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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahl antrieb für Wasserfahrzeuge,
insbesondere Gleitboote, mlt einem mit seiner Eintrittsfläche unter der Wasseroberfläche
liegenden Wasserführungskanal, in dem ein mit einem Motor verbundener Impeller mit
nachgeschalteten Leitschaufeln drehbar gelagert ist und der am Heck des Wasserfahrzeugs
in einer entgegen der Fahrtrichtung weisenden Austrittsdüse endet.
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Schon seit längerer Zeit werden Wasserstrahlantriebe vor allem zum
Vortrieb von gleitenden Wasserfahrzeugen, die auf verschiendene Art Wasser ansaugen
und entgegen der Fahrtrichtung ausstoßen, verwendet. Bei derartigen Wasserstrahlantrieben
werden axiale oder halbaxiale Pumpen ausschließlich oberhalb des Rumpfbodens angeordnet,
die das von unten angesaugte Wasser durch eine Düse beschleunigt nach hinten ausstoßen.
Nachteilig ist bei der Verwendung derartiger Wasserstrahl antriebe, daß das Boot
mit dem Heck verhältnismäßig tief eintaucht, also vertrimmt, wodurch die maximal
erreichbare Geschwindigkeit herabgesetzt und der Treibstoffbedarf erhöht wird.
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Bei diesen bekannten Wasserstrahlantrieben ist eine gewisse Hubarbeit
erforderlich, um das an der Eintrittsfläche eintretende Wasser bis in die Höhe der
Austrittsdüse zu heben.
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Ferner ergibt sich bei diesen bekannten Antrieben zwangsläufig eine
unerwünschte Abweichung von dem optimalen geradlinigen Wasserfluß. Durch das durch
die Pumpe abgelenkte Wasser ergeben sich ferner im Heckbereich des Bootes unerwünschte
Ablenkungen und Wirbel für das am Bootskörper entlangströmende Wasser.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Wasserstrahlantrieb
de-r eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er die Nachteile der bisher bekannten
Wasserstrahlantriebe vermeidet und dabei insbesondere einen geradlinigen Wasserfluß
auch im Bereich dieses Antriebes gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Wasserstrahlantrieb der
hier in Betracht stehenden Art dadurch gelöst, daß im Heckbereich unter dem Boden
des Wasserfahrzeugs ein Gehäuse angeordnet ist, dessen in Fahrtrichtung vorn liegendes
Ende im wesentlichen die Einlaßöffnung des Wasserführungskanals bildet und dessen
Querschnitt quer zur Längsachse des Wasserfahrzeugs über seine gesamte Länge gleich
ist, und daß der Wasserführungskanal ausgehend von der Einlaßöffnung zumindest im
wesentlichen innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
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Bei einem so ausgebildeten Wasserstrahlantrieb wird ein geradliniger
Wasserfluß am Bootskörper entlang beibehalten, da der Querschnitt des Gehäuses über
seine gesamte Länge hinweg im wesentlichen gleich ist der Eintrittsfläche des Wasserführungskanals.
Dadurch werden Verwirbungen unter dem Rumpf des Wasserfahrzeuges und damit Verluste
vermieden. Ferner ist bei einem solchen Antrieb keine oder doch nur eine gegenüber
den bekannten Antrieben geringe Hubarbeit erforderlich.
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Schließlich stabilisiert das den Wasserstrahlantrieb aufnehmende Gehäuse
den Kurs des Bootes und trägt selbst in extrem scharfen Kurven dazu bei, daß das
Wasserfahrzeug nicht in den gefährlichen Zustand eines Seitwärtsgleitens übergeht.
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Bei Verwendung nur eines derartigen Wasserstrahlantriebes sitzt dieser
zweckmäßigerweise mittig unter dem Boden. Es ist auch die gleichzeitige Verwendung
mehrerer solcher Antriebe in Verbindung mit einem Wasserfahrzeug möglich.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß das Gehäuse unmittelbar
an
den Boden des Wasserfahrzeugs angesetzt ist. Auf diese Weise wird der Tiefgang des
Wasserfahrzeugs nur geringfügig erhöht. Ein so ausgestattetes Wasserfahrzeug ist
daher auch in relativ flachen Gewässern einsetzbar. Das dabei verwendete Gehäuse
für den Wasserstrahl antrieb gibt nur eine geringe Erhöhung der Außenflächen und
damit der Reibungsflächen.
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Das in normalem Fahrzustand am Bootskörper mit dem angesetzten Gehäuse
entlangströmende Wasser nimmt unmittelbar hinter dem Heck das Profil des Heckbereichs
an. Das führt dazu, daß dabei die Austrittsdüse in einer "Wasserrinne" liegt und
das die Düse durchströmende Wasser daher in Luft austritt.
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Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Gehäuse quer zur Längsachse des Wasserfahrzeugs einen im wesentlichen rechteckigen
Außenquerschnitt hat und daß der Wasserführungskanal von dem im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt des Gehäuses in einen runden Querschnitt übergeht. Eine solche Querschnittsgestaltung
des Gehäuses erscheint derzeit als sehr zweckmäßig, da sie den geringsten zusätzlichen
Reibungswiderstand ergibt. Je flacher und breiter der rechteckige Querschnitt wird,
desto weniger Widerstand entsteht und desto geringer wird der Tiefgang. Allerdings
ist bei einem sehr flach ausgebildeten Gehäuse und damit bei einer sehr flach ausgebildeten
Eintrittsöffnung des Wasserführungskanals eine relativ starke Umlenkung des Wassers
in dem Kanal erforderlich. Zwischen diesen beiden Erscheinungen ist in Abhängigkeit
von dem gewünschten Verwendungszweck des Wasserfahrzeugs eine Optimierung vorzunehmen.
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Sofern für den Wasserstrahlantrieb jegliche Hubarbeit vermieden werden
soll und eine höhere Seitenführung erwünscht
ist, kann es zweckmäßig
sein, daß gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung das Gehäuse mit Abstand unter
dem Boden des Wasserfahrzeugs an diesem abgestützt angeordnet ist.
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Diese Anordnung eignet sich insbesondere für Tragflügelboote.
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Ferner sieht die Erfindung vor, daß die Austrittsdüse des Wasserführungskanals
von einer Ringdüse umgeben ist, daß der Motor als Verbrennungsmotor ausgebildet
ist und daß seine Abgas leitung mit der Ringdüse kommuniziert. Auf diese Weise wird
der dem aus der Düse ausströmenden Wasser entgegenstehende Widerstand reduziert,
so daß sich eine relativ hohe Austrittsgeschwindigkeit und damit ein starker Vortrieb
ergibt.
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Ferner sieht die Erfindung vor, daß das Gehäuse mit seitlich vorstehenden
Gleitflügeln versehen ist. Dadurch ergibt sich eine konstruktiv einfache Lösung
für Tragflügelboote.
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Weiter entspricht es einem Vorschlag der Erfindung, daß den Leitschaufeln
innerhalb des Wasserführungskanals ein in axialer Richtung in Bezug auf die Austrittsdüse
dieses Kanals einstellbarer Konus nachgeordnet ist. Durch die Einstellbarkeit dieses
Konus kann der Ausströmquerschnitt im Düsenbereich verändert werden. Es ist also
möglich, diesen Querschnitt zum Beispiel in der Anfahrphase gering zu halten, um
auf diese Weise dennoch hohe Geschwindigkeiten des ausströmenden Wassers und damit
einen hohen Impuls zu erzielen.
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Schließlich schlägt die Erfindung noch vor, daß der im Wasserführungskanal
angeordnete Impeller mehrstufig ausgebildet sein kann.
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In dem nachfolgenden Teil der Beschreibung werden einige Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstands anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig.
1: eine perspektivische Ansicht eines Gleitbootes mit unmittelbar an den Boden des
Wasserfahrzeugs angesetztem Wasserstrahlantrieb, Fig. 2: eine teilweise im Schnitt
dargestellte Teilansicht des Heckbereiches des Bootes nach Fig. 1, Fig. 3: eine
Vorderansicht des Bootes nach den Fig. 1 und 2, Fig. 4: eine Ansicht auf das Heck
des Bootes nach den Fig. 1 bis 3, Fig. 5: eine perspektivische Ansicht eines mit
einem erfindungsgemäßen Wasserstrahlantrieb versehenen Gleitbootes, bei dem das
Gehäuse des Antriebs mit Abstand unterhalb des Bodens des Wasserfahrzeuges angeordnet
ist, Fig. 6: einen Axialschnitt durch den Wasserstrahl antrieb gemäß Fig. 5, Fig.
7: eine Teilansicht in Richtung des Pfeils X in Fig. 6, Fig. 8: eine Seitenansicht
auf das Gehäuse des Wasserstrahlantriebes gemäß Fig. 5 und Fig. 9: eine Ansicht
auf den Wasserstrahl antrieb gemäß dem Pfeil Y in Fig. 6.
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In Fig. 1 ist ein Gleitboot 1 dargestellt, auf dessen Bodenfläche
2 im Heckbereich ein Gehäuse 3 unmittelbar aufgesetzt ist. Dieses Gehäuse 3 ist
symmetrisch zur Längsachse des Gleitboots 1 angeordnet. Es hat quer zu dieser Längsachse
einen kastenförmigen, rechteckigen Querschnitt, der sich über die gesamte Länge
des Gehäuses 3 nicht ändert. Das Gehäuse 3 weist an seiner in Fahrtrichtung liegenden
Stirnfläche eine Einlaßöffnung 4 auf, die im wesentlichen gleich ist dem Querschnitt
des Gehäuses 3. Ausgehend von dieser Einlaßöffnung 4 ist in dem Gehäuse 3 ein Wasserführungskanal
5 vorgesehen, dessen Querschnitt sich von demjenigen der Einlaßöffnung 4 in einen
kreisförmigen Querschnitt umwandelt.
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In dem Wasserführungskanal 5 ist ein Impeller 6 angeordnet, der auf
einer von einem nicht dargestellten Motor angetriebenen Welle 7 sitzt. In dem Wasserführungskanal
5 sind hinter dem Impeller 6 Leitschaufeln 8 angeordnet. Im Anschluß an diese Leitschaufeln
8 bildet der Wasserführungskanal 5 eine Austrittsdüse 9. In diese Austrittsdüse
9 ragt ein Konus 10 hinein, der in axialer Richtung relativ zur Düse 9 verstellbar
ist, um den Austrittsquerschnitt der Düse 9 zu variieren, so daß bei allen Betriebsbedingungen
de-r jeweils günstigste Staudruck eingestellt werden kann.
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In dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel endet
das Gehäuse 3 in der Ebene des Hecks 11 des Gleitbootes 1. Die Austrittsdüse 9 steht
aus dieser Ebene heraus und liegt etwa in der Höhe der Bodenfläche 2 des Wasserfahrzeugs.
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In Abhängigkeit von der Wahl des Querschnitts des Gehäuses 3 kann
die Höhenlage der Austrittsdüse 9 in der gewünschten Weise festgelegt werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 ergibt das Gehäuse 3
nur einen geringen zusätzlichen Reibungswiderstand, der allein durch die Seitenflächen
12 begründet ist.
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Der Querschnitt des Gehäuses 3 kann in vielfältiger Hinsicht variiert
werden. So sind beispielsweise auch bogenförmige oder andere vieleckige Querschnitte
denkbar.
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Bei dem in den Zeichnungen 1 bis 4 dargestellten Gleitboot 1 strömt
das Wasser an dem Bootskörper entlang und tritt in die Einlaßöffnung 4 ein, wobei
die Stromlinien des am Gehäuse 3 vorbeiströmenden Wassers in keiner Weise abgelenkt
werden. Die geradlinige Wasserströmung wird hier nicht verändert. Das in den Wasserführungskanal
5 eintretende Wasser wird durch den Impeller 6 beschleunigt und durch die nachfolgenden
Leitschaufeln gerichtet. Es tritt nach einer weiteren Beschleunigung in der Austrittsdüse
9 aus dem Wasserführungskanal 5 aus. Die Austrittsdüse 9 liegt zumindest im Fahrzustand
über Wasser, so daß eine hohe Relativgeschwindigkeit des austretenden Wassers zu
dem umgebenden Wasser möglich ist.
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In Fig. 5 ist ein mit Gleitflügeln 13 versehenes Gleitboot 14 dargestellt,
das in seinem Heckbereich ein Gehäuse 15 für einen Wasserstrahlantrieb aufweist.
Dieses Gehäuse 15 ist mittig mit Abstand unter dem Bootskörper angeordnet und wird
an diesem über einen Arm 16 abgestützt. Das Gehäuse 15 hat eine zylindrische Form,
deren Querschnitt über die gesamte Länge des Gehäuses 15 gleich bleibt.
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Das Gehäuse 15 hat eine kreisförmige Stirnfläche, die gleichzeitig
im wesentlichen dem Querschnitt einer Einlaßöffnung 17
ftir einen
Wasserführungskanal 18 entspricht, der in dem Gehause 15 angeordnet ist. In dem
Gehäuse 15 ist ei-n Impeller angeordnet, der zwei Laufräder 19, 20 trägt, zwischen
denen ein Leitschaufelkranz 21 angeordnet ist. Dem Laufrad 19 folgt in Strömungsrichtung
gesehen ein weiteres Leitrad 22. Auch der Wasserführungskanal 18 geht in eine Austrittsdüse
23 über. Ein Konus 24 ist im Bereich der Austrittsdüse 23 vorgesehen und in axialer
Richtung einstellbar. Ein Verstellen dieses Konus 24 in axialer Richtung verändert
den Austrittsquerschnitt der Austrittsdüse 23 und damit den jeweils vorliegenden
Staudruck. Es ist damit möglich, bei den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen
optimale Ausströmverhältnisse Iierbeizufüren.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Austrittsdüse 23 von einer Ringdüse
25 umgeben, die über einen Durchlaß 26 in dem Arm 16 mit der Abgasleitung eines
nicht dargestellten Verbrennungsmotors kommuniziert.
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Durch den Arm 16 führt ferner eine strichpunktiert angedeutete Antriebswelle
27 hindurch, die über einen Winkeltrieb 28 die Welle des Impellers 19, 20 mit dem
Motor verbindet.
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Auch bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 bis 9 werden die Stromlinien
des Wassers im Bereich des Gehäuses 15 nicht abgelenkt. Sie treten entweder geradlinig
in das Gehäuse 15 ein oder aber führen ebenso geradlinig an dem Gehäuse 15 vorbei.
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Die durch die Ringdüse 25 ausströmenden Abgase des Verbrennungsmotors
umgeben den durch die Autrittsdüse 23 beschleunigten ausstretenden Wasserstrahl
und ermöglichen eine hohe Austrittsgschwindigkeit dieses Strahl, wodurch sich ein
hoher Vortriebsimpuls ergibt.
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Auch bei dieser Ausführungsform kann der Eintrittsquerschnitt des
Wasserführungskanals 18 einen nicht kreisförmigen Umriß haben. Jedenfalls muß aber
der jeweilige Querschnitt über die gesamte axiale Erstreckung des Gehäuses im wesentlichen
gleich bleiben.