder Luft arbeitenden Antrieb, der eine den Hauptschuberzeuger des Fahrzeugs umgebende Ummantelung mit einer sich nach außen erweiternden Einlaßöffnung hat, die nahe einer Wandung des anzutreibenden Fahrzeugs angeordnet ist, wobei sie so gestaltet ist, daß der Eintritt des umgebenden Wassers oder der Luft radial zur Achse der Ummantelung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (14, 24) des Fahrzeugs im Bereich der sich nach außen erweiternden Einlauf Öffnung (12, 22) aufgerauht ist.

2. Schubkraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand der sich ■ach außen erweiternden Einlauföffnung (12, 22) eine scharfe Kante (17) aufweist.

3. Schubkraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rippen oder Schaufeln (27) an der sich nach außen erweiternden Einlauföffnung (12,22) angeordnet sind.

4. Schubkraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Ummantelung (11) viel größer ist als der innere Durchmesser ihrer sich nach außen erweiternden Einlauföffnung (12), dies derart, daß ein wesentlicher Teil der Ummantelung (11) ein zylindrisches Rohr (15) hinter dem Hauptschuberzeuger bildet.

5. Schubkraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschuberzeuger eine Schraube (23) ist und daß eine zusätzliche zweite Ummantelung (25) hinter der ersten Ummantelung (21) angeordnet ist, die die Schraube (23) umgibt, wobei die zweite Ummantelung (25) eine sich nach außen erweiternde Einlauföffnung (20) besitzt, die nahe an der sich nach außen erweiternden Einlauföffnung (22) der die Schraube (23) umgebenden ersten Ummantelung (21) angeordnet ist.

6. Schubkraftverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der die Schraube (23) umgebenden Ummantelung (21) aufgerauht ist.

7. Schubkraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschuberzeuger bei im Wasser arbeitenden Antrieben von Schiffen am stumpfen Heck (in an sich bekannter Weise) im Nachstromgebiet angeordnet ist.

8. Schubkrafterzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Luft aus Preßlufttanks, Kompressoren oder Gehläsen als treibendes Fluidum verwendet wird.

9. Schubkraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in einer Einbuchtung (29) an der Seite des Fahrzeugs angeordnet ist.

10. Schubkraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser an einem Drehgelenk (30) befestigt ist.